Kuantum Yorumları: Kuantum Dünyasının Garipliklerini Nasıl Anlamlandırabiliriz?

Bir Evren düşünün. Bu Evren'de bu elmayı bıraktığımızda, elma doğrudan aşağıya düşmesin. Düşebileceği yerlerin bir olasılık dağılımı olsun. Buraya, şuraya veya oraya düşebilme ihtimali olsun; ancak en yüksek olasılıkla, hemen bıraktığınız yerin altına düşecek olsun. Bunu hayal etmekte pek bir sorun yok.

Peki ya bu olasılık dağılımının nedeni, ilk etapta sanmış olabileceğiniz gibi rüzgar ya da diğer dış faktörler değilse? Yani ya elma, yapısı gereği kesinlikle aşağı doğru düşmek zorunda değilse? Elmanın kendi içsel davranışı bu şekilde olasılıkçı olsa? Böyle bir Evren hayal edebilir miydik? Eğer hayal edebileceğimiz evrenlerdeki ihtimaller sınırsızsa, bu da çok zor olmayabilir. Bir evrende pek ala bir kuvvet cisimleri yerden yukarı ya da yana doğru da fırlatabilirdi.

Şimdi, öyle bir Evren hayal edin ki, bir elmayı bıraktığımızda, eğer siz bu elmaya bakıyorsanız elma doğrudan yere düşsün. Az önce bahsettiğimiz olasılık dağılımları hiç olmasın. Bıraktığınız elma, tam da beklediğiniz gibi, %100 ihtimalle hemen aşağı düşsün. Ama ne zaman ki kafanızı çevirip başka yere baksanız, elma yine olasılık dağılımı sergilemeye başlasın. Yani buraya da düşebilsin, şuraya da, oraya da... Böyle bir Evren hayal edebilir misiniz?

Belki, ama az öncekine nazaran çok daha zor... Her ne kadar yanlış bir yorum olsa da insanlar, mesela bir basketbol topunu fırlattıklarında şuraya da buraya da düşebileceğini sezgisel olarak bilirler. Topun hareketine bir olasılık dağılımı verirler. Bu nedenle elmanın da bu tür bir davranışı olabileceğini hayal edebiliriz. Ama işte bu, sözünü ettiğimiz evren açısından "yanlış" bir yorum olurdu. Çünkü hayal ettiğimiz evrende basketbol topunun düşebileceği yerin olasılık dağılımı, sizin kusursuz bir atış yapamayacak olmanız, ortamda hava sürtünmesi veya rüzgar gibi öngörülmez faktörler olması değildir. Bahsettiğimiz evrende, top veya elma dediğimiz şey, yapısı gereği bir küre veya küremsi şekilde değil de bir olasılık dağılımı şeklinde var olmaktadır. Böylesi bir evreni hayal etmek oldukça zordur.

Ama dahası da var: Şimdi öyle bir evren hayal edin ki, elmayı bıraktığımız anda elma sadece burada veya sadece şurada olmasın. Zaman içinde hareket ederken, hem burada hem şurada hem orada olsun. Ama aynı zamanda ne burada, ne şurada, ne orada olsun. Böyle bir evreni hayal edebiliyor musunuz?

İşin bu yazımızın "çılgın" tarafı tam da bu: Siz, şu anda böyle bir Evren'de yaşıyorsunuz. Bizim Evren'imiz tam da bu şekilde çalışıyor. Bu yazıda, Evren'e dair bu absürtlükleri anlamlandırmaya çalışan bilim insanlarının, bugüne kadar geliştirdikleri perspektifleri öğreneceğiz.

Gerçeklik Algımızı Sarsan Kuantum Mekaniği

Daha önceki bir yazımızda, kuantum mekaniğinin gerçeklik algımızı nasıl sarstığını anlatmıştık. O yazımızda (ve aşağıdan izeyebileceğimiz videomuzda), klasik fizikle inşa ettiğimiz Evren algımızın kalbinde yer alan 4 temel kavramı öğrenmiştik: Determinizm, nedensellik, yerellik ve realizm. Bunların ne olduğunu bilmiyorsanız ve bu yazıyı daha iyi anlamak isterseniz, öncelikle bu yazımızı okumanızı tavsiye ederiz. O yazımızda, aynı zamanda, kuantum dünyasında gözlediğimiz ve bütün fizikçiler tarafından kabul edilen gerçeklerin, bu 4 temel yapıtaşını nasıl tehdit ettiğini görmüştük. 

Daha fazla ilerlemeden, yazı başındaki analojiyi netleştirelim: Elbette bizim Evren'imizde bir "elma", biz ona bakınca bir şekilde, bakmayınca başka bir şekilde davranmaz. Güneş, siz ona baksanız da bakmasanız da doğar. İnsanlar veya canlılık yokken de doğuyordu. Dolayısıyla "elma" veya "Güneş" değil ama, elektronlar, fotonlar ve diğer atom altı parçacıklar, tam da yazı başında anlattığımız gibi davranırlar.

Örneğin "elektron", bir bilye gibi bir nesne değildir. "Elektron" dediğimiz şey, bir olasılık bulutu olarak atomun etrafında bulunur. Siz, bir ölçüm yapana kadar elektron burada da bulunabilir, şurada da, burada da, ama ne orada bulunur, ne burada, ne şurada... Ölçüm yaptığınız anda, elektron %100 ihtimalle buradadır diyebilirsiniz. Gerçi konumunu tam olarak bildiğinizde, bu defa da hızını kesin olarak bilemiyorsunuz - ki bu da Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi olarak tarif ettiğimiz olgu.

Ama ne olursa olsun bu farklı davranış örüntüleri, fizik için başlı başına bir sorun teşkil eder: Neden kuantum ölçekte böyle bir davranış var da, mezo ya da makro ölçekte bunu görmüyoruz? Ya da görüyoruz da fark etmiyor muyuz? Kuantum etkiler tam olarak hangi seviyede başlıyor? 1 pikometrede mi? 1 milimetrede mi? 

İşte Erwin Schrödinger, bu probleme dikkat çekmek için Schrödinger'in Kedisi deneyini ileri sürdü. Bu düşünce deneyinin detayları hakkında bilgi almak için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.

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... Daha fazla göster

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

Kuantum Yorumları

Özetle, Schrödinger'in parmak bastığı kuantum absürtlük (düşünce deneyindeki kedinin hem ölü hem diri olması), genel olarak bu düşünce deneyinin gerçek dünyadaki karşılığı ve ölçüm problemi gibi problemler, fizikçilerin çok uzun bir süredir kafasını karıştırmaktadır. Açıkça söylemek gerekirse, bu deneyin anlatmak istediği kuantum absürtlüğünün kesin bir cevabı da henüz bulunmamaktadır. Ancak farklı fizikçiler, farklı yaklaşımlar geliştirdiler ve bu absürtlüğü anlamlandırmaya çalışmaktalar. İşte bu yorumlara, Kuantum Mekaniğinin Yorumları veya Kuantumun Felsefi Yorumları adı verilmektedir. Bunların her biri, birbirinden ilginç olasılıklara kapı aralamaktadır.

Kopenhag Yorumu

Öncelikle, en meşhur yorumla başlayalım: Kopenhag Yorumu. Bunu duymuş olabilirsiniz. Bu yoruma göre örneğin bir elektron, atom etrafında bir olasılık bulutu olarak bulunur ve bir ölçüm yapıldığı anda olasılık dağılımı tek bir ihtimale çöker. Bu çoklu olasılığın kaybolup, tek olasılığın belirmesi olayına, dalga fonksiyonunun çökmesi denir. Buradaki yazımızda da anlattığımız gibi dalga fonksiyonu, Newton'un $F=ma$'sının kuantumdaki karşılığıdır. Schrödinger Denklemi'ni kullanarak, değişen bir kuantum sistemin olasılık dağılımının, yani dalga fonksiyonunun zamanla nasıl evrimleşeceğini kusursuz bir şekilde hesaplayabiliriz.

Zayıf Kopenhag Yorumu

Kopenhag Yorumu'nun 2 versiyonundan söz etmek mümkündür: Zayıf Kopenhag Yorumu olarak bilinen ilki, oldukça "etkileyici" bir mottoya sahiptir (genelde Richard Feynman'a atfedilse de ilk söyleyen kişi tartışmalıdır):^{[1], [2], [3]} "Çeneni kapat ve hesapla!"

Böyle demelerinin nedeni, Schrödinger Dalga Denklemi'nin zaten kuantum sistemlerin evrimini başarılı bir şekilde tanımlayabilmesi ve kuantum deneyleri ve teorik araştırmaları yapabilmemize izin vermesidir. Yani bu yorumu savunanların oldukça pragmatist oldukları söylenebilir. Bu yorumu savunanlar özetle şöyle derler:^[4]

Kuantum nesnelerin davranışlarının neden o şekilde olduğunu izah etmeye çalışma, sadece denklemleri takip et. Gerçeği elbet bir gün zaten çözeceğiz. Elimizde güzel bir model var ve gözlemleri öngörmemizi sağlıyor, yorumlamakla zaman kaybetme, hesapla geç, kafan rahat olsun.

Ama elbette birçok fizikçi bu tutumdan tatmin olmamaktadır ve kuantum fiziği deneylerinin absürtlüğü düşünülecek olursa, bunları izah etmeye çalışmamak, üzerine kafa yormamak gerçekten çok zordur. Dolayısıyla bunu bir kenara koyalım.

Güçlü Kopenhag Yorumu

Güçlü Kopenhag Yorumu ise, yorumlamakta sakınca olmadığını düşünen Kopenhag yorumcularıdır. Onlara göre dalga fonksiyonunun çökme nedeni, yapılan gözlemin ta kendisidir. Ayrıca bu yoruma göre bir kuantum sistemi tanımlayan dalga fonksiyonu, ölçüm anında ve ölçüm nedeniyle, 0 saniye içinde, yani anlık olarak çöker.

Bu durum, klasik fizikle çelişmektedir: Klasik fizik ile inşa edilen gerçeklik algımızda, 0 saniyede olan hiçbir şey yoktur. Kütleçekimden ışığın hareketine kadar, cisimler arası elektromanyetik etkileşimlerden atomaltı kuvvetlere kadar her şeyin etki etmesi için, attosaniyeler düzeyinde de olsa bir miktar zaman geçmesi gerekir.

• Dolayısıyla bu yorum, ışık hızından hızlı bilgi aktarımı varsayarak, hem Görelilik Teorisi ile hem de onun bir uzantısı olan lokaliteyle çelişmektedir.^{[5], [6], [7]}
• Ayrıca nedenin sonuçtan önce gelmekten ziyade, neden ile sonucun aynı anda yaşandığını söyleyerek nedensellik ilkesini de tehdit ettiği söylenebilir (ki Gecikmeli Tercih Kuantum Silgi Deneyi'nde sonuç, nedenden önce getirilerek bu ilkeye tamamen meydan okunmuştur).^{[8], [9], [10]}
• Ayrıca bu yoruma göre, bir kuantum sistemi ölçene kadar, o sistemin konum veya momentum gibi klasik özellikleri bulunmamaktadır. Bu da klasik fizikteki realizm fikrini çöpe atmaktadır.^{[11], [12]}
• Ayrıca gerçek fiziksel nesnelerin doğasının kesin değil, olasılıkçı olduğunu söylemektedir. Bu da determinizmi çöpe atmaktadır.^{[13], [14]}

İşte bu nedenle bu yazımızda kuantumun, klasik fizikle inşa ettiğimiz gerçeklik algısına genel olarak meydan okuduğunu söylemiştik. Tabii ki bu çelişkilerin hiçbiri, klasik fiziğin "doğru", kuantumunsa "yanlış" olduğu anlamına gelmek zorunda değildir. Ancak bu çelişkilerin bir şekilde izah edilmesi gerekir - ki alternatif kuantum yorumları da buradan doğmaktadır.

Ölçüm Problemi: Kopenhag Yorumunun Sorunları

Her ne kadar "yaygın yorum" olarak görülen kuantum yorumu Kopenhag Yorumu olsa da, bu yorumun çok sayıda sıkıntısı vardır. Onlardan biri, "ölçüm" denen şeyin ne olduğunu açıklamıyor olmasıdır.

Bu konudaki en yaygın yanlış anlaşılma, "ölçüm yapmak" ile "insan bilinci" arasında bir ilişki olması gerektiği sanrısıdır: Bu yazıda göreceğimiz tek bir yorum haricinde ciddiye alınan kuantum yorumlarının hepsi, "ölçüm" dediğimiz şeyin insan bilinciyle veya herhangi bir bilinçle olması gerekmediğinde hemfikirdir.^[15] Yani bir elektronu veya radyoaktif atomu "gözlemekten" bahsederken söz ettiğimiz "gözlem", bilinçli bir gözle elektronları veya fotonları incelemek değildir. Örneğin birçok kuantum yorumuna göre, bir elektron ile bir fotonun birbiriyle etkileşmesi de bir "gözlem" veya "ölçüm" sayılır, o etkileşimi hiçbir bilinç, hiçbir zaman görmeyecek olsa bile!

"Ölçüm" kavramını kafanızda sezgisel olarak oturtabilmek adına şöyle düşünebilirsiniz: Ölçüm sonucu elde edilen "bilgi", insanların düşündüğü kadar soyut bir kavram değildir, tıpkı kütle veya enerji gibi maddenin bir parçası gibi gözükmektedir (Hawking ve sonraki fizikçiler bunu bize gösterdiler).^{[16], [17]} Elektron gibi bir kuantum sistemin hızı, konumu, enerjisi gibi bir "bilgi"yi, Evren'in geri kalanına, yani o sistemin dışına ilan eden, yani o kuantum sistemdeki bilgiyi açığa vuran her türlü etkileşime, "gözlem" veya "ölçüm" denir.^[18] Örneğin Çift Yarık Deneyi'nde, yarıklardan geçen elektronları gözleyen şey bir insan olmak zorunda değildir. Bir kamera veya detektör de olsa yeterlidir.^[19] O detektöre kimse, asla bakmayacak olsa bile... Dolayısıyla bir "ölçüm", bilinçli bir farkındalıkla ilgili değildir!^[20]

Bazen bunu izah etmek için şöyle bir yol da izlenir: "Ölçüm" dediğimiz şey, süregelen bir sistemin bir davranışını açığa çıkarmak için onunla etkileşmeyi gerektirmektedir.^[21] Mesela bir detektör, çift yarık deneyinde elektronun hangi yarıktan geçtiğini tespit etmek için, foton kullanıyor olabilir.^[22] Eğer ortamda hiç foton olmasaydı, detektör de hangi yarıktan geçildiğini tespit edemezdi. Ancak bu tespiti yapabilmek için kullanılan foton, yarıktan geçen o elektronla etkileştiği anda onun olasılıkçı kuantum niteliğini bozacaktır, çünkü bir etkileşim zorunludur - ki biz buna "ölçüm" diyoruz. Deneyci ve yöntemleri, deneyin kendisini ve sonucunu etkilemiş olmaktadır.^[23] Görebileceğiniz gibi bu durumda, işin bilinçle veya zekayla hiçbir alakası olmadığı sonucuna varmak mümkündür. Elbette bu yorumu reddedenler mevcuttur - ki bir örneğine birazdan geleceğiz. Ama modern kuantum fiziğinde en yaygın kabul gören tavır, bu veya bunun varyantlarıdır.^{[24], [25], [26], [27], [28], [29], [30]}

Bazı yorumlara göre, ölçüm probleminin "ölçümün kendisiyle" hiçbir ilgisi olmadığı bile iddia edilmektedir! Gecikmeli Tercih Kuantum Silgi Deneyi, bunun bir örneğidir. Bu deneyin detayları şu anda önemli değil; ancak o deneyde, gelecekte yapılan bir tercih, geçmişteki ölçümü etkilemektedir. Bazı kuantum fizikçilerine göre belki de "gelecekte olan bir şeyin geçmişteki ölçümü etkiliyor" demek yerine, dalga fonksiyonunu çökerten şeyin zaten ölçümün kendisi olmadığını söyleyebiliriz. Bunu nasıl izah edebiliriz? 

Agora Bilim Pazarı

PALME 11.SINIF MATEMATİK SORU KİTABI

Devamını Göster

₺395.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Objektif Çökme Yorumları

"Objektif Çökme Teorileri" olarak da bilinen bir yorum grubunun hedefi tam da budur.^{[31], [32]} Bu yorumlara göre belli bir olasılık dağılımına sahip bir kuantum sistemin herhangi bir anda tekil bir olasılığa çökme ihtimali, zaten o sistemi tanımlayan dalga fonksiyonunun bir parçasıdır. Yani olasılık fonksiyonunun içinde, dalganın tek bir olasılığa çökme ihtimali de vardır. Dolayısıyla dalga fonksiyonunun çökmesinin, ölçüm yapmakla hiçbir ilgisi yoktur. Bu tür birkaç yorum olduğu için, bunlar bir bütün olarak "Objektif Çökme Teorileri" olarak da bilinirler. En yaygın yorumlar arasında şunlar bulunur:

• Ghirardi-Rimini-Weber (GRW) Modeli^[33]
• Sürekli Spontane Lokalizasyon (CSL) Modeli^{[34], [35]}
• Diósi-Penrose (DP) Modeli^{[36], [37]}
• Evrensel Pozisyon Lokalizasyonuna Dayalı Kuantum Mekaniği (QMUPL) Modeli^{[37], [38], [39]}

Bu yaklaşım, çok küçük parçacıkların olasılıkçı, ancak aşina olduğumuz dünyamızın determinist veya klasik olması tutarsızlığını da çözmektedir; çünkü bir sistem ne kadar büyükse, birbirine bağımlı, yani dolanık olan o kadar çok parçası var demektir. Bunlardan birinin objektif bir olasılık çerçevesinde çökme ihtimali milyarda veya trilyonda bir bile olsa, bir kez çöktüğünde, kendisiyle dolanık olan diğer parçaların da çökmesini tetikleyecektir. Bu nedenle milyarlarca ve hatta katrilyonlarca kuantum birimden, mesela katrilyonlarca atomdan oluşan iri makro cisimlerde olasılıkçı bir doğaya rastlamayız, çünkü bu kadar çok sayıda alt birimden oluşan bir cisimde, o alt birimlerden en az 1 tanesinin çökme ihtimali çok yüksek hâle gelmektedir ve tekil birimler için küçük olan o olasılık gerçek olduğunda, diğerleri de onunla birlikte çökmektedir. Dolayısıyla dışarıdan baktığımızda Evren'deki tüm büyük cisimler klasik fiziğe uyuyor gibi gözükmektedir. Öte yandan daha az sayıda kuantum parçaya sahip olan daha ufak sistemler, çok daha uzun süreler boyunca çok daha bariz kuantum özellikler sergileyebilirler, çünkü tekil bir parçacığın düşük olasılıklı çökme ihtimali uzun bir süre gerçekleşmez. Gerçekten de daha iri nesnelerde de kuantum dolanıklığın korunabildiğini, ancak nesne irileştikçe bunun süresinin kısaldığını gösteren deneyler mevcuttur.^{[40], [41], [42], [43], [44], [45]}

Bu yorumun Roger Penrose tarafından ileri sürülen bir versiyonuna göre, çökmeyi tetikleyen kuantum parçacıkların iç olasılıkları değildir; kuantum parçacıkların uzay-zaman dokusu ile etkileşimidir.^{[46], [47]} Yani çökerten şey yine bir etkileşimdir; ama bu etkileşim, kuantum ile kozmolojiyi birleştiren bir doğaya sahip olabilir.^[48]

Şimdilik yeterli teknolojimiz olmasa da, bunların test edilebilir öngörülerde bulunuyor olması heyecan vericidir. Yine de herkes bu yorumda hemfikir değildir. Bunun nedeni, buraya kadar gördüğümüz Kopenhag Yorumu ve Objektif Çökme Teorileri'nin, "çökme" denen olayın anlık yaşandığını, yani sistemde bilginin ışık hızından hızlı aktarıldığını iddia ediyor olmasıdır. Mesela çok parçacıklı bir sistemde biri çöktüğü anda, diğer parçacıklara bilgi gecikmeli olarak ulaşmamaktadır. Bigli, bir kuantum nesneden diğerine anında ulaşmaktadır. Dolayısıyla bu yorumlar, Görelilik Teorisi'yle çelişerek lokaliteye meydan okumaktadır. 

Retro (Ters) Nedensellik Yorumu

Kopenhag yorumunun (özellikle) determinizmi ortadan kaldırmasını kabul etmeyen, Objektif Çöküş'ün lokaliteyi ihlal etmesinden hoşlanmayan ve Kuantum Silgi Deneyi'ndeki geçmişe dönük etkiyi bir arada açıklamak isteyen fizikçiler, Evren'e determinizmi ve lokaliteyi geri getirebilmek adına, nedenselliği çöpe atmayı göze almışlardır.^{[49], [50]}

Bu, şu anlama gelmektedir: Bir sonuca neden olacak bir etki, sadece geleceğe doğru değil, geçmişe doğru da etki edebilir; yani gelecekte olacak şeyler, geçmişte olan şeyleri de etkileyebilir.^[51] Bunun bir yorumuna göre kuantum dünyada sonuç, nedenden önce gelebilir (az sonra göreceğimiz gibi, buna karşı çıkanlar vardır). İşte bu tür bir gerçeklik algısını ileri süren kuantum yorumlarına, bir bütün olarak Ters Nedesnellik Yorumları veya Retro Nedensellik Yorumları denir.^{[52], [53]}

İşlemsel Yorum

En popüler Ters Nedensellik Yorumları'ndan biri olan İşlemsel Yorum, bir parçacığı temsil eden 2 olasılık dalgası olduğunu söylemektedir.^[54] Bunlardan biri geleceğe doğru hareket etmektedir - ki bizim kuantum fiziğinde genelde bahsettiğimiz dalga budur, diğeriyse bu dalganın matematikte karmaşık eşleniği dediğimiz versiyonudur ve bu ikinci dalga, geçmişe doğru hareket etmektedir.^[55] Her parçacık bunu yaptığı için, mesela dolanık parçacıkların geçmiş ve gelecek dalgaları arasındaki etkileşim, sadece geçmişte veya o anda olup bitenin değil, gelecekte olanların da geçmişteki sonuçları belirlemesini sağlamaktadır.^[56] Bu sayede elektronlar, gelecekten gelen bilgiden etkilenerek, sanki en başından gelecekte olacakları biliyormuş gibi davranabilmektedirler.

Gelecek, Geçmişi Nasıl Etkileyebilir?

Geçmişe bilgi aktarımı akla hemen zaman yolculuğu veya büyükbaba paradoksu gibi çok daha karmaşık problemleri getirse de, bu yanıltıcıdır: Retro Nedensellik Yorumları, geçmişte olasılığı çoktan belirlenmiş, determinist hale gelmiş, yani %100 veya %0'a dönüşmüş şeylerin sonradan değişebileceğini söylememektedir. Yani "Büyükbaba Paradoksu" çerçevesinde yorumlayacak olursak Retro Nedensellik Yorumları, büyükbabanızı öldürebileceğinizi iddia etmemektedir; çünkü eğer siz varsanız, büyükbabanızın siz doğmadan önce ölme ihtimali %0 demektir.^[57] Bu düşünce hattını devam ettirecek olursak, şöyle bir çıkarım yapmak mümkün olabilir: Bu yorum, eğer siz gelecekte bir büyükbaba olacaksanız, çocuk yapmadan önce veya sonra, zamanda belli bir noktada ölme ihtimalinizin, gelecekten etkilendiğini söylemektedir.

Elbette "büyükbaba" gibi iri bir nesneyi değil de, tekil parçacıkları ve onların davranışlarını düşünmemiz gerekmektedir. Bu yoruma göre parçacıkların nasıl davranacağı, yani herhangi bir anda olasılık fonksiyonunun çökmesi, sadece o anda veya geçmişte olanlardan etkilenmez; gelecekte olacak şeylerden de etkilenir - çünkü parçacıkların geçmişe dönük dalgaları da vardır. 

Ayrıca "geçmişe bilgi aktarımı", fiziksel olarak en azından kuantum ölçekte aslında o kadar da "çılgın" değildir. Çünkü bir parçacığın, örneğin bir elektronun pozitif zaman yönünde, yani ileriye doğru hareketinin fiziği veya matematiği ile, onun zıttı olan, anti-elektron olarak da tabir edebileceğimiz pozitron isimli antiparçacığın negatif zaman yönünde, yani geçmişe doğru hareketinin fiziği ve matematiği, birebir aynı şeye karşılık gelmektedir.^{[58], [59]} Dahası, makro dünyada "neden" ve "sonuç" olarak adlandırdığımız olguların kuantum dünyada anlamlı bir karşılığı olmadığını savunanlar da mevcuttur, dolayısıyla retro nedenselliğin gerçek anlamıyla neden-sonuç ilişkisini tersine çevirdiği genel geçer olarak kabul görmemektedir.^[60]

Dolayısıyla bu yorum, en azından kuantum matematiği açısından o kadar da absürt bir durum gibi gözükmemektedir; ama yine de zamanın ve etkileşimlerin tek yönlülüğüne yönelik algımıza meydan okuduğu aşikardır.

Süper Determinizm Yorumu

Geçmişe dönük etkileşimden hoşlanmayan fizikçiler, Süper Determinizm Yorumu olarak bilinen bir yorumu ileri sürmektedir: Buna göre parçacıklar geçmişe bilgi göndermez; ancak her parçacık, Büyük Patlama anında birbirleriyle dolanık oldukları için, her birinin çok spesifik şartlar altında bile nasıl davranacağından diğer bütün parçacıklar da haberdardır.^[61] Yani her parçacığın yapısında, diğer tüm parçacıkların hangi şartlarda nasıl davranacağı bilgisi de mevcuttur.^[62]

Dolayısıyla bu yoruma göre, dolanık parçacıkların belli bir ölçümde ne sonuç vereceği, süper-deterministik bir şekilde belirlenir ve diğer parçacıklar da bundan haberdardır. O ölçüm gerçekleştiğinde, tüm parçacıklar da buna göre davranırlar. Biz dışarıdan baktığımızda, "Çok ilginç, bu parçacık bunu nasıl biliyor?" diye şaşırırız.^[63] Halbuki o parçacık, teknik olarak hiçbir şeyi "bilmez"; bizim karmaşık deneylerimizde nasıl davranacağı zaten en baştan bellidir. Bu yorum çerçevesinde parçacıkların birbirleriyle ışık hızından hızlı iletişim kurmaları gerekmez, zaten ne yapmaları gerektiğini Büyük Patlama'dan beri belirlidir.^[64]

Pilot Dalga Teorisi (Broglie-Bohm Yorumu)

Buraya kadar determinizm, nedensellik ve lokaliteden birini veya birkaçını kurtarmaya çalışan bazı yorumlar gördük. Ya realizm? Yani Evren'deki nesnelerin klasik ve tekil özellikleri olması zorunluluğunu ne yapacağız? Çift Yarık Deneyi'nde, yarıklara tek tek gönderilen elektronlar nasıl hem o yarıktan hem bu yarıktan geçip de kendi kendileriyle girişim yapıyor gibi davranabilirler? Ya da bir elektron nasıl hem dalga hem parçacık olabilir? Bunları, aşina olduğumuz "klasik" çerçevede izah edip, realizmi kurtarabilir miyiz? 

İşte burada karşımıza Pilot Dalga Teorisi, Broglie-Bohm Yorumu ya da Bohmcu Mekanik (veya Bohm Mekaniği) olarak bilinen bir yorum çıkmaktadır. Bu yoruma göre belki de kuantum sistemler aslında hem dalga hem parçacık değildir, bildiğimiz bilye gibi parçacıklardır. Ama dalga gibi özellikler sergilemelerinin nedeni, Evren'i dolduran ve henüz tespit edemediğimiz kuantum dalgalardır.^{[65], [66]}

Bunu bir analojiyle anlamak mümkün olabilir: Suya bir olta mantarı veya şamandıra atacak olursanız, oldukça karmaşık bir hareket sergileyecektir; iner, çıkar, sağa kayar, sola kayar, döner... Eğer su dalgalarını görmüyor olsaydık, bu mantarın hem dalga, hem parçacık gibi davrandığını söylerdik. İşte Pilot Dalga Teorisi de, görmediğimiz kuantum dalgalanmalardan ötürü parçacıkların bu kadar absürt davrandığını ileri sürmektedir. Böylece tüm parçacıkların aslında klasik nesneler olduğu sonucuna vararak, realizmi kurtarmış olmaktadır.

Bu yorum, lokalite problemini çözememektedir; ancak buna bir açıklama getirebilmektedir: Görelilik Teorisi'ne göre Evren içindeki her şey ışık hızıyla sınırlı olmak zorundadır; buna, bilgi gibi bize soyut gelen bir kavramın aktarımı bile dahildir. Ama Evren'in kendisinin genişlemesi üzerinde bir hız sınırı yoktur veya bir sınır varsa bile bu, ışık hızı değildir. Dolayısıyla Evren, ışık hızından çok daha hızlı genişleyebilir ve hatta Enflasyon Dönemi'nde bu şekilde genişlediği düşünülmektedir. İşte "pilot dalga" adı verilen, üzerlerindeki kuantum parçacıkların davranışını yönlendiren dalgalar da Evren'in kendisi gibi ışık hızı sınırından muaf olabilirler. Dolayısıyla ışık hızından hızlı veri aktarımı yapmaları mümkün olabilir. Bu da dalga fonksiyonunun çökmesi veya dolanıklık gibi olayların neden ışık hızından hızlı gerçekleşebildiğini izah edebilir. Yani Pilot Dalga Teorisi; realizmi, determinizmi ve nedenselliği kurtarırken, lokaliteyi büyük oranda çöpe atmış olmaktadır.^{[67], [68], [69]}

Qbism Yorumu (Kuantum Bayesçilik)

Her ne kadar bu noktaya kadar "objektif olasılıklardan" bahsetmiş olsak da herkes bunların objektif olduğu konusunda hemfikir değildir. Bunların başında, Kuantum Bayesçiler gelmektedir. Bu yoruma kısaca Qbism de denmektedir; ancak sanat akımı olan kübizmle alakası yoktur, bu sadece bir isim benzerliğidir.

Bayesçiliğin (veya Bayes Teoremi'nin) bütün detaylarına burada girmek mümkün değildir. Ancak konumuz dahilinde Bayesçilik, bir şeyin gerçekleşme olasılığının objektif değil, subjektif olduğunu söyleyen istatistiki bir yaklaşımdır. Bunu kuantuma uyarlayan QBism yorumuna göre, aslında bir elektronun bulunduğu yer Evren tarafından kusursuz bir şekilde bilinmektedir, ama biz bu gerçeği bilemediğimiz için, ona bir olasılık dağılımı atarız (tıpkı klasik fizikte olduğu gibi).^[70] Her gözlemci, her sisteme farklı bir olasılık dağılımı atayabilir. Bir ölçüm yaptığımızda, tıpkı Bayes Matematiğinde olduğu gibi, ölçüm sonrasında, ölçüm öncesinde olasılıklara yönelik inancımızı güncelleriz.^{[71], [72]} Bu yaklaşıma göre kuantum dalga fonksiyonu gerçek bir fonksiyon değildir ve sadece bir sonuca yönelik subjektif inancımızı yansıtır. Bu nedenle QBism, realizmi çöpe atmaktadır (her ne kadar yorumu geliştirenler bu iddiaya itiraz etseler de).^{[73], [74], [75], [76]}

Bağıntısal (İlişkisel) Yorum

QBism'e az çok benzer olan bir diğer yorum, Bağıntısal veya İlişkisel Yorum olarak bilinmektedir. Bu yorum, bir yerde kuantum fiziği ile göreliliğin temel mantığını bir araya getirmektedir:^[77] Bu yoruma göre sadece gözlemciler değil, bütün kuantum parçacıklar birbiriyle gözlemsel bir ilişki içindedir.^[78] Bu gözlemler veya etkileşimler, görelidir.^[79] Yani bir perspektiften bakıldığında bir olasılık dalgası çökmüş olabilir; ancak başka bir gözlemciye göre o dalga henüz çökmemiş olabilir.^[80]

Bu yorum sayesinde, kuantum dolanıklık gibi sorunları çözmek mümkündür. Çünkü dolanık iki parçacıktan her ikisinin de spinini aynı anda ölçtüğümüzü iddia etsek de aslında asla aynı anda ölçemeyiz - bu imkansızdır. Dolayısıyla spinini ilk ölçtüğümüz parçacığın gözünden biz, ikinci parçacık ile bir süperpozisyon halindeyiz. Ama ikinci parçacığı da ölçtüğümüz anda, ilk ölçümü yaptığımız anda etkileştiğimiz parçacığın sonucuna bağlı olarak ikinci parçacığı tespit etmiş oluruz. Dolayısıyla parçacıklar aslında sadece birbiriyle dolanık değildirler, bizimle de veya ölçüm sonucunu etkileyecek diğer tüm parçacıklarla da dolanık haldedirler.

Everett Yorumu (Paralel/Çoklu Evrenler)

Günümüzde en popüler hale gelen yorumlardan biri, Çoklu (veya Paralel) Evren Yorumu olarak da bilinen Everett Yorumu'dur. Bu yoruma göre Evren'in kendisi ve içindeki her şey, bir dalga fonksiyonundan ibarettir.^[81] Ölçüm veya gözlem yapıldığında, önceden birbiriyle dolanık olan kuantum sistemler, birbirlerinden ayrışırlar.^[82] Dolayısıyla her parçacığın her etkileşimini içeren devasa (belki de sonsuz sayıda evren içeren) bir çoklu evren vardır.^[83] Olabilecek her olasılık, bu evrenlerden en az biri içinde bulunmaktadır; ancak siz, o olasılıklardan birinin gerçekleşip diğerinin gerçekleşmediği bir paralel evrende bulunuyor olabilirsiniz.

Bunu tersten yorumlayacak olursak: Her bir ölçüm, sanki yeni bir paralel evrenin oluşması gibidir. Gözlemle birlikte dolanıklık bozulur, dekoherans denen bir olay yaşanır ve o alt sistemi temsil eden dalga fonksiyonunda gerçekleşebilecek bütün evrenler, sanki o anda birbirinden ayrışmış, 2 yeni evren oluşmuş gibi olur. Bu evrenlerin birbiriyle etkileşmesi söz konusu değildir; her biri kendi yolunda giden evrenler gibidir.

Her ne kadar Paralel Evren yorumunun bilimsel olarak test edilmesi imkansız (veya ona yakın) olsa da, bu yorum, birçok sorunu bir arada çözmeyi başarmaktadır:^[84] Örneğin bu yoruma göre "dalga fonksiyonu çökmesi" diye bir şey yoktur; biz ölçüm yaptığımızda, elde ettiğimiz bir sonuç vardır ve o sonuç, bizim paralel evrenlerden hangisinde bulunduğumuzu anlamamızı sağlar. Diğer olasılığın gerçeğe dönüştüğünü ölçtüğümüz bir evren daha vardır, o evrende de "bizim bir kopyamız" vardır ama onunla etkileşmemiz imkansızdır. Yani bu yoruma göre, dalga fonksiyonunun tanımladığı olasılıkların hepsi aynı anda gerçektir, sadece bunlar, farklı paralel evrenlerde olan bitene karşılık gelmektedir.

Bu bakımdan bu yorum, "Kuantum olasılıklar çerçevesinde tanımlı olan her şey gerçektir." demektedir. Ancak bu, "Hayal edilebilecek her şey gerçektir." anlamına gelmemektedir; çünkü hayal edebileceğimiz bazı şeyler, belli fizik yasalarını ihlâl ederek dalga fonksiyonunun bir parçası olmayabilir - dolayısıyla onları barındıran bir evren de yoktur.^{[85], [86]}

Bu yorum aynı zamanda diğer yorumlarda bulunan ve anlık bilgi aktarımı nedeniyle lokalitenin ihlâl edilmesi problemini ortadan kaldırmaktadır.^[87] Daha önceden bu konuyla ilgili kapsamlı bir yazı hazırladığımız için, burada tüm detaylarına tekrar girmeyeceğiz.

Bu başlık altında dikkatinizi çekmek istediğimiz şey, kuantum yorumlarının dalga fonksiyonunun gerçekliğine yönelik bakış açılarıdır: Örneğin Paralel Evrenler yorumunda dalga fonksiyonu, sıradan bir matematiksel olasılık ifadesinden ibaret değildir. Dalga fonksiyonu denilen şey, gerçekliğin ta kendisidir, yani kendi başına fiziksel bir nesnedir. "Evren" dediğimiz şey, içindeki her şey ve her etkileşim, zaten bir olasılık dalgasının farklı alt kümelerine karşılık gelmektedir.^[81]

Bu, sadece Paralel Evren Yorumu'nda olan bir kavram değildir.^{[88], [89]} Örneğin elektronu tanımlarken bir "olasılık bulutu" olarak bahsedilmesi de bundandır: Kuantumun en yaygın yorumlarında elektronun olasılık dağılımı, yazı-turadaki %50 gibi değildir; çünkü orada %50, bilgisizliğin bir ölçüsüdür. Kuantum mekaniğinde ise o olasılık dalgası gerçek bir nesnedir ve o nesne, temsil ettiği şeyin, mesela bir elektronun bütün durumlarını bünyesinde taşımaktadır. Ölçüm yapılana kadar elektron, o olasılık dağılımının ta kendisidir. Ölçüm yapıldıktan sonraysa tek bir parçacığa çökmektedir.

Genel olarak Ontik Yorumlar, dalga fonksiyonunu gerçek bir nesne olarak kabul eden yorumlardır. Epistemolojik Yorumlar ise, bu fonksiyonun sadece bir bilgi ihtiva ettiğini ve gerçek bir nesne olmadığını söyleyenlerdir.

Bilinçli Çökme Yorumu (von Neumann-Wigner Yorumu)

Tüm olasılıklar arasında en tartışmalı olanıysa Bilinçli Çökme Yorumu'dur. Bu yorum, nesnelerin kendilerinin de bilinci olabileceğini, bilincin sonradan beliren bir şey değil de Evren'in temel yapıtaşlarından biri olduğunu söyleyen Panpsişizm gibi felsefi pozisyonlarla yakından ilişkilidir.^[90] Bu yorum, ölçüm probleminin gerçekten de bilinçle ilgili olduğunu iddia etmektedir.^{[91], [92]}

Bunun çok köklü metafiziksel çıkarımları olduğu açıktır: Bilinç nedir? Hangi canlılar bilinçlidir? Nesnelerin de bilinci var mı? Canlılığın olmadığı dönemde kuantum dalgalar çökmüyor muydu? Çöküyorsa, hangi bilinç çökertiyordu? Bilincin bu kadar temel bir rolde olmasının nedeni ne?

Bu ve bunun gibi çok sayıda problem ve bunlara verilen cevaplar, oldukça mistik ve ilgi çekici yorumu doğurmaktadır.^{[93], [94]} Yaygın olarak sanılanın aksine, bunların hepsi "doğa üstü" veya "ruhani" diyebileceğimiz açıklamalar değildir. Örneğin Simülasyon Teorisi'ne göre, bilinçli olarak bakılmayan yerlerin simüle edilmesi işlem maliyetine sahip olacağı için, simüle edilen bu Evren'de bilincin önemli bir rolü olabilir (sadece bilinçli algılanan kısımlar "simüle ediliyor" olabilir).

Bilinçli Çökme Teorisi, test edilebilir olması bakımından önemlidir; ancak bugüne kadar bu yorumların hiçbiri kesin olarak ispatlanmamıştır ve birçoğu büyük oranda test edilemez yapıdadır - ve bu nedenle bilimsellikleri şaibeli olabilmektedir (bu da Zayıf Kopenhag Yorumu'nu doğurmaktadır). Dolayısıyla, eğer buraya kadar anlattığımız tüm bunlar kafanızı karıştırdıysa, bunun çok normal olduğunu bilmeniz önemlidir. Richard Feynman'ın meşhur bir şekilde söylediği gibi:

Rahatlıkla söyleyebilirim ki hiç kimse kuantum mekaniğini anlamamaktadır.

Kuantum mekaniği hakkında halen bilmediğimiz çok şey bulunmaktadır. Deneysel olarak ispatladığımız şeyleri çok farklı şekilde açıklamak mümkündür; çünkü bu farklı yorumları test edip elememizi sağlayacak, ek deneyleri yapacak teknoloji ve bilgiden halen yoksunuz.

Kuantum Mantık Yorumu

Kuantum yorumlarından bir diğeri olan Kuantum Mantık Yorumu'na göre, belki de makro dünyada aşina olduğumuz mantık kuralları, kuantum dünyadaki kuralların özel bir alt kümesi olarak değerlendirilmelidir.^[95] Bir diğer deyişle biz, kendi dünyamızdan aşina olduğumuz mantık kurallarını kuantuma oturmaya çalışmak yerine, belki de kuantum mantığı daha genel bir mantık olarak kabul etmeli ve gündelik yaşantıda deneyimlediğimiz nedensellik falan gibi mantıksal kuralların, bu kuantum mantığın özel durumlarda karşımıza çıkan bir versiyonu olarak görmeliyiz.^{[96], [97], [98], [99]}

Bunu yapmak oldukça zordur; ancak bilimin verinin gösterdiği yöne gitmek zorunda olduğu unutulmamalıdır. Eğer kendi ön inançlarımızı, sonuçları değiştirecek şekilde kullanırsak, bilim yapmıyor oluruz; hüsnükuruntuya ve döngüsel mantık safsatasına gömülmüş oluruz. Eğer veriler, Evren'e yönelik mantığımızın yanlış veya eksik olduğunu söylüyorsa, belki mantığımızı Evren'e oturtmak yerine, mantığımızı değiştirmenin vakti gelmiştir.

Burada, 3 Gezegenin Hikayesi de düşünülebilir. Kuantum fiziğinin yorumlarıyla ilgili sorunları, yıllar önce gezegen yörüngeleriyle ilgili karşılaştığımız yol ayrımına benzetebiliriz:

1. Uranüs'ün yörünge anomalisinde olduğu gibi teorimize güvenip onun öngördüğü yönde daha çok mu veri toplayacağız,
2. Merkür'ün yörünge anomalisinde olduğu gibi teorimizin zayıf olduğunu kabul edip terk etmek zorunda mı kalacağız,
3. Neptün'ün yörünge anomalisinde olduğu gibi sorunun teori veya gözlemden değil de elimizdeki verilerin problemlerinden mi olduğunu sorgulayacağız?

Bilim insanlarının her gün bu temel sorularla yüzleşmektedir.

Sonuç ve Önemli Hatırlatmalar

Özetle, görebileceğiniz gibi, burada yer verdiğimiz her bir yorum, bu yazımızda anlattığımız 4 temel nitelikten bir kısmını eleyerek veya farklı yorumlayarak, diğerlerini kurtarmaya ve gözlemlerimizle teorilerimizi örtüştürmeye çalışmaktadır: Determinizm, nedensellik, yerellik, realizm ve bu yazıda değindiğimiz bazı diğer niteliklerin hepsini kuantuma kazandırabilen tek bir yorum, kuantumun altın kasesi olabilir; ancak şimdilik herkesi ikna eden bir yorum yok gibi gözükmektedir.

Kullanışlı yorumlar yok mu? Var. Herkesin gönül rahatlığıyla kabul edebildiği bir yorum var mı? Henüz değil.

Burada yer verdiğimiz yorumların çok daha derin ve nüanslı olduğunu unutmayınız. Her biri derin matematiksel altyapıya sahiptir ve her biri hakkında kapsamlı tartışmalar sürdürülmektedir. Biz burada sadece yüzeysel bir tanıtım yapmakla yetindik (ve bu nedenle yanlış anlaşılmalar ve gereğinden fazla basitleştirmeler yapmış olmamız muhtemeldir).

Ayrıca buraya sığdıramadığımız bir tarihsel gelişim ve kuantum yorum çeşitliliği olduğunu da hatırlatmak isteriz. Burada yer vermediğimiz ama bugüne kadar yaygın olarak tartışmaya açılmış yorumların bir kısmını listelemek gerekirse:

1. Max Born'un Birlik Yorumu^[100]
2. Satosi Watanabe'nin Zaman Simetrik Teorisi^[101]
3. Robert Griffiths'in Tutarlı Tarih Yorumu^{[102], [103]}
4. Dieter Zeh'in Çoklu Zihin Yorumu^{[104], [105]}

Ayrıca çok ama çok daha az kabul gören bazı diğer yorumlar da mevcuttur:

1. Aguirre ve Tegmark'ın Kozmolojik Yorumu^[106]
2. Kendini Yerleştiren Belirsizlik Yorumu^[107]
3. Karl Popper'in Eğilim Odaklı Yorumu^[108]
4. Stokastik Yorum^{[109], [110], [111]}
5. Aksak Hareket (Zitterbewegung) Yorumu^[112]
6. Sutherland Yorumu^[113]
7. Van Fraassen'in Modal Yorumu^[114]
8. Montevideo Yorumu^{[115], [116]}
9. Pondicherry Yorumu^{[117], [118]}

Üstelik bu yorumları, deterministik olup olmadıklarına, eşsiz bir geçmiş ortaya koyup koymadıklarına, dalga fonksiyonunun çöktüğünü kabul edip etmediklerine, gözlemci rolüne değer verip vermediklerine göre, lokaliteye, realizme, nedenselliğe bakış açılarına göre kategorize edebiliriz. Aşağıda bir kategorizasyon görebilirsiniz: 

Wikipedia

Bu yorumların bilimsel geçerliliğine, kuantum fiziği camiasında yarattıkları karmaşık tartışmalara ve hatta bunlara gerek olup olmadığına yönelik fikirlere bakmak mümkündür. Elbette bunların hepsine burada girmemiz imkansızdır. Umuyoruz buraya sığdırabildiklerimiz, kuantum fiziğine daha çok ilgi duymanızı sağlayacaktır ve bir yandan bazı soru işaretlerini giderirken, diğer yandan çok daha fazla ama çok daha önemli soruların doğmasını sağlayabilecektir.