Kuantum Devrimi 100 Yaşında: Bilimin En Tuhaf Kuramı Gerçekliği Nasıl Değiştirdi?

Einstein’ın bile “tamamlanmamış” ilan ettiği, Schrödinger’in ise kedili düşünce deneyleriyle sınırlarını zorladığı kuantum mekaniği, tam 100 yıldır fiziğin en gizemli alanlarından biri olmayı sürdürüyor. Atom altı parçacıkların dünyasında geçerli olan bu kuram sadece bilimin doğasını değil, gerçeklik anlayışımızı da kökten değiştirdi.Bugün kullandığımız bilgisayarlardan MR cihazlarına kadar pek çok teknolojinin temelini atan kuantum mekaniği, hâlâ çözülmeyi bekleyen sırlarıyla bilim insanlarını şaşırtmaya devam ediyor.

Alman fizikçi Werner Heisenberg, 1925 yılının Haziran ayında Almanya kıyılarından yaklaşık 60 kilometre uzakta yer alan Helgoland adasında, kuantum mekaniğinin temelini oluşturacak teorik çerçeveyi geliştirdi. Heisenberg o dönemde yalnızca dağınık fikirlerden oluşan kuantum kuramını matematiksel bir sisteme dönüştürerek fizik dünyasında bir devrim başlattı.Heisenberg, bu dönemi şöyle anlatmıştı:

“Atomik olayların yüzeyinden, tuhaf bir şekilde güzel bir iç yapıya baktığım hissine kapıldım ve doğanın bana cömertçe sunduğu bu zengin matematiksel yapıları incelemem gerektiğini düşündükçe başım döndü.”

Bu gelişme o sabah gün doğumunu izlediği adanın güney ucundaki bir kayanın zirvesinde tamamlandı.

Bugün bilim insanları kuantum mekaniğinin ikinci büyük devrimine tanıklık ediyor. Heisenberg ve dönemin diğer fizikçileri, maddeyi anlamamızı kökten değiştiren ilk devrimi başlatmıştı. Günümüzde ise bilim insanları, kuantum sistemleri üzerinde daha önce mümkün olmayan bir hassasiyetle kontrol sağlayarak onları yapılandırıyor, yönetiyor ve teknolojiye uyarlıyor.Yeni devrim dünyanın dört bir yanındaki fizikçilerin ortak çabasıyla şekilleniyor. Tıpkı birincisinde olduğu gibi bu süreç de bireysel bir başarı değil, kolektif bir ilerleme sonucu gerçekleşiyor. Heisenberg’in Helgoland’dan dönüşü sonrasında fikirlerini meslektaşlarıyla paylaşmasıyla başlayan süreçte Max Born ve Pascual Jordan teorinin matematiksel altyapısını güçlendirdi. 1926 yılında ise Erwin Schrödinger, kendi geliştirdiği ama Heisenberg’inkiyle matematiksel olarak eşdeğer olan formülasyonu yayımladı.

Kuantum mekaniğinin fiziğe etkisi neredeyse tarif edilemez düzeyde. Fizikçi Carlo Rovelli bu etkiyi şöyle özetliyor:

“Kuram, kimyanın temelinden güneşin ışığını oluşturan süreçlere, cisimlerin renginden galaksilerin oluşumuna kadar çok geniş bir yelpazede uygulanabilirliğe sahip.”

Bugün lazerlerden akıllı telefonlardaki transistörlere, güneş panellerinden LED’lere, MR cihazlarından GPS sistemlerine kadar sayısız teknolojinin temelinde kuantum mekaniği yer alıyor.Yeni teknolojilerin geliştirilebilmesi için araştırmacıların, kuramın en sıradışı yönleri olan süperpozisyon ve dolanıklık ilkelerini daha hassas şekilde kontrol etmesi gerekiyor. Süperpozisyon, parçacıkların birden fazla olasılığın içinde aynı anda bulunabildiği bir durumu ifade ederken; dolanıklık, iki parçacığın durumlarının, aralarındaki mesafeden bağımsız olarak birbirine bağlı olmasını tanımlıyor.Bu olağanüstü ilkelerin hassas kontrolü sayesinde geliştirilen kuantum bilgisayarlar, klasik bilgisayarların gerçekleştiremeyeceği hesaplamaları mümkün kılabilecek. Benzer şekilde kuantum sensörler daha önce yapılamayan ölçümleri gerçekleştirebilirken, kuantum iletişim ağları bilgiyi daha güvenli bir şekilde aktaracak sistemlerin temelini oluşturuyor.

Söz konusu devrim aynı zamanda kuantum mekaniğinin çözülmemiş bazı temel sorularına da ışık tutabilir. Bu sorulardan biri, kuantum etkilerin ne ölçekte var olabileceğiyle ilgilidir. Sınır çizgisi nerededir? Ayrıca kuantum mekaniği ile Einstein’ın kütleçekimi kuramı olan genel görelilik arasındaki ilişki de hâlâ tam olarak anlaşılamamış durumda.ETH Zürih’ten fizikçi Yiwen Chu, sınırları zorlayan araştırmalardan birine liderlik ediyor. 2023 yılında Chu ve ekibi, yaklaşık yarım kirpik ağırlığında bir safir kristali süperpozisyon durumuna sokmayı başardı. Burada, kristal atomlarının hareketi aynı anda iki yönde gerçekleşiyormuş gibi davranıyor. Bu, şimdiye kadar oluşturulan en büyük “kedi durumu” (cat state) olarak kayıtlara geçti.Chu bu teknolojiyi temel fizik sorularını araştırmak için kullanmayı planladıklarını belirtiyor:

“Kuantum mekaniği pek çok durumda çok iyi çalışıyor, ancak hâlâ anlamadığımız çok şey var.”

Ayrıca kristallerin kuantum dedektörü olarak kullanılabileceğini ve örneğin zayıf bir kütleçekimsel dalganın yol açtığı titreşimleri tespit edebileceklerini belirtiyor. Bu sayede kuantum sensörler, klasik gözlem araçlarının ötesine geçerek yüksek frekanslı kütleçekim dalgalarını bile algılayabilir hale gelecek.Kuantum mekaniği ile genel göreliliğin kesişimini test etmek isteyen bir diğer fizikçi ise Vlatko Vedral. Oxford Üniversitesi’nden Vedral, yalnızca yerçekimi etkisiyle dolanıklık oluşturan bir deney tasarımı üzerinde çalışıyor. Deneyin başarısı, yerçekiminin de kuantum bir doğası olup olmadığını ortaya koyabilir.Vedral bu konuda şunları söylüyor:

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

“Yerçekiminin kuantum doğasını test etmek tamamen açık bir problem. Tahminim, önümüzdeki beş ila on yıl içinde genel göreliliğin ihlal edildiğini göreceğiz. Yerçekimi de kuantum çıkacak.”

^[1]Fakat bu öngörüye karşı çıkan birçok bilim insanı da var. Bu bile yapılacak deneyin ne kadar kritik olduğunu gösteriyor. Kuantum fiziği, yüz yıl önce başladığı gibi bugün de temel doğa yasalarını yeniden tanımlama potansiyeline sahip.