EINSTEIN ve BOHR TARTIŞMALARI -3

Üçüncü Raund: EPR Paradoksu

Nazilerin iktidara gelmesi sonucu Einstein 1933 yılında Almanya’yı terketmek zorunda kaldı ve Amerika’ya yerleşti. Burada Einstein, çabalarını kuantum mekaniğinin bütünlüğü olan bir kuram olmadığını, yani eksiklikleri olduğunu göstermeye yoğunlaştırdı. 1935 yılında Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile yazdığı "Fiziksel Gerçekliğin Kuantum Mekaniksel Anlatımının Tam Olduğu Kabul Edilebilir mi?" başlıklı makalesinde Einstein’ın niyeti, artık kuantum mekaniğinin yanlış olduğunu değil fakat tüm gerçeği söylemediğini göstermekti. Einstein ve arkadaşları bir fizik kuramının bütünlüğü

için ise şu kriteri kullandılar: her fiziksel gerçeklik için kuramda bir kavram varsa kuram bir bütündür. Eğer kuantum kuramının açıklamadığı ya da hiç dokunmadığı bir takım gerçekliklerin varlığını gösterebilirse kuantum kuramının eksik olduğunu göstermiş olacaktı. Böylece Bohr’un kuantum kuramının bütünlüğü olan bir kuram olduğu iddiasını çürüterek tartışmayı kazanıp konuyu da kapamış olacaktı. Einstein’ın savında anahtar konumunda olan kavram fiziksel gerçeklik kriteriydi. Einstein fiziksel gerçekliği şöyle tanımladı: Eğer bir sistemi hiçbir şekilde rahatsız etmeden o sistemle ilgili

bir fiziksel miktarın değerini kesin olarak tahmin edebiliyorsak o fiziksel miktara karşılık gelen bir fiziksel gerçeklik vardır. Bohr’un bu konuda konumu biraz daha farklıydı. Bohr fiziksel gerçekliğin var olduğunu varsayıyor ve fiziğin amacının bu gerçeklikle ilgili sırları olabildiğince ortaya çıkarmak

olduğunu söylüyordu.

Einstein, Podolsky ve Rosen şu iki alternatifi önerdiler:

(1) ya gerçeğin dalga fonksiyonu ile kuantum mekaniksel betimlenmesi eksik

(2) ya da

birbirini tamamlayıcı olan özelliklere karşılık gelen fiziksel miktarlar aynı anda gerçekliğe sahip olamazlar yani biri gerçekse diğeri gerçek olamaz. Einstein birinci alternatifi Bohr ise ikinci alternatifi savunuyordu. EPR’ın fiziksel gerçeklik kriterini kullanırsak ikinci alternatifi savunmak çok güçleşmektedir. (EPR deneyinin daha geniş bir anlatımı için Sadi Turgut’un bu sayıdaki ‘Parçacıklar Telepati Yapar mı?’ yazısına bakınız.)

EPR makalesi tartışmayı bitirmedi. Tartışma odağı daha farklı eksene kaydı: Gerçeğin doğası ve bunu açıklamada kuramın rolü. Bu tartışma günümüzde de devam etmekte ve fizik var

olduğu sürece devam edecek gibi

görünüyor.

Yusuf İpekoğlu

Kaynaklar

Honner, J., The Description of Nature, Clarendon Press Oxford 1987

Whitaker, A., Einstein Bohr and the Quantum Dilemma, Cambridge

Universty Press 1996

Ekim 2000

Bell Teoremi

Einstein, Podolsky ve Rosen'in 1935'te kuantum kuramına yaptıkları "tamamlanmamışlık" iddiası, bilimciler ve felsefeciler arasında derin tartışmalara kaynaklık etti. EPR Deneyi, denilen bu düşünce deneyinde kuantum kuramının "yerel nedensellik ilkesini" zedelediği,ayrıca özel görelilik kuramının hiçbir şeyin ışık hızından daha hızlı gidemeyeceği ilkesini çiğnediği öne sürülüyordu. Birbirine zıt yönde hareket eden iki parçacığın hareketlerinde gözlenen uyum, kuantum kuramının tahmin ettiği bu uyum,nasıl açıklanabilirdi? Bohm'a göre burada gözlemcinin henüz bilmediği "gizli değişkenler" rol oynuyordu ve deney konusundaki yetilerimiz arttıkça bu gizli değişkenler bulunacak, kuantum kuramının olasılıkçı yapısı değişecekti.

Konunun yeniden değişik bir bakış açısıyla ele alınması1964'te John Bell tarafından yapıldı. Bell, David Bohm'un "gizli değişkenler kuramının" yerel olmadığını fark etti. Bir şey, başka bir şeyi "yerel" ise etkileyebilir görüşünün anlatımı. Yerellik görüşünün öteki ucu, "Çin'de kanat çırpan kelebeğin Türkiye'de rüzgar yaratabileceği" görüşü.

EPR deneyini açıklamak için hareketlerin her nasılsa başlangıçtan itibaren önceden belirlenmiş olduğunu söylemek akla uygun görünebilir: Yani parçacıklar bir biçimde yola çıktıklarında hangisinin aşağı hareketli, hangisinin yukarı hareketli olduğu belirlidir. Bu durumda bilgiyi yanlarında taşıyor olacaklarından ne kadar uzağa gittiklerin bir önemi yoktur. Parçacıkların baştan sahip olabilecekleri bilginin sınırları Bell Teoreminde incelenmiştir. Bell Teoremi hareket ölçümleri önceden belirlenmiş bir yönde değil de, iki parçacık için gelişigüzel açılarda seçilmiş açılarda yapıldığında ne olacağını ele alır. Kuantum kuramı, iki parçacık arasında, hareketleri önceden bilmeden de bir tamamlayıcılık - korelasyon olacağını öngörür. Paris'te,1982'de Alain Aspect'in yaptığı deneyler de kuantum kuramının öngörüsünü doğrulamıştır. Burada yanlış anlaşılan şey, bir parçacığın hareketini gerçekten ölçtüğünüz üzerine olan bilgidir. Gerçekten bir parçacığın o noktadaki hareketini ölçtüyseniz, ötekini de öngörebilirsiniz. Ama bunu yapamazsınız. Kuantum durumlarının süperpozisyonuna ilişkin bir sonuç üzerinde hiçbir denetiminiz yoktur. Sonuç bütünüyle rastlantısaldır ve bu sonucu hiç bir sinyal zorla yüklenemez.

Şimdi Bell Eşitsizliği'nin nasıl çıkarıldığının bir örneğini görelim. Birbirine tam karşıt doğrultuda hareket eden zıt hareketli iki parçacık düşünelim. Sola doğru hareket edenin hareket durumunu E-ölçeri, sağa doğru hareket edeninkini de P-ölçeri gözlüyor olsun. Her ölçerde üç yön seçelim. E-ölçerindeki yönler A,B,C ve P-ölçerindeki yönler de A',B' ve C' olsun. Bu yönlerin bulunduğu düzlemler birbirine paralel ve yönler arasındaki açılar aynı 120 derece olsun. Buna göre A ve A' yönleri ve öteki yönler birbirine paralel durumda. Ölçerler öyle ayarlı ki A ile A' zıt sonuçlar kaydediyor. A yukarı hareket ya da (+) kaydediyorsa A' kesinlikle aşağı hareket ya da (-) kaydediyor. B ve B'; C ve C' için de benzer durum geçerli. Her iki doğrultuda zıt sonuçlu yanıtlar kümesi - sekiz olasılık- şöyle olabilir:

E-ölçeri(A,B,C)

+ + +

+ + -

+ - -

- + -

- - +

+ - +

- + +

- - -

P-ölçeri(A',B',C')

- - -

- - +

- + +

+ -+

+ + -

- + -

+ - -

+ + +

Aynı anda yapılan ölçümlerde A+ ile A'+ elde edemeyiz; ancak A+ ve A' - ya da A- ve A'+ elde edebiliriz. Benzer şekilde A- ve B' - elde edemeyiz;ancak A- ve B' +(ya da A+,B'-) ölçebiliriz.

Kaynak:Bilcom

Sonuç

Kuantum kuramı, en ciddi rakibini yenmiş durumda. İçerdiği bir çok kavramı, üstüste gelme ya da yerelliğe aykırı telepati gibi, anlamakta zorlanabiliriz. Ama bunlarla beraber yaşamak zorundayız. Gizli değişken kuramları hala bir alternatif olmayı

sürdürüyorlar ama deneylerin gösterdiği gibi bunların kullanılan kuram üzerine büyük bir üstünlükleri kalmadı. Zira her ikisi de kuantumtelepatisi düşüncesini destekliyorlar. Teknolojik uygulama olarak dolanık parçacıklar önemli bir işlev üstlenebilirler. Eğer uzakta olan bir arkadaşınıza herkesten gizli olarak rastgele sayılar iletmek istiyorsanız, ikinizin birden dolanık iki parçacık üzerinde aynı ölçümü yapmanız yeterli.

Bu problem uzun zamandan beri şifreleme sistemleri kullananları meşgul etmişti. Sağlam bir şifreleme

sistemi kullanıyorsunuz ama bir şekilde bu şifreyi oluşturmak ve açmak için kullandığınız anahtarın düşmanın eline geçmiş olabileceğinden şüpheleniyorsunuz. Eskiden bu problemi çözmek için, güvendiğiniz bir adamı yeni bir anahtar ile haberleştiğiniz yere göndermeniz gerekiyordu. 1970’lerde bu sorun bazı matematiksel problemlerin çözümünün zor olduğu varsayımından hareketle çözüldü. Ancak, bilgisayar teknolojisindeki hızlı değişim, böylece önceleri uzun zaman alan problem çözümlerinin yeni teknolojiyle daha çabuk yapılabilmesi, bu yöntemlerin beklendiği gibi güvenilir olamıyabileceği

anlamına geliyor. Kuantum telepatisi bu probleme kesin cevabı

bulmuş gibi görünüyor.

Sadi Turgut

Kaynaklar

Bell, J.S. Speakable and Unspeakable in Quantum Mechanics, Cambridge

University Press, 1987

Akoğlu, A. "Kuantum İnternet", Bilim ve Teknik, Ağustos 2000