Einstein'ın Hatalı Olduğunu Kanıtlayan Bilim İnsanları Nobel Fizik Ödülünü Kazandı

2022 Nobel fizik ödülü, atomların ve parçacıkların mikro dünyasını kapsayan teori olan kuantum mekaniğinde öncü deneyler yapan üç bilim insanına verildi.

Fransa'daki Université Paris-Saclay'den Alain Aspect, ABD'deki J.F. Clauser & Associates'ten John Clauser ve Avusturya'daki Viyana Üniversitesi'nden Anton Zeilinger, "dolaşıklık deneyleri için" 10 milyon İsveç kronu (915.000 ABD Doları) ödülü paylaşacaklar.

Kuantum mekaniği dünyası kuşkusuz oldukça tuhaftır. Okulda, bir tepeden aşağı yuvarladığımızda bir topun nereye gideceğini tahmin etmek için fizikteki denklemleri kullanabileceğimiz öğretildi.

Kuantum mekaniği bundan farklıdır. Bireysel sonuçları tahmin etmek yerine, bize belirli yerlerde atom altı parçacıkları bulma olasılığını söyler. Bir parçacık, ölçtüğümüzde rastgele bir konumu aslında aynı anda birkaç yerde olabilir.

Albert Einstein'ın kendisi bile bundan rahatsızdı - o kadar ki bunun yanlış olduğuna ikna oldu. Sonuçların rastgele olması yerine, ölçümlerimizin sonuçlarını tahmin edilebilir şekilde etkileyen, göremediğimiz kuvvetler veya yasalar gibi bazı "gizli değişkenler" olması gerektiğini düşündü.

Ancak bazı fizikçiler kuantum mekaniğinin sonuçlarını benimsediler. Kuzey İrlandalı bir fizikçi olan John Bell, 1964'te Einstein'ın aklındaki gizli değişkenlerin var olmadığını göstermek için teorik bir test tasarlayarak önemli bir atılım yaptı.

Kuantum mekaniğine göre, parçacıklar "dolanık" olabilir, ürkütücü bir şekilde bağlanabilir, öyle ki birini manipüle ederseniz, otomatik olarak ve hemen diğerini de manipüle etmiş olursunuz.

Kuantum dolaşıklığı, anlaşılması zor bir kavramdır, birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar temelde parçacıkların özelliklerini birbirine bağlar. Kendisinden zıt yönlerde hareket eden iki foton (ışık parçacığı) yayan bir ampul hayal edin.

Bu fotonlar birbirine dolanırsa, mesafeleri ne olursa olsun kutuplaşma gibi bir özelliği paylaşabilirler. Bell, bu iki foton üzerinde ayrı ayrı deneyler yapmayı ve bunların dolanık olduklarını (gerçekten ve gizemli bir şekilde bağlantılı olduklarını) kanıtlamak için bunların sonuçlarını karşılaştırmayı hayal etti.

Clauser, Bell'in teorisini, tek fotonlar üzerinde deney yapmanın neredeyse düşünülemez olduğu bir zamanda uygulamaya koydu. 1972'de, Bell'in ünlü düşünce deneyinden sadece sekiz yıl sonra Clauser, ışığın gerçekten de dolaşık olabileceğini gösterdi.

Clauser'in sonuçları çığır açıcı olsa da, elde ettiği sonuçlar için birkaç alternatif, daha egzotik açıklamalar vardı.

Işık, fizikçilerin düşündüğü gibi davranmadıysa, belki de sonuçları karışıklık olmadan açıklanabilirdi. Bu açıklamalar Bell'in testinde boşluklar olarak bilinir ve buna ilk meydan okuyan Aspect oldu.

Aspect, Bell'in testindeki en önemli potansiyel boşluklardan birini dışlamak için ustaca bir deney yaptı. Deneydeki dolaşık fotonların, Bell'in testinin sonucuna karar vermek için aslında gizli değişkenler aracılığıyla birbirleriyle iletişim kurmadığını gösterdi.

Bu, gerçekten ürkütücü bir şekilde bağlantılı oldukları anlamına gelir.

Bilimde doğru olduğuna inandığımız kavramları test etmek inanılmaz derecede önemlidir. Ve çok az kişi bunu yaparken Aspect'ten daha önemli bir rol oynadı. Kuantum mekaniği geçtiğimiz yüzyılda defalarca test edildi.

Bu noktada, mikroskobik dünyanın nasıl davrandığının veya fotonların dolanabileceğinin neden önemli olduğunu merak etmeniz son derece normaldir. Zeilinger'in vizyonunun gerçekten parladığı yer burasıdır.

Bir zamanlar klasik mekanik bilgimizi makineler yapmak, fabrikalar yapmak ve sanayi devrimine öncülük etmek için kullandık. Elektronik ve yarı iletkenlerin davranışlarına ilişkin bilgi, dijital devrimi yönlendirdi.

Ancak kuantum mekaniğini anlamak, ondan yararlanmamıza, yeni şeyler yapabilen cihazlar inşa etmemize izin veriyor. Gerçekten de birçok kişi, kuantum teknolojisinin bir sonraki devrimi yönlendireceğine inanıyor.

Kuantum dolaşıklığı, bilgiyi daha önce mümkün olmayan şekillerde işlemek için hesaplamada kullanılabilir. Dolaşmadaki küçük değişiklikleri algılamak, sensörlerin nesneleri her zamankinden daha hassas bir şekilde algılamasını sağlayabilir. Dolaşık ışıkla iletişim kurmak güvenliği garanti edebilir.

Zeilinger'in çalışması, bir ağın kuantum eşdeğerini oluşturmak için bir dizi dolaşık sistemi birbirine bağlamanın nasıl mümkün olduğunu göstererek kuantum teknolojik devrimin yolunu açtı.

2022'de kuantum mekaniğinin bu uygulamaları bilim kurgu değil. İlk kuantum bilgisayarlarımız var. Micius uydusu, dünya çapında güvenli iletişim sağlamak için dolaşıklığı kullanır. Ve kuantum sensörleri, tıbbi görüntülemeden denizaltıları tespit etmeye kadar uygulamalarda kullanılıyor.

Sonuç olarak, 2022 Nobel paneli, kuantum dolaşıklığı üreten, manipüle eden ve test eden pratik temellerin ve sürmesine yardımcı olan devrimin önemini kabul etti.

Bu makale, The Conversation'da yayınlanmıştır.