Schrödinger kedisi Çığır Açan Düşünce Deneyi
Erwin Schrödinger, 12 Ağustos 1887 senesinde Viyana-Erdberg’de doğdu. Zengin bir ailenin tek çocuğuydu. Ailesi sağladığı imkânlar sayesinde özel dersler alan Erwin Schrödinger, başarılı öğrencilik hayatını Viyana üniversitesinde devam ettirdikten sonra 23 yaşında doktorasını tamamlamıştı.
Almanya-Stuttgard Üniversitesi’nde profesörlük yapmadan evvel Birinci dünya harbinde topçu subayı olarak görev alan Erwin Schrödinger, matematik formülle ifade etmeye çalıştığı elektronun davranışı ile alakalı çalışmalarla uğraştı. Yapmış olduğu bu çalışma neticesinde, 1933’de Nobel fizik ödülü aldı.
Kuramsal fizik profesörü olarak çalıştığı Berlin Üniversitesinden, Adolf Hitler’in iktidara gelmesiyle, memleketine geri döndü. 1938 yılında, Hitler Avusturya’yı işgal ettiğinde, sırasıyla İngiltere ve İrlanda’ya göç etti. Bunun neticesinde profesörlük kariyerine Dublin’de devam etti.
Schrödinger krateri, Ay’ın karanlık ve görünmeyen tarafına verilen bir isimdir ve bu ünlü fizikçiye duyulan saygının bir ifadesidir. Bununla beraber 1993 senesinde, Avusturya- Viyana’da kurulan, Uluslararası Matematiksel Fizik Enstitüsü’ne, onun adı verilmiştir. 1000 Schling banknotların üzerinde, Schrödingerin resmi bulunmaktadır. Söz konusu banknotlar: 1983 ile 1997 yılları arasında tedavülde bulunmuştur. Schrödinger, 69 yaşında, memleketi Avusturya- Viyana’ya döndü. Dünya görüşüm adlı 1961 yılında yayınlanan kitabında, Hinduizm felsefesini, geniş kitlelere duyuran Shrödinger, Birleşik alan teorisi ve genel görelilik teorisi üzerine çalışmalarına ara vermeden devam etti.
4 Ocak 1961 yılında tüberküloz nedeniyle vefat ettiğinde, ünlü fizikçi Erwin Schrödinger, atom parçaları elektronların hareket ve davranış olasılıklarını matematik formüllerle ifade etmiş ve dalga mekaniği kurmuş, dünyaca tanınan biriydi artık.
Erwin Schrödinger, 1935’te, bugün bile hafızalarda kalacak bir deney yaptı. Bu kuantum düşünceyi ortaya koyan, belki de en ünlü deneyi olarak kabul edilen; ‘ Schrödinger’in Kedisi’ deneyidir. Aynı yıl içinde Einstein, Podolski ve Rosen ‘EPR Deneyi’, dedikleri bir deneyle kuantum teorisini eleştirme yoluna girdilerse de, bu deneyle, Erwin Schrödinger, kuantum teorisini haklı çıkarmış oldu.
Nedir bu Schrödinger kedisi deneyi?
Sağlık sorunu olmayan, tüm vücut parçaları yerinde olan bir kediyi, içinde rahatça hava alabileceği, sıradan bir kutuya koyalım. Ama kutuda, içinde öldürücü bir zehir olan bir de şişe olduğunu unutmayalım. Bu zehrin bulunduğu şişenin kırılıp, zehrin açığa çıkmasını sağlayacak bir mekanizmanın da olduğunu varsayalım. Kedinin kaderi mekanizmanın yapacağı hamleye bağlanmış durumdadır. Tam da bu noktada Schrödinger bir iddiada bulunuyor: Kedinin kutu içerisinde yaşayıp yaşamama ihtimali eşittir diyor ünlü fizikçi. Mekanizma çalıştı ve dalga fonksiyonu kediyi öldürdü ya da böyle bir şey olmadı ve kedi ölmedi. Elbette bu hayali deney sadece kedinin ölüp ölmediğinden ibaret değildir. Aslında ünlü fizikçi Schrödinger, kedinin yaşama ya da ölme ihtimalinin bir arada olduğunu iddia ediyor. Kutu açılmadıkça ve kedinin durumu kontrol edilmedikçe, bu iki olasılıkta aynı derecede mümkündür.
