Heisenberg Belirsizlik İlkesi Yanlış mı?

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mıAmerikalı fizikçiler 1990’larda yaptıkları bir deneyde, kuantum fiziğinin temeli olan Heisenberg’in belirsizlik ilkesini bazı durumlarda baypas edebileceklerini gösterdiler. Heisenberg yanılıyor mu diye soran Avustralyalı fizikçiler de bu ay belirsizlik ilkesini test eden yeni bir deney yaptılar. Peki kuantum fiziğinde gerçek bakanın gözünde mi? Yoksa pilot dalga teorisindeki gibi objektif gerçeklik var mı?

Heisenberg ve belirsizlik ilkesi

Evinizdeki masa siz evde yokken bile oradadır. Aslında siz masaya bakmasanız da var olacaktır. Masanın varlığı sizden bağımsızdır. Oysa atom dünyası ve atomaltı alemi inceleyen kuantum fiziğinde işler bu kadar net değil:

Heisenberg tarafından ortaya koyulan belirsizlik ilkesine göre bir parçacığın konumu ve momentumunu aynı anda bilemezsiniz. Bu sebeple ortamdan yalıtılmış olan bir elektron, aynı anda hem sağa hem sola dönmek gibi bulanık bir süperpozisyon halinde olabilir. Oysa elektrona detektörle veya mikroskopla bakarsanız ya sola ya da sağa dönüyor olacaktır.

İlgili yazı: Fizik Yasalarını Bozan Karanlık Enerji

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

Kutunun içindeki Schrödinger’in kedisi canlı mı, ölü mü? Kuantum fiziğindeki süperpozisyon özelliğinin ifadesi olan bu deney de Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden kaynaklanıyor.

 

Bu ne demek Heisenberg?

Elektronun süperpozisyon hali gerçek midir; yoksa sağa ya da sola dönmek gibi reel bir seçim yapmış hali mi daha gerçektir? Kuantum Deneyi Nesnel Gerçeklik Yok Dedi yazısında, kuantum fiziğinde objektif gerçeklik tanımı yapmanın çok zor olduğunu anlattım.

Elbette “Olsun hocam, kuantum gariplikleri gözle görülebilir dünyada geçerli değil. Sıkıntı yok” diyebilirsiniz. Ancak, Schrödinger’in kedisini kurtarmak yazısında, kuantum dünyasının gözle görülen dünyayı bazı koşullarda etkileyebildiğini görüyoruz; ama mesele bununla kalmıyor.

Kuantum fiziğindeki objektif gerçeklik sorunu Heisenberg tarafından formüle edilen belirsizlik ilkesinden kaynaklanıyor. Amerikalı ana akım fizikçiler de Bohm’un pilot dalga teorisini çürütmek için 1990’larda yaptıkları bir deneyde3, belirsizliğin bazı durumlarda aşılabileceğini gösterdiler. Elbette amaçları Heisenberg’in yanlış olduğunu göstermek değil, pilot dalga teorisine karşı çıkmaktı.

Bu da Avustralya’daki Queensland Üniversitesi’nden Profesör Howard Wiseman gibi Bohm yanlısı az sayıda teorik fizikçi için gerçek bir meydan okumaydı. Howard ve ekibi, bu ay belirsizlik ilkesinin her koşulda geçerli olduğunu ve baypas ederek aşılamayacağını gösteren yeni bir deney yaptı.2 İşin ilginci Profesör Howard’ın amacı da Heisenberg’i haklı çıkarmak değil, pilot dalga teorisini kanıtlamaktı.1

Peki kim haklı?

Gerçek bakanın gözünde mi, yoksa evrende objektif gerçeklik var mı? Önce şunu belirtelim: Bilimde sadece gerçekleri ararız. Kuantum fiziği gibi gerçekliğin doğasını şüpheye düşüren alanlarda bile olguları aramaktan vazgeçmeyiz. Öyle ki ne pilot dalga savunucularının, ne de onun karşısında yer alan ana akım fizikçilerin yanlış nedenlerle haklı olmasını isteriz. Öyleyse:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

Pardon, yanlış Heisenberg. Doğrusu aşağıdaki resimde. 🙂

 

Heisenberg belirsizlikle ne kast ediyor?

Belirsizlik sözcüğü kuantum mekaniğinde çok sık kullanılıyor. Bohm’un izinden giden bir grup fizikçi evrende asla ölçemeyeceğimiz gizli değişkenler olduğunu; ama biz bunları kuantum mekaniğiyle ölçemesek de evrenin aslında determinist ve klasik fiziğe tabi olduğunu düşünüyor.

