Dolaşıklık ışıktan daha hızlı mı?

Prof. Dr. Sertaç Öztürk - @Sertac_Oztrk

Aşk, irade, bilinç, gibi birçok olguyu spirütel düzlemde açıklamak için bilinmeden ve tam olarak anlaşılmadan kullanılan yegâne olay kuantum dolaşıklığıdır.

Bu yazımda kuantum dolaşıklığının gerçekte ne olduğu konusunda küçük bir özet yapacağım.

Değişim ve dinamikleri 

Antik Yunan’dan modern bilime kadar temelde anlaşılmak ve bilinmek istenilen şey değişimin nedeni ve değişimin dinamikleri olmuştur. Günümüzde yoğun bir şekilde, insan davranışlarında, toplumlarda, biyolojik süreçlerde, doğada meydana gelen değişimleri anlama gayesindeyiz. Hareket de bir değişimi barındırdığından hareketi anlamak Antik çağlardan beri ilgi çeken başlıca konulardan biri olmuştur. Parmenides hareketin ve değişimin bir tür gerçek dışı illüzyon olduğunu düşünürken, Herakleitos’a göre ise her şey değişim halindedir. Hareketin doğası ile ilgili ilk sistematik açıklamayı yapan Aristoteles’e göre bir şeyi bilmek nedenini bilmektir. Hareketi neden ekseni odağında inceleyen Aristoteles, hareketi cisimlerin kendi özüne ulaşma istediği olarak görür. Kayanın özü evrenin merkezi olan dünyadır ve o yüzden aşağıya düşer. Su buharı ise özüne ulaşma nedeniyle havaya doğru yükselir. Aristoteles fiziğinde ağır bir cisim hafif bir cisimden daha hızlı ve daha çabuk yere ulaşır. Aristoteles’in yanıldığını ilk ortaya koyan ve modern bilimin kurucusu olan Galileo’ya göre hareketin dinamikleri çok farklıdır. Aristoteles’in aksine bir tüy ile bir taşın sürtünmesiz bir ortamda aynı hızlarda yere düşeceğini söyler. Asıl çığır açıcı görüşü fizik yasalarının tüm eylemsiz referans sistemleri için aynı olduğudur. Eylemsiz referans sistemi durgun veya sabit hızla hareket eden referans sistemidir. Örneğin sabit bir hızla doğrusal giden bir tren eylemsiz bir referans sistemidir. Serbest düşmeyi ifade ettiğiniz fizik, tren içerisinde de aynıdır. Galileo sonrasında Newton bulduğu hareket yasaları ile evreni anlamada muazzam büyük bir pencere açtı. O dönemde kafa yorulan diğer bir konu da ışığın doğasıydı. Işığın elektromanyetik bir dalga olduğunu gösteren Maxwell’e göre ışık elektrik ve manyetik alan bileşenlerine sahipti. Newton fiziğine göre sabit hızla giden bir arabada el fenerini açarsanız yol kenarındaki birine göre ışığın hızı bağıl hızdan arabanın hızı artı ışık hızı olur. Ama bu Galileo ile Maxwell arasında bir paradoks oluşturuyordu. Sabit hızlı bir araba eylemsiz bir referans sistemi olduğu için elektrik ve manyetik alan bileşenleri arabadaki ve dışarıdaki durgun gözlemci için aynı ölçülmeliydi. Fakat ışık hızının gözlemciye göre farklı ölçülüyor olması fizik yasalarının tüm eylemsiz referans sistemleri için aynı olma koşulu ile çeliyordu. Bunu gören Einstein özel görelilik kuramı ile Galileo ve Maxwell’i barıştırıyordu ve modern fiziğinin temeli olan iki postulat ortaya koyuyordu; 1-) Doğa yasaları bütün eylemsiz referans sistemlerinde aynıdır, 2- ) Işık hızı gözlemciden bağımsızdır ve sabittir. Evrende ulaşılabilecek maksimum hız ışık hızıdır ve hiçbir bilgi ışık hızında hızlı iletilemez.

Kuantum mekaniği 

Şimdi gelelim kuantum mekaniğine. Kuantum mekaniğinin en yaygın yorumu olan Kopenhag yorumuna göre bir sistemin durumunu olasılık dalga fonksiyonuyla ifade ederiz. Dalga fonksiyonunun zamana göre değişimi, yani belirli bir anda ne olabileceğini Schrödinger denklemi ile hesaplarız. Sistemi ölçtüğümüzde bulunabilecek sonuç Schrödinger denkleminin farklı özdeğerlerinden sadece biridir. Ölçüm sonrası sistem hangi özdeğer durumunda bulunmuş ise o duruma çöker. Örneğin bir dondurma düşünün. Dondurma çilekli, vanilyalı, sakızlı ve muzlu olma durumlarını özdeğer olarak bünyesinde taşısın. Dondurmadan bir ısırık aldığınızda sakızlı dondurma tadı alırsanız, geri kalan aromalar ortadan yok olup gider, dondurmadaki gerçeklik size sakızlı olarak görünür. Dondurma örneğinde olduğu gibi Kophenag yorumuna göre bir sistemin gözlemden bağımsız bir gerçekliği yoktur. Baktığınızda (ölçtüğünüzde) bir özdeğeri gerçek yaparsınız. Bu Berkeley’in “Var olmak, algılanmış olmaktır.” sözüne çok benzer. Hatta Einstein bu durumu eleştirmek için “Birisi gökyüzüne bakmasa ay yerinde olmayacak mı?” der.

EPR paradoksu 

Kuantum mekaniği 1935’te Erwin Schrödinger’in dolaşıklık terimini icat etmesi ile daha garip bir hal aldı. Kuantum dolaşıklığı, milyarlarca ışıkyılı uzaklıkta ayrılmış olsalar bile, iki atom altı parçacığın birbirine nasıl sıkı bir şekilde bağlanabileceğini açıklayan tuhaf ve mantığa aykırı bir olgudur. Aynı kaynaktan çıkmış birbiriyle dolaşık olan iki tane elektron düşünün. Bunlardan birini spin değerini ölçtüğünüzde dolaşık diğer elektronun spin değerini de belirlemiş olursunuz. Yani bir parçacık üzerinde yapmış olduğunuz ölçüm diğer parçacığın ne olması gerektiği hakkında ışık hızından daha yüksek bir hızda bilgi gönderiyormuş gibi olur ki bu da Einstein’ın özel görelilik kuramına aykırıdır. Bu sorunu gören Einstein, Podolsky ve Rosen (EPR) 1935 yılında EPR paradoksu olarak bilinen bir makale yazdılar. Bu makaledeki temel argümanlar kuantum mekaniğinin yerel gerçeklik barındırmadığı için tam bir kuram olamayacağı ve kuantum sistemlerin gizli değişkenler barındırması gerektiği yönündeydi. Kuantum mekaniğinde gerçekliğin neden olmadığını yazmıştım. Yerellik ise etkileşimlerin uzay-zamanda sonlu hızla yayılması ve önce yakın çevresini etkilemesidir. Örneğin bir birinden milyonlarca ışık yılı uzakta olan iki dolaşık parçacıktan hangisine yakın olduğunuza bağlı olarak ilk ölçülen parçacığın hangisi olduğu değişecektir.

Bell teoremi 

EPR paradoksuna tatmin edici cevapların bulunması 1960’lı yıllara kadar sürdü. Nobel Ödülü’nü alacak kadar yaşayamayan İrlandalı fizikçi John Bell , gizli değişkenler kavramının anlamlı olup olmadığını test etmek için bir çalışma tasarladı. Bell teoremi ile kuantum mekaniği için gizli değişkenlerin doğru olup olmadığını test edecek bir denklem üretti. Dolayısıyla, Bell denkleminin deneyler ile test edilerek, Einstein’ın haklı olup olmadığı anlaşılabilirdi. Deneysel çalışmalar yıllarca sürdü ve ortaya çıkan sonuç çok netti; Einstein yanılıyordu. Kuantum mekaniğinin tüm sonuçları, yerel gerçeklik özelliğine sahip bir kuram ile elde edilemezdi. Yapılan deneysel çalışmalar 2022 yılında Nobel Fizik ödülü ile ödüllendirildi.

Peki dolaşık parçacıklar arasında bilgi ışık hızından daha mı hızlı iletiliyor? Cevap hayır! Dolaşık parçacıklar tek bir dalga fonksiyonunu paylaşırlar yani ayrı ayrı sistemler değillerdir. Dolayısıyla ölçüm yapıldığında aralarında kırılmaz bir korelasyon olacaktır. Fakat kuantum ölçümünün sonuçları kaçınılmaz olarak rastgeledir; tercih edilen bir sonucu kuantum ölçümüne kodlayamazsınız. Einstein’ın kaçırdığı nokta burasıdır. Işıktan daha hızlı seyahat eden yalnızca "rastgeleliktir". Bilgi yine ışık hızından hızlı iletilemez.

Temel hareket yasalarını dahi bilmeyen bir “kuantumcu”, büyük bir özgüvenle kuantum dolaşıklık hakkında konuşup işi spiritüel olgulara bağlamaya çalıştığında dediklerinin saçmalık olduğunu lütfen bilin. Kuantum mekaniğinin doğası kuantum yaşam koçlarının sığlığından fersah fersah daha derin çünkü.

Kaynak: nasa.gov