KUANTUM DOLANIKLIK ve IŞINLANMA

dddd

Konuya girmeden önce ufak bir uyarı yapalım. Her ne kadar çok basit ve kısa anlatacak olsak da, birazdan anlatacaklarımızı anlayabilmeniz için, az da olsa temel fizik bilgilerine sahip olmanız gerekebilir, çünkü yazının çok uzamaması adına, kavramların hepsini tek tek açıklamadan konuya gireceğiz. Eğer kafanız karışırsa, kısa giriş kısmını atlayarak kuantum dolanıklık başlığına geçebilirsiniz. Orada anlatacaklarım biraz daha sade olacak.
Klasik mekanik ya da Newton mekaniği, uzun yıllar boyunca bilim dünyasına hakim oldu. Birçok problemin çözülmesinde geçerliliğini şu anda da korumakta. Ancak klasik fizik makro boyuttaki evreni, yani gezegenleri, yıldızları, gözümüzle görebildiğimiz çok büyük yapıları güzel bir şekilde açıklayabilse de, atomlar gibi gözle göremediğimiz mikro evreni açıklamakta yetersiz kalıyor.

1900’lü yılların başlarında doğan kuantum mekaniği, Newton mekaniğini çürüten bir yaklaşım değildir. Onun yetersiz kaldığı yerlerdeki boşluğu doldurur. Peki nedir klasik mekaniğin yetersiz kaldığı noktalar?

Klasik mekanikte her şey bir süreklilik içinde yer alır. Uzay-zaman süreklidir örneğin. Fakat kuantum mekaniğinde her şey kesikli ve ani sıçramalar yapacak şekilde davranır. Bunun detaylarına bu yazıda girmeyeceğiz.

Klasik mekaniğe göre bir parçacığın gelecekteki durumu, parçacığın başlangıç durumundaki konumu, momentumu ve üzerine etki eden kuvvetler tarafından önceden belirlenmiştir. Yani klasik mekaniğe göre, gelecekle ilgili bir kesinlik söz konusudur. Ancak olayları atom boyutuna inerek incelediğimizde, parçacığın geleceğine ilişkin bir kesinlik asla söz konusu olamaz, çünkü zaten parçacığın başlangıç durumunu yeterli kesinlikle saptayamayız.

Burada Heisenberg Belirsizlik İlkesine kısaca değinelim. Bu ilkenin bize söylediği şey özetle şudur: Bir parçacığın konumunu ne kadar kesin bir şekilde ölçersek, parçacığın momentumundaki (ya da hızındaki) belirsizlik o kadar büyük olur. Bunun tersi de geçerlidir. Yani konum ölçümündeki kesinlikle momentum/hız ölçümündeki kesinlik arasında bir ters orantı bulunur. Bir önceki paragrafla bu konunun ilişkisi ise şudur: Bir parçacığın şimdiki konumunu ne kadar iyi biliyorsak, o parçacığın daha sonraki momentumu/hızı (ve dolayısı ile konumu) hakkında o kadar az bilgi sahibi oluruz.

Buradan çıkarmamız gereken sonuç şudur: Kuantum mekaniği kesinliklerle değil, olasılıklarla ilgilenir. Yani mesela bir yörünge yarıçapı için verilen sayıyı “Yarıçap budur.” şeklinde tanımlamaz; “en olası yarıçap budur” şeklinde verir.

Bir başka farklılığımız daha var. O da, kuantum mekaniğindeki gözlemci etkisi. Bu durum özellikle çift yarık deneyi konusunda çarpıcı bir şekilde öne çıkar. Bu, başka bir yazının konusu olacak kadar ilginç bir konu. Ancak özetle şunu diyebiliriz; kuantum mekaniğinde, gözlenenle gözlemci birbirinden bağımsız değildir. Biri diğerini değiştirebilir, etkileyebilir. Yani ikisi arasında bir bütünlük söz konusudur.

 

KUANTUM DOLANIKLIK

Bu kısa girişten sonra esas konumuz olan kuantum dolanıklığın ne olduğuna bir göz atalım.
Bu işin özeti şudur: 2 parçacık, mekandan ve mesafeden bağımsız olarak birbiriyle etkileşim halindedir. Bu 2 eş parçacık, madalyonun iki yüzü gibidir; birine baktığımızda gördüğümüz şeyden, diğerinin madalyonun hangi yüzü olduğunu anlayabiliriz.

Bir kaynaktan aynı anda çıkan 2 parçacığımız olsun. Mesela bu eş parçacıklardan biri saat yönünde dönüyorsa, diğeri mutlaka saatin tersi yönde dönecektir. Bu iki eş parçacığın özellikleri, hep bu şekilde birbirine ters olacaktır. Bu özellikler, parçacıklardan birini kilometrelerce öteye götürseniz de değişmez.

Diyelim ki siz Afrika’dasınız ve elinizde bir çift eş parçacık var. Bir arkadaşınız bunlardan birini alıp Amerika’ya gidiyor. Sizdeki parçacığın saat yönünde döndüğünü kabul edelim. Arkadaşınızdaki de tersi yönde dönüyor. Arkadaşınız Amerika’ya gitse dahi elindeki parçacık o yönde dönmeye devam edecek. Yine diyelim ki siz Afrika’da, sizin elinizde bulunan parçacığa bir şekilde müdahale edebildiniz ve onun dönme yönünü değiştirdiniz. Bunu yaptığınız anda, Amerika’daki arkadaşınızın elinde bulunan parçacık da dönme yönünü eş zamanlı olarak değiştirir. Kuantum dolanıklığın özü işte budur. Eş parçacık çiftlerinden birinin özelliklerini biliyorsanız, diğerini de biliyorsunuz demektir ve birini değiştirdiğinizde, mekan ve mesafeden bağımsız olarak diğerinin de değişmesine yol açarsınız.

 

GÜZEL DE, NE İŞİMİZE YARAYACAK?

Milletçe severiz “gerçek hayatta nerede karşımıza çıkacak ki bu?” diye sormayı. Özellikle konu matematik ya da fizikse 🙂

Kuantum dolanıklık, şu sıralar çok heyecan verici bir iş için kullanılıyor: Işınlanma. Heyecan verici dedim, ama siz yine de hemen heyecanlanmayın, çünkü bu olayla insanları ışınlamak mümkün değil. En azından şu anki bilgilerimizle onu gerçekleştiremiyoruz. Fakat bilgiyi ve fotonları, kuantum dolanıklıkla ışınlamak mümkün.

2012 yılında Viyana Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü’nün başkanlık yaptığı projede, Kanarya Adaları’ndan La Palma Adası ile Tenerife Adası arasında, bilgi ışınlama gerçekleştirildi. Yani 143 kilometre mesafeye bilgi aktarımı başarılmış oldu.

2013 yılında İsviçre’deki Zürih Federal Teknoloji Enstitüsü’nde yapılan bir çalışmada, saniyede 10,000 bitlik bilgi, bir bilgisayar işlemcisine benzeyen katı hal devresinde, A noktasından B noktasına aktarıldı. Noktalar arasında sadece 6 milimetrelik bir mesafe vardı.

2017 yılının temmuz ayında Çinli bilim insanları yeni bir rekor kırarak, dünyadaki bir fotonu yörüngedeki bir uyduya ışınlamayı başardılar.

Bu çalışmalar, bilgi aktarımında ne kadar hızlı olunabileceği konusunda oldukça umut verici. Son derece hızlı bir şekilde bilgi ve veri işleme konusunda çığır açacak olan kuantum bilgisayarların kullanımı da zamanla artacak gibi görünüyor. Tabi bunun için çalışmaların daha da ilerletilmesi ve bazı deney sonuçlarının iyice yerine oturması gerekiyor.

İnsan ışınlama konusuna gelince…Az önce de dediğimiz gibi, o şimdilik mümkün görünmüyor. Fakat bilim böyle bir şey işte; yeterli zaman aralıklarında, imkansızları hayata geçirmemize izin verebiliyor. Umarım bir gün o da başarılır ve yaygınlaşır. Zira hepimiz iş ve okul çıkışlarındaki trafik işkencesinden bıkmışızdır mutlaka. Doğrudan eve ışınlanmak hiç de fena olmazdı hani ^^

 

SON OLARAK…

Metafizik, psikoloji ve benzeri konularla ilgilenen ve kuantum düşünce gibi isimlerle, ilgilendikleri konuları süsleyenler var. Fizikteki kuantum mekaniği konusunu öğrenmek isteyip bu tür toplantılara katılmaya kalkarsanız, fiziğe dair hiçbir şey öğrenmeden çıkarsınız oradan. Astroloji ile astronominin sürekli birbirine karıştırılmasına benzer bir durumdur bu. İsmine aldanıp yanlış yerlerde bilgi aramayınız efendim.

Bu konuya dair küçük bir anekdotla bitirelim konuyu. Kuantum mekaniği dersine giren hocamız anlatmıştı. Bu hocamızın, yine fizikçi olan bir arkadaşı, sırf ne anlatıldığını merak ettiği için kuantum düşünce konulu bir toplantıya gider. Konuşmacı sürekli olarak pozitif enerji, şu bu diye bir şeyler anlatır. Uzun konuşmanın ardından “Sorusu olan var mı?” der. Fizikçimiz el kaldırır ve “Ben buraya kuantum dinlemeye gelmiştim. Hani kuantum?” der. Adamın yanıtı şudur: “E, deminden beri kuantum anlatıyorum ya işte?!”

🙂

Hoşça kalın, bilimle kalın.

Yorumlar

Yorum