Young Deneyi Girişim

Young’ın deneyinin bu modern yorumunda, ışık geçirmeyen bir perde üzerindeki çift yarık, artık kimsenin inkar edemeyeceği şekilde parçacık akımı olduğu anlaşılan ışıkla aydınlatıldı.

Yinelenen deneyde esas nokta, her seferde tek bir foton yollanmasını sağlayacak kadar zayıf bir ışık kullanmaktı. İkinci perdenin farklı noktalarındaki duyarlı dedektörler ise perdeye ulaşan fotonları sayıyordu. Fakat deneyin sürdüğü belli bir zaman diliminin ardından dedektörler dikkate değer bir şey gösterdi.

İkinci perde üzerinde bazı yerler üzerine foton yağarken, bazı yerlere ise kesinlikle foton ulaşmıyordu. Dahası, fotonların ulaştığı yerler ile hiçbir fotonun uğramadığı yerler, dikey çizgiler oluşturarak, dönüşümlü olarak değişmekteydi – tıpkı Young’ın orijinal deneyindeki gibi. Durun bir dakika!

Young’ın deneyinde oluşan karanlık ve aydınlık şeritlerin nedeni girişimdi. Ve de girişimin temel özelliği, aynı kaynaktan gelen iki farklı dalganın birbirine girmesiydi; bir yarıktan geçen ışığın, diğer yarıktan geçen ışıkla iç içe geçmesi gerekiyordu. Ancak gerçekleştirilen yeni deneyin her bir turunda, ilk perde üzerindeki çift yarığa ulaşan tek bir foton söz konusuydu. Her bir foton bütünüyle yalnızdı; kendisine eşlik eden ve girişimde bulunabileceği başka fotonlar yoktu. Öyleyse, herhangi bir girişim nasıl oluyordu?

Bir foton, diğer fotonların nereye ineceğini nasıl bilebiliyordu? Bunun olabilmesi için tek bir yol olduğu anlaşılarak, her bir fotonun bir şekilde aynı anda her iki yarıktan birden geçtiği düşünüldü. Yarıklardan geçtikten sonra ise kendi kendisiyle girişimde bulunuyordu.

Diğer bir deyişle, her bir fotonun, farklı iki durumun süperpozisyonunda olması gerekiyordu – soldaki yarıktan geçen fotonun bağlı olduğu bir dalga ve sağdaki yarıktan geçen fotonun bağlı olduğu bir diğer dalga. Çift yarık deneyi fotonlarla, atomlarla ya da diğer mikroskobik parçacıklarla gerçekleştirilebilir.

Bu deney, gözlemlenen parçacıkların (ikinci perde üzerinde nereye saldırabilecekleri ve nereye saldıramayacaklarını belirleyen) dalgasal benlikleri tarafından nasıl yönetildiklerini şematik olarak ortaya koymaktadır. Ancak çift yarık deneyinin gösterdiği yalnızca bu değildir.

Deneyle anlaşılan en önemli nokta, süperpozisyon durumuna geçen ayrı dalgaların pasif olmadığı; aksine, birbirleriyle aktif bir şekilde girişimde bulunabildikleri olmuştur. Bir süperpozisyonun ayrı durumlarının birbirleriyle girişimde bulunabilme yetisi, kuantum fenomenini tüm yönleriyle ortaya koyarak mikroskobik dünyanın kapılarını açan esas anahtardır.

Kuantum bilgisayarlarını ele alalım. Bu bilgisayarların aynı anda birçok işlemi birden yapabilmesinin nedeni, farklı durumların süperpozisyonu olarak var olabilmeleridir. Örneğin 10 elementli (yani 10 kubitlik) bir kuantum bilgisayarı aynı anda 1024 farklı durumda bulunabilir ve dolayısıyla aynı anda 1024 işlem gerçekleştirebilir. Öte taraftan yeniden bir araya gelmedikleri sürece, bir işlemin farklı noktalara açılmış dallarının hiçbir değeri yoktur. Bunu gerçekleştiren ise girişimdir.

Girişim sayesinde, süperpozisyonun 1024 farklı durumu birbirleriyle etkileşime girebilir ve birbirlerini etkileyebilir. Yine girişim sayesinde, kuantum bilgisayarının elde ettiği tek bir cevap, 1024 paralel işlemin tümünde ne olup bittiğini yansıtır ve bir araya getirir. 1024 ayrı parçaya ayrılmış ve her bir parçanın üzerinde tek bir kişinin çalıştığı bir problem düşünün.

