Geçen hafta kuantum mekaniğinin temelleri konusunda Albert Einstein ile Niels Bohr arasındaki tartışmayı özetlemeye çalıştım; Einstein’ın tasarladığı bir düşünce deneyini anlattım.
Bu tartışmada Niels Bohr ve arkadaşlarının geliştirdiği “Kopenhag Yorumları” bir nevi galip geldi; çünkü aslında yenilmedi. Ve kısa zaman içinde Kopenhag Yorumlarını sorgulamaya kimsenin cesareti kalmadı.
Niels Bohr’a göre iki tane fizik vardı. Biri kuantum fiziği, diğeri ise genel görelilik dahil geri kalan her şeyi içine alan “klasik fizik.” Bu iki fizik birbiriyle çelişmiyordu; birbirini “tamamlıyor”du.
Bohr ve arkadaşlarının bu görüşü bir çeşit dogmaya dönüştü; onları sorgulamaya kalkanların fizik kariyeri sona eriyor, bazıları sürgünlerden sürgünlere gidiyordu. Oysa bu “tamamlayıcılık” ilkesi son derece tartışmalı bir şeydi. Kuantum hakkında deney yaptığımızda deney araçlarımız o deneyi etkiliyordu, çünkü onlar da kuantum sistemlerinden oluşuyordu. Yani aslında “tamamlayıcılık” diye bir şey yoktu.
Kopenhag Yorumlarına ve kuantum alan fonksiyonu denklemine en büyük desteklerden biri, ünlü ve dev matematikçi John von Neumann’ın yaptığını söylediği kanıtlamaydı. Von Neumann gibi birinden onay alan bir matematiksel teori, elbette sorgulanmıyordu.
Oysa Von Neumann’ın kanıtlamasında ciddi bir hata vardı. Bu hatayı ilk olarak daha 1920’lerde bir Alman kadın fizikçi saptadı ama kimse onu umursamadı, Alman kadın da unutuldu gitti zaten.
Sonra aradan onyıllar geçti. Kuzey İrlandalı fizikçi John Bell, yayınlandıktan 40 yıl sonra Von Neumann’ın makalesini İngilizce okudu ve anında içindeki matematiksel hatayı gördü. John Bell, Albert Einstein’ın 1935’te yayınlanan meşhur EPR makalesini de neredeyse 30 yıl sonra okudu ve bir hazine bulduğunu ilk bakışta anladı.
John Bell, 1964 yılında bir yıllığına CERN’den Amerika’da Princeton ve Stanford’a geldiğinde ardı ardına kuantumun temelleri hakkında makaleler yazdı. Onun işini kaybetme korkusu yoktu; o zaman CERN’de önemli bir isimdi, ayrıca kuantumun temelleri onun ana konusu değil “hobi”siydi.
Bell aynı anda ve tek bir makaleyle iki şeyi birden başardı: Tartışmayı Einstein-Bohr tartışması olmaktan çıkarttı, Einstein-Einstein tartışmasına dönüştürdü ve EPR makalesini yazan Einstein’ın haklı çıkacağını umarak EPR’de anlatılan, benim de geçen hafta özetlemeye çalıştığım düşünce deneyinin laboratuvar ortamında yapılmasının bir yolunu buldu.
O deney, ilk olarak 70’lerin ortasında, sonra daha iyi şartlarda 80’lerde ve son olarak da mükemmel şartlarda 2012’de yapıldı. Her seferinde Einstein’ın EPR makalesindeki ana fikir yanlış çıktı. Kuantum alan fonksiyonu denklemi ve ona bağlı teori doğruydu; Einstein’ın en temele, fizik yasalarının yerelliğine (yani neden sonuç ilişkisine) indirgediği son savunma hattı çökmüştü.
Kuantum sistemleri söz konusu olduğunda neden-sonuç ilişkisi geçerli değildi; sonuç nedenden önce veya onunla eş zamanlı olarak ortaya çıkıyordu.
İşte bu yıl Nobel fizik ödülünü John Bell’in 1964’te tasarladığı bu deneyi 70’lerde, 80’lerde ve son olarak 2012’de yapan kişiler kazandı. Ödül aslında Bell’in olmalıydı ama o 1990’da hayatını kaybetmişti.
Bugün biliyoruz ki, kuantum mekaniğini Einstein’ın 1905’teki makalesine borçluyuz. “Kuantum dolanıklığı” adı verilen ve iki parçacığın birbirlerine ne kadar uzak olurlarsa olsunlar birbirlerini etkilemelerini de Einstein’ın yanılgısına.
Einstein’ın meşhur EPR makalesini okuyan yakın dostu Erwin Schrödinger (ki kendisi aynı zamanda kuantum alan fonksiyonu denklemini de bulan insan) daha 1936 yılında iki parçacığın ilişkisini “dolanıklık” olarak tanımlamıştı. Onun verdiği isim kaldı.
Aynı Schrödinger, “Kanıtlayamam ama doğanın işletim sistemi kuantum” diye yazmıştı Einstein’a. Evet öyleydi, doğa kesintiliydi ve o kesik kesik parçacıklar arasındaki ilişki de kuantumdu.
Fakat tabii, o kesik kesikliklerin alanına girdiğimizde, o seviyeye küçülmeyi başardığımızda çok acayip şeyler oluyordu. Örneğin bir elektron ansızın bir yerde beliriyor, sonra yine bir anda hop başka bir yerde ortaya çıkıyordu. Ortaya çıkan şey yeni ve bambaşka bir elektron muydu, yoksa ilk elektron muydu? Bu sorunun cevabını bile bilmiyoruz; belki bilmemizin çok önemi de yok.
Doğanın işletim sisteminin kuantum olduğunun John Bell tarafından kanıtlanması, bizi çok uç alanlara, çok yeni fizik anlayışlarına götürdü.
Bu yeni alanların başlıcasına “kuantum enformasyon teorisi” adı veriliyor. Doğanın temelinin dolanık kuantum parçacıkların 0 ve 1’lerinden oluştuğunu söyleyen teori.
Bu teori sayesinde kara delikleri başka bir gözle görüyoruz artık. Doğada görebileceğimiz en büyük kütleli varlıklar olan kara delikleri kuantum mekaniğinin yöntemleriyle anlamaya ve anlamlandırmaya çalışıyoruz.
Kuantum dolanıklığının sadece elektron veya kuantum seviyesinde değil atom, hatta molekül seviyesinde de var olabildiğini kanıtladık daha yakın zamanda.
Biz “Muhalefetin adayı kim olacak” diye çene yarıştırırken dünya kendini başka bir geleceğe hazırlıyor.
