Schrödinger'in kedisi bize kuantum mekaniğe ilişkin ne öğretebilir? - Josh Samani

Dersin tamamı için: http://ed.ted.com/lessons/what-can-schrodinger-s-cat-teach-us-about-quantum-mechanics-josh-samani

Her gün karşılaştığımız klasik fizik, yani makroskopik dünya, çok daha küçük ölçekli (atomlar gibi) sistemleri yöneten kuantum fiziğinden farklıdır. Kuantum fiziğinin acayipliğine harika bir örnek, Schrödinger'in kedisi adlı düşünce deneyi ile verilir. Josh Samani bu deneyi kullanarak bize kuantum dolanıklığı anlatıyor.

Ders: Josh Samani, animasyon: Dan Pinto.

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.