Bilim insanları yıllardır çeşitli deneyler ve araştırmalar yapmışlardır. Bunun sonucunda da gerek birbirini destekleyen gerekse birbirini çürüten hipotezler, teoriler ve yasalar ortaya koymuşlardır. Bunlardan birisi de toplumda en çok bilinen Schrödinger’in kedisi deneyidir. Bu deney hem kuantum mekaniğine farklı bir bakış açısı getirmiş hem de kuantum mekaniğinin ne kadar karmaşık olduğunu göstermiştir.

Peki Schrödinger’in kedisi deneyi ne anlatır? Bilim dünyası bu deneye nasıl yaklaşır? Bu yazıda Schrödinger’in zekice düşünülmüş bu paradoksunu bilinmeyen yönleriyle sizlere aktarmaya çalışacağım.

"Eğer kafanız karışmadıysa kuantum kuramını anlamamışsınız demektir."

Kopenhag yorumu

1803 yılında fizikçi Thomas Young tarafından iğne deliğinden geçen güneş ışığı, iki iğne deliği olan opak bir engele düşürülerek bir deney yapıldı (Çift yarık veya Young deneyi). Deneyde kullanılan fotonlar, engeldeki iki iğne deliğinden geçip engelin arkasındaki perdeye düşer. Bu durumu gözlemleyen gözlemci, fotonların girişim yaparak dalga özelliği gösterdiği kanısına varır. Ancak fotonların gözlemci tarafından dalga olarak gözlemlendiği anda, herhangi bir ölçme aleti ile ölçüm yapılır ve iki ışık kümesi oluştuğu sonucu ortaya çıkar.

Danimarka’nın Kopenhag kentinde Neils Bohr Enstitüsü’nde Neils Bohr ve öğrencisi Werner Heisenberg deneyin sonuçlarını incelemişlerdir. İncelemeleri sonucunda herhangi bir parçacığın tek tek ölçülene kadar belirsiz hâlde olduğuna kanaat getirdiler. Bunun üzerine bir yorum geliştirdiler: Kopenhag yorumu! Deneyin gözlem ve ölçüm sonuçlarının farklı çıkmasını dalga fonksiyonu çökmesi olarak adlandıran Kopenhag yorumu, fizikte gözlemin önemini vurgulayan bir devrim olarak nitelendirilmenin yanı sıra kuantum mekaniğinde sebep olduğu eleştirilerle çok büyük ilerlemelerde de katkıda bulunmuştur.

EPR Paradoksu

Kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna karşı birden fazla eleştiri yapılmıştır. Ancak bunlardan en etkilisi ismini Einstein, Podolsky ve Rosen isimlerinin baş harflerinden alan EPR paradoksudur. Çıkış noktası Einstein ile Bohr arasındaki kuantum tartışmasıdır. Bu hararetli tartışma Einstein ve iki arkadaşının EPR paradoksunu ortaya atmasına sebep olmuştur. Bu paradoks Neils Bohr ve Kopenhag yorumuna karşı geliştirilmiştir. Bu paradoks aslında bir düşünce deneyinden ibaretti. Einstein’in ölümünden sonra bu deney yapıldı ve ortaya çok çarpıcı ironik sonuçlar çıktı.

Burada sizlere EPR paradoksuyla ilgili daha detaylı bilgi vermek isterdim. Ancak bu olayı üstünkörü bir şekilde anlatmak sizleri birçok akıl almaz paradokslardan alıkoyacaktır. Örneğin deneyin daha önce kuantum mekaniğinde fark edilmeyen ancak kanıtlanmış denklemlerle hazırlanması ve yapılan çalışmalar neticesinde mantıksız görülmesi... Ayrıca bu paradoksun bir maddesinin, paradoksu öne süren Einstein’in görelilik teorisini çok bariz bir şekilde ihlal etmesi de var. Ne demek istediğimi umarım açıklamıştır. 

Schrödinger’in Kedisi

Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger, EPR paradoksuyla ilgili Einstein ile birkaç defa mektuplaşmıştır. Einstein’in gönderdiği mektuplardan birinde karasız bir barutun, belirli bir zaman sonra hem patlamış hem de patlamamış olma olasılıklarına sahip olabileceğinden bahsedilmiştir. Schrödinger ise bunun üzerine mikro sisteme bağlı makro bir sistem ile bir düşünce deneyi yaptı. Schrödinger’in bu deneyi yapma amacı Kopenhag yorumunda belirtilen süperpozisyon durumunun (Radyoaktif atomun kendiliğinden üst üste gelme durumu) makro sistemi de aynı şekilde etkileyip üst üste sokabileceği midir?

Schrödinger geliştirdiği düşünce deneyinde, dışarıdan mükemmel bir şekilde yalıtılmış çelik kutunun içine bir kedi koydu. Ardından kutunun içine radyoaktif atom, dedektör ve dedektöre bağlı olarak çalışan bir mekanizmayla kırılan zehirli gazla dolu şişe yerleştirdi. Radyoaktif atomun beş dakika içerisinde bozunma ihtimali bozunmama ihtimaline eşittir. Örneğin yarılanma ömrü beş dakika olan bir radyoaktif atomun bozunması ve bozunmaması durumuna göre dedektör mekanizmayı harekete geçirip, şişeyi kırarak kedinin ölmesine sebep olur. Yani kedinin yaşaması radyoaktif atomun bozunması veya bozunmamasına bağlıdır.

Kopenhag yorumuna göre bir gözlemci, kutuyu açıp gözlemlediğinde kedinin ölü veya canlı olma olasılığı eşdeğerdir. Yine Kopenhag yorumuna göre kutu açılana kadar içerisindeki kedi hem ölü hem de canlıdır. Aslında kutu açılmadan önce kedi ölü mü diri mi sorusu, radyoaktif atom ne durumdadır sorusuyla aynı anlamdadır. Zaten kutu açılmadan önce radyoaktif atom süperpozisyon durumundadır. Schrödinger burada mikro dünyayla makro dünyayı mikro dünyanın kurallarına göre açıklamak istemiştir. Burada ölü-canlı kedilerin gerçekten var olabileceğini iddia etmemiş. Aksine kuantum mekaniği yorumunun problemini ve absürtlüğünü ortaya koymak istemiştir.

Bu düşünce deneyinden sonra kuantum mekaniğinin yorumu tartışmaya konu olmuş ve bir takım değişimler yaşamıştır. Bu yazıda anlatılanlar kuantum mekaniğini ile ilgili olup anlaması çok izafilidir. Bunun sebebi ise evrendeki tüm olayları yıllardır klasik fizik mantığıyla açıklamaya çalışmamızdır. Lisedeki fizik hocamın kuantum mekaniğiyle ilgili dediği gibi; "bir şey anlamadıysanız anlamışsınız demektir".