Kuantum Dünyasında Geçmişi Silmek Mümkün – Nasıl Mı?

Kuantum dünyasında geçmişi silmek mümkün mü? Bu soruya cevap vermek için tasarlanmış bir deney var. Adı da Kuantum Silici deneyi.

Kuantum silici deneyi, kuantum fiziğinde tuhaf olan her şeyi bünyesinde kapsar. Parçacık-dalga ikilemi, süperpozisyon durumları ve ölçümün etkin niteliği. Kuantum silici deneyini anlarsanız kuantum fiziğinin temel unsurlarını da anlamış olursunuz.

Young Deneyi

Kuantum silici deneylerinin birçok farklı biçimi yapılmıştır ama bu deneylerin en basiti Young’un* Çift Yarık Deneyinin bir türüyle başlar. Bir çift dar yarıktan foton hüzmesi gönderecek olursak yarıkların öbür tarafında belli noktalarda oluşan bir girişim örüntüsü görürüz. Bu örüntüyü ancak her iki yarıktan ışığın aynı anda geçmesiyle görebiliriz. Yarıklardan birini kapatırsak girişim örüntüsü de kaybolur ve ışığın kapatılmamış yarıktan geçmesi sonucu fotonların geniş bir alana dağıldığını görürüz.

*Çift Yarık Deneyi: Young Deneyi olarak da bilinen çift-yarık deneyi, ışığın dalga özelliği sergilediğini gösterir. Fotoelektrik etkisi ışığın dalga özelliğinin yanı sıra parçacık özelliği de sergilediğini gösterir.
Kaynak: Vikipedi

Gördüğümüz girişim örüntüsü, fotonların bir süperpozisyon durumunda olduğunu gösterir. Fotonların her birini betimleyen dalga fonksiyonunun iki kısmı vardır. Biri sol yarıktan geçen foton, diğeri de sağ yarıktan geçen foton içindir. Fotonların her biri aynı anda iki yarıktan da geçmiştir, gördüğümüz örüntüyü oluşturan da bu iki bileşen arasındaki girişimdir. Yarıklardan birini kapattığımızda ise sadece tek kısımlı bir dalga fonksiyonumuz olur. Yani süperpozisyon bozulmuştur ve girişim örüntüsü de olmaz.

Çift yarık deneyi

Parçacık-Dalga İkilemi

Yarıklara bir seferde tek bir foton gönderirsek girişim örüntüsü yine oluşur. Her bir foton perdede belli bir konumda tek bir nokta olarak belirir. Fotonların nerede belireceği rastgeledir. Deneyi tekrar tekrar yaparsak yani bütün fotonların izini sürersek, birbirlerine eklenip bir girişim örüntüsü oluşturduklarını görürüz.Tek bir foton her iki yarıktan da geçmekte, sonra öbür tarafta tek bir yerde belirmektedir.

Işık bir elektromanyetik dalgadır. Üç boyutlu uzayda birbirine dik elektrik ve manyetik alan salınımlarından oluşur. Işığın polarizasyonu ise hız vektörüne dik olan bu elektrik ve manyetik alan salınımlarının üç boyutlu uzaydaki açısal yönelimidir. Polarize edici filtreler, ışığın belli yönelimdeki polarize durumunu geçirip diğerlerini soğurur. Örneğin yatay polarize edici filtre, ışığın yatay polarizasyon durumunu geçirirken diğerlerini soğurur.

Işık bir elektromanyetik dalgadır.E:Elektrik alan salınımları,M:Manyetik alan salınımları

Polarize Filtreler

Çift yarık deneyinde yarıkların birini kapatmak yerine iki yarığı biri dikey diğeri yatay olmak üzere farklı polarize edici filtrelerle kapattığımızı düşünelim. Sol yarığa sadece yatay polarize olmuş ışığın geçeceği bir filtre koyalım, sağ yarığa da sadece dikey polarize olmuş ışığın geçeceği bir filtre koyalım. Bu filtrelere 45 derece açıyla dikey polarize edilmiş ışık gönderirsek, ışığın yatay polarize edici filtreden de dikey polarize edici filtreden de geçme olasılığı %50 olmuş olur. Dolayısıyla yarıkların her birinden ışık geçer.

Filtrelerin bu biçimde düzenlenmesi ışığın hangi yarıktan geçtiğini ölçmenin bir yolunu bizlere sunar. Dedektörümüzün önüne dikey bir polarize edici koyarsak sadece sağdaki yarıktan geçen ışığı görürüz, yatay polarize edici koyarsak sadece soldaki yarıktan geçen ışığı görürüz. Dedektörün önündeki polarize edici filtre, bize fotonun hangi yarıktan geçtiğini söyler. Sanki yarığın yanına bir dedektör koymuşuz ve konumu doğrudan ölçmüşüz gibi.

Bunu yaptığımızda yani yarıkların önündeki filtrelerle ışığa baktığımızda bir girişim örüntüsü göremeyiz. Işığın polarizasyonunu ölçtüğümüzde ışığın hangi yarıktan geçtiğini ölçeriz. Bu da bizi bir girişim örüntüsü yaratan iki kısımlı dalga fonksiyonundan alıp girişim örüntüsü yaratmayan tek kısımlı dalga fonksiyonuna getirmiş olur. Fotonun hangi yarıktan geçtiğini ölçmek, dalga fonksiyonunda fotonun diğer yarıktan geçişini betimleyen kısmı ortadan kaldırmış olur.

Dedektöre polarize edici filtre takmamıza bile gerek yok. Yarıkların üzerine polarize ediciler koyarak fotonların her birini “işaretlemiş” oluruz. Her fotonun hangi yarıktan geçtiğini ölçebilecek olmamız girişim örüntüsünü ortadan kaldırmaya yeter.

Girişim Örüntüsü

Örüntünün ortadan kalkması başlı başına tuhaf bir şeydir ama işler daha da tuhaf hale gelmektedir. Yarıkların ardından çıkan ışığa bakmak için yatay yada dikey polarize edici yerine 45 derece açılı bir polarize edici kullanarak ölçümü geri alabiliriz. Böyle yaparsak yeniden girişim örüntüsü görürüz. 45 derece açılı polarize edici ya yatay ya da dikey polarizasyonu geçirecektir. Her birinin olasılığı %50 dir. Bu da polarize edicinin ardında tespit ettiğimiz ışığın iki yarıktan birinden ya da yarıkların ikisinden birden geçmiş olabileceği anlamına gelir.

Bu üçüncü filtre, fotonu işaretleyerek edindiğimiz bilgiyi “siler”. Fazladan polarize edicinin işe dahil edilmesi sonucunda ölçümü sanki hiç yapmamış gibi oluruz. Dalga fonksiyonunun ikinci kısmı ortadan kaldırılmamış olur ve girişimi görebiliriz.

Kuantum Dünyasında Geçmişi Silmek

Kuantum silici deneyi kuantum mekaniğinin kilit ilkeleriyle ilgili tuhaf olan ne varsa kapsar. Fotonların her biri aynı anda iki yarıktan birden geçerken girişim örüntüsünün belirmesi, kuantum durumlarının süperpozisyonunu gösterir. Polarize edici filtreler koyduğumuzda girişim örüntüsünün kaybolması ve yeniden belirmesi de kuantum ölçümünün etkin niteliğini gösterir.

Yarıklara yatay ve dikey polarize ediciler koyarak fotonları işaretler ve “hangi yol” bilgisini elde etmiş oluruz. Böylelikle süperpozisyon durumu bozulur ve dalga fonksiyonu çökmüş olur. Yarıklarla dedektörün arasına yatay ve dikeyle 45 derece açılı polarize edici koyduğumuzda ise “hangi yol” bilgisini silmiş oluruz. Dolayısıyla dalga fonksiyonu yarıklarda çökmez ve girişim örüntüsünü görürüz. Bu da kuantum dalga fonksiyonunun çökmesinde “elde ettiğimiz bilginin” önemli olduğunu gösterir.

Kuantum Dünyasında Geçmişi Silmek

Sadece bilginin elde edilebilecek olması yani yarıklara yatay ve dikey polarize ediciler konulup fotonların “işaretlenmesi” girişim örüntüsünün kaybolmasına, dalga fonksiyonunun tek yarığa çökmesine neden olmaktadır. Biz baksak da bakmasak da o bilgi sistemden elde edilmiş olmaktadır. Elde edilen bilgi, dalga fonksiyonunu çökertip girişim örüntüsünün oluşmasını engellemiş olur. Bu da bilginin subjektif değil objektif bir kavram olduğunu bize göstermektedir.

Yarıklarla dedektör arasında bir ışık yılı da olabilir. Işık yarıklardan geçtikten yarım yıl sonra da 45 derece açılı polarize ediciyi koyabiliriz. Bu durumda girişim örüntüsü yine görülür. Halbuki ışık yarıklardan önceden geçmişti ve durumunu o esnada belirlemiş olmalıydı diyebiliriz. Fakat ışık durumunu yarıklardan geçtikten yarım yıl sonra belirliyor.

Sonradan koyulan polarize edici, ışığın yarıklardan geçme durumunu sonradan belirliyormuş gibi görünüyor. Yani sonradan yapılan bir eylem, geçmişin nasıl biçim alacağını etkiliyor. Bu da oldukça tuhaf. Yani kuantum dünyasında geçmişi silmek bir şekilde mümkün olabiliyor.

O zaman evrende determinizmden ya da nedensellik ilkesinden bahsetmek mümkün olabilir mi?

Fizik hakkında daha fazlası için Tıklayın.

Bir Cevap Yazın

%d blogcu bunu beğendi: