Kuantum Fizikçileri, Nesnel Gerçekliğin Hiç Bir Zaman Var Olamayabileceğini Söylüyor

Kuantum Fizikçileri, Nesnel Gerçekliğin Hiç Bir Zaman Var Olamayabileceğini Söylüyor

Kuantum mekaniğindeki en büyük gizemlerden biri, fiziksel gerçekliğin gözlemcisinden bağımsız olarak var olup olmadığıdır.

Brezilya'dan yapılan yeni araştırma, kuantum aleminde birbirini dışlayan, ancak tamamlayıcı fiziksel gerçeklikler olabileceğine dair güçlü kanıtlar sunuyor.

Büyük kuantum tartışması üzerine gelecekteki araştırmalar bize süper yıkıcı kuantum teknolojileri ve muhtemelen dünyanın en büyük gizemlerine şaşırtıcı cevaplar verebilir.

Gerçek var mı, yoksa bir gözlemci onu ölçtüğünde mi şekilleniyor? Bir ağacın, etrafta onu duyacak kimsenin olmadığı bir ormana düşerse ses çıkarıp çıkarmayacağına dair asırlık bir bilmeceye benzer şekilde, yukarıdaki soru kuantum mekaniği alanında en heyecan verici sorulardan biri olmaya devam ediyor. atom altı parçacıkların mikroskobik düzeyde davranışı.

"Kuantum süperpozisyonu" gibi ilgi çekici, neredeyse gizemli fenomenlerin hüküm sürdüğü bir alanda - bir parçacığın aynı anda iki hatta "tüm" olası yerlerde olabileceği bir durum - bazı uzmanlar gerçekliğin sizin farkındalığınızın dışında var olduğunu söylüyor ve değiştirmek için yapabileceğin hiçbir şey yok. Diğerleri, "kuantum gerçekliği"nin kendi hareketlerinizle farklı şekiller oluşturabileceğiniz bir tür Play-Doh olabileceği konusunda ısrar ediyor. Şimdi, Brezilya'nın São Paulo metropol bölgesindeki Federal ABC Üniversitesi'nden (UFABC) bilim adamları, gerçeğin “gözlemcinin gözünde” olabileceği önerisine yakıt ekliyorlar.

Brezilya'daki bilim adamları, Nisan ayında Communications Physics dergisinde yayınlanan yeni araştırmalarında, ünlü Danimarkalı fizikçi Niels Bohr'un 1928'de önerdiği “tamamlayıcılık ilkesini” doğrulamaya çalıştılar. enerji ve süre veya konum ve momentum gibi aynı anda gözlemlemek veya ölçmek imkansızdır. Örneğin, bir çift elektronu içeren bir deneyi nasıl kurarsanız kurun, aynı anda her iki niceliğin konumunu incelemenizin bir yolu yoktur: test, ilk elektronun konumunu gösterecek, ancak konumunu gizleyecektir. aynı anda ikinci parçacık (tamamlayıcı parçacık).

“Tanrı Zar Atmaz”

Bu tamamlayıcılık ilkesinin nesnel gerçeklikle nasıl bir ilişkisi olduğunu anlamak için, yaklaşık bir asır önce tarihe geri dönmemiz gerekiyor. 1927'de Brüksel'de, beşinci Solvay Konferansı (fizik ve kimyadaki en önemli yıllık uluslararası konferans) sırasında Bohr ve ünlü Alman doğumlu teorik fizikçi Albert Einstein arasında efsanevi bir tartışma gerçekleşti.

Avusturya'nın başkentinde, kuantum teorisinin doğmakta olan alanını tartışmak için bir araya gelen diğer 77 parlak bilim adamının gözleri önünde Einstein, kuantum durumlarının, bir bilim adamının onlar üzerinde nasıl hareket ettiğinden bağımsız olarak, kendi gerçekliklerine sahip olduklarında ısrar etti. Bu arada Bohr, kuantum sistemlerinin ancak bilim adamı deneysel tasarımı kurduktan sonra tanımlanmış kendi gerçekliğine sahip olabileceği fikrini savundu.

Einstein, "Tanrı zar atmaz" dedi.

Bohr, maddenin bir anda bir dalga olarak görünebileceğini söyleyen dalga-parçacık ikiliği kavramına işaret ederek, "Bir sistem, bağlama bağlı olarak bir dalga ya da parçacık gibi davranır, ancak hangisini yapacağını tahmin edemezsiniz," diye savundu. Fransız fizikçi Louis de Broglie'nin ilk kez 1924'te ortaya koyduğu bir fikir.

“Tamamlayıcılık İlkesi”

1927 Solvay Konferansı'nın sonuçlanmasından sonra Bohr'un tamamlayıcılık ilkesini alenen ifade etmesi uzun sürmedi. Önümüzdeki birkaç on yıl boyunca, tartışmalı Bohr kavramı test edilecek ve kemiğe kadar yeniden test edilecekti. Tamamlayıcılık ilkesini deneyenlerden biri de Amerikalı teorik fizikçi John Archibald Wheeler'dı.

