Kuantum Dolanıklık Fizikteki En Tuhaf Olgu, Ama Nedir?

0

İki parçacık birbirine karıştığında, birinin durumu diğerinin durumuna bağlıdır.

2022 Nobel Fizik Ödülü , tüm doğal fenomenlerin en gizemlilerinden birini anlamada çığır açan katkılarda bulunan üç bilim insanına verildi: kuantum dolaşıklığı.

En basit ifadeyle, kuantum dolaşıklık, dolaşık bir çiftin bir parçacığının yönlerinin, ne kadar uzakta olduklarına veya aralarında ne olduğuna bakılmaksızın diğer parçacığın özelliklerine bağlı olduğu anlamına gelir. Bu parçacıklar, örneğin, elektronlar veya fotonlar olabilir ve bir yönü, bir yönde veya başka bir yönde "dönüyor" olması gibi, içinde bulunduğu durum olabilir.

Kuantum dolaşıklığının garip yanı, dolaşık bir çiftteki bir parçacık hakkında bir şey ölçtüğünüzde , aralarında milyonlarca ışık yılı olsalar bile diğer parçacık hakkında hemen bir şeyler bilmenizdir. İki parçacık arasındaki bu garip bağlantı , evrenin temel bir yasasını çiğniyor gibi bir anda ortaya çıkıyor . Albert Einstein fenomeni ünlü olarak "uzaktan ürkütücü eylem" olarak adlandırdı.

Yirmi yılın büyük bir bölümünü kuantum mekaniğine dayanan deneyler yaparak geçirmiş biri olarak, bunun tuhaflığını kabul etmeye başladım. Her zamankinden daha hassas ve güvenilir aletler ve bu yılın Nobel kazananları Alain Aspect , John Clauser ve Anton Zeilinger'in çalışmaları sayesinde, fizikçiler artık kuantum fenomenini olağanüstü bir kesinlikle dünya bilgisine entegre ediyorlar.

Bununla birlikte, 1970'lere kadar bile araştırmacılar, kuantum dolaşıklığının gerçek bir fenomen olup olmadığı konusunda hâlâ bölünmüş durumdaydı. Ve iyi nedenlerle - kendisi de bundan şüphe duyan büyük Einstein'a kim karşı çıkmaya cesaret edebilir? Bu gizemi nihayet ortadan kaldırmak için yeni deneysel teknolojinin geliştirilmesi ve cesur araştırmacılar gerekti.

- Kuantum mekaniğine göre, parçacıklar gözlemlenene kadar aynı anda iki veya daha fazla durumda bulunur - bu, Schrödinger'in aynı anda hem ölü hem de canlı olan bir kediye ilişkin ünlü düşünce deneyinde canlı bir şekilde yakalanan bir etkidir.
Parçacıklar Aynı Anda Birden Çok Durumda Vardır
Kuantum dolaşıklığının ürkütücülüğünü gerçekten anlamak için, önce kuantum süperpozisyonunu anlamak önemlidir . Kuantum süperpozisyonu, parçacıkların aynı anda birden çok durumda var olduğu fikridir. Bir ölçüm yapıldığında, sanki parçacık süperpozisyondaki durumlardan birini seçiyor gibidir.

Örneğin, pek çok parçacık, analizörün belirli bir oryantasyonu için "yukarı" veya "aşağı" olarak ölçülen spin adı verilen bir özniteliğe sahiptir. Ancak bir parçacığın dönüşünü ölçene kadar, aynı anda yukarı ve aşağı dönüşlerin bir süperpozisyonunda var olur.

Her duruma bağlı bir olasılık vardır ve birçok ölçümden ortalama sonucu tahmin etmek mümkündür. Tek bir ölçümün yukarı veya aşağı olma olasılığı bu olasılıklara bağlıdır, ancak kendisi tahmin edilemez .

Çok garip olmasına rağmen, matematik ve çok sayıda deney, kuantum mekaniğinin fiziksel gerçekliği doğru bir şekilde tanımladığını göstermiştir.

Kuantum Süperpozisyonunun Gerçekliği
Kuantum dolaşıklığının ürkütücülüğü, kuantum süperpozisyonunun gerçekliğinden doğar ve 1920'lerde ve 1930'larda teoriyi geliştiren kuantum mekaniğinin kurucu babaları için açıktı.

Dolaşmış parçacıklar oluşturmak için, esas olarak bir sistemi, parçaların toplamının bilindiği şekilde ikiye bölersiniz. Örneğin, spini sıfır olan bir parçacığı, toplamları sıfır olacak şekilde zorunlu olarak zıt spinlere sahip olacak iki parçacığa ayırabilirsiniz.

- Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen, 1935'te Einstein'ı kuantum dolaşıklığı 'uzak mesafedeki ürkütücü eylem' olarak tanımlamaya sevk eden kuantum dolaşıklığıyla ilgili bariz bir soruna işaret ettiler.
1935'te Albert Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen , evrenin temel yasasına meydan okuyan kuantum dolaşıklığının görünüşteki saçmalığını göstermek için tasarlanmış bir düşünce deneyini açıklayan bir makale yayınladılar .

