Kuantum mekaniği neden geçmişin gerçek olmadığını söylüyor?

Ünlü çift yarık deneyi maddenin doğasını sorguluyor. Kuzeni olan kuantum silgi deneyi, zamanın varlığını ve onu ne kadar manipüle edebileceğimizi sorgulamamıza neden oluyor

Aşağıdakiler Lost in Space-Time haber bültenimizden bir alıntıdır. Her ay evrenin dört bir yanından büyüleyici fikirlere dalıyoruz. Yapabilirsiniz Lost in Space-Time’a buradan kaydolun.

Adolf Hitler 30 Nisan 1945’te öldü. En azından resmi tarih böyle söylüyor. Ancak bir avuç tarihçi kanıtlara karşı çıktı ve Führer’in savaşın yıktığı Berlin’den kaçtığı ve bir yerlerde saklanarak yaşadığı konusunda ısrar etti. İkinci açıklama bugün temelsiz bir komplo teorisi olarak geniş çapta reddedilse de, hiçbir rasyonel tarihçi, tartışmalı kanıtlar ne olursa olsun, en azından “meselenin bir gerçeği” olduğundan şüphe edemez. Hitler o gün ya öldü ya da ölmedi. Hitler’in 2 Mayıs 1945’te hem hayatta hem de ölü olduğunu söylemek pek mantıklı olmaz. Ancak Adolf Hitler’in yerine Erwin Schrödinger’in ünlü kedisini koyarsanız, “meselenin tarihsel gerçekleri” ciddi anlamda karanlık hale gelir.

Schrödinger, tarihteki en başarılı bilimsel teori olan kuantum mekaniğinin kurucularından biriydi. Kimyanın, parçacık fiziğinin, malzeme biliminin, moleküler biyolojinin ve astronominin büyük kısmının temelini oluşturur ve bize lazerlerden akıllı telefonlara kadar baş döndürücü teknolojik harikalar sunar. Sorun şu ki, tüm zaferlerine rağmen, en dipteki kuantum mekaniği hiçbir anlam ifade etmiyor gibi görünüyor.

Günlük yaşamda, masa ve sandalyeler gibi nesnelerin, kimsenin bakıp bakmamasından bağımsız olarak bir konum ve yönelime sahip olmak gibi belirli, iyi tanımlanmış özelliklere sahip olduğu, “dışarıda” gerçek bir dünya olduğunu varsayarız. Makroskobik dünyada bir nesneyi gözlemlediğimizde, önceden var olan bir gerçekliği ortaya çıkarırız. Ancak kuantum mekaniği, gerçekliğin belirsizliğe ve bulanıklığa dönüştüğü atomların ve atom altı parçacıkların mikro dünyasıyla ilgilenir.

Kuantum belirsizliği, geleceğin tamamen şimdiki zaman tarafından belirlenmediği anlamına gelir. Örneğin, bir elektron bilinen bir hızla ince bir bariyere ateşlenirse geri sıçrayabilir veya bariyeri geçerek uzak tarafa uçabilir. Ya da eğer bir atom uyarılmış duruma getirilirse, bir mikrosaniye sonra hala uyarılmış olabilir ya da bozunup bir foton yaymış olabilir. Her iki durumda da hangisinin olacağını kesin olarak tahmin edemeyiz; sadece bahis oranları verilebilir.

Ve çoğu insan geleceğin bir şekilde açık olduğunu kabul etmekte rahat. Ancak kuantum bulanıklığı aynı zamanda şunu da ima eder: geçmiş bitmiş bir anlaşma da değil. Yeterince iyi bir ölçeğe bakıldığında tarih, teknik olarak süperpozisyon olarak adlandırılan alternatif gerçekliklerin bir karışımına dönüşüyor.

Kuantum mikro dünyasının bulanıklığı, bir ölçüm yapıldığında keskin bir şekilde odak noktasına gelir. Örneğin, bir elektron üzerinde konum ölçümü yapabilir ve onun belirli bir konuma sahip olduğunu bulabilirsiniz. Ancak kuantum mekaniğine göre bu, elektronun var olduğu anlamına gelmez. zaten orada ölçümden önce, gözlem yalnızca tam olarak nerede olduğunu ortaya koyar. Aksine, ölçüm, önceki bir konumsuzluk durumundan bir yerde bulunan bir elektronu yansıtır.

Eğer öyleyse, elektron gözlemlenmeden önce nasıl düşünmeliyiz? Her biri farklı bir durumu temsil eden, uzaya dağılmış çok sayıda yarı gerçek “hayalet elektron” hayal edin. potansiyel gerçeklik, bir belirsizlik durumunda geziniyor. Bazen bu, elektronun aynı anda birçok yerde olduğu söylenerek anlatılır. Sonra – vah! – belirli bir “kazanan hayaleti” somut gerçekliğe dönüştürerek rakipleri yok etmeye hizmet eden bir ölçüm yapılır.

