çift yarık deneyinde gözlenen parçacığın, davranışını değiştirmesinin gerçek nedeninin gözlemci etkisi olup olmadığını anlamak için yapılan, john archibal wheeler tarafından önerilmiş olan deney. bu nedenle, eğer daha önce okumadıysanız, önce çift yarık deneyi başlığını okumanızda yarar var. çift yarık deneyi konusuna hakim olmayan arkadaşlar için bu konu hiçbir anlam ifade etmeyecek çünkü. uyarımı baştan yapmış olayım.
içerik nedeniyle girdi mecburen uzun olacak, çünkü deneyin yapılışını detaylı şekilde anlatacağım. ingilizce kaynak bulabilirsiniz bol miktarda, ama bir ara ben epey aramıştım türkçe yazılı olan versiyonunu. benim gibi arayanlar varsa bir faydası olsun istedim.
***
esas deneyden önce bir başka ufak deneyden bahsedelim.
çift yarık deneyinde ölçüm cihazı, elektronun hangi yarıktan geçtiğini anlamak için yarıkların önüne koyulurken bu kez, elektronun düşeceği son nokta olan perdenin arka tarafına yerleştiriliyor. yani elektron seçimini yaptıktan sonra gözlenmiş olacak, öncesinde değil. böylece, eğer gözlemci etkisi denen bir şey varsa, elektronun bundan etkilenmemesi sağlanmış olacak.
deney yapılıyor. elektronlar tam perdeye çarpmadan önce perde kaldırılıyor ve ölçüm yapılıyor. 2 ihtimalden biri gerçekleşebilir:
1- eğer elektronlar, perdeye dalga özelliğini yansıtacak şekilde yarıktan geçmişse, bir dalga deseni gözlenecek. bu durumda, çift yarık deneyinden bildiğimiz sonuçlara göre, elektronun davranışını değiştirmesinde gözlem yapmanın tek başına bir etkisi olmadığını söyleyebiliriz, ama gözlem ya da ölçüm yapmaya yarayan aracın sahip olduğu herhangi bir özellik nedeniyle parçacık davranışını değiştiriyor olabilir. mesela elektromanyetik alan gibi...
2- elektronlar, parçacıklara özgü kümelenme deseni gösterecek. eğer bu gerçekleşirse, yine diğer deneyden bildiğimiz sonuçlara göre, gözlemcinin varlığının doğrudan doğruya davranış değişikliğinde etkisi olduğu söylenebilir.
deneyi yapıyoruz ve voila! ikinci durum gözleniyor.
***
işte burada çok ilginç bir sonuç çıkıyor ortaya. maddeler halinde bakalım:
çift yarık deneyinde: - elektron yarığa geldi. - gözlemci onu gözledi. - elektron gözlendiğini "anlayarak" davranış değişikliğine gitti ve perdeye dalga deseni olarak değil, parçacık olarak çarptı.
neden-sonuç ilişkisine uygun bir sıralama bu.
gecikmiş seçim deneyinde: - elektron yarığa geldi. - gözlenmediği için dalga özelliği göstermeye "karar verdi" ve perdeye girişim deseni yapacak şekilde geçiş yaptı. - perdenin arkasındaki gözlemci, tam da perdeye düşmeden önce elektronu gözledi. - elektron gözlendiği için parçacık gibi davranmayı seçti.
peki elektron, henüz perdeye düşmeden (yani gözlenmeden) önce, perdeye düşmesinden daha sonra gerçekleşecek olan gözlenme olayını nereden biliyordu ki davranış değiştirip perdeye parçacık olarak çarptı? bu neden-sonuç ilişkisine uymuyor.
yoksa gözlem yaptığımızda elektronun geçmişini mi değiştiriyoruz? işte can alıcı soru bu.
***
konu önemli. öyle olunca çalışmalar sürdürülüyor ve başka deneyler yapılıyor. en önemlileri olan, 1999 tarihli deneye adım adım bakalım.
anlatacağım her şeyi lütfen şu resimden takip edin.
