Einstein kuantum olgusundaki acayipliğin doğanın bir özelliği olduğuna inanmayı reddederek öldü. O, rasyonel bir dünya görüyordu ve her şeyin kendine ait bir gerçekliği vardı. Niels Bohr ise kuantum yönteminin burada kalıcı olduğunu savundu. Destansı anlaşmazlıklarının ardında temel bir soru vardı: Doğanın en derin sırları bizim için bilinemez midir?
Bilim insanlarının dünya görüşleri vardır. İnsan oldukları ve insanların dünya görüşleri olduğu düşünüldüğünde bu da pek şaşırtıcı değildir. Siyaset, din, bilim ve gelecek hakkında bir düşünce tarzınız vardır ve bu düşünce tarzı dünyada nasıl hareket ettiğinizi ve yaptığınız seçimleri belirler.
Birinin gerçek yüzünü, bir tehdit karşısında nasıl tepki verdiğine bakarak anlayabileceğiniz genellikle söylenir. Bu tehdit, evinize zorla girilmesinden inanç sisteminize yönelik entelektüel bir tehdide kadar pek çok farklı türde olabilir. Kuantum fiziğinin dünyayı nasıl değiştirdiğini, erken tarihine ve moleküllerin ve daha küçük maddi bileşenlerin düzeyinde nelerin gerçekleştiğini belirleyen beklenmedik yasalar ve kuralların garip dünyasını farklı makalelerimizde inceledik. Bugün ise bu yeni bilimin, başta Albert Einstein ve Erwin Schrödinger olmak üzere bazı yaratıcılarının dünya görüşünü nasıl etkilediğine bakacağız. Bu fizikçiler için söz konusu olan, gerçekliğin gerçek doğasından başka bir şey değildi.
Anlamın Yitirilmesi
Einstein aralık 1950’de Schrödinger’e yazdığı bir mektupta şöyle diyordu:
Eğer bir kuantum teorisi (prensipte) nihai anlamda kabul edilirse, o zaman daha eksiksiz bir açıklamanın faydasız olacağına inanmalıdır çünkü bunun için hiçbir yasa olmayacaktır. Eğer öyle olsaydı, o zaman fizik sadece esnaf ve mühendislerin ilgisini çekebilirdi; her şey korkunç bir beceriksizlik olurdu.
Einstein hayatının sonuna kadar, kuantum fiziğinden gelen yeni dünya görüşüne, yani özünde gerçekliğin biz insanlar için sadece kısmen bilinebilir olduğunu ve doğanın özünün akıl yürütme gücümüzden gizlendiğini söyleyen inançları savunmadı. Werner Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi, deterministik fiziğin kaderini belirledi. Düşen bir taş ya da bir yıldızın etrafında dönen bir gezegenin aksine, kuantum dünyasında bir hikâyenin yalnızca başını ve sonunu bilebiliyoruz, aradaki her şey bilinmezdir.
Fizikçi Richard Feynman’ın kuantum fiziğine getirdiği integral yaklaşımıyla bu acayip gerçeği ifade etmenin güzel bir yolunu yaratmıştır. Feynman’ın formülasyonunda, bir parçacığın buradan başlayıp orada bitme olasılığını hesaplamak için, o sona kadar izleyebileceği tüm mevcut yolları toplamanız gerekir. Her yol mümkündür ve her birinin gerçekleşme olasılığı vardır. Ne var ki düşen bir taş veya bir gezegenin aksine, parçacığın hangi yolu izlediğini bilemeyiz. İki nokta arasındaki yol kavramı anlamını yitirir.
Einstein buna izin vermezdi. Ona göre doğa akla uygun olmalıydı, yani mantıklı bir açıklamaya uygun olmalıydı. Anlamlı derken, bir nesnenin basit nedensel davranışları takip etmesini kastediyordu. Kuantum fiziğinde önemli bir şeyin eksik olduğuna ve bu şeyin bulunmasının fiziğe sağduyuyu geri getireceğine inanıyordu.
Bu yüzden 1935’te Einstein, meslektaşları Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile birlikte (birlikte EPR olarak tanındılar) kuantum mekaniğinin saçmalıklarını ortaya çıkarmaya çalışan bir makale yayımladı. Başlık her şeyi açıklıyordu: “Fiziksel Gerçekliğin Kuantum-Mekanik Tanımı Tam Olarak Kabul Edilebilir mi?”
EPR, deney sonuçlarını büyük bir hassasiyetle açıklayabildiği için kuantum fiziğinin işe yaradığını kabul ediyordu. Onların sorunu, dünyanın kuantum tanımının eksiksizliğiyle ilgiliydi.
Algıladığımız fiziksel gerçekliğin unsurlarını belirlemek için işlevsel bir kriter önerdiler: Bunlar, kesin olarak (bir olasılıkla) ve sistemi bozmadan tahmin edilebilen fiziksel niceliklerdi. Başka bir deyişle, onu nasıl araştırdığımızdan tamamen bağımsız bir fiziksel gerçeklik olmalıdır. Örneğin, boyunuz ve kilonuz fiziksel gerçekliğin unsurlarıdır. En azından ölçüm cihazının hassasiyeti dahilinde kesin bir şekilde ölçülebilirler. Ayrıca en azından prensipte, herhangi müdahale olmadan aynı anda ölçülebilirler. Boyunuz ölçüldüğünde kilo almaz ya da kilo vermezsiniz.
