Katalog

KUANTUM FİZİĞİ “SCHÖREDİNGER’İN KEDİSİ” açmazını çözen kuantum yorumu: KuBizm IBayesçi istatistik yorum, bazı kuantum acayipliklerinin sonu mu demek? Atomaltı dünyasından astronomik ölçülere kadar maddenin tüm davranışlarını hatasız bir şekilde tanımlayabilen kuantum mekaniği, tüm fiziksel bilimlerdeki kuramların en başarılısı sayılır. Ancak aynı kuram, tüm kuramların en acayibidir de! esela, kuantum dünyasında parçacıklar aynı anda 2 yerde birden olabilirler; bilgi ışık hızından daha hızlı yayılabilir; kediler hem canlı hem ölü olabilir! Fizikçiler kuantum dünyasının görünür açmazları ile, pek fazla şikâyet etmeden, yüz yıla yaklaşan bir süredir boğuşuyorlar. Ortaya koydukları gerçekleri genel entelektüel bilgi dağarcığımızda yerlerini fazla sorgulanmaya gerek kalmadan almış olan evrim kuramı ve evrenbilimden (Kozmoloji) farklı olarak, kuantum kuramı, (bazı fizikçiler için bile) hâlâ, sıradışı bir acayiplik, bazı teknolojileri geliştirebilmek için yararlı (ve başka da hiçbir şeye yaramayan!) bir “reçete”dir. Kuantum kuramının anlamı hakkında bilimciler arasında derin kafa karışıklığı süregitmekte, kuramın, içinde yaşadığımız evren hakkında bize acilen anlatmak istediği derin noktalar, günlük yaşam için hâlâ ‘anlamsız’ ve acayip olmayı sürdürmektedir. Ülkemizde de kuramın özümsenip tartışılması 1940’lı yıllara kadar gider (Bahadır, 2013). Konu, özellikle 1960’lar sonrasında üniversite fizik programlarında lisanslisansüstü düzeylerde ders ve tez konuları olarak ele alınmaya başlanmış, bu konuda çeviri ve telif çeşitli düzeylerde kitaplar yayımlanmıştır. Konuyu popüler olarak ele alan yayınların çokluğu (son olarak Prof. Baysal’ın Gribbin çevirisi, Şekil 1: Kuantum Kuramı’nın farklı yorumları, Roger Penrose (2005) tarafından bu şekilde özetlenmektedir. Robert Wald’e 2 0 1 3 ) , atfedilen “KK’na gerçekten inanırsanız ciddiye alamazsınız” kuantum ifadesi, farklı kuramların oluşturduğu, ilk bakışta çelişkili k u r a m ı görünen atmosferi özetlemektedir. KuBizm tüm kuramlar ve sonuçlarının arasında bir ortak taban yaratma amacındadır. Türk kamuoyunda ilgi ile karşılandığını göstermekte. 2001’den başlayarak, bir grup bilimci tarafından geliştirilmeye başlanan yeni model, söz konusu kuantum açmazlarını gidermek veya daha az sorunu bir şekle sokmak amacındadır (Fucks, 2013; Mermin, 2012). Kısaca “Kuantum Bayesçilik/KuBizm” (Quantum Bayesianism/QBism) olarak isimlendirilen bu model, kuantum acayipliklerinin kökeninde olan büyüklüğü –dalga fonksiyonunu yeniden yorumluyor. Kuantum kuramının yaygın versiyonuna göre, bir cisim, mesela bir elektron, bir dalga fonksiyonu tarafından temsil M M.E.Özel, Maltepe Üniv., MaltepeIstanbul ([email protected]) edilir. Bu fonksiyon, incelenen koşullar altında, elektron için bütün bilgilerin kaynağıdır. Onu, kısaca, temsil ettiği cismin özelliklerini tanımlayan bir matematiksel fonksiyon olarak tanımlayabiliriz. [Genelde dalga fonksiyonunu, Grekçe psi (?) harfi veya bazı gösterimlerde bra (I ? >) ve ket (<?I) işaretleri ile göstermek fizikçiler arasında yaygındır.] Elektronun, belirlenen koşullar altında, gelecekte nasıl davranacağını bilmek istersek, onun dalga fonksiyonunun zaman içinde nasıl evrileceğini hesaplamamız gerekir. Hesabın sonucu bize, elektronun sahip olacağı belli bir özelliğin (mesela nerede olup olmayacağının) olasılığını verir. Sorun, dalga fonksiyonunun gerçek bir varlık olduğunu kabul etmekle başlar. Geliştirilen yeni KuBizm kuramı, klasik kuantum kuramı ile olasılık kuramını birlikte ele alır ve dalga fonksiyonunun matematiksel bir araç olma dışında bir gerçekliğinin olmadığını kabul ederek işe başlar. KuBizm’de, dalga fonksiyonu, bir kullanım kılavuzu gibidir; gözlemcinin gezinmekte olduğu çevrede (kuantum dünyasında) akıllı kararlar verebilmesine yarayan bir araçtır. Özel olarak, gözlemci, kuantum sisteminin belli bir özelliğe sahip oluşu hakkındaki kişisel görüşünü oluşturmak için, bu fonksiyonu kullanır. Bu sırada, kişinin kendi seçimleri ve eylemleri, sistemi belirsizlikler içeren bir şekilde etkileyecektir. Başka bir gözlemci, aynı çevreyi kendi gördüğü gibi tanımlayan bir dalga fonksiyonu kullanarak, aynı kuantum sistemi hakkında tümüyle farklı bir sonuca ulaşabilir. Yani, bir sistem –bir olay gözlemci sayısı kadar dalga fonksiyonuna sahip olabilir. Gözlemciler birbirleri ile haberleştikten ve kendi dalga fonksiyonlarını yeni edindikleri bilgiler çerçevesinde gözden geçirdikten sonra, kendi içinde tutarlı bir görüş ortaya çıkacaktır. Bu şekilde ele alındığı zaman, dalga fonksiyonu, şimdiye kadar fizikçilerin oluşturmayı becerdiği en güçlü soyutlama olarak kabul edilmektedir. Dalga fonksiyonunun fiziksel bir gerçekliği olmadığı fikri, 1930’lara, kuantum kuramının kurucularından Niels Bohr’a kadar gider. Bohr’a göre dalga fonksiyonu kuantum kuramının hesap araçlarından biri ve tümüyle sembolik bir tasarımdır ve gerçekliği yoktur. Ancak, bu sadece bir söylem olarak kalmıştır ve söylemin matematiksel omurgası, ilk kez, KuBizm modeli ile oluşturulmaktadır. Yeni yaklaşım, kuantum kuramı ile Bayesçi Olasılık Kuramı’nı bir potada eritme amacındadır. Bilindiği gibi, 200 yıllık bir geçmişi olan Bayesçi kuramda “olasılık”, “öznel (subjective) bir inanç” gibidir. Kuram, yeni bilgiler ışığında, bu öznel inancın nasıl güncellenebileceğinin matematiksel kurallarını da verir. KuBizm’de dalga fonksiyonu, Bayesçi istatistik kuralları ile gözden geçirilecek, öznel bir inanç olarak yorumlandığında, kuantum mekaniğinin gizemli açmazları ortadan kalkmaktadır. Bir elektronu ele alalım. Herhangi bir anda bir elektronu algıladığımızda (kaydettiğimizde), onun belli bir konumu vardır. Ama onu gözlemiyorken, elektronun dalga fonksiyonu zamanla yayılır ki bu elektronun aynı anda bir sürü yerler de olabileceği duruma karşılık gelecektir. Tekrar bir gözlem yapılırsa, elektronu tekrar belli bir konumda buluruz. Standart yoruma göre, elektronu gözlemek, dalga fonksiyonunun tek bir belli konuma “çökmesine” neden olmaktadır. Çökme işlemi her yerde tam tamına aynı anda olacağı için, bunun, “yerellik” (locality) ilkesini bozuyor görünür. (Yerellik ilkesine göre, herhangi bir noktadaki değişim önce en yakın çevresini etkilemeli ve bu etkinin yayılma hızı ışık hızını aşmamalıdır.) Aynı anda her yerde “çökme” yorumu, tüm bunları ihlal etmektedir. Einstein bunu “uzaktan acayip etki” olarak isimlendirmişti. Kuantum kuramının başlangıcından beri, dalga fonksiyonunun çökmesi, fizikçilerce paradoksal ve derin rahatsızlık kaynağı bir durum olarak görülmüştü. Bu nedenle kuantum kuramının “Kopenhag Yorumu (BohrHeisenberg)”, “Yönlendirici/Güdücü Alan Yorumu (Einstein)”, “Çoklu Dünyalar Yorumu (Everett)”, “Ani Çökme Kuramları” gibi farklı versiyonları ortaya çıkmış (Şekil 1), bunların her biri, bazı alanlarda kısmi başarılar da sağlamışlardır (von Bayer, 2013). Önerilen KuBizm yaklaşımı ile hiçbir açmaz söz konusu olmamaktadır. ‘Dalga fonksiyonunun çökmesi’ olayı, yeni bilgi edindikçe, gözlemcinin olasılık hesaplarını aniden ve süreksiz şekilde gözden geçirmesinden başka bir şey değildir. Bunu, bir doktorun bir kanser hastası hakkındaki teşhisini, elde ettiği yeni CT (bilgisayarlı tomografi) verisi sonrasında değiştirmesine benzetebiliriz. Kuantum sistemimiz, acayip veya açıklanmaz bir değişim içinde değildir; değişim, gözlemcinin beklentilerini temsil eden dalga fonksiyonundadır. GERÇEKDIŞI KUANTUMLAR CBT 1410 18 /28 Mart 2014 Bu düşünce dizimizi, popüler kültürce de iyi bilinen (bakınız: Alatlı, 2007) “Schöredinger’in kedisi” açmazına uygulayabiliriz. Bu “düşünce deneyinde”, canlı bir kedi, kapalı ve içi görünmez bir kutu, bir parça zehir ve zehiri harekete geçirecek (radyoaktif bir atomun bozunmasına bağlı) bir ‘çekiçle zehir şişesini kırma’ mekanizmasından ibarettir. Radyoaktif atomun 1 saat içinde bozunma olasılığı %50 civarında olsun. Atom bozulursa zehiri açığa çıkaracak mekanizma kediyi öldürecek, bozunma olmazsa kedi canlı kalacaktır. Şimdi deneyi işletelim; fakat kutunun içine bakmayalım. 1 saat geçtiğinde, geleneksel kuantum kuramında, radyoaktif atomun dalga fonksiyonu iki olası durumun, atomun bozunmuş veya bozunmamış durumlarının birbiri üzerine bindirilmiş (süperpoze edilmiş) şekli olacaktır. Kutunun içine henüz bakmadığımızdan, bindirilme durumu sürecektir. Bozunma olursa zehir kutusunu kırarak ölüme yol açacak olan çekiç de zehir kutusu da 2durumlu konumlarını sürdüreceklerdir. Daha da şaşırtıcı olarak, standart kuantum formalizmine göre, kutu içindeki kedi de bindirmeli pozisyonda, yani, aynı anda hem canlı hem de cansız durumda olmalıdır. Dalga fonksiyonunun, kutunun içindeki kedinin nesnel bir özelliği değil de gözlemcinin nesnel olmayan (öznel) bir özelliği olduğu noktasın da ısrarcı olunursa, bu yaklaşım (yani K u B i z m ) Şekil 2 : Kuantum kuramının kurucularından ç e l i ş k i y i Schöredinger (küçük resim) tarafından çok o r t a d a n kullanılan bu metaforda, bir kedi hem canlı, hem ölü olabilmektedir. SCHRÖDİNGER’İN KEDİSİ NE OLACAK?