Bir topu havaya doğru dümdüz fırlattığınızı düşünün.
Topun, elinizi terk ettikten sonraki hareketini öngörebilir misiniz?
Elbette, bu çok kolay.
Çıkabileceği en yüksek noktaya ulaşana kadar yukarıya gidecek,
sonra da gerisin geri aşağıya, avucunuza inecek.
Tabii ki olacak olan budur.
Bunu biliyorsunuz, çünkü bunun gibi pek çok olaya tanık oldunuz.
Hayatınız boyunca, gündelik olayların fiziğine ilişkin gözlemler yaparsınız.
Ama şimdi atomların fiziğine ilişkin bir soruyu araştıralım,
örneğin bir hidrojen atomunun çekirdeğinin
çevresinde bulunan elektronun hareketi nasıldır?
Bu soruyu gündelik yaşam fiziğinin deneyimlerine göre yanıtlayabilir miyiz?
Kesinlikle hayır. Peki neden?
Çünkü böylesi küçük ölçekli sistemlerin davranışını yöneten fizik,
etrafımızda hep gördüğümüz
makroskopik nesnelerin fiziğinden çok farklıdır.
Görüp bildiğiniz her günkü evren,
klasik mekanik yasalarına göre davranır.
Ancak atom ölçeğindeki sistemler
kuantum mekaniği yasalarına göre davranır.
Bu kuantum dünyası da oldukça garip bir yer gibi görünüyor.
Kuantum garipliğinin bir örneği, ünlü bir düşünce deneyi ile anlatılır:
Schrödinger'in kedisi.
Muhtemelen kedileri pek de sevmeyen bir fizikçi, bir kedi ile bir bomba alır ve bunları,
kapak kapandıktan sonra bombanın patlama ihtimali %50 olan bir kutuya koyar.
Kapağı tekrar açana kadar, bombanın patlayıp patlamadığını
bilmenin hiç bir yolu yoktur.
Bu yüzden, kedinin canlı mı ölü mü olduğu bilinemez.
Kuantum fiziğinde, bizim gözlemimize kadar
kedinin bir süperpozisyon durumunda olduğu söylenebilir.
Ne canlıdır ne de ölü,
her iki olasılığın gerçekleşme şansının %50 olduğu bir karışım durumundadır.
Buna benzer şeyler kuantum ölçeğindeki fiziksel sistemlerde olur,
tıpkı bir hidrojen atomunda dönen elektron gibi.
Aslında elektronun döndüğü falan yoktur.
Denilebilir ki, aynı anda uzayın bütün noktalarındadır.
Bazı yerlerde olma olasılığı, diğer yerlerden daha fazladır
ve belli bir anda tam nerede olduğunu
ancak konum ölçümü sonrasında belirleyebiliriz.
Bu durum, kutuyu açana dek kedinin canlı mı ölü mü
olduğunu bilmeyişimize benzer.
Böylece, garip ve güzel bir olgu olan
kuantum dolanıklığa varıyoruz.
Bir kutu içindeki bir kedi yerine, iki ayrı kutuda birer kedimiz olsun.
Schrödinger'in kedi deneyini bir yerine iki kedi ile tekrarlarsak
deney sonucu dört olasılıktan biri olacaktır.
Kedilerin ikisi de canlı veya ikisi de ölü olabilir;
ya da biri canlı diğeri ölü veya diğeri canlıyken öteki ölü olabilir.
Her iki kedi sistemi yine süperpozisyon durumundadır.
Bu kez her durumun olasılığı %50 yerine %25 olur.
İlginç olan şu:
Kuantum mekaniği bize, kedilerin ikisinin de ölü ve ikisinin de canlı olduğu
süperpozisyon durumlarını silmenin mümkün olduğunu söylemekte.
Başka bir deyişle, sonucun daima kedilerden birinin canlı birinin ölü olduğu
iki kedili bir sistem olabilir.
Teknik terim olarak buna, kedilerin durumları dolanıktır diyoruz.
Kuantum dolanıklığa ilişkin akıllara durgunluk veren bir şey var.
Bu dolanıklık durumunda bulunan iki kutuda birer kedi sistemini hazırlayıp,
kutuları evrenin iki ayrı ucuna götürdüğünüzde bile,
deneyin sonucu daima aynı oluyor.
Bir kedi daima ölü olurken, bir kedi canlı kalıyor;
biz sonucu ölçene dek
kedilerden hangisinin canlı hangisinin ölü olacağı bütünüyle belirsiz kalmasına rağmen.
Bu nasıl mümkün oluyor?
Nasıl oluyor da, evrenin iki ayrı ucunda bulunan kedilerin durumları
bu şekilde dolanık olabiliyor?
Birbirleriyle zaman içinde iletişim kurmak için çok uzaklar;
öyleyse bu bombalar nasıl birinin patlarken diğerinin patlamadan kalacağı
bir durum yaratıyorar?
Şöyle düşünüyor olabilirsiniz:
"Bu sadece bir takım teorik ıvır-zıvırdan ibaret.
Gerçek dünyada böyle bir şey olamaz."
Fakat görünen o ki, kuantum dolanıklık
gerçek dünya laboratuvarlarındaki deneylerle doğrulanmış durumda.
Birinin spini hangi yöndeyse, diğerininkinin ters yönde olduğu
bir süperpozisyon durumunda dolanık bulunan iki atomaltı parçacık,
dolanıklık kuralına uymuş olmak için spinlerin nasıl olması gerektiğine dair
birbirlerine bilgi iletmelerinin hiç bir yolu olmadığında bile
böyle davranırlar.
O halde dolanıklığın, kuantum bilgi biliminin
merkezinde yer alması şaşırtıcı değildir.
Bu dal, garip kuantum dünyasının yasalarının bizim makroskopik dünyamızda
nasıl kullanılacağını araştırmakta ve giderek gelişmektedir.
Örneğin; casusların güvenli mesaj göndermeleri için kuantum kriptografi
veya gizli şifreleri kırmak için kuantum hesaplama gibi.
Gündelik fizik, garip kuantum dünyasına birazcık daha benzemeye başlayabilir.
Kuantum ışınlanma çok daha çabuk ilerleme kaydedebilir;
öyle ki, kediniz ne fizikçilerin ne de kutuların var olmadığı
daha güvenilir bir gökadaya kaçabilir.