Kuantum Çoklu Dünyalardaki Paralel Evrenler Nerede?

Kuantum çoklu dünyalardaki paralel evrenler nerede? Kainatta farklı seçimler yaptığınız sonsuz sayıda paralel evren var mı? Varsa bu evrenlere nasıl yolculuk ederiz? Kuantum çoklu dünyalar yorumuna göre ne zaman bir kuantum olayın sonucuna karar verilse evren ikiye bölünüyor. Öyle ki bu evrende görmediğimiz sonuçların gerçekleştiği evrenler de oluyor. Peki bu paralel evrenler tam olarak nasıl oluşuyor ve onları görebilir miyiz?

Schrödinger Kedisiyle ikiye bölünme

Erwin Schrödinger’in ünlü kedi deneyini bilirsiniz: Bir kedi alıp kutuya koyarız, yanına bir zehir şişesi bırakır ve üstüne ipe bağlı bir çekiç yerleştiririz. İp koparsa çekiç şişeye çarpar, kırar ve içinden çıkan zehir kediyi öldürür. İpin kopmasını da bir atomun radyoaktif olarak bozunmasına bırakırız. Belirsizlik ilkesi yüzünden atomun ne zaman bozunacağını öngörmemiz imkansızdır. Bizim için bu rastlantısal bir olaydır. Dolayısıyla kutuyu açınca kedinin hayatta kaldığını gördüğümüz bir dünya ve kedinin öldüğü başka bir dünya vardır. Kuantum çoklu dünyalar yorumu özetle budur.

Öte yandan popüler bilimde kuantum dünyaların evrendeki bütün atomaltı etkileşimlerde paralel dünyalar yarattığı söylenir. Öyle ki kainatta sonsuz sayıda evren vardır. Önceki yazılarda kuantum fiziğinin çoklu dünyalar yorumunun teknik yanlarını gördük. Çoklu dünyaların mümkün olup olmadığını ve mümkünse ne tür felsefesi sonuçları olacağını araştırdık. Bu konudaki sorulara değindik ki sonraki yazılarda çoklu dünyalar yolculuk edebilir miyiz sorusunu da ele alacağız. Oysa bugün çoklu dünyalar yorumunu doğru kabul edersek paralel evrenler nerede diye soracağız. Bunları görebilir miyiz?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Havuz probleminde paralel evrenler nerede?

Paralel evrenlere geçmeden önce işin mantığını kavramak için basit başlayalım. Havuza attığımız taşın yol açtığı dalgaların suda nasıl yayıldığına bakalım. Zaten Schrödinger olasılık dalga fonksiyonu denklemindeki dalgaları konuşurken bu havuz problemi çok işimize yarayacak. 😊 İrlandalı yazar Clive Staples Lewis’in hayranları havuzların başka dünyalara açıldığını bilecektir ama biz dalgalara odaklanacağız. Suya taş atarsanız merkezden dışa doğru iç içe geçmiş halkalar halinde dalgaların yayıldığını görürsünüz. Dalgalar havuzun duvarlarına çarpınca iyice karışıp iç içe geçer.

Bu durumda dalgalar sanki üst üste biner. Dalgaların zirvesi yükselir ve çukurları derinleşir ki buna dalgaların yapıcı ve yıkıcı girişim yapması deriz. Bunu havuza birden fazla taş atarak da gözlemleyebilirsiniz. Aslında bu tür mekanik deniz dalgalarında kuantum mekaniğindeki süperpozisyon olayının simülasyonunu görüyoruz. Dalga mekaniğinde üst üste binen dalgaların genliği artar, yani tepe ve çukurlar iki dalganın bileşimi olur.

Oysa süperpozisyon işimizi kolaylaştırır. Üst üste binen dalgaları tek tek izlemeye gerek yoktur. Bunlar artık havuzda birlikte hareket eder. Dalgaların hareketlerini hesaplayıp basitçe birbirine ekleyerek girişim dalgasının davranışını da hesaplamış olursunuz. Dahası girişim dalgasının karmaşıklığı tek tek dalgaların bileşik dalgaya katkısını hesaplamanıza engel olmaz. İki dalganın bir boyutta çapraz etkileşime girmesini gözümüzde canlandırırsak süperpozisyon garipliğini anlamak kolaylaşır.

