Uzak Mesafelere Bağlantılar

KUANTUM FİZİKTEKİ DOLANIKLIK

Kuantum bilgisayarlar, kuantum şifreleme ve kuantum kelimesinin geçtiği farklı kelimeler bugünlerde haberlerin konusu arasında. Bunlarla ilgili makaleler kaçınılmaz olarak “dolanıklık”tan da bahsediyor. Dolanıklık, tüm bu gizemli aletleri mümkün kılan kuantum fiziğin bir özelliğidir.

Einstein dolanıklığı “belli bir mesafedeki ürkütücü etki” olarak tanımladı ve bu tanım çok popülerleşti. Kuantum dolanıklığı anlamak ve faydalanmak, sadece kuantum bilgisayar yaratmanın ötesinde, başka şeylerde de çok yararlıdır.

Mesela, çok daha net yerçekimi dalgaları ölçümlemeleri yapmak için ve de egzotik materyallerin özelliklerini daha iyi anlamak için kullanılabilir. Başka alanlarda da inceden inceye kendini gösterir: Birbirlerine çarpan atomların nasıl dolanık hale geldiğini ve bunun atomik saatlerin netliğini nasıl etkilediğini inceliyorum.

Peki nedir bu “dolanıklık”? Bu “ürkütücü” olayı anlamanın bir yolu var mı? Fiziğin iki önemli kavramını bir araya getirerek bunu açıklamaya çalışacağım: Korunma kanunları ve kuantum süper pozisyonları.

KORUNMA KANUNLARI

Korunma kanunları, tüm fizikteki en derin ve de en yaygın kavramlardandır. Enerji korunum kanunu, izole bir sistemdeki toplam enerji miktarının sabit kaldığını söyler. (her ne kadar elektriksel enerjiden mekanik enerjiye ve ısıya dönüştürülebilse de) Bu kanun tüm makinalarımızın, ister buhar motorları olsun ister elektrikli arabalar, çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Korunum kanunları bir tür hesap tablosu gibidir: İçerikteki enerji miktarlarını değiştirebilirsiniz ama total miktar aynı kalmak zorundadır.

Momentum korunumu (momentum: kütle x hız), farklı kütlelerdeki iki buz patenci birbirlerinden kayarak uzaklaştıklarında, daha hafif kütleye sahip olanın, ağır olandan daha hızlı hareket etmesinin nedenidir. Bu kanun ayrıca “her aksiyonun bir dengi bir de karşıt aksiyonu vardır.” görüşünün de temelini oluşturur. Buz pateni örneğine geri dönecek olursak, açısal momentum da, kollarını vücuduna doğru çeken bir patencinin neden daha hızlı dönebileceğini açıklar.

Bu korunum kanunları, evrende sıra dışı ölçek aralıklarında-uzak galaksilerdeki kara deliklerden dönmekte olan minnacık elektronlara kadar- kullanılarak deneysel olarak onaylanmıştır.

 kuantum TOPLAMA

Güzel bir ormanda yürüyüşte olduğunuzu hayal edin. Yol çatallanır ve siz de sağa mı yoksa sola mı gitsem diye karar vermeye çalışırsınız. Sol taraftaki yol karanlık ve kasvetli görünür ama güzel bir manzaraya çıkma olasılığı vardır. Sağ taraftaki yol ise güneşli ama dik-yokuşlu bir yoldur. Sağ yoldan gitmeye karar verirsiniz ama bu esnada da gitmediğiniz yolun nasıl olacağını merak edersiniz. Kuantum dünyasında her ikisini de seçebilirsiniz.

Kuantum mekaniği ile açıklanan sistemlerde kurallar daha ilginçtir. Mesela bir elektron, tıpkı bir fırıldak gibi, hem saat yönünde dönme durumunda hem de saat yönünün aksi yönde dönme durumunda olabilir. Ama bir fırıldaktan farklı olarak ayrıca, aynı anda saat yönünde dönme ve aksi saat yönünde dönme durumunda da olabilir.

Kuantum sistemlerin durumları birbirleriyle toplanabilir ve birbirlerinden çıkarılabilirler. Matematiksel olarak kuantum durumları toplamak, vektör toplama ve çıkarma kurallarıyla aynı şekilde tanımlanabilir. Kuantum durumların bu şekilde kombinasyonuna “süper pozisyon” denilir. Çift yarık deneyi ya da parçacık-dalga ikiliği gibi garip kuantum etkileri arkasında yatan şey gerçekte budur.

Diyelim ki bir elektron dönüşüne,[aynı anda, saat yönü ve anti saat yönü ]süper pozisyon durumunda kuvvet uygulamaya karar verdiniz. Elektron rasgele bir şekilde, ya saat yönünde ya da anti saat yönünde bir dönüş durumunda son bulur. Bir sonucun diğerine göre farkını hesaplamak kolaydır. Eğer dünya görüşünüz, evrenin öngörülebilir hareket etmesi gerektiği üzerineyse, bu sürecin (içsel)kendiliğinden olan rastlantısallığı sizin canınızı sıkabilir. Ama işte hayat bu ve deneysel olarak test edilmiştir.

KORUNUM KANUNLARI ve KUANTUM MEKANİĞİ

Şimdi bu iki fikri birleştirelim ve enerji korunum kanununu bir çift kuantum parçacığına uygulayalım.

Bir çift kuantum parçacığının (diyelim ki atomlar), toplam 100 birimlik enerji ile hareket ettiğini hayal edin. Siz ve arkadaşınız, her biriniz bir tane alarak parçacıkları ayırıyorsunuz. Sizin elinizdeki parçacığın 40 birim olduğunu görüyorsunuz. Enerji korunum kanunlarını kullanarak, arkadaşınızdaki parçacığın enerjisinin 60 birim olması gerektiği sonucuna varıyorsunuz. Kendi atomunuzun enerji birimini öğrenir öğrenmez, arkadaşınızınkinin enerji birimini de bilmiş oluyorsunuz. Arkadaşınız size konu hakkında hiçbir bilgi vermemiş bile olsa bunu yine de bilebilirsiniz. Hatta siz kendi atomunuzun enerjisini ölçerken, aynı anda arkadaşınız da galaksinin öbür ucunda bile olsa, bunu bilebilirsiniz. Bunun bir nedensellik değil de, korelasyon-bağlılık olduğunu fark ederseniz, bunda “ürkütücü” bir şey yoktur.

Ama bir çift atomun kuantum durumu çok daha ilginç olabilir. Atom çiftinin enerjisi pek çok olası yolla bölünebilir.(tabiki enerji korunumu ile tutarlı olarak)Atom çiftlerinin birleşik durumu süper pozisyon olabilir. Mesela:

 [sizin atomunuz: 60 birim;  arkadaşınızın atomu: 40 birim]  + [sizin atomunuz: 70 birim; arkadaşınızın atomu: 30 birim]

Bu, iki atomun dolanıklık durumudur. Ne sizin ne de arkadaşınızın atomu bu süper pozisyonda net bir enerjiye sahiptir. Yine de iki atomun özellikleri enerji korunumu yüzünden birbiriyle ilişkilidir: İkisinin enerji toplamı her zaman 100 birim olacaktır.

Mesela atomunuzu ölçerek 70 birimlik enerjiye sahip olduğunu görürseniz, arkadaşınızın enerjisinin 30 birimlik bir enerjide olduğundan emin olabilirsiniz. Arkadaşınız size hiçbir bilgi vermese bile bunu bilebilirsiniz. Arkadaşınız galaksinin öbür ucunda bile olsa, enerji korunumu sayesinde bunu bilebilirsiniz.

Konu hiç de ürkütücü değil.

Çeviren ; Sıdıka ÖZEMRE
https://www.universal-sci.com/headlines/2019/5/18/remote-connections-detangling-entanglement-in-quantum-physics