- Bağlantıyı al
- E-posta
- Diğer Uygulamalar
- Bağlantıyı al
- E-posta
- Diğer Uygulamalar
Kuzey İrlandalı fizikçi John Stewart Bell’in
kendi adı ile anılan teoremi yayımlaması-
nın üzerinden elli yıl geçti. Ancak teorem
hâlâ kafa karıştırmaya ve tartışma konusu olmaya devam
ediyor. Kimilerine göre bugüne kadar geliştirilmiş
en derin anlamlara sahip teorem olan Bell teoreminin
ifade ettiği şey özetle şudur: Kuantum mekani-
ğinin tüm sonuçları, yerel gerçeklik özelliğine sahip bir
kuram ile elde edilemez. Teoremin kendisinin doğruluğu
tartışılmaz olsa da sonuçları kafa karıştırır. Yerellik
ve gerçeklik, klasik mekaniğin iki vazgeçilmez unsuru
olduğu için, Bell teoremi kuantum mekaniğinin,
klasik mekaniğe benzetilemeyeceğini söyler. Bu durum
kuantum mekaniğinin herhangi bir yorumunda
ya yerellikten ya gerçeklikten ya da her ikisinden de
vazgeçilmesi gerektiği anlamına gelir.Fizikçi N. D. Mermin’e göre çağdaş fizikçiler
Bell teoremi karşısındaki tavırları-
na göre ikiye ayrılır:
1. Bazı fizikçiler Bell teoremi karşısında
sıkıntıya düşerler ve sinirlenirler.
2. Bazı fizikçiler ise sıkıntıya düşmezler ve
sinirlenmezler. Mermin, fizikçilerin ço-
ğunun bu sınıfa girdiğini söyler. Ancak
bu sınıfın da ikiye ayrılması gerektiğini
belirtir.
• Bazı fizikçiler neden sinirlenmediklerini
açıklamaya çalışırlar. Ancak ya teoremi
tam anlamıyla kavramamışlardır
ya da açıklamalarının yanlışlığı gösterilebilir.
• Bazı fizikçiler ise sıkıntıya düşüp sinirlenmezler
ancak bu durumun nedenlerini
açıklamazlar. Mermin bu sınıfa girenlerin
durumunun anlaşılmaz oldu-
ğunu söyler ve Princeton’da çalışan bir
arkadaşının Bell teoremini anlayıp da
sinirlenmeyen birisinin “kafasının içinde
taş olduğunu” söylediğini de ekler.
Bell teoreminin neden sinir bozucu olduğu,
yerellik ve gerçeklik terimlerinin ne
anlamda kullanıldığının kavranmasıyla
daha iyi anlaşılır.
Önce kuantum mekaniğinin en yaygın
yorumu olan Kopenhag yorumunun kısa
bir özetini yapalım. Daha sonra bu yorumun
yerellikle ve gerçeklikle ilgili nasıl kafa
karışıklığına sebep olduğuna bakalım.
Kuantum mekaniğinin fiziksel sistemlere
uygulanması, üç aşamaya bölünebilir:
1. Temsil: Sistemin durumunu dalga
fonksiyonu adı verilen bir fonksiyonla
temsil eder.
2. Evrim: Sistemin belirli bir andaki dalga
fonksiyonu biliniyorsa, Schrödinger
denklemi kullanılarak herhangi bir andaki
dalga fonksiyonu hesaplanabilir.
3. Ölçüm: Sistemin herhangi bir özelliği
ölçüm yaparak belirlenir. Ölçüm sonucunda
bulunabilecek sonuç, Schrödinger
denkleminin özdeğerlerinden biridir.
Dalga fonksiyonu, farklı özdeğerlerin
ölçülme ihtimalleri hakkında bilgi
verir. Ayrıca ölçümden sonra sistemin
durumu, hangi durumda olduğu bulunmuşsa
o duruma çöker. Ancak öl-
çümden önce sistemin belirli bir özelliği
yoktur.
Aksi açıkça belirtilmedikçe yazının devamındaki
kuantum mekaniği ile ilgili ifadelerin
tamamı Kopenhag yorumuna aittir.
Gerçeklik
Gerçeklik terimi en genel anlamıyla
bir nesnenin, üzerinde yapılan ölçümlerden
bağımsız olarak bir özelliğe sahip olması
olarak tanımlanabilir. Klasik mekanik
de gerçeklik özelliğine sahiptir. Örne-
ğin bir nesnenin üzerinde yapılan ölçümlerden
bağımsız olarak her zaman belirli
bir konumu ve belirli bir enerjisi vardır.
