Kuantum Mekaniğinin Sanal Sayılara İhtiyacı Var mı?

Fizikte ortaya atılan kavramlar bir test etme sürecinden geçmişlerdir. Ortaya atılan bu kavramların defalarca test edilmesi kavramların soyut bir kısmının olduğu gerçeğini değiştirmez. Kavram sözcüğü zaten bünyesinde soyutu barındırmaktadır. Fizikçiler kuantum gerçeği telaffuz edilmeye başladığından itibaren yüz yılı aşkın bir süredir bu konu üzerine kafa yormuşlardır. Kuantum dünyasında doğası gereği belirsizlik bulunmaktadır. Bir kuantum durumu, durum üzerindeki her olası ölçümün sonucunu öngörmek için yeterli bilgiyi içermez. Bunun yerine, çoğu ölçüm için olası sonuçlar arasında yalnızca bir olasılık dağılımı sunmaktadır. Yazımızın içeriğinde soyut olan “Kuantum Mekaniğinin Sanal Sayılara İhtiyacı Var mı?” konusuna yalın bir şekilde değinmeye çalışacağız.

Belirsizlik Prensibi Nedir?

Kuantum mekaniğinde, belirsizlik ilkesi (Heisenberg’in belirsizlik ilkesi olarak da bilinir), bir parçacığın konum gibi belirli fiziksel nicelik çiftlerinin değerlerinin doğruluğuna temel bir sınır koyan çeşitli matematiksel eşitsizliklerden herhangi biridir. , x ve momentum, p, başlangıç koşullarından tahmin edilebilir.

Belirsizliğin kuantum mekaniğinin eksik bir teori olduğu anlamına gelip gelmediğini merak etmek doğaldır. Aslında her ölçüm sonucunu önceden belirleyen bir yerel gizli değişkenler sistemi ile desteklenebilir mi?

John Bell ve diğerlerinin çalışmaları sayesinde bu fikir üzerinde çalışmak için deneylerin yapılması gerekiyordu. Ortaya atılan fikirler üzerinde defalarca deneyler yapılması onu yasa haline getirmesi de söz konusuydu.

Kuantum tahminlerini herhangi bir yerel gizli değişken teorisininkinden ayıran deneylerde tasarlanabilir. Deneyler yapıldığında, kuantum teorisi her seferinde muzaffer çıkıyor. Açıkçası önce düşünce oluşmuş sonrada deney onu desteklemişti. Enteresan olan da buydu.

Kuantum teorisinin klasik sezgiye meydan okumasının bir başka yolu da hayali sayıları içermesidir.

Gözlemlenebilir nicelikleri ve olasılık dağılımları, zorunlu olarak gerçek sayılarla ifade edilmektedir.

Ancak temeldeki dalga fonksiyonları ve kuantum durumları genellikle fiziksel olmayan i sayısını, -1’in karekökü içerir.

Fakat hayali sayılar teorinin gerekli bir özelliği midir, yoksa sadece onun formülasyonunun bir eseri midir? Böylece aynı şekilde işe yarayan tamamen gerçek bir formülasyon bulunabilir mi? Konunun fizikçilerinin yıllardır kafa yorduğu soruların başında gelen bir kavramdı.

Bu ince bir soru.

Biri karmaşık sayıların uzayını her zaman iki boyutlu gerçek sayıların uzayı olarak temsil edebilir, bir boyut karmaşık sayının gerçek kısmını ve diğeri hayali kısmını temsil eder.

Ancak kuantum durumlarının kendileri matematiksel olarak çok boyutlu uzaylar olarak temsil edilir.

Boyutların boyutlar üzerine kombinasyonu, kuantum sistemlerinin nasıl etkileşime girdiğinin matematiğini önemli ölçüde karmaşıklaştırır.

Viyana’daki Avusturya Bilimler Akademisi’nden Miguel Navascués ve meslektaşları, yeni çalışmalarında soruyu netleştiriyor.

Standart kuantum teorisinin bazı temel matematiksel özelliklerini koruyan, ancak yalnızca gerçek sayıları kullanan bir kuantum teorisi versiyonunu formüle etmek mümkün müdür?

Cevabın hayır olduğunu buldular. Ne yazık ki karmaşık sayılardan kaçış yoktu. Aslında olmaması da gerekiyor. Şimdi biraz zihin cimnastiği yapmaya hazır olun. Çünkü en kritik noktaya geldik. Biraz kaotik ve paradoksal bakış açımızı genişleterek aşağıdaki satırlara odaklanalım.

Navascués ve araştırmacılar  böyle gerçek değerli herhangi bir teorinin standart kuantum teorisinden farklı sonuçlar öngördüğü şekilde kabataslak çizilmiş bir deney tasarladı. Deney, Bell’in eşitsizliğini test etmek için kullanılandan sadece biraz daha kapsamlıdır. Şimdi yapılanların ayrıntılarına girmeden kısaca Bell Test’i nedir kısaca bilgi verelim.

Bell Eşitsizlik Testi veya Bell Deneyi Nedir?

Bell eşitsizlik testi veya Bell deneyi olarak da bilinen bir Bell testi, kuantum mekaniği teorisini Albert Einstein’ın yerel gerçekçilik kavramıyla ilgili olarak test etmek için tasarlanmış gerçek dünya fizik deneyidir. Deneyler, gerçek dünyanın fotonlar ve elektronlar gibi parçacıkların davranışını açıklamak için bazı ek yerel değişkenlerin (kuantum teorisinin bir özelliği olmadığı için “gizli” olarak adlandırılır) varlığını gerektiren yerel gerçekçiliği karşılayıp karşılamadığını test eder. Bugüne kadar tüm Bell testleri, yerel gizli değişkenler hipotezinin fiziksel sistemlerin davranış şekliyle tutarsız olduğunu bulmuştur.

Şimdi bir hat düşünelim. Hattın her iki ucunda da farklı kişiler vardır. Birbirlerine bilgi transferi yapmaktadırlar.

Dolanık iki çift parçacıktan Bob birer tane alır ve diğer ikisi Alice ve Charlie’ye gider.

Bob, parçacıkları üzerinde ortak bir ölçüm yapar ve Alice ve Charlie’nin her biri, kendi parçacıkları üzerinde yapmak için birkaç farklı ölçüm arasından seçim yapar.

Bell’in eşitsizliğinde olduğu gibi, teoriler, ölçüm sonuçları arasındaki korelasyonlar hakkında yaptıkları tahminlerle ayırt edilebilir.

Ancak Bell’in eşitsizliğinden farklı olarak, beklenen korelasyonları hesaplamak son derece zordur.

Gerçek değerli teoriler için bir üst sınır bulmak için Navascués ve meslektaşları, bilgisayar belleğini tüketecek kadar kapsamlı bir hesaplamaya giriştiler.

Umduklarından daha gevşek bir bağla idare etmek zorunda kaldılar.

Yine de, teklifin geçen Ocak ayında kamuoyuna açıklanmasından bu yana geçen süre.

Deneyi iki grup gerçekleştirdi ve her ikisi de standart karmaşık değerli kuantum teorisi lehine sonuçlar buldu.

Kuantum mekaniğinin gelecekteki öğrencilerinin hayali sayıların matematiğiyle boğuşmaktan başka seçenekleri olmayacak gibi görünüyor.

Kaynak: physicstoday