Aslında bu soru, bir zamanlar fizik dünyasında çok önemli bir problemdi. İngiliz fizikçi Ernest Rutherford, 1910’lu yıllarda yaptığı deneylerle atomların yapısının bugün okullarda öğrendiğimiz şekilde olduğunu, yani elektronların çekirdek etrafında döndüğünü bulmuştu. O güne kadar atomlar “üzümlü kek” gibi düşünülüyordu: Pozitif yükler keki, negatif yüklü elektronlar da bu kek üzerinde hareketsiz duran üzümleri oluşturuyordu. Rutherford, bu görüşün yanlış olduğunu göstermekle kalmadı, çekirdeğin ne kadar küçük olduğunu da buldu.
Pozitif yüklü çekirdeğin çapı, atomun çapının yaklaşık yüz binde biri kadardır. Yani, çekirdeği bir fındık büyüklüğünde düşünürsek, en yakın elektron 500 m uzakta olmalı!
İşte bu aşamada yukarıdaki soru gündeme geldi. Çünkü, uzun zamandan beri bilinen, herkes tarafından kabul görmüş fizik yasalarına göre, bir merkez etrafında dönen elektronların ışıma yapması, bu nedenle de enerjilerini kaybetmeleri gerekiyordu.
Elektronların sürekli enerji kaybetmesi, giderek çekirdeğe yaklaşmalarına, en sonunda da çekirdeğe çarpmalarına neden olmalıydı. Neden böyle olmadığı, elektronların nasıl dönmeye devam ettiği sorusu büyük bir paradoks olarak gündeme oturdu.
Buradaki en önemli nokta, olayın klasik fizik yasalarıyla açıklanamaması. Dolayısıyla, bu soruyu cevaplayabilmek için, bugün kuantum yasaları olarak bilinen yeni yasalara ihtiyacımız var. Doğal olarak, o günlerde kuantum yasaları tam olarak bilinmiyordu. Rutherford, bu yeni yasaları bulma görevini Danimarka’dan yeni gelmiş doktora öğrencisi Niels Bohr’a havale etti. Bu problem üzerinde yaptığı çalışma ve getirdiği açıklama Bohr’a Nobel ödülü kazandıracak ve onu, kuantum fiziği üzerinde daha sonra çalışacak olan bilim insanlarının danıştığı bir otorite haline getirecekti.
Bohr’un kuramı yerine, Heisenberg’in yıllar sonra geliştireceği belirsizlik ilkesini kullanmak yanıtın anlaşılabilirliğini kolaylaştıracaktır. Belirsizlik ilkesine göre, herhangi bir parçacığın hem konumunda hem de hızında belli bir düzeyde belirsizlik olmalıdır. Eğer konumdaki belirsizlik düşerse, hızdaki belirsizlik yükselmeli; buna karşın hızdaki belirsizlik azalırsa konumundaki belirsizlik artmalı.
Bu da neden elektronun çekirdeğe çarpmadığını, daha doğrusu çarpsa bile orada kalmadığını açıklıyor. Eğer elektron çekirdek boyutlarında bir bölgeye girerse, konumundaki belirsizlik önemli ölçüde azalmış demektir. Bu nedenle hızındaki belirsizlik artmak zorunda. Bu da elektronun yüksek hızlara sahip olma olasılığının arttığı anlamına geliyor.
Yüksek hız da elektronun çekirdekten kaçmasına olanak sağlıyor. Başka bir şekilde ifade etmek gerekirse, elektronları “klaostrofobik” olarak düşünebiliriz. Küçük bir yere sıkıştırılmaya gelemiyorlar; hemen oradan kaçmak istiyorlar.
Belirsizlik ilkesi, atomların nasıl var olabildiğini açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda bunların neden çok zor sıkıştırıldıklarını da açıklıyor. Katı veya sıvı bir madde üzerindeki basıncı kat kat artırsanız da, maddenin hacmi çok az miktarda değişir. Buna karşın gazların hacmi çok daha kolay değiştirilebilir. Neden? Olayın temeli yine belirsizlik ilkesi. Örneğin, atomların hacminin iki kat azaltıldığını düşünün. Yani elektronları, çekirdeğin çapının 100,000 katı uzaklıkta değil de 50,000 katı uzaklıkta dönmeye zorladınız. Bu durumda, konumdaki belirsizlik iki kat azaldığı için, hızdaki belirsizlik iki kat artacaktır. Sonuç olarak elektronlar, daha da hızlandıkları için, merkezcil kuvvet etkisiyle çekirdekten uzaklaşacak ve tekrar eski yörüngelerine dönecektir.
Peki elektronları daha az bir hacme sıkıştırmak neden hızlarını artırıyor? Bu soru oldukça karışık ve sıkıştırmayı nasıl yaptığınıza göre değişiyor. Örneğin elektronu bir kutuya koyarsanız ve kutunun duvarlarını yavaş yavaş yaklaştırırsanız, elektronların duvarlara her çarpışından sonra daha da hızlanarak yansıdığı ortaya çıkıyor. Heisenberg’in öne sürdüğü mikroskop deneyinde, elektronun yerini belirlemek için kullanılan ışık, hızda kontrol edilemeyen bir değişim yaratıyordu. Maddenin basınç altında sıkıştırılmasında da daha farklı bir açıklama getirilmeli. Belirsizlik ilkesinin söylediği, konum ve hızdaki belirsizliklerin arasında bu garip ili.kinin olması gerektiği. Birini azaltmanın diğerini nasıl bir mekanizmayla artırdığıysa çok daha farklı bir soru.
