Kuantum Mekaniğini Enteresan Bir Şekilde Genişleten Pilot Dalga Teorisi

Kuantum, insanlık tarafından hala anlaşılmaya çalışılan bir mekanik. Pilot dalga teorisi ise bu yolda fikir geliştirmeye yarayan önemli bir adım.
Kuantum Mekaniğini Enteresan Bir Şekilde Genişleten Pilot Dalga Teorisi
iStock

Nedir, ne değildir?

kuantum mekaniğinin farklı bir yorumu olan pilot-dalga kuramına göre, parçacıklar gözlense de gözlenmese de dalga fonksiyonu tarafından yönlendirilen belirli pozisyonlara sahiptir.

kuantum fiziğindeki ölçme problemini çözüme ulaştırmak için ilk defa louis de broglie tarafından ortaya atılan bu teori daha sonra david bohm tarafından ölçümleri içerecek şekilde genişletildi.

de broglie-bohm kuramı olarak da anılan, saklı değişkenler kuramının bilinen ilk örneği olan bu teoriye göre, pilot dalgası, yer çekimi gibi alanı içindeki tüm parçacıkları etkileyen sıradan güç alanlarının aksine, sadece bir parçacığa etki eder.

her parçacığın, evrendeki tüm diğer parçacıkların konumunu algılayan sadece kendisine ait özel bir pilot dalgası vardır. pilot dalgası özel parçacığını güç uygulayarak değil, bir radar ışını gibi bilgi sağlayarak yönlendirir.

bu teori, tek bir uzay zaman içinde yer alır, yerel değildir, realistik ve determinizmliktir. aynı anda bir parçacığın konum ve hızının tespiti her zamanki belirsizlik ilkesi kısıtlamasına tabidir. schrödinger dalga denklemine göre gelişen dalga fonksiyonu asla çökmez.

yerelsizliğe uyan bir saklı değişkenler kuramı olan bu kuram, bell eşitsizliğini sağlar. parçacıkların her zaman kesin pozisyonları olduğundan ölçüm sorununu çözmüştür.


Diğer disiplinlerle olan ilişkisiyle detaylandıralım

pilot dalga teorisinin, kuantum mekaniği, epr, felsefede ontoloji ve özdeşlik, recausality hatta bana göre bilinç ile ilgili birçok yorumu vardır. hepsinden bahsetmek istiyorum. zira önemli bir bakış açısı sağlıyor. öncelikle farklı kaynakları göstererek pilot dalga teorisinden bahsedeceğim. “yazının en sonunda bilinçli düşüncenin oluşumu ile olası benzerliğinden bahsedeceğim.” bu teoriye göre kuantum seviyede evren bambaşka olabilir. ben bunu bir tık arttırıp hücre seviyesi beyinde de benzeri bir etkisi olabileceği üzerine felsefe yapmak istiyorum. 

öncelikle teorinin kendisinden bahsedelim.

ingilizce guiding equation olarak ifade edilen denklem ilk önce de broglie tarafından ortaya atılsa da asıl haline david bohm tarafından getirilmiştir. bazen bohm mekaniği adıyla da anılır. ortaya atıldığı dönem kuantum mekaniğinin bir problemi olan çift yarık deneyinin bir yorumu olarak ortaya atılmıştı. kopenhag yorumuna göre daha az ilgi görmüş ancak kopenhag yorumunu red etmemiştir. bu teoriye göre parçacık ona eşlik eden ve parçacığın tüm bilgisini bulunduran bir dalga bulunmaktadır. pilot dalga schrodinger equation'a uyar. yani bu denkleme bağlı olan pilot dalga tarafından bütünüyle belirlenmiş durumdadır parçacık burada bir sörfçüye benzetilir. parçacığın hareketi yayılan dalganın hızı tarafından belirlenir.


bilim fili'nde
verilen bilgiye göre:

"kuantum mekaniğinin, gündelik yaşamdan edindiğimiz sağduyuya aykırı gelen özelliklerinden biri, parçacıkların gözlemlenene dek kesin bir konumlarının olmamasıdır. bunu sindirmek zor olsa da, kuantum mekaniğinin kopenhag yorumu olarak adlandırılan standart değerlendirme böyledir. newton fiziğindeki açıkça belli konumlar ve hareketler yerine, dalga fonksiyonu olarak adlandırılan bir matematiksel yapı ile tanımlanan olasılık bulutları vardır. dalga fonksiyonu zamanla değişirken, bu değişim schrödinger denklemi ile kodlanan kesin kurallara uyar. matematik yeterince nettir, ama parçacıkların gerçekte nerede oldukları pek öyle sayılmaz. bir parçacık gözlemlenene kadar, yani dalga fonksiyonunun çökmesine neden olacak bir gözlemlenme olayına maruz kalana dek, konumu hakkında bir şey söylenemez." kaynak

çift yarık deneyi yorumuna göre; bohm mekaniğinde her elektronun konumu daima bellidir; bunu bilen hiçbir gözlemci olmasa bile. elektron, konumunu etkileyen yönlendirici bir “pilot dalga” tarafından itilir. elektronun kendisi yarıklardan sadece birinden geçse de, pilot dalga ikisinden birden geçer. pilot dalgadaki girişim, gözlemlenen desene neden olur. yarıklarda yapılacak bir gözlem, pilot dalgayı çökertir ve elektronun nerede olduğunu gösterir.

buna göre

1) elektronu pilot dalga taşıyor; ama elektrondan önce pilot dalga yarıklardan geçiyor.

2) sonra tıpkı sahile vuran dalganın geri çekilmesi gibi kendi kendisine geri besleme yapıyor ve elektronun hangi yarıktan geçeceğini kendisi yarıktan geçtikten sonra belirliyor! öyle ki detektör ölçüm yaparken elektronu değil de pilot dalgayı etkiliyor. howard’a göre “bir anlamda” gecikmeli etkileşim budur.

kuram bütünüyle deterministiktir; eğer sistemin başlangıç durumunu biliyorsanız ve elinizde dalga fonksiyonu varsa, her parçacığın son konumunu hesaplayabilirsiniz.
bu sanki klasik mekaniğe geri dönüş gibi gelebilir, ama çok önemli bir fark var. klasik mekanik bütünüyle yereldir; sadece birbirlerine bitişik şeyler birbirlerini etkileyebilirler (veya elektrik alan gibi bir tür alan yoluyla etki edebilirler ve bu etki ışık hızını aşamaz). kuantum mekaniği ise tam tersine, yapısal olarak yerel değildir (ing. non-local). 

bohm’un bakış açısından yerel olmayış daha da belirgindir. herhangi bir parçacığın izlediği yol, aynı dalga fonksiyonu ile tanımlanan tüm diğer parçacıkların ne yaptığına bağlı olur. en önemlisi de, dalga fonksiyonunun coğrafik limiti yoktur. ilkesel olarak, tüm evreni kapsayabilir. bu da tüm uzayın tuhaf biçimde “birbirine bağlı” olduğu anlamına gelir; en uzak uçların bile. rutgers üniversitesi’nden sheldon goldstein’ın yazdığı gibi, "dalga fonksiyonu uzak parçacıkları tek bir indirgenemez gerçeklikte birleştirir."

şimdi yukarıda bir yerlerde howard ismi geçmekte. bu amca, avustralya’dan howard wiseman. kendisi bu teoriyi 2000'li yıllarda tekrar canlandırmak istemekte. 

genel kabul gören kuantum mekaniği yorumuna göre, bir elektron hem parçacık hem de dalgadır. bir elektronun aynı anda hem dalga hem de parçacık olduğunu gösteren bir deney yapılabilirse; elektrona eşlik eden ve onu taşıyan ayrı bir dalga, pilot dalga olduğunu öne süren pilot dalga teorisi yorumu iptal edilebilir.

2015 yılında yapılan bir deney ile ne yazık ki ilk kez bir kuantum parçacığını aynı anda hem dalga hem de parçacık olarak gösteren bir fotoğraf çekildi. ancak howard yılmadı. söylediğine göre aslında bu deneydeki fotoğraf deyim yerindeyse çok bulanık ve daha net bir fotoğraf çekilebilirse aslında parçacığın pilot dalgada sörf yaptığı görülebilir. şimdi bu amcanın başka bir amacı daha var. yine genel kuantum yorumuna göre nesnel bir gerçeklik yok. bu elbet bir yorum ancak buna göre planck ölçeğinden daha küçük şeyler için gerçeklik yoktur, her şey sanal ve belirsizdir. pilot dalga teorisine göre durum daha farklı olabilir. 


howard, böylece yeni bir deney hazırlayarak eski deneydeki bulanıklığı daha düşürmek, hata payını azaltmak istedi. pilot dalga teorisine göre elektron asla kendisiyle girişim yapmaz; çünkü o bir parçacıktır. sadece pilot dalga iki yarıktan birden geçer ve engeldeki girişim gölgelerini de pilot dalga yaratır. öyleyse howard detektörü tam engelin önüne koysaydı sadece pilot dalgayı görecekti. bu deney ile elektronun hızının her zaman pilot dalga tarafından etkilendiğini göstermek istiyordu. 

bell teoremi gibi eşitsizlikler ile pilot dalga teorisinin doğru olmadığı ispatlansa da (çünkü bu teori deterministtir ancak bell eşitsizliği ile bu teorinin rastlantısal olduğu kanıtlanmıştır). ancak howard burada başka bir şey yapmak istiyor. kopenhag yorumunu tamamen reddetmenin peşinde değil. o kopenhag yorumunun doğru noktalarına rağmen kendi inandığı teorisini kanıtlamanın peşinde. 2015'teki denetin eksikliklerinden faydalanarak çift yarık deneyini yeniden inşa etti, dedektörün perdenin hemen önüne koyarak. bu deneyde heisenberg belirsizlik ilkesini de onaylayan ancak kendi teorilerini de onaylayan bir şey gördüler. yani elektron konumunu ölçme işleminin, tam da belirsizlik ilkesinde öngörüldüğü şekilde parçacığın hızını değiştirdiğini gördüler. "elbette bunun girişimi önlediğini iddia etmediler; çünkü bohm yanlılarına göre girişim yapan zaten elektron değil, pilot dalgadır."

yani howard’a göre “parçacıklarda hız değişikliğine yol açan detektör-parçacık etkileşiminin, yarıklı engelin hemen önündeki detektörün parçacığı gördüğü anda değil de parçacık yarığı geçtikten bir süre sonra gerçekleşiyor olmasıydı!”

yani yukarıda bir yerlerde de belirtildiği gibi:

“pilot dalga parçacıktan önce yarıklardan geçiyor. sonra tıpkı sahile vuran dalganın geri çekilmesi gibi kendi kendisine geri besleme yapıyor ve elektronun hangi yarıktan geçeceğini kendisi yarıktan geçtikten sonra belirliyor. öyle ki detektör ölçüm yaparken elektronu değil de pilot dalgayı etkiliyor. bir anlamda gecikmeli etkileşim oluşuyor.”

burada şunu da eklemek gerekir. dalganın parçacığa geri dönüp bilgiyi iletmesi bu pilot dalganın ışık hızıyla, parçacığın hızının ise kendi propagation yayılma hızıyla ilerlediğini, aradaki gecikmeli geri beslemenin de bu sayede olduğunu belirtir howard. 

Wiseman

şimdi yine başa dönersek bu teori, ontolojik özdeşliği nasıl açıklar? 

benim yorumuma göre: bu teori ile uzay birbirine tuhaf biçimde bağlıdır. bu fonksiyon yerel (local) olmayışından dolayı uzaktaki parçacığın durumundan dahi etkilenir (bkz: epr). bu da determinist bir teori olmasına rağmen kuantum mekaniği yorumu evrenin sürekli birbirinden etkilendiğini, heran değiştiğini gösterir. bir yandan da evrenin her ucu birbirine bağlıdır (etklediği için). bu da indirgenemez bir gerçeklikte bu dalga denkleminin birleştiğini gösterir.

şimdi tekrar başka bir konuya geçersek; 

hem discrete concsiousness entrysinde belirttiğim konuyu hem de düşüncenin kökeni kitabında belirtilen korteksteki glia hücreleri olan astrositlerin asıl düşünceyi ve bilinci sağlayan yapılar olduğu (nöronların ve sinapsların yalnızca taşıyıcı işi ile görevli yapılat olduğu) tezini bu gecikmeli pilot dalga geri besleme sistemi ile birleştirirsem?

dikkat! burada birleştirilen yapılardan bir tanesi parçacık ve kuantum seviyede, diğeri moleküler hücre seviyesinde ve klasik fizik yasalarına tâbi. burada penrose’un bilinç, kuantum mekaniği ile oluşur düşüncesini tekrar etmeyeceğim elbet. onun önerisi olan einstein bose yoğuşmasının bilinç ile ilişkili olduğuna dair iddiasından da bahsetmeyeceğim. burada yalnızca bir “benzetme” yapacağım. üzerinde fikir yürütmek, benzerlik yapmak... adına ne derseniz!

evet astrositlere geri dönersek glia hücreleri birbirleriyle anlaşmak için kalsiyum dalgası kullanırlar. bu dalga içinde pek çok durumu barındırır. yapılacak işlem ne ise onu içerecek hale gelir. diyelim pilot dalga gibi bu dalga da her şeyi içinde bulundursun ve diğer dalgalardan (düşüncelerden, proseslerden, kimyasal nörotransmitterlerden) etkilensin sürekli. ancak işlemin gerçekleşeceği zaman bir “durum”a insin ve o düşünce, aktivite hazır olsun. sonra gecikmeli bir şekilde bize yansısın. umarım tam anlatabilmişimdir derdimi.