Kuantum Fiziğinde Dolanıklık Nedir ve Nasıl Çalışır?

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışırKuantum dolanıklık nedir ve nasıl çalışır? Kuantum parçacıklar birbirini sonsuz uzaklıktan etkiler mi?  Uzaktan etki var mı ve dolanık parçacıkların birbirini anında etkilemesi evrenin dokusu olan uzayzamanı nasıl etkiliyor? Dolanıklık ile ışıktan hızlı iletişim mümkün mü? Kuantum fiziğinde dolanıklığın ne olduğunu görelim ve Einstein’ın uzaktan etkisi konusunda neden yanıldığını inceleyelim. Dolanıklığı öğrenerek kuantum bilgisayarlar ve kuantum internetin nasıl çalıştığını anlayalım.

Kuantum dünyasında dolanıklık nedir

Kuantum mekaniği çok gariptir. Öncelikle şu alışılmadık parçacık–dalga ikiliği vardır ki bazen kuantum nesneler noktasal parçacık olarak ve bazen de çevreye yayılan bir dalga gibi davranır. Hatta bu davranış kuantum nesnelere parçacık gözüyle bakıp bakmadığınıza bağlıdır. Ayrıca parçacıkların aynı anda iki farklı kuantum durumunda olduğu süperpozisyon hali vardır ve bu da kuantum dolanıklıkla yakından ilgilidir. Çift yarık deneyinde olduğu üzere tek bir parçacığın bile dalga gibi davrandığı ve kuantum silgi ile en azından parçacıklar için zamanı bir anlamda geri almanın mümkün olduğu durumlar vardır.

Kuantum fiziğinin gariplikleri bununla bitmez. Örneğin kuantum dolanıklıkla ışıktan hızlı iletişimin mümkün olup olmadığını sorgularız. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi sebebiyle bir parçacığın konumu ve momentumu gibi iki farklı kuantum durumunu aynı anda neden kesin olarak bileyemeyeceğimizi merak ederiz. Hatta Schrödinger’in kedisi hem canlı hem ölü mü, yoksa ya canlı ya ölü mü diye sorarız. Bütün bu sıra dışı özellikler de dönüp dolaşıp kuantum dolanıklığa “dolanır”.

Önceki yazılara Einstein’ın kuantum fiziğine değil ama uzaktan etkiye neden itiraz ettiğini gördük ve entropinin kuantum dolanıklıktan nasıl türediğini gördük. Parçacıkların sadece uzayda değil, zamanda bile dolanık olabileceğini inceledik. Oysa dolanıklık konusunu hiç tek başına ele almadık ama bu yazıda tüm yönleriyle görerek açığı kapatacağız. Böylece ben de Twitter sohbet odalarında dolanıklıkla ilgili olarak ilettiğiniz soruları yanıtlamış olacağım. Hazırsanız başlayalım:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışır

 

Kuantum ölçüm ve dolanıklık nedir?

Einstein’ın uzaktan tuhaf etki sözleriyle eleştirdiği kuantum dolanıklıkta, birbirine dolanık iki parçacıktan birinin durumu değişirse dolanık eşinin durumu da buna uygun olarak ve görünüşte aniden değişir. Parçacıklar ne kadar uzak olursa olsun birbirini sanki anında etkiler. Gerçi bu tanım tam olarak doğru değildir; çünkü parçacıkların ne olduğunu bilmiyoruz. Belirsizlik ilkesinin belirttiği gibi bir kuantum nesneyi ölçerken neyi ölçtüğümüzü de tam olarak bilmiyor ve buna kuantum ölçüm problemi diyoruz. Sonuçta kuantum mekaniğini günlük dilde ifade etmenin de bir sınırı var.

Yine de hem kuantum mekaniğini merak edenler hem de kuantum fiziği okumak isteyenler için kuantum dünyasının genel olarak ne olduğu ve işleyişini anlamak önemli. Nitekim kuantum mekaniği çok yanlış anlaşılıyor. Kuantum dünyasıyla ilgili sözde garipliklerin bir kısmı da yeterli bilgi sahibi olmamaktan kaynaklanıyor. Bir kez kuantum fiziğini çalışma mantığını anladıktan sonra isteyenler için detaya inmek ve denklemleri öğrenmek daha kolay oluyor.

Aynı şey kuantum dolanıklık için de geçerli… İnsan beyni kuantum varoluşu anlamak için değil, günlük yaşamda hayatta kalmak için evrim geçirmiştir. Bu yüzden Einstein’ın parçacıkların birbirini sonsuz uzaktan ışıktan hızlı etkilemesi olarak gördüğü kuantum dolanıklık sağduyuya aykırıdır. Öyle ki Erwin Schrödinger “Kuantum mekaniğinin en temel özelliği insanı klasik fizik düşünce çizgisinden uzaklaştırmasıdır” demiştir. Buna karşın kuantum dünyasının işleyişini anlamak ve öğrenmek mümkün.

Kuantum bilgisayarda dolanıklık nedir?

Peki kuantum dolanıklığı neden öğrenmelisiniz? Açık söylemek gerekirse dolanıklık 10 yıl önceki gibi salt teorik fizik konusu değildir. Günümüzde kuantum bilgisayarlar, kuantum şifrebilim ve kuantum internet gibi teknolojiler dolanıklığa dayanıyor. Dolayısıyla X, Y, Z ve alfa kuşağının kariyer planlama ve öğrenme tasarımı için kuantum dolanıklığı yakından tanıması gerekiyor:

İlgili yazı: Dört Boyutlu Madde Bulundu: Zaman Kristalleri

Dolanıklık ile ışıktan hızlı iletişim mümkün mü?

 

Kuantum fiziğinde dolanıklık nedir?

Nasıl ki romantik partnerinizle aranızda bir ilişki vardır, dolanık parçacıklar arasında da bir ilişki vardır. Dahası bu ilişki birazdan göreceğimiz üzere parçacıkların bir iple birbirine düğümlenmesi veya bağlanması gibidir. Örneğin sevdiğiniz kişi kaza geçirirse bundan etkilenirsiniz ki dolanık parçacıklardan birinin durumu değişirse eşi de bundan etkilenir. Elbette kuantum mekaniğinde parçacıkların ilişkisi bundan çok daha sıra dışıdır.

Örneğin elektron spinini ele alalım… Elektronlar iki kutuplu mıknatıs olduğundan bunların iki manyetik kutbu vardır. Dolayısıyla elektronlar kendi çevresinde saat yönü veya saat yönünün tersinde döner. Kuantum fiziğinde klasik fizikteki gibi dönü (rotasyon) olmadığından elektronların iki olası dönüş yönüne spin aşağı ve spin yukarı deriz. Öyle ki dolanık elektronlardan biri spin yukarı durumdaysa diğeri mutlaka spin aşağı durumda olacaktır. Bunu anlamak da ilk bakışta kolaydır.