Bu özellikler yapılacak ölçümlerle istenilen
bir kesinlikle belirlenebilir. Ölçümlerde
az da olsa belirsizlik olması, sistemin
belirli özelliklere sahip olmadığı anlamı-
na gelmez. Klasik mekanikte hareketi hesaplamak
için kullanılan denklemler belirlenimci
olduğu için, bir sistemin belirli bir
andaki özellikleri biliniyorsa gelecekteki
özellikleri de hesaplanabilir. Ölçümler sadece
sistemin sahip olduğu özelliklerin belirlenmesine
yarar.
Kuantum mekaniğine göre bir sistemin
gerçekten bir özelliğe sahip olup olmadığı
çetrefilli bir konudur.
Kuantum mekaniğinin uygulanması
ile ilgili, yazının başında bahsedilen üç
aşamanın, en sorunsuz olanı ikincisidir.
Schrödinger denklemi de klasik mekanikteki
hareket denklemleri gibi belirlenimcidir.
Ancak Schrödinger denkleminin çö-
zümleri konum, momentum, enerji gibi
sistemin özelliklerini tanımlayan değiş-
kenler değil dalga fonksiyonlarıdır. Dalga
fonksiyonları ise sistemin hangi özelliklere
sahip olduğunu değil hangi özelliklere
sahip olma ihtimali olduğunu söyler. Bazı
durumlarda olasılık 1 olabilir (ölçüm
sonucunda elde edilebilecek sadece bir sonuç
olabilir), ancak bu sonuçların olasılığa
dayalı olduğunu değiştirmez.
Sistemin özelliklerinin belirlenmesinde
ölçümlerin rolü nedir? Ölçümlerle elde
edilen sonuçlar, ölçüm cihazından bağımsız
mıdır yoksa bir cisim ölçümler sonucunda
bulunan özelliklerini ölçüm cihazı
ile etkileşmesi sonucunda mı kazanır? Kuram
herhangi bir ölçüm yapılmadan önce
sistemin özelliklerinin belirsiz olduğunu
söyler. Üstelik bu belirsizlik bilgi eksikliğinden
kaynaklanan bir durum değil sistemin
içkin bir özelliğidir. Yani ölçüm yapılana
kadar sistemin belirli bir özelliği
yoktur. Dolayısıyla kuantum mekaniğinin
en yaygın yorumu gerçeklik özelliğine sahip
değildir. Einstein bu durumu eleştirmek
için “Birisi kafasını kaldırıp gökyü-
züne bakmasa Ay yerinde olmayacak mıydı?”
diye sormuştu.
Yerellik
Özel görelilik kuramının evreni kavrayışımızda
sebep olduğu en önemli değişiklik
etkileşimlerin doğası ile ilgilidir. Daha
önceleri etkileşimlerin uzayda sonsuz bir
hızla yayıldığı düşünülürdü. Bu durumda
uzayın herhangi bir noktasında gerçekle-
şen bir olay uzayın tamamında anında algı-
lanırdı. Örneğin elinizde konumunu kontrol
edebildiğiniz elektrik yüklü bir cisim ve
sizden on ışık yılı mesafede (ışığın on senede
katettiği mesafe) konumu sabitlenmiş,
elektrik yüklü başka bir cisim olsun.
Siz elinizdeki cismin konumunu değiştirdiğiniz
zaman cisimlerin birbirine uyguladığı
elektromanyetik kuvvetin büyüklüğü
de değişecektir. Özel görelilik kuramı öncesi
bakış açısına göre bu değişiklik siz elinizdeki
cismin konumunu değiştirdiğiniz anda
olur. Başka bir deyişle konum değişikliği
bilgisi on ışık yılı mesafedeki cisme sonsuz
bir hızla yol alarak anında ulaşır. Özel gö-
relilik kuramının geliştirilmesinden sonra
bu anlayış tamamen değişti. Deneylerle de
doğrulanan yeni anlayışa göre etkileşimler
uzayda sonsuz değil sonlu bir hızla yayılırlar.
Elektromanyetik kuvvet için etkileşimin
yayılma hızı ışık hızıdır. Dolayısıyla
özel görelilik kuramına göre, on ışık yılı
mesafedeki cisme etki eden elektromanyetik
kuvvet, siz elinizdeki cismin konumunu
değiştirdikten on yıl sonra değişir.Etkileşimlerin uzayda sonlu bir hızla
yayılması “yerel” oldukları anlamına gelir.
