Biraz Kuantum'dan Zarar Gelmez (Marcus Chown)

Bedenimiz sistemlerden, sistemlerimiz doku ve organlardan, doku ve organlarımız hücrelerden, hücrelerimiz moleküllerden, moleküllerimiz atomlardan, atomlar ise özünde enerji olan atom altı parçacıklardan oluşuyor. İşte bu parçacıklar dünyasının işleyişi -en hafif tabiriyle- tuhaf.

‘Kara cisim ışınımı’ üzerinde çalışan fizikçiler, klasik teorinin açıklayamadığı durumlarla karşılaştı ve böylece klasik fiziğin neredeyse her şeyi çözdüğü düşünülen bir dönemde, varsayımları temelden sarsan bir gelişme yaşanmış oldu. Bu konu üzerinde çalışırken maddenin ışığı sadece kuanta adı verilen enerji paketleri halinde soğurduğunu öne süren Max Planck’la başlayan tartışmalar, kuantum teorisinin doğumu anlamına geliyordu.  Yaşanan baş döndürücü hızdaki gelişmeler fizikte çığır açarken dünyaya bakış açımızı da değiştirdi. Kuantum fiziği, kişisel gelişim ‘endüstrisi’ tarafından çok istismar edildi. Moda kavram haline getirilip bazı kitaplarda anlatılanlara kanıt olması amacıyla oldukça da zorlandı. Anlaşılması güç tuhaflıklarla dolu bu dünyaya ait yorumların ve ilkelerin popüler kültüre aktarımında bazı yanlışlar yapılması büyük bir olasılıktı ve öyle de oldu. Dolayısıyla işin doğrusunu popüler fizik kitaplarından öğrenmeye çalışmakta fayda var. Bundan beklentimiz ise olasılıkların hüküm sürdüğü kuantum dünyasındaki garipliklerin, beş duyuyla deneyimlediğimiz ölçekte yaşayıp giderken iyiden iyiye kanıksadığımız, neden-sonuç ilişkilerine bağlı Newtoncu bakış açımızı biraz olsun esnetebilmemize olanak tanıması.

Konuya, kuantum fiziğinin garipliklerine Niels Bohr’un getirdiği açıklamaların bir toplamı olduğunu söyleyebileceğimiz, Kopenhag yorumuyla başlayalım. Makro ve mikro evrenlerin birbirinden ayrı fiziksel ilkelere bağlı olacağının kabul edildiği bu yoruma göre ölçülene (dolayısıyla gözlemlenene) dek bir parçacığın konumu, momentumu… vb. özellikleri bilinemez. Gözlemlenene kadar tüm bu özelliklere ilişkin her olasılık (her potansiyel) aynı anda var olur ve gözlemleme edimiyle tek bir gerçeğe dönüşür. Gözlemlenene dek gerçeğin sadece bir olasılıktan ibaret olması durumuna ilişkin olarak matematikçi ve fizikçi John Von Neumann, şu yorumu yapmıştır: ‘Tüm fiziksel evren, tek bir evrensel dalga fonksiyonunun sonucudur ve bu dalga fonksiyonundaki çökmeye de gözlemcinin bilinci sebep olur’. Neumann’ın yorumuna göre bir şeyin bilincinde olduğumuzda sonsuz olasılıkların tek bir gerçekliğe çöküşüne sebep oluruz. Macar asıllı fizikçi, kuantum teorisi uzmanı ve Nobel ödülü sahibi Eugene Wigner de ‘herşeyin gözlemcinin bilincinde bittiği’ şeklinde bir açıklama yaparak bu yorumu kabul eder. Söz konusu yorumlar fizikçiler arasında pek tutulmasa da yine de bizi hangi olasılıkları çökertip hangi tek durumu gerçek kıldığımız üzerinde düşünmeye itiyor.

Niels Bohr'un kendi tasarladığı kraliyet ödülü arması.

Einstein, Podolsky ve Rosen, Kopenhag yorumuna karşı çıkar, kısaca EPR paradoksu olarak adlandırılan durumu öne sürerek bir düşünce deneyi geliştirir. Amaçları kuantum fiziğindeki eksikliği gözler önüne sermektir: Kuantum fiziğinde klasik fiziğin yerellik ilkesinin ihlal edildiğini düşünmektedirler. Yerellik ilkesi, bir yerde meydana gelen fiziksel işlemlerin başka bir yerdeki gerçeklik unsurları üzerinde bir etkisinin olmaması gerektiğini belirtir. EPR paradoksu ise sonradan dolanıklık olarak adlandırılacak durumu anlatır. Dolanıklığı, parçacıkların özelliklerinden biri olan spin (kendi ekseni etrafında dönme, fırıl) ile örnekleyebiliriz. Birbirlerine dolanık olan iki parçacığın fırıl’ı birbiriyle ters bağlantılıdır, örneğin birisinin fırıl’ı yukarı doğru iken diğerininki aşağı doğru olur. (Ancak ölçülene kadar hangisinin ne yönde olduğu bilinemez, tüm olasılıklar aynı anda var olur) Şimdi bu parçacıklar birbirinden -doğal olarak- ışık hızıyla uzaklaşsın. Öyle ki aralarında muazzam bir uzaklık olsun. Parçalardan birisinin fırıl’ı ölçüldüğünde, Kopenhag yorumuna göre bu parçacığın fırıl’ına ilişkin olasılıklar çöker ve aşağı veya yukarı durumlarından birisi gerçek olur. Yerellik ilkesinin ihlali ise, dolanıklık prensibinden ötürü, bir parçacığı gözlemlemenin sadece onunkileri değil, muazzam uzaklıktaki diğer parçacığın fırıl’ına ilişkin olasılıkları da aynı anda çökertecek olmasından kaynaklanmaktadır.

Kopenhag yorumuna katılmayan Schrödinger de EPR paradoksunun daha belirgin hale getirildiği bir başka düşünce deneyi öne sürer. Meşhur deneyde kutu açılıp da içine bakılana kadar içindeki kedi ne tamamen canlı ne de tamamen ölü, iki halin karışımı bir durumdadır. Kutunun kapağı açılacağı ana kadar da kedinin durumu kesinlik kazanmaz. Kutu açılınca gözlemleme edimimiz üst üste binmiş kuantum hallerini tek bir duruma çökerterek zavallı kediyi kesin olarak ölü ya da kesin olarak diri yapar. Beş duyuyla deneyimlediğimiz dünya ölçeğinde gerçek olamayacak bu durumla Schrödinger, Kopenhag yorumunun bu ölçekteki mantık dışı sonuçlarını sergilemek istemiştir. (Ne var ki bu hayali deney tam tersine, kuantum hallerinin birbirinin üzerine binmişliğini anlatmak için kullanılan en meşhur örnek olup çıkacaktır.)

Kuantum hallerin üst üste binmesi (süperpozisyonu) durumuna ilişkin, Everett’in getirdiği çoklu evrenler yorumunu bulup okuma zevkini de size bırakıp, sadede geleyim. Yalnızca parçacık ölçeğinde geçerli dolanıklık durumu, 1980’lerden bu yana gerçekleştirilen deneylerle ispatlanmış durumda: Evet, dolanık iki parçacıktan birini gözlemlediğinizde muazzam uzaklıktaki diğeri hakkında da kesin bilgiye sahip olursunuz. O halde parçacıkların dünyasında klasik fiziğin yerellik ilkesi geçerli değildir. Yani, Einstein’in alaycı yakıştırmasıyla “hayaletimsi etki” bir gerçek.

Beş duyuyla deneyimlediğimiz dünyada işlerin böylesine farklı ilkelere bağlı yürümesi, bana psikiyatr Stanislav Grof’un, insan bilincinin iki farklı moduna ilişkin açıklamalarını da hatırlatıyor. Grof’a göre maddi yönelimli bilinç modunda, belirgin Newton’cu özelliklere sahip birbirlerinden ayrık ve farklı nesnelerin dünyasında kendimizi katı maddi varlıklar olarak deneyimleriz; uzay üç boyutlu, zaman doğrusaldır ve her şey neden-sonuç zincirleri tarafından yönlendirilir. Bilincin bütüne yönelimli (holotropik) modundaki deneyimler ise Newtoncu dünyanın sınırlamaları ve kısıtlamalarını aşar. Doğrusal zaman ve üç boyutlu uzam neticede bir tercihtir, geçmişe ve geleceğe deneyimsel olarak erişilebilir, kendimizi aynı anda birden fazla yerde deneyimleyebiliriz, parça olmak bütün olmayı engellemez, bir şey hem var hem yok olabilir… vs.

‘Biraz Kuantum’dan Zarar Gelmez’, kuantum fiziğini anlamak için güzel bir kitap. Elbette en iyisi ya da sizin için en uygunu olduğunu iddia edemeyeceğim. Dolayısıyla bir tarama yapmanız faydalı olabilir. Örneğin NTV yayınlarından çıkan çizgi-roman şeklindeki cep kitabı da hoş bir kaynaktı. Bazılarınca yaşayan büyük sufilerden olduğu değerlendirmesi yapılan kuantum fizikçisi Dr. Alan Wolf’un ‘Kuantum Bilmecesi’ kitabı da, 1981’de yazılmış olmasına rağmen güzel bir seçenek olabilir. Kendisinin ‘Evrenin Ruhu’ kitabı da ilginizi çekebilir. Wolf bu kitabında kuantum fiziğinden bahsettiği gibi, ‘ruhun fiziği’ni de yapmaya çalışıyor.