Schrödinger'in Kedisi

[yam_yam]

Kuantum fiziği ile ilgilenenler, Schrödinger'in Kedisi diye anılan düşünce deneyini sanırım bilirler. Kuantum mekaniğinin gelişmesine önemli katkılarda bulunmuş olan Schrödinger, daha sonra teorinin gelişmesine katkıda bulunduğuna pişman olduğunu söyleyecek kadar teoriden soğumuş ve adı geçen düşünsel deneyi ortaya sürerek, bu kadar mantığa zıt bir teorinin düzeltilmeye muhtaç olduğu sonucuna varmış.

Deneyi anlatmadan önce, Kuantum kuramının belki de en garip ve insanın izanını zorlayan yönlerinden biri olan "Üstüste Gelme" ilkesinden bahsetmemiz gerekiyor. Zira deneyin anlaşılması için bu ilkenin anlaşılması şart.

Kısaca, "Bir sistemin aynı anda bir kaç farklı durumda bulunabilmesi" olarak açıklayabiliriz. Bir sistemin içinde bulunabileceği durumları aritmetik işlem yapıyormuşçasına toplayıp, çıkarabileceğimizi; sonuçta sistemin yeni durumlarını elde edeceğimizi söyler. Örneğin sizden noktasal bir parçacığı hayalinizde canlandırmanız istenirse, siz bu parçacığın uzayın belli bir noktasında bulunduğunu, eğer hareket ediyorsa zamanla bu konumunu değiştirdiğini düşünürsünüz. Ne yazık ki kuantum fiziğinde parçacıklar böyle bir durumda hiç bir zaman bulunamazlar. Elektronlar gibi temel parçacıklar, genellikle, uzayın değişik noktalarında bulundukları durumların üst üste gelmesiyle oluşan, bizim hayalimizde canlandırmakta zorlandığımız bir durumda bulunurlar. Bir başka deyişle, söylemesi kolay olsun diye, "bir parçacık uzayın değişik noktalarında aynı anda bulunabilir" şeklinde ifade edebiliriz.

Sanırım bu ifadeler bile yeterince açıklayıcı ve anlaşılır bulunmamıştır. Bunun nedeni, yaşadığımız, tanıdık olduğumuz dünyada üst üste gelmiş durumlara hiç bir zaman rastlayamamamız. Bugüne kadar hiç kimse iki ayrı yerde aynı anda bulunduğuna tanık olmamıştır.

Peki neden atomaltı parçacıklarda bu durum geçerli de, makroskobik ölçülerde geçerli değil? Bu sorunun yanıtının, bizim makroskopik dünyamızdaki bütün nesnelerin, çok fazla sayıda (milyarlarca milyar) temel parçacıkta oluşmasında yattığı düşünülüyor.

Gelelim adı geçen deyin ayrıntılarına...

Sağlıklı bir kediyi hava alabilen bir kutunun içine koyalım. Kutuda zehirli bir gaz şişesi bulunsun ve bu gazın şişeden salınmasını sağlayacak mekanizma, bozunma yarı ömür bir saat olan bir radyoaktif parçacık ile kontrol edilsin. Bu mikroskopik parçacığın davranışını ancak kuantum mekaniği ile ifade edebiliriz, fakat şimdi makroskopik bir sistem olan kedinin kaderi de artık parçacığın davranışına bağlanmış oluyor.

Kuantum fiziğine göre radyoaktif bir atomu yalnız başına bırakırsanız, atom bir süre sonra bozunmuş ve bozunmamış durumların üst üste gelmesiyle oluşan yeni bir duruma girer. (yn: Bu bir olasılık değil, yeni bir durum. Kavranılmasında zorluk çekilen kısım da burası) Doğal olarak burada ilk aşamada çekirdeğin bozunmamış durumda bulunması olasılığı daha fazladır, ama bu olasılık gittikçe azalır. Çekirdeğin yarı ömrü kadar sonra, üst üste gelmiş durumda bozunmuş olasılığın durumuyla bozunmamış olasılığın durumu eşit olur. Yarı ömrün bir kaç katı kadar uzun bir süre beklendiğindeyse çekirdek, büyük olasılıkla bozunmuş durumda, çok küçük bir olasılıkla da bozunmamış durumda bulunur. Burada önemli olan özellik, ilk an dışında, her zaman için çekirdeğin durumunun iki durumun üst üste gelmesiyle oluşması, yani aynı anda hem bozunmamış hem de bozunmuş bulunabilmesi.


Devam edecek...

[yam_yam]

Schrödinger, radyoaktif çekirdeğin kendiliğinden üst üste gelmiş durumlara girdiği gerçeğini kullanarak bir kediyi de üst üste gelmiş durumlara sokabileceğini söylüyor. Kutu içinde bir dedektör, çekirdek bozunduğunda ortaya çıkan ışımayı algılar algılamaz bağlı bulunduğu bir çekici harekete geçirir. Çekiç, içi siyanür dolu bir şişeyi kırarak kedinin ölümüne neden olur. Fakat atom bozunmazsa, dedektör gerekli sinyali çekice göndermez ve kedi yaşamaya devam eder.

Schrödinger'in iddiasına göre 1 saat sonra kedinin canlı ve ölü olma ihtimalleri eşit olduğundan, dalga fonksiyonu ;

Kedinin durumu = Canlı Kedi + Ölü Kedi

şeklinde olmalıdır. Yukarıdaki denklemin anlamı "ya bozunma oldu ve kedi öldü, ya da olmadı ve kedi hayatta" gibi objektif iki ihtimali ifade etmekten ibaret değil. Schrödinger'in analizi doğru ise, kuantum teorisi (birisi bakıp durumu bu iki seçenekten birine indirgeyene kadar) kedinin iki durumunun yan yana olduğunu söylüyor. Peki kedinin ölü+diri olduğu nasıl anlaşılır?

Kedinin durumunu merak eden deneyci, kapağı açtığındaysa daha garip bir şey olur. Kapağı açma ve kediyi görme bir çeşit "ölçme" işlemidir. Kuantum fiziğinin standart yorumuna göre de ölçme sonucunda her fiziksel sistemin durumu, ölçülen şeyin niteliğine göre bir bir "çökme" yaşar. Örneğin, bir çok noktada aynı anda bulunan bir elektronun yeri ölçüldüğünde, elektron bulunduğu bu yerlerden birinde ortaya çıkar. Ölçme işlemi, çoklu konumların üst üste gelmesiyle oluşan durumu, elektronun tek bir noktada bulunduğu duruma çöktürmüştür. Kutudaki kedide de aynı şey olur. Kedinin durumu, ya canlı olduğu, ya da ölü olduğu duruma bir çökme yaşar. Dolayısıyla deneyci kediyi, alışık olduğu biçimde, ölü ya da diri olarak görür. Hiç bir şekilde, deneycinin üst üste gelmiş durumu birinci elden gözlemlemesi olanağı yoktur.

Kutu çevreyle etkileşiyorsa ne olur? Peki deneyci kapağı açmadan kedinin durumu hakkında bilgi sahibi olabilir mi? Örneğin, kutu henüz kapalı iken kutu içinden cam kırılmasına benzer bir ses gelmişse, deneyci bundan kedinin rahatlıkla ölü olduğu sonucunu çıkarabilir. Bu durumda kutunun kapağını açtığında kediyi kesinlikle ölü olarak görecektir. Bir anlamda kutu içinden ses gelmesi, tıpkı kutunun kapağının açılması gibi bir ölçme işlemidir. Ha kediyi ölü gibi yerde yatarken görmüşsünüz, ha onu öldüreceği kesin zehir şişesinin kırıldığını duymuşsunuz. Her ikisinde de deneyci aynı sonucu çıkaracağı için, her ikisi de kedinin durumunun çökmesi anlamını taşır.

Schrödinger, işte bu kadar mantığa zıt bir teorinin düzeltilmeye muhtaç olduğunu söylüyor. Buna karşılık bir çok fizikçi (Hawking, Gell Mann ve başkaları) bu problemin yapay olduğu görüşündeler.

(Bu arada ayrıntılarını Bilim ve Teknik Dergisi'nin Ağustos 2000 sayısında bulabileceğiniz bir deney yapılıyor ve makroskobik sistemlerin üst üste gelmiş durumlara sokulup sokulamayacağı araştırılıyor. SQUID denen madde ilk önce saat yönüne akan bir akım durumuna konuyor. Daha sonra mikrodalga ışık altında akımın ters yöne aktığı duruma geçip geçmediği kontrol ediliyor. Ve sonuçta bunu ölçmeyi başarıyorlar. Bu deney makroskobik sistemlerin de üst üste gelmiş durumlara sokulabileceğini gösteriyor. Ancak bu deney çok düşük sıcaklıklara gereksinim duyuyor. O yüzden bu, Schrödinger'in kedisi deneyinin kendisinin yapılabileceği anlamına gelmiyor.

Niels Bohr, "Bir insan kuantum fiziğini düşünürken hiç başının dönmediğini söylüyorsa, bu, konuyu hiç anlamadığını gösterir." demiş. "Üstüste gelme", "Tünelleme", "Belirsizlik İlkesi", "Kuantum Alan Kuramı" , "Spin" gibi konuları gördükten sonra insan hak veriyor doğrusu...

Bu makale için yararlanılan kaynaklar : Bilim ve Teknik Dergisi / Aralık 94 / Ağustos 2000 / Ekim 2000

[sinsiati]

Problem tamamen, kuramın (en azından şimdilik) istatistiksel yapısından kaynaklanmaktadır zaten.Ancak kuantum kuramına bazı filozofların önceden el atması kuramı bilimsel ilerleme bakımından yozlaştırmıştır. Bir atomaltı parçacığın uzayın belli bir hacminde bulunabilme ihtimali olması demek dalga özelliği gösteren o parçacığın kendisinin de kuantumlanması anlamına gelmez !