Kuantum Dolanıklık ile Işıktan Hızlı İletişim Olur mu?

Kuantum dolanıklık özelliğinden yararlanarak ışıktan hızlı iletişim kurmak mümkün mü? Elektron ve fotonların birbiriyle dolanık olması ışıktan hızlı iletişim için ne anlama geliyor? Evrende nesnel gerçeklik var mı, yoksa gerçeklik biz onu ölçene kadar ortaya çıkmıyor mu? Heisenberg’in belirsizlik ilkesi objektif gerçekliği nasıl etkiliyor? Işıktan hızlı iletişim dediğiniz zaman aslında bütün bu soruları yanıtlamanız gerekiyor. Işıktan hızlı iletişimin kozmolojik sonuçlarını Bell eşitsizliği ve EPR paradoksuyla görelim. Yaz döneminin ilk kuantum mekaniği yazısına hoş geldiniz.

Kuantum dolanıklık ve fiziksel gerçeklik

Albert Einstein ve Niels Bohr insanlığın fiziksel gerçeklik hakkındaki görüşlerini görelilik teorisi ile kuantum mekaniği üzerinden değiştiren iki devdir. Öyle ki matematiğin evrensel dil mi, yoksa insan icadı tarihsel bir yapıntı mı olduğunu sorgulamamıza yol açtılar. Bu açıdan tarihin en büyük bilim insanları olduğunu söyleyebiliriz.

Biz de bugün ışıktan hızlı iletişim ve Bell eşitsizliği bağlamında Bohr-Einstein çatışmasını ele alarak evrende insan zihninden bağımsız nesnel gerçeklik var mı diye soracağız: Bohr kuantum fiziğinin kurucularından biridir ve Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden yola çıkarak kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumunu geliştirmiştir.

Buna göre fiziksel gerçeklik madde ve enerjiyi oluşturan parçacıkların kuantum durumlarından oluşur. Bohr der ki parçacıkların kuantum durumları biz ölçene dek belirsizdir. Öyleyse nesnel gerçeklik insan ölçene dek yoktur. Gerçeklik ölçümle oluşur.

Umarım Pazar günü bu yazıyı güzel bir brunch veya ikindi kahvaltısından sonra açık zihinle okuyorsunuz; çünkü gördüğünüz gibi Bohr’un dedikleri yenir yutulur cinsten değil ama keyfini çıkarın. 😊 Büyük olasılıkla size Bell eşitsizliği ve gizli değişkenler teorisinin Türkçedeki en anlaşılır açıklamasını yapacağım. Hatta gençler heveslenip Mete Atatüre gibi Türkiye’nin önde gelen kuantum fizikçilerinden olursa daha çok sevinirim ama işe koyulalım.

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

 

Tartışma en az iki kişi ister

Nitekim Einstein Bohr’un fikrine ateşli bir şekilde karşı çıktı ve gerçekliğin bilinebilir olduğunu, kuantum mekaniğindeki olasılıkların da gerçekliği tümüyle tanımlayamayacağını, ezcümle kuantum fiziğinin eksik olduğunu söyledi. Kuantum fiziğinin yerine daha derin ve kapsamlı bir teori geliştirirsek fiziksel gerçekliği daha iyi tanımlayabiliriz dedi.

Doğrusu kuantum mekaniği bu tepkiyi hak ediyordu; çünkü kuantum fiziğinde bir parçacığın konumu, momentumu ve spini gibi kuantum durumlarını kesin olarak bilemeyiz. Bunu yalnızca olasılıklar halinde tahmin edebiliriz ama bir fotonun lazer aygıtı gibi bir cihazda sağdan veya soldan gitme olasılıklarını yüzde 100 kesin biliriz! Kısacası kuantum fiziği yarı determinist, yani yarı klasik ve yarı rastlantısal olan melez bir teoridir. Einstein ise insan zihni ve fiziksel ölçümlerden bağımsız bir objektif gerçeklik olduğuna inanıyordu ve bunu şu sözlerle ifade etti:

“Ay’a bakmadığınız zaman var olmadığına inanıyor musunuz?” Bu sadece sağduyulu bir yaklaşım değildi; çünkü sağduyu insanı yanıltabilir. Ay’ın varlığı ise çıplak gerçeklikti ve dolayısıyla Einstein’a itiraz etmek de çok güçtü. Bu nedenle ve objektif gerçeklik vardır/yoktur olasılıklarına ek olarak üçüncü ihtimali de akılda tutmanızı isteyeceğim: Bohr’un yorumu atomlar dünyasında ve Einstein’ın nesnel gerçeklik tespiti de gözle görülen dünyada geçerli olabilir.