Schrödinger’in Kedisi Deneyinin yorumlanması.
Bu deney, atomik dünyanın olasılık- ihtimal düşüncesini, bir anda yaşadığımız gerçeklik dünyasına taşıyor. Gözlem olmadığı müddetçe, kutunun içinde olan kedinin durumunu kesinlikle tam olarak bilemeyiz. Kedi yaşıyor mu yoksa ölü mü tahmin edemeyiz ki, aslında tahmin de bir çeşit olasılıklar dünyasına adım atmaktır. Yani gerçeklik ancak keskin bir gözlemle ortaya çıkarılabilir. Bir anlamda Kedinin yaşama olasılığı yüzde elli ellidir.
Kuantum fiziğinin temeli, gerçekliklerin farklılık arz edebileceği üzerine kuruludur. Bu görüşe göre: bir şey sadece bir tek geçmişe değil, mümkün olan birçok geçmişe sahiptir. Bazı bilim insanları ve elbette felsefeciler bu düşünceyi kabul etmenin zor olduğunu, bu düşüncenin gerçeklik algısını büktüğünü ve olası resmi bulanıklaştırdığını düşünürler. Öyle ya, şayet kutu açılırsa, kedi ya ölü ya da canlı olarak bulunacaktır. Ancak kutu açılmazsa, kedinin kuantum durumu onun canlı ya da ölü olmasının karışımı halini alacaktır. Bir varlık yarı ölü veya yarı diri olamaz, genel görüşe göre: bir şey ya canlıdır ya da ölüdür. Her şey tek bir geçmişe sahiptir. Elbette bu klasik düşünce Shrödinger’in akıl zorlayıcı deneyine dek böyle sürmüştü. Bu deneyde, iki geçmiş bulunur. Birincisinde kedi, mekanizmanın şişeyi parçalayıp, zehri açığa çıkarmasıyla ölmüştür, ikincisinde ise: mekanizma hareket etmemiş ve şişe kırılmadığı için zehir açığa çıkmamıştır. Bu durumda kedi canlıdır. Şu kısmın altını özellikle kalın çizgilerle çizmemiz gerekiyor: Kuantum teorisinde sadece tek bir olasılık değil, aynı zamanda iki olasılıkta birlikte var olabilmektedir.
Yukarıda belirttiğimiz gibi bazı bilim insanı ve felsefeciler, bu durumda olan bir kedinin ancak ve ancak bir geçmişi olabileceği yönünde fikirlere sahip olduklarından, kendilerini tuhaf bir paradoks içinde bulurlar.
İkinci dünya savaşı yıllarında, uzay-zamanda, yol boyunca olası bir konumdan, başka bir konuma, parçacıkların ilerleme kaydettiklerini öne süren ve bir şeyin sadece tek bir geçmişe sahip olabileceğine bu yüzden karşı çıkan ilk kişi Feynman’dır. İnsanların neredeyse tamamı, her şeyin başlangıç ve sonuç yönünde lineer yani düz, tek bir çizgi izlediğini düşünür. Oysa uzay ve zamanda, nesneler, parçacıklar tek ve belirli bir yol izlemezler. Dolayısıyla her parçacık, her nesne aslında birden fazla olası geçmişe sahip olabilirler.
Eski inanış, zamanın sonsuza kadar akıp gittiği üzerine kurulu bir inanıştı. Görelilik teorisi ise bu eski inanışı bir anda kırdı ve şöyle dedi: Zaman uzay ile birleştirildiğinde, her ikisi de enerji ve madde tarafından bükülebilir. O halde: Zaman düz bir çizgi ve sonsuza dek tek ve sabit bir çizgide ilerleyen bir şey olmaktan çıkar. Bu teori, zaman hakkında olan görüşümüzü esnetmiş hatta değiştirmiştir.