Uzayzamanın bir noktasında gerçekleşen
bir olayın başka bir noktada gerçekleşen
bir olayı etkileyebilmesi için iki olay arasındaki
mesafenin ışık hızı ile aşılabilecek kadar
küçük olması gerekir. Eğer mesafe bu
kadar küçükse zamansal olarak önce gelen
olay diğerini etkileyecektir. Ancak eğer iki
olay arasındaki mesafe ışık hızı ile aşılamayacak
kadar büyükse olayların birbirinden
bağımsız olduğu söylenir. Bu olayların biri
diğerini etkileyemez, biri diğerinin geçmi-
şinde ya da geleceğinde değildir.
Etkileşimlerin sonlu bir hızla yayılması,
olayların bir nedensellik sıralaması içinde
gerçekleşmesini sağlar. Eğer gözlem yapılan
bir referans sisteminde bir olay (sebep)
başka bir olaya (sonuç) neden oluyorsa,
yerellik, gözlemlenebildikleri diğer tüm
referans sistemlerinde de bu olayların aynı
zaman sırasıyla gerçekleşeceğini söyler.
Yani klasik mekanikte, olaylar hangi referans
sisteminde gözlemlenirse gözlemlensin
her zaman sebep sonuçtan önce gelir.
Kuantum mekaniğinin, klasik mekani-
ğin vazgeçilmez bir unsuru olan yerellik
özelliğine sahip olup olmadığı ise tartışmalıdır.
EPR paradoksu kuantum mekaniğinin
yerellik ile ilgili sebep olduğu kafa karı-
şıklıklarını örneklendirir.
EPR Paradoksu
Kuantum mekaniğinin yerellik ve ger-
çeklik konusunda neden sorunlu olduğunu
anlamak için Einstein, Podolsky ve Rosen
tarafından kuantum mekaniğini eleş-
tirmek için öne sürülen bir paradoksa
(EPR paradoksu) bakabiliriz. Bu paradoksu
anlamanın en iyi yolu Yakir Aharonov
ve David Bohm tarafından öne sürülen bir
düşünce deneyine odaklanmaktır.
Düşünce deneyi şöyledir. Önce spinleri
birbirine dolanık (dolanıklık ile ilgili açıklayıcı
bir yazıyı 562. sayının Merak Ettikleriniz
köşesinde bulabilirsiniz) durumda iki
elektrondan oluşan bir sistem hazırlanır.
Daha sonra bu elektronlar zıt yönlere doğ-
ru yol alarak birbirinden uzaklaşır. Daha
sonra elektronlardan birinin spini ölçülür.
Bu durumda sistemin durumu ne olacaktır
ve bu durum nasıl yorumlanmalıdır?
Bu yazının başında bahsettiğimiz kuantum
mekaniğinin Kopenhag yorumuna
göre, ölçüm yapıldığı anda sistemin durumu
belirli bir duruma çöker. Düşünce
deneyinde bu ölçüm elektronların sadece
biri üzerinde yapılmaktadır. Ancak çö-
ken sadece bir elektronun durumu değildir.
Kuantum mekaniği -elektronların durumu
birbirine dolanık olduğu için- her
iki elektronun durumunun da “anlık” olarak
çökeceğini söyler. Bu durumu ikisi öl-
çüm cihazlarına biri de sistemin hazırlandığı
yere yakın üç gözlemci açısından ele
alalım.
Sistemin hazırlandığı yerdeki gözlemci,
her iki elektrona da aynı mesafede olduğu
için elektronların durumunun eş zamanlı
olarak çöktüğünü gözlemler. Ancak
elektronların yakınlarındaki gözlemciler
için durum farklıdır. Birinci elektrona yakın
olan gözlemci -özel görelilik kuramına
göre bilgi uzayda sonlu bir hızla yayıldığı
için- önce birinci elektronunun durumunun sonra da ikinci elektronun durumunun
çöktüğünü gözlemleyecektir. Bu gözlemciye
göre ikinci elektronun spin durumunun
çökmesine birinci elektron üzerinde
yapılan ölçüm “sebep” olmuştur. Ancak
aynı olay ikinci elektrona yakın gözlemci
tarafından bunun tam tersi şekilde yorumlanır.
Bu gözlemciye göre önce ikinci
elektronun spin durumu daha sonra birinci
elektronun spin durumu çökmüştür.
