Hepinize merhaba sevgili bublogta’lılar. Sıkı takipçilerimiz bilir ki kuantum fiziğine aşık bir yazar/editörüm. Bu defa yazımda Schrödinger ve gizemli kedisini birkaç farklı açıdan ele alacağım.
Zamanın doğası fizik kuramlarımızın gerçeklik kavramını belirledikleri bir başka alan örneğidir. Eskiden zamanın sonsuza kadar aktığının açık olduğu düşünülürdü fakat görelilik kuramı, zamanı uzay ile birleştirmiş ve her ikisinin evrendeki madde ve enerji tarafından eğrilebileceğini veya bükülebileceğini söylemiştir. Böylece zamanın doğasını kavrayışımız Evrenden bağımız olmaktan onun tarafından şekillenmiş olmaya doğru değişmiştir. O zaman, zamanın belirli bir noktadan önce kolayca tanımlanamayabileceği anlaşılır oldu; zaman içinde geriye gidilirse aşılamaz bir engele, ötesine kimsenin gidemediği bir tekilliğe gelinebilir.
Kuantum fiziğine merakı olan herkes en az bir kere Erwin Schrödinger’i duymuştur.
Kendisi kuantum mekaniğinin temel dalga denklemini fiziğe kazandıran bilim insanıdır. Fakat sonrasında gelen yorumlara kendisi bile katlanamadı ve ışığın sadece dalga modeli olmadığı konusunda çalışmalar yapmaya başladı.
Bundan sonra o da Albert Einstein gibi kuramın “mantıksızlığını” çarpıcı biçimde ortaya koyacak örnekler aramaya koyuldu. 1935’te ortaya koyduğu “Schrödinger’in Kedisi” adı ile anılan düşünce deneyi bunların en ünlüsüdür.
Öncelikle bu deney hakkında şunu söylemeliyim ki deney düşünsel boyutta yapılmıştı. Yani Schrödinger hiçbir hayvana zarar vermedi. Biraz da deneyin içeriğini açıklayacak olursak;
Sağlıklı bir kediyi hava alabilen bir kutu içine koyalım. Kutuda zehirli bir gaz şişesi bulunsun ve bu gazın şişeden salınmasını sağlayacak mekanizma, bozunma yarı ömrü 1 saat olan bir radyoaktif parçacık ile kontrol edilsin.
Schrödinger’in iddiasına göre 1 saat sonunda kedinin canlı ve ölü olma olasılıkları eşit. Dalga fonksiyonunun anlamı ya bozunma oldu ve kedi öldü ya da olmadı ve kedi hayatta gibi uç iki olasılığı anlatmaktan ibaret değil. Schrödinger’in analizi doğru ise kuantum kuramı, (birisi bakıp durumu bu iki seçenekten birine indirgeyene kadar) kedinin iki durumunun yan yana bulunduğunu söylüyor. Yarı ölü-yarı diri. Schrödinger, bu kadar mantığa zıt bir kuramın düzeltilmeye muhtaç olduğu sonucuna varıyor. Buna karşılık birçok fizikçi (Hawking, Gell-Mann ve başkaları) bu problemin yapay olduğu görüşündeler.
Eğer biri kutuyu açarsa kediyi ya ölü ya canlı bulacaktır. Fakat kutu açılmadan önce kedinin kuantum durumu ölü kedi durumuyla kedinin canlı olduğu durumun bir karışımı olacaktır. Bazı bilim felsefecileri, bunun kabul edilmesini çok güç bulurlar. İnsanın yarı hamile olabilmesinden öte kedinin yarı vurulmuş, yarı vurulmamış olması mümkün değildir. Onların içinde bulundukları güçlük, dolaylı olarak bir nesnenin belirli bir tek geçmişe sahip olduğu klasik bir gerçeklik kavramını kullanmalarından kaynaklanır. Kuantum mekaniğinin temeli, farklı bir gerçeklik görüşüne sahip olmasıdır. Bu görüşte bir nesne yalnızca bir tek geçmişe değil, mümkün olan tüm geçmişlere sahiptir. Çoğu durumda belirli bir geçmişe sahip olma olasılığı, biraz farklı bir geçmişe sahip olma olasılığını siler fakat belli durumlarda komşu geçmişlerin olasılıkları birbirini güçlendirir. Nesnenin geçmişi olarak gözlemlediğimiz şey, bu güçlendirilmiş geçmişlerden biridir. Schrödinger’in Kedisi durumunda güçlendirilmiş olan iki geçmiş vardır. Birinde kedi vurulmuştur, diğerinde ise canlı kalır. Kuantum kuramında her iki olasılık birlikte var olabilir. Fakat bazı felsefeciler, açıkça belirtmeden kedinin yalnızca bir geçmişi olabileceğini varsaydıkları için kendilerini çıkmazda bulurlar.
Bu deneyle ilgili bu kadar bilginin yeterli olacağını düşünüyor ve asıl anlatmak istediğim konuya geliyorum.
Schrödinger’in Kedisi Denklemi
Kuantum fiziği aslında negatif ve karmaşık sayıların yer aldığı bir olasılık kuramı. Hem gerçel hem sanal kısımları olduğu için karmaşık sayılar denen bu sayılar, a+ib şeklinde gösteriliyor. Kuantum denklemlerine bu tür sayılar hâkim olduğu için, kuantum fiziği olasılıkların sadece gerçel sayılarla ifade edildiği klasik fizikten farklı sonuçlar doğuruyor. Klasik fizikte bir sisteme ait olasılıklar doğrudan toplanıyor.
Örneğin bir para atıldığında yazı ya da tura olmak üzere iki durum gerçekleşebilir ve her bir durumun gerçekleşme olasılığı ½’dir. Olasılıklar toplamı da tam istenildiği şekilde ½ + ½ = 1 olur. Bir kuantum sisteminde ise karelerinin toplamı 1 olan olasılıklar var.
İki durumun gerçekleşme olasılığının olduğu Schrödinger’in Kedisi örneğine dönelim. Kedinin canlı olma olasılığı α ile, ölü olma olasılığı β ile belirtilsin. Kuantum denklemlerinin yapısı gereği bu sefer α ve β’nın toplamı değil, α ve β’nın karelerinin toplamı 1 oluyor.
Ölülük ve canlılığın eşit olasılıkla gerçekleşebildiği durum α’nın β’ya eşit olduğu ve her ikisinin de 1/√2 değerini aldığı duruma karşılık geliyor.
Kuantum mekaniğine göre her nesneye bir dalga eşlik ediyor. Bu eşitlikte resimli ifadeler kedinin canlı ve ölü olduğu durumlara karşılık gelen madde dalgalarını temsil ederken 1/√2’ler bu dalgaların büyüklüğünü veriyor. Bu büyüklüklerin karesi olasılık olarak tanımlanıyor.
Buna göre, Schrödinger’in kedisinin kutu kapalı iken canlı ve ölü durumların üst üste bindiği bir durumda olduğunu söyleyebiliriz.
Schrödinger’in kedisi kübit (kuantum bit) denen iki durumlu bir kuantum sistemine örnek teşkil ediyor; kuantum durumlarının süperpozisyonu (Burada bahsedilen superposition olayı lisede gördüğümüz çift yarıkta veya çift tepede girişim olayı ile aynıdır.) sadece kübitlerde değil tüm kuantum sistemlerinde geçerli. Bunun yanı sıra karmaşık sayı olabilen α ve β, dalgaların birbirine göre konumuna (fazına) bağlı olarak negatif değer de alabiliyor.
Okuduğunuz için teşekkür ederim, Hoşça Kalın!