Neden ve yaratma gibi kavramlar, Big Bang, yani Büyük Patlama tekilliğinden çok önce var olan bir zamanı önerir. Genel görelilik teorisiyle Einstein gibi bir dehanın, on beş milyar sene evvel, başlangıcın bir tekillikte mevcut olduğunu varsaydığını biliyoruz. Maalesef felsefeyle uğraşanlar henüz bu fikri idrak edemediler. Fizik dünyasının kendini bile aşarak ilerlediğini, insanoğlunun önüne muazzam bir gerçeklik dünyasını serdiğini anlamaktan hala uzak duruyorlar. Galiba, Einstein’ın, ” Önyargıların parçalanması, atomun parçalanmasından daha zor.” deyişi, şimdi daha da anlam kazanıyor.
Gerçekliği anlamak…
Kuantum mekaniği artık herkesin duyduğu bir şey. Her ne kadar onu tam olarak açıklayabilmek, fizikçiler ve matematikçilerin işi de olsa, Kuantum adını duymayan neredeyse yok gibi.
Bu sadece bir kulak dolguluğu ya da genel kültür meselesi değil aynı zamanda Kuantum kriptografi gibi, atom altı parçacıkların birbirine dolanık olarak, uzak ara mesafelerden birbirleriyle haberleşmesi teknolojisi üzerine kurulu aygıtların, gündelik hayatlarımızda kullanılmasıyla da yerini alan bir gerçekliktir.
Eski inanışların ötesinde yeni bir gerçeklik algısı oluşuyor ve bu oluşum, bilim insanlarından, sokaktaki sıradan vatandaşın hayatında gitgide daha önemli bir yer almaya başlıyor. Esasen meselenin özü tam da budur. Düz bir dünya görüşünden, zamanın her iki olasılığa da yer açtığı, her şeyin iki farklı geçmişe birden sahip olabilmesi durumuna geldiği günümüz dünyasında, insanoğlu sınırlarını aşıp evrimini bir üst basamağa taşıyacak ve yeni nesiller, bizim yaşadığımız eski dünyayı sadece bir anı olarak yad edeceklerdir.
Günümüzde Schrödinger’in kedisini andıran bir deney daha yapıldı. Geçtiğimiz aylarda, Yale Üniversitesi akademisyenleri tarafından yapılan bu deney, alışılmadık bir deney olabilir. Yale Üniversitesi tarafından yapılan deneyde, iki farklı kutuda bulunan kedi, hem canlı hem de ölü olabiliyor. Buna ”dolaşıklık kavramı” adı veriliyor. Science dergisinde yayınlanan deney sonucu, kedinin dolaşıklık kavramı tabir edilen durumla, uzay ve zamanda yayılması sağlanıyor. Deney için özel hazırlanan, 3 D mikrodalga oyuk ve görüntüleme verisi elde etmek için bir de çıkış ayarlanmış, süper iletken, suni atomla bağlamlandırılmış, kedi vazifesini, mikrodalga ışık görmüştür.
Konunun başyazarı Chen Wang şunları aktarıyor: ”Kedi, tekbir kutuda kalmayacak kadar büyük ve aynı oranda akıllı. Aslında bu durum sadece kedinin büyük ve akıllı olmasıyla açıklanamaz. Kuantum, ayrı olarak tanımlanamayacak düzeyde, iki oyuk arasında kalmış. Alternatif bir sav sunulursa, Schrödinger’in kedisinin, her iki kutuda dolaşık olarak bulunduğunu iddia edebiliriz.” Yale Üniversitesinden aynı ekipte bulunan Prof.Robert Schoelkopf, bu deneydeki kedi durumlarının, veri depolama hususunda çok önemli bir adım olabileceği üzerine dikkat çekiyor. İki kuantum arasındaki işlemlerin, elbette burada mantıksal işlemler kastediliyor, iki ayrı kutuda tek bir kedinin oluşu sayesinde mantıksal bağ kurma çabalarının olumlu bir ifadesidir diyerek sözlerine son veriyor.
