Bilimkurgu Kulübü Bu Sitede Gelecek Var!
Dolanıklık, kuantum fiziğinin ve dolayısıyla da gelecekteki teknolojilerin kalbinde yer alan bir özellik olarak ön plana çıkıyor. Diğer kuantum olguları gibi dolanıklık da kendisini atom altı ölçeklerde ortaya koyan ilginç bir özelliktir.
Aynı koşullarda doğmuş, bir başka deyişle bir süre için aynı kuantum durumunu paylaşmış bir foton ya da elektron çifti, büyük mesafelerle birbirlerinden ayrılsalar bile bir şekilde bağlı kalmaya devam ederler. Parçacıklar arasındaki bu ilişkiye “dolanıklık” adı verilir.
Kırılmaz Korelasyon
Araştırmacılar dolanık iki parçacık oluşturmak için genellikle özel bir kristal kullanırlar. Dolanık parçacıklar daha sonra farklı yerlere gönderilir. Diyelim ki belirli bir eksen boyunca parçacıkların spin yönü ölçülmek istensin. Bu durumda “aşağı” ya da “yukarı” olmak üzere ölçülebilecek iki durum vardır. Ölçümden önce her parçacık için olası spin yönleri üst üste binmiş durumdadır (süperpozisyon). Yani parçacıklar “spin yukarı” ve “spin aşağı” durumlarına aynı anda sahiptirler. Aynı anda hem şu hem de bu durumda olmak, ölçülmemiş parçacıkların bir kuantum özelliğidir, tıpkı Schrödinger’in kedisinin aynı anda hem ölü hem diri olması gibi…
Eğer bir parçacığın spin yönü ölçülürse ve aynı ölçüm uzaktaki dolanık eşi üzerinde tekrarlanırsa, çiftin spin durumları arasında güçlü bir korelasyon olduğu gözlemlenecektir. Yani parçacıklardan biri spin yukarı ölçülürse öteki spin aşağı ölçülecektir. Tersi de doğrudur. Deneyin nasıl tasarlandığına bağlı olarak her ikisi de yukarı veya her ikisi de aşağı olabilir ama her zaman aralarında güçlü bir ilişki (korelasyon) olacaktır. Bir benzetmeyle açıklarsak, bu durum birbirine dolanık iki dansçıdan biri sahneye çıktığında yaptığı figürün karşılığında diğerin de bir başka figürü yapmak zorunda olması gibidir. Bunda tuhaf olan ne, diye sorulabilir. Dansçılar birbirinden ayrılmadan önce anlaşmış olamazlar mı? Biri A figürünü yapacak, diğeri ise B figürünü. Burada gizem nerededir? Garip olan şu ki, birinci dansçı yapacağı figürü yazı-tura atarak seçecektir. Eğer yazı gelirse A, tura gelirse B figürünü yapacaktır. Diğer dansçı, otomatik olarak birincinin seçmediği figürü seçer. Peki ama nasıl bildi? İki dansçı arasında büyük bir mesafe vardı ve haberleşme imkânları yoktu. Yine de gizemli biçimde ikinci dansçı, daima birincinin seçmediği figürü seçer. İşte bu garip olgu, kuantum dolanıklığı olarak adlandırılır. Einstein buna “uzaktan ürkütücü etki” demişti.
Dolanıklığın güzelliği, bir parçacığın durumunu bilince uzaktaki yoldaşı hakkında bilgi vermesidir.
Parçacıklar Gerçekten Birbiriyle Bağlantılı mı?
Fakat parçacıklar gerçekten uzayda birbirine bağlantılı mı, yoksa ortada başka bir şeyler mi dönüyor? 1930’larda Albert Einstein dâhil olmak üzere kimi bilim insanları, dolanık parçacıkların spin yönlerinin önceden belirlenmiş olduğunu, ancak bu bilginin ölçüm yapılıncaya değin bizden gizlendiğini iddia ettiler. Bu tür kuramlara “yerel gizli değişken kuramları” adı verilir ve dolanıklık olgusunun yerellik ilkesini çiğniyormuş gibi görünmesini kabullenmek istemeyen araştırmacılar tarafından ortaya atılmışlardır. Bunun yerine daha sıradan bir açıklama öne sürmeye çalıştılar. Kısaca parçacıklar dolanık falan değildi, kuantum özelliklerini önceden belirleyen bir şeyler vardı ama bizler göremiyorduk.
1960’larda John Stewart Bell’in teorik çalışmasını takip eden John Clauser ve arkadaşları tarafından 1970’lerde titizlikle yapılan deneyler, yerel gizli değişken teorilerini devre dışı bıraktı. Araştırmacılar dolanık parçacıkları farklı açılardan gözlemledi. Yapılan deneylerde, ilk parçacığını spin yönü belli bir eksen doğrultusunda ölçülmüş, ancak ikinci parçacığı ölçmek için farklı bir eksen seçilmişti. İkinci parçacığı ölçmek için farklı bir eksen seçilmesi, parçacığın yeniden süperpozisyon durumuna dönmesi anlamına gelecekti. Bu da, gözlemlenmeden önce parçacığın spin yönünü belirleyen parçacık içinde gömülü herhangi bir gizli bilginin olamayacağı demekti.
Deneyler, parçacıkların bir hafızası olmadığını ve bir parçacık üzerinde yapılan bir ölçümün, diğerini anında gizemli biçimde değiştireceğini ortaya çıkarmıştı. Yani dolanıklık gerçek bir olguydu.
Görelilik İlkesi Bozulmadan Kalıyor
[gss ids=”57729,57730,57731,57732,57733″ options=”timeout=4000″ carousel=”fx=carousel”]Dolanıklıkla ilgili yaygın bir yanılgı, parçacıkların birbirleriyle ışıktan hızlı iletişim kurduğudur. Bu da Einstein’ın özel görelilik kuramına aykırıdır. Ancak deneyler, kuantum fiziğinin ışıktan hızlı ileti göndermek için kullanılamayacağını göstermiştir. Yani dolanık parçacıklar arasındaki bağ hiçbir şekilde bilgi iletimi için kullanılamaz.
Bilim insanları, bu tuhaf dolanıklık olgusunun nasıl ortaya çıktığını hâlâ tartışsalar da, artık bunun deneysel olarak sınanmış, gerçek bir ilke olduğunu kabul ediyorlar. Einstein dolanıklığı “uzaktan ürkütücü etki” olarak tanımlamıştı. Ama günümüzün kuantum bilimcileri bunda ürkütücü bir şey olmadığını söylüyor.
Caltech’te bilgisayar bilimleri ve matematik profesörü Thomas Vidick, “Parçacıkların bir şekilde büyük mesafeler boyunca birbirleriyle iletişim kurduğunu düşünmek cazip gelebilir, ancak durum böyle değil,” diyor. “İletişim olmadan korelasyon olabilir” ve parçacıklar “tek bir nesne olarak düşünülebilir.”
Dolanıklık Ağları
Dolanıklık, yüzlerce, milyonlarca ve hatta daha fazla parçacık arasında meydana gelebilir. Bu olgunun doğada, canlı bünyesindeki atomlar ve moleküller arasında, metaller ve diğer malzemeler için de gerçekleştiği düşünülmektedir. Yüzlerce parçacık birbirine karıştığında bileşik bir nesne gibi davranabilirler. Bir kuş sürüsüne benzer şekilde parçacıklar birbirleriyle temasa girmeden tek bir varlık hâline gelebilirler.
Şimdi Caltech bilim insanlarının odak noktasında temel fiziği anlamanın yanı sıra, yeni kuantum teknolojileri geliştirmek için çok cisimli dolanık sistemlerin incelenmesi var. Belki de bu olgu, sonuçları itibarıyla 21. yüzyılın en önemli bilimsel araştırması olacaktır.
