Ana Sayfa Kuantum Mekaniği Özel Görelilik ve Kuantum Teleportasyon

Özel Görelilik ve Kuantum Teleportasyon

557
0

Ölçümler, belli standartlara sahip olduğumuzda anlamlı hale gelirler. Aksi takdirde, ölçmeye çalıştığımız büyüklükler kime göre ve neye göre sorularıyla bir karışıklık yaratabilir. Ölçümün belirli standartlara göre yapılması bilimsel, ticari, sosyal ve hatta siyasi alanlarda bir düzeni de beraberinde getirir. Ev eşyaları alırken dahi, odaların boyutlarını dikkate alırız.

Arkadaşlarımızla randevulaştığımızda, farkında olmadan zamanın, karşımızdaki kişinin zamanı ile aynı akış hızına sahip olduğunu kabul ederiz. Belirli standartlar günlük yaşamımızı düzen içinde sürdürmemizi sağlasa da, düşünen ve öğrenen zihne bir tür kısıtlama getirmiştir. Bu nedenle Einstein tarafından çizilen özel ve genel görelilik teorilerini, yine bir grup bilim insanının temelini attığı kuantum teorisini anlamak hala güçlük çektiğimiz bir konudur. Bu zorluk, sadece sıradan insanlar için değil, bu teorileri ortaya atan insanlar için bile şüpheci yaklaşımları beraberinde getirmiştir.

Einstein, Rosen ve Podolsky’nin (EPR) 1935 yılında yaptığı çalışmalarda, kuantum teorisinin gizli değişkenlere sahip olabileceği ve bu temelde eksik bir teori olabileceği yönündeki şüpheyi ortaya koymaktadır. Öğrenilmiş, ezberlenmiş ve değişmez kabul edilen bakış açılarıyla doğaya baktığımızda, göreceğimiz sadece bir yönden çekilmiş bir fotoğraftır.

Newton ve öncesinin sunduğu doğa tasviri, aslında doğanın bir mutlaklık içinde olduğu yönünde olduğu sonuçlarıyla doluydu. Bu sonuçlar günümüzde hala geçerliliğini sürdürse de, sınırlar ve bakış açıları değiştikçe, farklı sonuçlar da ortaya çıkmaktadır.

Örneğin, incelemek istediğiniz sistemde parçaların hareket hızları ışık hızı ile ifade ediliyorsa, zaman, mekan ve enerji gibi fiziksel olaylar artık klasik yöntemlerle ölçülmüyor; yani özel görelilik teorisi, size fotoğrafa farklı bir perspektiften bakmanızı sağlıyor. Eğer sistemin parçaları atomik boyutlarda ise, kuantum mekaniği prensipleri bize göz kırpıyor. Üstelik, sistemin parçaları hem atomik boyutlarda hem de hızları ışık hızı ile tarif ediliyorsa, bu durumda da kuantum elektrodinamik size gülümsüyor. Böylece, doğrunun tek ve sabit olduğu düşüncesi keskinliğini kaybediyor. Nereden ve nasıl baktığımıza bağlı olarak, değişen sonuçlar elde ediyoruz.

Yukarıda anlattıklarımızı şimdi matematiksel bir temele oturtalım. Lorentz tarafından ortaya atılan ve Einstein tarafından zaman, enerji ve momentum gibi fiziksel özelliklere de uygulanarak yeniden yorumlanan, modern fizikle ilgilenen birçok kişinin yakından bildiği bir faktörden bahsedelim. Bu faktör aşağıda gösterilmiştir:

Burada c ışık hızını, v ise sistemdeki parçanın hareket hızını temsil eder. Örneğin v = c/4 için y = 0.968 veya v = c/2 için y = 0.866 değerlerini elde ederiz. Bu ne anlama geliyor? Özel görelilik teorisine göre, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden cisimler için uzay ve zamanda genişlemeler veya daralmalar meydana gelir. Ancak, bu etkiler gözlem yapılan referans sistemine bağlı olarak farklılık gösterebilir. Bu konuyla ilgili olan ve ikizler paradoksu olarak bilinen düşünce deneyi, oldukça yaygın bir şekilde anlatıldığı için, burada daha fazla detaylandırmaya gerek duymuyorum.

Yukarıdaki nicel sonuçlara göre, aracınızı ışık hızının çeyreği (c/4) hızıyla hareket ettirirseniz, 1000 km’lik bir yol sizin tarafınızdan 968 km olarak algılanır. Eğer hızınızı ışık hızının yarısı (c/2) seviyesine çıkarırsanız, aynı yol sizin için 866 km olarak ölçülür. Hızınızı daha da artırıp ışık hızının 9c/10 hızına ulaşırsanız, aynı yol sizin gözlemlediğinizde 435 km olarak görünür!

Görünmenin bir algı olduğunu unutmamak önemlidir; özel göreliliğin kafa karıştırıcı sonuçlarından biri de budur. Bu durum, gerçek ile algı arasındaki ilişkiyi sorgulamamıza neden olur. Algının anlık gerçek olduğu düşünülürse, sorun yaşanmaz ve bizi rahatsız etmez. Ancak dikkat ederseniz, aracın hızı ışık hızına yaklaştıkça mesafeyi daha kısa algılamaya başlayabilirsiniz; aynı zamanda zamanın da genişlediği düşünülebilir. Bu çıkmaza girmemek için bu kısma çok değinmeyeceğim.

Şimdi, limit değerlere doğru yaklaşarak eşitliğin nasıl tepki vereceğine birlikte bakalım. Eğer v=c olarak kabul edersek ve bunu denklemde yerine koyarsak, y=0 sonucuna ulaşırız. Bu sonuç, ışık hızına ulaşıldığında (ki bu kütlesiz bir parçacık olmamız gerektiği anlamına gelir), zamanın ve uzayın artık ölçülebilir bir anlam taşımadığını gösterir. Bu da mesafelerin ve bu mesafeleri aşmak için gereken sürelerin matematiksel olarak tanımlanamaz hale geldiği anlamına gelir. Yani, iki parçacığın arasındaki mesafe ne kadar uzun olursa olsun, bu iki parçacık üst üste gelmiş gibi görünür.

Dünya üzerinde, biri kuzey kutbunda ve diğeri güney kutbunda konumlandırılmış iki parçacığın fotonlar aracılığıyla haberleştiğini düşünelim. Işığın ortamdaki hızını etkilemediğini yani ortamın ışığı kırma indisini 1 olarak varsayalım. Aslında, fotona yüklenmiş mesajlar bu mesafeyi fiziksel olarak katetmeden, anında diğer parçacığa iletilmiş gibi görünür. Bu sonuç, Einstein’ı o kadar rahatsız etmiştir ki buna “anında uzaktan etki” ismini vermiştir.

Eğer buraya kadar sabırla okuduysanız, bu sonucun bizi ışınlama olarak dilimize çevrilen teleportasyonun yolunu açtığını az çok anlamışsınızdır.

Günümüzde, atomik boyutlardaki parçacıkların fiziksel olarak bir yerden başka bir yere ışınlanması mümkün olmasa da, A noktasındaki bir parçacığın spini B noktasındaki bir parçacığa teleport edilebilmektedir. Bu yöntem birkaç on atomlu büyük moleküllerde deneysel olarak gerçekleştirilmiştir. A noktasındaki parçacığın iletmek istediği mesaj, fotona yüklenerek ışık hızı (c) ile B noktasındaki parçacığa iletilir. Işık hızıyla taşınan mesajın uzay ve zamanı tanımadığını düşünürsek, mesajın anında B noktasındaki parçacığa ulaştığını söyleyebiliriz.

Bu olay, kuantum bilgi işleme sistemlerinde teleportasyon devreleri tasarlanarak gerçekleştirilebiliyor. Bu devreler sayesinde, A noktasındaki bir parçacığın spin özelliği – taşıdığı bilgi – B noktasındaki başka bir parçacığa iletilebiliyor. Ancak burada yapılan sadece bir tür teleportasyonun simülasyonudur. Aşağıdaki kuantum devresinde birinci girişteki Ψ durumu, kuantum kapıları kullanılarak 3. çıktıya aktarılmıştır.

Bu devreye yakından baktığınızda, girişlerin ilk iki kısmına bir dolanıklık uygulandığını görebilirsiniz. İletmek istediğimiz bilgiyi taşıyan kübit ile yardımcı bir kübiti dolanık hale getirerek bu gerçekleştirilir. İki dolanık parçacığın anında haberleşmesi, muhtemelen foton aracılığıyla iletişim kurmalarından kaynaklanıyor olabilir.

Gelecekte bu olgunun açıklanmasında, bilginin fiziğin yalnızca tek bir alt dalından değil, görelilik ve kuantum fiziği gibi iki büyük kuramdan gelebileceği umut edilmektedir. Tabii, ulaşılan bilginin doğruluğunu test etmek için gelişen teknolojinin de desteğini almak kaçınılmaz görünmektedir. Biriken bilgi birikiminin büyüklüğü, uzmanlaşılmış alt bilim dalları üretmekle birlikte, gerçeğe daha yaklaşmanın yolu, bu alanları tekrar organik bir bağla birleştirmekten geçebilir. Bazen birbiriyle alakasız gibi görünen parçalar, bir araya getirildiğinde olayların sırrını aydınlatmak için sır perdesini aralayabilir.

Yazar: Murat Kurt
Redaktör: ChatGPT, Yasir Ölmez

Kuantum Mekaniği ile ilgili daha fazla yazıya buradan ulaşabilirsiniz.

Görsel Kaynak:

Bu içeriği paylaş
Önceki İçerikSpin Nedir?
Sonraki İçerikKuantum Fizikçileri Dünyanın Hava Akımlarını Nasıl Açıklıyor?
Murat Kurt
Yazar, Redaktör