Deneycinin sonuç üzerinde herhangi bir seçeneği var mı? Kazanan hayaleti seçmeye gelince değil; bu rastgele şansa bağlıdır. Ancak yine de işin içinde bir seçim unsuru var ve bu, kuantum gerçekliğini anlamak için çok önemli. Deneyci, bir konum ölçümü yapmak yerine elektronun hızını ölçmeyi seçerse, o zaman bulanık önceki durum yine keskin bir sonuca ulaşır – ancak bu sefer bir yerde-elektron değil, hızı olan bir elektron yaratılır. Ve hızı olan bir elektronun dalga gibi davrandığı bulunmuştur. Parçacık olan bir yerde bulunan elektronla aynı varlık değildir. Açıkçası, elektronlar bir şekilde hem dalga hem de parçacıktır; hangi yönü tezahür ettirdikleri, birinin onları nasıl sorgulamayı seçtiğine bağlıdır.

Özetle: Elektrona ne olacağı (ileriye doğru giden bir dalga gibi mi yoksa bir parçacık gibi mi davranacağı) deneycinin onu gözlemlemek için ne tür bir ölçüm yapmaya karar verdiğine bağlıdır. Elbette tuhaf, ama iş burada gerçekten tuhaflaşıyor: aynı zamanda sahip olmak atomun başına gelen önce ölçüm deneycinin kararına bağlıdır! Yani elektronun doğası geçmişte – dalga veya parçacık – bu seçime göre belirlenir. Sanki bir şey zamanda geriye ulaşıyor ve “dışarıdaki” dünyanın şeklini etkiliyor gibi görünüyor. öyleydiölçümden önce.

Bu zaman yolculuğu mu? Retronedensellik mi? Telepati? Tüm bu kelimeler kuantum fiziği hakkındaki popüler makalelerde tartışılıyor, ancak en uygun açıklama kara delik terimini türeten fizikçi John Wheeler tarafından yapıldı: “Geçmişin, şimdiki zamanda kaydedildiği şekli dışında hiçbir varlığı yoktur” diye ilan etti.

Wheeler’ın açıklaması çok derin bir söz gibi görünüyor ama bunu kanıtlayacak gerçek bir deney var mı? Gerçekten de var, ilk kez 1980’de Baltimore’daki Hilton otelinde kahvaltı için buluştuğumuzda Wheeler’ın kendisinden öğrendiğim gibi. Yemek, adama özgü şifreli bir soruyla başladı: “Bir fotonun hayaletini nasıl tutarsınız?” diye sordu. Şaşkınlığımı gören Wheeler, klasik bir kuantum deneyi için hayal ettiği yeni bir değişikliği açıklamaya devam etti. Işıkla yapmak en kolayıdır, ancak elektronlarla ve hatta bütün atomlarla da yapılabilir.

İlk kez 1801 yılında İngiliz bilgin Thomas Young tarafından gerçekleştirilen deney, ışığın dalga doğasını gösterme girişimidir. Young, birbirine yakın iki dar yarıkla delinmiş bir ekran kurdu ve onu belirli bir ışık noktasıyla aydınlattı. Işık yarıklardan geçerek ışık kaynağından biraz daha uzaktaki ikinci bir ekrana düşüyor. Young ne gördü? Tahmin edebileceğiniz gibi iki kirli ışık bandı değil, girişim saçakları adı verilen bir dizi parlak ve karanlık şerit. Bunlar, her yarıktan geçen ışık dalgalarının yayılması ve adım adım geldikleri yerde (tepeden zirveye, çukurdan çukura) parlak bir yama oluşturacak şekilde güçlenmeleri ve adım dışı ulaştıklarında birbirlerini iptal etmeleri ve karanlık bir yama oluşturmaları nedeniyle ortaya çıkarlar.

Kuantum mekaniği, fizikçilerin ışığın dalgalardan mı yoksa foton adı verilen parçacıklardan mı oluştuğunu tartıştığı zaman başladı. Artık tıpkı elektronlar gibi cevabın da her ikisi olduğunu biliyoruz. Ve modern teknolojiyle Young’ın deneyini her seferinde bir fotonla gerçekleştirebilirsiniz. Her foton ikinci ekranda küçük bir nokta oluşturuyor ve zamanla birçok nokta, Young’ın keşfettiği ayırt edici çizgileri gösterecek şekilde benekli bir desen oluşturuyor. Bu kafa karıştırıcı görünüyor: Eğer bir foton küçük bir parçacıksa mutlaka içinden geçmelidir. herhangi biri bir yarık veya diğeri. Ancak ikisi birden Girişim desenini oluşturmak için yarıklara ihtiyaç vardır.

Kurnaz bir deneyci herhangi bir fotonun hangi yarıktan geçtiğini görmeye karar verirse ne olur? Bu, yarıkların yakınına bir dedektör yerleştirilerek kolaylıkla başarılabilir. Bu yapıldığında girişim deseni ortadan kalkar. Karışmanın tespiti aslında fotonun kendisini bir parçacık olarak göstermesine ve böylece onun dalga benzeri doğasını ortadan kaldırmasına neden oldu. Aynısını elektronlar için de yapabilirsiniz; hangi yarıktan geçtiklerini keşfedebilir ve çizgili bir desen bulamayabilirsiniz veya her elektronun yolunu belirsiz bırakıp çizgileri gözlemleyebilirsiniz (birçok elektron deseni oluşturduktan sonra). Böylece deneyci, görüntü ekranına çarptığında dalga gibi mi yoksa parçacık gibi mi davrandığına foton foton veya elektron elektron karar verecek.

Şimdi Wheeler’ın dönüşüne geçiyoruz. Bakma ya da bakmama kararının önceden verilmesi gerekmiyor. Aslında, foton (veya elektron) yarık sisteminden geçip görüntü ekranına doğru yola çıkana kadar bırakılabilir. Aslında deneyci geriye bakıp fotonun hangi yarıktan çıkıp çıkmadığını görmeyi seçebilir. Anlaşılır bir şekilde gecikmeli seçim deneyi adıyla anılan bu kurulum yapıldı ve sonuçların beklendiği gibi olduğu kesin. Deneyci göz atmaya karar verdiğinde fotonlar toplu olarak şeritler oluşturmaz; fark edilmediklerinde bunu yaparlar. Sonuç? Gerçek şu ki öyleydi – ışığın her iki yarıktan da geçen bir dalga gibi mi yoksa bir yarıktan geçen bir parçacık gibi mi davranacağı deneyi yapan kişinin daha sonraki seçimine göre belirlenir. Şunu belirtmeliyim ki, gerçek deneyde, sonuçları çarpıtabilecek yanlılığı önlemek için “seçim” otomatikleştirilmiş ve rastgele seçilmiştir, çünkü her şey insanın tepki süresinden daha hızlı gerçekleşir.

Gecikmeli seçim deneyi geçmişi değiştirmez. Aksine, deneyin yokluğunda birçok geçmiş, yani iç içe geçmiş çoklu gerçeklikler vardır. Neyin ölçüleceği konusunda bir seçim yapıldığında bu geçmişlerin bazıları ayıklanır. Seçimin etkisi, geçmişteki kuantum bulanıklığının bir kısmını azaltmak ve benzersiz bir geçmiş belirlemese bile en azından yarışmacıların sayısını daraltmaktır. Bu yüzden buna bazen kuantum silgi deneyi deniyor.

Gerçek deneyde geriye bakma süresi yalnızca nanosaniye kadardır, ancak prensipte bu süre evrenin başlangıcına kadar uzanabilir. Ve aslında Wheeler’ın fotonun hayaletini ayakta tutmaya ilişkin şifreli sorusunun ardındaki anlam da buydu. Uzak bir kozmik ışık kaynağının, araya giren bir kara delik tarafından yerçekimsel olarak merceklendiğini, ikiz ışık yollarının Dünya’ya yaklaşmadan önce kara deliğin karşıt tarafları etrafında büküldüğünü, kozmik ölçekte iki yarık deneyine biraz benzediğini tasavvur etti. Fotonun bir hayaleti bir yoldan gelebilir, diğer hayalet muhtemelen daha uzun bir yolu kullanarak buraya bir ay daha ulaşamayabilir. Böyle bir kozmik girişim deneyini gerçekleştirmek için, ilk hayaleti birleştirmeden önce ikincinin gelişini bekleyecek şekilde bir şekilde saklamanız veya “beklemeniz” gerekir, böylece orijinal Young deneyinde olduğu gibi dalgalar aynı anda üst üste gelir.

Einstein bir zamanlar geçmişin, şimdinin ve geleceğin sadece illüzyon olduğunu yazmıştı. Bunda yanılıyordu. Hata “the” sözcüğünde yatıyor. A Geçmiş bugün tarihsel kayıtlarda mevcuttur, ancak makroskobik ölçekte benzersiz bir anlatı oluşturacak şekilde bir araya getirilmiş çok sayıda harmanlanmış “hayalet geçmiş”ten oluşur. Ancak kuantum düzeyinde, insan deneyiminin ötesinde yer alan bulanık kısmi gerçekliklerin bir karışımına dönüşüyor.

Paul Davies teorik fizikçi, kozmolog, astrobiyolog ve çok satan bir yazardır. Quantum 2.0 adlı kitabı Kasım 2025’te Penguin tarafından yayınlandı.