Kuantum Ölçüm Problemi Nedir ve Nasıl Çözülür?

Kuantum parçacıkları ne parçacık ne dalgadır. Peki nedir ve kuantum ölçüm problemi için Kopenhag yorumu genel gizli değişkenler yüzünden neden yanlıştır? Kuantum parçacıkları ne parçacık ne dalga ise ve hatta ikisi birden değilse nasıl oluyor da hem parçacık hem dalga olarak davranıyor? Elektronlarla diğer temel parçacıklar nasıl oluyor da parçacık ve dalga gibi aslında olmadığı iki şey olarak görünebiliyor?

Sonuçta kuantum mekaniğinde parçacıklar tek bir nesne olarak değil birkaç matematiksel olasılık olarak var olur. Peki bunlar ölçüm sırasında elektron gibi belirli tekil nesnelere nasıl dönüşüyor ya da dönüşüyorlar mı? Bu sorulara kuantum fiziğinde ölçüm problemi diyoruz. Ölçüm problemini çözmeye çalışalım ve bu açıdan Kopenhag yorumunun neden yanlış olduğunu anlatalım.

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Kuantum neden sağduyuya aykırı?

Parçacıklar hem parçacık hem dalga olarak davranıyor ama ikisi de değiller… Dahası parçacıklar ve atomlar çevreyle etkileşime girmediği sürece süperpozisyon denilen bulanık bir halde bulunuyor. Bir elektronu gözlemlediğimiz zaman kutunun içinde olmak gibi belirli bir seçim yaptığını görüyoruz. Oysa aynı elektrona dolaylı yollardan bakan bir başkası onu bulanık halde görebiliyor. Öyle ki nesnel gerçeklik bile gözle görülen makroskobik ölçekte ortaya çıkıyor.

Birbirine dolanık iki elektron birbirini 10 milyar ışık yılı uzaktan anında etkileyebiliyor. Örneğin dolanık eşinin kendi çevresinde dönme yönünü (spin) değiştiriyor. Ayrıca Heisenberg’in belirsizlik ilkesinde tanımlanan rastlantısallık nedeniyle özgür iradeye kapı aralanıyor (bilinçsiz beynin bilinci üretirken özgür iradeyi kısıtlamadığını söylemek mümkün oluyor). Belirsizlik sayesinde en azından istatistiksel olarak rastlantısal seçimler yapmak mümkün oluyor.

Oysa bu gariplikler kuantum mekaniğinin eksik olmasından kaynaklanıyor. Parçacıklar ne dalga ne parçacıktır ama kuantum mekaniğinde biz onları ya parçacık ya dalga halinde hesaplıyor ya da süperpozisyonda görüyoruz. Bu garipliğin nedeni ise kuantum ölçüm problemidir. Sonuçta parçacıkların ne olduğunu bilmiyoruz. Bilmiyoruz derken ölçümleri nasıl yorumlayacağımızı, yani gerçekte neyi ölçtüğümüzü bilmiyoruz.

İşte ölçüm problemi budur ve bu problem birçok şekilde görülür. Örneğin kuantum fiziği ve modern atom teorisinin kurucularından Niels Bohr’un belirsizlik ilkesinden türettiği Kopenhag yorumuna bakalım. Buna göre kuantum fiziği bir sistemde ölçülebilecek olan her şeyi ölçmemizi sağlar ama evrendeki her şeyi ölçmemiz imkansızdır. Oysa bu bir yorum; çünkü sebebini bilmiyoruz. Peki doğrusunu nasıl öğreniriz?

