Yeni Kuantum Paradoksu Düşünce Deneyi Gerçekliği Sarsıyor

Ormanın derinliklerinde, duyacak kimsenin olmadığı bir anda düşen ağaç ses çıkartır mı? Kuantum mekaniklerinin tabanı bu düşünce deneyinde yatar. Gözlem, gözlenenin doğasını değiştirebilir. Yeni bir araştırmayla sesi duyacak bir gözlemci olduğunda muhakkak ses çıkacağı düşüncesini sorguluyor.

Yeni paradoks kuantum mekaniklerini anlayabilmek için oluşturduğumuz üç basit kurala karşı geliyor:

1. Bir olay gözlemlenmişse; o olay olmuştur.
2. Özgür irade vardır. En azından rastgele tercihler yapmak mümkündür.
3. Yapılmış bir tercih bağımsız başka bir olayı anında etkileyemez.

Nature Physcis’te yayınlanan yeni makale çoğu fizikçinin de doğruluğuna inandığı bu üç kuralı değiştiriyor. Hiç değilse hepsinin aynı anda doğru olamayacağını gösteriyor. Tam olarak anlayabilmek için kuantum anlayışımızın geçmişine bakmamız lazım.

Kuantum mekanikleri atom ve ışık partikülleri gibi küçük nesnelerin davranış şekillerini incelememize yardımcı oluyor. Kuantumda kesinlikler söz konusu değildir. “Şu atom tam şu an nerede?” sorusunun cevabını bulamazsınız. Bunun yerine o atomun siz onu gözlemlediğiniz an olabileceği yerler listesi elinize geçer.

Yeni Kuantum Paradoksu Bir Asır İçinde Değişen Teorileri Ortaya Koyuyor

Bu teorinin sahibi Niels Bohr. Yaklaşık yüz yıl önce geliştirdi ve hâlâ da geçerliliğini sürdürüyor. Böylesine muğlak bir teori yerini bilgi eksikliğimiz yüzünden değil daha ileri araştırma olasılığı olmadığı için koruyor. Çünkü “yer” gibi fiziksel ortamlar gözlemlenene kadar var olmuyorlar. Bu yüzden ormanda yıkılan bir ağacın düşüşünü kimse duymazsa gerçekten yıkıldığından emin olamıyoruz. Dahası, bir partikülün birden fazla özelliğini aynı anda tam doğru olarak ölçemiyoruz. Bu yüzden bir atomun yeri ve hızı aynı anda var olamıyor.

Bu son fikri yerinden eden isimse Albert Einstein. Ünlü fizikçi 1953’te yayınladığı bir makaleyle kuantum mekaniklerinin bize gösterebildiklerinden daha çok gerçeklik olması gerektiğini savundu. Birbirine bağlı iki partikülün hızı veya yeri incelendiği zaman sonuçlar rastgele olsa da; iki partikül arasında bir eşeylilik olacaktır. Böylece daha önceden yeri incelenmiş iki partikülden birini inceleyip yerini tespit edersek, diğer partikülü hiç gözlemlemeden yerini tam doğru şekilde tahmin edebildiğimiz ortaya çıkıyor. Bu da, Bohr’un gözlemlerini yanlışlıyor çünkü gözlemlenmeyen partikülün yeri gözlemden bağımsız olarak gerçek.

1964’te de Einstein’ın düşünceleri çürütülüyor. John Bell iki partikül üzerinde daha farklı incelemeler yapılırsa sonuçların çok farklı olacağını ortaya koyuyor. İki gözlemci rastgele ve bağımsız bir şekilde partiküllerini incelerse sonuçların herhangi bir teoriyle açıklanamayacağı ve partikülün hızı ve yerinin gözlem öncesi gerçek olamayacağı ortaya çıkıyor.

Bu inanılmaz gözükebilir ama deneyler Bell’in çıkarımlarının gerçekliğini kanıtladı. Çoğu fizikçi için bu sonuca Bohr’un haklı olduğunu gösteriyor: Fiziksel özellikler ölçülene kadar var olmazlar.

Gözlemcinin Gözlemlenişi

Schrödinger’in kedisi düşünce deneylerinin en bilinenlerindendir. En basit haliyle; bir kedi kendisini öldürme ihtimali %50 olan bir zehirle bir kutunun içine hapsedilir. Kutuyu açıp bakana kadar kedi hem ölüdür hem de canlıdır. Kediyi öldüren gözlemdir.

1961’de Eugene Wigner gözlemin önemine ilişkin başka bir düşünce deneyi yarattı. Bir arkadaşı tamamen kapalı bir laboratuvara giriyor ve bir partikülün yerini gözlemliyor. Wigner bu durumu dışarıdan gözlemlerse partikülün yeri belirlenmiş olmaz; arkadaşı partikülle bağıntılı hale gelir ve partikülün etrafını kaplamış bilinemezlik arkadaşını da kaplar. Arkadaşın gözlemleri, Wigner için gerçek değildir.

Wigner tabii ki de bu fikri saçma buldu ve şuna inandı: Gözlemcinin bilinci işin içine karıştığı zaman partikülün bilinemezliği çöker ve arkadaşının gözlemi net gerçek olur.

Gözlemcinin Kompleksleşmesi

Yeni deney işte bu noktada işin içine giriyor.

Yeni araştırma Wigner’in arkadaş deneyini karmaşıklaştırıyor. Viyana Üniversitesi’nden Časlav Brukner’in fikri olan deney şöyle işliyor:

İki fizikçi var. Adları Alice ve Bob olsun. İkisinin de birer arkadaşı var, adları Charlie ve Debbie olsun. Birbirinden bağımsız iki laboratuvardalar. Charlie ve Debbie birbirine bağlı iki partikülü inceliyor, Bell deneylerindeki gibi.

