Özdeşlik ve Farklılığın Kökleri

Bir sabah uyandığımda, tüm eşyalarım çalınmış ve tıpatıp aynı olan eşleriyle değiştirilmişti.

Steven Wright

Yukarı doğru akan nehri görmek için her yerden geldiler. Nehir balıkçı limanını geçip bitişik nizam evlerin arasından tırmanarak, yamacı yılankavi bir şekilde aşıyor ve kasabaya tepeden bakan sarp zirveye ulaşıyordu. Şaşkın martılar nehre dalıp çıkıyor, heyecanlanan çocuklar yanı başında koşturuyorlardı. Ve nehrin aşağı kesimleri boyunca uzanan meyhanelerin önündeki piknik masalarında, bardaklardan tırmanan biralar kendilerini usulca yere dökerken, günübirlikçiler doğanın bu mucizesi karşısında yerlerine mıhlanıp kalmıştı.

Gerçekten de, yerçekimine bu şekilde meydan okuyarak yukarı doğru akacak bir sıvı türü olabilir mi? Evet, olabilir! Ve bu da, kuantum teorisinin bir başka marifeti.

Atomlar ve türevleri imkansız birçok şey yapabilir. Örneğin aynı anda iki yerde birden bulunabilir, aşılamaz sanılan engelleri rahatlıkla geride bırakabilir ve evrenin iki ayrı ucundayken bile birbirlerinin durumları hakkında anında bilgi sahibi olabilirler. Ayrıca bütünüyle öngörülemez bir durumdadırlar; yaptıkları hiçbir şeyin nedeni yoktur. Belki de karakteristik özelliklerinden en şaşırtıcı ve rahatsızlık verici olanı da budur.

Bütün bu özellikler, elektron, proton ve türevlerinin dalga/parçacık karakterinden kaynaklanır. Ancak mikroskobik nesneleri gündelik dünyanın bilindik cisimlerinden böylesine farklı kılan, yalnızca kendilerine özgü bu ikili doğaları değildir. Bir şey daha söz konusudur: ayırt edilemezlikleri. Her elektron diğer bir elektronla, her foton diğer bir fotonla özdeştir.

İlk bakışta bu, çok dikkate değer bir özellik gibi görünmeyebilir. Ancak gündelik dünyadaki nesneleri düşünün. Mesela aynı model ve renkte iki otomobil aynıymış gibi görünse de, aslında aynı değildirler. Dikkatli bir muayeneyle boyalarının düzgünlüğü, lastiklerinin hava basıncı gibi binlerce açıdan farklı oldukları anlaşılabilir.

Bu durumu küçük şeylerin dünyasıyla karşılaştıralım. Mikroskobik parçacıklar herhangi bir şekilde işaretlenemez. Bir elektronu mimleyemezsiniz! Köküne dek ayırt edilemez bir durumdadırlar. Aynı şey, fotonlar ve mikroskobik dünyanın diğer sakinleri için de geçerlidir. Bu ayırt edilemezlik, bizim için yabana atılmayacak bir yeniliktir ve hem mikroskobik dünya hem de gündelik hayatımız açısından çok mühim sonuçları vardır. Aslına bakılacak olursa, içinde yaşadığımız dünyanın var olmasının tek nedeninin bu olduğu söylenebilir.

Kuantum Teorisine Göre Gündelik Dünya Nasıl Oluşur?

Kuantum teorisine göre, farklı durumların süperpozisyonlarının var olması yalnızca mümkün olmakla kalmaz, aynı zamanda garanti altındadır. Bir atom aynı anda birçok yerde bulunabilir ve birçok şey yapabilir. Mikroskobik dünyada gözlemlenen tuhaf olayların birçoğuna yol açan, bu olasılıklar arasındaki girişimdir. Ancak çok sayıda atom gündelik dünyadaki nesneleri oluşturmak için bir araya geldiği halde, bu nesnelerin hiçbir zaman kuantum davranışları göstermemesinin nedeni nedir? Örneğin bir ağaç hiçbir zaman aynı anda hem evinizin önünde hem de arkasında takılamaz (tek bir ağacınız olduğu sürece bu imkansızdır) ya da hiçbir hayvan aynı anda hem bir kurbağa hem de zürafa gibi davranmaz.