Diyelim ki bir çift eldiveniniz var ve eldivenin bir teki sağ elli ise diğeri de sol elli olacaktır. Nasıl ki bir çift eldivenin iki sol teki olmaz, dolanık elektronlar da eş spinde olmaz. Keza eldivenin tekleri de birbiriyle ilişkili olacaktır. Öte yandan belirsizlik ilkesi nedeniyle bir parçacığın hangi yönde döneceğini önceden bilemez ve parçacıkların mevcut durumunu kesin olarak ölçemeyiz. Bu sebeple sadece elektronların hangi spin yönünde olabileceğini gösteren olasılıkları hesaplayabiliriz.

Özetle dolanık elektronlar arasındaki ilişki aynı çifte ait eldiven tekleri arasındaki ilişkiden farklıdır. Bu bağlamda kuantum mekaniğinde parçacıklar arasındaki ilişkisel olasılıkları istatistiksel bağıntılarla gösteririz. Dolanık elektron spinleri de birbiriyle istatistiksel olarak bağıntılıdır. Peki kuantum dolanıklık nasıl işler?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

Dolanıklık ve kuantum alanları.

 

Süperpozisyon ve dolanıklık nedir?

Dolanıklık ilk bakışta bir çift eldivenin sağ tekini kutulayıp arkadaşınıza kargoyla göndermeniz gibidir. Sağ tekini ona gönderirseniz elinizde sadece sol teki kalacaktır. Arkadaşınız da kutuyu açıp eldivenin sağ tekini görünce sol tekinin sizde olacağını anlayacaktır. Sonuç olarak eldivenin hangi tekinin arkadaşınıza gittiği önceden bellidir. Arkadaşınız kutuyu açsa da açmasa da bu bilgi değişmez. Tabii bu durum sol tekinin sizde olduğunu arkadaşınıza söylerseniz ve bu konuda yalan söylemezsiniz geçerlidir. 😉 Bu bir espri değildir; çünkü kuantum dolanıklıkta ilişki durumu tümüyle farklıdır.

Neden derseniz

Elektronları dolanıklığa sokunca mutlaka zıt spinde olacaklarını biliriz. Buna karşın hangi elektronunun spin yukarı durumda olacağını önceden bilemez VE belirleyemeyiz. Siz de bunu çözmenin kolay olduğunu düşünebilirsiniz. Elektronlardan birini ölçeriz ki spin yukarı durumda olduğunu görürsek diğeri de mutlaka spin aşağı durumda olacaktır. Gerçekten de klasik fizikte öyledir ama kuantum fiziğinde öyle olmaz; çünkü ölçtüğünüz elektronun spini ancak siz ölçtükten sonra belli olur!

Bunun nedeni iki elektronu tam dolanıklığa sokmak için onları ortamdan soyutlamak gerekmesidir. Böylece diğer parçacıklar ve çevreyle fiziksel etkileşime girmezler. Girmeyince de spin aşağı gibi belirli bir durumda olmazlar. Çevreyle etkileşmeyen ve ölçmediğiniz elektronların durumu belirsiz olup bunlar süperpozisyon halindedir. Elektronların spin olasılıklarını olasılık dalga fonksiyonu denklemi gösterir. Dolayısıyla ortamdan yalıtılan elektronların belirli bir durumu yoktur ve sadece olasılıklar vardır.

Süperpozisyon halindeki elektronlar hem spin aşağı hem spin yukarı durumda bulanık halde bulunur. İşte bu yüzden elektron spini sadece ölçtüğünüz zaman belli olur. Ölçtüğünüz elektronun dolanık eşi elbette zıt spinde olacaktır ama bunu da ölçtüğünüz elektronun spini belirler. Bunu eldivenlerle anlatırsak; arkadaşınıza eldivenin sağ tekini göndereceğinizi önceden belirleyemezsiniz.

Bu ancak arkadaşınız kutuyu açıp da sağ tekini teslim aldığını görürse belli olur. Şimdi diyeceksiniz ki ama hocam eldiveni arkadaşıma göndermek için kutuya koyan benim. Böylece sağ tekini gönderdiğimi önceden belirlemiyor muyum? Belirsizlik ilkesi yüzünden hayır, bunu yapamazsınız ama belirsizliğe geri geleceğim. Peki kuantum mekaniğinde süperpozisyon diye bir şey olduğunu nereden biliyoruz?

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Çift yarık deneyi

Çift yarık deneyi basittir. Bir masanın sol tarafına bir elektron tabancası koyar ve sağ tarafına bir perde çekersiniz. İkisinin arasına ise elektronların yolunu kesen bir engel yerleştirip engelde iki dikey yarık açarsınız. Ardından tabancadan elektron ateşlemeye başlarsınız. Elektronlardan bir kısmının sağ yarıktan ve bir kısmının da sol yarıktan geçmesini beklersiniz. Böylece arkadaki perde nokta nokta elektron izleriyle kaplanacaktır. Çift yarık yüzünden bunlar aralarında kesin kenarlı net boşluklar bulunan dikey izler olacaktır.

Oysa perdede dikey izler vardır ama bunlar nokta nokta değildir. Bunun yerine salon perdesi gibi dalgalı ve gölgelidir. Bu da elektronların hem dalga hem parçacık gibi davrandığını gösterir. Elektronları yarıktan geçerken ölçmediğiniz için süperpozisyon halindedirler. Bunlar perdeye olasılık dalgaları halinde yansıyarak girişimli gölgeler yapar. Sonuçta olasılık dalgaları boşlukta deniz dalgaları gibi yayılır ve üst üste binerek yapıcı ve yıkıcı girişimler oluşturur. Yapıcı girişimler dalganın güçlendiği parlak izler yaratır. Yıkıcı girişimler ise dalgayı sönümleyerek koyu gölgeler oluşturur.

Resimde elektron dalgalarının iki yarıktan geçerken nasıl kırılarak küçük parçalara ayrıldığını ve ardından üst üste binerek tekrar ayrıldığını görüyorsunuz. Peki yarıklara tek bir elektron ateşlerseniz ne olur? Elektron parçacık olduğu için ya sağdaki yarıktan ya da soldaki yarıktan geçecek ve karşıdaki perdeye ona göre çarpacaktır. Gerçekten de yarıklara detektörle bakarsanız elektronun her seferinde bir yarıktan geçtiğini görürsünüz. Oysa yarıklara bakmazsanız durum değişir. O zaman tek bir elektron bile bir dalga olarak kendisiyle girişim yaparak iki yarıktan birden geçecek ve perdeye dalgalı gölgeler halinde yansıyacaktır! Burada neler oluyor?

İlgili yazı: Natron Gölü Kuşları Nasıl Taşa Çeviriyor?

 

Çift yarık deneyinde dolanıklık nedir?

Çift yarık deneyi bize iki ilginç şey söyler… Olasılık dalgalarının olasılıkları gösterdiği için soyut matematiksel dalgalar olduğunu düşünebiliriz. Oysa perdeye yansıyan elektron dalgaları bunların somut olduğunu gösteriyor. Nitekim David Bohm olasılık dalgası yerine deniz yüzeyindeki gibi pilot dalgalar hayat etmişti. Ona göre elektronlar dalga değil, parçacıktı ve onları aslında pilot dalgalar karşı perdeye taşıyordu. Biz de perdede elektron dalgalarını değil, pilot dalga girişimlerini görüyorduk. Dolanıklık açısından bu teoriye geri geleceğim ama şimdi deneyin bize öğrettiği ikinci şeye geçelim:

Bohm’un pilot dalga teorisini saymazsak tek bir elektron bile dalga olarak davranır. Yarıklara bakmazsak hangi yarıktan geçtiği belli değildir. Bu yüzden süperpozisyon halindeki bir olasılık dalgası olarak kendi kendisiyle girişim yapar ve her iki yarıktan birden geçer. Özetle çift yarık deneyi bize kuantum dolanıklığın temeli olan süperpozisyonun gerçek olduğunu göstermiştir. Bir parçacık onu ölçene dek yerel olmayan bir dalgadır ve ancak ölçtükten sonra yerel bir nesneye, yani parçacığa dönüşür. Peki bunun Einstein’ın uzaktan etki düşünce deneyiyle ne ilgisi var?

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

 

Uzaktan etki ve dolanıklık nedir?

Şimdi konuya uzaktan etki açısından bakacağız. Sonra Bohm’un pilot dalga (gizli değişkenler) teorisini ele alacağız. Ardından dolanıklığı sicim teorisi açısından görecek ve neden yerçekimiyle kuantum mekaniği birleştiren bir kuantum kütleçekim kuramı geliştiremediğimizi araştıracağız. Son olarak da dolanıklığı yeni fizikte uzaktan etki olmadan nasıl açıklarız konusunu işleyeceğiz. Albert Einstein’la başlayalım. Einstein 1935’te iki geç bilim insanıyla (Boris Podolsky ve Nathan Rosen) EPR deneyini tasarladı ki bu da adını fizikçi isimlerinin baş harflerinden alıyordu.

Einstein’ın amacı kuantum fiziğini inkar etmek değildi. Nitekim kendisi 1905’te formüle ettiği fotoelektrik etkiyle Max Planck’tan sonra kuantum fiziğinin ikinci kurucusudur. Öte yandan Einstein kuantum mekaniğinin eksik bir formülasyon olduğu ve doğayı açıklayamadığını düşünüyordu. Uzaktan etki (EPR) deneyinin amacı da bunu göstermekti. Sonuçta kuantum dolanıklıkta birbirine dolanık iki elektron arasında sonsuz uzaklık olsa da birbirini anında etkiler.

Diğer yandan fizik kuvvetleri uzayzamanda ışık hızında yayılır ve klasik fizikte parçacıklar birbirini uzaktan etkiler. Fiziksel etkiler bir parçacıktan çıkıp uzayda giderek diğerine ulaşır. Fiziksel etkileşimler böyle gerçekleşir. Öyle ki dolanıklıkta parçacıkların birbirini aniden etkilemesi için etkileşimler ışıktan hızlı, hatta sonsuz hızda yayılmalıdır. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre kuantum mekaniği yanlış ve dolayısıyla eksiktir.

Kopenhag yorumunda dolanıklık nedir?

Einstein özellikle Bohr’un Kopenhang yorumunu eleştiriyordu. Bu yoruma göre dolanık parçacıkların olasılık dalgaları birbirine dolanıktır. Bunlar birbiriyle girişim yapar ama parçacıklar ortamla etkileştiği veya ölçüldüğünde olasılık dalgası çöker ve tek bir olasılık gerçekleşir. Bir elektron spin yukarı yönde dönerken diğerinin spin aşağı durumda olması gibi… Oysa Kopenhag yorumu olasılık dalgasının ne olduğu, neden ve nasıl çöktüğünü söylemiyordu. EPR deneyi bunu da eleştiriyordu. Özetle Einstein dolanıklıkta parçacıklar birbirini uzaktan ışıktan hızlı olarak etkileyemez diyordu. Bunu da EPR deneyinde uzaktan tuhaf etki olarak adlandırarak eleştirdi:

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışır

 

Bell eşitsizliğinde dolanıklık nedir?

EPR düşünce deneyine göre parçacıkların kuantum durumlarının onları ölçmediğimiz veya fiziksel etkileşim gerçekleşmediği sürece belirsiz olması saçmadır. Parçacıklar dolanıklığa girerken ölçemediğimiz ama var olan gizli değişkenler yoluyla etkileşim kurar. Ardından elektronların arası açıldığında gizli değişkenlere spin yönünü belirler. Kısacası biz ölçemesek de dolanık parçacıkların hangi spinde olacağı önceden bellidir.

Peki kim haklıydı? “Spin durumu biz ölçene dek bilinemez değil, asla belirlenmez” diyen Bohr ve Kopenhag yorumu mu, yoksa David Bohm ile Einstein’ın başı çektiği gizli değişkenler yorumu mu? Bohm bu bağlamda gizli değişkenlerin klasik mekanik dalgası, yani pilot dalga olduğunu düşünmüştü. Pilot dalga teorisine göre elektronlar parçacıktı ve onları uzayda pilot dalga taşıyordu. Biz bunu Schrödinger denkleminde olasılık dalgası olarak hesaplıyorduk ama dalgada olasılık yoktu. Pilot dalga kesindi ama kesinlik gizli değişkenlerde saklı olduğu için bunu göremiyorduk.

Nitekim EPR deneyi ve Bohm’un pilot dalga teorisi John Stuart Bell 1964’te aksini kanıtlayana dek varlığını sürdürdü. Bell o yıl kendi adıyla anılan Bell teoremini ortaya attı. Buna göre klasik fiziğe dayalı olan hiçbir gizli değişkenler teorisi kuantum mekaniğinin öngördüğü bütün sonuçları üretemezdi. Bell teoremine göre evrende yerel gizli değişkenler yoktu. Kuantum mekaniğine göre kesin ölçümler yapmak imkansız ve bir fiziksel sistemden elde edilebilecek veri sınırlıydı. Buna karşın bir sistemden çıkarabilecek verinin tamamını elde etmek mümkündü. Peki Bell eşitsizliği deneyi nedir?

İlgili yazı: Buzul Çağı Nasıl Oluşur ve Ne Zaman Geri Gelecek?

 

Bell deneyinde dolanıklık nedir?

Bu tanım kuantum mekaniğinin doğanın değil, doğanın verisinin teorisi olduğunu gösteriyordu ki buna kuantum kütleçekim kuramında geri geleceğim. Bell geliştirdiği teoremi (Bell eşitsizliğini) kanıtlamak için bir deney tasarladı. Buna göre Einstein’ın söylediğinin tersine tanrı evrende zar atıyordu. Örneğin klasik fizikte yazı tura atarsanız 100 atışın yarısı yazı ve yarısı tura gelir. Oysa kuantum fiziğine göre ve tıpkı Kemal Sunal’ın filminde olduğu gibi para her zaman dik gelir ki (süperpozisyon) ancak ölçtüğünüzde yazı mı, tura mı olduğu belirlenir. Özetle 100 atışın yarısı yazı ve yarısı tura gelmez!

Bell kendi deneyinde bunu test etti ve örneğin 100 atışın yetmişinde yazı geldiğini gördü. Aslında Bell eşitsizliği deneylerinden klasik fiziğe bağlı gürültüyü temizlemek çok zordur. Oysa aradan geçen 57 yılda birçok gelişmiş deney yaptık ve gördük ki kuantum yazı turada olasılıklar yüzde 50 olarak iki eşit orana bölünmüyor. Özetle Bell eşitsizliği deneyleri şunları gösterdi: 1) Süperpozisyon gerçektir, 2) bu yüzden kuantum durumları ölçene dek belli olmaz ve 3) dolanık elektronların spinini önceden belirleyen yerel gizli değişkenler yoktur. Einstein ve Bohm yanılıyordu. Evren klasik değil, kuantumdu.

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Peki Einstein nerede yanıldı?

Fizikte bir teorinin başarısı varsayımlara bağlıdır. Einstein’ın görelilik teorisindeki varsayımları şunlardır… 1) Uzay ile zaman mutlak değil ve birbirine göredir ama 2) uzayzaman olarak bölünmez bir bütün olduğu için uzayzaman mutlaktır. 3) Evrende parçacıklar ve dalgalar iki ayrı olgudur. 4) Parçacıklar uzayzamanda hareket eder. 5) Parçacıklar birbirini kendi bünyelerinden uzaya yayılan fiziksel etkilerle etkiler. 6) Fizik kuvvetlerinin etkileri uzayzamanda ışık hızında yayılır ve 7) Uzayzamanda ışıktan yavaş giden hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez.

8) Işık her zaman ışık hızında gider ve tüm diğer hızlar (dolayısıyla uzayla zaman) ışık hızını referans alarak belirlenir. Biz de buraya dek uzaktan etki olmadığı ama dolanık parçacıkların sanki ışıktan hızlı etkileşim kurar gibi birbirini anında etkilediğini gördük. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre bu çelişkili durumu nasıl açıklarız?

Modern kuantum alan kuramı Kopenhag yorumu çerçevesinde bu çelişkiyi çözer. Buna göre evren sonsuz büyüklükte kuantum alanlarıyla kaplıdır. Bunlar olasılık dalgalarının dalgalandığı alanlardır. Kuantum alanlarının tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz ama tüm fizik kuvvetleriyle parçacıkların kendi 3B kuantum alanı vardır. Örneğin elektromanyetik alan bir kuantum alanıdır. Foton dalgasının yayıldığı bir foton alanı ve elektron kuantum alanı vardır. Bunlar iç içe geçmiştir:

Örneğin

Elektronlar elektron alanı, elektrik alanı, manyetik alan ve foton alanlarından etkilenir ve bu alanları etkiler. Neden derseniz kuantum alan kuramına göre parçacıklar kuantum alanlarındaki titreşimlerdir. Bu alanları deniz dalgaları gibi düşünün. Dalgalar bütün denize yayılır. Kıyıda daha belirgindir ama denizin tamamını kaplar. Bu yüzden dalgalar yerel olmayan nesnelerdir. Bunlar üst üste binerek birbiriyle girişim yapar ve daha büyük veya daha küçük dalgalara dönüşür. Oysa bütün dalgalar zamanla birbirinden ayrılır ve hiç birleşmemiş gibi denizde yoluna devam eder. Bu özellik çok önemlidir.

İlgili yazı: Kuantum Çoklu Dünyalardaki Paralel Evrenler Nerede?

 

Neden derseniz

Bu durum elektronlar için de geçerlidir. Biz detektörlerde elektron dalgasının sadece en belirgin kısmını parçacık olarak ölçeriz. Buna karşın elektron parçacığının nerede başladığı ve nerede bittiği belli değildir. O yüzden elektron derken sadece elektrik yükünün toplandığı noktayı kastederiz. Yine de belirsizlik ilkesi yüzünden elektrik yükünün kapladığı hacim az da olsa değişir, yani elektronlar rastgele titreşir (Bkz. momentum). Dolayısıyla kuantum fiziğinde klasik anlamda parçacık yoktur.

Parçacık demek, kuantum alanlarındaki titreşimlerin istatistiksel ortalama olarak parçacık şeklinde görüleceği kadar belirgin olduğu genlik (genişlik, dalga boyu) demektir. Örneğin elektronların enerjisi arttıkça dalga boyu kısalır ve titreşimi, yani frekansı artar. Ta 1905’ten beri kuantum fiziğinde enerjinin dalga paketleri halinde yayıldığını söylerken kastımız budur. Bu durumda iki elektron dolanık derken, aslında bunların kuantum alanlarının, olasılık dalgalarının birbirine dolanık olduğunu söylüyoruz. Bu da dolanıklığı uzaktan etki olmadan açıklamamızı sağlar:

Tabii kuantum alan kuramı da bazı varsayımlarda bulunuyor. Öncelikle kuantum alanlarının sonsuz büyüklükte olduğunu varsayarız. Dolayısıyla dolanık elektronlar birbirini sonsuz uzaklıktan etkiler; çünkü kuantum alanları belirsizlik ilkesi yüzünden sürekli dalgalanır. Sonsuz olduğu için de az ya da çok evrenin her yerinde dalgalanır. Bir davulcu bunu iyi bilir. Davula tokmağı vurunca sadece vurduğunuz yer titremez. Davulun tamamı titreyerek ses çıkarır. Tabii dalgalar tokmağı vurduğunuz yerden yayılır. Kuantum alanları ise kendi kendine her yerde titrer. Şimdi bunu dolanıklık açısından görelim:

İlgili yazı: Uzaydan Güneş Enerjisi Işınlamak Ekonomik mi?

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışır

 

Kuantum alanlarında dolanıklık nedir?

