Şöyle bir dönüp baktığımızda her birimizin geçmişe dönük pişmanlıkları, keşkeleri vardır. Sizin de kesin “Dedem o arsayı satmasaymış şimdi şu kadar zengindik.” diyen en az bir arkadaşınız vardır. Düşüncelerimizin bu derece geçmişe ve onun günümüze etkisine odaklı olması aslında aşina olduğumuz fakat üzerine çok düşünmediğimiz bir durumdan kaynaklı: nedensellik.

nedensellik

Nedensellik Nedir?

Nedensellik basitçe geçmişteki olayların şimdiki zamana ve geleceğe olan etkisi olarak tanımlanabilir. Yani gerçekleşen her bir olayın geçmişte bir nedeni olmak zorundadır. Nedensellik ilkesi bildiğimiz fiziğin de temelini oluşturan etmenlerden birisidir. Ancak söz konusu kuantum fiziği olduğunda işler her zamanki gibi biraz tuhaflaşır.

Kuantum fiziği hatırlayacağımız üzere bilinen fizik kurallarının geçerli olmadığı bir evren. Bu sıradışı evrende her gün bilim insanlarını şaşırtan keşifler yapılıyor. Ancak kuantum fiziğini ilginç hale getiren en önemli keşif bana göre nedensellik ilkesinin bu evrende çalışmıyor olmasıdır. Evet, günlük hayatımızda gerçekleşen her türlü olayda söz sahibi bu fenomenin kuantum fiziğine hiçbir etkisi yok.

Kuantum teorisinin temeli belirsizlik ilkesine dayanır. Parçacıkların ölçülebilen özellikleri kesinlik barındırmaz. Bunun yerine örneğin konumlarını ya da hızlarını ölçmeye kalkarsak hangi sonuçları elde edebileceğimizin bilgisini barındıran ihtimallerin toplamı vardır. Bu toplama “Kuantum olasılık dalgası” adı verilir. Ölçüm yapıldığı takdirde bu olasılıklardan birinin gerçekleştiği gözlemlenir.

Bu ölçüm gerçekleştirilmeden önce bütün olasılıkların bir arada bulunduğu duruma parçacığın “Süperpozisyon” durumu denir. Kısaca ölçüm yapıldığı takdirde kuantum olasılık dalgası imha olur ve parçacığın süperpozisyon durumu sona erer. Bir kesinlik ortaya çıkmış olur. Ölçüm olayı bu bağlamda yıkıcı bir özellik taşır ve herhangi bir kuantum sisteminin olasılık dalgasını yıkmadan netice veren bir ölçüm veya gözlem yapmak imkansızdır.

nedensellik

Asıl problem, olasılıkların toplamını içeren bir havuza sahip olsak da hangi olasılığın gerçekleşeceğini belirleyen hiçbir mekanizmanın olmamasıdır. Yani olasılıklardan birisi tamamen “rastgele” gerçekleşmektedir. Olasılıklardan hangisinin ne zaman gerçekleşeceğini belirleyen bilinen hiçbir neden-sonuç ilişkisi yoktur. Geçmişten geleceğe akan etkileşimi esas alan klasik nedensellik modeli bu olayı izah etmekte yetersiz kalır.

Tersine nedensellik tam da bu safhada ortaya atılan bir fikir. Parçacıkların başından geçenleri incelemenin bir işe yaramaması bilim insanlarını başka bir neden aramaya itti. Örnek vermek gerekirse bir atomun radyoaktif bozunmaya uğrama süresini hesap ederken, bozunma anının rastgele değil fakat başka bir etkiyle olduğunu kabul edersek, bu etki bozunma anının öncesinde, yani geçmişte yer almıyorsa, o halde gelecekte yer alıyor olabilir mi?

Bir başka deyişle geçmişin şimdiki zamana etkisine benzer bir şekilde gelecek de şu ana etki ediyor olamaz mı? Bu ihtimali kabul edersek, neden-sonuç ilişkisiyle barışık bir kuantumdan söz edilebilir. Aynı zamanda birbirinin tıpa tıp aynı iki atomun farklı davranışlarındaki sır da çözülmüş olur.

