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.

Kopenhag Yorumu evreni, gayet keyfi bir biçimde, yalnızca biri kuantum teorisine riayet eden iki farklı alana ayırır. Aslında yorumun temelini oluşturan bu durum, aynı zamanda yorumu bozguna da uğratmaktadır. Her şey bir kenara, eğer ki kuantum teorisi gerçekliğin temel açıklaması ise, bu teori her yerde geçerli olmak durumundadır hem atomların dünyasında hem de gündelik dünyada. Günümüz fizikçileri kuantumun evrensel bir teori olduğuna inanıyor.

Bu durumda, bir kuantum sistemini hiçbir zaman doğrudan gözlemleyemeyeceğimiz ortaya çıkıyor. Yalnızca kendi çevresi üzerindeki etkilerini gözlemleyebiliyoruz. Bunu gerçekleştirecek olan bir ölçüm cihazı, insan gözü ya da genel anlamıyla evren olabilir. Örneğin bir nesneden gelen ışık retina tabakasına çarpar ve burada bir görüntü yaratır. Gözlemcinin ne bildiği, gözlemcinin ne olduğundan soyutlanamaz. Aynı şekilde, kuantum teorisi her yerde geçerliyse, elimizde bir başka kuantum nesnesini gözlemleyen ya da kaydeden bir kuantum nesnesi var demektir. Bu noktada asıl sorumuzu yeniden sorabiliriz: Gündelik dünyanın tek-bir-anda-tek-bir-yerde durumları bunu yapabiliyorken, tuhaf şizofren durumlar kendilerini çevre üzerinde yansıtmada (ya da çevreyle dolanıklık yaratmada) neden başarısız oluyor? Bir örnek üzerinden gitmek işimizi kolaylaştırabilir.

Yüksek hızda bir atomaltı parçacık havada uçuyorken, yakınından geçtiği tüm elektronların atomlarından ayrılmasına neden olur. Bu parçacığın uçuşunun 10 santimetrelik bir aralığını gözlemlemenin mümkün olduğunu varsayalım. Ve bu 10 santimetre içerisinde, parçacığın bir elektronla etkileşime girme ve bu elektronu dahil olduğu atomdan söküp atma olasılığının yüzde 50 olduğunu düşünelim.

Bu durumda, parçacık ya bir elektrona çarparak onu ait olduğu çevreden çıkaracak ya da bunu yapmayacaktır. Öte yandan bir elektrona çarparak onu atomundan çıkarmak bir kuantum olayı olduğundan, bir olasılık daha söz konusudur: bu iki olayın süperpozisyonu. Bir diğer ifadeyle, parçacık bir elektrona hem çarpmakta hem de çarpmamaktadır! Soru: Bu olay çevreyle dolanıklığa girdiğinde, neden bu durum doğrudan gözlemlenebilir bir sonuca yol açmıyor? Talihimiz varmış ki, “sis odası” adı verilen becerikli bir cihaz sayesinde elektron püskürtme olayını gerçekten görmemiz imkan dahilinde.

Bulutlar, hava sıcaklığındaki bir düşüşün, su buharının su damlacıkları olarak yoğunlaşmasına neden olması sonucunda oluşur. Bu sürecin hızlı bir şekilde gerçekleşmesi ancak su damlacıklarının büyüyeceği yerlerin çevresinde “tohum” olarak davranacak toz tanecikleri bulunduğunda olur. Tohumun bir toz parçacığı kadar büyük olması şart değildir – bu durum sis odası çalışma prensibinin de en önemli noktasıdır. Aslına bakılacak olursa, elektron kaybetmiş bir atom bile yeterli olacaktır – yani bir iyon.

Sis odası, su buharıyla doldurulmuş bir kutudur; kutunun bir tarafında ise içerisinde olanları gözlemlememize imkan tanıyacak bir pencere bulunmaktadır. Su buharı ultra-saf bir durumdadır; bu nedenle buharın yoğunlaşmasını sağlayacak tohumlar yoktur. Buhar, çaresizlik içinde su damlacıkları oluşturmak zorunda olduğu, fakat tohum olmadığından bunu gerçekleştiremediği bir durumda tutulmaktadır. Sis odasına yüksek hızda atomaltı bir parçacık girdiğinde, bu parçacık bir atomdan elektron çıkarır ve bu iyonun etrafında anında bir su damlacığı oluşur. Damlacık küçüktür. Ancak sis odası doğru bir şekilde aydınlatıldığı takdirde, pencereden görülebilir.

