Neden Atomların Tümü Aynı Değil?

Bir kilise orgu içinde hapsolmuş ses dalgalarının ancak kısıtlanmış yollardan titreşim sağlayabildiğini hatırlayın. Aynı durum, atomun içine hapsolmuş bir elektronla bağlantılı dalgalar için de geçerlidir. Her bir farklı titreşim, bir elektronun, atomun merkezindeki çekirdeğe göre belirli bir mesafede bulunan olası bir yörüngesine ve belirli bir enerji düzeyine denk gelmektedir (elbette ki, elektron ya da diğer mikroskobik parçacıklar için yüzde 100 kesinlikte bir rota olmadığından, söz konusu yörünge bir elektronu bulmak için en olası yer olarak kabul edilir).

Fizikçiler ve kimyagerler yörüngeleri numaralandırmaktadır. Taban durumu (ground state) olarak da bilinen en içteki yörünge 1, ardı sıra gelen yörüngeler ise içten dışa doğru 2, 3, 4 … şeklinde numaralandırılmıştır. Bu kuantum numaralarının mevcudiyeti, mikroskobik dünyada (söz konusu olan elektron yörüngeleri olduğunda bile) her şeyin nasıl ara değerler olmaksızın, ayrık adımlarla meydana geldiğini ortaya koymaktadır.

Elektron bir yörüngeden, çekirdeğe daha yakın olan bir başka yörüngeye “sıçradığında,” atom enerji kaybeder ve bu enerji dışa bir ışık fotonu olarak yayılır. Bu fotonun enerjisi tam olarak, iki yörünge arasındaki enerji farkına eşittir. Bunun zıt doğrultusunda bir atlamada ise atom, iki yörünge arasındaki enerji farkına eş düzeyde enerji taşıyan bir fotonu soğurur. Bu durumda, elektron bir yörüngeden çekirdeğe daha uzak olan bir başka yörüngeye sıçrar.

Devamını oku “Neden Atomların Tümü Aynı Değil?”

Parçacıkların İki Kabilesi

Çekirdeklerin farklı olduğu durumu (karbon ve helyum) hatırlayın ve iki olası çarpışma olayını yeniden değerlendirin. Birinde, çekirdekler birbirlerini sıyırarak geçerken, diğerinde kafa kafaya çarpışarak geldikleri yönde geriye sekerler. Bunun anlamı, 9:00 yönünden gelen çekirdek için, 4:00 ve 10:00 yönlerine yönelmesiyle bağlantılı iki dalganın olmasıdır.

Burada anlaşılması gereken temel nokta, bir olayın olasılığının, bu olayla bağlantılı dalganın yüksekliğiyle değil, dalganın yüksekliğinin karesiyle bağlantılı olmasıdır. Dolayısıyla 4:00 yönündeki olayın olasılığı 4:00; 10:00 yönündeki olayın olasılığı ise 10:00 yönündeki dalga yüksekliğinin karesidir. İşte tam da burada, yukarıda bahsettiğimiz ince nokta devreye giriyor.

10:00 yönünde uçan çekirdekle bağlantılı dalganın ters döndüğünü varsayalım. Bu durumda dalganın dip noktaları tepe, tepe noktaları ise dip noktaları olacaktır.

Devamını oku “Parçacıkların İki Kabilesi”

Birbirinden Ayırt Edemediğiniz Şeyler Girişimde Bulunur

Mikroskobik dünyadaki -atomun aynı anda birden çok yerde bulunabilme özelliği gibi- tüm garip davranışların, girişimden kaynaklandığını hatırlayın. Örneğin çift yarık deneyinde, ikinci perde üzerinde dönüşümlü olarak değişen karanlık ve aydınlık şeritlerin karakteristik desenini oluşturan, soldaki yarıktan geçen parçacığın bağlı olduğu dalga ile sağdaki yarıktan geçen parçacığın bağlı olduğu dalga arasındaki girişimdir.

Alternatiflerden hangisinin gerçekleştiğini anlamak için, parçacığın yarıkların hangisinden geçtiğini gözlemleyebileceğimiz bir düzenek oluşturduğumuzda, evre uyumsuzluğu yüzünden girişim şeritlerinin yok olacağını da hatırlayın. Görünen o ki girişim ancak birbirinin alternatifi durumundaki olaylar ayırt edilemez olduğunda gerçekleşmektedir – çift yarık deneyi açısından, bir yarıktan geçen parçacık ve diğer yarıktan geçen parçacık.

Çift yarık deneyinde, kimse gözlemlemediği sürece alternatif olaylar ayırt edilemez durumdadır. Diğer taraftan elektronlar gibi özdeş parçacıklar, başka türden ayırt edilemez olayların gerçekleşmesine de imkan tanır.

Kız arkadaşıyla dansa gitmeyi planlayan bir çocuk düşünelim. Kız arkadaşının da tek yumurta ikizi olsun. Ve kız arkadaşı evde kalıp televizyon izlemeyi tercih ettiğinden, kendi yerine ikiz kardeşini göndersin. Her iki kız da çocuğa aynı gözüktüğünden (elbette ki mikroskobik düzeyde asla özdeş olamazlar), kız arkadaşıyla dansa gitmek ve kız arkadaşının kardeşiyle dansa gitmek birbirinden ayırt edilemez olaylardır.

Görünüşte ayırt edilemez unsurlar içermelerinden dolayı, ayırt edilemez olan bu türden olayların, canı sıkılan özdeş ikizlerin erkek arkadaşlarıyla eğlenmesi gibi durumları bir kenara koyacak olursak, dünya üzerinde çok ciddi sonuçları olduğu söylenemez. Öte yandan mikroskobik dünya için durum farklıdır. Peki neden? Çünkü ayırt edilemez olaylar, buna yol açan her ne olursa olsun, birbirleriyle girişimde bulunabilir.

Işınlanma (Teleportasyon) mümkün mü?

Belki de dolanıklığın potansiyel kullanım alanları içinde en çekici olanı, bir nesnenin tam tanımının uzak bir yere gönderilmesi ve bu uzak yerdeki yetkin bir makinenin aldığı bilgiyle nesnenin kusursuz bir kopyasını çıkarabilmesidir. Bu, sizin de tahmin ettiğiniz üzere, Enterprise mürettebatını rutin olarak bir yerlere “ışınlayan” Uzay Yolu ışınlayıcısının yöntemidir.

Katı bir nesneyi yalnızca bu nesneyi tanımlayan bilgiyle yeniden oluşturmak, sahip olduğumuz teknolojinin çok ötesinde bir durum. Fakat uzak bir noktada herhangi bir nesnenin kusursuz kopyasını yaratma fikri çok daha basit bir şeye dayanıyor. Heisenberg belirsizlik ilkesine göre, bir nesneyi kusursuz bir şekilde tanımlamak imkansızdır tüm atomlarının pozisyonları, bu atomların her birinin içindeki elektronların pozisyonları gibi verilerden bahsediyoruz. Peki öyleyse, bu türden bilgilerin tamamı olmaksızın kusursuz bir kopya nasıl oluşturulabilir?

Devamını oku “Işınlanma (Teleportasyon) mümkün mü?”

Kuantum Dolanıklık

Yerel olmamanın tam merkezinde, etkileşime giren parçacıkların birbirlerini sarmak ya da “dolanmak” yönündeki eğilimi yer almaktadır. Böylece birinin özellikleri sonsuza dek diğerinin özelliklerine bağlı olur. Duruma elektron çiftleri açısından yaklaştığımızda, birbirlerine bağlı olan, elektronların spinleridir. En somut anlamıyla, birbirlerine dolanık parçacıklar artık ayrı varoluşlar olmaktan çıkarlar. Tıpkı aşık bir çift gibi, göbek bağıyla birbirlerine bağlı garip bir mevcudiyete geçerler. Ne denli birbirlerinden uzağa itilirlerse itilsinler, sonsuza dek birbirlerine bağlıdırlar.

Dolanıklığın en tuhaf tezahürü, hiç kuşku yok ki, yerel olmamaktır. Aslına bakılacak olursa, yerel olmamayı pratik bir kullanıma dönüştürebiliyor olsaydık, anında iletişim sistemleri oluşturabilir; bu sistemlerle, dünyanın diğer ucunu hiçbir gecikme olmaksızın telefonla arayabilirdik. Hatta salise kaybı yaşamadan evrenin diğer ucunu bile arayabilirdik! İnsanın keyfini kaçıran ışık hızı engelini de artık dert etmek zorunda kalmazdık.

Fakat yerel olmama, anlık iletişim sistemleri kurmak için değerlendirilemez. Uzun mesafeli bir mesaj yollamak için parçacıkların spininden yararlanmaya kalkıştığınızda, spinin doğrultularından birini “0”ı, diğerini ise “1”i kodlamak için kullanabiliriz. Ancak “0” mı yoksa “1” mi gönderdiğinizi bilmek için, parçacığın spinini kontrol etmeniz gerekir. Ve bu kontrol de, anlık etki için kesinkes şart olan süperpozisyonu yok eder. Spini kontrol etmeden mesaj gönderdiğinizde ise, ” 1 ” mi yoksa “0” mı gönderdiğinizden emin olmanız yüzde 50’lik bir olasılığa tekabül eder. Bu belirsizlik düzeyi de hiçbir anlamlı mesajın iletilmesine izin vermez.