Bu güç çelişkiyi açıklığa kavuşturmaya yönelik ilk girişim, 1920’li yıllarda, kuantumun öncülerinden Niels Bohr tarafından Kopenhag’da gerçekleştirildi. Kopenhag Yorumu, evreni farklı kanunlarla yürüyen iki alana ayırır. Bir tarafta, kuantum teorisi tarafından yönetilen çok küçük parçacıkların dünyası; diğer tarafta ise normal ya da klasik kanunlarla işleyen çok büyük şeylerin dünyası bulunmaktadır. Kopenhag Yorumu’na göre, atom gibi bir kuantum parçacığı klasik bir nesneyle etkileşime girdiğinde, bu parçacık şizofren süperpozisyonundan çıkmak ve “akla uygun” davranmak zorunda kalır. Bu klasik nesne bir ölçüm cihazı, hatta bir insan bile olabilir.

Peki ama, klasik nesne, kuantum parçacığını kuantumluktan çıkarmak için tam olarak ne yapıyor? Daha da mühimi, klasik anlamıyla “nesneyi” meydana getiren ne? Sonuçta, insan gözü her biri kuantum teorisine riayet eden çok sayıda atomdan oluşmaktadır. Bu ikilem Kopenhag Yorumu’nun zayıf noktasıdır ve yaklaşımın, gündelik dünyanın nasıl oluştuğunu açıklamakta yetersiz kalmasının esas nedenidir.

Devamını oku “Kuantum Teorisine Göre Gündelik Dünya Nasıl Oluşur?”

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.

Belirsizlik ve Vakum

Beyaz cüceler ve nötron yıldızları bir kenara, Heisenberg belirsizlik ilkesinin ortaya koyduğu belki de en dikkate değer sonuç, boşluğun modern resmidir. Sonuç, boşluğun boş olmamasıdır!

Heisenberg belirsizlik ilkesi, bir parçacığın aynı anda hem enerjisini hem de var olduğu zaman aralığını ölçmenin imkansız olduğunu söylemek için yeniden düzenlenebilir. Dolayısıyla çok kısa bir zaman aralığında bir boşluk parçasında neler olduğunu değerlendirmeye kalkacak olursak, bu parçanın enerji içeriğine yönelik çok ciddi bir belirsizlik oluşacaktır. Diğer bir ifadeyle, enerji kendiliğinden ortaya çıkabilir!

Kütle bir enerji biçimidir. Bunun anlamı, kütlenin de kendiliğinden ortaya çıkabileceğidir. Ancak ortaya çıktıktan kısa bir süre sonra hemen yok olmak durumundadır. Genellikle herhangi bir şeyin yoktan var olmasını engelleyen doğa kanunları, çok hızlı gerçekleşen olayları görmezden geliyor gibi. Bu açıdan doğa kanunlarının durumu, sabah olmadan yeniden garaja bırakması şartıyla, oğlunun arabayı kaçırmasını görmezden gelen bir babaya benzetilebilir.

Pratikte kütle, mikroskobik parçacıklar halinde, boşlukta kendiliğinden oluşmaktadır. Kuantum vakumu aslında birdenbire varoluşa sıçrayan ve hemen ardından yeniden yok olan elektronlar gibi mikroskobik parçacıkların kaynaştığı bir bataklıktır. Ve bu yalnızca bir teori de değildir; gözlemlenebilen sonuçları bulunmaktadır. Kuantum vakumunun çamurlu denizi atomların dışlarındaki elektronları hırpalayarak, dışa verdikleri ışık enerjisini çok hafif bir şekilde değiştirir.

Doğa kanunlarının herhangi bir şeyin yoktan var olmasına izin veriyor olması gerçeği, evrenin kökenleri üzerine çalışan kozmologların gözünden kaçmamıştır. Günümüzde bilim adamları tüm evrenin, aslında vakumun kuantum dalgalanmasından başka bir şey olup olmadığını düşünüyor. Bu olağandışı bir düşünce.