Kuantum hesaplama araştırmalarına katkıda bulunan Michel Devoret ile Steve Girvin, Devre Kuantum Elektrodinamiği alanında faaliyet gösteren öncü bilim adamlarıdır. Bu çalışmalarıyla, Devre Kuantum Elektrodinamiği üzerinde, on yıldan fazladır geliştirme çalışmalarını gerçekleştirmek yolunda olan bu bilim adamları, farklı ve yeni tasarımlar düzenlemeyi de başarmışlardır. Bunlardan en önemlisi, şüphesiz, 3D oyuklar ve kuantum sistemini, hatasız ve elbette ona zarar vermeden ölçebilen bir sistemdir.
Yapılan deney, Hilbert uzayında bir nevi kuantum hali tomografisi sunuyor, aynı zamanda Schrödinger’in ünlü kedi paradoksunu, günümüz teknolojisi vasıtasıyla zarafetle harmanlıyor. İki mikrodalga oyuğunda konuşlanan elektromanyetik alanların etkisi, bu çalışma ile, bir çeşit yeni versiyon Schrödinger’in kedisi deneyine, iki-varyasyonlu kedi deneyi olarak tatbik ediliyor. Bu durum, kuantumun çok olasılıklı durumlarını yönetebilme kabiliyeti, kuantum hesaplama ve elbette haberleşme, bunun yanı sıra, aşırı derecede kodlanmış kubitler arasında bir mantık dengesi kurmak adına atılan büyük bir adım olmaktadır.
Erwin Schrödinger’in 1935 yılında yaptığı bu deney, görülen o ki, kuantum fizikçilerine ilham vermeye devam ediyor. Gelişen günümüz teknolojisiyle, kuantum fiziğinin nereye kadar uzanacağı, bunun neticesinde, çok kesin çizgilerle çevresini sınırlandığımız, biliyor zannettiğimiz kavramların, zaman gibi, daha nereye kadar esneyebileceğini kestirmek, sadece hayal dünyalarımızın genişliği ile ölçülebilir. Haberleşme, bilgi depolama gibi teknolojilere de hizmet eden bu deneyin insanlık için açtığı kapıların birden fazla olduğunu söylemek, sanırız mübalağa olmaz. Her gerçekliğin, aynı anda iki farklı geçmişe sahip olabilmesi fikri, o günlerde olduğu gibi, günümüzde de muhalefet görüyor olsa da, Yale Üniversitesi gibi saygın bir üniversitenin, saygın ve seçkin akademisyenleri belli ki, günümüzde de muhalefet eden, sabit fikirli kişilere karşı bayrak yarışını sürdürmekte, yaptıkları yeni versiyon Schrödinger’in kedisi deneyi ile, kuantum mekaniğinde çığır açacak, somut bilgileri ortaya koyabilmektedir. Science dergisi gibi, ciddi bir dergi de yer bulabilme fırsatı yakalayabilmenin, sadece şansla açıklanamayacağı oldukça bellidir. Diliyoruz ki, Schrödinger’in kedisi, her iki olası dünyada, çığır açacak deneyler yapmak isteyenlere yol göstersin ve onlara ilham olsun.
Bu arada düşünsel deneyde kullanılan gerçek bir kedi bulunmamakta ve kedi dâhil bu düşünsel deneyde hiçbir hayvana zarar verilmemiş olduğunu hatırlatmakta fayda var.
Kaynakça:
https://www.fizikist.com/schrodingerin-kedisi/
http://www.kimkimdir.gen.tr/kimkimdir.php?id=6533
http://news.yale.edu/2016/05/26/doubling-down-schr-dinger-s-cat
http://www.sciencemag.org/
Yazar:Arzu Gökyolcu