Havuz problemi

Gariplik dedim; çünkü süperpozisyon, yani girişim dalgası kendisini oluşturan dalgalar hakkında hiçbir bilgi içermez. Öte yandan bu dalgalar girişim yapan cephenin berisinde tek tek halkalar halinde yayılmaya devam etmektedir. Öyle ki girişim dalgası, bu dalgaların henüz girişime katılmamış olan kısımlarını da etkilemez. Dahası dalgalar girişim yaptıktan sonra yollarına hiçbir şey olmamış gibi devam eder. Girişim yaptılar diye ne girişim öncesi ne girişim sonrası şekilleri değişir! 😮

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Dalga mekaniğinde paralel evren nerede?

Nitekim sudaki dalgaların hiç değişmeden birleşip girişim yapmasına ve girişim noktasını bozmadan birbirinin içinden hayalet gibi geçip gitmesine hep şaşırmışımdır. Siz de havuzdaki dalgalara bu şekilde farklı bir gözle bakarak içinizdeki merak duygusunu uyandırabilirsiniz. Mesela süperpozisyondaki girişim dalgasının bu özelliği dalga genliği belirli bir eşiğe ulaşana dek geçerlidir. Genlik çok artarsa süperpozisyon bozulur. Küçük dalgalarda ise süperpozisyon korunur. Havuzdaki dalgalar da su yüzeyi düzmüş gibi havuzun birçok yerinde çok sayıda girişim dalgası, adeta bir dalgalar ağı oluşturabilir. Tıpkı suya serilen büyük bir dantel örtü gibi… 😉

O kadar çok analoji yaptım ki biraz tekniğe girme riskini göze alıyorum. Kuantum mekaniği açısından süperpozisyon ilkesi bütün doğrusal sistemlerde geçerlidir. Neden doğrusal olmayan sistemlerde geçersizdir, doğrusallık nedir ve havuzda nasıl bozulur konularını ayrı bir yazıda anlatırım. Bu bölümde aklınızda tutmanızı istediğim asıl şey süperpozisyonun sadece düşük genlikteki havuz dalgaları için geçerli olduğudur. Nitekim süperpozisyon ilkesi kuantum mekaniğindeki bütün dalgalar için geçerlidir.

Kuantum olasılık dalga fonksiyonu da girişim yaptıktan sonra kendi yoluna giden tekil olasılık dalgalarından oluşur. Bu dalgalar tek tek atomlar ve parçacıkların olasılıklarına karşılık gelir. Kuantum çoklu dünyalar yorumundaki paralel evrenler de olasılık dalgalarının girişim yaptıktan sonra kendi yoluna gitmesiyle oluşur. Peki bu nasıl olur? Paralel evrenlerin nasıl oluştuğunu görelim:

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

 

Kuantum mekaniğiyle paralel evrenler nedir?

Kuantum mekaniği bir dalga teorisidir. Evrende tanımlanabilecek her şeyi dalga fonksiyonu olarak verir. Örneğin havuzdaki dalgalar yüzey yüksekliğindeki salınımlardır. Dalga fonksiyonunun salınımları da olasılık yoğunluğundaki değişiklerdir. Kısacası dalga fonksiyonu bir sistemi ölçtüğünüz zaman belirli bir özelliği görme veya belirli bir davranışın gerçekleşme olasılıklarını verir. Üstelik belirsizlik gereği ölçtüğünüz sistemleri değiştirirsiniz. Olasılıklar da gözleme/etkileşime bağlı olarak değişir. Olasılıkları öngörürüz ama hangi olasılığın gerçekleşeceğini bilemeyiz. Dolayısıyla:

• Ölçüm sonuçlarımız dalga fonksiyonunun mevcut durumuna göre rastgele seçilmiş gibidir.
• Dalga fonksiyonu nerede güçlüyse ilgili olasılıkların gerçekleşme şansı artar. Dalga nerede zayıfsa (dalgaları küçükse) ilgili olasılıkların gerçekleşme şansı azalır.

Dalgalar gerçekliğin altyapısıdır ama olasılık dalgalarını göremeyiz. Bunların etkileri fiziksel ve gerçektir ama kendi başına gerçek olduğundan emin değiliz. İşte evrendeki gerçekliğimizi bu olağanüstü karmaşık altyapıdan çekip seçeriz ya da seçip çekeriz(?). Bütün parçacıkların konumu, hızı, spini ve diğer kuantum durumları çok çeşitli olasılıklar arasından seçilir. Bunlar da tüm evreni tanımlayan kozmik dalga fonksiyonunun geçici olarak yükselen dalga bileşenleridir. Kozmik dalganın bir parçasıdır.  

Kuantum mekaniğinin mekanik kısmı da dalga fonksiyonun şeklini ve evrimini belirlemek için çözdüğümüz denklemlerden oluşur. Schrödinger denklemini çözmek için kuantum mekaniğini kullanırız. Bu da bize dalga fonksiyonu genliğinin uzayzamandaki değişimini gösterir.

Havuz örneğiyle gösterirsek

Olasılık dalgaları havuzdaki dalgalar gibi yıkıcı ve yapıcı girişim yapar. Bunun bir örneği de çift yarık deneyidir. Bu deneyde masanın bir ucuna elektron tabancası, diğer ucuna perde ve ikisinin arasına da iki dikey yarıklı bir engel koyanız. Oysa tek bir elektron ateşlesek bile elektronun hangi yarıktan geçeceğini belirleyen olasılık dalgası kendisiyle girişim yapar. Bu yüzden yarıklara bakmazsak elektron süperpozisyon halinde yarıkların ikisinden birden geçerek perdeye gölgeli dalgalar halinde yansır. Yarıklara bakarsak elektronun sadece tek bir yarıktan geçtiğini görürüz. Peki elektron dalgasının perdeye dalga olarak mı yoksa parçacık mı olarak yansıyacağına ne karar verir?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Dalga fonksiyonuyla paralel evrenler nedir?

Kuantum mekaniğin en yaygın yorumu Kopenhag Yorumudur ki bu da çoklu dünyaların tam tersidir. Buna göre:

• Parçacıklar etkileşime girdiğinde veya ölçüldüğünde dalga fonksiyonu çöker ve sadece tek bir sonucu ölçeriz. Ölçüm süperpozisyonu bozar.
• Çok sayıda olasılığı kapsayan bir dalga olmaktan çıkıp aniden büzülerek ölçülen olasılığı gerçekleştirir.
• Hangi olasılığın gerçekleşeceği ise rastgele seçilir. Oysa olasılık dalgası dalga fonksiyonunun ön ölçümüne göre tartılır. En basitinden çift yarık deneyindeki yarıklara bakarsanız elektron sadece bir yarıktan geçer. Hangi yarıktan geçeğini bilemez ama en azından dalga yerine parçacık olarak geçmesini sağlarsınız. Olasılık dalgasını ön ölçümle tartmak budur.
• Son olarak hangi olasılığın gerçekleşeceğini doğa rastgele belirler. Schrödinger denklemi bu seçimi yapmaz. Kopenhag yorumu dalganın neden ve nasıl çöktüğünü açıklamaz. Bu yüzden kuantum mekaniğinde neyi ölçtüğümüzü bile bilmeliyiz. Buna kuantum ölçüm problemi

Çoklu dünyalar yorumu tam tersidir

Buna göre dalga fonksiyonu hiç çökmez ve Schrödinger denkleminde sonsuza dek evrim geçirmeye devam eder. Elektronun dalga fonksiyonu detektör ekranının dalga fonksiyonuna uzayzamandaki her nokta, yani her yerde ve her zaman dokunur. Sonsuz sayıda süperpozisyonlu girişim yapar. Peki dalga çökmüyorsa elektron nasıl olur da tek yarıktan geçerken de gözlenir? Bunu anlamak için baktığımız elektronunun dalga fonksiyonunun kozmik dalganın bir parçası olduğuna dikkat etmeliyiz. Kozmik dalga fonksiyonu evrendeki bütün parçacıkların dalga fonksiyonlarının ve olası tüm girişimlerinin toplamıdır. Peki detektör ekranında nasıl oluyor da elektronu tek noktada görebiliyoruz?

