Kuantum dolanıklık, aralarındaki mesafe ne olursa olsun iki veya daha fazla parçacığın fiziksel özelliklerinin birbirini etkileyebilmesi durumudur. Oldukça karmaşık, aynı zamanda son derece şaşırtıcı bir olgu olan kuantum dolanıklılığın doğasını anlamak, kuantum mekaniğinin şaşırtıcı dünyasına dahil olmayı mümkün kılar. Dolanıklık, klasik fizikte karşılık bulamasa da kuantum fiziğinde bir karşılığı vardır. Belki de bu nedenle anlaşılması oldukça zordur.
Yalnızca atom altı parçacıklar kuantum dolanıklığın konusu değildir. Daha büyük parçacıklarda da laboratuvar ortamında uygun şartlar oluşturulduğunda, dolanıklık olgusunu gözlemlemek mümkündür. Fakat dolanıklığın uzun süre ve uzak mesafelerde korunabilmesi adına parçacıkların daha küçük seçilmesi gerekir. Peki ama nedir bu kuantum dolanıklık, “Belirsizlik İlkesi” ile ne ilgisi var? Süperpozisyon, dalga fonksiyonu nedir?
İçindekiler
Parçaların Dolanık Olması Neyi İfade Ediyor?
Kuantum dolanıklık… Kuantum dünyasının garip dünyasına ait bir olgu. Evet, her ne kadar karmaşık bir durum olsa da kuantum dolanıklığı anlamak o kadar da zor değil. Olguyu daha iyi anlayabilmek için ilk olarak “süperpozisyon ilkesi”ni özümsemek gerekiyor. Süperpozisyon ilkesi, elektron gibi kuantum nesnelerin; Dalga Fonksiyonu kapsamında tanımlanan olasılıklar dahilinde bulunabilecekleri tüm durumları ifade eden bir kavramdır. Bir kuantum nesne, süperpozisyondaysa, bu olasılık durumlarının tamamında aynı anda bulunur.
İki ya da daha fazla parçacığın, kuantum durumlarının ilişkili olabileceği etkileşime girmeleri, dolanıklığın oluşmasını sağlar. Temelinde süperpozsiyon ilkesi bulunur. Birbirine dolanık olan iki parçadan birine müdahale edildiğinde, diğeri anında bu müdahaleden etkilenir. Kuantum dolanıklık ilkesinin en garip yönlerinden biri, tam da bu durumdur. Klasik fizikteki etki tepki meselesinin dışında kalan bu durum, kuantum dolanıklığın anlaşılmamasının temel nedenlerinden bir tanesidir. Dolanık parçalardan birine bir müdahalede bulunduğunuzda, diğer parça bundan etkileneceği için bir parçayı incelemeniz diğeri hakkında bilgi sahibi olmanızı sağlar.
Kuantum Belirsizlik, Süperpozisyon ve Dalga Fonksiyonu Nedir?
Kuantum dolanıklığı çok daha iyi anlayabilmek için kuantum belirsizlik, süperpozisyon ve dalga fonksiyonu hakkında bilgi sahibi olmak gerekiyor. Çünkü bu kavramların her biri, kuantum dolanıklıkla yakından alakalı. Daha önce de ifade ettiğimiz üzere kuantum belirsizlik bize, bir parçacığın hem konumu hem de açısal momentumunu aynı anda ölçemeyeceğimizi söyler. Birini ölçmeye çalıştığınızda diğerini aynı netlikle ölçemeyeceksiniz.
Dalga fonksiyonu ise kısaca ifade etmek gerekirse olasılık yoğunluğudur. Bu noktada kuantum belirsizliğe geri dönmekte fayda var. Kuantum belirsizlik, bir parçacığın aynı anda hem konumu hem de açısal momentumunun aynı netlikle ölçülemeyeceğini ifade ediyordu. Konum ya da momentumu ölçmeye çalıştığınızda, hangi olasılıkla hangi sonuçları elde edeceğinizin bilgisini barındıran “kuantum olasılık dalgası”na ulaşırsınız.