Kuantum etkileri ön planda olduğunda, Heisenberg’in belirsizlik ilkesinde ifade edildiği gibi, bazı çok önemli nicelik çiftleri için bu saf bağımsızlık mümkün değildir. EPR bunu reddetmiştir. Ölçüm eyleminin gözlemciden bağımsız gerçeklik kavramını tehlikeye attığını kabul etmediler. Kuantum mekaniğine göre, ölçüm eylemi bir parçacığın uzayda belirli bir konumda olduğu gerçeğini yaratır ne var ki EPR bu fikri saçma buluyordu. Gerçek olanın kimin ya da neyin baktığına bağlı olmaması gerektiğinde ısrar ettiler.
Çok sayıda uzman EPR’yi yanlış anlamıştır, oysaki Christopher Fuchs onların argümanlarının çok değerli bir açıklamasını yapmıştır. Ne demek istediklerini açıklamak için EPR, aynı hızda ama zıt yönlerde hareket eden A ve B gibi bir çift özdeş parçacık düşündü. Parçacıkların fiziksel özellikleri, birbirlerinden uzaklaşmadan önce belirli bir süre etkileşime girdiklerinde sabitleniyordu. Bir dedektörün A parçacığının konumunu ölçtüğünü varsayalım. Parçacıklar aynı hızlara sahip olduğundan, onu rahatsız etmeden B parçacığının nerede olması gerektiği sonucuna varabiliriz. Alternatif olarak, bunun yerine A parçacığının momentumunu ölçmeyi seçebilirdik. Bu durumda, B parçacığının momentumunu onu rahatsız etmeden çıkarabiliriz.
Her deneysel düzenek bize parçacığı doğrudan ölçmeden ve bozmadan B’nin konumu veya momentumu hakkında bilgi verir. Böylece EPR, kuantum fiziği ölçmeden önce bunları bilemeyeceğimizde ısrar etse bile, bu iki özelliğin fiziksel gerçekliğin unsurları olması gerektiği sonucuna varmıştır. Yani, parçacıklar ölçülmeden önce bu özelliklere sahiptir. EPR’ye göre kuantum mekaniği fiziksel gerçekliğin eksik bir teorisi olmalıdır. Makalelerini, daha iyi (daha eksiksiz) bir teorinin fiziğe gerçekçiliği geri getireceğini umarak sonlandırdılar.
Kuantum fiziğinin acayip olduğu ve bunun sorun olmadığı dünya görüşünün savunucusu Niels Bohr, altı hafta içinde yanıt verdi. Bohr, kuantum dünyasında algılanan şeyi dedektörden ayıramayacağımızı ileri süren tamamlayıcılık kavramını ortaya attı. Parçacığın dedektörle etkileşimi hem parçacıkta hem de dedektörde bir belirsizliğe neden olur, çünkü ikisi birbiriyle ilişkilidir. O halde ölçüm eylemi, parçacığın ölçülen özelliğini öngörülemeyen şekillerde belirler. Ölçümden önce parçacığın herhangi bir özelliğe sahip olduğunu söyleyemeyiz. Dolayısıyla, EPR’nin tanımladığı anlamda bu özelliğe fiziksel gerçeklik de atfedemeyiz.
Bohr’un yazdığı gibi:
Nesne ve ölçüm araçları arasındaki sonlu etkileşim, klasik nedensellik idealinden nihai olarak vazgeçilmesini ve fiziksel gerçeklik sorununa yönelik tutumumuzun radikal bir şekilde gözden geçirilmesini gerektirir.
Özü gereği, bir parçacık yalnızca bir ölçüm aygıtıyla etkileşimi sonucunda konum ya da momentum gibi somut bir özellik kazanır. Ölçümden önce, o parçacık hakkında hiçbir şey söyleyemeyiz. Dolayısıyla, bir şeyle etkileşime girmeden önce parçacığın fiziksel gerçekliği hakkında hiçbir şey söyleyemeyiz.
Einstein’ın kuantum ruhu
Einstein kuantum seviyesine kadar tamamen bilinebilir bir gerçeklik istiyordu. Bohr ise bunu beklemek için hiçbir neden olmadığında ısrar ediyordu. Çok küçüklerin dünyası neden alıştığımız dünyaya benzer ilkelere uysun ki? Schrödinger’in de canı sıkkındı. Bohr’un makalesine yanıt olarak, ünlü kedisini tanıttığı kendi makalesini yazdı.
Burada noktaları birleştiren eksik parça, kuantum fiziğinde anahtar bir kavram olan dolanıklık kavramıdır. İki ya da daha fazla nesnenin uzay ve zamana meydan okuyan şekillerde birbirine bağlanabileceğini ya da dolaşık olabileceğini ifade eden, kabullenmesi oldukça zor bir fikirdir. Bu durumda, bir çiftten biri hakkında bir şey bilmek bize diğeri hakkında bir şey söyleyecektir, hatta kimse onu ölçmeden önce bile. Üstelik bu anlık olarak ya da en azından ışığın ikisi arasında seyahat edebileceğinden daha hızlı gerçekleşir. Einstein’ın “uzaktan ürkütücü eylem” dediği şey buydu. Nereden geldiğini anlayabiliriz. Newtoncı kütleçekiminden uzaktaki eylemi olağanüstü bir şekilde kovmuş, kütleçekiminin kütleli bir nesnenin etrafındaki eğri bir uzay-zaman geometrisinin sonucu olarak açıklanabileceğini göstermişti. Einstein aynı şeyi kuantum fiziği için de yapmak istiyordu. Öte yandan kuantum ruhu artık biliyoruz ki bizimle olmaya devam edecek.