Kuantum Tünelleme nedir?

Kuantum tünelleme nedir bu konu hakkında bilgi verebilir misiniz? Dinimizin bu konuya bakışı nedir? Elektronların duvarların içinden geçmesi vs hakkında.

Değerli kardeşimiz,

Kuantum tünelleme, klasik fiziğin sınırlarının bittiği ve mikroskobik dünyanın "garip" kurallarının başladığı noktada karşımıza çıkan en büyüleyici olaylardan biridir.

Makroskobik dünyada yani klasik fizik bakış açısıyla, enerjisi bir engeli aşmaya yetmeyen bir parçacığın o engelin diğer tarafına geçmesi imkansızdır. Ancak; elektron, proton veya alfa parçacığı (helyum çekirdeği) gibi küçük parçacıkların hareketini inceleyen kuantum mekaniğinde, bu imkansızlık bir olasılığa dönüşür. Yani potansiyel engelinin yüksekliğine ve genişliğine bağlı olarak, parçacık kuantum tünellemesi ile düşük enerjisine rağmen yüksek enerjili potansiyel engelini (E<Vo durumu) geçebilir.

Bunu biraz daha açıklayıp doğadan veya teknolojik uygulamadan örnekler verelim:

Klasik fizikte bir topu bir tepenin üzerinden aşırmak istiyorsanız, topa tepenin potansiyel enerjisinden daha fazla kinetik enerji vermeniz gerekir. Eğer topun enerjisi yetersizse, top geri döner.

Kuantum dünyasında ise parçacıklar (elektronlar, protonlar vb.) sadece birer parçacık değil, aynı zamanda birer dalga fonksiyonu (ψ ) ile tanımlanır. Bir parçacık bir potansiyel engeliyle (Vo) karşılaştığında, enerjisi bu engelden düşük olsa bile (E < Vo), dalga fonksiyonu engelin içinde sıfıra düşmez; bunun yerine üstel olarak azalır. Eğer engel yeterince inceyse, dalga fonksiyonunun bir kısmı engelin diğer tarafına sızar. Parçacığın tünelleme olasılığı potansiyel engelinin genişliğine, E/Vo oranına ve parçacığın kütlesine bağlıdır. Mesela engelin genişliği yarıya düşünce, tünelleme olasılığı yaklaşık 10 bin kat artar.

Doğadan ve teknolojiden örnekler

Allah’ın sonsuz ilmiyle evrende hayat için belirlediği çok sayıda olmazsa olmaz olgulardan biri de kuantum tünellemesidir. Kuantum tünelleme olmasaydı, bildiğimiz anlamda hayat ve evren var olamazdı:

• Güneş ve Nükleer Füzyon: Güneş'teki hidrojen çekirdeklerinin birbirini iten elektriksel kuvveti (Coulomb engeli) aşacak kadar yüksek enerjileri yoktur. Çekirdekler ancak kuantum tünelleme sayesinde birleşebilir ve bu sayede Güneş parlamaya devam eder. Güneşten gelen ısı ve ışığın hayat için olmazsa olmaz bir ihtiyaç olduğu düşünülürse kuantum tünelleme olmasaydı hayat olmayacaktı denilebilir.

• Enzimatik Reaksiyonlar: Enzimler, kimyasal reaksiyonların hızını artırarak biyolojik katalizör görevi görürler. Bazı enzimatik reaksiyonlarda, bir protonun veya elektronun bir substrattan diğerine transferi gerekir. Kuantum tünelleme, bu parçacıkların reaksiyonun aktivasyon enerjisi engelini aşmasını sağlayarak reaksiyon hızını klasik beklentinin çok ötesinde artırabilir. Eğer enzimlerde elektron tünellemesi olmasaydı hayat mümkün olmayacaktı!

• Radyoaktif Bozunma (alpha bozunması): Bir atom çekirdeğindeki alfa parçacıkları, çekirdek içindeki güçlü nükleer kuvvet engelini tünelleme yoluyla aşarak dışarı fırlar.