Bohr Einstein’a karşı

Bohr ve Einstein gerçekliğin doğasını şiddetli bir şekilde tartıştılar. Öyle ki 1964 yılına dek her iki görüşü de savunan fizikçiler vardı. Hatta Einstein’dan yana olan David Bohm kuantum fiziğinin pilot dalga yorumu ve gizli değişkenler teorisini geliştirmişti. Ancak, 1964’te İrlandalı fizikçi John Stuart Bell gizli değişkenler teorisi ve dolayısıyla nesnel gerçeklik görüşünü test etmek için Bell eşitsizliği deneyini tasarladı. Peki Bell eşitsizliği nedir?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Kuantum dolanıklık ve Bell eşitsizliği

Bell denklemi basit olsa da anlamak zor olabilir. Einstein Bohr’a itiraz etmek için “Tanrı evrenle zar atmaz “demişti. Bohr da “Tanrıya ne yapıp yapmayacağını söylemeyi bırak Einstein” yanıtını vermişti. Bell eşitsizliği denklemi işte bunu yapıyor: Evrenle zar atarak Einstein’ı savunan Bohm’un gizli değişkenler teorisinin mi, yoksa Bohr’un Kopenhang yorumunun mu doğru olduğunu gösteriyor.

Nitekim parçacıklar biz onları ölçene kadar belirsizdir demek süperpozisyonu kabul etmektir: Örneğin süperpozisyon halindeki bir atomun elektronları aynı anda hem sağa hem sola dönüyor olmak gibi belirsiz bir durumda bulunabilir. Masaya 6 yüzlü tavla zarı attığınızda aynı anda 1, 2, 3, 4, 5 ve 6 geldiğini düşünün! Oysa süperposizyonu ölçtüğümüz zaman elektronlar ya sağa ya sola dönüyordur. Ölçüm sonrası süperpozisyon yoktur. Zara baktığımız zaman da ya 1, ya 2 vb. gelecektir.

Oysa Niels Bohr ve Werner Heisenberg tarafından geliştirilen ve genel kabul gören Kopenhang yorumuna göre, tanrıyla zar attığınız zaman sadece zarın değerini bilmemekle kalmazsınız. Aynı zamanda zar masada bütün değerleri birden alır! Kuantum fiziğindeki ünlü çift yarık deneyi bunu göstermiştir.

Ben de süperpozisyon, çift yarık deneyi ve Heisenberg’in belirsizlik ilkesini önceki yazılarda anlattım. Yine de konumuz açısından bu deneyi özetleyelim: Bir masaya iki dikey yarıklı karton engel koyun ve arkasına küçük bir sinema perdesi yerleştirin. Sonra kartona doğru tek tek fotonlarla (ışık parçacıkları) ateş edin.

Hem parçacık hem dalga!

Einstein’a göre foton parçacıkları ya sağdaki yarıktan ya da soldaki yarıktan geçecektir. Oysa foton hem parçacık hem dalgadır ve üç boyutlu bir dalga olarak iki yarıktan birden geçer. Böylece arkadaki perdede tek bir yere çarpmak yerine perdeye bulanık gölge şeritleri halinde yansır. Tek bir foton bile yarıklardan geçerken kendi kendiyle girişim yapan bir dalgadır! Ancak, fotonu yarıktan geçtikten sonra ölçerseniz perdeye bir nokta (parçacık) halinde çarptığını görürsünüz.

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Kuantum dolanıklık ve Einstein

Einstein çift yarık deneyi ilk kez yapıldığı zaman bundan hiç hoşlanmadı. Buna karşılık olarak fizikçi Boris Podolsky ve Nathan Rosen’la Einstein-Podolsky-Rosen deneyini geliştirdi (Kısaca EPR. Bu arada zamanda yolculuk ve ışıktan hızlı yolculuğa izin veren teorik solucandeliklerine Einstein-Rosen köprüleri dediğimizi hatırlatalım. 😊). Peki EPR deneyi nedir?