Çift Yarık Deneyi’ni hatırlayalım. Bu deneyde, bir ekran önünde oluşturulan ve iki uzun yarıktan meydana gelen panele elektronları göndermeye çalıştığınızda, elektronlar ekranda girişim deseni oluşturur. Elektronları gönderirken bir ölçüm yapmaya kalktığınızda, elektronlar parçacık gibi davranmaya başlar. Aslında panel önünde elektronlar süperpozisyon içerisindedir. Fakat ölçüm yapıldığı için dalga fonksiyonu çöker ve elektron, adeta parçacık şeklinde hareket eder.
“Dolanıklılık” Kelimesini İlk Defa Erwin Schrödinger Kullandı
Dolanıklılık kelimesini ilk olarak Erwin Schrödinger kullandı. Kuantum mekaniğinin kurucularından Schrödinger, Belirsizlik İlkesi dahilinde kuantum mekaniğinin temel ilkelerinden birini ifade etti. Kuantum dünyasında hiçbir şey kesin olarak bilinemezdi. Bir parçacığın konumunu ölçmeye çalıştığınızda, parçacığın açısal momentumu hakkında bilgi sahibi olamıyorsunuz. Tam tersi de söz konusu.
Kuantum Dolanıklık Deneyleri
Nerede olduğu fark etmeksizin iki dolanık parçacık, birbiriyle bir uyum içindedir. Parçacıklardan biri saat yönünde dönüyorsa, diğeri de saat yönünün tersi yönünde dönecektir. Einstein, kuantum dolanıklık fikrinin ürkütücü olduğuna inanıyordu. Çünkü dolanık parçacıklar, evrenin iki ucunda olsalar bile birbirlerini etkilemeye devam ediyordu. Birbirinden çok uzakta olan parçacıkların birbirlerini etkilemesi, ışık hızından bile daha hızlı bir etkileşimi akıllara getiriyor. Bu, Einstein’in E=mc2 teorisine ters değil mi? Einstein, bu teori ile hiçbir şeyin ışık hızından çok daha hızlı bir şekilde hareket edemeyeceğini gösteriyordu. Bu nedenle Einstein’in bu fikre sıcak bakmadığını belirtelim.
Dolanıklığı kanıtlayan çeşitli deneyler yapıldı. Kuantum dolanıklığın gerçek olduğunu doğrulayan ilk deney 1949’da Chien-Shiung Wu ile I. Shaknov tarafından gerçekleştirildi. Laboratuvar ortamında yapılan deneyde fotonlar kullanıldı. 2012 ve 2013 yıllarında ise farklı bir deney yapıldı. Zamansal olarak bir arada bulunmayan fotonlarda polarizasyon korelasyonu oluşturuldu. 2013’te bağımsız bir deney yapılarak klasik olarak iletilen ayrılabilir kuantum durumlarının dolanık durumları taşımak amacıyla kullanılabileceği gösterilmiş oldu.
Teknoloji gelişiyordu. 2016 yılından itibaren Microsoft ve IBM gibi firmalar, ilk kuantum bilgisayarı yarattılar. Bu bilgisayarlar, kuantum mekaniğini ile çalışıyordu. Kuantum dolanıklığı, pratik olarak ilk defa uygulanmış oldu. Bu nedenle yapılan çalışmalar son derece önemliydi.
Kuantum Dolanıklık İspatlandı
Einstein’in ortaya attığı ama bir türlü inanmak istemediği kuantum dolanıklık, ilk kez fotoğraflandı. Bu durum, bilim dünyasının en önemli gelişmelerinden biri oldu. Fotoğrafı oluşturabilmek için bilim insanları beta baryum kristali ile ultraviyole lazeri birleştirdi. Böylelikle kuantum bağlantılı fotonlar ortaya çıktı. Dolaşık fotonlar akışı bir ışın ayırıcı kullanılarak birbirlerinden ayrıldı. Daha sonra ilk foton, diğer fotonların fazını değiştirmekte olan nesneler aracılığıyla gönderildi.
Ultra hassas fotoğraf kullanılarak iki dolaşık foton fotoğraflandı. Kuantum dolanıklığın görüntülenmesini olanaklı hale getiren bu çekim, kuantum dünyasına dair bilgimizi geliştirmek adına son derece önemli bir adımdı.
Kuantum dolanıklık her ne kadar kafa karıştıran bir olgu olsa da kuantum mekaniğinin en dikkat çeken olaylarından bir tanesi. Evreni anlama yolunda atacağımız her adım, zorlu süreçlerden meydana gelse de oldukça değerli.