Wheeler, 1978'de Thomas Young'ın 1801 çift yarık deneyini ışığın özellikleriyle yeniden hayal etmeye çalıştı. İki yarık deneyi, iki paralel yarığı olan bir duvara bir ışık tutmayı içeriyor. Işık her bir yarıktan geçerken, bölücünün uzak tarafında kırılır ve diğer yarıktan gelen ışıkla çakışır ve birbiriyle çakışır. Bu, artık düz çizgilerin olmadığı anlamına gelir: deneyin sonunda ortaya çıkan grafik deseni, ışığın dalgalar halinde hareket ettiği anlamına gelen bir girişim desenidir. Esasen ışığın hem parçacık hem de dalga doğası vardır ve bu iki doğa birbirinden ayrılamaz.

Wheeler, ışık zaten makinenin çoğundan geçtikten sonra cihazını bir "dalga ölçüm cihazı" ile bir "parçacık ölçüm cihazı" arasında değiştirmişti. Başka bir deyişle, ışığın dalga mı yoksa parçacık olarak mı yayıldığı arasında gecikmeli bir seçim yaptı ve seçimi geciktirdikten sonra bile tamamlayıcılık ilkesinin ihlal edilmediğini buldu.

Ancak, gecikmeli seçim deneyinde kuantum süperpozisyon ilkesini uygulamaya çalışan daha yakın tarihli araştırmalar, iki olasılığın bir arada var olduğunu gördü (tıpkı bir gölün yüzeyindeki iki dalganın üst üste gelebilmesi gibi). Bu, aynı cihaz içinde, tamamlayıcılık ilkesiyle çelişen, melez dalga benzeri ve parçacık benzeri bir davranış önerdi.

Kuantum Kontrollü Gerçeklik

Brezilyalı bilim adamları ayrıca kuantum kontrollü bir gerçeklik deneyi tasarlamaya karar verdiler.

UFABC'de kuantum bilgi bilimi ve teknolojisi araştırmacısı olan ve deneyi yöneten Roberto M. Serra, Popular Mechanics'e “Tıbbi görüntülemede kullanılanlara benzer nükleer manyetik rezonans teknikleri kullandık” diyor. Protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi parçacıkların tümü, pusuladaki bir iğnenin yönüne benzer manyetik bir özellik olan nükleer bir dönüşe sahiptir. "Bir tür elektromanyetik radyasyon kullanan bir molekülde farklı atomların bu nükleer dönüşlerini manipüle ettik. Bu kurulumda, kuantum aleminde dalga ve parçacık gerçekliğini araştırmak için bir proton nükleer dönüşü için yeni bir girişim cihazı yarattık," diye açıklıyor Serra.

Polonya'daki Uluslararası Kuantum Teknolojileri Teorisi Merkezi'nde (ICTQT) doktora sonrası araştırma görevlisi olan ve çalışmanın bir parçası olan Pedro Ruas Dieguez, "Bu yeni düzenleme, önceki kuantum gecikmeli seçim deneyleriyle tam olarak aynı gözlemlenen istatistikleri üretti," dedi. Popular Mechanics'i anlatır. Dieguez, "Ancak, yeni konfigürasyonda, deneyin sonucunu dalgaların ve parçacıkların Bohr'un tamamlayıcılık ilkesini doğrulayacak şekilde davranış biçimiyle ilişkilendirmeyi başardık," diye devam ediyor.

Nisan 2022 çalışmasından elde edilen ana çıkarım, kuantum dünyasındaki fiziksel gerçekliğin, yine de birbiriyle çelişmeyen, ancak birbirini tamamlayan, birbirini dışlayan varlıklardan oluştuğudur.

Uzmanlar, bunun büyüleyici bir sonuç olduğunu söylüyor. Fordham Üniversitesi'nde fizik profesörü olan Stephen Holler, "Brezilyalı araştırmacılar, kuantum teorisinin test edilmesini, özellikle sistemin fiziksel gerçekçiliğini inceleyerek tamamlayıcılığın doğasını anlamalarını sağlayan matematiksel bir çerçeve ve buna karşılık gelen deneysel konfigürasyon tasarladılar" diyor. Popüler Mekanik.

Bu, ikonik Amerikalı kuantum fizikçisi ve Nobel ödüllü Richard Feynman'ın uzun süredir devam eden özdeyişini vurgulayan bir çalışmadır: "Kuantum mekaniğini anladığınızı düşünüyorsanız, kuantum mekaniğini anlamıyorsunuzdur" diyor Holler. “Teori hakkında öğrenecek çok şey var ve araştırmacılar, kuantum cihazlarının ve hesaplamanın çoğalmaya başladığı çağda özellikle önemli olan temel ilkeleri bile anlamak için adımlar atmaya devam ediyor.”

Dieguez çok mutlu. "Maddi bir parçacığın, bağlama bağlı olarak, bir dalga gibi ve ışığın bir parçacık gibi davranabilmesi gerçeği, kuantum fiziğinin en ilgi çekici ve güzel gizemlerinden biridir" diyor.

Paradoksal olarak, kuantum mekaniğinin bu doğal "tuhaflığı" oldukça kullanışlı olabilir: "Kuantum mekaniğini ne kadar çok çözersek, klasik muadillerini, kuantum bilgisayarlarını, kuantum kriptografisini, kuantum sensörlerini ve kuantum termalini gölgede bırakan yıkıcı kuantum teknolojileri sağlayabiliriz. cihazlar dahil," diyor Serra.

Gerçekliğin gözlemcinin gözünde olabileceği, kuantum alanındaki fiziksel gerçekliğin çok tuhaf bir yönüdür ve her iki araştırmacı da, gizemin kendisinin hiçbir azalma belirtisi göstermediğini kabul eder.

Kaynak: Popular Mechanics