Einstein'ın dahice hatası: Dolaşık durumlar - Chad Orzel

Dersin tamamı için: http://ed.ted.com/lessons/einstein-s-brilliant-mistake-entangled-states-chad-orzel

Einstein ve fizik hakkında düşündüğünüzde, muhtemelen aklınıza gelen ilk şey E=mc^2 olur. Fakat onun bu dala en büyük katkılarından biri, yazarlarından biri olduğu ve sonradan yanlış olduğu anlaşılan 1935 tarihli bir makaleye düştüğü bir dipnottur. Chad Orzel Einstein'ın "EPR" makalesini ve tuhaf dolaşık durumlar görüngüsüne ilişkin noktalarını irdeliyor.

Albert Einstein,
fotoelektrik etki kuramıyla

kuantum mekaniğinin
oluşumunda kilit rol oynamış,

fakat bunun felsefik sonuçları
konusunda çok rahatsız olmuştur.

Pek çoğumuz onu hâlâ
E=mc^2 ile hatırlasak da,

fiziğe yaptığı son büyük katkı, genç
meslektaşları Boris Podolsky ve Nathan Rosen

ile birlikte yazdığı 1935 tarihli
bir makale ile olmuştur.

1980'ler için bile son derece garip
bir felsefik dipnotu olan

bu EPR makalesi, şimdilerde
dolaşık durumlar olarak bilinen

tuhaf bir görüngüyü tanımlaması
dolayısıyla, son zamanlarda

kuantum fiziğinin anlaşılmasında merkeze oturmuştur.

Makale, parçacık çiftleri yayan
bir kaynağı ele alarak başlar.

Her parçacığın iki ölçülebilir özelliği vardır.

Her ölçümün de eşit olasılıklı

iki mümkün sonucu vardır.

İlk özellik için,
ya sıfır ya da bir diyelim.

İkincisi için de,
ya A ya da B.

Bir ölçüm gerçekleştirildiğinde,

aynı parçacıktaki aynı özelliğin
sonraki ölçümlerinde de

aynı sonuç elde edilir.

Bu senaryonun işaret ettiği tuhaflık

hem tek bir parçacığın durumunun

ölçülene dek belirsiz kalması,

hem de ölçümün tam o anda
durumu belirliyor olmasıdır.

Dahası, ölçümler birbirlerini de etkiler.

Eğer bir parçacığın durumunu 1 olarak ölçerseniz,

sonra da diğer tür bir ölçüm yaparsanız,

A ya da B elde etme olasılığınız %50'dir.

Fakat ardından ilk ölçümü tekrarlarsanız,

sıfır bulmak için %50'lik bir olasılığınız olur;

parçacık zaten 1 durumunda
ölçülmüş olmasına rağmen.

Yani ölçülen özelliği değiştirmek,
başlangıçtaki sonucu değiştirmekte,

yeni bir rasgele sonuca izin vermektedir.

İki parçacığa birden bakarsanız
durum daha da tuhaflaşır.

Her bir parçacık rasgele
sonuç üretecektir;

fakat eğer ikisini karşılaştırırsanız,

daima kusursuz bir bağlaşıklık
içinde olduklarını bulursunuz.

Örneğin, her iki parçacık da
sıfır ölçülmüşse,

ilişki daima korunur.

İkisinin durumları dolaşıktır.

Birini ölçmek, diğerinin durumunu
mutlak bir kesinlikle verecektir.

Ancak bu dolaşıklık, görünüşe göre Einstein'ın
ünlü görelilik kuramına meydan okumaktadır.

Çünkü parçacıklar arası uzaklığı
sınırlayan hiçbir şey yoktur.

Eğer birini öğle vakti
New York'ta ölçerken,

diğerini bir nanosaniye sonra
San Francisco'da ölçerseniz,

yine tam olarak aynı sonucu verirler.

Ama eğer değeri belirleyen ölçüm ise,

o zaman parçacıklardan birinin
diğerine bir çeşit sinyal göndermesi gerekir,

hem de ışık hızından
13.000.000 kat daha hızlı biçimde

-ki bu da görelilik kuramına göre imkansızdır.

Bu nedenle Einstein dolaşıklığı
bir "spuckafte ferwirklung"

yani "uzak mesafeden hayaletimsi
etki" olarak elemiştir.

Her iki parçacığın da bizim bilemediğimiz
önceden belirli durumlara sahip olduğu

daha derin bir gerçekliğin varolduğu
ve eksik olan kuantum mekaniğinin,

bu gerçekliğin bir yaklaştırması
olduğu kanısına varmıştır.

Niels Bohr öncülüğündeki
geleneksel kuantum kuramı destekçileri,

kuantum durumlarının gerçekten de
temelden belirsiz olduğunu

ve bir parçacığın durumunun,
uzaktaki partnerininkine bağlı olmasına

dolaşıklığın izin verdiğini savunuyordu.

30 yıl boyunca fizik bu çıkmazda kaldı,

ta ki EPR tartışmasını sınamak için
iki parçacığın farklı ölçümleri ile ilgili

durumlara bakmak gerektiği
John Bell tarafından anlaşılana kadar.

Einstein, Podolsky ve Rosen tarafından tutulan
yerel gizli değişken kuramları

1A ve B0 gibi çıktıları ne sıklıkta alabileceğinizle
kesin olarak kısıtlanmıştı;

çünkü çıktıların önceden
tanımlanmış olması gerekti.

Bell şunu gösterdi:
Ölçülene dek durumun gerçekten belirsiz kaldığı

katıksız kuantum yaklaşımının
farklı limitleri olup

karışık ölçüm sonuçları öngörür

-ki bu, önceden belirlenmiş
bir senaryoda imkansızdır.

EPR tartışmasının nasıl sınanacağı
Bell tarafından ortaya çıkarılınca

fizikçiler bir adım daha atıp bunu denedi.

70'lerde John Clauster ve 80'lerin başlarında
Alain Aspect ile başlayarak

EPR öngörüsü düzinelerce deneyle sınandı

ve hepsi de aynı şeyi buldu:

Kuantum mekaniğinin doğru olduğunu.

Dolaşık parçacıkların belirsiz durumları
arasındaki ilişkiler gerçek

ve bunu daha derinlerdeki
bir değişkenle açıklayamayız.

Görünüşe göre EPR makalesi
yanlış ama dahiyane bir biçimde.

Fizikçileri kuantum fiziğinin temelleri
üzerine daha derin düşünmeye iterek

kuramın geliştirilmesini sağlamış

ve kuantum bilgi gibi dalların
araştırılmasına zemin hazırlamıştır.

Bu dal şimdilerde ilerlemekte ve benzersiz güçte
bilgisayar geliştirme potansiyeli taşımaktadır.

Ne yazık ki, ölçüm
sonuçlarının rasgeleliği

dolaşık parçacıkları kullanarak
ışıktan hızlı iletiler göndermek

gibi bilim kurgu senaryoları engelliyor.

Yani şimdilik görelilik güvende.

Ancak kuantum evreni, Einstein'ın
inanmak istediğinden çok daha tuhaf.