Kuantum Zaman ve Tersine Nedensellik

Şu an bu yazıyı okuyor olmanız, öncesinde gelişmiş olan olayların sonucunda geldiğiniz bir durum mudur? Geçmişte olanların bizi şu an bulunduğumuz noktaya getirmiş olduğu konusunda çoğumuz hemfikiriz. Ancak bilim dünyası ikinci bir ihtimalin de üzerinde duruyor. Bu teoriye göre yalnızca geçmişteki olaylar değil, henüz gerçekleşmemiş gelecekte yer alan olaylar da yaşadığımız anın üzerinde etki sahibi olabilir. Neden-sonuç ilişkisinin sadece geçmişten geleceğe değil, fakat gelecekten geçmişe doğru da akabileceğini ön gören ve tersine-nedensellik diye isimlendirebileceğimiz bu düşünce, geçmişimizin bizi geleceğe doğru ittiği tablonun yanında geleceğin geçmişe uzanıp bizi kendine doğru çektiği bir senaryoyu da gündeme getirmektedir.

Kuantum teorisi belirsizlik ilkesine dayalı bir olasılıklar kuramıdır. Bu nedenle parçacıkların örneğin konum veya hız gibi kesinlik barındıran özellikleri yoktur. Bunun yerine, konumu veya hızı bir ölçüm yaparak tespit etmeye kalktığımızda, hangi olasılıkla hangi sonuçları elde edeceğimizin bilgisini barındıran olasılıklar bütünü veya teknik tabiriyle “kuantum olasılık dalgası” vardır. Herhangi bir parçacığın durumunu tespit etmek için bir ölçüm yapıldığında, parçacığa ait olasılık dalgasının barındırdığı olasılıklardan biri gerçekleşmiş olarak gözlenir. Bu ölçüm gerçekleştirilmeden önce bütün olasılıkların bir arada bulunduğu bir superpozisyon durumu geçerlidir. Dolayısıyla ölçüm yapmak suretiyle parçacığın hangi konumlarda bulunabileceği bilgisini oluşturan olasılık dalgasını ve dolayısıyla superpozisyon durumunu imha etmiş ve belirli bir konum tespit ederek belirli bir kesinlik meydana getirmiş oluruz. Ölçüm olayı bu bağlamda yıkıcı bir olaydır ve herhangi bir kuantum sisteminin olasılık dalgasını yıkmadan netice veren bir ölçüm veya gözlem yapmak imkânsızdır. Ancak en büyük problem, ölçüm sonucu hangi olasılığın gerçekleşeceğini belirleyen hiçbir mekanizmanın olmamasıdır. Yani olasılıklardan biri “rastgele” gerçeklik kazanır.

Örneğin radyoaktif bozunmaya uğrayacak olan birbirinin tıpatıp aynısı iki atom hayal edelim.  Bozunma olayının ne zaman olacağı kuantum mekaniksel çerçevede tamamen olasılığa bağlıdır. Atomlardan biri 5 dakika sonra bozunurken diğeri 5 yıl sonra bozunabilir. Bu olasılıkları hesap edebiliriz ancak olasılıklardan hangisinin ne zaman gerçekleşeceğini kesin olarak söyleyemeyiz. Çünkü olasılıklardan hangisinin gerçekleşeceğini belirleyen bilinen hiçbir neden-sonuç ilişkisi yoktur. İhtimallerden biri tamamen rastgele gerçekleşir. Geçmişten geleceğe akan etkileşimi esas alan klasik nedensellik modeli bu olayı izah etmekte yetersiz kalır. Çünkü atomların geçmişi, bozunmanın ne zaman gerçekleşeceğine dair neden-sonuç ilişkisi kurabileceğimiz herhangi bir bilgi taşımamaktadır. Dolayısıyla atomların başından geçmiş olanları incelemek hiçbir işe yaramaz. Bozunuma anının rastgele değil, fakat bir etki ile belirlenmekte olduğunu kabul edersek ve bu etki bozunma anının öncesinde, yani geçmişte yer almıyorsa, o halde gelecekte yer alıyor olabilir mi? Neden-sonuç ilişkisi kuramıyor olmamızın nedeni, aradığımız nedenin henüz gerçekleşmemiş olması olabilir mi? Tersine nedensellik teorisine göre bu sorunun cevabı evet olmalıdır. Bu teoriye göre birbirinin tıpa tıp aynısı olan iki atomun durumunda aslında bir fark vardır ancak bu fark geçmişten değil, gelecekten gelmektedir. Bu ihtimali kabul edersek, neden-sonuç ilişkisiyle barışık bir kuantum teorisinden söz edebiliriz belki.

