Fizik

Schrödinger’in Kedisi Gerçek Hayatta Var Olabilir mi?

Hiç aynı anda birden fazla yerde bulundunuz mu? Eğer bir atomdan çok daha büyükseniz, cevap hayır olacaktır. Ancak atomlar ve parçacıklar, birkaç farklı olası durumun aynı anda bir arada bulunabileceği kuantum mekaniğinin kurallarına tabidir. Kuantum sistemleri, “dalga fonksiyonu” adı verilen şey tarafından yönetilir. İçinde yaşadığımız klasik dünya ile atomların kuantum dünyası arasındaki sınır dalga fonksiyonudur. Kuantum fiziğinde olasılığın rolünü dal­ga fonksiyonu kontrol eder.

Dalga fonksiyonu genliği be­lirtmektedir. Genlik bir dalganın sıfır değerinden pozitif veya negatif yönde ne kadar saptığının ölçüsüdür. Bir örnek olarak bunu, su yüzeyinin bir dalga geçerken normal düzeyinden aşa­ğıya ya da yukarıya doğru belli ölçüde sapmasına benzetebi­liriz. Ancak kuantum dalgası ile sudaki dalga arasında önemli bir farklılık vardır. Kuantum dalgası kendi başına ölçülebilir bir nicelik değildir. Olasılık ise, ölçülebilen bir nicelik özelli­ği taşır ve o da kuantum dalgası genliğinin karesidir.

Örneğin bir para atıldığında yazı ya da tura olmak üzere iki durum olur. 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 vardır. Ve bu farklı olasılıklar, farklı durumların “süperpozisyonu” olarak adlandırılan dalga fonksiyonunda bir arada var olabilir. Ancak bir ölçüm yapıldığında dalga fonksiyonu işlevini yitirir.

Genel olarak, kuantum mekaniği, atomların ve parçacıkların küçük dünyasına uygulanır. Büyük ölçekli nesneler için tüm bunların ne anlama geldiği konusunu henüz tam olarak bilmiyoruz. Ancak bu durum değişebilir. Çünkü bilim insanları Schrödinger’in kedisinin sadece düşünce deneylerinde değil gerçek hayatta da var olabileceğini gösterebileceklerine inanıyorlar. Ancak bunun için bilim insanlarının büyük kuantum nesnelerinde süperpozisyonu neyin engellediğini bulmaları gerekiyor. Detaylara geçmeden önce Schrödinger’in kedisinin ne olduğunu anımsayalım.

  Schrödinger’in Kedisi Nedir?

Schrödinger’in kedisi, mevcudiyeti hakkında bilgi sahibi olmadığımız kuantum dünyasının en ünlü hayvanıdır. Kendisi ilk olarak karşımıza 1935 yılında aslında bir paradoks olarak tanımlanan Schrödinger’in Kedisi düşünce deneyi ile çıkar. Kuantum mekaniğinin kurucularından kabul edilen Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger fizik alanına yaptığı önemli katkılarda bulunmuş ve 1933’te Schrödinger denklemi ile Nobel Fizik Ödülü almış bir bilim insanıdır. Schrödinger denklemi, bir kuantum sistemi hakkında bize her bilgiyi veren araç olan başlangıçta aktardığımız dalga fonksiyonu ile ilişkilidir. Bu düşünce deneyi şu biçimdedir.

İlk önce, bir kutuya varsayımsal bir kedi koyarsınız. Kutuda ayrıca ne zaman bozunacağı belli olmayan radyoaktif bir madde, örneğin uranyum vardır. Kutu tüm zaman boyunca kapalı kalır. Kedinin sesini dinlemek veya kutunun hareket ettiğini görmek gibi zayıf geçici çözümler yoktur. Peki şimdi kedi yaşıyor mu yoksa öldü mü? Bunu söylemenin mümkün bir yolu olmadığı için, kedi hem canlı hem de ölüdür. Bir kuantum parçacığı gibi, aynı anda iki durumda süperpozisyona sahiptir.

Kutunun dışında bulunan bizler için kedi % 50 ihtimalle ölü, % 50 ihtimalle canlıdır. Kedinin akıbeti hakkında tam bir hükme varmak için kutunun açılması (gözlem yapmak) şarttır. Yani kedinin hem ölü olabilme, hem canlı olabilme olasılığı vardır, ancak bu olasılıkların gerçeklik kazanması gözlemle mümkündür.

Büyük Ölçekte Schrödinger’in Kedisi Deneyi Yapılabilir mi?

Fizikçilere göre büyük ölçekli nesnelerden kuantum süperpozisyon potansiyelini ortadan kaldıran bir mekanizma varsa, bunun bir şekilde dalga fonksiyonunun işleyişini bozması gerekir. Bu durumda ortaya ısı çıkmalıdır. Böyle bir ısının bulunması, büyük ölçekli kuantum süperpozisyonunun imkansız olduğu anlamına gelir. Ancak tersi kuantum dünyasının her ölçekte mümkün olduğunu söyler. Bu durumda, ilerleyen teknoloji ile büyük nesneleri, hatta belki de canlı varlıkları kuantum hallerine koyabiliriz. Bu mantıktan yola çıkarak fizikçiler orijinal Schrödinger’in kedisi deneyinin devamı niteliğinde bir düşünce deneyi daha tasarladılar.

Fizikçiler, büyük ölçekli kuantum süperpozisyonlarını önleyen bir mekanizmanın nasıl görüneceğini bilmiyorlar. Bazılarına göre bu bilinmeyen bir kozmolojik alandır. Diğerleri yerçekiminin bununla bir ilgisi olabileceğinden şüpheleniyor. Bu yılın Nobel Fizik Ödülü sahibi Roger Penrose, bunun canlıların bilincinin bir sonucu olabileceğini düşünüyor.

Bu düşünce deneyinde, varsayımsal bir buzdolabının tüm parçaları, mutlak sıfıra yakın olacak şekilde soğutulur. Bu buzdolabının içinde çok yüksek frekanslarda titreşen rezonatörler vardır. Çok düşük sıcaklık ve çok yüksek titreşim sonucunda bu rezonatörler Bose yoğuşması adı verilen bir sürece giriyor. Bu parçacıkları bozonlardan oluşan maddelerin en alt enerji seviyesinde yoğunlaştığı, kuantum etkilerinin gözlenebildiği maddenin bir halidir. Şimdi bu rezanatörlerin sahip olduğu enerji miktarının ölçülmesi gerekiyor. Bunun için ortama ışık parçacıkları dahil edilir. Bu parçacıklar rezonatöre çarpıp fazla enerjiyi emer ve sistem dışına çıktığında da enerjileri ölçülebilir. Böylece rezonatörde ısı olup olmadığını anlaşılır.

Önerdikleri bu deneyin günümüz koşulları ile gerçekleşmesi elbette imkansız. Yine de, gerçekliğimizle ilgili en büyüleyici sorulardan birine cevap verme potansiyeline sahip. Yoksa her şey kuantum mu?

Kaynaklar ve İleri Okumalar:

Matematiksel

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

İlgili Makaleler

Başa dön tuşu