1- a ve b isimli iki yarığın bir tarafına koyduğumuz bir lazer, fotonları yarıklardan geçmek üzere ateşliyor. yarıkların diğer yanında bulunan bir kristal de, bu fotonları yarıklardan geçmeden önce birbirine dolanık ikiz fotonlar haline getiriyor. bu arada biz, dolanık fotonların hangi yarıktan geçtiğini bilmiyoruz.
2- yarıklardan geçen fotonlar, hemen oracığa yerleştirilmiş bir prizmadan (şekildeki glan-thompson prizmasından) geçerken birbirlerinden ayrılmak zorunda kalıyorlar ve farklı yönlere doğru gidiyorlar. ulaştıkları dedektörler sayesinde, perde üzerinde hangi görünümün oluşacağını görebiliyoruz.
3- diyelim ki ayrılan fotonların bir kısmı, şekilde d0 olarak isimlendirilmiş olan dedektöre ulaşıyor. şekildeki lazerden itibaren görünen mavi ve pembe renkli çizgileri izlerseniz, fotonların d0 dedektörüne a ya da b yarığından gelebileceğini görürsünüz. biz fotonların hangi yarıktan geçip d0'a geldiğini bilmediğimiz için çift yarık deneyinde olduğu gibi, orada bir girişim deseni oluşmalı. yani dalga özelliği görmeliyiz. bu cepte...
4- birbirinden ayrılan ikiz fotonların diğerleri de başka bir yol izliyorlar ve bu kez bunlar için yerleştirilmiş olan başka bir prizmaya (şekilde ps olarak gösterilen prizmaya) ulaşıyorlar. bunlar da yine prizmadan farklı yönlere gidecek şekilde dağılarak çıkıyorlar. bu kez izleyecekleri muhtemel yollar üzerinde 2 tane yarı-aynamız ve bunlarla ilişkili olan 2 dedektörümüz daha var.
fotonların bir kısmı birinci, bir kısmı da ikinci yarı-aynaya ulaşıyor. bunlardan %50 ihtimalle geçiyor ya da %50 ihtimalle yansıyorlar.
***
burada bir durup 2 ihtimali ayrı ayrı inceleyelim. önce yansıma ihtimaline bakalım.
- bazı fotonlar şekilde sb olarak gösterilen aynadan yansıyarak b dedektörüne (şekilde büyük b olarak görülen), - bazı fotonlar da şekilde sa olarak gösterilen aynadan yansıyarak a dedektörüne ulaşabilir (şekilde büyük a olarak görüyoruz.)
bu durumda yukarıda madde 3'te bahsettiğimizin tersi olmalı ve girişim deseni görülmemeli, çünkü lazerin fotonları hangi yarıktan yolladığını görmesek de, bir fotonun b dedektörüne düşmesinin tek yolunun b yarığından, a dedektörüne düşmesinin tek yolunun ise a yarığından gelmesi olduğunu biliyoruz (yine şekildeki renkli çizgilerden takip edebilirsiniz)
şimdi artık, sanki fotonu lazerden çıktığı ilk anda gözlemlemişiz gibi bir bilgiye sahibiz, çünkü onun hangi yarıktan geldiğini artık biliyoruz. bu durumda a ve b dedektörlerine gelen fotonlar, gözlemci etkisinin varlığı nedeniyle girişim deseni oluşturmuyor ve kümelenme deseni gösteriyorlar. çift yarık deneyinde olduğu gibi...
***
ancaaaaaaaak...
işler bu noktada değişiyor. deneyde dolanık fotonlar kullandığımız için burada şöyle bir durum çıkıyor ortaya:
normalde ilk fotonumuzun nereden geldiğini bilmiyorduk ve bunun girişim deseni oluşturmasını bekliyorduk. bunun ikizi olan fotonumuz ise a ya da b dedektörüne ulaştığında, onun artık hangi yarıktan geldiğini biliyoruz. farklı yollara gitmiş olan bu 2 foton dolanık fotonlar olduğundan, d0 dedektörüne ulaşan foton, girişim deseni oluşturması gerekirken, gözlenen ikizinin davranışından etkilenerek kümelenme deseni oluşturuyor. yani dedektöre ilk olarak ulaşan foton, dedektöre daha sonra ulaşan fotonun davranışından etkilenerek davranışını değiştiriyor.
sanki a ya da b dedektörüne düşen fotonlar, ikizlerine "hey! biri bizim nereden geldiğimizi anladı. sen de oradan gelmiş gibi davran!" diyerek onu etkiliyor ve sonucu değiştiriyor. oysa ilk fotonun geliş yolunu bilmediğimiz için, onun dalga fonksiyonunu çökertmemiş olmalıydık. üstelik ilk foton dedektöre, ikinciden çok daha önce zaten ulaşmıştı.
"durum daha garip bir hal alamazdı" diyor olabilirsiniz, ama alıyor.
***
yansıma durumunu inceledik. bir de yarı-aynalardan geçiş ihtimalini inceleyelim.
fotonlar sa ya da sb yarı-aynalarından geçerse, bu kez arkalarındaki ma ya da mb yüzeylerinden yansıyarak sc yarı-aynasına gelecekler. yine bu aynadan yansıma ve geçme ihtimalleri %50 olarak birbirine eşit.
burada işler biraz karışıyor, çünkü sc'den gelip c ya da d dedektörlerine düşen fotonların, hangi yarıktan geldiği bilgisini yine kaybediyoruz. her iki yarıktan da gelmiş olabilirler, çünkü aynadan yansıyarak mı, geçerek mi ilerlediklerini bilmiyoruz. o halde ne oluyor? yine bu iki dedektörde girişim deseni elde etmemiz gerekiyor. tabi bunun dolanığı olan ve d0'a giden fotonların da aynı deseni oluşturmasını bekliyoruz.
bu arada, deney düzeneğinin bu son kısmına, yani c ve d dedektörlerinin olduğu bölüme kuantum silgisi adını veriyoruz.
-------------------- sonuç --------------------
gelelim deneyin yorumuna. bu fizik adına değil, biraz kişisel olacak. zaten fizik adına tüm bunları açıklayabileni bir nobel ödülü bekliyor *
birçok kişi bu deneyden, yaptığımız bir ölçümün, bir parçacığın geçmişini değiştirebildiği sonucunu çıkarıyor. fakat geçmiş ve gelecek kavramları tam olarak ne? fizikçiler bile geçmiş, şu an ve geleceğin tam olarak nasıl bir akış içinde ya da ne şekilde bir arada bulunduğuna dair çok net bir yorum yapmıyor. hâlâ bu konularla ilgili birçok teori var. blok evren teorisi gibi...
bence burada en önemli nokta, deneyde dolanık fotonların kullanılmış olması ve bunların birbirini ışık hızında etkilemesi. bunu yaparken "zaman" kavramından etkilenmiyor olmaları gerekir, zira ışık kadar hızlanabilen herhangi bir şey için zamanın durması gerekir. bu nedenle fotonların bu davranışı üzerinde nedensellik ilkesine aykırılık aramak çok da mantıklı değil. zira onlar için bu hızda hareket ederlerken, önce ya da sonra gibi bir kavram olmamalı.
yahut kuantum boyutlarında incelediğimizde, parçacıkların zaman kavramı biz insanlarınki gibi işlemiyor olabilir. hatta onlar için bir zaman kavramı dahi olmayabilir. neticede biz zaman denen şeyi, günlük hayatımızı kolaylaştırabilmek adına, bir atomun titreşim sayısı üzerinden tanımlıyoruz. fakat bir foton ya da mesela elektron için, böyle bir tanımın doğru ya da geçerli olması için bir neden var mı? bana göre cevap hayır.
bu arada, bu konuyla ilgili deneyler yapmaya devam ediyor bilim insanları. hatta yanlış hatırlamıyorsam, kuantum silgisinin, fotonun geldiği yol bilgisini her zaman silmediğine ilişkin sonuç veren bir deney de vardı. onu bulup yorumlamayı da sizlere bırakıyorum.