Wigner’in iddiasına göre Charlie ve Debbie gözlemledikleri partiküllere bağlı hale gelirler. Bu partiküller birbiriyle bağlı olduğu için, Charlie ve Debbie’nin de birbirleriyle bağlı hale gelmeleri gerekir. En azından teoride böyle.

Charlie ve Debbie laboratuvarlarına girip partikülleri gözlemlerler. Bir süre sonra hem Alice hem de Bob yazı tura atar. Tura gelirse laboratuvarların kapısını açıp arkadaşlarına ne gördüklerini soracaklardır. Yazı gelirse kendileri farklı bir gözlem yapacaklardır.

Bu farklı gözlem Alice için her seferde pozitif bir sonuç doğurur; eğer Charlie gözlemlediği parçacığa bağımlı hale geldiyse. Aynısı Bob ve Debbie için de geçerlidir. Tıpkı Wigner’in hesapladığı gibi.

Fakat, yeni gözlemler yapıldığı an arkadaşlarının laboratuvardaki gözlemleri dış dünyaya çıkamaz. Charile veya Debbie laboratuvarın içinde herhangi bir şey gördüklerini tamamen unuturlar.

Peki, gözlemledikleri ve gerçek hale getirdikleri partikül hatırlamasalar da gerçekten var olmuş mudur?

Yazının en başında belirttiğimiz üç kural doğruysa her arkadaş gözlemleri sonucunda gerçek ve eşsiz bir sonuç elde etmiştir; Alice ve Bob’un kapıyı açıp açmamaları önemli değildir. Ayrıca Alice ve Charlie’nin gördükleri Bob’un attığı yazı turadan bağımsız olmalıdır.

Durum buyken Alice ve Bob’un gördükleri arasındaki ilişki sınırlı olmalıdır. Aynı zamanda Alice ve Bob bahsettiğimiz limitlerin çok daha ötesinde ilişkiler görmüştür.

Yaptığımız deney ayrıca kuantum mekaniklerine uygun şekilde birbirine bağlı fotonların gerçekliğini tahmin eder. Her arkadaşın ölçümleri her fotonun gidebileceği iki yoldan birini gösterir. Bu da fotonun polarize oluşuyla alakalıdır. Yani, gidilen yol; polarizasyonu ölçer.

Bu deney sadece soyut olarak kanıt görevi görür çünkü “arkadaşlar” son derece küçük ve basit bir denek grubudur. Gelgelelim, deneyimiz gözlemciler karmaşıklaştıkça gözlemin aynı kalıp kalmayacağını sorgulama kapısını aralar.

Bu deneyi gerçek insanlarla yapmak asla mümkün olmayabilir. Net bir sonuç elde edebilmek ancak “arkadaş” insan seviyesinde bir yapay zekânın yönettiği bir kuantum bilgisayarını deneyde kullanarak elde edilebilir.

Bütün bunlar ne anlama geliyor?

Bu düşünce deneyinden yola çıkıp net sonuçlar elde etmek için uzun yıllar gerekse de kuantum mekaniklerine bağlı tahminlerimiz tutuyor. Bunun gerçekliği algılayışımız hakkında yarattığı sorular da Bell bağıntılarından bile daha güçlü.

İlk olarak, keşfettiğimiz ilişkiler fiziksel özellikler gözlemlenene kadar gerçek değildir diyerek açıklanabilecek durumda değil. Gözlemin tam gerçeği göstermesi gerekiyor. Sonuçlarımız fizikçileri yeni bir gözlem sorununu çözmeye itiyor: Ya bizim deneyimiz tutarlı değildir ve kuantum mekanikleri nesnel çöküş teorisine yol açar ya da bahsedilen üç basit kural reddedilmelidir.

Bazı fizikçiler buradan özgür iradeyi reddeden bir teori çıkartmaya çalışabilir. Bunun için yine gözlemlenmesi gereken bir geriye dönük nedensellik teorisi veya neredeyse kaderci bir determinist yaklaşıma ihtiyaç duyulacaktır.

Çatışmayı sonlandırmanın bir diğer yolu Einstein’ın görelilik teorisini daha da göreli hale getirmekten geçer. Einstein için farklı gözlemciler olan bir şeyin ne zaman veya nerede olduğu farklı olsa da ne olduğu tartışmaya kapalıdır. Bunu değiştirmek gerekecektir.

Bütün bunlardan gerçekliği bizim seçtiğimiz sonucunu çıkartmak imkânsızdır. Hangi soruları soracağımızı seçebilsek de; cevapları evren verir. Göreleli bir dünyada bile; iki gözlemci etkileşime geçtiği an ikisinin gerçeklikleri bağlı hale gelir. Bu sayede paylaşılmış bir gerçeklik ortaya çıkar.

Yani, bir ağacın düştüğüne tanıklık eden iki gözlemciden birisi ses çıkmadığını iddia ederse; muhtemelen sorun kulaklarındadır.

Yazan: Doçent Eric Cavalcanti, Griffith Üniversitesi
Çeviri: Mehmet Çakıcı

Sizler de yapılan bu araştırmayla ilgili yorumlarınızı ve düşüncelerinizi Kayıp Rıhtım Forum’da bizimle paylaşabilirsiniz.

---

* Evrenin Sonu Geldiğinde “Ortalık” Nasıl Gözükecek?

Kaynak: Science Alert