in , ,

Einstein Haklı Olabilir: Uzaktan Hayaletimsi Etki mi, Geri-Nedensellik mi?



Kuantum kuramında, gündelik deneyimlerimizden edindiğimiz beklentilere yani sağduyuya aykırı çok sayıda durum olduğu bilinen bir şey. Ancak, etkilerin zamanda geçmişe yolculuk yapabilmesi (gelecekten geçmişe etki yapabilmesi) fikrinden pek fazla söz edilmiyor. Geri-nedensellik adı verilen bu olgu üzerinde çalışan bir grup fizikçi, kuantum fiziğinin uzun zamandır çözülmeyi bekleyen bazı problemlerinin anahtarının burada yattığını düşünüyor.

Örnek vermek gerekirse, eğer geri-nedensellik gerçekleşebiliyorsa, ünlü Bell sınamalarıuzaktan etkiye değil de, geri-nedenselliğe kanıt olarak yorumlanabilir. Einstein, bu uzaktan etkinin “hayaletimsi” olduğunu düşünüp, ciddiliğinden kuşku duyuyordu. Proceedings of The Royal Society A dergisinde yeni yayımlanan bir makalede ise Chapman Üniversitesi’nden Matthew S. Leifer ve Perimeter Kuramsal Fizik Enstitüsü’nden Matthew F. Pusey, eğer kulağa makul gelen belirli varsayımlar yapılırsa, o zaman kuantum kuramının geri-nedensel olması gerektiği argümanına yeni kuramsal destekler sunuyor.

Geri-Nedenselliğin Çekiciliği

Öncelikle geri-nedenselliğin ne olduğunu ve ne olmadığını açıklığa kavuşturalım: Sinyallerin gelecekten geçmişe iletilebileceği demek değildir; öyle bir sinyal gönderimi, termodinamik nedenlerden ötürü geri-nedensel bir kuramda bile yasaktır. Geri-nedensellik şu demektir: Bir deneyci, bir parçacığı ölçmek için bir ölçüm düzeneği seçtiğinde, bu seçim kararı, parçacığın geçmişteki özelliklerini etkileyebilir; hatta deneyci seçimini yapmadan önceki özelliklerini bile. Başka bir deyişle, şimdi alınan bir karar, geçmişteki bir şeyleri etkileyebilir.



Bell sınamalarında, fizikçiler geri-nedensel etkilerin olamayacağını varsaymışlardı. Sonuç olarak, gözlemlerini (uzak parçacıklarından birinin, diğerine yapılan ölçümü anında bilmesini) açıklamak amacıyla söyleyebilecekleri tek şey uzaktan etkiydi. Yani parçacıklar, bilinen hiçbir mekanizma ile açıklanamayan bir şekilde birbirlerini etkileyebiliyorlardı; aralarındaki uzaklık ne kadar büyük olursa olsun. Fakat eğer bir parçacık için ölçüm düzeneği seçmenin, diğer parçacığın davranışını geri-nedensel biçimde etkileyebilme olasılığı varsa, o zaman uzaktan etkiye gerek kalmaz; sadece geri-nedensel etki vardır, denilebilir.

Geri-Nedenselliğin Genelleştirilmesi: Kuantum Durumu Gerçek mi?

Cambridge Üniversitesi felsefe profesörlerinden Huw Price, kuantum kuramında geri-nedenselliğin başlıca destekçilerinden biri. 2012 yılında, Price şöyle bir argüman öne sürdü: Kuantum durumunun gerçek olduğu ve kuantum dünyasının zamana göre simetrik (fiziksel süreçler, aynı fiziksel yasalar ile tanımlanarak, zamanda ileri veya geri işleyebilir) olduğu herhangi bir kuantum kuramı, geri-nedensel etkilere izin vermek zorundadır.

Geri-nedensellik düşüncesi, fizikçiler arasında pek tutulan bir fikir değil; en azından şimdilik. “Peşine düşülecek bir düşünce olduğu kanısında olan küçük bir fizikçi ve felsefeciler topluluğu var; Huw Price ve Ken Wharton dahil. Bildiğim kadarıyla, kuantum kuramının, kuramın tümünü kapsayan ve bu fikirden yararlanan, üzerinde fikir birliğine varılmış herhangi bir yorumu bulunmuyor. Şu anda daha çok yorumlanacak bir fikir; o yüzden diğer fizikçiler kuşkucu davranmakta haklı ve düşünceyi ete-kemiğe bürümek konusunda sorumluluk bizde, “ diyor Leifer.