• Taramalı Tünelleme Mikroskobu (STM): Bir metal ucun atomik seviyede yüzeye yaklaştırılmasıyla elektronların boşluğu "tünellemesi" sağlanır. Bu akım ölçülerek atomların görüntüsü elde edilir.

• Flash Bellekler: Veri depolama süreçlerinde elektronlar, yalıtkan katmanları tünelleme yöntemiyle geçerek yüzer kapılı transistörlere hapsolur.

Kuran perspektifinden bir değerlendirme

Bilim "nasıl" sorusuna cevap verirken, din ve felsefe "neden" ve "anlam" üzerinde durur. Kuantum tünelleme, Kur'ani perspektifte birkaç boyutta değerlendirilebilir:

Sünnetullah ve Esneklik: Kuran, evrende bir düzen (ölçü/takdir) olduğunu vurgular: "Biz her şeyi bir ölçüye göre yarattık." (Kamer, 49)

Klasik fizik kanunları bu ölçünün makro düzeydeki tezahürüdür. Ancak kuantum tünelleme, bu "ölçünün" mutlak bir hapishane olmadığını, yaratıcının maddeye verdiği olasılıksal bir özgürlük alanı olduğunu gösterir. Kuantum tünelleme, ilahi iradenin her an müdahil olduğu "Adetullah" (Allah’ın adetleri) kavramıyla uyumludur; kanunlar vardır ama bu kanunlar Allah’ı bağlayan zorunluluklar değildir.

Kuantum tünelleme olgusu, Allah’ın her anda, her yerde ve her şeyde iradesiyle, ilmiyle ve kudretiyle hazır ve nazır olduğu hakikatini anlamamıza katkı sağlar.

"Ol" (Kün) Emri ve Zamansızlık: Kuantum tünellemede parçacığın engelin içinden geçiş süreci geleneksel zaman kavramıyla açıklanamayacak kadar hızlı, adeta "anlık" gerçekleşir. Tünelleme, maddenin en temel seviyesinde bile "imkansız" görünen engellerin, Allah’ın izniyle ve iradesiyle "Bizim buyruğumuz, bir tek kelimedir; göz açıp kapama gibidir." (Kamer, 50) ayetinde ifade edildiği çok kısa sürede (bir anda) mümkün olabileceğinin fiziksel bir örneğidir.

Gayb ve Görünmeyen Alem: Kuran, insanın bilgisinin sınırlı olduğunu ve görünen alemin (şehadet) ötesinde bir gayb alemi olduğunu söyler. Atom altı parçacıkların davranışları, bizim duyularımızla algıladığımız sert ve aşılamaz madde algısını yıkar. Sebe Suresi 3. ayette geçen "Zerre ağırlığınca olanlar bile O’ndan gizli kalmaz" ifadesi, fiziğin en derin noktalarındaki (zerre/kuantum düzeyi) hassas dengelerin ilahi ilimle kuşatıldığını simgeler. Yani atom ve atomdan küçük parçacıklarda bile olup biten her şey Allah’ın sonsuz ilminde vardır.

Görmediğim şeye inanmam diyenler bu cümleyi Yaratıcıyı inkar için kullanırken, insanın bildikleri gördüklerinden ibaret olmadığını unutur ve kendileri ile çelişirler. İnsan gözü atomda, molekülde olup bitenleri görmediği halde bilim böyle diyor diye inanan ateistler; insan gözü mikro dalga, kırmızı altı (infrared, mor üstü (ultra violet), X-Işınları, gama ışınlarını görmediği halde onların varlığına inanan ateistler, söz konusu Yaratıcı olunca görmediğime inanmam deyip saçmalayabiliyorlar.

Resim ressamı, kitap katibi, sanat sanatkarı gösterdiği gibi; ilim, irade, hikmet ve kudretle yazılmış bu muhteşem kainat kitabının yazarı da olmalıdır ve O, Allah’tır.

Kelamullah sıfatını taşıyan bir harfi bile değişmeyen Kuran, yerin ve göğün Rabb’i ve Halık’ı olarak Allah’ı isim ve sıfatlarıyla bize tanıtmaktadır.

Selam ve dua ile...
Sorularla İslamiyet