Öncelikle kuantum alan kuramı salt kuantum teorisi değildir. Kuantum mekaniği yüzde 100 kuantum ama kuantum alan kuramı birçok açıdan yarı klasik bir teoridir. Birazdan göreceğimiz gibi bu durum kuantum alan kuramının dolanıklığı tam olarak açıklamasını engeller. Neden derseniz yerçekimini tanımlayan genel görelilik kuantum fiziğiyle bağdaşmaz. Sadece özel görelilik bağdaşır ki bu da kuantum alan kuramını türetmiştir fakat şimdilik şuna dikkat edelim:

Elimizdeki en iyi kuantum dolanıklık açıklamasına göre kuantum alanları sonsuz olduğu için bu alanlardaki birer titreşim olan elektronlar da birbirini sonsuz uzaklıktan anında etkiler. Kuantum alan kuramına bir açıdan yarı klasik dedik ya, bu fikir de Einstein’ın genel görelilik teorisinden çıkar. Nasıl derseniz:

Yerçekimini tanımlayan görelilik teorisi bir alan teorisidir ve uzayı saran yerçekimi alanı sonsuzdur. Gerçi yerçekimi alanı sonsuz ama evren sonludur. Bildiğimiz anlamdaki uzayzaman da 13,77 milyar yıl önce büyük patlamayla oluşmuştur. Dolanıklığı kuantum alan kuramıyla tam olarak açıklamamızın önündeki en büyük engel de budur.

Yerçekimi alanı ve kuantum alanları sonsuzken evrenin hem uzayda (gözlemlenebilir evren) hem de zamanda sonlu olmasını (mega evren) bağdaştırmak için bize kuantum kütleçekim kuramı gerekiyor. Bunu göreceğiz ama önce yerçekimiyle kuantum alanları arasındaki benzerliklere bakalım. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez ama uzayın ışıktan hızlı şişmesine bir engel yoktur. Genel görelilik teorisinin bu özelliğini kuantum mekaniğine yarı klasik yorumla eklersek şu çıkar… Hiçbir şey kuantum alanlarının içinde ışıktan hızlı gidemez ama kuantum alanlarının ışıktan hızlı dalgalanmasına engel yoktur.

Peki bu ne anlama geliyor?

Uzay ve zaman birbirine göre değişir. Hızlanan cisimlerin zamanı ondan yavaş giden veya duran cisimlere göre yavaşlar. Buna karşın ışık hızı herkes için aynı, dolayısıyla uzayzaman bölünmez bir bütün ve mutlaktır. Tüm hızları ışık hızına ve uzayzamana göre ölçtüğümüz için de uzayzamanın ışıktan hızlı genişlemesine bir mani yoktur. Uzayzamanın ışıktan hızlı şişebileceğinin söylemek bile mantıksızdır.

Hızı uzay (koordinat, konum) ve zamana (belirli sürede alınan yol) göre ölçersiniz. Uzayzaman ve kuantum alanları ise mutlak referans noktalarıdır. Bu yüzden kuantum alanlarının belirli bir hızda dalgalandığını veya dalgaların (dolanık parçacıkların birbirini anında etkilemesini sağlar) kuantum alanlarında ışıktan hızlı ya da sonsuz hızda yayıldığını söylemenin anlamı yoktur. Nitekim görelilik teorisinde de zaman uzayda akar ama blok evren gereği uzayzaman mutlak ve değişmezdir. Şimdi bu mantığı da kuantum alan kuramına daha derinden uygulayalım:

İlgili yazı: Güneş Sistemindeki 300 Yıllık Gizem Nasıl Çözüldü?

 

Kuantum alanları neden sonsuz?

Yerçekimi alanının sonsuz, uzayzamanın ise mutlak ve değişmez olması görelilik teorisinin temelidir. Genel görelilik bu varsayımlara dayanır ama neden öyle olduğunu açıklamaz. Öte yandan yarı klasik teori olarak özel görelilikle birleşen ve genel görelilikle birleşmese de ondan esinlenen kuantum alan kuramı bunu açıklayabilir. Dolanık parçacıkların birbirini anında etkilemesinin ışık hızını aşmadığını; çünkü ışık hızından ve haliyle uzayzamandan bağımsız olduğunu yukarıda gördük.

Buna karşın ilginç bir durumla karşı karşıyayız… Kuantum alanları ve yerçekimi alanının (muhtemelen henüz işleyişini bilmediğimiz bir kuantum alanı) yaşadığımız evreni oluşturduğunu gördük. Aynı zamanda bu alanların sonsuz olduğunu gördük. Kuantum alanlarını hesaplamakta kullandığımız matematik sonsuz olmalarını gerektiriyor. Öte yandan hem yaşadığımız evren hem de onun bir parçası olduğu mega evren sonlu büyüklüktedir. Demek ki kuantum alanları evrenin dışına uzanıyor. Bu da kuantum alanlarının başka evrenler de yaratabileceğini gösteriyor.

Biz de yerçekimiyle kuantum mekaniğini birleştiren kuantum kütleçekim kuramına geçmeden önce bu ilişkiye bakalım. Ne de olsa evrenin büyük patlamayla nasıl oluştuğunu kısmen gösteren kozmik enflasyon teorisi, 46 milyar ışık yılı uzakta evrenin bize göre ışıktan genişlediğine işaret ediyor. Ayrıca görebildiğimiz en uzak galaksilerin bizden ışık hızına yakın hızlarda uzaklaştığını gözlemliyoruz.

Aşağıda bunun kuantum alanlarıyla ilişkisini göreceğiz; çünkü bizzat evrenin dokusu olan uzayzamanın kuantum alanlarından nasıl oluşabileceğine göz atacağız. Görelilik teorisinde tanımlanan uzayzamanı kuantum parçacıklarının birbiriyle dolanıklığa girmesinden türetmeye çalışacağız:

İlgili yazı: Aynalar Neden Sadece Sağı Sola Çevirir?

Gözlemlenebilir evren.

 

Evrenin sınırında dolanıklık nedir?

Yaşadığımız evrenin sınırı 46 milyar ışık yılı uzaktadır; çünkü daha uzaktaki galaksiler bize göre ışıktan hızlı uzaklaşır. Onlarla iletişim ve fiziksel etkileşim kurmamız imkansız olduğu için bu galaksiler evrenimizin dışında sayılır. Galaksiler bizden her yönde uzaklaştığı ve ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaştığı için 46 milyar ışık yılı uzakta galaksilerin uzaklaşma hızı ışık hızını aşar. Nitekim evrenin büyük patlamayla oluştuğu ve o andan beri genişlediğini söyleyen kozmik enflasyon teorisinin temeli budur.

Oysa hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez. Bu nedenle en uzak galaksiler bizzat uzay ışıktan hızlı şiştiği için bizden ışıktan hızlı uzaklaşır. Yerçekimi alanı ve kuantum alanları için hız kavramının geçerli olmadığını hatırlayın. Bu sebeple Dünya’yı ve evrendeki diğer gökcisimlerini referans almazsak evrenin 46 milyar ışık yılı uzakta ışıktan hızlı şiştiğini söylemenin de bir anlamı yoktur. Uzayzaman sadece gözlemlenebilir evren, onun ait olduğu mega evren ve varsa diğer evrenler için geçerlidir.

Öyle ki kozmik enflasyon teorisine göre mega evrenimiz ve varsa diğer mega evrenler sabun köpüğü gibi şişerek hiçliğin içinde genişler. Gerçi fizikte felsefedeki gibi mutlak hiçlik yoktur; çünkü kuantum alanları evrenin dışına uzanır. Yine de evrenin dışında evrendeki hiçbir şey yoktur. Biz de evrenin fizik kurallarına tabi olduğumuzdan evrenin dışına çıkamayız. Dolayısıyla bize göre evrenin dışında sadece hiçlik vardır ki evrenin hiçlikten nasıl oluştuğunu önceki yazıda anladım. Buna karşın kuantum alanlarının evrenin dışına uzandığını da söyledim. Bu ikisi de bizi kuantum salınımlarına getiriyor:

Kuantum salınımları ve dolanıklık nedir?

Dolanıklığı tüm yönleriyle anlamak için evrenin dokusu olan uzayzamanın kuantum alanlarından ve Heisenberg’in belirsizlik ilkesine dayanan rastgele kuantum salınımlarından nasıl türediğini göstermemiz gerekiyor. Kuantum kütleçekim kuramı geliştirerek evrenimizin kuantum salınımlarından nasıl oluştuğunu gösterirsek büyük başarı ederiz. Böylece varsa diğer evrenlerin, yani çoklu evrenin nasıl oluştuğunu da her şeyin teorisini geliştirerek gösterebiliriz. Peki kuantum salınımları nedir ve nasıl gerçekleşir?

İlgili yazı: Evrende Beşinci Fizik Kuvveti Var mı?

Çoklu evren.

 

Işık hızı için dolanıklık nedir?

Kuantum salınımlar fikri Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden çıkar. Buna göre kuantum nesneleri mutlak sıfıra kadar soğutsak bile bunlar rastgele titreşmeye devam eder. Salınımların uzayla ilgisini ise Planck uzunluğuyla kurarız. Belirsizlik ilkesine göre Planck uzunluğundan kısa mesafeleri ölçemeyiz; çünkü 10-35 metreden kısa mesafelerde ölçüm belirsizliği yüzde 100 olur. Bu da daha kısa mesafelerde sadece kuantum alanlarının var olduğu anlamına gelir. Özetle yaşadığımız evren ve içindeki her şey Planck uzunluğundan uzun ölçeklerde var olur.

Bunun da iki sonucu vardır: 1) Planck uzunluğunda belirsizliğin yüzde 100 olması yüzünden uzay Planck uzunluğunda anlamını yitirir ve rastgele titreşmeye başlar. Buna kuantum köpük ve kuantum salınımları deriz. Kuantum köpük uzayın yerini alır ve kuantum salınımları da kuantum alanlarındaki rastgele salınımlardır. Nitekim uzaydaki bütün madde ve enerjiyi çıkarsanız bile rastgele kuantum salınımları sürecektir ki bunu  görüyoruz. Diğer yandan dolanık parçacıkların birbirini etkilemesinin sebebinin kuantum alanlarının dalgalanması olduğunu söylemiştik.

Dolanıklığın süperpozisyona dayandığını ve süperpozisyon değimiz bulanıklık halinin de parçacıkların olasılık dalgalarının üst üste binmesi olduğunu belirtmiştik. Demek ki kuantum alanları aslında olasılık alanlarıdır ve kuantum salınımları da olasılık dalgalarının salınımlarıdır. İşte bu yüzden dolanık iki parçacık birbirini sonsuz uzaktan etkileyebilir; çünkü aynı olasılık alanlarının, yani sonsuz kuantum alanlarının parçası olup onlarla dalgalanır. Peki dolanıklık ışıktan hızlı iletişime izin verir mi?

İlgili yazı: Morötesi Felaket: Kuantum Mekaniği Nasıl Keşfedildi?

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışır

Kuantum köpük ve kuantum salınımları.

 

Işıktan hızlı iletişim ve etkileşim yok

Hayır. Kuantum dolanıklıkta ışıktan hızlı etkileşim olmadığı gibi ışıktan hızlı iletişim de mümkün değildir. Unutmayın ki süperpozisyonda olan bir elektronunun spini belirsizdir ve spin sadece siz ölçünce belli olur. Bu sebeple dolanık elektronlardan birini arkadaşınıza gönderseniz bile ışıktan hızlı iletişim kuramazsınız. İletişim kurmak için laboratuarda ölçtüğünüz elektronun örneğin spin yukarı durumda olduğunu arkadaşınıza telefon açıp normal yollardan söylemeniz gerekir. Yoksa arkadaşınız kendi elektronunun spinini ölçse de sizden kaynaklandığını bilemez.

Öyle ki belirsizlik gereği elektronu 100 kez ölçse belki 70 kez spin aşağı ve 30 kez spin yukarı durumda olacaktır. Oysa sizdeki elektronunun spin yukarı durumda olduğunu bilmeden kendi elektronunda ölçtüğü spin aşağı durumunun sizden kaynaklandığını bilemez. Bunun sonucu bellidir… Evren kuantum alanlarından oluşur ama rastgele kuantum salınımları evrende ışıktan hızlı etkileşim ve iletişime izin vermez. Kısacası yarı klasik kuantum alan kuramı genel görelilikle bu açıdan çelişmez. Bu da Planck uzunluğundaki yüzde 100 belirsizliğinin birinci sonucuydu. İkinci sonuç ise uzayzamanın türeyişidir:

İlgili yazı: Biontech gibi Covid19 mRNA Aşıları Nasıl Çalışıyor?

 

Uzayzaman dolanıklıkla nasıl oluşuyor?

Bunun için Bell eşitsizliğinin gerçek anlamına bakalım. Kuantum dolanıklık etkileri parçacıkların uzayzamandaki davranışı belirleyen olasılık dalgalarının birbirine dolanmasıyla gerçekleşir dedik. Parçacıkların kuantum alanlarındaki salınımlar olduğunu da ayrıca belirttik. Bunlardan çıkan sonuç ta John Bell için çok önemliydi. Nitekim evrende yerel gizli değişkenler yok ama yerel olmayan gizli değişkenler olabilir derken bunu kastetmiştir.

Kuantum alanlarındaki titreşimler rastgele olup alanın tamamında gerçekleşir ve haliyle yerel değildir. Dahası rastgele olduğu için bunları ölçemezsiniz (ölçülecek bir şey yoktur). Öyleyse kuantum alanlarındaki titreşimlerden ibaret olan elektronlar da birbirini yerel olmayan gizli değişkenlerle etkileyecektir. Gizli değişkenler olasılık dalgalarıdır. Zaten kuantum alanlarındaki titreşimler olarak tanımladığımız parçacıklar da aslında olasılık dalgalarıdır. Kuantum mekaniğinde olasılıkları kesin ölçebilir ama hangi olasılığın gerçekleşeceğini bilemezsiniz.

Parçacıkların davranışını kesin olarak bilmek için de kuantum alanlarının tamamını ölçemezsiniz. Bu alanlar hem sonsuzdur, yani ölçüm işlemi sonsuza dek sürer hem de belirsizdir. Salınımlar siz ölçüm yapınca değişir. Dolayısıyla evrende yerel olmayan gizli değişkenler vardır. Bunlar kuantum alanlarındaki rastgele titreşimlerdir. Üstelik bu yaklaşımla hem süperpozisyonu hem de Kopenhag yorumundaki olasılık dalgasının çökmesini açıklayabiliriz. Bakın nasıl?

İlgili yazı: Manyetizma Galaksileri ve Evreni Nasıl Şekillendiriyor?

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışır

Mega evren.

 

Kopenhag yorumunu güncellemek

Kuantum alanları kuantum salınımlarından onlar da olasılık dalgalarının dalgalanmasından oluşuyorsa parçacıkların süperpozisyon hali de olasılık dalgalarının üst üste binmesidir. Gözlem ve ölçüm sırasında olasılık dalgasının çökmesi ise kuantum alanlarındaki rastgele titreşimlerdir. Ölçüm sırasında kuantum sistemi sarsarsınız ve sistemi oluşturan dalgalar birbirinden rastgele olarak ayrılır. Bu da süperpozisyonun bozulması (çökmesi) ve içerdiği olasılıklardan sadece birinin gerçekleşmesi demektir. Bu da evreni açıklamak için yerçekimiyle kuantum fiziğini birleştirmemiz gerektiğini ima ediyor. Yalnız bugüne dek bunu başaramamış olmamız bize bir şey gösterdi… Ne yerçekimini kuantum mekaniğine ekleyebilir ne de kuantum alan kuramını yerçekimine ekleyebiliriz. İkisini de kapsayan daha genel bir teori geliştirmeliyiz. Üstelik uzay ve zaman sadece evrenimizi tanımlayan uzayzamanda geçerlidir. Bu evrenin dışında bir anlamı yoktur. Demek ki kuantum kütleçekim kuramı uzaysız ve zamansız bir teori olmalıdır! Bizim de şimdiye dek uzay ve zaman içermeyen bir teorimiz olmadı.

Bunu nasıl yaparız?

Öncelikle böyle bir teori gerekiyor; çünkü evrenin hiçlikten rastgele kuantum salınımlarıyla oluştuğunu tahmin ediyoruz. Büyük patlamayı açıklayan yarı klasik kozmik enflasyon teorisi de buna işaret ediyor. Teorinin babası olan Alan Guth, sanal (?) uzayın ışıktan hızlı şiştiği büyük patlama öncesi evreyi kuantum salınımlarının tetiklediğini söylüyor. Kuantum dolanıklık da kuantum olasılık salınımlarından oluştuğundan dolanıklığı kozmoloji (evrenbilim) olmadan açıklamak pek mümkün görünmüyor:

İlgili yazı: Dünyadaki En Tehlikeli 5 Kimyasal Madde Nedir?

Köpük evrenler.

 

Köpük uzayzaman ve dolanıklık nedir?

Heisenberg’in belirsizlik ilkesi gereği uzayzamanın Planck uzunluğundan kısa mesafelerde rastgele dalgalanması, aynı zamanda uzayzamanın boşluklu ve pikselli bir yapıya sahip olduğunu gösteriyor. Bundan yola çıkarak kuantum alanlarının evrenin dışına yayılmasını da açıklayabiliriz. Nitekim kuantum alanları açısından bakarsak bizim evrenimiz, kozmik olasılık dalgasının sadece evrenimiz olarak tanımlanabilecek kadar küçük bir kısmıdır. Oysa kozmik olasılık dalgası bu evrenin dışında uzun veya kısa ömürlü sonsuz sayıda evren yaratıyor olabilir. Nitekim bazı fizikçiler daha da ileri gidiyor:

Planck uzunluğunda ortaya çıkan kuantum köpüğün, bize göre anlık olarak rastgele var olup yok olan başka evrenlerden oluştuğunu düşünüyor. Bu salınımları sanal parçacıklarla gösterdiğimiz için sanal parçacıkların köpük evrenlerden oluştuğunu öne süren fizikçiler de var. Bunun için çok basit bir noktadan yola çıkıyorlar. Sanal parçacıklar sanaldır ama etkileri fiziksel, somut ve gerçektir (yine Casimir Etkisi). İşin ilginci her evrenin kendi belirli uzayzamanı vardır ve bu sadece o evren için geçerlidir. Buna karşın bütün evrenler fizikteki hiçlik kavramına karşılık gelen boş kuantum alanlarının içindedir… veya yukarıdaki radikal görüş doğruysa bizzat kuantum alanları köpük evrenlerden oluşur.

Her iki durumda da kuantum alanlarının sonsuz olduğunu söylemenin bir anlamı yoktur. Tek tek evrenler kuantum salınımları içindeki belirgin ve tanımlı olasılık dalgası genliklerine karşılık gelir. Evrenlerin arasında fiziksel uzay değil de sanal uzayzaman var olduğu için kuantum alanlarının sonsuz olmasının anlamı yoktur. Yukarıda kuantum alanlarının sonsuz olduğunu söylemek gereksiz; çünkü bu alanları ancak sonsuz kabul edersek denklemlerle hesaplayabiliyoruz derken kastettiğim budur.

Kuantum metafizik ve dolanıklık nedir?

Oysa bu alt başlıkta kuantum alan tasarımına yeni bir şey ekledik. Uzayın kuantum köpükten (belki köpük evrenlerden) türediğini söyledik. Bu varsayıma göre her evrenin kendine özgü uzayzamanı vardır ama hepsi de rastgele kuantum salınımlarından türer. Her evrenin kendi fizik yasaları vardır ama aynı zamanda tüm fiziğe imkan veren bir metafizik de vardır. Tabii buraya dek okuduklarımızdan bizim metafizikle kastettiğimiz şeyin fizik dışı, olağanüstü, sihirli, ruhsal ve manevi metafizik kavramından farklı olduğunu görüyoruz. Bizim kastımız fiziğin altında yatan temel anlamında metafiziktir.

İlgili yazı: Evren Simit Şeklinde Olabilir mi?

 

Kuantum holonomide dolanıklık nedir?

Elimizde henüz bir kuantum kütleçekim kuramı ve her şeyin teorisi olmadığı için bu aşamada söyleyeceklerimiz kuantum fiziğine dayalı bilim ve varlık felsefesi kapsamına girer. Yine de metafiziği fiziğe bağlamak istersek bize iki teori gerektiğini görürüz. Olası çoklu evrenin içindeki tüm evrenlerle birlikte nasıl oluştuğunu gösteren bir meta fizik teorisi ve yaşadığımız evrenin nasıl oluştuğunu gösteren bir dinamik fizik teorisi… Uzay kuantum köpükten oluşuyorsa bu iki teoriyi birleştirmenin en iyi yolu uzayzamanın kuantum dolanıklıktan türediğini kabul etmektir.

Sicim teorisi bunu başaramadı ama holografik ilke ve süpersicim teorisi buna ilişkin ipuçları sunuyor. Bu başlı başına bir konu olduğu için ilgili yazılarda okuyabilirsiniz ama düşünün… Uzayzaman ve fizik yasaları kuantum salınımları içindeki bazı evrensel olasılık dalgalarının dolanıklığa girmesiyle oluşabilir. Mademki uzay Planck uzunluğunda kuantum köpük olması dolayısıyla gözeneklidir, öyleyse uzayzaman da parçacıklar arasındaki dolanıklıktan dinamik olarak türüyor olabilir.

Henüz buna ilişkin bir fizik teorisi olmadığı için bu görüşleri felsefe altında sınıflandırdım. Oysa en temel fizik yasası olan entropinin kuantum dolanıklıktan türüyor olması söz konusu modelin doğru olabileceğini gösteriyor. Gerçi uzayı dolanıklıktan türetmenin en popüler yolu henüz yaşadığımız evrene uygulamayı başaramadığımız kuantum holografidir; ancak bunun dışında kuantum holonomi ve Amplituhedron teorileri vardır. Onları da ayrıca yazdığım için meta fizik teorisi ile dinamik model arasındaki ilişkiyi başka bir açıdan ele alacağım. Çoklu evrenler:

İlgili yazı: Türkiye Parafin Yakıtlı Roketle Ay’a Nasıl Gidecek?

Kuantum-fiziğinde-dolanıklık-nedir-ve-nasıl-çalışır

 

Sonsuz evrende dolanıklık nedir?

Kozmik enflasyon teorisi yaşadığımız evreni içeren mega evrendeki diğer gözlemlenebilir evrenler bağlamında çoklu evren öngörüyor. Bunun dışında Andrei Linde’nin kaotik enflasyon teorisi sonsuz sayıda mega köpük evren de öngörüyor. Buna karşın yaşadığımız sonlu ve sınırsız evreni sonsuz karmaşıklıktaki çoklu evrenle açıklamak sorunludur. Bu yaklaşım felsefedeki Ockham’ın Usturası yalınlık ilkesine aykırıdır. Diğer evrenleri asla göremeyeceğimiz için de bilimsel değildir (Fizikte tanrı var mı?).

Öte yandan Stephen Hawking’in aramızdan ayrılmadan önce çalıştığı bir varsayım var. Buna göre evrenin rastgele kuantum salınımlarından türemesi sorunu giderecektir. Var olduğumuz uzayzamanı kuantum salınımlarından türetirsek sorun çözülür; çünkü kuantum salınımları rastgeledir. Kuantum alanları sonsuz evren üretse bile her mega evren kuantum salınımlarından diğer köpük evrenlere gerek olmadan, kendi başına ve bağımsız olarak oluşacaktır. Sonuçta evrenimizin varlığı çoklu evren öngörür ama çoklu evren gerektirmez ve sonsuzluk sorunu yine çözülür.

Gördüğümüz gibi evrenin en temel özelliklerinden biri kuantum dolanıklıktır. Kuantum bilgisayarlar foton ve elektron gibi parçacıkları süperpozisyonla dolanıklığa sokar. Böylelikle klasik veri bitlerini kübitlere dönüştürür. Örneğin 2 kübit 4 bite ve 28 kübit de 256 bite karşılık gelir. Kuantum bilgisayarlar bu sayede hem çok büyük miktarda veri işler hem de dolanıklık yoluyla tümüyle paralel çalışır. Bu sebeple kuantum bilgisayarlara uygun problemleri çok çabuk çözer. Problemi hızlı çözmez ama birçok çözüm basamağını aynı anda çözebildiği için çok çabuk çalışır. Bunun mekanizmasına gelince:

İlgili yazı: Toryum Reaktörü Temiz Nükleer Enerji mi?

Dolanıklık ile ışıktan hızlı iletişim mümkün mü?

 

Kuantum bilgisayar dolanıklık türleri

Parçacıkları dolanıklığa sokmanın da birçok yolu vardır. 1) Örneğin bir atoma enerji yükleyerek ısıtır ve atomun birbirine dolanık iki foton yayınlayarak soğumasını sağlarsınız. 2) Atomlarla elektronların birbirini etkilemesine yol açar ve doğru kurgu yaparak bir parçacığın diğerinin son durumunu etkilemesine neden olursanız bunlar dolanıklığa girer. Her durumda dolanık parçacıkları süperpozisyona sokmak kübit yaratmak anlamına gelir.

Sonuç olarak kuantum bilgisayarlar Shor algoritması ile bugün internette kullandığımız birçok şifrelemeyi kırabilir. Kuantum bilgisayarları birbirine bağlayıp kuantum internet kurduğunuzda ise pratikte gözetlenemez olursunuz. Kuantum internet bağlantısı ideal olarak dolanıklıkla kurulur. İnternetin gözetlenmesi ise dolanıklığı bozarak bağlantıyı keser. Kimsenin haberiniz olmadan sizi gözetlemesi ve dinlemesi mümkün olmaz. Günümüzde ideal kuantum internet ve en basit şifrelemeyi kıracak kadar güçlü bir kuantum bilgisayar yok. Oysa dolanıklık bu teknolojiyi geliştirmeye izin veriyor.

Kuantum yapay zeka

İnsan beyni seri çalışan nöronlardan oluşan bir network zekasıdır. Oysa kuantum bilgisayarlar tümüyle paraleldir. Tek çekirdekli bir kuantum CPU ile binlerce çekirdekli bir sistemden çabuk problem çözebilir. Dolayısıyla kuantum yapay zeka geliştirirsek bu, klasik bilgisayar yapay zekasından farklı olacaktır. Tümüyle kuantum mantığa dayanacaktır. Böyle bir zeka insan kadar zeki olursa karşımıza en garip yapay kuantum bilinç çıkacaktır. Dolayısıyla kuantum dolanıklık hem insan zihni ve iç dünyamıza yapılan bir yolculuk hem de evrenin kökenine uzanan bir keşiftir. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Schrödinger’in kedisi ve dolanıklık


1Quantum entanglement
2High-performance quantum entanglement generation via cascaded second-order nonlinear processes
3Quantum entanglement in the triangle network
4Entanglement: Quantum or Classical?

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir