Nobel Fizik Ödülü 2022 yılında “dolanık fotonlarla ilgili deneyler, Bell eşitsizliklerinin bozulduğunun gösterilmesi ve kuantum enformasyon biliminde öncü olması” nedeniyle verildi.

Bunun ne anlama geldiğini ve bu çalışmanın neden önemli olduğunu anlamak için, bu deneylerin fizikçiler arasında uzun süredir devam eden bir tartışmayı nasıl sonuçlandırdığını anlamamız gerekiyor. Bu tartışmanın kilit isimlerinden biri de İrlandalı bir fizikçi olan John Bell‘dir.

Bell 1960’larda gerçekliğin doğasına ilişkin felsefi bir sorunun bilim tarafından yanıtlanabilecek fiziksel bir soruya nasıl dönüştürülebileceğini gözler önüne serdi ve bu arada dünya hakkında bildiklerimiz ile dünyanın gerçekte nasıl olduğu ayrımını ortadan kaldırdı.

Kuantum dolanıklığı

Kuantum nesnelerinin, sıradan yaşamlarımızdaki nesnelere genellikle yüklemediğimiz özelliklere sahip olduğunu biliyoruz. Örneğin kuantum alanda ışık bazen bir dalga, bazen de bir parçacıktır. Günlük hayatta ise biz bunu böyle anlamlandırmayız.

Bu tür olağan dışı davranışları açıklamak için iki yol vardır. Birincisi, kuantum dünyasını olduğu gibi net bir şekilde algıladığımız ve bunun olağan dışılığını fark ettiğimiz açıklamadır. Diğeriyse kuantum evreninin tıpkı bildiğimiz ve içinde bulunduğumuz olağan dünya gibi olduğu; ancak bizim ona bakışımızın yanlış ve puslu olduğu, dolayısıyla kuantum gerçekliğini olduğu gibi net bir şekilde göremediğimiz açıklamadır.

Yirminci yüzyılın ilk birkaç on yılında fizikçiler hangi açıklamanın doğru olduğu konusunda ikiye bölünmüşlerdi. Kuantum sisteminin alışılmışın dışında olduğunu düşünenler arasında Werner Heisenberg ve Niels Bohr gibi isimler vardı. Kuantum evreninin tıpkı bildiğimiz olağan evren gibi olması gerektiğini ve sadece bizim ona bakışımızın puslu olduğunu düşünenler arasında ise Albert Einstein ve Erwin Schrödinger vardı.

Bu bölünmenin temelinde kuantum teorisinin alışılmadık bir yorumu yatmaktadır. Teoriye göre, etkileşim hâlinde olan belirli kuantum sistemlerinin özellikleri, sistemler birbirlerinden çok uzaklara taşınmış olsalar bile birbirlerine bağlı kalır.

Schrödinger, 1935 yılında bir kutuya hapsedilmiş bir kediyi içeren ünlü düşünce deneyini tasarladığında, bu fenomen için “dolanıklık” terimini kullanmıştır. ¹ Dünyanın bu şekilde işlediğine inanmanın anlamsız olduğunu savunmuştur.

Dolanıklık problemi

Dolanık kuantum sistemleri birbirlerinden çok uzakta olsalar bile bir şekilde birbirleriyle anlık olarak iletişim kuruyor gibi görünürler. Ancak Einstein’ın görelilik teorisi bu tür bir bağlantıya izin vermez. Einstein bu fikre “uzaktan etki” (spooky action at a distance) adını vermiştir.

1935’te Einstein, iki meslektaşıyla birlikte, kuantum mekaniğinin dolanıklık konusunda bize tüm bilgiyi veremeyeceğini gösteren bir düşünce deneyi tasarlamıştır. ² Bu isimler dünyada henüz göremediğimiz daha fazla şey olması gerektiğini düşünüyorlardı.

Ancak zaman geçtikçe, kuantum teorisinin nasıl yorumlanacağı sorusu akademik bir tartışma konusu hâline geldi. Soru çok felsefi görünse de 1940’larda kuantum fiziği üzerine düşünen en parlak beyinlerin çoğu teoriyi oldukça somut bir zeminde kullanmaya çalışmakla meşguldüler: Atom bombası yapmak.

İrlandalı fizikçi John Bell’in zihnini dolanıklık sorununa yönelttiği 1960’lara kadar bilim camiası bu felsefi görünen sorunun somut bir karşılığı olabileceğini fark etmedi.

Bell teoremi

Bell, basit bir dolanık sistem kullanarak Einstein’ın 1935 tarihli düşünce deneyini daha da genişletti. ³

Görünüşe göre Einstein yanılıyordu. Ancak bu henüz tam olarak kazanılmış bir zafer değildi. Çünkü 1960’larda kuantum teorisinin öngörülerinin gerçekten doğru olup olmadığı belli değildi. Bell’in görüşünü gerçekten kanıtlamak için, birilerinin gerçeklik hakkındaki bu felsefi argümanı gerçek bir fiziksel sisteme dönüştürerek deneysel bir sınava tabi tutması gerekiyordu.

Bu da elbette bu yılın Nobel ödüllü iki bilim insanının konuya dâhil olduğu noktadır. Önce John Clauser, ardından da Alain Aspect, Bell’in ileri sürdüğü sistem üzerinde deneyler yaparak kuantum mekaniğinin öngörülerinin doğru olduğunu gösterdiler. Sonuç olarak, “uzaktan etki”yi kabul etmediğimiz sürece, gözlemlenen kuantum dünyasını açıklayabilecek başka bir dolanık kuantum sistemi izahı mevcut değildir.

Yani Einstein yanılıyor muydu?

Belki şaşırtıcı olacak ama kuantum teorisindeki bu gelişmeler Einstein’ın bu noktada yanıldığını göstermiş gibi görünüyor. Yani, sıradan dünyamız gibi olan bir kuantum dünyasına dair bulanık bir görüşümüz yoktur diyebiliriz.

Ancak doğası gereği olağan dışı bir kuantum dünyasını açıkça algıladığımız fikri de aynı şekilde çok basittir. Ve bu da kuantum fiziğindeki bu kısmın temel felsefi öğretilerinden birini sunmaktadır.

Kuantum dünyası hakkında bilimsel tanımımızın ötesinde, yani onun hakkında sahip olduğumuz bilginin ötesinde konuşmak pek de doğru bir yaklaşım değildir.

Bu yılın üçüncü Nobel ödüllü bilim adamı Anton Zeilinger’in de ifade ettiği gibi:

“Gerçeklik ile gerçeklik hakkındaki malumatımız arasında, gerçeklik ile bilgi arasında bir ayrım yapılamaz. Gerçeklik hakkında sahip olduğumuz bilgiyi kullanmadan gerçekliğe atıfta bulunmanın hiçbir yolu yoktur.”

Dünyaya ilişkin sıradan tasavvurumuzun temelini oluşturduğunu varsaydığımız bu ayrım artık geri dönülemez biçimde bulanıktır. John Bell’e teşekkür etmeliyiz.

Bu makale Sosyolog Ömer Yıldırım tarafından www.felsefe.gen.tr için, Peter Evans’ın “How philosophy turned into physics – and reality turned into information” isimli makalesinden Türkçeye çevrilip derlenerek hazırlanmıştır. Alıntılanması durumunda kaynak gösterilmesi, ahlaklıca olanıdır.

Çeviri ve Derleme: Sosyolog Ömer Yıldırım

1. Trimmer, J.D. (1980). The Present Situation in Quantum Mechanics: A Translation of Schrödinger’s “Cat Paradox” Paper. Proceedings of the American Philosophical Society, 124 (5), s. 323-338, https://www.jstor.org/stable/986572
2. Einstein, A., Podolsky, B. ve Rosen, N. (1935). Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality Be Considered Complete?. American Physical Society, 47 (-), 777, https://doi.org/10.1103/PhysRev.47.777
3. Bell, J.S. (1964). On the Einstein Podolsky Rosen paradox. Physics Physique Fizika, 1 (3), 195, https://doi.org/10.1103/PhysicsPhysiqueFizika.1.195