Bir yüzyıl boyunca, kuantum teorisi her deneysel testi geçti, ancak fizikçiler onu gerçekliğimizin bir resmini boyamak için nasıl kullanacaklarını veya hatta bunun mümkün olup olmadığını kabul edemezler.
Kuantum teorisi söz konusu olduğunda yorum gerçekten ne anlama geliyor?
Bin fizikçi sorarsanız, hepsi aynı fikirde olmazdı. Bu ifade, evrenin sonsuz olup olmadığı, karanlık maddenin ne yapıldığı, tellerin nasıl mükemmel bir şekilde yürütülmesini sağlayacağını – herhangi bir sayıda konu için geçerli olabilir – ancak bu sadece soyut değildir. Birkaç hafta önce, bir ekip Doğa Alanı tam olarak bu şekilde bölen bir soru sordu. Kuantum mekaniğinin tercih ettikleri yorumlarını istemek için 1100 fizikçiyi araştırdılar. Sonuç? “Çılgınca katılmıyorlar”.
Bu benim için sürpriz değil – raporumda kuantum deneylerinden elde edilen bulguları her zaman farklı yorumlayan fizikçilerle karşılaşıyorum. Yani, her biri aynı denklemlere veya deneysel sonuçlara bakabilir ve bize gerçek hakkında ne anlattığına dair farklı bir fikirle gelebilirler.
Peki, bu anlaşmazlık ve yorumlama meselesi aslında ne kadar önemli? Her şeyden önce, şimdi 100 yıl geçirdiğimiz bir fizik dalı olan kuantum mekaniği ile ilgili olarak, amansız bir test piline tabi tutarak gerçekleşmesi garip. Bunu inkar etmenin bir yolu yoktur: Kuantum mekaniği teorisi, çok küçük veya çok soğuk olan her şeyin davranışını yöneten bir dizi mantıksız fizik yasası, inanılmaz bir bilimsel başarıdır. Tüm testlerimizi uçan renklerle geçmekle kalmadı, aynı zamanda elektronik cihazlarımıza ve interneti mümkün kılan fibreoptik güçlendiren transistörler gibi teknolojiler oluşturmamıza izin verdi. New Hampshire’daki Dartmouth College’da Peter Lewis, “Kuantum Mekaniği, hem teorik olarak hem de uygulamalı anlamda inanılmaz derecede başarılı bir şekilde devam ediyor” diyor.
Yine de, kabaca söylemek gerekirse, fizikçilerin denklemleri nasıl yazacaklarını ve cihazları oluşturacaklarını bildikleri için, her şeyin ne anlama geldiğini her zaman bilmiyorlar veya kabul etmezler. Kuantum mekaniğinin dünyamızın nesnel fiziksel gerçekliğini nasıl yakalayıp yakalamayacağı konusunda anlaşamazlar. . Doğa Araştırma kadar çok şey gösteriyor: Kuantum mekaniğinin Kopenhag Yorumu – fizikçileri elektron gibi kuantum nesnelerinin gerçek doğasını sormaktan caydırıyor ve onları “kapatmak ve hesaplamak” için onları ifade ediyor, çünkü kelimeler objektif olarak gerçek bir şeyle açık bir şekilde eşleştirilemiyor – ancak katılımcıların sadece yüzde 36’sı güvenini kazandı. Diğerleri, stoklarını, özgür iradeyi ortadan kaldırmaya ve her şeyin önceden belirlenmiş olduğunu belirten birkaç olası cevaplar arasında, sonsuz büyük bir evrene veya süper deterministik teorilere abone olmasını gerektiren birçok dünya yorumuna koydu. Çarpıcı bir şekilde, tercih ettikleri yorumların doğru olmasına güvenen fizikçilerin yüzdesi düşük yüzde 24 idi.
