Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) dergisinde yayımlanan bir makalede, ilk olarak Temmuz 2014‘te ileri sürülen ve “kuantum güvercin yuvası ilkesi” adı verilen kuantum görüngüsü sunuldu. Klasik Güvercin Yuvası İlkesi geleneksel bilginin temel direklerinden biridir. Bu ilkeye göre, eğer üç tane güvercini iki güvercin yuvasına koyarsanız, güvercinlerden en az ikisi aynı yuvada olacaktır. Görünüşte çok açık olsa da, bu doğanın temel ilkelerinden biri olup saymanın özünü kapsar. Chapman Üniversitesi’nin Kuantum Çalışmaları Enstitüsü (IQS) üyeleri tarafından yapılan araştırma işte bu ilkenin ihlalini ortaya koydu. Çalışmada keyfi sayıda çok parçacık iki kutuya koyulduğunda, hiçbir parçacık ikilisinin nasıl aynı kutuya düşmeyebileceği gösterildi. “Bu keşif , kuantum mekaniğinin şimdiye dek dikkatlerden kaçmış olan son derece ilginç bir yapısına işaret ediyor. Şimdi artık yapılması gereken, doğanın en temel kavramlarından bazılarını yeniden ele almak,” diyor IQS yöneticilerinden Yakir Aharonov.
Makalede parçacıklar arası etkileşimlerin doğası hakkında çıkarım yapmak için kurulabilecek çeşitli deneyler ele alınıyor. Ayrıca araştırmacıarın ilgili kuantum etkilerle alakalı olarak elde ettikleri bazı ilave keşifler de anlatılıyor. Ayrılabilirlik ve bağlaşıklıklar konusunda en temel kavramların çoğunu da sorguluyor. PNAS makalesinde yapılan öngörülerden bazılarını doğrulamak amacıyla çeşitli deneyler yapılmaya başlandı bile. “Bu araştırmadan elde edilen sonuçların tam olarak neleri ortaya koyduğunu söylemek için henüz erken. Ama çok önemli bir şeyler olduğunu hissediyoruz, çünkü en temel kavramlarla uğraşıyoruz,” diyor makale yazarlarından Jeff Tollasken.
Yazarların güvercin yuvası ilkesinin ihlalini doğrulamak için önerdikleri deney düzeneklerinden birinde üç adet elektron bir Mach–Zehnder interferometresine gönderiliyor. İnterferometredeki demet ayırıcı, elektronlar için iki ayrı yol açmış oluyor. Ardından ikinci bir demet ayrıcıda elektronlar biraraya getiriliyor ve iki ayrı dedektöre yönlendiriliyor. Olası sadece iki yol olduğundan, en az iki elektronun hatta bazen üçünün aynı yoldan geçmiş olması gerektiği akla geliyor. Bu durumda elektronların birbirlerini hafifçe iterek, yollarını saptırmış olmaları gerekiyor. Elektronlar dedektöre vardığında, varışlarına bakarak hangilerinin aynı koldan geçtiği anlaşılabilir. Fakat araştırmacılar, deney sadece dedektör çıktısına bakılacak şekilde yapıldığında, herhangi iki elektronun aynı koldan geçtiğine ilişkin bir bulgu saptanamayacağını belirtiyorlar.
Ekibin ileri sürdüğü Kuantum Güvercin Yuvası İlkesi’nin aslında o kadar da gizemli olmadığını, kuantum mekaniği ve klasik güvercin yuvası ilkesi birlikte uygulandığında anlaşılabilir bir durum olduğunu düşünenler de var. Birmingham Üniversitesi’nden Alastair Rae ve Ted Forgan yukarıdaki gibi bir hipotetik deneyin çıktısını analiz etmiş ve görünüşteki çelişkinin anlaşılabilir olduğunu görmüş. Yani kuantum güvercinler belki de o kadar esrarengiz değildir.
Kuantum dünyasını yöneten yasalar, nesnelerin aynı anda birden fazla yerde bulunabileceğini söyler. Dolayısıyla tek bir parçacık aynı anda her iki kutuda birden bulunabilir; ama sadece kimse bakmıyorken! Birisi baktığı anda, yani bir gözlemci devreye girdiğinde, kutuların sadece birinde olmak zorundadır. Tüm bu garipliklerin, doğanın en egzotik yönlerinden biri olan “yerel olmayış” (İng. non-locality) konusundaki anlayışımız üzerinde de devrimsel etkileri olacağı kuşkusuz. Aralarında devasa uzaklıklar bulunan parçacıklar, evrenin iki karşı ucunda bile olsalar, birbirlerinin davranışlarını etkileyebilirler. Tollaksen geleceğin teknolojisinde bu ilkeden, yani dolaşıklıktan fazlasıyla yararlanılacağını vurguluyor.
“Elinizdeki tek alet bir çekiçse, herşeyi çivi olarak görürsünüz. Sorun şu ki, ‘çekiç tipi’ ölçümler genellikle kuantum dünyasının,gelecek ile şimdiyi nasıl bağladığını anlamak için pek yararlı değiller,” diyor Tollaksen. Aharonov ve ekibi bu bağlantıları görebilmek için son yirmi yıldır yeni tip narin “zayıf ölçümler” üzerinde çalışıyor. Tollaken bunların birşeye çekiçle vurup kırmak yerine, parmağınızla hafifçe dokunarak herbir güvercinin tek bir kutuda olmasını sağlamak gibi olduklarını söylüyor.
Kaynaklar:
- Phys.org, “Can three pigeons be in two pigeonholes with no two pigeons in the same hole?”
< http://phys.org/news/2016-01-pigeons-pigeonholes-hole.html >
- Physics World, “Quantum pigeonholes are not paradoxical after all, say physicists”
< http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/jan/08/quantum-pigeonholes-are-not-paradoxical-after-all-say-physicists >
İlgili Makaleler:
- Yakir Aharonov et al. Quantum violation of the pigeonhole principle and the nature of quantum correlations, Proceedings of the National Academy of Sciences (2016). DOI: 10.1073/pnas.1522411112
< http://www.pnas.org/content/113/3/532 >
- arXiv, “On the implications of the Quantum-Pigeonhole Effect”
< http://arxiv.org/abs/1412.1333 >