Olasılıkların üst üste binmesi, kuantum çatışması yaratıyor

0


Olasılıkların üst üste binmesi, kuantum çatışması yaratıyor

Bir ölçüm sonucunun ölçümü, can bunaltan bir cevap ortaya koyuyor. Araştırmacılara nazaran, netice, gözlemciye bağlı olmayan hiçbir gerçekliğin var olmadığını işaret ediyor. Ya da kaba bir halde söylersek, kuantum seviyesinde, kendi gerçeklerinizi seçme hakkına haiz olabilirsiniz


Chris Lee

Manşetler, “Birden fazla gerçeklik var” diye duyuruyordu. Dünyanın her yerindeki fizikçilerse, endişeden bitkin düşerek iç çekerken, başka hangi mutedil sonucun kontrolden çıktığını merak ediyorlardı.

Hâl böyleyken, gene de araştırma sonucunun ve altta yatan teorinin, ana düşünceden fazlaca daha garip olduğu görünüyor. Çağıl fizik bizlere temel olarak, aynı vakası takip eden iki gözlemcinin, tüm ihtimaller içinde bilgilere haiz olsalar dahi netice üstünde hiçbir süre aynı fikirde olamayacaklarını söylüyor. Bu durum aslına bakarsanız hususi göreliliğin bir parçası olarak kabul ediliyordu; fakat şimdi kuantum mekaniği açısından da geçerli olduğuna ilişkin deneysel bir kanıtımız var.

GALILEO VE EINSTEIN’IN SÖYLEDİKLERİ

O halde, çakışan ölçümleri bilindik yollarla iyi mi çözdüğümüze dair mümkün olan en kolay örnekle başlamış olalım. Diyelim ki, bir platform üstünde duruyorum ve yaklaşmakta olan bir trenin hızını saatte 180 kilometre olarak ölçüyorum. Siz ise trenin içindesiniz ve trenin hızını saatte 0 kilometre olarak ölçüyorsunuz. Aradaki farkı, göreceli hızlarımız üstünde ek bir ölçüm yaparak bulabiliriz. Peşinden, ikimiz de kendi hareketimize nazaran hızı doğru bir halde ölçtüğümüzü düşünürüz.

Öte taraftan, durum, aşırı hızlarda hareket eden nesneler söz mevzusu olduğunda daha karmaşık bir hal alıyor. Elindeki 100 metrelik direğin tamamını yalnızca 30 metre uzunluğa haiz bir binaya yerleştirmeye çalışan bir sırıkla yüksek atlamacı düşünün. İmkânsız mı diyorsunuz? Bu, ikisi arasındaki göreli hıza bağlıdır. Eğer sırıkla yüksek atlamacı binaya ışık hızında yaklaşıyorsa, binada bulunan bir gözlemci sırığın uzunluğunu yalnızca 20 metre olarak ölçer. Gözlemci, sırığın fazlaca kısa bir süre içinde binanın içine girmiş olduğu sonucuna ulaşır. Buna rağmen, sırıkla yüksek atlamacı direğin daima 100 metre ve binanın ortalama 20 metre uzunluğunda bulunduğunu tespit eder. O halde, bu sırık binaya sığmaz.

Gözlemciler eldeki bulguları karşılaştırdığında, tren örneğindeki netice, yüksek atlama sırığıyla ilgili örnektekinden değişik olur. Bu durumda, göreli hızımıza ilişkin ek bir ölçüm, iki gözlemcinin niçin değişik sonuçlara ulaştığını açıklayabilir. Ne var ki, sırığın binaya tamamen sığıp sığmadığına dair hiçbir şey söylemesi imkansız. Gözlemcilerden biri sırığın binaya sığdığını düşünürken, diğeri sığmadığını düşünür.

Bu çelişkiyle başa çıkmanın anahtarı, değişik ölçüm neticelerini çözemeyeceğimizi kabul etmektir ve bunun yerine, belirli bir sonucu geçerli kılan koşulları anlamamız gerekir.

KUANTUM GÖZLEMCİLERİ

Kuantum mekaniği bu fikri yepyeni bir seviyeye taşıyor; zira ölçüm anlayışı değişik. Bir fotonun polarizasyonu (kutuplanması) benzer biçimde hususi bir örneği ele alalım. Polarizasyonun ne işe yaradığını bilmemiz gerekmiyor, bir tek uzayda bir yönelime haiz bulunduğunu (örn. dikey, yatay, çapraz vb.) bilmemiz kafi.

Aslen, tek bir foton bağlamında polarizasyonu ölçemeyiz. Bunun yerine, fotona bir tek şu suali sorabiliriz: Dikey olarak mı kutuplaştın? Cevabı ya “evet, dikey haldeyim” ya da “hayır, yatay haldeyim,” olur. Sorun şu ki, ben (ölçüm meydana getiren şahıs) ilkin iki yönelimden birini seçerim ve foton daima bu iki yönelimden birine haiz olur.