İlgili yazı: Yeşil Sahra 4000 Yıl Önce Neden Çöl Oldu?

 

Kuantum ölçüm yapmak için iki şey gerekir

1) Detektör, deney setiyle etkileşime giren elektronla onu dalga olarak veya parçacık olarak ölçmek gibi özel bir etkileşime girer. 2) İnsan beyni de detektör, veri kablosu, bilgisayar donanımı, bilgisayar ekranı, ekranı gören gözler, optik sinirler ve beyin üzerinden elektronla dolaylı etkileşime girer. Öyle ki dalga fonksiyonu daha elektronu ölçerken yavaş yavaş çökmeye başlar. Bu çöküş biz elektronun belirli bir yarıktan geçtiğini beynimizde farkına vardığımız zaman sona erer. Oysa çok önemli bir nokta var:

Elektronun olasılık dalgası çok büyük olasılıkla daha detektörle etkileşime girerken çöker. Bize de elektronun hangi yarıktan geçtiğini fark etmek kalır. Çok çok düşük bir olasılıkla elektronun hangi yarıktan geçeği biz bakana dek belirlenmez. Bu olasılık o kadar düşüktür ki evrenin ömrü içinde asla gerçekleşmez. Dolayısıyla evrende nesnel gerçeklik bilinçli gözlemciden bağımsız gerçekleşir. Zaten başka türlü olması imkansızdır. İnsanlar bildiğimiz kadarıyla evrendeki yegane ileri zekalı varlıklardır.

Oysa evren hayat ortaya çıkmadan önce oluştu ve 9,74 milyar yıl boyunca evrim geçirdi. Bu önemli konunun detaylarını kuantum fiziğinde özgür irade var mı ve Kuantum Darwinizm yazılarında bulabilirsiniz. Kopenhag Yorumu uyarınca ölçüm ve farkındalık sürecinin bir noktasında, dalga fonksiyonunun büyük kısmı çökerek kaybolur. Biz farkına varmadan önce elektronun hangi noktadan geçeceğini belirleyen olasılık dalgası tek bir yarıktan geçeceği kadar daralır. Şimdi bir an durun. Bu çoklu dünyalar açısından ne demektir?

Çoklu dünyalar Kopenhag’a karşı

Elektronun bütün olasılıkları süperpozisyon halindedir. Elektron olasılık dalgası kozmik olasılıklar dalgasına tümüyle dolanık ve onunla girişim halindedir. Oysa ölçüm başladığı andan itibaren girişim dalgaları çorap söküğünden iplik çeker gibi çözülmeye başlar. Olasılık gamı darala darala (dalga genliği çöke çöke) en sonunda belirli bir yarıktan geçme olasılığı gerçekleşir. Çoklu dünyalar yorumuna göreyse girişimler asla sona ermez, dalgalar çökmez, olasılıklar azalmaz. Her olasılık ayrı paralel evrende gerçekleşir. Peki biz neden tek bir evrendeki tek olasılığı görüyoruz?

İlgili yazı: İnsanları Maymunlardan Ayıran Yüzde 4 DNA Nedir?

 

Elektronlarla paralel evrenler nerede?

Dış dünyada elektronun olasılık dalgası detektörle etkileşime girdiği andan itibaren peyderpey çökmeye başlar. Aslında bu elektronun Mozambik yerine İstanbul Üniversitesi deney masasında olması bile, elektronun dalga fonksiyonunun detektörden önce de çökmekte olduğunu gösterir. Şimdi elektron detektörle ve bilgisayarla etkileşime giriyor, siz de elektronu ekranda belirli bir yarıkta görüyorsunuz. Elektronun olasılık dalgası beyninizde çökmeye devam ediyor. Beynin görme ve algı merkezlerindeki nöronlarla da etkileşime girerek çöküyor.

Böylece elektronun sağdan geçtiği bir evren ile onun sağdan geçtiğini gören bilinçli bir kopyanız ve elbette soldan geçtiğini de gören alternatif bir kopyanız oluşuyor. Her iki kopyanız da paralel evrenlerde yaşıyor. Sonuçta çoklu dünyalar yorumuna göre olasılık dalgası girişimleri çökmez, sadece iplik gibi çözülür. Nasıl ki havuzdaki dalgalar girişim yaptıktan sonra hiç girişim yapmamış gibi yoluna devam eder, paralel evrenler de elektronun ölçüldüğü evrenden ayrışarak kendi yoluna öyle devam eder.

Tabii elektronu ölçmeden önce de elektron niye Mozambik yerine İstanbul’da ölçüldü tarzında birçok öncül çoklu dünya vardır. Tamam. Böylelikle çoklu dünyalar yorumunu ve paralel evrenlerin nasıl oluştuğunu gördük. Peki Kopenhag yorumu varken neden Sean Carroll gibi fizikçiler çoklu dünyalar yorumunu yapıyor? Çoklu dünyalar Fringe dizisi gibi göze çok uçuk, çok hayali ve uyduruk gibidir. Açıkçası ben de çoklu dünyalar yorumuna katılmıyorum ama taraftarlarını anlıyorum:

İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız

 

Dalga fonksiyonunun çökmesi

Mesela Kopenhag Yorumuna göre dalga fonksiyonu çöker ama çökmek ne demek? Dalga fonksiyonu nedir, fiziki midir ve nasıl çöker? Bunların bilimsel yanıtı yok. Öte yandan Bohm’un yerel gizli değişkenler teorisinin de yanlış olduğunu biliyoruz. Bell eşitsizlik deneyleri kuantum fiziğinde yerel gizli değişkenler olmadığını gösterdi. Oysa kuantum mekaniği yerel olmayan bir teoridir. Özetle yerel olmayan gizli değişkenler vardır. Çoklu dünyalar yorumu bunu bir adım ileri götürüyor o kadar:

Biz elektronu ölçerken belirli bir sonucu görüyoruz. Buna karşın dalga fonksiyonunun an be an nasıl çöktüğünü görmüyoruz. Elektronun ortamdan nasıl etkilendiğini kesin bilmiyoruz. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi nedeniyle kuantum fiziğinde tabii ki yerel olmayan gizli değişkenler var. Çoklu dünyalar yorumu da diyor ki madem bu evrende yerel olmayan gizli değişkenler var, öyleyse gizli değişkenler evrenin dışına ve paralel evrenlere de uzanır. Kainatta yerel olmayan gizli değişkenler, yani paralel evrenler vardır. Peki sonsuz sayıda paralel evren var mı? Sonsuz paralel evren şart mı?

Öncelikle dalga fonksiyonunun peyderpey çökmesi veya çözülmesine fizikte eşevresizliğin aşamalı olarak uzayzamana yayılması deriz. Mesela çoklu dünyalar yorumunda eşevresizleşen olasılıklar birbirinden kopar. Bu durumda elektronun ölçüldüğü evren, sağ yarık ve sol yarıkta ölçüldüğü evrenler için süperpozisyon (girişim) evrenidir. Tek tek paralel evrenler de olasılık setleri eşevresizlikle birbirinden kopmuş alternatif olasılıklar evrenleridir. Öyle ki paralel evrenler birbiriyle fiziksel olarak etkileşime girmez. Paralel evrenler ağaç dalları gibi dallanıp budaklanır ve birbirinden ayrışır:

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Çoklu dünyalar var mı?

Çoklu dünyalar yorumu doğru olsa bile paralel evrenler insanlara yanlış anlatılıyor. Öncelikle bu evrende gerçekleşen her etkileşimde paralel evren oluşmaz. Havuz örneğine tekrar bakalım. Nasıl ki dalgalar girişim yaptıktan sonra ayrılır ama tekrar girişim yapar (havuz duvarlarından seken dalgaların tekrar tekrar iç içe geçmesi) olasılık dalga fonksiyonu da her girişim yaptığında kalıcı olarak bölünmez.

Daha basit bir örnek verelim: Ben İtalyan Lisesi mezunuyum. Diyelim ki 1986’da sınavı kazanamadım ya da yedekten okula giremedim. Çok çalıştım, Üsküdar Amerikan için 87’de yeniden sınava girdim. Yine okulu kazanamasam da bu kez İtalyan Lisesi’ne ana kontenjandan girdim. İtalyan Lisesi’ne 86 yılında da girebilirdim. Peki 1987’de girersem ne olur? 86 ve 87 girişinin olasılık dalgaları önce ayrışır, sonra girişim yaparak yeniden bölünür. Birileri de buna kader der. Toparlarsak:

İlgili yazı: Yerçekimi Uzayla Zamanı Nasıl Büküyor?

 

Sonsöz: Paralel evrenler nerede?

Bu evrendeki her süperpozisyon (bu evren paralel evrense) evrenimizi meydana getiren özgün evrenin izidir. Bu bağlamda çoklu dünyalar yorumunda sonsuz sayıda paralel evren şart değildir. Demek istiyorum ki benim İtalyan Lisesi’ne gitmemim 10 yolu varsa 10 paralel evrenin de ortak geçmişi sınava girdiğim özgün evrendir. En kapsamlı süperpozisyonlar, yani en büyük girişim dalgaları bütün alt olasılıkları kapsar. Bu yüzden girişim halindeki dalgaları tek tek saymaya gerek yoktur. Zaten yazının en başında bunu söyledim! Sonuçta belirsizlik ilkesine göre tüm olasılıkların toplamı 1’e eşittir.

Öyleyse çoklu dünyalar yorumunun asıl sorunu kuantum ölçüm problemidir. Belki sonsuz sayıda paralel evren olmadığını gösterip bunun neden olduğu sonsuzluk paradokslarından kaçınabiliriz. Öte yandan kuantum mekaniğinde neyi ölçtüğümüzü de bilmiyoruz ki! Belki de olasılık dalgası hiç yok. Biz sadece bunu kuantum fiziğinde olasılık dalgası olarak hesaplıyoruz. Belki yeni bir fizikte ne Kopenhag ne de Çoklu Dünyalar yorumu geçerli olacak… Yalnız şu kesin: Yeni fizik varsa paralel evrenler olup olmadığı sorusunu kesin olarak cevaplayacağız. 😉 O güne çok var. Belki kuantum holonomi işe yarar.

Kozmik halının dokusu ve desenleri

Siz de 5 soruda paralel evrenlere şimdi bakabilir ve kuantum fiziği paralel çoklu dünyalar oluşturuyor mu diye sorabilirsiniz. Dilerseniz çoklu dünyalar teorisi yanlış mı sorusuna geçebilirsiniz. Dahası çoklu dünyalar olmasa bile fiziksel paralel evrenler var mı diye merak edebilirsiniz. Bunun için de solucandelikleriyle komşu evrenlere seyahate göz atabilirsiniz. Çoklu dünyalar varsa bunu nasıl test ederiz konusunu gelecek yazıda göreceğiz. Yine de hazırlık olarak  fizikçiler paralel dünyalar deneyi yapacak başlığını hemen inceleyebilirsiniz. Hatta kendinizi gerçekten cesur hissediyorsanız Schrödinger Kedisi hem ölü hem canlı mı diye sormaya başlayabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Bilimde paralel evrenler tartışması

¹Making Sense of the Many Worlds Interpretation
²Many-Worlds Interpretation of Quantum Mechanics: A Paradoxical Picture
³Many Worlds, the Born Rule, and Self-Locating Uncertainty