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

 

Ölçüm problemi ve gizli değişkenler

Bu yazıda kuantum teorisine göre ölçüm yapma problemini göreceğiz; çünkü bunu çözersek kuantum dolanıklık, süperpozisyon ve belirsizlik ilkesinin tam olarak ne olduğunu anlayabiliriz. O zaman da kuantum mekaniğindeki gariplikleri henüz bilmediğimiz yeni bir fizikle gayet net açıklayabiliriz ama yanlış anlamayın:

David Bohm’un dolanıklık ve süperpozisyonu reddetmek için geliştirdiği gizli değişkenler tabanlı pilot dalga kuramını savunmuyorum; çünkü pilot dalganın yanlış olduğunu Bell eşitsizliğiyle kanıtladık. Oysa yerel gizli değişkenler olmasa bile genel gizli değişkenler olabilir. Öyleyse kuantum ölçüm probleminde genel gizli değişkenler nedir ve Kopenhag yorumu genel gizli değişkenler açısından neden yanlıştır?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Ölçüm problemi ve dalga fonksiyonu

Öncelikle ölçüm problemini teknik olarak tanımlayalım. Kuantum mekaniğine göre madde parçacıklardan oluşmaz. Bunun yerine parçacık olarak yorumlayabildiğimiz temel bileşenlerden oluşur. Bu “parçacıklar” da Schrödinger denklemiyle tanımlayan olasılık dalga fonksiyonuyla tanımlanır. Dalga fonksiyonu ne parçacık ne dalgadır ama ikisinin özelliklerine de sahip olan matematiksel bir nesnedir.

Kuantum fiziğindeki gariplikler, parçacık-dalga ikiliği gibi çelişkiler hep bu matematiksel nesneye fiziksel nesne gibi davranmamızdan kaynaklanır. Bir kere bunu yapmaktan vazgeçmemiz gerekiyor. Bu açıdan Kopenhag yorumu aynı anda hem sağa hem sola dönmek gibi belirsiz süperpozisyon halinde bulunabilen elektronlara bakınca ya sağa ya sola döndüklerini görmemizi “dalga fonksiyonun çökmesi” olarak yorumluyor. Bu da ister istemez dalga fonksiyonuna fiziksellik atfetmemize yol açıyor.

O zaman da dalga fonksiyonu nedir diyoruz. Deniz dalgasına ve hatta elektromanyetik dalgaya benziyor ama ikisi de değil. Dahası modern kuantum alan kuramındaki kuantum alanları da aslında dalga fonksiyonlarıdır. Dolayısıyla kafalar iyice karışıyor.

Oysa ölçüm problemini çözmek istiyorsak önce bu sorunun ne olduğunu tanımlamalıyız. Ben de bu yüzden konuya neyi bilmediğimizi ve kafamızın neden karıştığını anlatarak giriş yaptım. Artık sorunun tanımladığımıza göre Kopenhag yorumu bağlamında dalga fonksiyonunu anlatmaya başlayabiliriz.

Teknik terimin kökeni

Dalga fonksiyonu Schrödinger denklemi uyarınca evrende gözlemlediğimiz “parçacıkların” özelliklerini ölçüp gördüklerimizi açıklamaya yarayan matematiksel bir araç olup üç koyuttan (postulat) oluşur. Öyle ki fizikteki ön kabullere aksiyom, matematiksel postulatlara koyut ve geometrik postulatlara da belit deriz. Sorun şu ki dalga fonksiyonunu kullanarak kuantum alanları üretebiliriz ve bunlar haliyle geometrik olacaktır (ve bunlara belit de diyebiliriz). Yine de bu yazıda tek terimde karar kılıp dalga fonksiyonu postulatlarını koyut olarak karşılayacağım. 😉

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

1. Schrödinger denklemi ve ölçüm problemi

Dalga fonksiyonunu ÖLÇMEDİĞİNİZ sürece Schrödinger denklemine uygun olarak değişir. Ayrıca her parçacığın denklemle hesaplanışı farklıdır ama denklemin önemli özellikleri bütün parçacıklar için geçerlidir. En önemli özellik de kuantum parçacıklarının olasılık dalga fonksiyonu uyarınca evrende alabileceği bütün kuantum durumlarının olasılık toplamının HER ZAMAN 1’E EŞİT olmasıdır.

Diyelim ki bir elektronun masanın sağından gitme olasılığı yüzde 70, sağından gitme olasılığı yüzde 30’dur. Bu olasılıkların toplamı her zaman yüzde 100, yani 1’e eşit olacaktır. 1’e eşit olmazsa kuantum mekaniğini bozdunuz demektir. O zaman sonsuz olasılık ortaya çıkar ve siz de bunları sadeleştiremeyeceğiniz için hiçbirini hesaplayamazsınız.