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 suyun ortasında duran bir sandal düşünelim. Suyun zamanı temsil ettiğini kabul edelim. Sandalın bulunduğu konum şimdiki anı, arkasındaki su kütlesi geçmişi, önündeki su kütlesi ise geleceği temsil etsin. Bu temsilde geçmişin şimdiki anı etkilemesi, sandalın arkasındaki su kütlesinde yayılan bir dalganın gelip sandala çarparak onu sallaması gibidir. Geleceğin şimdiki anı etkilemesi ise sandalın önündeki su kütlesinde yayılan bir dalganın gelip sandala çarparak onu sallaması gibidir. Hem geçmişin hem de geleceğin şimdiki anı etkileyebildiğini söylemek, hem önden hem de arakadan gelen dalgaların aynı anda sandala çarpması demektir. İki dalganın sandala çarpması, tek bir dalganın çarpmasına kıyasla daha şiddetli bir tepkiye neden olur diyebiliriz. O halde su dalgalarını kuantum olasılık dalgası ile değiştirelim. Sandal örneğinde geriden gelen dalga gerçek deneydeki 1.ölçümü, sandalın konumundaki durum 2. ölçümü, önden gelen dalga ise deneydeki 3. ölçümü temsil etsin. Eğer sadece geçmiş değil fakat gelecek de şimdiki anı etkileyebiliyorsa, 2.ölçümde tespit ettiğimiz durum, hem geçmişten hem de gelecekten yayılarak gelen kuantum olasılık dalgalarının bileşik etkisini taşıyacağından (tıpkı sandala iki dalgalanın çarparak daha şiddetli sallaması misali) bazı kuantum olasılıkların şiddetlenmesine neden olacaktır. Geleceğin şimdiki anı etkilemesi söz konusu değilse, bu durumda bahsini ettiğimiz şiddetlenme olmayacaktır. Deneyde 2.ölçüm esansında buna benzer bir şiddetlenmenin gözlenmesi, henüz gerçekleşmemiş 3.ölçümün 2.ölçümü etkilemiş olduğuna işaret edecektir.

Ancak dikkat ederseniz bu deney senaryosunda çok önemli bir problem var. Daha önce belirttiğimiz üzere ölçüm işlemi, kuantum olasılık dalgasını imha etmektedir. Deneyin kilit noktası 2.ölçümdeki olasılık dalgasının durumudur. Ancak ölçümler neticesinde olasılık dalgaları imha olacağından deneyin gerçekleştirilmesi mümkün görünmüyordu. Bu problemin üstesinden gelmek için “zayıf ölçüm” adı verilen yeni bir teknik geliştirildi. Normal ölçüme kıyasla son derece zayıf bir etkileşim sergilediğinden dolayı bu ölçüm işlemi sistemin kuantum superpozisyon durumunu imha etmez. Yani olasılık dalgası halen varlığını devam ettirir. Ancak bunun bedeli olarak tek bir ölçüm işleminde kesinlik içeren bir sonuç bilgisi elde edilemez. İşe yarar bir bilgiye ancak zayıf ölçümleri binlerce kez tekrarlamak suretiyle elde edilen büyük bir veri yığınının analiz edilmesiyle erişilebilir. Bu metot ile yapılan deneyler gerçekten de 2.aşamada bir şiddetlenmenin olduğunu gösteren sonuçlar verdi. Ancak deneylerin tersine nedenselliği ispatladığını söyleyemeyiz. 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. Görünen o ki bu teori bilim dünyasını bir süre daha meşgul edecek ve yeni deneylerin çıkış noktası olacak.
 

İleri okuma ve kaynak
http://www.dr.com.tr/Kitap/Rolativiteden-Kuantuma-Evrenin-Gercekligi/Vural-Ari/Bilim/Populer-Bilim/urunno=0000000641909
http://www.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-3527403914,subjectCd-CH00.html
http://www.amazon.com/Symmetry-Beautiful-Universe-Leon-Lederman-ebook/dp/B005LAFD60