Peki öyleyse pencereden baktığınızda ne görebilirsiniz? Elbette ki olasılıklardan birisini – ya tek bir su damlacığı ya da hiç su damlacığının olmaması. Asla göremeyeceğiniz şey ise her iki durumun süperpozisyonu; bir diğer ifadeyle mevcudiyetle yokluk arasında asılı, hayaletimsi bir damlacıktır. O zaman sorumuzu yenilememiz gerekiyor: Sis odasının içinde, süperpozisyonun kaydedilmesini engelleyen unsur ne?

Deneyimizde su damlacığının oluştuğunu düşünelim. Bu damlacık tek bir iyonize atom tarafından tetiklenmiştir. Aynı atom, damlacığın oluşmadığı durumda da var olmaktadır. Yalnızca iyonize olmamıştır ve bu nedenle de çevresinde bir su damlacığı oluşmaz. Her iki durumda da bu atomun fark edilebilmesi için kırmızıya boyandığını düşünelim (lütfen bir atomun asla boyanamayacağı gerçeğini bir an için unutun!).

Şimdi, damlacığın oluştuğu durumda, kırmızı atomun yanındaki bir başka atoma odaklanalım. Su, su buharından daha yoğundur ve atomlar da birbirlerine daha yakındır. Dolayısıyla söz konusu atom kırmızı atomumuza, su damlacığının oluşmadığı duruma kıyasla çok daha yakın olacaktır. Bu nedenle, ilk olaydaki atomu temsil eden olasılık dalgası, ikinci olaydaki aynı atomun olasılık dalgasıyla yalnızca kısmen örtüşebilir. Diyelim ki, dalgalar yalnızca yarı yarıya örtüşsün.

Şimdi ilk olay için ikinci bir atom alalım. Bu atom da, ikinci olaya kıyasla, kırmızı atomumuza daha yakın olacak ve bir kez daha, olasılık dalgaları yarı yarıya örtüşecektir. 1/2 x 1/2 = 1/4 olduğundan dolayı, iki atomu birlikte temsil eden olasılık dalgası ise ikinci olayın olasılık dalgasıyla yalnızca 1/2 oranında örtüşecektir.

Bunun nereye gittiğini görüyor musunuz? Su damlacığının bir milyon atom içerdiğini düşünelim. İlk olaydaki bir milyon atomu temsil eden olasılık dalgasının ne kadarı, ikinci olaydaki bir milyon atomu temsil eden olasılık dalgasıyla örtüşür? Cevap, 1/2 x 1/2 x 1/2 x . . . bu işlemi bir milyon kere yapmanız gerekir. Ortaya çıkan sonuç inanılmaz küçüklükteki bir sayı olacaktır. Aslında sonuç neredeyse sıfır örtüşmedir.

Peki ama, iki dalga hiç örtüşmüyorsa, nasıl girişimde bulunabilir? Cevap, elbette girişimde bulunamayacaklarıdır. Öte taraftan tüm kuantum olaylarının temelinde girişim bulunur. Eğer iki olay arasında girişim imkansızsa, ya bir olayı ya da diğerini görürüz; ancak hiçbir zaman diğer olayla birbirine karışmış bir olayın neden olduğu etkileri göremeyiz. Kuantumun özü de budur.

Birbirleriyle örtüşmeyen ve bu nedenle de girişimde bulunamayan olasılık dalgalarının “evre uyumluluğunu” yitirdiği; bir diğer ifadeyle evre uyumsuzluğu durumuna geçtikleri söylenir. Evre uyumsuzluğu, her durumda birçok atomdan oluşmakta olan bir çevrede gelişen “bir kuantum olayının kaydının” hiçbir zaman “kuantum olamamasının” asıl nedenidir. Sis odası için konuşacak olursak, “çevre,” iyonize olan veya olmayan atomun etrafındaki bir milyon atomdur. Diğer taraftan genel olarak çevre, evrendeki katrilyonlarca atomdan oluşmaktadır. Bu bağlamda evre uyumsuzluğu, çevre ve dolanık durumdaki olayların olasılık dalgaları arasındaki bir örtüşmenin yok olmasında büyük etki sahibidir. Ve onları deneyimlememiz için tek yol bu olduğundan (gözlemcinin ne bildiği, gözlemcinin ne olduğundan soyutlanamaz), kuantum davranışlarını yaşadığımız gündelik dünya içinde hiçbir zaman doğrudan göremeyiz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Abonelik için e-posta yazmalısınız. Yorumda html etiketleri kullanabilirsiniz.