20. yüzyıl, fiziğin gelişimi açısından oldukça hareketli bir dönemdi. Özellikle 1924-1926 yılları arasında kuantum fiziğinde oldukça etkileyici gelişmeler yaşanmıştı. Bu yıllarda Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger kuantum mekaniğinin temel dalga denklemini yazarak kuramın gelişimine büyük bir katkı sağlamış ve Schrödinger denlemi olarak anılan çalışmasıyla 1933 yılında Nobel Fizik ödülünü almaya hak kazanmıştır. Fakat sonraki yıllarda kendi denkleminden türetilen yorumlardan dolayı Schrödinger kendi geliştirdiği kuramdan soğumuş ve kuantum mekaniği olasılık yorumunun(bu yorumun detaylı anlatımı başka bir yazımızın konusu olacağından detaylarına bu yazıda girmeyeceğim) hatalı olduğunu göstermek için çalışmalara başlamıştır. Bu çalışmaların en ünlüsü 1935 yılında ortaya koyduğu Schrödinger’in Kedisi olarak anılan düşünce deneyidir. Schrödinger bu deneyle kuantum süperpozisyonunun kusurlu bir düşünce olduğunu kanıtlama niyetindeydi.

 

aranan kedi

 

Deneyin Mekanizması ve Amacı

Kuantum kuramı bizi klasik fiziğin öngörülebilir dünyasından kopararak belirsiz, olasılıksal bir dünyaya sürükler. Schrödinger tıpkı Einstein gibi teorinin bu olasılık yorumundan oldukça rahatsızdı ve kendi denkleminden türetilen süperpozisyon fikrini son derece hatalı buluyordu. Bu hatalı durumu gösterebilmek amacıyla Schrödinger tuhaf bir deney hayal etti, bir kediyi kapalı bir kutunun içine yerleştirdi.

Schrödinger’in bu düşünce deneyinde canlı bir kedi bir kutuya yerleştirilir. Kutuda bir radyoaktif kaynak, Geiger sayacı, bir çekiç ve içerisinde zehirli gaz olan bir şişe bulunmaktadır. Zehirli gazın şişeden salınmasını sağlayacak mekanizma 1 saat geçtikten sonra bozunma olasılığı %50 olan bir radyoaktif parçacık tarafından kontrol edilir. Eğer Geiger sayacı radyoaktif bozunma sonrası ortaya çıkan ışımayı algılarsa, çekiş şişeyi kırar ve zehirli gazın salınımı kediyi öldürür. Kedinin kaderi mikroskobik parçacığın davranışını ifade eden kuantum mekaniğine bağlıdır ve kuantum mekaniğinin olasılık yorumu bize ilginç, Schrödinger’in deyimiyle gülünç bir sonuç çıkartır. Teorinin olasılık yorumu deney başladıktan 1 saat sonra kutunun içinde ne tamamen canlı ne de tamamen ölü bir kedi olacağını, bunun yerine iki halin bir karışımı, iki dalga fonksiyonunun üst üste binmesinin(süperpozisyon) bulunacağını öngörüyordu. Kedinin aynı anda hem ölü hemde canlı olabileceği şeklinde iki uç sonuç ortaya koyan kuantum teorisi bir paradoks oluşturmaktaydı ve Schrödinger’in kuramla ilgili hatalı bulduğu kısımda bu paradoksu oluşturan olasılık yorumlarıydı. Schrödinger ortaya koyduğu paradoksla son noktayı koyduğunu sanıyordu. Fakat tarih bu dahi fizikçiyi haksız çıkarmıştır.

 radioaktiv

Deneyin Yorumlanması

Gelin şimdi süreci birlikte tekrar inceleyelim ve  paradoksumuzu huzura erdirelim. Deney mekanizmasını harekete geçirecek olan radyoaktif bozunma tamamen gelişigüzel bir süreçtir. Yani deneyin iki ihtimal sonucu vardır. İlk ihtimal radyoaktif bozunmanın gerçekleşmesi ve kediyi öldürecek olan mekanizmanın aktif hale gelmesi; diğeri ise radyoaktif bozunmanın  gerçekleşmeyip kedinin canlı kalması durumudur. Kutuyu açana kadar kedinin yaşayıp yaşamadığını bilmiyoruz, bu nedenle kutuyu açıp gözlem yapana kadar kedinin aynı anda hem ölü hem canlı olduğu kuantum süperpozisyon durumunu kabul ediyoruz. Süperpozisyon, mikroskobik ölçekte oluşan iki ayrı durumun bir parçacık için aynı anda geçerli olması durumudur. Süperpozisyon durumu gözlemci kutuyu açana kadar geçerlidir. Kutu açıldığında, yani gözlem yapıldığında süperpozisyon durumu bozulur ve tek hale indirgenir, kedimiz artık ya canlıdır yada ölü. Kopenhag yorumu olarak isimlendirilen bu durum bir şeyi gözlemlemenin kuantum dalga fonksiyonunu çökerteceğini ifade eder.

Schrödinger’in kedisini paradoks olmaktan kurtaranda işte bu Kopenhag yorumudur. Sistem içinde, kedi denkleme dahil olmadan önce, gözlem olayı Geiger sayacı içerisinde gerçekleşir böylece radyoaktif bozunmanın süperpozisyon durumunun kediye bir etkisi olmaz.

Schrödinger ortaya koyduğu paradoksla kuantum olasılık yorumunun hatalı bir çalışma olduğunu kanıtladığını düşünüyordu. Fakat bugün onun sözde paradoksu kuantum olasılığı ve kuantum hallerinin üst üste binmesi kavramlarını öğretmek için kullanılıyor. Ne kadar ironik öyle değil mi?

Kaynaklar:

1-Kuantum Teorisi-J. P. McEvoy-Oscar Zarate

2-Paradoks-Jim Al-Khalili

3-The Physics Behind Schrödinger’s Cat Paradox