Bu yazı Bugün: 1 Toplam: 16125 kez okunmuştur. EPR Deneyi

Hazırlayan : Ramazan KARAKALE

                                                                                       EPR Deneyi
      Einstein,kuantum kuramının olasılıkçı yorumuna ve belirsizlik ilkesine duyduğu kuşkuyu ömrü boyunca sürdürdü. Son aktif çıkışını iki arkadaşıyla birlikte 1935'te yaptı. Bu yaylım ateşte olasılık genliklerinin nesnel gerçeği tanımlamaktan uzak olduğu ve dolaysıyla kuantum kuramının tam ya da tamamlanmış bir kuram olmadığı öne sürülüyordu. Bu makalede özgün bir deney anlatımı yoktur. Deney önerisini 1951'de David Bohm ileri sürmüştür. Yine de EPR Deneyi diye anılan bu deneyde,  başlangıçta birleşik olan ve sonra ayrılan iki parçacığın birbiriyle "ilişkisi" tartışılır.  Bir helyum atomundaki zıt spinli  iki elektron ya da nötr piyondan oluşan bir elektron pozitron çifti böylesi bir parçacık çiftine örnektir. Elektron-pozitron çiftini örnek alalım. Zıt yönlerde hareket eden elektron ve pozitrondan diyelim ki elektronun spinini saat yelkovanı yönünde ölçersek, yolu yok pozitronun o andaki spini saat yelkovanının tersi yöndedir! Bu,açısal momentumun korunumu gereği böyledir (Daha teknik bir dille konuşursak elektron ve pozitron spini 1/2 olan parçacıklardır.  Sıfır spinli piyondan doğdukları için elektronu +1/2 spinli bulursak, pozitronu kesinlikle -1/2 spinli bulacağız demektir).Şimdi bu iki parçacık arasındaki "ilişki",yani birinin ötekinin spinini "belirlemesi", bunlar birbirinden çok uzaklarda iken de sürer mi? İşte tartışmanın ana noktası burasıdır. Çünkü kuantum kuramı,böyle bir ilişki olasılığını sıfır görmez iken,yerel nedensellik bunun olamayacağını ileri sürer. İşi, EPR lehine biraz daha abartarak söylemek gerekirse elektron ile pozitron ışık yıllarıyla anlatılan bir uzaklıkta olsa bile aralarında bir "ilişki" olduğu ortaya çıkıyor! Böyle bir ilişki her şeyden önce özel görelilik kuramıyla çelişiyor. Çünkü eğer elektron ve pozitron ışık yıllarıyla birbirinden uzak ise birbirinden nasıl haber alıyor! Haber alıyor demek,ışıktan hızlı bilgi iletiliyor demektir.  Bilim, bu esrarengiz gibi görünen olayı nasıl açıklamaktadır?

 Albert Einstein, 1930'da öne sürdüğü Kutudaki Saat deneyinden sonra Kuantum kuramının Kopenhag yorumuna karşı son büyük çıkışını 1935 yılında yaptı.  Einstein, kuantum kuramının temelde eksik,tamamlanması gereken,nesnel gerçek anlayışımızla bağdaşan,belirsizlik ilkesinin aşıldığı bir niteliğe bürüneceğini düşündü."Sağ duyuyu parçalamak,atomu parçalamaktan zordur" diyen büyük dahi, en sonunda sağ duyunun girdaplarını aşamadı.  

Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen tarafından 1935'te öne sürülen bir düşünce deneyi vardır. Bu deney,üç yazarın soyadlarının baş harfleriyle anılır: EPR Deneyi. Düşünce deneyi, bilim ve felsefe dünyasında büyük tartışmalara yol açtı. Bir radyoaktif atomun bozunduğunu ve zıt yönlerde,zıt spinlere sahip iki parçacık saldığını düşünelim. Parçacıklardan yalnızca birine bakan bir gözlemci,onun sağa mı yoksa sola mı döneceğini öngöremez. Ancak gözlemci örneğin sağa döndüğünü ölçerse,diğer parçacığın sola döneceğini ve bu parçacığın sola doğru döndüğünü ölçerse,diğer parçacığı sağa doğru döneceğini kesinlikle öngörebilir. Einstein'a göre bu deney, kuantum kuramının saçmalığını gösteriyordu. Çünkü diğer parçacık o sırada galaksinin öbür tarafında olsa bile döndüğü yön hemen bilinebilirdi. Burada iki parçacığın birbirine bağlı olduğunun ve aralarında iletişim kurulduğunun düşünülmesi yatmaktadır. İki parçacık arasında nedensel bir ilişki kurulmaya kalkışılırsa onların ışık hızını aşan bir hızla telepati kurdukları sonucuna varılır. Bu da saçmalıktır. Burada sorun yine ölçme sorununa gelmektedir. Acaba biz diyelim ki bize doğru ışık hızıyla gelen parçacığın spinini ölçebilir miyiz?Hayır,bizim önümüzden geçen parçacığın spininin sağa mı sola mı doğru olduğunu ölçemeyiz!

Bununla birlikte bilim adamlarının çoğu şaşıranın kuantum kuramı değil, Einstein olduğunda hemfikirdi. Einstein- Podolsky-Rosen düşünsel deneyi,ışıktan hızlı bilgi gönderilebileceğini kanıtlamaz. Aksi taktirde asıl saçmalık bu olurdu. Hawking şöyle diyor:" Bir kişi kendi parçacığında yapılan ölçüm sonucunda, spinin sağa doğru olmasını seçemeyeceğinden,uzaktaki bir gözlemcinin parçacığında yapılan ölçümün sonucunda da spinin sola doğru çıkmasını öngöremez. Bu düşünsel deney, aslında tam olarak kara delik ışımasında gerçekleşen şeydir. Sanal parçacık çiftinin,ikisinin kesinlikle zıt spinleri olacağını öngören bir dalga fonksiyonu bulunacaktır. Ancak parçacıklardan biri kara deliğe düşerse geriye kalan parçacığın spininin kesin olarak öngörülmesi olanaksızdır. Bizim asıl yapmak istediğimiz ise giden parçacığın spinini ve dalga fonksiyonunu öngörmektir; bunu karadeliğe düşen parçacığı gözlemleyebilirsek gerçekleştirebiliriz. Ancak bu parçacık artık karadeliğin içindedir;burada spini ve dalga fonksiyonu ölçülemez. Bu nedenle kaçak parçacığın spini veya dalga fonksiyonu öngörülemez. Bu parçacık, farklı olasılıklarla,farklı spinlere ve farklı dalga fonksiyonlarına sahip olabilir. Ancak eşsiz bir spine veya dalga fonksiyonuna sahip değildir. Böylece,geleceği öngörme yeteneğimiz daha da azalmış görünür. Belirsizlik ilkesi,parçacıkların konum ve hızlarının birlikte kesin olarak öngörülemeyeceğini gösterdiğinden,hem konumların,hem de hızların öngörülebileceği hakkındaki Laplac'a ait klasik düşüncenin değiştirilmesi gerekiyordu."

Bizim için bugüne dek bilimsel çalışmalarımıza ve düşüncelerimize temel oluşturmuş olan imgelerden vazgeçmenin ne kadar zor olduğunu bir kez daha anladım. Einstein.tüm yaşamını sağlam,değişmez yasalara göre işleyen,bizden bağımsız,dışarıda uzay ve zamanda geçen fiziksel fenomenlerin objektif dünyasına adamıştı. Kuramsal fiziğin matematiksel sembolleri,bu objektif dünyayı çizmek ve böylece bu dünyada gelecekte olabilecek fenomenler hakkında önceden tahminde bulunmayı mümkün kılmalıydı. Şimdi ise atomlara kadar inildiğinde,zaman ve uzayda böylesine objektif bir dünyanın asla olmadığı ve kuramsal fiziğin matematiksel sembollerinin gerçek olanı değil, mümkün olanı verebileceği iddia ediliyor. Einstein, ayakları altındaki zeminin çekilmesine hazır değildi. Ama daha sonra kuantum kuramı fiziğin önemli bir bölümünü oluşturduğunda Einstein görüşünü değiştiremedi. O, kuantum kuramını atomsal görüngülerin geçici,kesin olmayan bir açıklaması olarak gördü.
   "Tanrı zar atmaz" cümlesi Einstein'in hiçbir şekilde sarsılmasına izin vermediği bir ilkeydi. Bohr buna sadece şöyle yanıt verebiliyordu: "Ama tanrının dünyayı nasıl yöneteceğini göstermek bizim gücümüz değildir." 

Einstein, Podolsky ve Rosen  (Kochen and Specker'den)
 

  1.  1935 yılında Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen,Physical Review 'de Fiziksel Gerçekliğin Kuantum Mekaniksel Açıklaması Tamamlanmış Olarak Düşünülebilir mi?adlı bir inceleme yayımladılar. İnceleme, birleşik çok parçacıklı sistemlerde parçacık ilişkilerini tatırtışmaya açtı. EPR bu tip sistemlerin kuantum açıklamasının doğruluğunu değil tamamlanmış olmasını sorgulamak için tartıştı.

    John Bell, 1964'te EPR düşüncesinin David Bohm versiyonunu kullanarak onlara karşı çıktı: EPR'nin yerellik düşüncesi yanlıştır ve bu da kuantum kuramını tutarsızlıktan kurtarır.

    Kuantum mekaniğinde yerellik hala tartışılmaktadır.
     

  2. EPR gerçekçi olmayan bazı kuantum mekaniği düşünürlerini utandırmayı hedefliyordu. Başlangıçta birleşik ama rastgele ayrılan iki parçacıklı bir sistemi ele almayı önerdi.

    EPR'in çıkış noktası ve temel düşüncesi,bizim çiftin birinin bir özeliğini ölçebileceğimiz ve ardından da ikincinin benzer bir özelliğini ölçmenin sonuçlarını öngörebileceğimizdir. EPR'ye göre ikinci parçacığın özelliği,birincinin ölçülmesinden sonra öngörülebilir(tahmin edilebilir) olduğundan "gerçek"tir. (EPR parçacıklarının özellikleri,Bell'in iş arkadaşı olan Dr.  Bertlemann'ın mutlaka uyumsuz olan çoraplarına benzetilebilirdi. Dr. Bertelemann'ın çorabının tekini gördüğünüzde,çorapların gerçek olması gerçeğine dayanarak,diğer benzeriyle ilgili tahminler yapabilirsiniz: biri pembeyse öteki değil gibi.Şekilde Dr. Bertelemann'ın çorapları ve gerçekliğin doğası.

     EPR'nin iddiası: Birinci parçacığın başka bir özelliğini,belki de ters,çelişen bir özelliğini bile ölçebiliriz ve böylece çiftin diğer teki olan ikinci parçacığın ilgili özelliğini bilebiliriz. İkinci parçacığın bu "ilgili diğer özelliği" "gerçek" olacaktır. 

    Yerellik varsayımı:  Önce belki de şu anda galaksinin diğer ucunda olan ikinci parçacığa hiç bulaşmıyoruz. Başlangıçta sadece birinci parçacığı ölçüyoruz. EPR'ye göre birinciyi ölçerek tabii ki kesinlikle uzakta olan ikincinin gerçek durumunu değiştiremeyiz. Birinci parçacığın her iki ölçümünü de yapabildiğimiz için ve yerellik varsayımıyla bu sadece kendi başına ikinci parçacığı etkilemeyeceğine göre,ikinci parçacığın,her iki olası özelliği için birinci parçacığın ölçümlerine dayanan önceden ayarlanmış gerçek değerler olmalıdır.

    Kuantum kuramına göre birbirini tamamlayan değişkenler olduğunda(momentum,konum;enerji ve zaman gibi) iki özellik aynı anda varolamaz. Oysa EPR bu sonuca varmıştır:Dünyanın kuantum kuramında bile belirtilmeyen gerçek özellikleri olduğu için kuram,"tamamlanmamıştır"

     III.EPR'nin vardığı bu sonuç yerellik varsayımına dayanır ve kuantum kuramının tamamlanması için yerel değişkenler kullanılmasını önerir.

     EPR'nin savunduğu çizgi, 1964'te Bell Eşitsizliği   tatarafından deney düzeyine taşındı. Bell, Yerellik varsayımının kuantum mekaniğinin öngördüğü gerçeklere ters düştüğünü göstermesiyle tartışma yeniden alevlendi. Bell şöyle özetlemişti: " EPR şöyle bir düşünce olarak gelişti: Kuantum kuramı,tamamlanmış bir kuram olamaz ve ek değişkenlerle desteklenmelidir. Bu ek değişkenler,kuramın yerelliğini ve nedenselliği oluşturmak içindir. Bu düşünce matematiksel olarak formüle edilecek ve kuantum mekaniğinin istatistiksel tahminleri ile uyumsuz olduğu gösterilecekter."

    Kuantum özellikle artık Dr. Bertlemann'ın çorapları gibi değildi. Sonunda bu yerel olmayan tahminler deneysel olarak doğrulandı.Fotonun izlediği iki yol kesiştirilebilir.

    Einstein'dan Popper'a Mektup 

    Kaynakça

    1.Hawking, Stephen;Ceviz Kabuğundaki Evren(2001)Çev: Kemal Çömlekçi,Alfa Yayınları-2002

    2.Pagels, Heinz R.; Kozmik Kod: Doğanın Dili/Kuantum Fiziği (1981), Çeviren: Nezihe Bahar, Sarmal Yay- Ekim 1993

    3.Kochen and Specker, www.nonlocal.com/hbar/epr.html