Ancak, fizikçilerin büyük kısmı, Bohm’un pilot dalga teorisi yerine Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden yana ve Kuantum Zaman yazısında anlattığım sebeplerle evrende gizli değişkenler olmadığını, doğanın özünde belirsiz olduğunu düşünüyor.

Bu grup da Heisenberg açısından ikiye ayrılıyor: A) Belirsizliğin alt sınırı olan Planck ölçeğinden daha küçük ölçeklerde evren yoktur diyenler ve B) Daha küçük ölçeklerde bizim evrenimizin dışında bir tür kainat vardır, belki bu sanal uzay-zamandır; ama belirsizlik uyarınca tanımsızdır diyenler.

A grubu felsefede ılımlı öznel idealizme yakınsarken, benim gibi B grubuna girenler de ılımlı nesnel gerçekliğe yakın oluyorlar. Ancak, bir de şahin öznel idealizme (solipsizm) yaklaşan C grubu var ki onlar çok fena: Gerçekliği salt insan beyni yaratır ve bakmadığınız yerde hiçbir şey yoktur diyorlar. 😮

Heisenberg ve holografik bilinç

Evrenin nasıl oluştuğunu açıklamak için geliştirilen bazı kozmoloji teorilerinde kullandığımız holografik ilkenin istismar edilmesinden kaynaklanan bu aşırı görüşü Kuantum Deneyi Nesnel Gerçeklik Yok Dedi yazısında eleştirdiğim için C grubuna girmeyeceğim. Ancak, Heisenberg kaynaklı belirsizlik ilkesi bağlamında A ve B görüşlerini hemen aşağıda sizler için analiz edeceğim. Bakalım ne çıkacak?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Kuantum oyun kurucu Heisenberg

Albert Einstein’la birlikte kuantum fiziğinin kurucularından olup 1920’lerde belirsizlik ilkesini geliştiren Alman fizikçi Werner Heisenberg, evrenin özünde belirsiz olduğunu düşünüyordu.

Öyle ki bir parçacığın konumunu ölçerek yerini tespit edebiliriz. Ancak, bunun için parçacığa foton ve elektron gibi başka parçacıklar göndermemiz lazım ki görmek istediğimiz parçacıktan sekip detektörlerimize yansısınlar. Biz de böylece konumunu görelim. Düz mantık.

Oysa parçacığın konumunu ölçmeye kalktığınızda onunla fiziksel etkileşime giriyor ve haliyle momentumunu (kütle x hız) değiştiriyorsunuz. Bu da konum ölçümünüzün isabetliliğine ters orantılıdır; yani bir parçacığın konumunu ne kadar kesin bilirseniz momentumunu o kadar az bilirsiniz; çünkü ölçüm esnasında hızını istemeden de olsa değiştiriyorsunuz. Belirsizlik budur.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

Heisenberg’in meşhur belirsizlik ilkesi. Taklitlerinden sakınınız: Momentum x konum eşit değildir konum x momentum.

 

Heisenberg yanılıyor mu?

Bu Einstein’la Heisenberg’i karşı karşıya getiren bir sorundu. Sonuçta kuantum parçacıklarının evrende nasıl davranacağını belirleyen olasılıkları gösteren Schrödinger denklemi klasik fizikten alınan formüller içeriyor.

Belirsizlik ilkesi işte bu denklemin klasik kısmını yok ediyor; çünkü Schrödinger denklemi, parçacıkların hareketlerini hesaplamakta tek başına hiçbir işe yaramaz. Yalnızca evrene maksimum geometrik çözünürlük ve enerji çözünürlüğü getirirseniz bu denklemi efektif bir şekilde kullanabilirsiniz.

O çözünürlük de belirsizlikten ileri geliyor: Belirsizlik ilkesine göre evreni ancak Planck enerjisi ve Planck ölçeğine kadar ölçebiliriz. Planck enerjisinden yükseği ve Planck ölçeğinden küçüğü ise tanımsızdır.

Kısacası Schrödinger denklemi uzay ve zamanın sonsuz küçüklükteki sonsuz parçaya bölünebildiği durumlarda 1/0 gibi tanımsız ifadeler veriyor. Zaten Einstein’ın uzay-zamanın sonsuza dek bölünebildiği görelilik teorisini, uzay-zamanın yalnızca sonlu büyüklerde bölünebildiği kuantum fiziğiyle bugüne dek birleştirememiş olmamızın sebebi de budur.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

Elektronla yapılan çift yarık deneyinde Heiseberg’in belirsizlik ilkesi: Çift yarıklı engelden sonra elektrona bakar ve dalga olarak görürsek yarıkların ikisinden birden dalga girişim desenleri olarak geçerek perdeye dalga olarak yansır. Yok parçacık olarak bakarsak (örneğin yarıktan geçmeden hemen öncesine detektör koyup hangi yarıktan geçtiğini görürsek) perdeye parçacık olarak yansır; yani mermi gibi çarpar. Howard bu ayki çift yarık deneyini elektronlarla yaptı.

 

Çift yarık deneyi

Öte yandan, 1990’larda birazdan göreceğimiz çift yarık deneyini yapan Amerikalı Marian O. Scully ve meslektaşları, bir parçacığın engeldeki hangi yarıktan geçeceğini, onun hızını değiştirmeden belirleyebildiğimiz bir deney yaptılar. Öyle ki hangi yarıktan geçeceğini başka özellikleri ölçerek belirliyorduk.

Özetle, Schrödinger denkleminde söz konusu parçacığın hangi yoldan geçebileceğini gösteren dalga fonksiyonunu başka özellikleri ölçerek çökertiyorduk. Bu da belirsizlik ilkesini “bir anlamda”, yani en azından parçacığın hızını etkilememek açısından baypas etmemizi sağlıyordu.

Bunun mantığı basittir: Kuantum fiziğinde her parçacığa Schrödinger denkleminde gösterilen bir dalga eşlik eder. Örneğin elektronun elektron dalgası vardır. Bu dalga elektronun sadece hızını değil, diğer bütün kuantum durumlarını da belirler.

Dolayısıyla zekice yapılmış bir deneyde, bu dalgayı sadece hız dışındaki kuantum durumlarını etkileyecek ölçümler yaparak çökertebilirsiniz. Ancak, dalga elektronu tamamen etkilediği için hızını da dolaylı olarak değiştirmiş olursunuz. Belirsizlik ilkesinin baypas edilmesinden kasıt budur.

Heisenberg incelikleri

Çökmekten kasıt da örneğin, bir elektronun süperpozisyon halinden çıkıp çift yarık deneyinde sadece tek bir yarıktan geçmesidir. Aksi takdirde süperpozisyon halindeki bir elektron dalga gibi davranır ve bu dalga iki yarıktan birden geçer. Çift yarık deneyini aşağıda daha detaylı anlatacağım; ama Howard ve meslektaşları Amerikalıların deneyine nasıl tepki verdi derseniz:

İlgili yazı: Kuantum Zaman: Gözünüz 12 Milyar Yıllık Işıkla Dolanık

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

Ortada şortlu gömlekli Howard Mark Wiseman öğrencileriyle.

 

Bundan hiç hoşlanmadılar

Sonuçta Schrödinger denklemindeki ne olduğu belirsiz dalga fonksiyonunun yerine geçen pilot dalga, bu teoriyi geliştiren fizikçi Bohm’a göre fiziksel gerçekliğe sahipti. Evet, pilot dalga tıpkı deniz dalgası gibi fiziksel bir dalgaydı. Mekanik dalga olmasa da elektromanyetik dalga gibi bir enerji alanı olabilirdi.

Öyleyse pilot dalga teorisini savunmak demek, örneğin çift yarık deneyinde hem belirli bir yarıktan geçen elektronu, hem de onu taşıyan pilot dalgayı özel tasarlanmış bir detektörle aynı anda görebileceğimizi öne sürmek demektir. Tıpkı rüzgar sörfü yaparken fotoğrafınızı çekersem hem sizi hem de denizi ayrı ayrı; ama bir arada göreceğim gibi.

Oysa Amerikalı fizikçilerin katıldığı ana akım kuantum mekaniği yorumuna göre, bir elektron hem parçacık hem de dalgadır. Öyle ki yeterince gelişmiş bir deney yaparsak bir elektronun aynı anda hem dalga hem de parçacık olduğunu gösteren bir fotoğraf çekebiliriz. Bu da elektrona eşlik eden ve onu taşıyan ayrı bir dalga, pilot dalga olduğunu öne süren Bohm yorumuna aykırıdır.

Doğrusu Howard’ın çekincelerini anlıyorum; çünkü Lozan Federal Teknik Üniversitesi fizikçileri 2015 yılında yaptıkları deneyde ilk kez bir kuantum parçacığını aynı anda hem dalga hem de parçacık olarak gösteren bir fotoğraf çektiler! :0

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

Süperpozisyon halindeki bir atomun yörüngesindeki elektronlar olası tüm pozisyonları işgal ederler ve bu yüzden atomu saran halkalar halinde görülürler. Bu olasılık halkaları bir anlamda gerçektir; çünkü elektron tarama mikroskopları bunları görebiliyor. Ancak, bulanık yarı gerçeklik hakikat olabilir mi?

 

Öyleyse Howard neyin peşinde?

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam öyleyse neyi tartışıyoruz? İş bitmiş. Pilot teorisinin yanlış olduğu kanıtlanmış. Howard neyin peşinde?” Pilot dalga teorisini kurtarmanın peşinde: Sonuçta Lozan deneyindeki fotoğraf deyim yerindeyse çok bulanık ve Howard’a göre daha net bir fotoğraf çekersek aslında parçacığın pilot dalgada sörf yaptığını görebiliriz.

Yalnız elimizde bu kadar hassas fotoğraf çekecek bir teknoloji yok. İşte Howard, Heisenberg’in belirsizlik ilkesini asla baypas edemeyeceğimizi gösterdiğini öne sürdüğü yeni deneyinde bu hata payından yola çıkıyor. Ben bu hata payını yok edemem; ama pilot dalga teorisinin doğru olma ihtimalini koruyacak ölçüde hata payını azaltabilirim diyor.

Belki şimdi de diyeceksiniz ki “İyi de hocam fizikçilerin bu ayak oyunlarından bize ne?” Çünkü gerçeğin peşindeyiz! Ben de pilot dalga teorisinin doğru olduğunu sanmıyorum ve ana akım görüşe katılarak fizikte büyük olasılıkla nesnel gerçeklik olmadığını düşünüyorum.

Ancak, bilim objektiftir ve Amerikalıların deneyi de Bohm’un yanıldığını gösterirken belirsizliğin etkisini sınırlandırabilecek bir tespit de yapıyor. Heisenberg yanılıyor mu tartışması buradan çıkıyor; çünkü bu ilke kuantum fiziğinin temelidir ve yanlışsa kuantum fiziğini değiştirmek gerekecektir. Yanlışsa değiştirelim tabii ki ama bunu test etmeliyiz ki Howard’ın deneyini de bu açıdan önemsiyorum:

Heisenberg çanları kimin için çalıyor?

Öyleyse iki noktaya dikkat ediyorum: 1) Belirsizlik ilkesini daha iyi test etmek ve 2) Bilimsel tarafsızlık açısından bütün teorileri sonuna dek test etmek. Böylece size bilimsel düşüncede tarafsızlığın önemini göstermek. Peki Howard’ın yeni deneyi, gerçekten de 90’lardaki deneyin sonuçlarının yanlış olduğunu gösteriyor mu? Bunun için önce çift yarık deneyinin nasıl yapıldığını anlatalım:

İlgili yazı: Fizikçiler Paralel Dünyalar Deneyi Yapacak

Bunu daha çok Heiseberg’in demesini bekleriz ama Einstein daha popüler tabii ki.

 

Genel hatlarıyla çift yarık deneyi

Bu tür deneylerde bir ışın tabancası alır ve önüne engel koyarız. Bu da genellikle ince tahta veya kartondan yapılma bir engeldir. Engelimizde ışın tabancasından çıkan foton ve elektron gibi parçacıkların geçeceği iki dikey yarık bulunur.

Ancak, parçacıkları ateşlerken konumlarını bilmemeye dikkat ederiz. Öyle ki onları belirleyen olasılık dalgalarının süperpozisyonu, aynı anda iki yarıktan birden geçmelerine neden olacak kadar belirsizdir. Bu şartlarda tek bir elektron bile kendi kendisiyle girişim yaparak iki yarıktan birden geçer ve engelin arkasındaki perdeye gölgeli dikey çizgiler halinde yansır.

Sonuçta elektron hem parçacık hem de dalgadır ve dalgalar girişim özelliğine sahiptir. Tepeleri tepeleriyle ve çukurları çukurlarıyla üst üste binen dalgalar derinleşir. Tepeleri çukurlarıyla üst üste binen dalgalar ise sönümlenir. Bu da perdenin üzerinde siyah ve gri renkli girişim çizgileri oluşmasına neden olur.

Bu sonucun şartı ise elektronun hangi yarıktan geçtiğini bilmiyor olmamızdır. Yoksa konum bilgisine; yani elektronun hangi yoldan gittiği bilgisine sahip olmamız, onun parçacık olarak davranmasına izin vermez. Biz de dalga girişimi elde etmek üzere, elektronu görecek olan detektörü engelin arkasına ve perdenin önüne koyarız. Böylece hangi yoldan gittiği bilgisini öğrenmemiş oluruz. Peki sonra?

İlgili yazı: Çernobil Nükleer Reaktörü Neden Patladı?

