Nobel Komitesi, fizik alanında yılın çalışmasını yapan ve Nobel Fizik Ödülü’ne layık görülen isimleri açıkladı.

Bilim dünyasında her yıl dağıtılan ve en prestijli ödül olan Nobel Ödülleri’nin kazananları bu hafta duyurulmaya başladı. Geçtiğimiz gün Nobel Tıp Ödülü’nün kazananı açıklanmışken, bugün Nobel Fizik Ödülü’nün kazanan isimleri duyuruldu.

Nobel Komitesi, Nobel Fizik Ödülü için Alain Aspect, John F. Clauser ve Anton Zeilinger isimlerini layık gördü. Üç isim, yaptıkları ortak çalışmada dolanık fotonları odağa almış, Bell eşitsizliklerinin ihlal edildiğini ortaya koyarak kuantum bilimine öncülük etmeyi başarmıştı.

Üç bilim insanının başarısı, çok hızlı bir şekilde gelişmeye devam eden kuantum bilgi bilimi için önemli bir adım oldu. Kuantum bilgi biliminin gelişimiyle birlikte güvenli bilgi aktarımı, kuantum hesaplama ve algılama teknolojisi gibi alanlar hayatımızda yer edinmeye başlayabilecek.

Alain Aspect, John F. Clauser ve Anton Zeilinger, Nobel Fizik Ödülü ile birlikte 10 milyon İsveç kronu değerinde para ödülü de kazandı. Nobel Fizik Ödülü’nin geçtiğimiz yılki kazananları, Dünya ikliminin fiziksel modellemesini yapan, ısınmayı hatasız öngören ve değişkenliği ölçen Syukuro Manabe ile Klaus Hasselmann ikilisi ve atomdan gezegen ölçeğine kadar fiziksel sistemlerde dalgalanmalar ve düzensizliğin keşfi ile Giorgio Parisi arasında paylaştırılmıştı.

Alain Aspect, John Clauser ve Anton Zeilinger, çığır açan çalışmalarla dolaşık durumdaki parçacıkları inceleme ve kontrol etme yeteneğini kanıtladılar. Dolaşık bir çiftteki iki parçacık fiziksel olarak etkileşime giremeyecek kadar uzakta olsa bile, birine olan şey diğerini etkiliyor. Ödül sahiplerinin deneysel araçlar yaratmasıyla yeni bir kuantum teknolojisi çağının temeli atılmış oldu.

Kuantum Dolanıklığı

Alain Aspect, John Clauser ve Anton Zeilinger tarafından, iki parçacığın ayrı olmalarına rağmen tek bir varlık gibi davrandıkları dolaşık kuantum durumlarını kullanarak yenilikçi deneyler gerçekleştirilmiştir. Bulguları, yeni kuantum bilgi tabanlı teknolojinin yolunu açmıştır.

Kuantum mekaniğinin maddi olmayan etkileri için uygulamalar ortaya çıkmaya başlamıştır. Günümüzde kuantum ağları, bilgisayarlar ve güvenli kuantum şifreli iletişim üzerine çok çeşitli araştırmalar yapılmaktadır.

Kuantum mekaniğinin iki veya daha fazla parçacığın dolaşık bir durumda bir arada bulunmasına izin vermesi, bu ilerlemenin çok önemli bir yönüdür. İki parçacık çok uzakta olsa bile, dolaşık bir çiftte birine ne olduğu diğer parçacığa ne olacağını etkiler.

Korelasyonun gizli değişkenlerden (dolanık bir çiftteki parçacıklara bir deneyde hangi sonucu vermeleri gerektiğini söyleyen talimatlar) kaynaklanıp kaynaklanmadığı konusu çok uzun süre tartışıldı. John Stewart Bell 1960’larda kendi adını taşıyan matematiksel eşitsizliği yarattı. Buna göre, eğer gizli değişkenler varsa, birkaç ölçümün sonuçları arasındaki korelasyon hiçbir zaman belirli bir değerden yüksek olmayacaktır. Ancak kuantum mekaniğine göre, belirli bir tür deney Bell’in eşitsizliğine meydan okuyacak ve aksi takdirde düşünülebileceğinden daha büyük bir bağlantıya yol açacaktır.

