Ünlü çift yarık deneyi ve fotonların bu yarıklardan geçerken gösterdikleri dalga veya parçacık davranışının şaşırtıcı sonuçları klasik sezgilere meydan okuyor ve bilim insanlarını nedensellik, determinizm ve nesnellik kavramları üzerinde düşünmeye zorluyordu.

Hatırlayalım: Çift yarık deneyinin en heyecan verici olan yanı, ışık parçacığı olarak tek bir fotonun bile girişim deseni oluşturuyor olmasıydı. Daha da heyecan verici olan yanı ise ölçüm yapıldığında bu girişim desenleri kayboluyor ve foton, dalga davranışını terk ederek parçacık olarak yoluna devam ediyordu.

Peki bu şaşırtıcı durum yalnızca ışık parçacıkları olan fotonlar için mi geçerliydi; yoksa tüm kuantum parçacıkları da bu ikili davranışı sergiliyorlar mıydı?

Elektron; dalga mı, parçacık mı?

Bilim insanları, deneyi bir adım daha ileri taşıdılar ve bu kez foton yerine deneyde bir kuantum parçacığı olan elektronları kullanmaya karar verdiler.

Kuşku yok ki elektronlar birer parçacıktılar ve çok daha iyi tanımlanmış bir kütleye ve elektrik yüküne sahiptiler. Fotonlar için bunları söylemek zor.

Ancak deneyde yarıklardan geçen elektronların da fotonlar gibi ekranda girişim desenleri oluşturduğu görüldü.

Yani kütle ve yük tanımlı kuantum parçacıkları olan elektronlar da birbirine müdahale ederek bir dalga karakteri sergiliyorlardı.

Dahası başka kuantum parçacıkları da benzer sonuçları vermekteydi.

Daha sonra araştırmacılar, elektronları yarıklardan tek tek geçirdiler. Yine tek foton deneyinde olduğu gibi, tek elektronun da ekranda girişim desenleri oluşturduğu görüldü.

Bu durum, tek bir elektronun bir dalga kimliğinde yarıklardan bölünerek geçtiği ve sonra kendi kendisine müdahale ederek girişim yaptığı anlamına gelmekteydi.

Yani tanımlı bir kütlesi ve yükü olan elektronun kendisi de, yani tek elektron olarak, yarıklardan dalga formunda geçiyor, sonra etkileşen iki farklı dalga gibi ekranda girişim deseni ortaya çıkıyordu.

Gözlemci etkisi

Bu kez araştırmacılar elektronun doğasındaki bu gizemi araştırmak için yarıkların arkasına bir dedektör yerleştirirler. Burada detektör, bir gözlemci rolü üstlenmekteydi.

Bu kez ekranda dalga deseni yok olmuştu. Elektron da foton gibi dalga davranışını terk etmiş yarıklardan geçerken parçacık kimliğine bürünmüştü.

Aynı fotonlar gibi, "bakarsanız parçacık, bakmazsanız dalga" kimliğinde ısrarlıydılar.

Şöyle açıklamaya çalışalım:

Diyelim ki ofisinizde bilgisayarda çalışıyorsunuz ve bir rapor hazırlamaktasınız. Aynı anda çok önemli bir lig maçı canlı olarak veriliyor. Bilgisayarda çalışıyor gibi yapıp ara ara o maçı izlemeye çalışıyorsunuz. İçeriye biri girdiğinde hemen rapora dönüyorsunuz; çıktığında maçı açıyorsunuz.

Yani ne yaptığınız gözlemciye ve sizin farkındalığınıza bağlı; seni izliyorsa rapor hazırlıyorsun, sana bakmıyorsa maç izliyorsun.

Diyelim ki elektronlar da böyle yapıyor.

Ancak burada kritik soru şu: Elektron gözlendiğini nasıl anlıyor?

Doğal olarak fizikçiler, parçacıkların bu bilinçli görünen tavrını anlamakta ve yorumlamakta zorlandılar. Ve bu gizemi çözmek için yeniden deneye odaklandılar.

Bu kez elektronları şaşırtmak amacıyla yarıkların yanına rastgele açılıp kapanan bir dedektör yerleştirdiler. Sonrasında yine yarıklara tek tek elektron göndererek deneyi tekrarladılar.

Ancak şaşıran araştırmacılar oldu.

Elektronlar, sanki her şeyin farkında gibi, dedektör açıldığında parçacık davranışı sergiliyor; dedektör kapandığında dalga formuna geçiyorlardı.

Yani elektron, dedektörün ne zaman açıldığını ve ne zaman kapandığını tam olarak biliyor gibiydi.

Bu sefer fizikçiler tamamen yıkıldılar.

Üç yorum ve gerçekliğin doğası

Fizikçi Feynman'a göre dedektörün açık olup olmaması belki de kuantum dünyasına müdahaledir.

Yorumlar, itirazlar ve tartışmalar içinde bilim dünyası Babil Kulesi gibidir ve zaman herkesin farklı bir dil konuştuğu bir sürece evrilir.

"Tek elektron çift yarık deneyi"ni yorumlamaya çalışan bilim insanları genel olarak üç yorum üzerinde yoğunlaşırlar. Bunlar: Kuantum mekaniğinin "Kopenhag Yorumu", "De-Broglie-Bohm Pilot Dalga Teorisi" ve Hugh Everett'in kuantum mekaniğinin "Çoklu Dünyalar Yorumu".

Yapılan yorumlardan en çok kabul göreni ve belki de en çok tartışılan "Kopenhag Yorumu" dur. Bu yoruma göre gerçeklik, "biz onu ölçtüğümüz veya gözlem yaptığımız için vardır".

Yorumlar temel olarak "yerellik" ve "gerçekçilik" olmak üzere iki temel üzerinden değerlendirilir.

Burada "yerellik", ışıktan daha hızlı olunamayacağı veya ışıktan hızlı bilgi aktarımının olamayacağı tezini temel alıyor; "gerçeklik" ise fizik yasalarının gözlemciden bağımsız olması gerektiği ilkesidir.

Kopenhag Yorumu, "gözlemci etkisi"ni temel aldığından gerçekliği ihlal ediyor ancak yerelliği koruyor.

Buna karşın "De Broglie-Bohm Pilot Dalga Teorisi" ise yerelliği ihlal ediyor ancak gerçekliği koruyor; bu yorumun gözlemcilere, ölçümlere veya bir bilince ihtiyacı yok.

Hem yerel olan ve hem de gerçekliği koruyan yorum ise Hugh Everett'in kuantum mekaniğinin "Çoklu Dünyalar Yorumu"dur. Onun da bir bilince ihtiyacı yok ama kanıtlanması da olanaksız.

Ve hiçbiri tam olarak problemi çözmüyor.

Bu yorumların ortak yanları ise, gerçekliğin doğasının sandığımızdan çok daha karmaşık ve gizemli olduğunun ima ediliyor olması! 

Kaynakça

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpsyg.2020.00726/full

https://faraday.physics.utoronto.ca/PVB/Harrison/DoubleSlit/DoubleSlit.html

https://www.nature.com/articles/s41598-019-43323-2

https://www.scientificamerican.com/article/quantum-slits-open-new-doors/

https://www.quantamagazine.org/pilot-wave-theory-gains-experimental-support-20160516/