Kuantum Gerçekliği Bilim İnsanını Değil, Bilim İnsanı Kuantum Gerçekliğini Şekillendiriyor

Genç bir gitaristin kariyerini belirlemesi beklenen bir gençlik rock performansı sırasında, yerel bir efsane olmasını sağlayacak bir ses duvarı umuduyla amplifikatörünün sesini sona dayadığı bir an yaşandı. Ancak bunun yerine sigorta attı. Takip eden sessizlik, derin bir sessizlik değil; sahne ışıkları altında teknik bir başarısızlığın getirdiği utanç verici bir sessizlikti. Yıllar boyunca, Oxford fizikçisi Vlatko Vedral olarak büyüyen o müzisyen, şanssız bir evren versiyonuna hapsedilip hapsedilmediğini merak etti. Klasik fizik dünyasında, bir sigorta ya atar ya da atmaz. Vedral, günümüzde kuantum dünyasında hikayenin çok daha karmaşık olduğunu savunuyor.

Kuantum mekaniğinin genellikle tuhaf ama çözümlenmiş paradokslar dizisi olarak öğretilen standart anlatısı, insan gözlemciyi genellikle sahnenin merkezine yerleştirir. Bize parçacıkların, bir insan onlara bakana kadar —ki o noktada dalga fonksiyonu tek ve sıkıcı bir gerçekliğe “çöker”— birçok olasılıktan oluşan bulanık bir durumda (süperpozisyon) var olduğu söylenir. Oxford'da kuantum bilgi bilimi profesörü olan Vedral, bu antroposentrik (insan merkezli) bakış açısını sadece karmaşık değil, aynı zamanda muhtemelen yanlış bulan giderek büyüyen bir kitlenin parçasıdır. Onun argümanı durumu tersine çevirir: Gerçekliği çökerten insan değil, insanı dolanıklığa sokan ve onları, çok özel koşullar altında çoklu evrenin boşluğunda birbirlerine fısıldayabilen birden fazla versiyona dallandıran gerçekliktir.

Ayrıcalıklı Gözlemci Miti

“Gözlemci etkisi”, uzun zamandır insan bilincinin dünyayı yarattığını iddia eden metafizik spekülatörlerin ve New Age yazarlarının gözdesi olmuştur. Bilgi teorisinin katı matematiğine dayanan bir fizikçi için bu, sürekli bir hayal kırıklığı kaynağıdır. Standart Kopenhag yorumunun —gözlemin çökmeye neden olduğu fikri— sorunu, bir “gözlemcinin” aslında ne olduğunu asla tanımlamamasıdır. Bir doktora mı gerekir? Bir beyin mi? Tek hücreli bir amip mi? Yoksa bir silikon sensör mü?

Bu, sadece felsefi bir tercihten daha fazlasıdır. Gözlemciyi olayların bir “denetleyicisi” olarak görmekten, onu daha büyük, deterministik bir sistemin bir parçası olarak görmeye doğru bir geçişi temsil eder. Quantum Flagship programının kuantum sensörleri ve saatlerinin geliştirilmesine milyarlarca dolar akıttığı Avrupa araştırma ortamında, bu ayrım önemlidir. Eğer gözlemcinin büyülü ve dışsal bir varlık olduğunu varsayarsak, mühendislik gerçeğini gözden kaçırırız: Bir kuantum bilgisayarının her parçası diğer her parçayı “gözlemlemekte” ve bu da dekoherans (uyumsuzluk) olarak bilinen kuantum bilgisinin hızla bozulmasına yol açmaktadır. Modern fiziğin mücadelesi sadece nesneleri küçültmekle ilgili değil, aynı zamanda onların odanın geri kalanını “görmelerini” engellemekle ilgilidir.

Bir Fotonu Görmek İçin Kaç Bob Versiyonu Gerekir?

Bunu fiziksel zemine oturtmak için Vedral, Bob adında bir adamın örneğini kullanır. Bir foton Bob'un güneş gözlüğüne çarptığında, bir süperpozisyon durumundadır. Foton ile camın molekülleri ve ardından Bob'un retinasındaki nöronlar arasındaki mekanik etkileşim, bir dolanıklık zinciri yaratır. Fizikçilerin “von Neumann zinciri” dedikleri şey budur. Fotonun durumu artık gözün durumuyla, o da beynin durumuyla bağlantılıdır.

Vedral, bu zincirin kafatasında durmadığını, çevreye kadar uzandığını savunuyor. Her saniye birden fazla versiyona dallanıyormuşuz gibi hissetmememizin nedeni, bu etkileşimlerin muazzam karmaşıklığıdır. O foton hakkındaki bilgiler hava moleküllerine ve zemin döşemelerine sızdığında, “Bob”un farklı versiyonları artık birbirleriyle etkileşime giremeyecek kadar farklılaşır. “Koheranslarını” (tutarlılıklarını) kaybederler.

Ancak Vedral'ın argümanının matematiksel kalbi, bu dalların tamamen birbirinden kopuk olmadığıdır. Londra'daki bir rock konserinden ziyade Garching'deki bir laboratuvarda bulunan bir seyreltme buzdolabına benzeyen yüksek kontrollü bir ortamda, bu dalların birbirine müdahale etmesi teorik olarak mümkündür. Bu, bir parçacığın iki yolunun birbirini yok edebildiği veya güçlendirebildiği kuantum girişim olayıdır. Vedral, eğer bu parçacıklar için geçerliyse, prensipte onlarla dolanık olan “sizin” versiyonlarınız için de geçerli olması gerektiğini öne sürüyor.