Dolayısıyla anında etki evrenimizin temel niteliklerinden biri olsa da, doğanın, gerçek bir mesaj gönderebilmemiz açısından bu unsurun değerlendirilemez olması için ne gerekiyorsa yapmakta olduğu ortaya çıkmaktadır. Işık hızı engelinin, gerçekte kırılmadan, kırılmasına izin vermesi de böyle bir durumdur. Doğa bir eliyle verdiğini, diğer eliyle gaddarca geri almaktadır.

Kuantum Uzaktan Etki

Spin, yalnızca mikroskobik dünyada görülen bir durum. Spin durumundaki parçacıklar, küçük topaçlar gibi sanki kendi etraflarında dönüyorlarmış gibi davranırlar. Tek fark, aslında bunu yapmıyor oluşları. Yani kendi etraflarında dönmüyorlar! Bir kez daha, mikroskobik dünyanın idrak edilemez temeline iniyoruz. Parçacıkların spini, içsel öngörülemezlikleri gibi, gündelik dünyamızda doğrudan örneğini veremeyeceğimiz bir durum. Mikroskobik parçacıklar farklı miktarlarda spine sahip olabilir. Var olan en düşük spine sahip parçacık elektrondur; bu da onun iki farklı yönde dönebilmesini sağlar. Bu dönüş ya saat yönünde ya da saat yönünün tersinde olabilir (aslında hiç dönmüyor olsa da!).

Eğer ki biri saat yönünde, diğeri ise saat yönünün tersine bir spinle, iki elektron birlikte yaratılırsa, elektronların spini birbirini götürür. Fizikçiler bu durumda toplam spinin sıfır olduğunu söyleyecektir. Elbette tam tersi de geçerlidir. İlk elektron saat yönünün tersine, ikincisi ise saat yönünde bir spine sahip olsaydı da, toplam spin yine sıfır olurdu.

Devamını oku “Kuantum Uzaktan Etki”

Telepatik Evren

Evrenin İki Ayrı Ucunda Oldukları Zamanlarda Bile Atomlar Birbirlerini Nasıl Anında Etkiliyor

Madeni bir para dönüyor. Para, dipsiz bir okyanus çukurunda, çamura saplanmış sağlam bir kutunun içinde.
Madeni parayı döndüren ya da halen dönmesini sağlayan şeyin ne olduğunu sormayın. Bu düşünüp taşınarak yazılmış bir hikaye değil!
Önemli olan, evrenin ücra bir köşesinde, bir galaksinin soğuk aylarından birinde, özdeş bir kutunun içinde dönen özdeş bir madeni paranın daha olması. İlk para tura geliyor. Aynı anda, saniyenin milyarda biri kadar bile gecikme olmaksızın, Dünyadan 10 milyar ışık yılı uzaklıktaki diğer para ise yazı.

Dünyadaki para yazı, uzaklardaki kuzeni ise pekala tura gelebilirdi. Bunun önemi yok. Dikkate değer olan, evrenin ücra bir noktasındaki madeni paranın, dünyadaki özdeşinin durumunu anında biliyor ve bunun zıttını yapıyor olması.

Fakat bunu nasıl bilebiliyor? Evrenin kozmik hız sınırı, ışık hızıdır. Paraların birbirinden 10 milyar ışık yılı uzaklıkta olduğunu düşünecek olursak, birinin bilgisinin diğerine ulaşması için en az 10 milyar yıllık bir sürenin gerekli olduğunu çıkarabiliriz. Buna rağmen, anında birbirlerinin durumunu öğrenebiliyorlar.

Bu türden bir “ürkütücü uzaktan etki,” mikroskobik dünyanın en çarpıcı özelliklerinden birini öne çıkarıyor. Aslına bakacak olursanız, bu çarpıcı özellik Einstein’ı öylesine bozmuştu ki, kuantum teorisinin hatalı olması gerektiğini açıkladı. Ancak hatalı olan Einstein’dı.

Son yirmi yıl içerisinde fizikçiler tarafından, aralarında uzun mesafeler bulunan madeni paraların davranışları gözlemlendi. Paralar kuantum paralarıydı; aralarındaki mesafeler ise elbette ki evrenin genişliği kadar büyük değildi. Bununla birlikte, yapılan deneyler, atomlar ve türevlerinin gerçekten de ışık hızı engelini aşarak, aynı anda iletişime geçtiklerini ortaya koydu.

Fizikçiler, bu olağandışı kuantum telepatisine “yerel olmama” adını verdi. Yerel olmamayı anlamanın en iyi yolu da, parçacıklara has bir özellik olan “spin” kavramını incelemektir.