 

Heisenberg belirsizlik dalgaları

Bu tür deneylerde elektron dalgaları girişim yapar dedik; çünkü kuantum fiziğinde her parçacığın kendi dalgası vardır. Ancak, elektron dalgasını elektromanyetik dalga ile karıştırmayalım. Elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı foton ve elektriğin taşıyıcısı da elektrondur. Bunların kendi dalgaları vardır ama her ikisi de elektromanyetik alanda hareket eder.

Öyleyse elektron dalgası nedir? Bu aslında Schrödinger denklemindeki dalga fonksiyonu tarafından gösterilen olasılık dalgasıdır; yani elektron dalgası aslında elektronun olasılık dalgasıdır. Bu dalga frekans ve spin gibi kuantum durumlarının yanı sıra, şu veya bu konumda olma olasılığını da gösterir.

Olasılık dalgasının elektromanyetik dalga gibi fiziksel gerçeklik taşıyıp taşımadığı önemli bir sorudur. Gerçi ana akım fizikçiler pragmatik insanlar ve olasılık dalgasının gerçekliğini tartışmak yerine, Schrödinger denklemini kullanarak elektronları ölçüp analiz etmekle yetiniyorlar.

Öte yandan, David Bohm’un gizli değişkenler teorisini savunan fizikçilere göre (örneğin bu yazıdaki Howard Wiseman) olasılık dalgası, aslında elektron gibi parçacıkları taşıyan pilot dalgadır. Ancak, çift yarık deneyini ister ana akım fizikçiler, ister Bohm yanlıları yapsın ikisinin ortak bir noktası var:

İlgili yazı: Bilimsel Okuryazarlık Düzeyini Ölçmenin 2 Yolu

 

Heisenberg mantığını anlamak

Çift yarık deneyindeki parçacıkları dalga olarak görmek için detektörü yarıktan sonra ve perdenin biraz önüne yerleştirmemiz gerekiyor. Peki neden? İnat edip detektörü engelin tam önüne koyarsak ne olur? Böylece elektronun hangi yarıktan geçtiğini anlamaya çalışırsak ne olur? O zaman arkadaki perdede girişim desenleri görür müyüz?

Hayır; çünkü bu durumda elektron konumunu artık onun parçacık gibi davranacağı kadar iyi biliyoruz demektir. Ana akım fizikçilere göre, olasılık dalgası o kadar dar bir genliğe sahip olur ki elektron artık bir parçacık gibi davranacak ve sadece tek bir yarıktan geçecektir; çünkü süperpozisyon bozulmuştur.

Bu da bizi yeni deneyi yapan Profesör Howard’ın, neden detektörü engelin arkasına ve perdenin biraz önüne yerleştirdiği sorusuna getiriyor; çünkü Howard’ın “bir anlamda” sözü burada önem kazanıyor:

İlgili yazı: Vücut İnterneti ile Beden Hackleme

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

2015 yılında fizikçiler ilk kez fotonları hem parçacık hem dalga halinde gördüler. Tıpkı tahta boncuklardan yapılmış bir masa altlığı gibi: Hem dalga gibi kıvrılır hem de parçacıklardan oluşur.

 

Detektör oyunları

Sonuçta pilot dalga teorisine göre elektron asla kendisiyle girişim yapmaz; çünkü o bir parçacıktır. Sadece pilot dalga iki yarıktan birden geçer ve engeldeki girişim gölgelerini de pilot dalga yaratır. Öyleyse Howard detektörü tam engelin önüne koysaydı sadece pilot dalgayı görecekti.

Bu da hiçbir işe yaramayacaktı; çünkü yeni deneyin amacı 90’lardaki deneyi çürütmekti. Bunun için de elektronun hızının her zaman pilot dalga tarafından etkilendiğini göstermekti!

Eh, bunu da detektörü tam engelin önüne koyarak yapamazsınız; çünkü pilot dalga engele çarptıktan sonra, olayı film gibi geriye sarıp pilot dalganın elektronu hangi yarıktan geçirdiğini anlayamazsınız. Dalga dağılıp gitmiştir ve elektronun geçmiş yol bilgisi kaybolmuştur. Elbette klasik fizikte veri asla kaybolmaz ama asla okuyamayacağımız kadar okunaksız bir hale gelebilir (gizli değişkenler).

Öte yandan, detektörü perdenin biraz önüne koyarsanız pilot dalga henüz engele varmadan onu ölçersiniz ve determinist klasik fizik uyarınca dalganın geçmişini hesaplayarak elektronu hangi yarıktan geçirdiğini öğrenebilirsiniz. Yazının sonunu anlamak için bu noktayı aklınızda tutun.

İlgili yazı: Devridaim Makinesi Yapmak Mümkün mü?

Bohm’a kısmen katılıyorum: Bilimde en önemlisi olgular, kanıtlar ve gerçektir; ama sadece geniş bakışlı özgür bir zihin gerçeği arayıp bulabilir. Bu işler fikrine aşık olmak ve dar kafalılıkla olmaz.

 

Bohm’a karşı Bell deneyi

Yeni deneye devam etmeden önce ana akım fizikçilerin neden pilot dalga teorisine karşı çıktığını da anlatalım: Bell eşitsizlik deneylerini tasarlayan fizikçi John Stuart Bell, pilot dalga teorisine inanmıyor ve teorideki determinizm yerine, kuantum fiziğinde rastlantısallık olduğunu düşünüyordu. Bell eşitsizlik deneylerini de bu yüzden tasarladı.

Sonuçta bugüne dek yapılan bütün eşitsizlik deneyleri rastlantısallığı gösterdi. Hatta kuantum zamanda anlattığım gibi, fizikçiler zamanda dolanıklık deneyleriyle bile pilot dalga teorisinin yanlış olduğunu gösterdiler. Kısacası ana akım fizikçilerin Bohm’a inanmamak için güçlü kanıtları var.

İlgili yazı: Olay Ufku Teleskopu İlk Kara Delik Resmini Çekti

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

Fizikçilerin 2015’te fotonları hem parçacık hem dalga olarak gördüğü mikroskobun çizimi.

 

Neden bu kadar çok deney yapıyoruz?

Peki kuantum fiziğinin temellerini neden hâlâ tartışmaya devam ediyoruz? Kimin haklı olduğunu bugüne dek neden gösteremedik? Deneylerimiz yetersiz kalıyor da ondan: Ben de yazılarımda bilimin deney ve gözlemlere dayandığını vurguluyorum; ama son 40 yılda deney teknolojisinin sınırlarına dayandık ki bu da bilimin gelişmesini engelliyor.

Neden derseniz; öncelikle bilimi bilim insanları yapıyor ve onlar da yanılabilen kusurlu varlıklar. Oysa fizikte asıl sorun yanlış ölçüm ve hesaplamalar yapmak değil. Asıl sorun hayal gücünün sınırları ve teknolojik engeller:

Öyle ki 1) kuantum fiziğini kökten çözecek testleri yapmak için gereken teknolojiye henüz sahip değiliz. Üstelik kuantum fiziği sağduyuya aykırı olduğu için 2) belirsizlik ilkesi gibi kilit noktaları test edecek deneyleri nasıl yapacağımızı da bilmiyoruz. Ne kadar yaratıcı olursak olalım doğru deneyi akıl etmemiz uzun yıllar alıyor.

Heisenberg’in belirsizlik ilkesi için ikinci seçenek söz konusuydu: Bu kez deney teknolojisi hazırdı; ama doğru deneyi tasarlamak 20 yılımızı aldı. Ta ki Howard Wiseman gelene kadar.

İlgili yazı: DNA Testi Yaparsanız Neler Öğrenirsiniz?

Şu garip kuantum dünyası…

 

Peki yeni deneyde ne buldular?

Yeni deneyde, elektron konumunu ölçme işleminin, tam da belirsizlik ilkesinde öngörüldüğü şekilde parçacığın hızını değiştirdiğini öne sürdüler. Elbette bunun girişimi önlediğini iddia etmediler; çünkü Bohm yanlılarına göre girişim yapan zaten elektron değil, pilot dalgadır. Her durumda Heisenberg’in belirsizlik ilkesinin “bir anlamda” baypas edilemeyeceğini belirttiler.

Howard’a göre fizikçilerin 20 yıl önce gözden kaçırdığı şey; parçacıklarda hız değişikliğine yol açan detektör-parçacık etkileşiminin, yarıklı engelin hemen önündeki detektörün parçacığı gördüğü anda değil de parçacık yarığı geçtikten bir süre sonra gerçekleşiyor olmasıydı!

Bir detektör bir parçacığı ölçtükten sonra onunla gecikmeli olarak nasıl etkileşime girer derseniz; Howard’ın pilot dalga teorisine göre düşündüğüne dikkat edelim:

1) Elektronu pilot dalga taşıyor; ama elektrondan önce pilot dalga yarıklardan geçiyor. 2) Sonra tıpkı sahile vuran dalganın geri çekilmesi gibi kendi kendisine geri besleme yapıyor ve elektronun hangi yarıktan geçeceğini kendisi yarıktan geçtikten sonra belirliyor! Öyle ki detektör ölçüm yaparken elektronu değil de pilot dalgayı etkiliyor. Howard’a göre “bir anlamda” gecikmeli etkileşim budur.

İlgili yazı: Bilimin Henüz Yanıtlamadığı 7 İlginç Soru

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

 

Pilot dalganın masaya yayılması

Elbette ister elektromanyetik dalga olsun ister deniz dalgası, bütün gerçek dalgaların belirli bir yayılma (propagasyon) hızı vardır. Wiseman’a göre pilot dalganın elektrona gecikmeli geri besleme yapmasının sebebi de budur:

Pilot dalga sonlu ışık hızıyla hareket ediyor ve deney masasında elektron tabancasından perdeye doğru en az 5 metre uzanıyor. Bu da perdenin önüne yerleştirdiğimiz detektörün ölçüm yapmasının ardından, pilot dalgaya elektronu sonradan etkilemek için gereken süreyi veriyor (elektron ışık hızında gidemez ve pilot dalgadan yavaştır).

Sonuçta ışık hızı sonlu olduğu için detektörün pilot dalgayı etkilemesiyle oluşan ve dalganın elektronun hangi yarıktan geçeceğini belirlemek üzere geri besleme yapmasını sağlayan değişiklikler de dalgada sonlu bir hızla yayılıyor.

Küçük değişiklikler insan gözü için çok hızlı olsa da dalgada ışık hızıyla ama sonlu hızda yayılıyor. Nihayet detektörün dalgada yol açtığı salınımın şiddeti yeterince artıyor ve böylece elektronun hangi yarıktan geçeceğini geriye dönük olarak belirlemiş oluyor.

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı 

Peki bir anlamda ne demek?

Dikkat edecek olursanız hem Amerikalı fizikçiler hem de Avustralyalı fizikçiler sık sık bir anlamda kelimesini kullanıyor. Howard’ın deneyini anlamak için bunu da analiz edelim: Amerikalılar bir anlamda derken, Heisenberg tarafından ortaya koyulan belirsizlik ilkesinin yanlış olduğunu göstermediklerini; bunu sadece kısmen baypas ettiklerini kast ediyor.

Nitekim parçacıkların hızını değil de başka bir kuantum durumunu ölçseler dahi; “bunların hızını değiştiren ve fizikçilerin parçacıkların engeldeki yarıkların hangisinden geçtiğini bilmemesi yüzünden” parçacığın kendisiyle girişim yapıp iki yarıktan birden geçmesinden yine belirsizlik sorumludur.

İlgili yazı: İnsan Bedeni gibi Kendini Onaran Organik Malzeme

Howard’a kızmayın. Kendisi dünyanın en deneyimli deneysel kuantum fizikçilerinden biridir. Fizikte doğruyu bulmak için kılı kırk yarmak ve ince bir çizgide yürümek gerekir.

 

Howard ise başka bir şeyi kast ediyor

Ona göre, yeni deneyde elektronun hangi yarıktan geçtiğini belirleyecek olan değişikliğin (ilk deneydeki hata payını azaltarak) gecikmeli ve ölçülebilir sürede ortaya çıktığı gösterilmiştir. Elektronun gecikmeli etkilenmesi de pilot dalganın masada ışık hızıyla kat edeceği süreye uygundur. Howard bu noktadan sonra kendini haklı çıkarmak için ters mantık yürütüyor:

“Zaten ana akım fizikçilere göre bir parçacığın hangi yarıktan geçeceğini belirleyen kuantum durumu anlık olarak değişir. Öyle ki uzaktan etki ışık hızına tabi değildir.

Oysa yeni deneyde detektör hassasiyetine bağlı makul hata payına karşılık gelen süre aralığında, bu değişikliğin gecikmeli olduğu öne sürülebilecek bir ölçüm yapılmıştır. Bu da pilot dalganın yayılım hızı (ışık hızı) uyarınca, elektronun hangi yarıktan geçtiğini hız değişikliğinin belirlediğini göstermektedir.

İlgili yazı: Büyük Patlama Öncesinde Ne Vardı?

Çift yarık deneyinde dalga halinde iki yarıktan birden geçerek girişim yapan fotonlar.

 

Heisenberg pamuk ipliğine bağlı

Peki Avustralyalı fizikçi Howard Wiseman kılı kırk yararak neden bu kadar ince bir ayrım yapıyor? Neden elektronun biz tam onu perdeye çarparken gördüğümüz anda geriye dönük olarak değiştiğini kabul etmek yerine, perdeye ulaşmadan önce değiştiği konusunda ısrar ediyor?

Bunun en bariz nedenini söyledik: Dalga perdeye çarptığı anda dağılır ve geriye dönük olan “elektron hangi yarıktan geçti” bilgisi gizli değişkenlere dönüşerek kaybolur (kayıp olur, yok olmaz). Diğer neden ise bizzat yeni deneyin içerdiği hata payıdır ki bu da Howard’a pilot dalgayı savunacak hareket alanı veriyor. Nasıl derseniz:

Howard gibi pilot dalganın gerçek olduğunu kabul etsek bile; birkaç metrelik deney masasında ışık hızında yayılan bu süper hızlı dalganın, detektör tarafından ne zaman değişikliğe uğratıldığını ve elektronu yarıktan geçmeden önce tam olarak ne zaman yönlendirdiğini ölçemeyiz.

Öyle ki Howard bile pilot dalganın detektör ve elektronla kesin etkileşim anlarını bilmiyor. Sadece bu etkileşime izin veren fırsat penceresini (zaman aralığını) genel olarak ölçüyor. Peki çift yarık deneyindeki detektörü tam perdenin önüne koyarsak ne olur?

İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?

 

Heisenberg ve kuantum silme deneyi

O zaman çift yarık deneyini, kuantum gecikmeli seçim silme deneyine dönüştürmüş oluruz. İlk kez 1999 yılında yapılan bu deneyin nasıl çalıştığını ve gerçeklik ile zamanın doğasına ilişkin sonuçlarını önümüzdeki hafta anlatacağım. Ancak deneyin garip sonucuyla ilgili bir ipucu vereyim:

Eğer elektron, tam perdeye parçacık olarak çarptığını gördüğümüz anda, geçmişe dönük olarak dalga yerine parçacık olacak şekilde değişiyorsa bizzat insan bilinci elektronun geçmişini değiştiriyor demektir!

Peki bu, yazımızın başındaki aşırı uç C grubuna giren öznel idealistlerin haklı olduğunu mu gösteriyor? Gerçeklik insan beynine mi bağlı? Bakmadığımız şeyler aslında yok mu? Pek değil; çünkü bu düşünce çelişkili sonuçlara yol açıyor:

Örneğin, gerçekliği insan beyni yaratıyorsa neden işe giderken evdeki yemek masasını akşam dönünce bıraktığımız yerde buluyoruz? Bu bağlamda bilinçli gözlemcinin fiziksel gerçekliği ne kadar değiştirebildiğini gelecek yazıda ele alacağım. Bu konu ayrı bir yazıyı hak ediyor; çünkü fizikçiler bile bilincin ne kadar etkili olduğunda anlaşamıyor. 🙂

Toparlayacak olursak

Hem Amerikalıların orijinal deneyi, hem de Howard’ın bu Temmuz ayında yaptığı yeni deney dahil olduğum B grubunu haklı çıkarıyor: Gerçeklik kısmen objektif ve kısmen de sübjektiftir. Gerçek kısmen bakanın gözünde ve kısmen de bizden bağımsızdır. Öyleyse bu iki deneyden ne ders çıkarırız?

İlgili yazı: Fizik Yasalarını Bozan Karanlık Enerji

Heisenberg-belirsizlik-ilkesi-yanlış-mı

 

Peşin hükümlü olmama dersi

Heisenberg tarafından geliştirilen belirsizlik ilkesi gibi prensiplerin gelecekte neyi açıklayıp açıklamayacağı konusunda peşin hükümlü olmayalım ve bir ilkeye dair aklımıza gelebilecek tüm deneyleri yapmadan o ilke yanlıştır demeyelim. Bunun için de doğru deneyi yapmaya gayret edelim ki bu yaklaşım bütün bilim dalları için geçerlidir.

Peki ana akım yoruma göre, yeni deneyde elektronun hangi yarıktan geçeceğini gerçekten de Schrödinger denklemindeki olasılık dalgası gösteriyorsa ve elektron da sağdaki yarıktan geçiyorsa; soldaki yarıktan veya bambaşka bir yerden geçtiği paralel evrenler de olabilir mi?

Kainatta kozmik kopyalarımızın yaşıyor olabileceği alternatif dünyaları 5 Soruda Paralel Evrenler yazısında okuyabilirsiniz. Evrenin büyük patlama ile nasıl ortaya çıktığını ve antimaddenin nasıl oluştuğunu anlamak için kullandığımız ayna evrenler modeline de şimdi göz atabilirsiniz. Yarın yeni ve farklı bir yazıda buluşmak üzere iyi hafta sonları.

Belirsizlik ilkesi

>
1Observing momentum disturbance in double-slit “which-way” measurements
2Grounding Bohmian mechanics in weak values and bayesianism

3 Comments

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir