Tüm bilimlerde karşılaşmanız muhtemel en garip fenomenlerden biri, iki parçacığın birbiriyle derin bir şekilde bağlantılı olacak şekilde etkileşime girdiği ve aslında bir varlığı hafif-yıllar halinde bile olsa paylaştığı kuantum dolanmasıdır.
Einstein bu düşünceyle ün kazanamadı ve nihayetinde gerçekliğin tuhaf olduğuna karar verdi. Ancak yeni bir deney, henüz kuantum dolaşımı gerçeği için en güçlü kanıtını sundu, bu yüzden evrenimiz şüphelendiğimiz kadar tuhafmış gibi görünüyor.
Ekipten biri olan MİT’ten David Kaiser, Phys.org’dan Jennifer Chu’ya “Kuantum mekaniği şüpheleri için geride bırakılan alan oldukça azaldı” dedi.
“Bundan kurtulamadık, fakat 16 basamak azalttık.”
Bir kavram olarak, kuantum dolaşımı, ispatlanacak en zor şeylerden biridir, çünkü fizikçiler onu kolayca gözlemleyebilirler – dolaşan parçacıklar kuantum bilgisayarın temelidir – gizli değişkenlerin sonuçlarla karışmadığından emin olmak imkânsızdır. Sadece iki parçacığın her şeyden önce bağlı gibi görünüyor olmasıdır.
Kuantum dolaşımı ile aşina değilseniz, iki parçayı hayal edin: birkaç metre veya birkaç ışıkyılı ile ayrılabilir, ancak ne kadar uzak oldukları dikkate alınmaksızın birbirlerine dolanırlar.
Bu, açıklanamayan bir nedenle, bu uzak parçacıkların birbirleriyle özel bir bağlantı kurabildikleri anlamına gelir; böylece bir parçacık ölçülürse fizikçiler ortağının kesin ölçümlerini bilecektir.
Tek başına bu garip -ancak bu fenomeni daha da garip kılan şey, bu parçacıkların hiçbirinin ‘içeride’ özelliklere sahip olmamış olmasıdır – özelliklerini sadece ölçüldükten sonra tanımlamaktadır, bu nedenle ortak partikül ne zaman tanımlanabilir özelliklere sahip olabilir? Onları henüz sabitlemedik bile değil mi?
Geçen yüzyıldaki sayısız deneyin kuantum dolaşma davranışını doğruladığı gerçeğine rağmen hiç kimse bunu açıklayamıyor ve Einstein’ın kendisi de sonuna kadar “şüpheci” olarak kalmış ve bunu “uzaktan ürkütücü bir eylem” olarak kabul etmişti.
Einstein, parçacıkların kıvrımlı olarak dolaşıyormuş gibi göründüğünü inkar etmedi, ancak bunu yapan bazı gizli değişkenlerin oyunda olduğunu savundu.
Bu, fizikçi John Bell’in 1960’larda, dolaşma görünümünün ya gerçek dolanma ya da dolaşma halini almasına neden olan başka bir değişken olma ihtimalini ölçebilecek bir tür “test” oluşturmasını sağladı.
Bell’in dengesizlik deneyleri olarak da bilinen Bell testi deneyleri, hangi seçeneğin en inandırıcı olduğunu görmek için her bir dolaşan parçacık üzerinde bağımsız ölçümler yapmayı içerir.
Elizabeth Gibney, Nature’a “Bell, belirli bir eşik sınırının üstünde olduğunda, sonuçlar arasındaki korelasyonların gizli özelliklere sahip parçacıklar tarafından açıklanamayacağını gösterdi” açıklamasını yaptı.
“Bunun yerine koordine edilen sonuçlar, bir parçacık üzerinde diğerinin özelliklerini gizemli bir şekilde tespit eden ölçümlerin sonucu gibi görünüyor”.
Ancak bilim insanları, Bell’in kendi sınırında bile bir sınırın var olduğunu fark etti – kuantum açıklamalar yapma ihtimalini açık bırakan bazı ‘boşluklar’.
Bu boşluklardan bir tanesi, belki de parçacıkların ışığın hızıyla bilgi paylaşması ve aygıtlarımızın bunu almakta çok yavaş olmasıydı.
Veya belki de, kuantum dolaşım parçacıklarıyla ilgili deneylerde parçacıkların bir bölümünün kaybedilmesi sonucunda nihai sonuçların çarpıtılmış olması gerçeği.
Bu iki boşluk, 2015’te, “tarihi” bir deneyin, kuantum dolaşımının, en zorlu testini geçtiğini, ancak her iki ihtimali de kuantum saçmalıklardan daha olası olarak indirerek gördüğü zaman ele alındı.
Fakat bir boşluk kalır – seçim özgürlüğü – özgürlük boşluğu.
Gibney’nin açıkladığı gibi, Bell testini her kullandığımızda, deney yapan bilim insanlarının, birbirine geçen fotonların (hafif parçacıklar) çifti üzerinde hangi ölçümleri yaptıkları konusunda özgürce bir seçim yapmış olduklarını varsayıyoruz:
“Fakat bilinmeyen bazı etkiler, parçacıkların yanılsamalarına neden olan korelasyonlar üretmek için, parçacıkları ve hangi testlerin gerçekleştirildiğini (ya ölçüm seçeneklerini doğrudan doğruya ya da mevcut seçenekleri kısıtlayarak daha makul bir şekilde etkileyerek) etkileyebilir.”
Başka bir deyişle, Evren’i 10 menü öğesine sahip bir restoran olarak hayal edin.
MIT’ten Andrew Friedman, Quanta Magazine’e “Size 10 menüden istediğinizi sipariş edebileceğiniz söyleniyor, sonra tavuğun bittiği söyleniyor ve aslında bu sayının beş olduğu ortaya çıkıyor,” diye konuştu.
“Beş menüden seçim yapma özgürlüğün hâlâ var, fakat özgürlük dereceni aşırı sayıyorduk.”
Friedman, kuantum dolanma deneylerine gelince, “bilinçsizlikler, kısıtlamalar, sınır koşulları, koruma yasaları, seçimlerinizi çok ince bir şekilde sınırlamaya neden olabilir” diyor.
Bu senaryoda en belirgin olan suçlulardan biri yerçekimidir – belki de etkisi, Yerküre tabanlı deneylerde dolaşan parçacıklarda yapabileceğimiz muhtemel ölçüm sayısı sınırlanmaktadır.
Peki, evrenin kendisi bize karşı gelmişken, seçim özgürlüğü boşluğunu nasıl yakalarız?
Friedman, Nature’a “Seçimi evrenin kendisi için dışa vuruyoruz” dedi.
Geçmişte araştırmacılar, rastgele sayı üreticisi kullanarak rasgele seçilecek özellikleri seçerek boşlukların üstesinden gelmeye çalışmışlardır; bu da araştırmacıların özellikleri kendileri seçerek deneyde önyargıya yol açmadığı anlamına gelmektedir.
Zıt yönlerde iki farklı dedektöre doğru bir çift kuantum parçacığı ateşliyorlar ve bu rastgele sayı üreteci, parçacıkların dedektörlerine gelmeden önceki son anda ölçülecek özellikleri seçiyor.
Bu, parçacıkların birbirleriyle bilgi paylaşması için ancak zaman bulamayacağı ve yalnızca Einstein’ın şüphelendiği gibi dolaştığı anlamına gelmektedir.
Deney sağlamdı, ancak yalnızca parçacıklar atılmadan birkaç saniye önce gizli değişkenlerin etkisini dışladı.
Peki ya bundan önce şeyler önceden belirlenmiş olsaydı?
MIT’den araştırmacılar, Avusturya’daki Viyana Üniversitesi ve Çin ve Almanya’da bulunan kurumlardan oluşan bir ekip, gizli etkilerin indirilebileceği süreyi geri itmenin bir yolu olarak yıldız ışığı kullanmaya karar verdi.
Deney, birbirine geçen parçacıklarda ölçülebilen bazı özelliklere kırmızı veya mavi rengi vermeyi içeriyordu. Daha sonra, mavi veya kırmızı olarak gelen yıldız ışığını algılamak için iki teleskop kuruldu ve hangisi renk algılarsa, dolaşan parçacıklarda ölçülecek özellikler belirlendi.
Ve işte bu nedenle yıldız ışığı rengi değişmeden değiştirilemediğinden, gizli, kuantumsuz değişkenlerin parçacıklarla karışması ve özelliklerin önceden belirlenmesi durumunda, yıldız ışığı yayılımının önceden yapılması gerekliydi.
Ve örnekte araştırılan Dünya’ya en yakın yıldızın (güneşimiz dahil değil) 575 ışıkyılı uzaklıkta olduğunu görmek, bu ön belirlemenin en az yaklaşık 600 yıl önce harekete geçirilmiş olması gerektiği anlamına geliyor.
Kaiser, New Scientist’tan Leah Crane’e “Her parçacıkla alakalı sorulan sorularla herhangi bir fiziki mekanizma bir şekilde sarsılmış olsaydı, ölçtüğümüz ışığı yaklaştırmak için o yıldızın da harekete geçirilmiş olması gerekirdi,” diye konuştu.
Deney, seçim özgürlüğünü tamamen yok saymıyor, ancak ilk defa 600 yıldan beri kuantum saçmalıklarının var olduğunu doğruluyor ve şimdi araştırmacıların bu sınırın daha da geriye nasıl itileceğini anlamaları gerekiyor.
Friedman, uzaktaki kuasarlardan gelen ışığı kullanarak, aynı tekniği dolaşan parçacıklara uygulayarak yapabileceklerini düşünüyor. Bunun, sınırı milyarlarca yıl geriye iteceğini söylüyor.
Ama nihai oyun ne? Evrenin başlangıcı, yani Big Bang?
Natalie Wolchover’ın Quanta’ya açıkladığı gibi, fizikçilerin de onaylamaya hevesli olduğu şey tam olarak bu değil:
“Evren en başından itibaren özgürlüğü kısıtlamış olabilir – her ölçüm Big Bang’te kurulan korelasyonlar tarafından önceden belirlendi. İsveç’teki Linköping Üniversitesi’nden fizikçi Jan-Åke Larsson, “süper-determinizm” denildiğinde, bu “bilinemeyen”dir der; Kozmik Bell test ekibi, gökyüzünde yıldızlar, kuasarlar veya herhangi bir ışık bulunmadan önceki var olan korelasyonları asla ekarte edemezler. Bu, seçim özgürlüğü kaçamağının asla tamamen kapatılamayacağı anlamına geliyor.”
Fakat Freidman için olasılıklar kovalamamak çok ilginç.
Wolchover, “Bizim için bir kazı-kazan gibi görünüyor,” diyor. “Ya kaçamağı daha da kapatıyoruz ve kuantum teorisinden daha eminiz ya da yeni fizik kanunu için işaret edebilecek bir şey görüyoruz.”
Haber: Bec Crew
Çeviren: Bünyamin Tan