Yaptıkları çalışmada Leifer ve Pusey, Price’ın argümanını genelleştirerek bunu yapmayı deniyor. Muhtemelen yakın zamanda yapılan diğer çalışmaların ışığında, düşünceyi daha da çekici kılan bir şey bu. Çalışmaya, Price’ın ilk varsayımını almadan başlamışlar. Dolayısıyla argümanda kuantum durumunun gerçek olup olmadığı kalıyor; hâlâ tartışmalı olan bir mesele. Gerçek olmayan bir kuantum durumu, sistemin gerçek bir fiziksel özelliği olmak yerine, fizikçinin kuantum sistemine ilişkin bilgisini tanımlar. Araştırmaların çoğu kuantum durumunun gerçek olduğuna işaret etmekle birlikte, bunu şu veya bu şekilde doğrulamak çok güç ve geri-nedenselliğe izin vermek, bu sorunun daha iyi anlaşılmasını sağlayabilir. Kuantum durumunun gerçekliğine ilişkin bu açıklığa izin vermenin, geri-nedenselliği genel anlamda inceleme itkilerinden biri olduğunu söylüyor Leifer.

“Bence geri-nedenselliği incelemeye değer kılan şey, kuantum kuramının gerçekçi yorumları hakkında şu anda elimizde çok sayıda çıkışsız sonuç olması; buna Bell teoremi, Kochen-Specker ve kuantum durumunun gerçekliğine ilişkin yeni kanıtlar dahil. Bunlar diyor ki; gerçekçi yorumlar için kurulan standart çerçeveye uyan herhangi bir yorum, benim istenmeyen olarak göreceğim özelliklere sahip olmalı. Dolayısıyla elimizdeki seçenekler ya gerçekliği terk etmek ya da standart gerçekçi çerçeveyi kırmak,” diyor Leifer.

“Gerçekliği terk etmek oldukça popüler, ama bana kalırsa bu bilimin açıklama gücünü büyük ölçüde çalıyor. O nedenle mümkün olduğunca gerçekçi açıklamaları bulmak daha iyi. Diğer bir seçenek ise daha sıradışı gerçekçi olasılıkları araştırmak; buna geri-nedensellik, bağlantılandırmacılık ve çoklu-dünyalar dahil. Çoklu-dünyalar dışında, bunlar pek fazla araştırılmış değil. Bu yüzden bence hepsinin daha ayrıntılı araştırılması gerekli. Ben kişisel olarak geri-nedensel çözümü diğerlerinden daha üstün tutmuyorum, ama sağlam bir şekilde formüle edilmesi ve incelenmesi mümkün görünüyor. Bence bu çok sayıda sıradışı olasılık için yapılmalı.”

Zaman Simetrisi Varken Geri-Nedenselliğin Olmaması Mümkün Değil

Leifer ve Pusey yayımladıkları makalede fizikteki alışılmış zaman simetrisi düşüncesini de yeniden formüle ediyor. Zaman simetrisi, hareket eşitliklerinde (t) yerine (-t) alınarak, fiziksel sürecin tersine çevrilebilir olmasıanlamına gelir. Fizikçiler, daha kuvvetli bir zaman simetrisi kavramı geliştiriyor. Süreci geri çevirmek mümkün olmakla kalmayıp, sürecin ileri ve geri akma olasılıkları aynı oluyor.

Fizikçilerin elde ettiği temel sonuç şu: Hem bu tür bir zaman simetrisine, hem de geri-nedenselliğe sahip bir kuantum kuramı, çelişkilerle karşılaşmaz. Çelişkiyi aydınlatan (zaman simetrisi varsayımının ileri ve geri süreçlerin aynı olasılıklara sahip olması gerekliliği olan) bir deney tasarlayan ekip, geri-nedensellik olmayan varsayımın, ileri ve geri süreçlerin olasılıklarının farklı olması gerektirdiğini ortaya koydu.

Yani sonuç olarak her şey, zaman simetrisinin mi yoksa geri nedenselliğin mi korunacağı seçimine indirgeniyor. Çünkü Leifer ile Pusey’nin argümanı, ikisinin bir arada olamayacağını gösteriyor. Zaman simetrisi, temel bir fiziksel simetri olduğundan, geri-nedenselliğe izin vermenin daha mantıklı olduğunu düşünüyorlar. Bunu yapmak, Bell sınamalarında uzaktan etkinin gerekliliğini ortadan kaldırıyor ve enformasyon göndermek için geri-nedenselliğin neden yasak olduğunu açıklamak hâlâ mümkün oluyor.