Fizikçilere kuantum teorisinin bazı zımbaları sorulduğunda da anlaşmazlıklar ortaya çıktı: dalga fonksiyonu adı verilen merkezi matematiksel nesnesi, kuantum dolaşım adı verilen parçacıklar arasındaki ayrılmaz bağlantı ve hatta tüm maddenin gizli bir dalga benzeri doğası olduğunu belirleyen ünlü çift katlı deney. Elizabeth Gibney, anketin analizinde sadece anlaşmazlığın değil, aynı zamanda fizistler arasında kuantum mekaniğinin temelleri hakkında ne kadar değil, aynı zamanda fizistler arasında ne kadar değil, aynı zamanda seçtikleri yorumun tutarsız veya farklı anlayışlarını gösteren takip sorularına aynı cevap vermediler.
Lewis, bu durumun – çarpıcı teknik başarı ve mutlak felsefi kargaşa kombinasyonu – bilim tarihinde benzersiz olduğunu söylüyor. Bu durumdan ne yapılması da belirsizdir. Bir fizikçi, alan için utanç verici olduğunu öne sürdü, ancak bir diğeri çeşitli görüşlerin olumlu bir şey olduğunu savundu. En çok eğildiğim kararımı vermeye çalışırken, “yorum” kelimesine sıkıştığımı fark ettim. Aslında neyi temsil ediyor ve bir yorumu makul veya rekabetçi yapan nedir? Bu yüzden kaynağa geri döndüm, her neyse: İlk kuantum mekaniği profesörümü aradım.
Chicago Üniversitesi’nden Jeffrey Harvey, “Kuantum mekaniğinin yorumlarını düşündüğümde, bu benim için çok fazla fizik olmayan, ancak daha fazla felsefe, belki psikoloji anlamına geliyor” diyor. Sınıfını matematiksel olarak zorlayıcı olarak hatırlıyorum ve matematiksel olarak soyut “Hilbert uzayında” dalga fonksiyonlarının “yaşadığını” öğrenindeki heyecanımın anıları aklımda canlı. Ancak, boğuştuğumuz matematiğin odder sonuçlarını nasıl yorumlayacağına dair açık tartışmaları hatırlayamadım. Harvey, öğrencilere deneysel olarak ayırt edilebilecek çerçevelerden ziyade “zihinsel modeller” rekabet ettikleri için farklı yorumlar hakkında bilgi vermek konusunda isteksiz olduğunu söylüyor. İki yorum aynı denklemlerden kaynaklanıyorsa ve aynı deneysel gözlemler kümesini tahmin ediyorsa, neden diğerini tercih ediyorsunuz? Harvey, “Bu bir tür agnostik bakış açısı. Bir seçim yapmaya zorlanmadığım bir şey hakkında açık fikirli tutmayı tercih ederim” diyor.
Jonte Hance ise İngiltere’deki Newcastle Üniversitesi’nde, kelime yorumunu çok gevşek kullanmaya karşı uyarıyor. Bazı yorumlar aslında teorinin kalbine denklemler ekledikleri veya değiştirdikleri için kuantum mekaniğinin uzantılarıdır. Lewis, “Buradaki sorunun bir kısmı, insanların bir yorumun ne olduğu ve neyin gerekli olduğu, kuantum mekaniğinin karşı karşıya olduğu sorunların tam olarak ne olduğu konusunda hemfikir olmadıklarıdır” diyor. . Doğa Anket, katılımcıların sekiz yorumda cevaplarını bozdu ve Lewis, bazılarının kuantum mekaniğinin temel kurallarına bileşenler eklese de, bazılarının Kopenhag Yorumu gibi bazılarının bu kuralları yorumlamaya ihtiyaç duyma sorusunu saptadığını belirtiyor.
Bunu anlamak için, genellikle bir fizikçinin kuantum nesnesi hakkında herhangi bir şeyi belirlemek veya tahmin etmek için çözmeye çalışacağı denklem olan ünlü Schrödinger denklemini düşünmeye yardımcı olur. Kuantum mekaniğinin bazı yorumları-örneğin, birçok dünya yorumu-Schrödinger denklemini orijinal olarak yazıldığı gibi değiştirmeden kullanır. Günlük yaşamda kuantum etkilerini neden görmediğimizi çözmeyi amaçlayan spontan-collapse teorisi olarak adlandırılan başka bir yorum, Schrödinger denklemine yeni bir fiziksel süreci temsil eden ekstra semboller ve sayılar ekliyor. Hance, bunun teknik olarak ikincisini bir yorumdan ziyade bir uzatma haline getirdiğini söylüyor. Bu durumda, dünyamızın gerçekten Schrödinger denkleminin değiştirilmesini isteyip istemediğini tespit edecek deneysel bir test formüle etmek mümkün olabilir.
Bu, Harvey gibi araştırmacıları agnostismi geride bırakmaya zorlayabilecek kanıtlar olacaktır. Hance, kuantum mekaniğinin başarılı bir şekilde uzantısının, teorinin halihazırda iyi eşleştiği birçok deneyi açıklayabileceğini, ancak aynı zamanda açık bir şekilde farklı ve somut olarak test edilebilir tahminler yapması gerektiğini söylüyor.
Aynı zamanda, konuştuğum her üç araştırmacının da, birçok fizikçinin kuantum mekaniğinin yorumlarıyla yüzleşmek zorunda kalmadan günlük çalışmalarına mutlu ve başarılı bir şekilde devam edebileceğini kabul etti-kuantum mekaniğinin ne kadar başarılı olduğunun başka bir işlevi. Bu, kısmen, Harvey ile sınıfımın neden kuantum mekaniğini yorumlamaya dair bir ders içermediği: sadece onu kullanmak için eğitiliyordum. Lewis, “Kuantum mekaniğinin çoğu inovasyon ve uygulaması devam ettikçe, (yorumlama) önemli olduğunu görmüyorum. Sadece bir tür felsefi perspektiften önemli” diyor Lewis.
Ancak bu, yorumları düşünmenin, kelimenin en katı anlamında bile, rakip yorumların rakip deneysel tahminler üretmediği yerler olmadığı anlamına gelmez. Harvey, “Fizikçilerin fizikçilerin fiziksel bir parçası olmayabileceği zihinsel modeller, ancak insanların yeni fikirler geliştirdiklerinin önemli bir parçası olabilirler. Bu anlamda, zihinsel modellerin çeşitliliği muhtemelen fizikçilerin kuantum mekaniğinden farklı şekillerde ortaya çıkan yeni fikirleri keşfetmesine yardımcı olması için iyi bir şey” diyor Harvey.
Bunun ötesinde ve özellikle kuantum mekaniğinin uzantıları söz konusu olduğunda, felsefi bakış açısı da hapşırılacak bir şey değildir. Lewis için, kuantum mekaniğinin yararlılığı ve anlamı arasındaki tarihsel olarak eşi görülmemiş bu çatlak, bilimin sınırları ve bilimin neler yapabileceği ve yapamayacağı hakkında nasıl düşündüğümüz hakkında dersler içerebilir. Kuantum mekaniğinin onu gerçekten iyi tanımlayan dünyanın matematiksel bir modeli olması, ancak bunun ne anlama geldiğini geliştiremeyiz ve kabul edemeyiz, ambalajlamaya değer bir şeydir.
Hance de benzer şekilde anlam yapmanın fiziğin ayrılmaz bir parçası olduğunu savunuyor. Konuştuğumuzda, Elon Musk’un sosyal medyada nasıl araştırmacı olmadığı, sadece mühendisler hakkında yayınladığını görüp görmediğimi soruyorlar. Yapmadım, ama iddianın ne kadar indirgeyici olduğundan çok etkilendim. “Bana göre… sadece denklemleri kranklamak sadece mühendisleri yapmaktır. Bazı insanlar mühendis olmayı seçerler, ama kesinlikle yapmadım. Buradayım çünkü gerçekte neler olduğunu bulmak istiyorum” diyor Hance. Bu, mühendislerin meraktan kaynaklanmadığı anlamına gelmez, ama ben de varoluşsal bir huzursuzluk gibi hissediyorum, sadece bir şeyin nasıl çalışacağını değil, aynı zamanda temel şeyinin ne olduğunu bilmek istemek. Bu, fizikçileri yüzyıllardır geceleri ayakta tutan bir soru ve neredeyse kesinlikle bunu yapmaya devam edecek.