John Clauser, John Bell’in teorilerini genişleterek gerçek bir deneyle sonuçlandı. Bell eşitsizliğini açıkça ihlal eden ölçümleri, yapıldıkları dönemde kuantum teorisini destekliyordu. Bu da gizli değişkenleri içeren bir teorinin kuantum mekaniğinin yerini alamayacağını göstermektedir.

John Clauser’in deneyinden sonra, bazı boşluklar hala oradaydı. Bu düzenleme Alain Aspect tarafından yaratıldı ve önemli bir boşluğu kapatmak için kullanıldı. Dolaşık bir çift kaynağından ayrıldıktan sonra, ölçüm ayarlarını değiştirebilmiş ve çiftin serbest bırakıldığı sırada yürürlükte olan ayarların sonuç üzerinde hiçbir etkisi olmamasını sağlamıştır.

Anton Zeilinger, sofistike teknikler ve kapsamlı testler kullanarak dolaşık kuantum durumlarını kullanmaya başladı. Araştırma ekibi ayrıca kuantum ışınlanma olarak bilinen ve bir kuantum durumunun bir parçacıktan diğerine uzaktan aktarılmasını sağlayan bir olgunun varlığını da kanıtladı.

“Yeni bir tür kuantum teknolojisinin gelişmekte olduğu giderek daha açık hale geliyor. Nobel Fizik Komitesi Başkanı Anders Irbäck, kuantum mekaniğinin yorumlanmasına ilişkin temel soruların ötesinde, ödül sahiplerinin dolaşık durumlarla ilgili çalışmalarının kayda değer bir öneme sahip olduğunu görebiliyoruz, diyor.

Einstein’ın el yazısı ‘mutluluk formülleri’ 1.5 milyon dolara satıldı.

Ünlü fizikçi Albert Einstein’ın “mutluluk formülleri” içeren iki notu Kudüs’teki açık artırmada 1 milyon 560 bin dolara satıldı.

Nobel ödüllü fizikçi, mutluluk tavsiyelerini içeren notları, Japonya ziyareti sırasında, bir kuryeye bahşiş karşılığında vermişti. Notları satan kişinin de kuryenin yeğeni olduğu duyuruldu.

1922 yılında Tokyo’daki Imperial Oteli’nde yaşanan olayda, Einstein’ın kuryeye, “notların ileride çok değerlenebileceğini” söylediği de belirtiliyor.

Hayatını bilime adayan fizikçinin kuryeye verdiği Almanca notlardan biri şu şekilde:

“Başarı peşinde koşmak ve bununla beraber gelen sürekli huzursuzluğa karşın, sakin ve alçak gönüllü bir yaşantı daha fazla mutluluk getirecektir.”

240 bin dolara satılan ikinci notta ise şu kısa ifade yer alıyor:

“Eğer istek varsa, bir yolu vardır”

İşte bu notlar, kuryenin ismini açıklamayan bir akrabası tarafından Winner’s Müzayede Evi’nde satışa çıkartıldı. Siteye ulaşmak için tıklayınız.

Avusturyalı fizikçi Erwin Schrödinger kuantum mekaniğinin kurucularındandır; ama ününü aslında hiç yapmadığı bir şeye borçludur: Bir kediyle ilgili bir düşünce deneyine.

Bir kediyi, onu 1 saat içinde öldürme olasılığı %50 olan bir düzenek ile kapalı bir kutuya koyduğunu hayal etmiştir. 1 saatin sonunda şunu sorar:

“Kedi hangi durumdadır?”

Sağduyu bize kedinin ya canlı ya da ölü olacağını söyler, ama Schrödinger, kuantum fiziğine göre kutu açılmadan hemen öncesine kadar kedinin aynı anda hem canlı hem de ölü olduğunu belirtir. Ancak kutu açıldığı zaman tek bir belirli durum gözlenir. O zamana dek, kedi bulanık bir olasılıktır; hem öyle hem böyle. Schrödinger’in dikkat çektiği nokta, bu durumun saçmalığıydı.

Schrödinger’in zamanından beri kuantum mekaniğinin yorumları değişikliğe uğramış ve yeni yorumlar ortaya çıkmıştır. Bu yorumların Schrödinger’in kedisi deneyine bakışları değişiklik gösterir.