Leifer, geri-nedenselliğe kucak açan durumu neden daha uygun bulduğunu şöyle anlatıyor: “Birincisi, geri-nedenselliğe sahip olmanın, diğer çıkışsız (İng. no-go) teoremler tarafından ortaya konan meseleleri çözmemize izin verme potansiyeli var. Uzaktan etki olmadan Bell bağlaşıklıklarına sahip olmamızı sağlıyor. Böylece, geçmişe neden sinyal gönderemediğimizi hâlâ açıklamak durumunda olsak da, birkaç bilmeceyi tek bilmeceye indirgemiş oluyoruz. Ama zaman simetrisini terk edersek durum böyle olmuyor. İkincisi, bildiğimiz üzere bir zaman okunun varlığının, termodinamik argümanlarla açıklanmalı; yani kendisi bir fizik yasası olmayıp, evrenin özel sınır koşullarının bir özelliğidir. Sinyal gönderim olanağının sadece geleceğe olup, geçmişe olmaması, zaman oku tanımının bir parçası olduğundan, geri-nedensel bir evrende de geçmişe sinyal gönderememek, özel sınır koşullarından kaynaklanıyor olabilir; bir fizik yasası olmayabilir. Zaman simetrisinin bu şekilde belirmesi daha az olasıdır (aslında, biz genellikle doğada gözlemlediğimiz zaman asimetrisin, zaman simetrili yasalardan nasıl doğduğunu açıklamak için termodinamiğe başvururuz; tersini yapmayız.”

Fizikçiler, geri-nedensellik düşüncesinin kabul etmenin bu kadar zor olmasının nedeninin, onu başka hiçbir yerde görmememiz olduğunu söylüyor. Aynı şey uzaktan etki için de doğru. Fakat bunun anlamı, geri-nedenselliğin olmadığını ve uzaktan etkinin olmadığını genel olarak varsayabileceğimiz demek değil. Her iki durumda da, fizikçiler bu özelliklerin neden belli durumlarda belirip, gündelik gözlemlerimiz arasında bulunmadıklarını açıklamak istiyor.

“Tüm çıkışsız (İng. no-go) teoremlere bakmanın bir yolu, ince-ayarlamalar cinsinden olabilir. Teorinin öngörülerinin bir özelliğine dikkat ediyorsunuz ve bu özelliğin gerçekliğin kendisi olduğunu varsayıyorsunuz. Sonra bunun, kuantum kuramının öngörüleri ile üretilmesinin çelişkili olduğunu gösteriyor ve çıkışsız bir teoreme sahip oluyorsunuz,” diye açıklıyor Leifer.

“Örneğin Bell Teoremi’nde, ışıktan daha hızlı sinyal gönderemediğimize dikkat ederek, gerçekte ışıktan hızlı etkiler olamayacağını varsayıyoruz. Ama bu bizi, gözlemlenen öngörülerle çelişkiye sürüklüyor. En büyük sorunun aslında ışıktan hızlı etkiler olmadığına dikkatinizi çekerim. Eğer ışıktan hızlı sinyal gönderebiliyor olsaydık şöyle deyiverirdim: ‘Ha tamam, Einstein hatalıydı. Görelilik kuramı yanlış işte.’ Sonra da fizik yapmaya devam ederdim. Ama durum öyle değil: Gözlemlediğimiz şeyi hiçbir sinyal kurtarmıyor. Eğer ışıktan hızlı etkiler varsa, neden onları doğrudan gözlemleyemiyoruz? Açıklama bekleyen asıl bilmece bu.”

Sorgulanan Varsayımlar

Eğer geri-nedensellik, kuantum dünyasının bir özelliği ise kuantum kuramının temellerine ilişkin çok sayıda sonucu var demektir. Şimdiki anlayışımızda yaratacağı en büyük değişiklik, Bell sınamaları ile ilgili olandır: Uzak parçacıklar aslında birbirlerini etkilemez; Einstein’ın düşündüğü gibi, kuantum kuramı eksik kalmıştır. Eğer yeni sonuçlar doğruysa, o zaman geri-nedensellik, bu eksik parçalardan biri olabilir. Fizikçilerin elinde henüz geri-nedenselliği net olarak sınayacak bir deney yok. Fakat düşünce, yeni gözlemler yapmaktan çok, varolan gözlemlerin yorumlanması ile ilgili olduğundan, belki de gereken şey daha fazla kuramsal destektir.

“Geri-nedenselliği sınayacak deneyler yapılmaya başlandığında da, durum kuantum mekaniğinin temellerindeki diğer şeyler için olduğu gibi olacak. Yani bir varsayımı asla yalıtılmış olarak sınayamazsınız; birtakım varsayımlar yapıp ona göre yorumlarsınız. Örneğin Bell deneylerinin, doğanın yerel olmadığını gösterdiğini düşünmeniz için gerçekçilik ve geri-nedenselliğin olmayışı varsayımlarını baştan yapmış olmanız gereklidir. O yüzden aslında Bell deneylerinin zaten geri-nedenselliğe kanıt teşkil ettiğini de söyleyebilirsiniz; ama bunun için de gerçekçiliği ve yerelliği inkâr etmiş olmanız gerekir,” diyor Leifer. 

 

Kaynak ve İleri Okuma

 

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

Yeni 5 dakikalık egzersiz, kan basıncını yükseltebiliyor ve beyin fonksiyonlarını artırabiliyor

Yüksek Hızlı Foton Belleği Geliştirildi