Kuantum Mekaniği: Gelecek Geçmişi Nasıl Etkileyebilir

2022'de, kuantum dünyasının evrenin nasıl çalıştığına dair bazı temel sezgilerimizi kırması gerektiğini gösteren deneysel çalışma için fizik Nobel ödülü verildi.

Birçoğu bu deneylere bakar ve "yerelliğe" - uzaktaki nesnelerin etkileşim için fiziksel bir aracıya ihtiyaç duyduğu sezgisi - meydan okuduğu sonucuna varır. Ve gerçekten de, uzak parçacıklar arasındaki gizemli bir bağlantı, bu deneysel sonuçları açıklamanın bir yolu olabilir.

Diğerleri bunun yerine deneylerin "gerçekçiliğe" - deneyimlerimizin altında nesnel bir durum olduğu sezgisine - meydan okuduğunu düşünür. Ne de olsa, deneyleri açıklamak ancak ölçümlerimizin gerçek bir şeye karşılık geldiği düşünülürse zordur. Her iki durumda da, birçok fizikçi, yerel gerçekçiliğin "deney yoluyla ölümü" denilen şey konusunda hemfikirdir.

Peki ya bu sezgilerin her ikisi de üçüncü biri pahasına kurtarılabilirse? Büyüyen bir uzman grubu, bunun yerine mevcut eylemlerin geçmiş olayları etkileyemeyeceği varsayımından vazgeçmemiz gerektiğini düşünüyor. “Geri-nedensellik” (retrocausality) olarak adlandırılan bu seçenek hem yerelliği hem de gerçekçiliği kurtarma iddiasında.

 

Nedensellik

Peki nedensellik nedir? Herkesin bildiği bir söz ile başlayalım: korelasyon nedensellik değildir. Bazı korelasyonlar nedenseldir, ancak hepsi değil. Fark nedir?

İki örneği ele alalım. (1) Barometre iğnesi ile hava durumu arasında bir ilişki vardır - bu nedenle hava durumunu barometreye bakarak öğreniriz. Ancak kimse barometre iğnesinin hava durumuna neden olduğunu düşünmez. (2) Sert kahve içmek, kalp atış hızının artmasıyla ilişkilidir. Burada birincinin ikinciye neden olduğunu söylemek doğru görünür.

Aradaki fark şu ki, barometre iğnesini "oynatırsak" hava durumunu değiştirmeyeceğiz. Hava durumu ve barometre iğnesi üçüncü bir şey tarafından kontrol edilir, atmosferik basınç - bu yüzden ilişkilidirler. İğneyi kendimiz kontrol ettiğimizde hava basıncıyla olan bağı koparırız ve korelasyon ortadan kalkar.

Ancak birinin kahve tüketimini değiştirmek için müdahale edersek, genellikle kalp atış hızını da değiştiririz. Nedensel korelasyonlar, değişkenlerden birini oynattığımızda hala geçerli olanlardır.

Bu günlerde, bu güçlü korelasyonları arama bilimine "nedensel keşif" deniyor. Basit bir fikir için büyük bir isim: Etrafımızdaki şeyleri oynattığımızda başka nelerin değiştiğini bulmak.

Sıradan hayatta, genellikle bir oynatmanın etkilerinin, oynatmadan sonra ortaya çıkacağını kabul ederiz. Bu o kadar doğal bir varsayımdır ki, yaptığımızın farkına varmayız.

Ancak bilimsel yöntemdeki hiçbir şey bunun olmasını gerektirmez ve fantastik kurguda kolayca terk edilir. Benzer şekilde bazı dinlerde, sevdiklerimizin dünkü gemi kazasından sağ kurtulanlar arasında olması için dua ederiz. Şu anda yaptığımız bir şeyin geçmişteki bir şeyi etkileyebileceğini hayal ediyoruz. Bu geri-nedenselliktir.

 

Kuantum geri-nedensellik 

Yerelliğe (uzak nesnelerin etkileşim için fiziksel bir aracıya ihtiyaç duyması) yönelik kuantum tehdidi, Kuzey İrlandalı fizikçi John Bell'in 1960'larda ortaya koyduğu bir argümandan kaynaklanmaktadır. Bell, iki varsayımsal fizikçinin, Alice ve Bob, ortak bir kaynaktan parçacıklar aldığı deneyleri düşündü. Her biri, birkaç ölçüm ayarından birini seçer ve ardından bir ölçüm sonucunu kaydeder. Birçok kez tekrarlanan deney bir sonuç listesi oluşturur.

Bell, kuantum mekaniğinin bu verilerde (artık doğrulanan) tuhaf korelasyonlar olacağını öngördüğünü fark etti. Alice'in ayar seçiminin Bob'un sonucu, ve tam tersi, üzerinde ince bir "yerel olmayan" etkiye sahip olduğunu ima ediyor gibiydiler - Alice ve Bob arasında ışık yılı olsa bile. Bell'in argümanının, Albert Einstein'ın modern fiziğin önemli bir parçası olan özel görelilik teorisine tehdit oluşturduğu söyleniyor.

Ancak bunun nedeni, Bell'in kuantum parçacıklarının gelecekte hangi ölçümlerle karşılaşacaklarını bilmediklerini varsaymasıdır. Geri-nedensel modeller, Alice'in ve Bob'un ölçüm seçimlerinin parçacıkları kaynakta etkilediğini ileri sürer. Bu, özel göreliliği bozmadan tuhaf korelasyonları açıklayabilir.

Yeni bir çalışmada, tuhaf korelasyon için basit bir mekanizma önerdik - bu, Berkson yanılgısı adı verilen tanıdık bir istatistiksel olguyu içeriyor (popüler özetimize buradan bakın).

Artık kuantum geri-nedensellik üzerinde çalışan, büyüyen bir bilim insanları grubu var. Ancak, daha geniş alandaki bazı uzmanlar için hala görünmez. “Süperdeterminizm” denilen farklı bir görüşle karıştırılıyor.

 

Süperdeterminizm

Süperdeterminizm, ölçüm seçeneklerinin ve parçacıkların temel özelliklerinin bir şekilde ilişkili olduğu konusunda geri-nedensellik ile hemfikirdir.

Ancak süperdeterminizm, bunu hava durumu ve barometre iğnesi arasındaki korelasyon gibi ele alır. Atmosfer basıncının hem hava durumunu hem de barometreyi kontrol etme şekli gibi, hem seçimlerimizi hem de parçacıkları kontrol eden ve ilişkilendiren gizemli bir üçüncü şeyin - bir "süperbelirleyici" - olduğunu varsayar.

Yani süperdeterminizm, ölçüm seçimlerinin istediğimiz gibi oynatmakta özgür olduğumuz şeyler olduğunu reddeder, önceden belirlenmişlerdir. Serbest oynatmalar, tıpkı barometre durumunda olduğu gibi, korelasyonu bozacaktır. Eleştirmenler, süperdeterminizmin bilimsel deneyler yapmak için gerekli olan temel varsayımları baltaladığına itiraz eder. Ayrıca bunun özgür iradeyi reddetmek anlamına geldiğini söylerler, çünkü bir şey hem ölçüm seçeneklerini hem de parçacıkları kontrol eder.

Bu itirazlar geri-nedensellik için geçerli değildir. Geri-nedenselciler, bilimsel nedensel keşfi her zamanki özgür, oynatmalı şekilde yaparlar. Kanıtın götürdüğü yere gitmeyi reddederlerse, bilimsel yöntemi unutanların geri-nedenselliği reddedenler olduğunu söyleyebiliriz.

 

Kanıt

Geri-nedenselliğin kanıtı nedir? Eleştirmenler deneysel kanıt isterler, ancak bu, işin kolay tarafı: ilgili deneyler yeni Nobel Ödülü kazandı. Zor olan kısım, geri-nedenselliğin bu sonuçların en iyi açıklamasını verdiğini göstermek.

Einstein'ın özel göreliliğine yönelik tehdidi ortadan kaldırma potansiyelinden bahsetmiştik. Bize göre bu oldukça büyük bir ipucu ve bunu keşfetmenin bu kadar uzun sürmesi şaşırtıcı. Süperdeterminizmle olan kafa karışıklığı esas suçlu görünüyor.

Ek olarak, biz ve başkaları, parçacıkların mikro dünyasının geçmiş ve gelecek arasındaki farkı önemsemediği gerçeğini geri-nedenselliğin daha iyi anlamlandırdığını tartıştık.

Her şeyin sorunsuz olduğunu kastetmiyoruz. Geri-nedensellikle ilgili en büyük endişe, geçmişe sinyaller göndererek zaman yolculuğunun paradokslarına kapı açma olasılığıdır. Ancak bir paradoks oluşturmak için geçmişteki etkinin ölçülmesi gerekir. Genç anneannemiz, var olmayacağımız anlamına gelen, dedemizle evlenmeme nasihatimizi okuyamazsa, ortada bir paradoks yoktur. Ve kuantum durumunda, asla her şeyi aynı anda ölçemeyeceğimiz iyi bilinir.

Yine de, her şeyi aynı anda ölçemeyeceğiniz bu kısıtlamayı uygulayan somut geri-nedensel modeller tasarlamak için yapılacak işler var. Bu yüzden temkinli bir sonuçla kapatacağız. Bu aşamada, yelkeninde rüzgar olan geri-nedenselliktir, bu yüzden en büyük ödüle doğru eğilin: yerelliği ve gerçekçiliği "deney yoluyla ölümden" kurtarmak.

 

Huw Price, Emeritus Üyesi, Trinity Koleji, Cambridge Üniversitesi ve Ken Wharton, Fizik ve Astronomi Profesörü, San José Eyalet Üniversitesi

Bu makale The Conversation'da yayınlanmıştır.