Şu anda 45 derecede ölçmeyi tercih ettiğimi düşünelim. Ölçüm aletinin perspektifinden dikey şekilde kutuplanmış bir foton, iki polarizasyon durumunun (süperpozisyon* durumu olarak adlandırılan) bir karışımında bulunur: (Aynı anda) +45 ve -45 derecededir. Öteki taraftan, ölçümün gerçekleştirilmesiyle beraber, fotonun bu durumlardan birini seçmesi gerekir. Ölçüm meydana getiren şahıs açısından, fotonun süperpozisyon durumunda bulunduğunu asla bilemeyiz. Yalnızca +45 derecelik bir açı ölçtüğümüzü biliriz.

WIGNER NE SÖYLÜYOR?

Şimdi işleri birazcık daha karmaşık hale getirelim. Diyelim ki süperpozisyon durumunda olan bir foton akımını ölçüyorsunuz. Bu durumda, her ölçümün dikey bir foton bildirme ihtimali yüzde 50 iken, yatay bir foton bildirme ihtimali de yüzde 50’dir. Dahası, bir kutu içindesiniz ve yaptığınız ölçümleri bana bildiremiyorsunuz. Hâl böyleyken, ölçümünüzün sonucunu keşfetmek için durumunuzu ölçmem gerekir.

Bu, ölçümü yaptıktan sonrasında bile dikey yada yatay bir foton ölçtüğünüz bir süperpozisyon durumunda olduğunuz anlamına gelir. Durumunuzu ölçtüğümdeyse iki mantıklı sonuca ulaşırım: Yatay ölçersiniz ve yatay ölçümünüzü ölçerim; dikey ölçersiniz ve dikey ölçümünüzü ölçerim.

Ne var ki, iki olasılık daha mevcut: Yatay ölçersiniz fakat sizin dikey ölçtüğünüzü ölçerim ve siz dikey ölçersiniz fakat ben yatay ölçtüğünüz sonucuna ulaşırım. Eğer ikinci ölçüm (denetim ölçümü) kuantum mekaniği tarafınca yönetiliyorsa, son iki olasılığın da mantıklı sonuçlar kadar gerçekleşme ihtimali vardır. Doğrusu kimi süre, kazandığınız netice, üstünde ölçüm yaptığınız ölçümle çelişir.

Bu ölçümlerin her ikisinde de hatalı bir nokta yoktur ve çelişkiyi ortadan kaldırmak için yapabileceğimiz bir hesaplama mevcut değildir. Fotonun aynı anda hem kati şekilde yatay olarak polarize hem de kati şekilde dikey olarak polarize bulunduğunu kabul etmemiz gerekir.

İlk olarak Eugene Wigner tarafınca ana hatları çizilen bu fikir deneyi, şimdi gerçek bir deneyde uygulandı. Uygulaması birazcık karmaşık bir işti. Deneyi gerçekleştiren araştırmacılar, temel olarak, başarı göstermiş olması halinde ikinci bir foton üstünde kodlanmış ölçümün bir kaydını bırakan ve kutuplaşmayla ilgili ölçümler gerçekleştiren bir aygıt hazırladılar. Böylece, orijinal ölçüm ile ikinci foton üstünde meydana getirilen yeni bir ölçüm içinde, Wigner deneyinin kolay bir versiyonuna haiz olduk.

Teorinin öngördüğü suretiyle, aygıt, ölçümün ve ölçümün ölçümünün tutarsızlık gösterdiği durumları kaydeder. Hakkaten de, tutarlılık/tutarsızlık oranı, tam olarak kuantum mekaniğinin öngördüğü benzer biçimde fazlaca fazla.

Araştırmacılara nazaran, netice, gözlemciye bağlı olmayan hiçbir gerçekliğin var olmadığını işaret ediyor. Ya da kaba bir halde söylersek, kuantum seviyesinde, kendi gerçeklerinizi seçme hakkına haiz olabilirsiniz.

Şahsen, bu sonucu şaşırtıcı bulmadım. Hususi görelilikte ayrıcalıklı bir gözlemci olmadığını aslına bakarsanız biliyoruz. Peki, kuantum mekaniğinde niçin var? Aslen, bizlere bu ikilemi sunan fikir deneyi, ölçüm sonuçlarının ölçümü meydana getiren kişiye nazaran değişeceğini söylüyordu. Ve şimdi bunun hakikaten de bu şekilde bulunduğunu gösteren deneysel bir kanıta sahibiz.

Gene de gerçeklik hakkında hâlâ bir şey söylemiyor.

*Süperpozisyon; bir sistemdeki ihtimaller içinde durumların üst üste gelmesi, çakışması durumuna verilen addır.

** Yazının aslı Ars Technica sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here