Bilimsel Bakış: Kuantum Dolanık ve EPR Paradoksu Bölüm 1: Stern-Gerlach Deneyi ve Süperpozisyon

Kuantum dolanıklığı anlamak kolay değildir. Türkiye Youtube’da kuantum dolanıklık ile ilgili içerikler ya saçma sapan yanlış bilgilerle dolu videolardan ya da sayın üniversite hocalarımızın verdiği derslerden ibaret.

Kuantum dolanıklık mucizevi bir şey değildir. Akademik olarak kuantum dolanıklık çalışan bir fizikçi olarak bu konuda sizlere mümkün olduğunca anlaşılır ve matematiksel düzlemden uzak bir popüler bilim video çekmeye çalıştım. Konu çok uzun olduğu için iki video şeklinde hazırlayacağım. Buna rağmen videoyu izlediğimde keşke şunu da ekleseydim dediğim yüzlerce detay var.

Asıl işim youtube videoları çekmek değil ama elimden geldiğince (garip garip ses kayıtları alarak mesela) kaliteli bir kurgu yapmaya çalışıyorum varsa teknik hatalardan ötürü tekrar özür dilerim.

Psibilim oluşumu bilimsel kaygılar güden bir oluşumdur bu nedenle videolardan bir gelir elde edilmemektedir. Bilimsel bilginin doğru bir şekilde Türkiye gençlerine daha kolay yayılabilmesi için lütfen videomuzu paylaşın ve kanalımıza abone olun.

Video Script:

