Kuantum Olasılık Neden Farklıdır?

Klasik anlamda olasılık kavramı, nesnelerin varlık durumlarıyla ilgili bilgi eksikliğimizden dolayı ortaya çıkar. Örneğin birini seçip açmanız için karşınıza iki kapalı kutu konduğunu ve bu kutulardan birinde sizi bekleyen güzel bir hediyenin olduğunu farz edin. Söz konusu hediyeyi yakalama şansınız %50’dir. Bu olasılıkla karşı karşıya kalmanızın nedeni ise hediyenin kutulardan hangisinde olduğunu bilmiyor olmanızdır. Hediyenin varlık durumuna ait bu bilgi eksikliği, oyunun nasıl sonuçlanacağına dair söz konusu belirsizliği meydana getirir. Aynı oyunu 4 kapalı kutuyla oynamaya kalkarsanız hediyeyi yakalama şansınız bu defa %25’e düşer. Olasılığın değişmesinin ve hediyeyi yakalama şansızının azalmasının sebebi bilgisizliğinizin artmış olmasıdır. Daha önce 2 kutudan hangisinde hediye olduğunu bilmiyor iken bu defa 4 kutudan hangisinde hediye olduğunu bilmez hale gelirsiniz. O halde kazanma olasılığı her ne kadar düşük olursa olsun bu oyunları oynamaya sizi motive eden nedir? Cevabı basit; hangi kutuda olduğunu bilmiyor, hediyeyi o an göremiyor ve tespit edemiyor olsanız dahi sizi motive eden faktör, karışınızda duran kapalı kutulardan birinde bir hediyenin varlık halinde bulunduğunu biliyor olmanızdır. Çünkü klasik anlamda olasılık, hali hazırda varlık halinde olan bir nesneye ait bilgisizliğimizden kaynaklanan bir kavramdır. Yani klasik olasılığın yanında her zaman bu olasılığın doğrudan alakalı olduğu fiziksel bir nesne vardır. Ancak kuantum olasılığına baktığımızda meselenin bundan çok daha farklı olduğunu görürüz.

Konuyu izah etmek adına kutulardan birinin içinde sizi bekleyen hediyenin bu defa bir elektron olduğunu farz edelim. Bu ilginç bir fikir deyip evlilik yıl dönümünde hediye olarak eşinize kutunun içinde elektron vermeye kalkmadan önce işin kuantum mekaniğine göz atmakta fayda var. Klasik olasılıktan farklı olarak kuantum teorisinde, olasılığın yanında bu olasılığa karşılık gelen ve varlık halinde bulunan bir nesne yoktur. Var olan tek şey olasılıktır. İşte bu ilginç gerçek, kafaları karıştıran ve kuantum mekaniğini çok tuhaf bir teori haline getiren meselelerden biridir. “Bir elektrona bakmadığınız sürece onun ne yaptığını bilemezsiniz” şeklinde ifadeler duymuşsunuzdur. “Ne var bunda?... Bana bakmadığınız sürece benim de ne yaptığımı asla bilemezsiniz” diye düşünebilirsiniz. Ancak dikkat ederseniz, klasik olasılıkta, kutuları açıp bakmasanız dahi hediye halen fiziksel bir nesne halinde vardır ve kutulardan birinin içindedir demiştik. Fakat kuantum dünyasında, açıp ölçüm yapmak suretiyle tespit etmediğiniz sürece, kutulardan birinde bir elektron yoktur. Çünkü kuantum mekaniğinde, parçacıkların klasik anlamda konum veya momentum gibi kesinlik barındıran özellikleri yoktur. Bunun yerine, konumu veya momentumu tespit etmeye kalktığınızda, hangi olasılıkla hangi sonuçları elde edeceğinizin bilgisini barındıran olasılıklar bütünü veya teknik tabiriyle “kuantum olasılık dalgası” vardır.

Bu noktada bazı yanlış anlaşılmalar olabiliyor. Kutuların içinde elektronun olasılık dalgasının bulunuyor olması demek, parçacık halinde elektronun iki yerde birden aynı anda bulunuyor olması demek değildir. Kuantum teorisine göre parçacıkların aynı anda birden fazla yerde bulunabildiği şeklinde yapılan yorumlar aslında bu noktada tam doğru değildir. Aynı anda birden fazla yerde bulunan şey parçacığa ait kuantum olasılık dalgasıdır. Bu nedenle yapılacak herhangi bir deneyde, parçacık davranışından ziyade dalga davranışı kendini gösterir. Ancak bu durum, parçacıkların maddesel anlamda bir dalgaya dönüştükleri şeklinde anlaşılmamalıdır. Dolayısıyla yukarıdaki örnekte kutularda var olan şey, elektronun bir parçacık halinde var olma potansiyelini tanımlayan kuantum olasılık dalgasıdır. Elektronun söz konusu olasılık dalgası kimliği, kutulardan birini açıp tespit yapmak suretiyle bir ölçüm gerçekleştirdiğinizde, kesin belirlenmiş bir duruma dönüşür ve elektron bu noktadan itibaren parçacık kimliği ile varlık kazanır. Bu iki kimliğin arasındaki farkı iyi anlamak gerekir. Bu nedenle açtığınız kutuyu ya boş, ya da dolu olarak gözlersiniz. Boş kutuya denk geldiyseniz, elektron kesin olarak öbür kutudadır artık. Dolu kutuya denk geldiyseniz diğer kutu kesin olarak boştur. Ancak bu tespiti yapmadan önce elektron hiçbir kutuda parçacık formunda varlık halinde değildir. Var olan ve kutuları dolduran, elektronun olasılık bilgisidir. “Bilgi, fiziksel bir varlık değildir fakat kavramsaldır, kutuyu nasıl doldursun?” diyerek itiraz edebilirsiniz. Ancak kuantum mekaniğinde bir elektronun parçacık formundaki varlığından önce olasılık bilgisi formundaki varlığı esastır. Kuantum fiziği gözüyle baktıkça evren, büyük bir makineden ziyade büyük bir bilgi bütünü olarak görünüyor diyen ünlü kuantum fizikçisi James Jeans’in bu sözü çok anlamlıdır bu nedenle.

Kuantum mekaniğinde parçacıklara ait olasılıkların bilgisi Schrödinger dalga denklemi adı verilen matematiksel bir formülasyon ile tanımlanır. Herhangi bir parçacığın durumunu tespit etmek için bir ölçüm yapıldığı zaman, parçacığa ait olasılık dalgasının barındırdığı olasılıklardan biri gerçekleşmiş olarak gözlenir. Kuantum dünyasının olasılığa dayalı gerçekliğinin kökeni Heisenberg’in ortaya attığı belirsizlik ilkesine gider. Kuantum olasılık kavramında olduğu gibi, kuantum belirsizliği kavramı da bu nedenle klasik belirsizlikten farklıdır. Örneğin sanat galerisine gidip evinize asacağınız bir tablo almak istediğinizi düşünün. Bütçeniz kısıtlı olduğu için önce fiyatlara göz atmaya karar verdiğinizi farz edin. Fiyatları inceleme ihtiyacınız, ilk başta bu bilgiye sahip olmamanızdan kaynaklanır. Dolayısıyla satın alacağınız tablonun fiyatı, üzerindeki etikete göz atmadığınız sürece sizin için belirsizdir. Ancak tablonun fiyatını bilmiyor olmanız, tablonun belirli bir fiyata sahip olmadığı anlamına gelmez. Siz henüz bilmiyor olsanız da tablonun kesin belirlenmiş bir fiyatı vardır. Fakat aynı tabloyu müzayede açık artırmasında satın almaya kalkarsanız bu defa farklı türde bir belirsizlik ile karşılaşırsınız. Bu senaryoda tablonun fiyatı sizin için yine belirsizdir ancak bu defa belirsizliğin nedeni tablonun fiyatının henüz varlık haline gelmemiş olmasıdır. Çünkü açık artırma henüz başlamamıştır. Fiyat, açık artırma sonuçlandığı zaman belirsizlikten çıkıp belirli bir değer alacaktır. Kuantum belirsizliği de bunun gibidir. Gözlem sonucu elektronun fiziksel bir parçacık kimliği ile varlık kazanması gibidir bu durum. Bu nedenle klasik anlamda olasılık ve belirsizlik subjektif bir kavram iken, kuantum dünyasında olasılık ve belirsizlik evrenseldir. Kuantum teorisini klasik teorilerden farklı kılan şey budur.

Kaynak ve devam okuma önerileri
1) Arı, Vural. Rölativite'den Kuantum'a Evrenin Gerçekliği. İstanbul Bilgi Üniversitesi Yayınları, 2015
2) Rosenblum, Bruce ve Kuttner, Fred. Quantum Enigma: Physics Encounters Consciousness, Oxford University Press, 2011
3) Baggott, Jim. The Quantum Story: A History in 40 Moments, Oxford University Press, 2011