Dolayısıyla birinci elektronun spin durumunun
çökmesinin nedeni ikinci elektron
üzerinde yapılan ölçümdür. Dolayısıyla üç
farklı gözlemcinin olayı gözlemleme şekilleri
nedensellik ilkesi (sebebin sonuçtan
önce olması) ile uyumsuzdur. Aynı olay
farklı referans sistemlerinde gözlemlendiği
zaman “sebep” ve “sonuç” yer değiştirmektedir.
Bu durumun sebebi kuantum mekaniğine
göre bir sistemin bir parçası üzerinde
yapılan ölçümün sistemin tüm par-
çalarını aralarındaki mesafeye bakmaksı-
zın anlık olarak etkilemesidir. Yani sistemin
bir parçası üzerinde yapılan ölçümün
bilgisi diğer parçalara sonsuz bir hızla ula-
şır ki bu durum özel görelilik kuramından
kaynaklanan yerellikle çelişir.
Kuantum mekaniksel ölçümlerin nedensellikle
çelişmesinin neden bir sorun
olduğu makroskobik dünyadan örneklerle
daha iyi anlaşılır. Örneğin sebebin sonuç-
tan önce gelmediği bir referans sisteminde
bir çocuk annesinden önce doğmuş olabilir!
Ancak kuantum mekaniksel ölçümlerin
nedensellikle çelişmesinin bir sorun
olmadığını düşünenler de var. Fizikçi John
G. Cramer, nedensellik ilkesinin “zayıf” ve
“güçlü” olarak ikiye ayrılması gerektiğini
belirtiyor. Güçlü ilke tüm fiziksel olaylarda
sebebin sonuçtan önce gelmesi gerektiğini
belirtir. Zayıf ilke ise sadece makroskobik
nesneler ve gözlemciler arasındaki iletişim
için geçerlidir. Cramer’e göre makroskobik
nesneler için nedenselliğin geçerli olmaması
mantığa aykırı durumlara yol açsa
da aynı şeyin mikroskobik nesneler için de
geçerli olduğunu düşünmek için bir sebep
yok. Dolayısıyla zayıf ilke yeterlidir.
Ölçümlerle ilgili bir diğer sorun bir par-
çacık üzerinde yapılan ölçümün diğer par-
çacığın durumunu da belirlemesidir. Bir
parçacık üzerinde yapılan ölçüm sonucunun
o parçacığın ölçüm cihazıyla etkileşmesinin
sonucu olduğu söylenebilir.
Ancak ölçüm cihazı etkileşmediği ikinci
parçacığın durumunu nasıl belirleyebilir?
Einstein, Podolsky ve Rosen bu durum
için “gerçekliğin hiçbir mantıklı tanımı
böyle bir şeye izin vermez” diye yazmıştı.
Eintein, Podolsky ve Rosen’in EPR paradoksundan
çıkardığı sonuç, kuantum
mekaniğinin hâlâ eksiklikleri olduğuydu.
Kuantum mekaniğinin yerini alabilecek,
yerellik ve gerçeklik özelliklerine sahip
bir kuramın geliştirilebileceğini düşü-
nüyorlardı.
Gizli Değişkenler
Einstein ve arkadaşları kuantum mekaniğinin
yerel gerçeklik ile çelişmesinin sebebinin,
kuramın içermediği “gizli değiş-
kenler” olduğunu düşünüyordu. Gizli de-
ğişkenler ile kastedilenin ne olduğunu anlamak
için istatistiksel mekaniğin makroskobik
sistemlere uygulanmasının ne anlama
geldiğine bakabiliriz.
İstatistiksel mekanikte sistemin durumunu
tanımlamak için kullanılan değiş-
kenler -örneğin sıcaklık ve basınç- tek tek
sistemin içerdiği parçacıkların değil sistemin
tamamının özellikleridir. Kuram sistemin
belirli bir andaki özelliklerinin istatistiksel
ortalamalarını tahmin eder ancak
tam değerlerini vermez. Örneğin kapalı
bir kabın içindeki gazın kabın duvarlarına
yaptığı basınç, kabın duvarlarına çarpan
taneciklerin momentumlarına ve kaba
çarpma yönlerine göre anlık olarak sü-
rekli değişir. Kuramın tahmin ettiği ise sü-
rekli olarak değişen anlık değerlerin istatistiksel
ortalamasıdır. Eğer kabın içindeki
tüm taneciklerin belirli bir andaki konumları
ve momentumları belirlenebilseydi,
kabın duvarlarına etki eden basıncın
anlık değerini hesaplamak mümkün olurdu.
Ancak bu bilgiye ulaşmak imkânsızdır.
Dolayısıyla istatistiksel mekanik göz önü-
ne alındığında, taneciklerin konumlarının
ve momentumlarının, kuramda yer almayan
gizli değişkenler olduğu söylenebilir.
Kuantum mekaniği için geliştirilmiş gizli değişken kuramlarından biri David Bohm’a aittir. Bohm’un kuramı esasen kuantum mekaniğinin yeniden yorumlanmasıdır ve kuantum mekaniğinin standart formülasyonuyla tamamen aynı tahminleri yapar. Bohm’un kuramında dalga fonksiyonları ölçüm sonuçları hakkında bilgi vermenin yanı sıra yeni bir rol daha üstlenir. Dalga fonksiyonları, parçacıklara etki eden kuantum mekaniğine özgü bir kuvvetin kaynağı olan bir alan da tanımlar. Bu kuantum mekaniğine özgü kuvvet, kuantum mekaniğinin yaygın yorumlarında, parçacıkların potansiyel enerji engellerini sanal momentumla tünelleyerek geçmesi gibi mantığa aykırı gözüken olguları daha mantıksal bir çerçevede açıklar. Bohm’un kuramına göre gizli değişkenler, sistemin içerdiği parçacıkların konumları ve momentumlarıdır. Bohm’un yorumuna gö- re parçacıkların belirli konumları ve momentumları vardır yani kuram gerçeklik özelliğine sahiptir. Kuantum mekani- ği ile yapılan olasılığa dayalı tahminler, parçacıkların konumlarını ve momentumlarını belirlemenin imkânsızlığından kaynaklanır. Bohm’un kuantum mekani- ği yorumu gerçeklikle değil ama yerellikle çelişir. Bu durumun nedeni kuantum mekaniğine özgü kuvveti tanımlayan dalga fonksiyonunun, aralarındaki mesafe ne olursa olsun parçacıkların anlık olarak iletişim kurmalarına izin vermesidir. Bell Teoremi John Steward Bell 1954’te yayımladığı makalede EPR paradoksunu ele alarak, kuantum mekaniğinin yerel gerçeklik özelli- ğine sahip olacak şekilde yeniden formü- le edilmesi durumunda, iki parçacık üzerinde yapılacak spin ölçümlerinin sonuç- ları arasındaki bağlılaşımlarla ilgili bir eşitsizlik türetti. Yerel gerçeklik özelliğine sahip bir kuramın eşitsizlikleri sağlaması gerekir. Ancak kuantum mekaniği kullanılarak yapılan hesaplar eşitsizlikleri sağlamaz. Bell makalesini şöyle sonlandırmıştı: “İstatistiksel tahminleri değiştirmeden ölçümlerin sonuçlarını belirlemek amacıyla kuantum mekaniğine parametrelerin eklendiği bir kuramda, aralarında ne kadar mesafe olursa olsun bir ölçüm cihazının diğer ölçümün sonuçlarını etkileyebileceği bir mekanizma olmalıdır. Üstelik sinyal anlık olarak yol almalıdır, dolayısıyla böyle bir kuram Lorentz değişimsiz [özel görelilik kuramı ile uyumlu] olamaz. Ancak kuantum mekaniğinin tahminlerinin geçerliliği sınırlıysa durum değişir.” Özetle Bell teoremi, kuantum mekani- ğinin tahminlerinin, kuramın yerel ger- çeklik özelliğine sahip olacak biçimde yeniden yorumlanamayacağını söyler. Eğer kuantum mekaniğinin tahminleri doğruysa, kuantum mekaniğinin yerini alabilecek daha gelişmiş bir kuram da yerel gerçeklik özelliğine sahip olamayacaktır. Dolayısıyla yapılması gereken şey, deneyler yaparak sonuçların Bell eşitsizliklerini sağlayıp sağ- lamadığını kontrol etmektir. Deneysel Çalışmalar Bell eşitsizlikleri ile ilgili deneylerin yapılması pek çok bakımdan zordur. Öncelikle iki ayrı ölçüm cihazının konumları- nın, parçacıkların birbirleriyle ışık hızıyla iletişim kuramayacak şekilde ayarlanması gerekir. Işık hızının yaklaşık saniyede 300.000 kilometre olduğu düşünülürse ya ölçüm zamanları çok hassas bir biçimde ayarlanmalı ya da mesafe büyük olmalı- dır. İkinci olarak ölçümler sırasında kullanılan dedektörler mükemmel değildir. Dolayısıyla ya deney düzeneklerini mükemmele yakın bir biçimde ölçüm yapacak şekilde düzenlenmeli ya da sonuçları analiz ederken Bell eşitsizliklerinin yerine dedektörlerin kusurlarını göz önüne alan başka eşitsizlikler kullanılmalıdır.Bugüne kadar yapılan deneylerin hiçbiri tamamen kusursuz değil. Ancak sonuçların Bell eşitsizliklerini sağlamadığı görülüyor. Araştırmacılar gelecek birkaç sene içerisinde kusursuz bir deneyin yapılabileceğini düşünüyor. Esasen Bell teoremi ile ilgili deneylerde göz önünde bulundurulması gereken bir diğer etken daha var: özgür irade. Deneyler sırasında parçacıkların spinlerinin hangi yönde ölçüleceğini deneycilerin özgür iradeleri ile belirleyeceği varsayılıyor. Ancak özgür irade nedir? Hatta özgür irade diye bir şey var mıdır? Bell teoremi ve benzeri konularla ilgili deneyler yaparken özgür iradenin de dikkate alınması gerektiğini düşünen pek çok bilim insanı var. Nobel Fizik Ödülü sahibi Gerard ’t Hooft özgür irade diye bir şey olmadığını düşünenlerden. “Kuantum Mekaniğinde Özgür İrade Varsayımı” başlıklı makalesinden alınan şu metin Prof. ’t Hooft’un görüşlerinin özeti niteli- ğinde: “Kendi irademizle üzerinde ölçüm yaptığımız parçacıkları etkilemeden cihazların kurulumunu de- ğiştirebilir miyiz? Etrafımızdaki mikroskobik değiş- kenleri ve özellikle de incelemek istediğimiz parçacığı etkilemeden spinin z bileşenini ölçmekten cayıp x bileşenini ölçmeye karar verebilir miyiz? Makinelerimizi ve kendi karar verme sürecimizi makroskobik cihazlarla -örneğin yörüngelerinde hareket eden gezegenlerle- değiştirdiğimizi varsayalım. Merkür, Plüton üzerinde ‘ölçüm yaparken’ kendi iradesiyle ve Plüton’un hareketini etkilemeden yörüngesindeki konumunu değiştirebilir mi? Tabii ki hayır. Merkür’ün yörüngesindeki konumunu değiştirdiğinin hayal edilebilmesi için -Plüton’un hareketi de dahil olmak üzere- gezegenler sisteminin bütün geçmi- şi de değiştirilebilmelidir. Kısacası geçmişi ve tabii ki geleceği değiştirmeden bugünü değiştiremezsiniz. Sadece ölçüm cihazlarının bugünkü kurulumunu değiştirecek şekilde geçmişi değiştirilebilir mi? Bize yaklaşan parçacıkların dalga fonksiyonlarını de- ğiştirmeden ölçüm cihazlarında değişiklik yapabilir miyiz? (.....) ‘Özgür irade’, yani geçmişimizi değiştirmeden davranışlarımızı değiştirmek, imkânsızdır.” Jason Gallicchio, Andrew Friedman ve David Kaiser 2014’te Physical Review Letters’da yayımladıkları bir makalede, Bell teoremi deneylerinde özgür iradeden kaynaklanabilecek kusurları gidermek için kuasarlardan yayılan ışıklardan yararlanılacak bir deney yapılmasını önerdiler. Araştırmacılar, Büyük Patlama’dan beri aralarında hiçbir iletişim olmamış iki kuasarın gözlemlenmesi sonucunda elde edilen verileri kullanarak hangi özellikler hakkında ölçüm yapılacağının belirlenmesi durumunda özgür iradeden kaynaklanabilecek kusurların giderilebileceğini ileri sürüyor. Bell Teoreminin Sonuçları Eğer gelecekte yapılacak “mükemmel” deneyler de Bell eşitsizliklerinin sağlanmadığını gösterirse bundan ne sonuç çıkarmalıyız? Bell teoremine giden yol, kuantum mekaniğinin hâlâ eksiklikleri olan bir kuram olduğu düşüncesinden çıkmıştı. Fakat deney sonuçları Bell eşitsizliklerinin sağlanmadığı- nı gösterse bile, bu kuantum mekaniğinin eksiklikleri olmadığı anlamına gelmez. Ancak Bell teoremi, kuantum mekaniğinin eksikleri olsa bile onun yerini alacak daha gelişmiş bir kuramın da yerel gerçeklik özelliğine sahip olamayacağını söyler. Bu durumda ya yerellikten ya gerçeklikten ya da her ikisinden de vazgeçmek gerekecektir.
Kuantum mekaniği için geliştirilmiş gizli değişken kuramlarından biri David Bohm’a aittir. Bohm’un kuramı esasen kuantum mekaniğinin yeniden yorumlanmasıdır ve kuantum mekaniğinin standart formülasyonuyla tamamen aynı tahminleri yapar. Bohm’un kuramında dalga fonksiyonları ölçüm sonuçları hakkında bilgi vermenin yanı sıra yeni bir rol daha üstlenir. Dalga fonksiyonları, parçacıklara etki eden kuantum mekaniğine özgü bir kuvvetin kaynağı olan bir alan da tanımlar. Bu kuantum mekaniğine özgü kuvvet, kuantum mekaniğinin yaygın yorumlarında, parçacıkların potansiyel enerji engellerini sanal momentumla tünelleyerek geçmesi gibi mantığa aykırı gözüken olguları daha mantıksal bir çerçevede açıklar. Bohm’un kuramına göre gizli değişkenler, sistemin içerdiği parçacıkların konumları ve momentumlarıdır. Bohm’un yorumuna gö- re parçacıkların belirli konumları ve momentumları vardır yani kuram gerçeklik özelliğine sahiptir. Kuantum mekani- ği ile yapılan olasılığa dayalı tahminler, parçacıkların konumlarını ve momentumlarını belirlemenin imkânsızlığından kaynaklanır. Bohm’un kuantum mekani- ği yorumu gerçeklikle değil ama yerellikle çelişir. Bu durumun nedeni kuantum mekaniğine özgü kuvveti tanımlayan dalga fonksiyonunun, aralarındaki mesafe ne olursa olsun parçacıkların anlık olarak iletişim kurmalarına izin vermesidir. Bell Teoremi John Steward Bell 1954’te yayımladığı makalede EPR paradoksunu ele alarak, kuantum mekaniğinin yerel gerçeklik özelli- ğine sahip olacak şekilde yeniden formü- le edilmesi durumunda, iki parçacık üzerinde yapılacak spin ölçümlerinin sonuç- ları arasındaki bağlılaşımlarla ilgili bir eşitsizlik türetti. Yerel gerçeklik özelliğine sahip bir kuramın eşitsizlikleri sağlaması gerekir. Ancak kuantum mekaniği kullanılarak yapılan hesaplar eşitsizlikleri sağlamaz. Bell makalesini şöyle sonlandırmıştı: “İstatistiksel tahminleri değiştirmeden ölçümlerin sonuçlarını belirlemek amacıyla kuantum mekaniğine parametrelerin eklendiği bir kuramda, aralarında ne kadar mesafe olursa olsun bir ölçüm cihazının diğer ölçümün sonuçlarını etkileyebileceği bir mekanizma olmalıdır. Üstelik sinyal anlık olarak yol almalıdır, dolayısıyla böyle bir kuram Lorentz değişimsiz [özel görelilik kuramı ile uyumlu] olamaz. Ancak kuantum mekaniğinin tahminlerinin geçerliliği sınırlıysa durum değişir.” Özetle Bell teoremi, kuantum mekani- ğinin tahminlerinin, kuramın yerel ger- çeklik özelliğine sahip olacak biçimde yeniden yorumlanamayacağını söyler. Eğer kuantum mekaniğinin tahminleri doğruysa, kuantum mekaniğinin yerini alabilecek daha gelişmiş bir kuram da yerel gerçeklik özelliğine sahip olamayacaktır. Dolayısıyla yapılması gereken şey, deneyler yaparak sonuçların Bell eşitsizliklerini sağlayıp sağ- lamadığını kontrol etmektir. Deneysel Çalışmalar Bell eşitsizlikleri ile ilgili deneylerin yapılması pek çok bakımdan zordur. Öncelikle iki ayrı ölçüm cihazının konumları- nın, parçacıkların birbirleriyle ışık hızıyla iletişim kuramayacak şekilde ayarlanması gerekir. Işık hızının yaklaşık saniyede 300.000 kilometre olduğu düşünülürse ya ölçüm zamanları çok hassas bir biçimde ayarlanmalı ya da mesafe büyük olmalı- dır. İkinci olarak ölçümler sırasında kullanılan dedektörler mükemmel değildir. Dolayısıyla ya deney düzeneklerini mükemmele yakın bir biçimde ölçüm yapacak şekilde düzenlenmeli ya da sonuçları analiz ederken Bell eşitsizliklerinin yerine dedektörlerin kusurlarını göz önüne alan başka eşitsizlikler kullanılmalıdır.Bugüne kadar yapılan deneylerin hiçbiri tamamen kusursuz değil. Ancak sonuçların Bell eşitsizliklerini sağlamadığı görülüyor. Araştırmacılar gelecek birkaç sene içerisinde kusursuz bir deneyin yapılabileceğini düşünüyor. Esasen Bell teoremi ile ilgili deneylerde göz önünde bulundurulması gereken bir diğer etken daha var: özgür irade. Deneyler sırasında parçacıkların spinlerinin hangi yönde ölçüleceğini deneycilerin özgür iradeleri ile belirleyeceği varsayılıyor. Ancak özgür irade nedir? Hatta özgür irade diye bir şey var mıdır? Bell teoremi ve benzeri konularla ilgili deneyler yaparken özgür iradenin de dikkate alınması gerektiğini düşünen pek çok bilim insanı var. Nobel Fizik Ödülü sahibi Gerard ’t Hooft özgür irade diye bir şey olmadığını düşünenlerden. “Kuantum Mekaniğinde Özgür İrade Varsayımı” başlıklı makalesinden alınan şu metin Prof. ’t Hooft’un görüşlerinin özeti niteli- ğinde: “Kendi irademizle üzerinde ölçüm yaptığımız parçacıkları etkilemeden cihazların kurulumunu de- ğiştirebilir miyiz? Etrafımızdaki mikroskobik değiş- kenleri ve özellikle de incelemek istediğimiz parçacığı etkilemeden spinin z bileşenini ölçmekten cayıp x bileşenini ölçmeye karar verebilir miyiz? Makinelerimizi ve kendi karar verme sürecimizi makroskobik cihazlarla -örneğin yörüngelerinde hareket eden gezegenlerle- değiştirdiğimizi varsayalım. Merkür, Plüton üzerinde ‘ölçüm yaparken’ kendi iradesiyle ve Plüton’un hareketini etkilemeden yörüngesindeki konumunu değiştirebilir mi? Tabii ki hayır. Merkür’ün yörüngesindeki konumunu değiştirdiğinin hayal edilebilmesi için -Plüton’un hareketi de dahil olmak üzere- gezegenler sisteminin bütün geçmi- şi de değiştirilebilmelidir. Kısacası geçmişi ve tabii ki geleceği değiştirmeden bugünü değiştiremezsiniz. Sadece ölçüm cihazlarının bugünkü kurulumunu değiştirecek şekilde geçmişi değiştirilebilir mi? Bize yaklaşan parçacıkların dalga fonksiyonlarını de- ğiştirmeden ölçüm cihazlarında değişiklik yapabilir miyiz? (.....) ‘Özgür irade’, yani geçmişimizi değiştirmeden davranışlarımızı değiştirmek, imkânsızdır.” Jason Gallicchio, Andrew Friedman ve David Kaiser 2014’te Physical Review Letters’da yayımladıkları bir makalede, Bell teoremi deneylerinde özgür iradeden kaynaklanabilecek kusurları gidermek için kuasarlardan yayılan ışıklardan yararlanılacak bir deney yapılmasını önerdiler. Araştırmacılar, Büyük Patlama’dan beri aralarında hiçbir iletişim olmamış iki kuasarın gözlemlenmesi sonucunda elde edilen verileri kullanarak hangi özellikler hakkında ölçüm yapılacağının belirlenmesi durumunda özgür iradeden kaynaklanabilecek kusurların giderilebileceğini ileri sürüyor. Bell Teoreminin Sonuçları Eğer gelecekte yapılacak “mükemmel” deneyler de Bell eşitsizliklerinin sağlanmadığını gösterirse bundan ne sonuç çıkarmalıyız? Bell teoremine giden yol, kuantum mekaniğinin hâlâ eksiklikleri olan bir kuram olduğu düşüncesinden çıkmıştı. Fakat deney sonuçları Bell eşitsizliklerinin sağlanmadığı- nı gösterse bile, bu kuantum mekaniğinin eksiklikleri olmadığı anlamına gelmez. Ancak Bell teoremi, kuantum mekaniğinin eksikleri olsa bile onun yerini alacak daha gelişmiş bir kuramın da yerel gerçeklik özelliğine sahip olamayacağını söyler. Bu durumda ya yerellikten ya gerçeklikten ya da her ikisinden de vazgeçmek gerekecektir.
- Bağlantıyı al
- E-posta
- Diğer Uygulamalar
Yorumlar
Yorum Gönder