.png)
Geçtiğimiz yıl dünya "kuantum dolanıklık"ın tescillenmesiyle yankılandı. 4 Ekim 2022'de kuantum dolanıklığını deneysel olarak ispatlayan John Clauser, Anton Zeilinger ve Alain Aspect Nobel Fizik Ödülünü aldı. Tabi ki arkalarında bir başka kahramanla : John Stewart Bell. Bu yazıyda, Einstein'ın bilimsel yenilgisinin bizim için ne ifade ettiğini inceleyeceğiz.
Hiçbir şey, ışığın kendisi bile, ışık hızını aşamaz değil mi? En azından böyle zannediyorduk. Ancak "bilgi" bunu başardı.
Öncelikle belirtmeliyim ki dolanıklığı tüm yönleriyle anlamak için evrenin dokusu olan uzayzamanın kuantum alanlarından ve Heisenberg’in belirsizlik ilkesine dayanan rastgele kuantum salınımlarından nasıl türediğini öğrenmek gerekiyor.
Kuantum dolanıklığı kısaca ve epey basitçe, şu meşhur kedinin hem ölü hem diri olmasına benzer. Burada dilin işlevi önemli çünkü ölü "veya" diri değil ölü "ve" diri diyorum. Bir kutunun içine bir kedi ve onu ne zaman zehirleyeceğini bilmediğimiz toxic bir madde koyup kutuyu kapatırsak o andan itibaren kedinin durumu artık belirsizdir. Kuantum fiziğinde buna "süperpozisyon" diyoruz. Süperpozisyon halindeki elektronlar hem spin aşağı hem spin yukarı durumda bulanık halde bulunur. İşte bu yüzden elektron spini sadece ölçtüğünüz zaman belli olur. Ölçtüğünüz elektronun dolanık eşi elbette zıt spinde olacaktır ama bunu da ölçtüğünüz elektronun spini belirler.
Diğer bir deyişle, Elektronları dolanıklığa sokunca mutlaka zıt spinde olacaklarını biliriz. Buna karşın hangi elektronunun spin yukarı durumda olacağını önceden bilemez ve belirleyemeyiz.
"Ne var ki canım, elektronlardan birini ölçeriz ki spin yukarı durumda olduğunu görürsek diğeri de mutlaka spin aşağı durumda olacaktır." diye düşünebilirsiniz. Ama bu ancak klasik fizikte öyledir, kuantum fiziğinde değil; çünkü ölçtüğünüz elektronun spini ancak siz ölçtükten sonra belli olur! Klasik fiziğin açıklayamadığı da budur.
Kuantum dolanıklık aslında; evrenin bir ucundaki parçacığın, diğer ucundaki dolanığını "Kardeş benim spinim -1\2, ona göre feyz al." diye uyarması, eşinin de buna binaen 1\2 spine sahip olmasıdır. İşin ilginç kısmı ise bu bilgi aktarımının ışık hızından daha hızlı gerçekleşmesi gerekmesi. Ancak insanlığın bunu bilgi aktarımı için kullanması imkansızdı çünkü iletimi ancak ölçüm yaptıktan sonra görüyorduk.
2022 Nobel Fizik Ödülü’nün ilk sahibi olan John Clauser. Bell’in fikrini pratik bir deneye dönüştürdü. Bu sayede Bell eşitsizliği ihlali açıkça ortaya konularak, kuantum mekaniği destek gördü. İmkansız gibi gelsede John Clauser "Bell eşitsizlikleri" ile, Bell'in geliştirdiği yolu tamamlayarak düşünce deneyini tamamladı.
Alain Aspect çalışmasını Clauser’in çalışması üzerine inşa etti ve gizli değişkenlerin bir deneye potansiyel olarak hala müdahale edebileceği açıkları kapattı. Dolaşık bir çift foton kaynaktan ayrıldıktan sonra ölçüm ayarlarını değiştirmenin bir yolunu geliştirdi.
Hani tüm bu öğrendiklerimizi bilgi aktarımı için kullanamıyorduk ya?
En son Anton Zeilinger dolanık fotonları kullanarak kuantum teleportasyon yani bilginin uzun mesafeler boyunca ışınlanmasının mümkün olduğunu keşfetti. İşte bu sayede kuantum bilgisayarlar, şifreleme ve iletişim ağları gibi yeni alanlar doğdu.
"Tamam, kuantum dolanıklığı anladım da, eee?" diyecek olursanız, gelin bu terimin evrenin determinizmiyle ilgili söylediklerine bakalım.
"Kuantum teorisiyile lk karşılaştıklarında şoka girmeyenlerin bunu anlamaları mümkün değil." Neils Bohr
Kuantum, evrenin raslantısal olabileceğine dikkat çeker.
Özgür irade kuantum ralantısallıktan bağımsızdır. Çünkü bilinç bir "emergent concept"tir yani özgür irade nörolojiden, biyolojiden bağımsızdır.
“İyi bir fizikçinin belirsizlik ilkesinin özgür irade ve ahlaki sorumluluğu dünyaya geri getireceği görüşünü makul bulmak çok zordur. Bildiğim kadarıyla, ahlaki sorumluluk dünyayı hiç terk etmemiştir!” R. C. Tolman
Belirsizlik ilkesi nedeniyle atomların rastgele titreşmesi gibi olaylar enformasyonun evreni tanımlayabileceğini ama tamamına karşılık gelmediğini gösterir. Demek ki evren belirlenimci değil ama öngörülebilirdir. Bu bağlamda kuantum fiziğindeki en önemli kurallardan biri "kuantum enformasyonun korunum ilkesi" dir. Enformasyonu yoktan var edemez ve yok edemezsiniz.
Belirsizlik ilkesinin bir ucu Planck uzunluğuna dayanır. "Planck uzunluğu" evrende ölçebileceğimiz en kısa uzunluktur. Daha kısa uzunlukları ölçemeyiz; çünkü bunun için gereken enerji göz kamaştıran gama ışını patlamalarına yol açar.
Bu, Planck uzunluğundan kısa mesafelerde bir şey olmadığı anlamına gelmez ama yüzde yüz belirsizlik olduğu anlamına gelir. Bu belirsizliğin bir diğer sonucu da kuantum alan kuramının genel görelilikle çelişmemesidir. Planck uzunluğunun altında salt rastlantısal kuantum salınımları gerçekleşir. Demek ki evrenin tamamını da kesin ölçemeyiz. Ölçüm çözünürlüğümüz Planck uzunluğudur. Evren kesin olmadığı için evrenin tamamını kesin ölçmek imkansızdır. Bu yüzden kuantum mekaniği indeterministtir.
2023'ün ocak ayında Brookhaven Ulusal Laboratuvarı'nda (BNL) yeni bir tür kuantum dolanıklık keşfedildi. Genellikle kuantum dolanıklık gözlemleri, aynı tipteki foton ve elektron çiftleriyle yapılır ancak şimdi ilk kez BNL’de genç evrende varolmuş ve altın atomlarına çarpmış bir iyonla çarpmayan iyon dolanık hale getirildi.
Bu durumun kuantum fiziğini anlayışımızda çığırlar açacağı gerçeği yanısıra, altın iyonları aracılığıyla dolanık çiftler üretilmesinin gelecekte olası mühendislik uygulamaları da olabilir, özellikle kuantum bilgisayarları alanında.
Biz ışık hızını geçmeye imkansız derken bilgi aktarımı bunu başardı. Bilgi çağında bilgi, zamanı da tecrübeyi de yendi.
Comentarios