Alice Deneyi ve Hafızanın Silinmesi

Bu teorinin en tartışmalı yönü, bu etkileşimleri tersine çevirme olasılığını içeriyor. Bob'u ve fotonu tek bir kuantum sistemiymiş gibi manipüle etme yeteneğine sahip ikinci bir gözlemci olan Alice'i hayal edin. Eğer Alice, Bob ile ışık arasındaki dolanıklığı mükemmel bir şekilde tersine çevirebilirse, Bob'un gözlemini etkili bir şekilde “geri alabilir”. Bob'un bakış açısından, olaya dair hiçbir hafızası kalmayacaktır, ancak alttaki kuantum matematiği, geri dönüşün başarılı olması için her iki olası gerçekliğin de var olması gerektiğini öne sürmektedir.

Bu, özünde, yakın zamanda küçük ölçekli laboratuvar ortamlarında test edilen bir düşünce deneyi olan Wigner'ın Arkadaşı'nın makroskobik bir versiyonudur. Edinburgh Üniversitesi ve diğer yerlerde yapılan deneyler, iki farklı gözlemcinin bir olayın gerçekleşip gerçekleşmediği “gerçeği” konusunda aslında anlaşmazlığa düşebileceğini ve her ikisinin de matematiksel olarak haklı olabileceğini göstermiştir. Bu sadece bir iletişim eksikliği değil, kuantum manzarasının temel bir özelliğidir.

Endüstriyel politika açısından, teorik çözümün pratikle buluştuğu nokta burasıdır. EuroQCI girişimi gibi kuantum iletişimi konusundaki Avrupa yatırımları, kuantum bilgisinin değiştirilmeden kopyalanamayacağı veya gözlemlenemeyeceği ilkesine dayanır. Eğer Vedral haklıysa ve “gözlem”, teorik olarak daha üst düzey gözlemciler tarafından manipüle edilebilen hatta atlatılabilen belirli bir dolanıklık türünden ibaretse, kuantum ağlarının mutlak güvenliği hakkındaki mevcut varsayımlarımızın bir gün yeniden gözden geçirilmesi gerekebilir. Eğer gözlemciyi geri alabiliyorsanız, güvenliği de geri alabilir misiniz?

Şanssız Evrenin Gerçekliği

Vedral'ın “çoklu-ben” modeline yönelik şüphecilik genellikle deneysel fizikçilerden gelir. Max Planck Enstitüsü'nün koridorlarında veya Bosch'un temiz odalarında odak noktası, alternatif benliklerin girişimini düşünmek değil, gürültüyü azaltmaktır. Evren inanılmaz derecede “pütürlü” ve gürültülüdür. Amfinin patlamadığı bir “şanslı evrenden” gelen bir versiyonunuzun mevcut fiziksel durumunuzu etkileme olasılığı o kadar düşüktür ki, görünür evrendeki atom sayısından birkaç basamak daha fazla sıfır gerektirir.

Yine de Vedral, bu dalları görmezden gelmenin bir mantık hatası olduğunu savunuyor. Diğer dalları kolayca ölçemiyor olmamız, onların gerçekliğin işlevsel tanımının bir parçası olmadıkları anlamına gelmez. Evreni dev bir bilgisayar olarak görüyor; bu, Oxford'dan meslektaşı David Deutsch ile paylaştığı bir bakış açısıdır. “İnşa Edici Teori”ye yakın bu görüşte fizik, ne olduğundan ziyade, hangi dönüşümlerin mümkün olduğu ve nedenleri ile ilgilidir. Eğer farklı bir seçim yaptığınız bir versiyonunuz mevcutsa, bu olasılık evrenin başlangıç koşullarına işlenmiştir.

Burada, genellikle gerçekliğin bu geniş, her şeyi kapsayan yorumlarına eğilimi olan İngiliz teorik fizik okulu ile Ren-Ruhr kuantum merkezlerinin daha pragmatik, mühendislik odaklı yaklaşımı arasında doğal bir gerilim vardır. Oxford, Bob'un beyninin bir kuantum dalga fonksiyonu olup olmadığını düşünürken, Alman mühendisler bir kuantum bitinin dört Kelvin'de birkaç mikrosaniyeden fazla stabil kalmasını sağlamaya çalışıyorlar. Her ikisi de gereklidir, ancak farklı dilleri konuşurlar.

Vedral'ın rock grubu anekdotu, bilimin genellikle kişisel bir adaletsizlik duygusuyla, yani işlerin farklı gitmesi gerektiği hissiyle başladığını hatırlatıyor. Kuantum mekaniği, onun anlatımında, bu “farklı” olma durumunun var olmasına gerçekten izin veren tek bilim dalıdır. Gerçekliğin ormanda tek bir yol değil, ormanın ta kendisi olduğunu ve diğer versiyonlarımızın ağaçlar arasında yürüdüğünü göremeyecek kadar kendi ayaklarımıza bakmakla meşgul olduğumuzu öne sürer.

Sonuç olarak, başka bir versiyonunuzun gerçekliğinizi şekillendirdiği fikri, kanıtlanmamış ve belki de kanıtlanamaz bir hipotez olarak kalmaya devam ediyor. Tam da “diğer versiyonlar” tanım gereği erişilemez olduğu için bilimin sınırında duruyor. Ancak, milyonlarca dolanık parçacığı içeren büyük ölçekli kuantum sistemleri kurmaya yaklaştıkça, bir “laboratuvar deneyi” ile “gerçekliğin bir versiyonu” arasındaki çizginin bulanıklaşmaya başladığını görebiliriz. Şimdilik sigorta atmış durumda. Oxford'un teorisi var ama dünyanın geri kalanı hala deneyin gerçekten çalışan bir versiyonunu bekliyor.