Kopenhag yorumu,

Kopenhag yorumu kuantum mekaniğinde en yaygın rağbet gören yorumlamadır. Kopenhag yorumlamasında gözlem yer aldığında sistem durumların süperpozisyonu olmaktan çıkar ve her ikisinden biri haline gelir. İyi tanımlanmamış yorumda bu düşünülmüş deney aslında doğanın ölçülebildiğini ya da gözlenebildiğini gösterdi. Kutu kapalıyken bu deney anlamlı yorumlanabilirdi, sistem anlık süperpozisyon durumuna geçtiğinde iki durum söz konusu (çürümüş çekirdek-ölü kedi, çürümemiş çekirdek-canlı kedi) ve sadece kutu açılıp gözlemlendiğinde dalga fonksiyonunun iki durumdan birinde kaldığı bilinebilir.

Kopenhag yorumuyla ilişkili bilim adamlarından biri olan Niels Bohr deneye farklı bir yorum getirdi: Bilinçli bir gözlemciye göre kutu açılmadan önce kedi ölü ya da diri olabilirdi. Kuantum dalga fonksiyonun geçersiz kalması için asıl deneyin sonucunun yalnız bir ölçüm aracıyla alınması (mesela sadece Geiger sayacıyla) yeterliydi.

Ensemble yorumu

Durum vektörü tek kedi deneyine uygulanamaz ama sadece pek çok hazırlanmış kedi deneyinin istatistiğidir. Ensemble yorumunu destekleyenler Schrödinger’in kedisi paradoksunun gereksiz olduğunu söylediler.

İlişkisel yorum

İlişkisel yorumlama gözlemciler arasında hiçbir temel ayrım yapmaz: İnsan, kedi ve aparatlar, canlı ya da cansız aynı statüye sahiptir. Bütün kuantum sistemleri dalga fonksiyonu evrimine dayalı kurallar tarafından yönetilir ve hepsi gözlemciyle ilişkilendirilir. Ama ilişkisel yorumlama aynı serinin etkinliklerini takip eden farklı gözlemcilerin sahip oldukları sistem hakkındaki bilgilere bağlıdır. Aynı zamanda kedi kutunun içindeki sistemin gözlemcisi olarak düşünülebilir. Kutu açılmadan önce doğası gereği canlı ya da ölü olması gereken kedi deney aletleri hakkında gerekli bilgiye sahiptir ama deneyci kutunun durumu hakkında bilgi sahibi değildir. Bu şekilde iki gözlemci de anlık olarak durumu farklı hesaplar.

Nesnel çökme teorisi

Nesnel çarpışma teorilerine göre, süperpozisyonlar bazı nesnel eşik değerlerinde (gözlemciden bağımsız olarak) ortadan kalkarlar. Bu yüzden kutu açılmadan önce kedinin durumu sabitlenir. Başka bir deyişle “kedi çevresini gözler” ya da “çevresi kediyi gözler.”

Nesnel çökme teorileri, süperpozisyonun zamanla yok olmasını açıklayabilmek için kuantum mekaniğinde değişikler yapılmasını gerektirir.

Kuantum fiziğini, felsefik açıdan o kadar rahatsız edici buluyordu ki, kurulmasına yardım ettiği bu kuramı terk ederek, biyolojiye ilişkin yazılar yazmaya başladı.

Ne kadar saçma görünürse görünsün, Schrödinger’in kedisi gayet gerçektir. Aslında, olması zorunludur. Eğer kuantum nesnelerin aynı anda, iki farklı durumda olmaları mümkün olmasaydı, bunu izlemek için kullanmakta olduğunuz bilgisayar da olmazdı.

Süperpozisyonun kuantum görüngüsü her şeyin hem parçacık hem de dalga olan ikili doğasının bir sonucudur. Bir nesnenin dalgaboyunun olması için uzayın bir bölgesi boyunca genişlemesi gerekir. Bu da onun aynı anda birden fazla konumu olduğu anlamına gelir. Ancak, uzayın çok küçük bir bölgesinde sınırlanmış nesnenin dalgaboyu kusursuz olarak tanımlanamaz. Yani aynı anda pek çok dalgaboyunda varolur. Gündelik hayattaki nesnelerin bu dalga özelliklerini görmeyiz, çünkü momentum arttıkça dalgaboyu azalır. Bir kedi nispeten büyük ve ağırdır. Tek bir atomu alıp, Güneş Sistemi boyutuna kadar şişirirsek, fizikçiden kaçmakta olan bir kedinin dalgaboyu Güneş Sistemindeki bir atom kadar olurdu. O kadar küçüktür ki, tespit edilemez; o nedenle kedinin dalga davranışını asla görmeyiz.

Elektron gibi küçük bir parçacık ise ikili doğasına ilişkin belirgin kanıtlar sergiler. İki ince yarık bulunan bir hedefe elektronları teker teker ateşlersek, her bir anda her elektron belli bir yerde gözlenir; parçacıklarda olduğu gibi. Ancak eğer deneyi çok defa tekrarlayarak tüm gözlemlerin toplam sonucuna baktığınızda, dalga davranışına özgü bir desen oluşturduklarını görürsünüz: Bir dizi çizgi. Yani neredeyse hiç elektron olmayan bölgelerle ayrılmış çok elektronlu bölgeler. Yarıklardan biri kapatılırsa çizgiler kaybolur. Bu da ortaya çıkan desenin, her bir elektronun aynı anda her iki delikten geçtiğini gösterir. Tek bir elektron sağa ya da sola gitmeyi seçmez, aynı anda hem sağdakinden hem soldakinden geçer. Durumların bu üst üste binişi, modern teknolojiye de götürüyor. Bir atom çekirdeği yakınındaki elektron yayılmış, dalgamsı bir yörüngededir. İki atom yeterince yakınlaştığında, elektronların atomlardan birini seçmesi gerekmez; elektronlar paylaşılır. Bazı kimyasal bağlar böyle oluşur. Bir moleküldeki bir elektron sadece A’da ya da sadece B’de değil, A+B’dedir. Daha fazla atom eklendikçe elektronlar daha fazla yayılarak, aynı anda çok fazla sayıda atom tarafından paylaşılırlar.

Bir katıdaki elektronlar belli bir atoma bağlı olmayıp, hepsi arasında paylaşılarak, büyük bir uzay bölgesine genişlerler. Durumların devasa üst üste binişi elektronların malzeme içindeki hareket biçimini yönlendirerek; iletken mi yalıtkan mı yoksa yarı iletken mi olacağını belirler. Elektronların atomlar arasında nasıl paylaşıldığını anlayabilmek, silikon gibi yarı iletken malzemelerin özelliklerini tam olarak kontrol edebilmemizi sağlıyor. Değişik yarı iletkenleri, doğru biçimde bir araya getirerek küçük ölçekte transistörler yapabiliyoruz; tek bir bilgisayar çipinde milyonlarcası olabiliyor. O çipler ve onlardan yayılan elektronlar, bu videoyu izlediğiniz bilgisayarı çalıştırıyor. Internet’in varolma nedeni, kedi videosu paylaşmaktır diye bayat bir şaka vardır. Daha derin bir düzeyde ise Internet’in varlığını Avusturyalı bir fizikçi ile onun hayali kedisine borçluyuz.

Archimedes’in, Kral Hiero’nun altın tacının saflığını, özkütle hesabıyla bulduğu rivayet edilir. Siracusa (Siraküza) Kralı Hiero söylentilerden etkilenerek tacının saf altın olmadığı şüphesine kapılır. Archimedes’ten gerçeği bulmasını ister. Bu konuya yoğunlaşan Archimedes suya daldırılan bir cismin hacminin, yapısal biçimi ne olursa olsun, taşırdığı suyun hacmi ile belirlenebileceğini keşfeder. Tamamen su dolu kaplarda suya batan cismin hacmi kadar su taşırmasından yola çıkarak tacın özkütlesini hesaplar. Sonuç olarak tacın yapımında altından daha düşük yoğunlukta bir metal kullanıldığını fark eder. Bu işlemleri yaparken Archimedes, büyük buluşlardan biri olan suyun kaldırma kuvvetini bulur.

Som altından olduğu iddia edilen tacı suya sokar ve taşırdığı su miktarını ölçer. Daha sonra aynı ağırlıkta som altın bir kütleyi suya sokar ve daha az su taşırdığını görür. Demek ki kralın ısmarladığı taçtan biraz altın çalınıp yerine başka bir madde, hikâyeye göre gümüş, katılmıştır.

Dosdoğru saraya gider ve kralın ısmarladığı altın taca gümüş katılıp katılmadığını,
tacı bozmadan anlamanın yolunu bulduğunu söyler.