  • Kuantum fiziği yalan yanlış videolar çekerek izlenme sayıları üstünden para kazanan kişilerin her zaman en önemli durağı olmuştur.
  • Kuantum Mucizesi, Kuantum ışınlanma, yeni dünyalar, sınırsız güçler, kedi medi derken iş “abi ben şimdi burdan bi koyuyorum sen andromeda’dan anında hissediyorsun” noktasına geldi.
  • Diğer tüm sahte bilim videolarında da olduğu gibi tabi ki işin özü hiç de öyle değil. Kuantum dolanıklığın ne olduğunu tam olarak anlamak istiyorsanız bu videomuzu sonuna kadar izleyin, çünkü bu videoda sizlere fantastik hikayeler yerine işin doğrusunu anlatacağız.
  • İşin doğrusunu basitçe anlatmak ve anlamak kolay olmayacak. Bu nedenle iki bölümden oluşacak bir video serisi hazırladık. İlk Bölüm Stern-Gerlach Deneyi, Süperpozisyon ve Ölçüm üzerine, ikinci bölüm ise EPR Paradoksu ve Kuantum Dolanıklık üzerine olacak.
  • Hazırsanız ilk bölümle başlayalım.
  • Kuantum dolanıklık adeta bir mucize, doğaüstü bir deneyim olmanın aksine fizikçiler tarafından oldukça anlaşılmış, defalarca deneyi yapılmış, kuantum teknolojileri alanında sıklıkla kullanılan bir hale gelmiş kuantum mekaniksel bir olgudur.
  • Kuantum dolanıklığı anlamak için öncelikle kuantum mekaniğinin kuruluş aşamasına ve süperpozisyon ilkesine bakmamız gerekli.
  • Önceki videomuzda, şurda sağdan soldan bir yerden tıklayıp izleyebilirsiniz, Stern-Gerlach deneyinden bahsetmiştik.
  • Bu deney kuantum fiziğinin anlaşılmasında çok önemli bir rol oynuyor. bu nedenle sık sık bu deneyden bahsedeceğiz.
  • 1920’li yılların başında Otto stern ve Walther Gerlach tarafından iki mıknatısın arasına gönderilen elektronun spin açısal momentumunu ölçmek amacıyla tasarlanan bu deney şaşırtıcı sonuçlar ortaya çıkardı.
  • Klasik olarak beklenenin aksine elektron yukarı ve aşağı olacak şekilde sadece iki farklı yöne sapmaktaydı.
  • Biz fizikçiler bir deney düzeneği hazırladığımız zaman aslında soru sorarız. Yapılan ölçümlerden alınan sonuçlar ise birer cevaptır.
  • Ve Stern Gerlach deney düzeneğine yakından bakarsak açısal momentumla ilgili sorular dışında başka sorular da sorabiliriz.
  • Mesela şu enteresan soru gibi: Elektronun yukarı mı yoksa aşağı mı sapacağı bilgisi mıknatısların arasından geçmeden önce belli miydi?
  • Bu nasıl soru diyebilirsiniz. Merak etmeyin zamanının en büyük fizikçileri de sizinle aynı tepkiyi verdiler. Lakin kuantum mekaniğinin başka bir iddiası vardı.
  • Süperpozisyon ilkesi.
  • Elektronun yukarı sapma durumunu Yukarı yönde bir ok ile, aşağı sapma durumunu ise aşağı yönde bir ok ile gösterelim.
  • Kuantum mekaniğine göre mıknatısların arasından geçmeden önce elektron bu iki duruma birden aynı anda sahiptir.
  • Bakın burda anlaşılması gereken çok önemli bir nokta var. iki ihtimale sahip demiyorum. İki duruma birden aynı anda sahip diyorum. Bilim insanları bunu süperpozisyon olarak tanımlamıştır.
  • Süperpozisyon durumundaki elektron mıknatısların arasına girdiği anda üzerinde manyetik alanın yönü boyunca bir ölçüm yapılır ve süperpozisyon durumu bozulur.
  • Referans koordinat sistemini x y z olarak düşünürsek z ekseni üzerinde bulunan bir stern-gerlach düzeneğinden geçen elektron’un süperpozisyon durumu +z veya -z yönünde yani yukarı veya aşağı yönlerden birisine çöker.
  • Kısaca kuantum mekaniğinin iddiası elektronların hangi yönde sapacağı ölçüm yapılmadan bilinemez. Elektronun yukarı mı yoksa aşağı mı sapacağına ölçüm anında rasgele bir şekilde karar verilir. Bu rasgelelik tam olarak %50 ihtimalle yukarı %50 ihtimalle aşağı olacak şekildedir.
  • Başka bir deyişle kuantum mekaniği klasik mekaniğin indeterministik bir mekaniktir.
  • Klasik mekanik ne? o da nerden çıktın dediğinizi duyar gibiyim. Klasik mekanikle ilgili ilerde video çekeceğiz ama şimdilik şunu bilmeniz yeterli. Klasik mekanik deterministik bir mekaniktir. klasik mekanikte her şeyin sonucu önceden bellidir. bir elektron yukarı saptıysa onun yukarı sapacağı önceden bellidir. Ölçüm yapılmış yapılmamış mıknatıs varmış yokmuş süperpozisyonmuş hiç önemli değil.