Problemin çözüme ulaştırılması için, söz konusu 1024 kişi birbirleriyle sürekli iletişim halinde olmalı ve elde ettikleri sonuçları değiş-tokuş etmelidir. Girişimin kuantum bilgisayarlarında mümkün kıldığı şey işte budur.

Burada bahsetmemiz gereken bir diğer önemli nokta, her ne kadar süperpozisyonlar mikroskobik dünyanın temel bir özelliği olsa da, aslında hiçbir zaman gözlemlenememeleridir. Tek görebildiğimiz varlıklarının sonuçlarıdır – bir süperpozisyonun farklı durumları birbirleriyle girişimde bulunduğunda ortaya çıkan sonuçlardır bunlar.

Örneğin çift yarık deneyine bakacak olursak, gözlemleyebildiğimiz yalnızca girişim desenidir; bu desen üzerinden, süperpozisyon durumunda olan ve aynı anda iki yarıktan birden geçen bir elektron olduğu sonucunu çıkarırız. Aynı anda iki yarıktan birden geçen bir elektronu yakalayabilmemiz ise imkansızdır.

Bir atomu aynı anda iki yerde birden görmenin değil, ancak aynı anda iki yerde birden bulunan bu atomun neden olduğu sonuçlan gözlemlemenin mümkün olabileceğine dair açıklamayla anlatılmak istenen de budur.

Yorum Durumu: Yorum yok --- Kategori: Bilim --- Etiketler: , , , , , , ---

Işık Dalga mı Parçacık mı?

Fizikçiler hala bu ikilikle boğuşur. Bugün ışığın farklı koşullarda nasıl davranması gerektiğini biliyormuşcasına hareket ettiğini biliyoruz. Işığın dalga özelliklerini gözlemlemek için tasarlamış bir deneyde, örneğin bir kırınım ağından geçirildiğinde, ışık dalga gibi davranır. Parçacık özelliklerinin gözlemlemek için tasarlanmış bir deneyde ise parçacık gibi davranır.

Fizikçiler ışığın gerçek doğasını ortaya çıkarmak için zekice deneyler yapsalar da şimdiye kadar hep başarısız oldular. Bunların çoğu Young’ın çift yarık deneyinin çeşitlemeleriydi. Bir ışık kaynağından çıkıp iki ince yarıktan geçerek bir ekrana düşen ışık ışınlarını düşünün. Her iki yarık da açıkken girişim saçaklarına benzeyen aydınlık-karanlık şeritler görürsünüz. Dolayısıyla ışık, bildiğimiz üzere dalgadır. Işığı kısarak fotonların yarıklardan teker teker geçeceği düzeye kadar düşürdüğümüzde, bir dedektörler her bir fotonun duvara çarpışını saptayabiliriz. Bu durumda bile fotonlar ekran üzerinde şeritlerden oluşan girişim desenleri oluşturacak şekilde yığılır.

Peki tek bir foton, ekranda girişim dalgası oluşturacak şekilde hangi yarıktan geçeceğini nereden bilir? Eğer yeterince hızlı davranırsanız, foton ışık kaynağından çıkar çıkmaz veya yarıklardan geçmiş ama daha ekrana düşmemişken yarıklardan birini kapatabilirsiniz. Fizikçiler test ettikleri her durumda fotonların bir mi yoksa iki mi yarık olduğunu biliyormuş gibi davrandıklarını gördüler. Hatta ortada tek bir foton olmasına rağmen, sanki aynı anda iki yarıktan birden geçiyormuş gibi görünüyordu.

Fotonun hangi yarıktan geçtiğini gözlemlemek için yarıklardan birinin yanına bir dedektör konduğunda, şaşırtıcı bir biçimde ekranda girişim deseni oluşmamaya başlar. Fotonlar ekranda tek bir yığın oluşturur ve girişim saçakları oluşmaz. Yani fotonları iş üstünde yakalamak için ne yaparsanız yapın, sanki tüm yapılanları biliyor gibidirler. Ve aynı anda hem dalga hem de parçacık gibi davranırlar – ikisinden bir tanesi gibi değil.

Yorum Durumu: 2 yorum --- Kategori: Bilim --- Etiketler: , , , , , , ---