Bu iddiaların deneylerle test edilebileceğini düşünen Jeff Tollaksen ve Yakir Aharonov, her bir aşamada parçacıkların spin özelliklerine yönelik özel ölçümlerin gerçekleştirildiği üç aşamalı bir deney tasarladılar. Gelecekteki olayların geçmişi etkilediğini iddia eden tersine nedenselliğe delil getirmek için 2.aşamada gerçekleşen ölçümlerin, gelecekte yer alan 3.aşamadaki ölçümlerden hali hazırda etkilenmiş olduğunu göstermek gerekir.

Deneyi daha iyi anlamak adına durgun bir suda yüzmekte olan bir yaprak düşünelim. Suyun zamanı temsil ettiğini varsayalım. Yaprağın bulunduğu yer şimdiki zamanı, solunda bulunan su kütlesi geçmişi, sağında bulunan su kütlesi ise geleceği temsil eder. Bu temsilde geçmişin şimdiki zamana etkisi, solundan gelen dalgaların yaprağa çarpması gibidir. Geleceğin etkisi ise sağından gelen dalgaların çarparak onu sallaması gibidir. Hem geçmişin hem de geleceğin şimdiki ana etki edeceğini söylemek, sağ ve soldan dalgaların aynı anda yaprağa çarpması demektir.

İki taraftan birden dalganın gelmesi, yaprak üzerinde dalgaların tek yönden gelmesine kıyasla daha büyük bir etkiye sahip olacaktır diyebiliriz. Deneye geri dönersek soldan gelen dalgaları 1. ölçümü, yaprağın konumu 2. ölçümü ve sağ taraftan gelen dalgalar 3. ölçümü temsil etsin. Eğer sadece geçmiş değil, gelecek zaman da şimdiye etki ediyorsa, 2. ölçümde tespit edilecek durumun 1 ve 3. ölçümlerin bileşik etkisini taşıması gerekir(yaprağın daha şiddetli sallanması).

nedensellik

Dikkatli olanlar bu deneyin senaryosunda çok önemli bir sorunu fark edecektir. Daha önce de belirttiğim üzere, ölçüm işlemi kuantum olasılık dalgasının imha olmasına sebep olur. Deneyin gerçekleşmesi 2. ölçümdeki kuantum olasılık dalgasına bağlıdır. Ölçüm işlemleri dalgaları etkisiz kılacağından deney imkansız görünüyordu. Bunun üstesinden gelmek için zayıf ölçüm denilen yeni bir yöntem keşfedildi.

Normal ölçüme kıyasla çok daha zayıf bir etkileşim sergilediğinden parçacığın süperpozisyon durumu korunuyordu. Yani olasılık dalgası bir şekilde varlığını sürdürüyordu. Bunun bedeli olarak tek ölçümde kesinlik içeren sonuçlara erişmek imkansızdı. İşe yarar bilgilere erişmek için binlerce kez ölçüm yaparak bunların sonuçlarından oluşan bilgi yığınını analiz etmek gerekiyordu.

Bu yöntemle yapılan deneyler gerçekten de 2. aşamada şiddetlenmenin olduğunu gösterdi. Ancak sonuca rağmen deneyin tersine nedenselliği tam olarak ispatladığı söylenemez. Öncelikle zayıf ölçüm işleminin binlerce kez tekrar edilme gereksinimi, her üç aşamanın tek bir deneyde incelenmesini imkânsız kılmaktadır. Elde edilen sonuçlar toplam değerlerdir. Daha net bir şey söyleyebilmek adına geleceğin şimdiki anı etkileyip etkilemediğini deneylerde tek tek incelemeye kalktığımızda ise elde edilen veriler, ölçümlerin çok zayıf olmasından dolayı, cihazların hata paylarının dahilinde kalmakta ve kesin bir şey söylemeyi mümkün kılmamaktadır.

Yine de deneyin bu yönde işaretler vermesi bile bilim dünyasını bu konuda epey heyecanlandırmışa benziyor. Elde edilen bilgiler yeni deneylerin çıkış noktası olabilir ve sonrasında kim bilir, belki de gelecek sandığımız kadar belirsiz değildir.

Bir sonraki yazım geleceğin belirsizliği ve kuantum bilgisayarlarının bununla olan ilişkisi üzerine olacak. Sevgilerimle.