İkinci olarak kuantum fiziğinde elektronun konumu, hızı ve spini gibi kuantum durumlarını sadece olasılıklar halinde hesaplayabilirsiniz ama bu olasılıkların dağılımını yüzde 100 kesin olarak hesaplarsınız. İşte bu dalga fonksiyonundaki olasılıkların toplamının 1’e eşit olmasıyla mümkündür. Öyle ki bir elektronun masanın sağından gittiğini görürseniz solundan gitmiş olduğunu da kabul etmeniz gerekir.

Bir parçacığın geçmişi olası tüm geçmişlerinin toplamıdır ki kuantum çoklu dünyalar (paralel evrenler) yorumu bundan türer. Bu yorumda elektronun bu evrende gitmediği her yoldan gittiği ayrı bir evren olduğunu kabul edersiniz (eşinizle evlenmek yerine bekar kaldığınız paralel evrenler vb.).  Kuntum ölçüm problemi açısından bizi asıl ilgilendiren ise Schrödinger denkleminin üçüncü önemli özelliğidir:

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

 

Ölçüm problemi ve blok zaman

Schrödinger denklemi tersinebilir bir denklemdir, yani zaman tersine aksa bile çalışır. Bu da bugün yaptığınız ve gelecekte yapacağınız seçimlerin evrenin geçmişiyle geleceğini bir bütün halinde tanımlayan dalga fonksiyonu tarafından belirleniyor olmasıdır. Yine de özgür iradeniz vardır; çünkü “dalga fonksiyonunun gerçek seçeneklere çökmesi” rastlantısal etkileşimlere bağlıdır. Öyle ki büyük ölçeklerde çöküşü süperpozisyon haline geri almanız, yani zamanı tersine çevirmeniz imkansızdır.

Nitekim genel görelilikle kuantum fiziğini birleştiremesek de genel görelilikteki blok zaman kavramı bizi aynı kapıya çıkarıyor. Evrende zamanın akış hızı ve yönü yalnızca yerel olarak görelidir. Zaman kime göre, neye göre? Size ve bize göre… Genel görelilikte uzay-zaman bir bütün ve görelidir; ancak yerel olarak değil de GENEL OLARAK uzay-zaman mutlaktır, değişmez. Blok zaman evrensel zamanı tanımlar.

Blok zamanda geçmiş, gelecek ve şimdi aynı geometrinin parçasıdır. Öyle ki bunları birbirinden ayıramazsınız bile. Blok zamanda uzay-zaman bölünmez bir bütündür. Zaman donmuştur ve asla akmaz. Geçmiş, gelecek ve şimdi aynı anda var olur. Zaman sadece yerel olarak doğrusaldır ve bir çizgi üzerinde geçmişten geleceğe akar ama evrenin tamamı için zaman doğrusal DEĞİLDİR.

Buna karşın kuantum fiziğinde mikroskobik kuantum parçacıklarının geçmişini değiştirebiliriz ki siz de bunu zamanı silen kuantum silgisi deneyinde görebilirsiniz; ancak bizim için Schrödinger denkleminin en önemli özelliği zaman açısından değil ama MATEMATİKSEL OLARAK DOĞRUSAL OLMASIDIR. Buna göre bu denklemden iki çözüm çıkıyorsa herhangi iki çözümün belirsizlik ilkesinden kaynaklanan rastlantısal faktörlerle birlikte matematiksel toplamı da bir çözüm olacaktır.

Peki bu ne demek?

Bu dalga fonksiyonunun hem hiyerarşik (sıradüzenli) hem de bağlamsal olması demek. Örneğin sizin dalga fonksiyonunuz evrenin bir parçası ve elinizin fonksiyonu da sizin bir parçanızdır (hiyerarşi) fakat elinizin dalga fonksiyonu başka birinin elinden de etkilenebilir (bağlamsal). Bu yazıda detaya girmeyeceğim ama bu özellik nesnel gerçekliğin Kuantum Darwinizm uyarınca dalga fonksiyonunun peyderpey çökmesiyle ortaya çıkmasını sağlar. Siz bu aşamada kuantum fiziğinde bağlamsal olmanın ilişkiler ağı (network) ile ilgili olduğunu akılda tutun yeter. 😊

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

2. Born kuralı ve ölçüm problemi

Buraya dek kuantum mekaniğinin birinci koyutu olan Schrödinger denklemini gördük. Şimdi ikinci koyut Born Kuralını görelim: İkinci koyut dalga fonksiyonunu kullanarak belirli bir ölçüm sonucunun gerçekleşme olasılığını önceden nasıl hesaplayacağınızı söyler (elektronun sağdan gittiğini görme olasılığını hesaplamak gibi). Buna Born Kuralı deriz ki adını fizikçi Max Born’dan almıştır.

En basit biçimiyle Born Kuralı, bir parçacığı belirli bir noktada bulma olasılık yoğunluğunun, parçacığın o noktadaki dalga fonksiyonu genliğinin karesine orantılı olduğunu söyler. İşte kuantum ölçüm problemi buradan çıkar; çünkü bu hesaplamayı yapmak için neyi gözlemlediğinizi bilmeniz gerekir.

Örneğin elektron ne parçacık ne dalgadır ama tam olarak ne olduğunu da bilmiyoruz. Öyleyse neyi ölçüyoruz? Neyse ki çaresiz değiliz; çünkü burada açıklamaya gerek olmayan ek koyutlar Born Kuralını işleterek elektronların olasılıklarını hesaplamamızı sağlıyor. 😉 Öyleyse son koyuta geçelim:

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

3. Ölçüm problemi ve ölçüm koyutu

Ölçüm koyutuna dalga fonksiyonunun çökmesi de diyebiliriz. Süperpozisyon halinde iken hem sağa hem sola dönüyor gibi bulanık bir konumda olan elektronu ele alalım. Dalga fonksiyonuna göre alabileceği bütün olasılıklara birden sahip olan bu elektron gözlem yapıldıktan, yani çevresiyle etkileşime girdikten sonra sağa dönmek gibi tek bir gerçek duruma sahip olacaktır. Buna dalga fonksiyonun çökmesi deriz.

Ölçüm koyutuna göre bir elektronu ölçtüğünüz zaman ölçtüğünüz şeyin dalga fonksiyonu anında 1’e eşit olur. Yukarıda belirttiğim gibi olasılığın 1’e eşit olması, yani bir olasılığın gerçekleşmesi gözlemlediğimiz şeyi tanımlayabilmemiz için (elektronun sağa dönmesi) şart olan bir özelliktir. Bunu ne kadar vurgulasam az; çünkü birçok fizikçi dalga fonksiyonunun çökmesini yanlış anlıyor.

Olasılık dalga fonksiyonunu ölçtüğünüz özelliğin değerini Schrödinger denklemine ekleyerek güncellemezseniz olasılık dalga fonksiyonu evrende yaptığınız gözlemi tanımlamayacaktır! Düşünün: Evrende yarım gözlemlenen bir elektron var mı? Bir şeyi ya görürsünüz ya görmezsiniz. Elektron gerçek hayatta ya sağa dönüyordur ya da sola. Ölçülen bir elektron iki yönde birden dönmez.

Öyleyse kuantum ölçüm probleminin nedeni güncellenmiş dalga fonksiyonunun Schrödinger denklemiyle uyumsuz olmasıdır! Peki bu ne demek? Schrödinger’in ünlü kedisiyle görelim. 😊

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

Schrödinger’in kedisi ve ölçüm problemi

Schrödinger denklemi doğrusaldır. Buna göre bir kuantum sisteminde denklemin izin verdiği iki farklı kuantum durumu varsa (sağa ve sola doğru dönen elektron) bu iki durumun toplamı da izin verilen bir sonuç olacaktır (elektronun süperpozisyonda olması). Bunun en iyi bilinen örneği Schrödinger’in kedisidir. Bu kedi kutunun içinde hem ölü hem canlı halde, süperpozisyonda bulunur. Oysa gerçek hayatta hem ölü hem canlı zombi kediler görmeyiz. Kediler ya canlıdır ya ölü…

Bu tür nesnel gerçekliğe uygun gözlemlerin büyük ölçekte nasıl ortaya çıktığını Kuantum Darwinizm açıkladığını söylemiştim. Oysa Kuantum Darwinizm yalnızca dalga fonksiyonunun nasıl çöktüğünü açıklıyor. Eşevreli olarak süperpozisyonda olan zombi kedinin neden gerçek hayatta eşevresiz seçeneklerden biriyle ya canlı ya ölü olarak göründüğünü açıklıyor. Öte yandan dalga fonksiyonunun çökmesinin ne demek olduğunu açıklamıyor!

İşte bu yüzden bizim ölçüm koyutuna ihtiyacımız var. Aksi takdirde kuantum mekaniği fiziksel gerçekliği açıklayamaz. Dahası yine bu yüzden dalga fonksiyonunun çökerek eşevresizliğe geçmesi ölçüm problemini çözemez. Sonuçta eşevrelilik kuantum süperpozisyonun çevreyle etkileşime girmesiyle oluşur. Çevre dediğimiz şey odanızdaki hava ve hatta vakum ortamı olabilir; çünkü uzay boşluğu da boş değildir, kuantum alanlarının yanı sıra kozmik mikrodalga artalan ışımasıyla (CMB) kaplıdır.

Üstelik parçacık dediğimiz şeyler kuantum alanlarındaki titreşimlerdir. Dolayısıyla bir elektron hiçbir şeyle etkileşime girmese bile elektron alanı, Higgs alanı, elektromanyetik alan, yerçekimi alanı ve zayıf nükleer alanla etkileşime girecektir. Evrende tek bir elektron olsa bile sonsuza dek süperpozisyonda kalamaz ve rastlantısal olarak yani kendiliğinden, sağa dönmek gibi bir seçeneği seçer.

Özetleyecek olursak

Bir nesne ne kadar büyükse dalga fonksiyonu o kadar hızlı çöker. Bir elektron süperpozisyonda olabilir ama siz aynı anda hem sağa hem sola dönmek gibi süperpozisyonda olamazsınız. Eşevresizlik der ki bir ortamın sahip olabileceği bütün kuantum durumlarının ortalamasını alırsanız o ortamdaki elektronların süperpozisyonunu da bozarsınız. Sonuçta kuantum alanındaki 1 trilyon elektronun tek tek ne yaptığını bilemezsiniz ama oluşturdukları elektrik alanının şiddetini ortalama olarak ölçebilirsiniz. Başa dönersek eşevrelilik elektronların süperpozisyonunu değil, sahip olabileceği durumların olasılık dağılımını hesaplamanızı sağlar. Fizikçiler buna KARMA DURUM der.

İlgili yazı: Yeni Karanlık Güç ve Öz Etkileşimli Karanlık Madde

 

Ölçüm problemi neden çözülemiyor?

Ölçümden sonra dalga fonksiyonunu yüzde 100 gördüğünüz seçeneğin değeriyle, gerçekleşen olasılıkla güncellemeniz gerekiyor ama eşevrelilik bunu yapmanızı söylemiyor. Peki bunu elle yapsak ne olur? Sorun dalga fonksiyonunun hem sıradüzenli hem de bağlamsal olmasıdır. Bu nedenle ölçümünü yaptığınız detektör de kendisini oluşturan kuantum parçacıklarının davranışına uymalıdır. Aynı zamanda ölçtüğü parçacıktan da etkilenmelidir.

Bu da fiziğin temeli olan İNDİRGEMECİLİKLE uyumlu değildir; çünkü detektör kendisini oluşturan parçaların toplamından fazladır. Detektörün atomları birbiriyle, çevreyle ve ölçtüğü parçacıklarla etkileşime girer.

Öyleyse felsefede varlık ve oluş ayrılmaz bir bütün olup aralarında kesin bir çizgi yoktur. Varlık ancak parçacıklar ve kuantum alanlarının birbiriyle etkileşime girmesinden oluşan dinamik bir ilişkiler ağıdır. Özetin özeti kuantum mekaniğine göre detektörün çalışmasını yalnızca onu oluşturan atomlarla açıklayabilmeniz gerekir ama kuantum alan kuramına göre bunu yapamazsınız.

Ölçüm problemi vardır; çünkü 1) fiziğin temeli olan indirgemecilikle uyumlu değildir ve 2) bir ölçümü (elektron veya siz) ancak ortamla etkileşime girmesiyle açıklayabilir. Diyeceksiniz ki bunun nesi problem? Bu çok büyük bir problem; çünkü neyi ölçtüğümüzü bilmiyoruz. Elektron kendisini oluşturan kuantum alanındaki bir titreşimdir.

Öyleyse elektron nedir?

Nerede başlar ve nerede biter? Belirsizlik ilkesi bunu kesin olarak bilemeyeceğimizi söyler. Siz de kuantum fiziğinde bunun bir sorun oluşturmadığını söyleyebilirsiniz. Oysa bu durumda elektronun ve kuantum alanlarının gerçekte ne olduğunu da bilemezsiniz. Öyleyse kuantum fiziği gerçekliğin işleyişini yaklaşık olarak açıklayan bir modeldir ama eksiktir.

İlgili yazı: Çarpışan Evren İzi Süper Boşluklar Var mı?

 

Ölçüm problemi ve çoklu dünyalar

Birçok fizikçi bu sorunu Kopenhag yorumunu yeniden yorumlayarak çözebileceğimizi düşünüyor. Yeni Kopenhag yorumuna göre dalga fonksiyonunun yalnızca gözlemcinin bir sistemin durumuyla ilgili bilgisini kodladığını söyleyebiliriz. O zaman da dalga fonksiyonunu gözlem sonucuna göre güncellemek gerekecektir ki bu da bugün yaptığımızla uyumludur. Yeni Kopenhag yorumu ilk bakışta çok makul görünüyor ama aynı zamanda gözlemcilerle sahip olduğu bilgiyi de kapsaması gerekiyor!

Oysa bu yeni koyutu kullanırsanız sorunu çözemezsiniz; çünkü detektörler ve gözlemcilerin davranışı, yine kuantum mekaniğinin söylediğinin tersine, onları oluşturan atomlarla parçacıklardan farklı olacaktır ki gerçekte öyledir. O zaman mikroskobik kuantum sistemlerinden makroskobik klasik sistemlere (nesnel gerçekliğe) geçişin Kuantum Darwinizmle peyderpey gerçekleştiğini söyleyebilirsiniz fakat bu da dalga fonksiyonunun ne olduğunu yanıtsız bırakacaktır.

Çoklu dünyalar yorumu ölçüm problemini her olasılığın ayrı bir evrende gerçekleştiğini söyleyerek çözer. Böylece dalga fonksiyonu tek tek evrenlerde soyut olsa bile (süperpozisyon) her olasılığın gerçekleştiği fiziksel bir paralel evren olur. Bu da dalga fonksiyonunu yerel gizli değişkenler olmadan somutlaştırarak fiziksel kılmaya izin verir. Oysa çoklu dünyalar teorisi neden yanlış olabilir yazısında anlattığım gibi bu gerçek bir çözüm değil, çözümü ötelemektir.

Bu kez de sonsuz sayıda evren icat eder, bütün bu evrenlerde sonsuz sayıda süperpozisyon üretir ve sonsuz sayıda olasılığı açıklamak için de daha fazla evren icat etmeye devam edersiniz. Çoklu dünyalar yorumu sorunu öteleyerek çoğaltmaktan başka bir işe yaramaz. Biz de buraya dek kuantum ölçüm problemini çözmek için neler yaptığımızı ve buna rağmen neden çözemediğimizi gördük. Peki hiçbir çözümü yok mu? Aslında sorunu çözebilecek bir yaklaşım var:

İlgili yazı: Enerji Nedir ve Evrende Nasıl Çalışır?

 

Evren bir ilişkiler ağı mı?

Belki de dalga fonksiyonunun çökmesi diye bir durum yoktur. Evreni parçacık ve dalgalarla ifade etmek yerine insanların iş çevresi gibi bir ilişkiler ağı olarak tanımlarsak kuantum mekaniğindeki çelişkili durumları çözebiliriz. İnsanlar ve detektörlerin gözlemledikleri atomlardan oluşmasına rağmen neden onlardan farklı davrandığını sadece sezgisel olarak değil denklemlerle gösterebiliriz.

Bunun için parçacıkların çevresiyle ayrılmaz bir bütün olduğunu düşünmeliyiz. Antimadde yokoluşu buna iyi bir örnektir: Bir elektron ile pozitron (antimadde) birbiriyle temas ederek gama ışını fotonlarına dönüşür. Kuantum mekaniğinde bu durum iki parçacığın zaman akmadan aniden yok olması ve yerine yeni parçacıklar oluşmasıyla gösterilir. Zaman akmadan gerçekleşen bu çelişki kuantum ölçüm problemine karşılık gelir.

Oysa elektron ve pozitronu evrenin daha temel bileşenlerinin geçici ilişkiler kurarak kendini parçacık olarak göstermesi olarak yorumlarsak sorun kalmaz. Elektron ve pozitron yokoluşunda öküz ölmüş ve ortaklık bozulmuştur o kadar… Buna fiziğin evrensel network yorumu diyebiliriz ki indirgemeciliğe kesinlikle aykırıdır. İndirgemecilikte maddenin bölünmez temel bileşenleri vardır.

Örneğin protonlar kuarklardan oluşur ama kuarklar başka şeylerden oluşmaz. Gerçi sicim teorisinde kuarklar sicimlerden oluşur ama sicimler başka şeylerden oluşmaz. Bu durumda indirgemecilik duvara toslar: Ya parçacıkların her seferinde daha küçük parçacıklardan oluştuğunu ya da daha küçüğe bölünmeyen temel parçacıklar olduğunu söyleyeceksiniz. Oysa iki yaklaşım da sorunludur. Neden mi?

İlgili yazı: Evrensel Sabitler Zamanla Değişiyor mu?

 

Ölçüm problemi ve evrensel network

Evrende sonsuz sayıda parçacık varsa felsefedeki ilk neden sorunu çıkar: Her sonucun bir nedeni ve onun da bir nedeni vardır ki bu böyle sürüp gider. O zaman fizik evreni açıklayamaz; çünkü hep açıklayamadığı daha küçük bir şey olacaktır. Öte yandan her şey daha küçüğe bölünemeyen temel parçacıklardan oluşuyorsa bu kez de onların neden temel olduğunu açıklayamayız.

Sonuçta indirgemecilik her şeyi hep en küçük bileşenlerine ayırarak açıklayabilir. En temel parçacık durumunda ise BU NEDEN BÖYLE sorusuna “işte öyle, öyle olduğu için öyle” demeyi gerektirir. Bu da bilimsel bir yaklaşım değildir. Oysa parçacıklar evrensel bileşenlerin kurduğu ilişkiler ağından oluşuyor ve bu ilişkiler değiştikçe, koptukça yok oluyor veya başka parçacıklara dönüşüyorsa sorun çözülür.

Oysa kuantum ölçüm problemini evrensel networkla çözmek için uzay ve zamanın da temel olmadığını, onların da bileşenleri olduğunu düşünmek gerekir; çünkü parçacık dediğimiz şeyler uzay ve zamanla tanımlanır. Parçacıklar ilişkiler ağıysa uzay ve zaman da network işi olmalıdır ama ilişkiler ağı varsa durum değişir. Bu durumda Bell’in ima ettiği gibi evrende yerel gizli değişkenler olmasa bile evrensel gizli değişkenler olacaktır.

İlişkiler ağının temel parçacıklara indirgenemez oluşu onun en genel gizli değişken olacağını gösterir. Gizli değişkenleri bilemeyiz ama parametreler kümesiyle gösterebiliriz. Örneğin 2022 derbi maçlarında hangi futbol takımlarının kazanacağını bilemeyiz ama oyunun kurallarını koyabiliriz! Ben de evrensel networkla ilgili iki teoriyi, uzayı enerji halkalarından türeten halka kuantum kütleçekim kuramı ile amplituhedron teorisini önceki yazılarda anlattım. Yine de ilişkilerin ağının ne olduğunu bilmiyoruz.

Evrensel network ve nöral ağlar

Yalnızca kuantum ölçüm probleminin bizi evreni network olarak düşünmeye zorladığını söyleyebiliriz. Böyle bir evren yaratıcıya gerek olmadan kendi kendini sürekli yaratıp yok edebilir. Bu kendi kuyruğunu yiyen yılan gibi kısır döngüdür ama elimizde daha tutarlı bir açıklama bulunmuyor. Bununla birlikte Minnesota Üniversitesi Duluth yerleşkesinden Vitaly Vanchurin yapay zeka ve derin öğrenmeden esinlenerek evreni bir nöral network olarak tanımlıyor:

İlgili yazı: Neden Evrende Yeşil ve Mor Güneşler Yok?

 

Ölçüm problemi için sonsöz

Vitaly Vanchurin’e göre kuantum fiziği ile görelilik teorisini asla birleştiremeyebiliriz. Asla kuantum kütleçekim kuramı ve her şeyin teorisi geliştiremeyebiliriz; ancak birleştirsek bile kuantum fiziğiyle göreliliği nöral ağlardan türetebiliriz. Dijital fizik denilen bu yaklaşımda evren kendi simülasyonunu yapan doğal bir bilgisayar olacaktır. Öyle ki evren bir simülasyon değil de nöral ağ olabilir ama aradaki farkı asla anlayamayabiliriz.

Yazılım kodları ise evrensel networku oluşturan geçici ve dinamik ilişkiler ağının yapısını oluşturacaktır. Bu kodlar ilişkilerin hangi şartlar altında nasıl kurulacağı ve yeni parçacıklar oluşturacağını gösterecektir. Bu bağlamda fizikçi Max Tegmark’ın Kompütronyum adını verdiği insan bilinci teorisini bilinç maddenin yeni bir hali mi yazısında görebilirsiniz. Tegmark nöral ağlardan yola çıkarak bilincin türeyen bir özellik olduğunu ve çok boyutlu network zekasından oluştuğunu söylüyor.

Öyleyse evrensel networku ortaya çıkarmak için bizim kuantum fiziği, görelilik ve bilinçle birlikte GÖZLEMCİYİ de birleştirmemiz gerekiyor. Oysa bu her şeyin teorisi olmayacak; çünkü bunu tek bir denklemle yapamayabiliriz. Bunun yerine kuantum fiziğinin temelindeki istatistiksel mekaniği ve matrisleri (kalkülüs) kullanarak evrensel networkun denklemler grubunu (?) oluşturabiliriz.

Peki evrensel network yorumunu nasıl kanıtlarız? Bu şimdilik imkansız ama yanlış olduğunu kanıtlamak için evrende nöral ağlarla tanımlanamayan bir olgu bulmamız yeterlidir. Bugüne dek böyle bir şey görmedik ama Penrose’un kanıtlanmamış olan kuantum bilinç teorisi insan zihninin network zekası olmadığını öne sürüyor (gerçi ilgili yazıda belirttiğim gibi bunu da nöral network olarak düşünebiliriz).

Peki hayat neden var?

Bu soruya kuantum biyoloji ile termodinamik açısından bakabilir ve kuantum fiziği paralel çoklu dünyalar oluşturuyor mu diye sorabilirsiniz. Kuantum üstünlüğün ne zaman geleceğini merak ederek evreni holografik kuantum bilincin oluşturduğunu öne süren teoriyi inceleyebilirsiniz. Toz fırtınaları ve yağmurdan kaçınarak yazın son sıcak günlerinin tadını çıkaracağınız keyifli yaşantılar dilerim. 😊

Sean Carroll ve ölçüm problemi

¹A strong no-go theorem on the Wigner’s friend paradox
²Towards a theory of machine learning
³The measurement problem revisited
⁴Cutting Deep Into The Amplituhedron (pdf)