EPR deneyinin amacı ışıktan hızlı iletişimin temeli olabilecek kuantum dolanıklık olgusunun ve onun temeli olan süperpozisyonun, dolayısıyla da süperpozisyonun temeli olan Heisenberg’in belirsizlik ilkesinin yanlış olduğunu göstermektir. EPR paradoksu Kopenhag yorumunun yanlış olduğunu göstermek için geliştirilen bir deneydi! Bizim de Bell eşitsizliğini anlamak için 1) Kuantum dolanıklık ve 2) EPR paradoksunu anlamız gerekiyor:

Şimdi toplam açısal momentumu sıfır olan, yani toplam spini (fırıl) 0 bir sistem düşünün. Bu sistem (mesela bir ışın tabancası) iki foton ateşlesin. Fotonların spini olduğu ve bir sistemde toplam açısal momentumun korunması gerektiği için bir foton spin yukarı durumdaysa diğeri de spin aşağı durumda (polarizasyonda) olacaktır. Bunu fotonlardan birinin manyetik alanı saat yönünde dönüyorsa diğeri mutlaka saatin ters yönünde dönecektir diye düşünebilirsiniz.

Kuantum dolanıklık ve spin

İşte toplam spini sıfır olan bir foton çifti arasındaki bu ilişkiye kuantum dolanıklık denir. Fotonlar birbirinden bağımsız değildir. Birinin spinini bilirseniz diğerini de otomatik olarak bilirsiniz. Şimdi iki fotonu birbirinden ayıralım. Dolanık olacaklar diye yan yana olmalarına gerek yok. Diyelim ki birbirinden 1 milyar ışık yılı uzakta olsunlar; yani saniyede 300 bin km olan ışık hızıyla birinden diğerine gitmek 1 milyar yıl sürsün. Bu fotonları ölçmezsek toplam spin 0 olur, yani fotonlar spinleri belirsiz olan süperpozisyon durumunda olurlar. Peki birinin spinini ölçersek ne olur?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kuantum dolanıklık ölçümleri

İki foton birbirine bağlıdır dedik. Bir fotonunun spinini ölçmeden bilemezsiniz ama ölçerseniz ve spin yukarı çıkarsa (isterse aralarındaki uzaklık 1 milyar ışık yılı olsun) diğer foton ölçüm anında spin aşağı durumda olacaktır. Dolanık fotonlardan biri spin yukarı durumundayken diğerinin spin aşağı durumda olma olasılığı yüzde 50 değildir. Yüzde 100’dür!

Peki bu durum dolanık fotonlardan yararlanarak uzak galaksiler arasında ışıktan hızlı bilgi aktarmamızı, ışıktan hızlı iletişim, aslında anında iletişim kurmamızı sağlayabilir mi?

Bell eşitsizliği deneyi henüz geliştirilmemişken Einstein EPR düşünce deneyi ile bu imkansızdır dedi. Evrende hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez ve görelilik teorisine göre ışık hızı kim bakarsa baksın, tüm referans çerçevelerinde saniyede yaklaşık 300 bin km ile sabittir. Dolayısıyla ışık 1) Fiziksel etkileşimlerin, yani elektromanyetik kuvvet gibi fizik kuvvetlerinin yayılma hızıdır ve 2) Radyo ve ışık gibi sinyallerin yayılma hızı, yani iletişim kurma hızıdır. Kısacası nedenselliğin hızıdır.

Öyleyse kuantum dolanıklığa dair Bohr’un Kopenhag yorumu yanlıştır! Einstein’a göre bir gün kuantum mekaniğinin yerine öyle bir teori geliştirecektik ki dolanık fotonların daha başlangıçta eşleştiğini görecektik. Fotonların daha lambadan çıkarken ve aralarındaki uzaklık 1 milyar ışık yılı açılmamışken birbiriyle ışıktan yavaş iletişim kurduklarını fark edecektik.

Spin ve polarizasyon

Öyle ki fotonlar içlerinden hangisinin spin yukarı (pozitif polarizasyon) ve hangisinin spin aşağı (negatif polarizasyon) durumda olacağına baştan karar vermiş olacaktı. Bunu biz ölçüp öğrenmeden önce fotonlar bilecekti. Fotonların kendi arasında paylaştığı bilgiye gizli değişkenler diyoruz. Dolanık fotonlarda bulunan ve ölçünce fark ettiğimiz bu bilgiye yerel gizli değişkenler denir ki David Bohm’un gizli değişkenler teorisinin kaynağı budur. Gelelim Bell eşitsizliğine:

İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?

 

Bell eşitsizliği ve gizli değişkenler

Şimdi bir anlamda evrenle zar atarak barbut oynayacağız. Hayat bir kumar derler ya, biz daha ileri gidip evren kumardır diyeceğiz. Bunun için resimdeki gibi bin adet kırmızı ve siyah dama taşı alıyoruz. Bunları torbadan rastgele seçerek iki sıra halinde yan yana diziyoruz. Taşları evren dizmeye başlıyor ve evren taşları seçtikten sonra aynı renkten iki taş alt alta gelirse oyunu kazanacağımı açıklıyorum. Üstte ve altta iki kırmızı veya iki siyah taş gelirse kazanacağım.

Uzun süre oynuyoruz ama taşlar hiç eşleşmiyor. Kazanamıyorum. Böylece ikinci turda kuralları değiştiriyorum. Bu defa diyorum ki renkler farklıysa, örneğin üst sıraya kırmızı ve alt sıraya siyah taş gelirse kazanacağım. Bakıyorum ki yine kaybediyorum. Bu kez de bütün taşlar eşleşiyor!

O zaman evrenin hile yaptığını düşünüyorum. Einstein da EPR deneyini tasarlarken böyle düşünmüştü. Evrenin taşları rastgele değil bilerek seçtiğini düşünüyordu (gizli değişkenler). Bohr ise biz taşlara bakana dek renklerinin belli olmadığını düşünüyordu. Oyunun kurallarını yine değiştiriyorum:

Bu kez nasıl kazanacağımı evrene söylemiyorum. Örneğin taşlar eşleşirse kazanacağımı evren bilmeyecek. Oynarken yüzde 50 olasılıkla taşların eşleşeceğini tahmin ediyorum; çünkü kırmızı ve siyah olmak üzere yalnızca iki renk var. 1000 taşla oynayacağız. Demek ki 500 kez kazanacağım. Yine kaybedersem, yani 400 kez kazanır, 600 kez kaybedersem vb. evrenin taşların rengini önceden seçmediğini ve yerel gizli değişkenler olmadığını düşüneceğim. Bell eşitsizliği deneyi bunu yapıyor:

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Kozmik kumar

Bell yukarıda anlattığım oyunu kuantum mekaniğinde test edecek bir deney geliştirdi. Gizli değişkenler varsa kuantum fiziğinin gizli değişkenler yorumu doğruydu. Gizli değişkenler yoksa Kopenhag yorumu doğruydu. Tabii hem kuantum mekaniği dama taşlarından daha karmaşık olduğu için hem de bütün açıkları kapatıp hataya yer vermemek amacıyla John Stuart Bell daha kompleks bir deney tasarladı:

Yine birbirine dolanık iki foton alıyoruz. Ancak, bu defa kuantum sisteminin hem toplam doğrusal momentumu (parçacıkların sağdan sola gitmesi vb.) hem de toplam açısal momentumu korunuyor (saatin ters yönünde dönmek, +/- polarizasyon vb.). Bunu resimdeki gibi birbirine dik iki çizgiden oluşan x, z çizgilerinde gösterebilirsiniz. Öyle ki parçacıklardan birinin sağdan sola gittiğini ve saatin ters yönünde döndüğünü görürsek diğeri de ters yönde gidecek ve ters yönde dönecektir. Kolay.

Bütün kuantum denklemlerinde olduğu gibi en sevdiğimiz konu mankenlerini seçiyoruz: Alice ve Bob. 😊 Alice laboratuarda birinci foton parçacığını ölçecek ve başka bir laboratuarda bulunan Bob da ikinci fotonu ölçecek. Ayrıca iki laboratuar birbirinden uzak olup aralarında iletişim kurulmayacak.

Resme geri dönersek: Alice z yönündeki foton spinini (polarizasyon) pozitif olarak ölçerse Bob z yönündeki polarizasyonu negatif olarak ölçecek. Alice deneyin tekrarında aynı fotonu z yönüne dik olan x düzleminde ölçerse yine aynı sonuçları alacağız. Tamamlayıcılık ilkesi gereği sistemin toplam momentumu korunacak ve fotonlar ters yönde hareket edip dönecek. Oysa Bell bir şey daha yaptı:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Bell eşitsizlik ve köşegenliği

Bell bu aşamada dedi ki üçüncü bir ölçüm daha yapalım: Bu da x ve z eksenlerinin tam ortasından geçen bir çizgi olsun. Buna q çizgisi diyelim ve q çizgisi x ve z’ye 45 derecelik açı yapsın (aslında x ve z çizgilerine farklı açılar yapan bir çizgi de olur ama köşegen q ile anlatmak dana kolay 😉)

Özetle yerel gizli değişkenlerin geçerli olduğu bir evrende dolanık fotonlar z, x ve q çizgilerinde hangi yöne gideceklerini baştan gizli iletişim kurarak belirler. Ayrıca x, z ve q değerleri için fotonların alacağı 8 olasılık (kombinasyon) vardır. Alice için bunları da yazalım:

• Olay 1: X yönü pozitifse, Q yönü spini pozitiftir.
• Olay 2: Z pozitif, X pozitif, Q negatif.
• Olay 3: Z pozitif, X negatif, Q pozitif.
• Olay 4: Z pozitif, X negatif, Q negatif.
• Olay 5: Z negatif, X pozitif, Q pozitif.
• Olay 6: Z negatif, X pozitif, Q negatif.
• Olay 7: Z negatif, X negatif, Q pozitif.
• Olay 8: Z negatif, X negatif, Q negatif.

Şimdi şunu soralım: Alice z yönünde pozitif spin ölçerken Bob’un da x yönünde pozitif spin ölçme olasılığı nedir? Yukarıdaki dizide Alice için 4 pozitif ölçüm olasılığı var. Aynı zamanda Bob’un x yönünde pozitif spin ölçmesi için Alice’in de x yönünde negatif spin ölçmesi gerekiyor. 3 ve 4 no’lu Alice ölçümleri buna uyuyor. Sorduğumuz olasılığı hesaplamak için bunu toplam olay sayısına böleceğiz ki 8 olay var. Şimdi bu soruyu diğer olasılıklar için de soralım:

Kuantum dolanıklık olasılıkları

Alice z yönünde pozitif spin ölçerken Bob’un q yönünde pozitif ölçme olasılığı nedir? Bu senaryoya olay 2 ve 4 uyuyor. Yine sekize bölüp olasılığı buluyoruz. Peki üçüncü durumda Alice q yönünde pozitif spin ölçerken Bob’un x yönünde pozitif spin ölçme olasılığı nedir? Bu da yine sekize bölüp olasılığı bulmak üzere olay 7 ve 8’dir. İşte bu sırada Bell’in aklına ilginç bir soru geldi:

İlgili yazı: Warp Sürüşü ile Işıktan Hızlı Yolculuk Mümkün mü?

 

Kuantum dolanıklık ve gizli değişkenler

Toplam olay sayısını alırsam ve bunu Alice z pozitif ölçerken Bob’un da x pozitif ölçme olasılığıyla çarparsam ne olur? Bu işlemle elde edeceğimiz sayının, Alice z pozitif ölçerken Bob’un da q pozitif ölçme olasılığı ve Alice q pozitif ölçerken Bob’un x pozitif ölçme olasılığının toplamının toplam olay sayısıyla çarpımına eşit veya ondan bu çarpımdan az olması gerekir. Nitekim denkleme bakın!

Bunu yazarken 8 olay sayısı denklemin iki yanında olduğu için sadeleşiyor ve elimizde sadece iki olasılık kalıyor: İşte Bell eşitsizliği budur ve bunu basit bir aritmetik işlemiyle kanıtlayabiliriz (burada Event, olaya karşılık geliyor). (E3 + E4) bölü 8 eşittir veya azdır (E2 + E4 + E3 + E7) bölü 8. Sekizler birbirini sildikten ve parantezleri düzenledikten sonra elimizde Bell eşitsizliği kalıyor. Yerel gizli değişkenlerin geçerli olduğu bir evrende Bell eşitsizliği doğrudur. Peki bu bizim evrenimizde doğru mudur?

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

Bell eşitsizliği ihlal edilirse

Kuantum yasalarının gizli değişkenler olmadan geçerli olduğu bir evrende Bell eşitsizliği ihlal edilir. Nasıl derseniz: Diyelim ki Alice z yönünde pozitif spin ölçüyor. O zaman Bob’ın da z yönünde negatif ölçeceğini biliyoruz. Ancak, Bob aslında z yönünde değil, q yönünde spin ölçüyor. Q yönüne göre foton spini ne olacak peki? Gizli değişkenler teorisine göre yüzde 50 olasılıkla pozitif veya negatif olacak.

Oysa kuantum fiziğinde öyle olmuyor; çünkü x ve z yönüne göre 45 derece dönen bir parçacığın spini Schrödinger denklemindeki dalga fonksiyonuna göre belirlenir. Olasılık dağılımını dalga fonksiyonuyla gösterirsek bunun bir sinüs eğrisi çizeceğini görürüz. Eğrideki olasılık dağılımı ise gizli değişkenlerdeki üçgen şekilli olasılık dağılımından farklı olacaktır (resme bakınız -> sin² 45°/2): Peki bu ne demektir?

Bob’ın Alice’le aynı spini ölçmesine ilişkin olasılık dağılımını sinüs dalgasında izlediğiniz zaman, kuantum mekaniği ile gizli değişkenlerin 0 derece ve 90 derecenin tam katlarıyla bölenlerinde aynı olduğunu, ama 45 ila 90 derece arasındaki açılar gibi 90 derecenin tam katıyla bölenleri olmayan açı değerlerinde farklı olduğunu göreceksiniz.

Resimdeki örnekte söz konusu olasılık gizli değişkenlerde yüzde 25 iken kuantum fiziğinde yüzde 14,6’dır. Yapılan deneylerde bunu gördük. Kuantum mekaniğinde Bell eşitsizliği ihlal ediliyordu. Nitekim gizli değişkenlerde (E3 + E4) toplamı, (E3 + E4 + E2 + E7) toplamına eşit veya ondan küçük oluyor (bu durumda 4 veya ondan küçük). Eşitsizlik geçerliliğini koruyor.

Kuantum fiziğinde ise farklı

90 derecenin sin karesini 2’ye böldüğümüz zaman elde edilen değer, 45 derecenin sin karesinin ikiye bölümü artı diğer 45 derecenin sin karesinin ikiye bölümünün toplamına eşit veya ondan küçük olmuyor! Denklemi çözdüğünüz zaman 0,5 sayısını elde ediyorsunuz ki bu da denklemin sağında bulduğunuz 0,293’e eşit ya da ondan küçük değildir. Eşitsizlik ihlal ediliyor. Evrende gizli değişkenler yoktur. Öyleyse kuantum dolanıklık ile ışıktan hızlı iletişim mümkün mü ve nesnel gerçeklik var mı?

İlgili yazı: Kuantum Üstünlük Ne Zaman Geliyor?

 

Kuantum dolanıklık ve nesnel gerçeklik

Öncelikle Einstein, Podolsky, Rosen ve Bohm yanılıyordu. Bohr ve Heisenberg haklıydı. Kuantum dünyasında fiziksel gerçeklik parçacıkların ölçülmesi ya da birbiriyle etkileşime girmesi sırasında ortaya çıkar. İkincisi: Kuantum mekaniğinde Bell eşitsizliğinin ihlal edilmesi, Bob’ın fotonu spin aşağı durumda ölçmesi durumunda, Alice’in fotonunun da otomatik olarak spin yukarı durumda olacağından emin olmasını önler; çünkü spin olasılık dağılımı eşit aralıklarla gerçekleşmez.

Bu durumda Bob’ın Alice’in fotonunun spin aşağı durumunda olduğundan emin olmasının tek yolu, Alice’e telefon edip sen fotonu aşağı spinde ölçtün mü diye sormasıdır (negatif polarizasyon). Ancak o zaman Bob ölçtüğü fotonun Alice’in ölçtüğü fotonla dolanık olduğundan emin olabilir. Telefon etmek de ışık hızından hızlı olamaz. Öyleyse kuantum dolanıklık ve onun türevi olan kuantum ışınlama yoluyla ışıktan hızlı iletişim kuramayız. İyi ki de kuramayız!

Işıktan hızlı giden parçacık, cisim ve sinyaller geçmişe gider. Nedenler sonuçlardan önce gerçekleşir. Örneğin bir katil birini öldürmeden önce o kişinin öldürüldüğünü bilip kurbanı ölmeden uyarabilirsiniz. Bu da geçmişe gidip daha büyükannesini gebe bırakmadan kendi büyükbabasını öldüren hayırsız torunun hiç doğmadığı için geçmişe gidip büyükbabasını öldürememesi ve dolayısıyla doğması gibi büyükbaba paradokslarına yol açar. Işıktan hızlı iletişimin olduğu bir evren anlamsızdır.

İlgili yazı: Kuantum Fiziği Paralel Çoklu Dünyalar Oluşturuyor mu?

 

Kuantum dolanıklık nasıl açıklanıyor?

Yazının başında dolanık fotonların arasında 1 milyar ışık yılı uzaklık olsa bile biri spin yukarı durumunda iken (+polarizasyon) diğerinin spin aşağı durumda (-polarizasyon) olacağını söyledik. Bu anında gerçekleşiyor. Peki evrende ışıktan hızlı iletişim ve etkileşim mümkün değilse bu nasıl oluyor? Şimdilik bunun kesin bir açıklaması yok ama mantıklı bir açıklaması var: İki foton da sistemin toplam momentumunun 0 olması nedeniyle aynı dalga fonksiyonunun parçasıdır. Öyle olduğu için dolanıktır.

Dalga fonksiyonu da teorik olarak evren kadar büyük olabilir. Yaşadığımız evreni bizlerle birlikte geçmiş, gelecek ve şimdisiyle tanımlayan dev bir dalga fonksiyonu olabilir. Doğrusu bu da Einstein’ın evrenin tamamı için zaman akmaz; çünkü geçmiş, gelecek ve şimdi sadece birbirine göre, yani lokal olarak belirlenebilir diyen görelilik teorisiyle de uyuşur.

O zaman fotonların spini için bunların parçası olduğu dalga fonksiyonu evrenin tamamında çöker ve fotonlar ışıktan hızlı etkileşim/iletişim kurmasalar bile spin durumlarını anında birbirine göre değiştirebilirler. Nitekim Bell de yerel gizli değişkenler olmadığından eminim ama evrensel gizli değişkenler olabilir demişti. Yine de kuantum fiziğiyle ilgili birçok sorunun yanıtını bilmiyoruz: Dalga fonksiyonu nedir? Neden ve nasıl çöker? Dolayısıyla süperpozisyon ve dolanıklık gerçekte nedir?

Peki Einstein’ı bunun neresine koyacağız? Einstein’ın dediği gibi Ay’a bakmasak da orada olduğunu biliyoruz. Einstein en azından bu yalın gerçeklik konusunda sokaktaki simitçi kadar haklıdır. Öyleyse mikroskobik ölçekte işleyen kuantum fiziğinde geçerli olmayan nesnel gerçekliğin (insan zihninden bağımsız gerçeklik), makroskobik gözle görülür dünyada geçerli olmasını nasıl açıklayacağız?

Kozmik seçilim

Onu da Kuantum Darwinizm yazısında okuyabilir ve eliniz değmişken dolanıklığı görelilik teorisi uyarınca mikroskobik solucandelikleriyle açıklama çabasına göz atabilirsiniz. Renk körlüğünü düzelten polarize EnChroma gözlükleri her taktığınızda fotonlarla ilgili yeni bir dolanıklık deneyi yaptığınıza da dikkat edebilirsiniz. Sonuçta foton spini polarizasyonla belirlenir. İyi Pazarlar ve mutlu tatiller. 😊

Kuantum dolanıklık ve spin

¹The EPR paradox and quantum entanglement at sub-nucleonic scales
²The EPR paradox, Bell’s inequality, and the question of locality
³Observability, Unobservability and the Copenhagen Interpretation in Dirac’s Methodology of Physics
⁴To the rescue of Copenhagen interpretation
⁵Relational Hidden Variables and Non-Locality
⁶Hidden variables and hidden time in quantum theory
⁷Quantum theory cannot consistently describe the use of itself