David Bohm'a atfedilen bu düşünce deneyinin basitleştirilmiş bir versiyonu, pi mezon adı verilen bir parçacığın bozunmasını ele alır. Bu parçacık bozunduğunda, zıt spinli ve birbirinden uzaklaşan bir elektron ve bir pozitron üretir. Bu nedenle, elektron spini yukarı olarak ölçülürse, pozitronun ölçülen spini yalnızca aşağı olabilir ve bunun tersi de geçerlidir. Parçacıklar birbirinden milyarlarca mil uzakta olsa bile bu doğrudur.

Elektron spininin ölçümü her zaman yukarı ve pozitronun ölçülen spini her zaman aşağı olsaydı bu iyi olurdu. Ancak kuantum mekaniği nedeniyle, her parçacığın dönüşü, ölçülene kadar hem kısmen yukarı hem de kısmen aşağıdır. Sadece ölçüm gerçekleştiğinde, dönüşün kuantum durumu yukarıya veya aşağıya "çöker" - diğer parçacığı anında zıt dönüşe çökertir. Bu, parçacıkların birbirleriyle ışık hızından daha hızlı hareket eden bazı araçlar aracılığıyla iletişim kurduklarını gösteriyor gibi görünüyor. Ancak fizik yasalarına göre hiçbir şey ışık hızından daha hızlı gidemez. Bir parçacığın ölçülen durumu, evrenin uzak ucundaki başka bir parçacığın durumunu anında belirleyemez mi?

Einstein da dahil olmak üzere fizikçiler, 1930'larda kuantum dolaşıklığının bir dizi alternatif yorumunu önerdiler. Ölçümden önce bir parçacığın durumunu belirleyen, gizli değişkenler olarak adlandırılan bazı bilinmeyen özellikler olduğunu teorize ettiler . Ancak o zamanlar fizikçiler, kuantum teorisinin gizli değişkenleri içerecek şekilde değiştirilmesi gerekip gerekmediğini test edebilecek net bir ölçümün teknolojisine veya tanımına sahip değildi.

Kuantum Teorisinin Değiştirilmesi Gerekiyor mu?
Bir cevaba dair herhangi bir ipucunun ortaya çıkması 1960'lara kadar sürdü. Nobel Ödülü'nü alacak kadar yaşamamış parlak bir İrlandalı fizikçi olan John Bell, gizli değişkenler kavramının mantıklı olup olmadığını test etmek için bir şema tasarladı.

Bell , şimdi Bell'in eşitsizliği olarak bilinen ve kuantum mekaniği için her zaman değil, gizli değişken teorileri için her zaman doğru olan ve yalnızca doğru olan bir denklem üretti . Bu nedenle, Bell'in denkleminin gerçek dünya deneyinde karşılanmadığı bulunursa, yerel gizli değişken teorileri, kuantum dolaşıklığı için bir açıklama olarak göz ardı edilebilir.

- İrlandalı bir fizikçi olan John Bell, kuantum dolaşıklığının gizli değişkenlere dayanıp dayanmadığının gerçekliğini test etmenin yollarını buldu.
2022 Nobel ödüllülerin, özellikle Alain Aspect'in deneyleri, Bell eşitsizliğinin ilk testleriydi . Deneylerde, pek çok düşünce deneyinde olduğu gibi, elektron ve pozitron çiftleri yerine dolaşık fotonlar kullanıldı. Sonuçlar, dolaşık parçacıkların durumlarını önceden belirleyecek gizemli bir özellik olan gizli değişkenlerin varlığını kesin olarak dışladı. Toplu olarak, bunlar ve birçok takip deneyi , kuantum mekaniğini doğruladı. Nesneler, kuantum mekaniğinden önceki fiziğin açıklayamadığı şekillerde büyük mesafeler arasında ilişkilendirilebilir.

Daha da önemlisi, ışıktan hızlı iletişimi yasaklayan özel görelilik ile de çelişmez . Geniş mesafelerdeki ölçümlerin birbiriyle ilişkili olması, bilginin parçacıklar arasında iletildiği anlamına gelmez. Birbirlerinden çok uzakta olan ve birbirine karışmış parçacıklar üzerinde ölçüm yapan iki taraf , bilgiyi ışık hızından daha hızlı iletmek için fenomeni kullanamaz .

Bugün fizikçiler kuantum dolaşıklığını araştırmaya ve potansiyel pratik uygulamaları araştırmaya devam ediyor . Kuantum mekaniği, bir ölçümün olasılığını inanılmaz bir doğrulukla tahmin edebilse de, birçok araştırmacı bunun gerçekliğin tam bir tanımını sağladığı konusunda şüphelerini koruyor. Yine de kesin olan bir şey var. Kuantum mekaniğinin gizemli dünyası hakkında söylenecek çok şey var.

Andreas Muller , Güney Florida Üniversitesi'nde fizik profesörüdür. Ulusal Bilim Vakfı'ndan fon alıyor.

Bu makale The Conversation'dan Creative Commons lisansı altında yeniden yayınlanmıştır. Orijinal makaleyi burada bulabilirsiniz .

Yorum Gönder

0Yorumlar

UYARI: > Küfür, hakaret, rencide edici cümleler veya imalar, içeren, imla kuralları ile yazılmamış, Türkçe karakter kullanılmayan ve büyük harflerle yazılmış yorumlar onaylanmamaktadır.<

Yorum Gönder (0)