  • Tabi ki o dönemin en büyük fizikçileri bu sıradışı hipoteze sert bir şekilde karşı çıktılar. Bilimin bir metodu vardır ve Bir bilim insanı Bilimsel metotları takip ettiği sürece bir bilim insanıdır.
  • Kuantum fizikçilerinin hipotezlerini deneysel olarak kanıtlamaları gerekmekteydi. Tek başına stern-gerlach deneyi süperpozisyon’u kanıtlamak için yeterli değildi, aksine hipotezi zayıflatmaktaydı. Mıknatısların arasından geçen ve yukarı sapan bir elektron tekrar iki mıknatıs arasından geçirildiğinde her zaman yukarı sapıyordu.
  • Eğer elektron süperpozisyon durumunda olsaydı bazı seferlerde yukarı bazı seferlerde aşağı sapması gerekirdi değil mi?
  • Hayır. Kuantum mekaniğinin buna verdiği cevap çok basit. bir kere mıknatıs arasından geçen elektronun süperpozisyon durumu (buna dalga denklemi de diyebilir ama kafanızı karıştırmak istemiyorum) iki durumdan birine çöker.
  • z ekseni yönünde bulunan stern-gerlach düzeneğinde Yukarı yönde sapmış bir elektron artık kaç kere z yönünde ölçüm yapılırsa yapılsın hep yukarı yönde sapacaktır.
  • Çünkü süperpozisyon durumu bozulmuş, dalga denklemi üzerinde z yönünde bir ölçüm yapılmış ve dalga denklemi çökmüştür.
  • Şimdi diyeceksiniz ki bu kuantum mekaniği bildiğin uyduruyor. Hatta her köşeye sıkıştığında bir şekilde kılıf uyduruyor. Ama şunu unutmayın kuantum mekaniğinin arkasında inanılmaz bir matematik ve teorik temel var.
  • Neil Bohr, Erwin Schrödinger, Von Neuman, Max born, Heisenberg, Pauili, Dirac ve hatta ne kadar içine sinmemiş olsa da Einstein kuantum mekaniğinin teorisini oluşturan bilim insanlarından bazılarıdır.
  • Şimdi yeni bir deney tasarlayalım. Elimizde 3 tane stern-gerlach deney düzeneği olsun.
  • Elektronlarımız önce z yönünde sonra x yönünde sonra da tekrar z yönünde bir stern-gerlach düzeneğinden geçsin. ilk düzeneğin -z yönüne bir tane engel koyalım ki bu sayede sadece yukarı sapmış elektronlar x yönünde stern-gerlach düzeneğinden geçsinler.
  • ilk düzenekte yukarı sapan elektronlar ikinci düzenekte +x veya -x yönüne sapacaklardır. ilk düzenekten sonra yaptığımız gibi ikinci düzeneğin eksi x çıkışına bir engel koyalım. bu sayede sadece artı x yönüne sapmış elektronlar üçüncü düzenekten geçecektir.
  • Klasik mekaniksel açıdan bakarsak ilk düzenekte +z yönünde yukarı sapan elektronlar ikinci düzenekte +x yönünde saptıktan sonra üçüncü düzenekte tekrar +z yönünde sapmalıdır.
  • çünkü bir elektron z yönünde yukarı sapmışsa z yönünde her zaman yukarı sapacaktır. çünkü yukarı sapmak elektronun önceden belirlenmiş bir özelliğidir.
  • Lakin deney sonuçlarına baktığımız zaman üçüncü düzenekten sonra elektronların hem yukarı hem de aşağı yönde saptıkları görülmüştür. Sonuçlar süperpozisyon ilkesini açık ve net bir şekilde kanıtlamıştır.
  • peki ikinci düzeneği de z yönünde ölçüm yapacak şekilde değiştirirsek ne olur? ilk düzenekte yukarı sapan elektronların ikinci ve üçüncü düzeneklerde de sadece yukarı saptıklarını görürüz. Çünkü sürekli z yönünde ölçüm yapıyoruz. Dalga denklemimiz z yönünde çökmüş durumda.
  • Teknik detaya girmeden anlatırsak; z yönünde yapılan bir ölçümden sonra x yönünde ölçüm yapmak, ilk ölçümün bilgisini yok etmektedir diyebiliriz. Çünkü kuantum mekaniği bize açısal momentumun aynı anda birbirine dik iki yönde ölçülemeyeceğini söylemektedir.
  • Bir popüler bilim videosuna göre çok fazla detay verdiğimizi düşünebilirsiniz ama açıkça söylemeliyiz ki konunun anlaşılması için hazırlanabilecek en basit şekilde videoyu hazırladık. Bundan daha azıyla konuyu yanlış anlarsınız bu da sizi bilime yaklaştırmaktan ziyade uzaklaştırır.
  • Videonun başında dolanıklık demiştik, EPR paradoksu demiştik? peki onlara ne oldu?
  • Videoyu buraya kadar izlediyseniz artık kuantum mekaniğinin süperpozisyon ilkesi hakkında yeterince şey bildiğinizi ve EPR Paradoksu yani kuantum dolanıklığı anlamaya hazır olduğunuzu söyleyebiliriz.
  • Sonraki videomuzda görüşmek üzere.
  • Bizleri takipte kalın videomuzu arkadaşlarınızla paylaşmayı unutmayın.

Related Articles

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *