ISS'de Kuantum Deneyi

Uzun süredir üzerinde çalışılan Uluslararası Uzay Istasyonu(İngilizce kısaltması ISS) 2010'da tamamlanıyor. Düzenli aralıklarla katkı sağlayan ülkelerin deney modülleri istasyona ekleniyor; en son Joponların bir milyar dolarlık KIBO modülü eklendi. Uzay istasyonunda bir çok bilimsel çalışma yapılması düşünülüyor, ama aralarından kulağa en ilginç gelen kuantum deneyi olsa gerek.

Viyana Üniversitesinden Anton Zeilinger ve grubunun ESA'ya önerdikleri deney gerçekten fiziğin en kafa karıştırıcı alanını, belki de daha açıklığa kavuşturacak bir çalışma.. Konu, kuantum dolaşıklık(entanglement)..

Kuantum teorisi 20. yüzyılın başında geliştirilirken klasik teoriyle taban tabana zıt ifadeleri nedeniyle bilim çevrelerinde belki de en çok tartışılan konuydu. Bu konunun bu kadar tartışılmasında rol oynayan iddialarından biri de "eşlenik değişkenler" olarak ifade edilen değerlerin bir sistemde belirli olasılık kuralları dahilinde değerler alabileceğiydi. Eşlenik değişkenler arasında "konum-momentum", "enerji-zaman" gibi değişkenler bulunuyor. Gündelik hayattaki klasik kavramların mikro dünyada hala mevcut olduğunu, fakat bunların ancak belirsizlik ilişkilerinin ortaya çıkardığı sınırlı haliyle uygulanabileceğini söylüyordu Heisenberg. Bir parçacığın konumunu ne kadar doğru bilirsek momentumunu o derecede az doğru biliriz, ya da tam tersi.

Bu ifadeler yayınlandığında yer yerinden oynadı. Bilimin en önde gelen insanları dahi kendi "dünya gerçeğine" uymadığı için teoriyi çürütmek adına çeşitli karşı teoriler sundular. Bunlar arasında belki de en ünlüsü Einstein, Podolsky ve Rosen'in öne sürdükleri EPR Paradoksu olarak da bilinen sorgulamadır. John Gribbin'in Schrodinger'in Kedisinin Peşinde(Metis Yayın) kitabından alıntılıyorum :

"Birbiriyle etkileşim içine girip sonra birbirinden ayrılarak uçan ve deneyci onlardan birini ayrıştırmaya karar verene kadar başka hiçbir şeyle etkileşime girmeyecek iki parçacık hayal edin, diyordu Einstein,Podolsky ve Rosen. Her bir parçacığın kendi momentumu var, her biri uzayda bir konumda yerleşmiş durumda. Kuantum kuramı kuralları çerçevesinde bile iki parçacığın toplam momentumu(birbiriyle toplayarak) ve birbirlerine yakın oldukları zaman aralarında bulunan mesafeyi tam olarak ölçmemize izin vardır. Çok daha sonra parçacıklardan tekinin momentumunu ölçmeye karar verirsek öteki parçacığın momentumunun ne olması gerektiğini otomatik olarak biliriz çünkü toplamın değişmemesi gerekir. Aynı şekilde ilk parçacığın tam konumunu ölçüp bundan ikinci parçacığın konumunu ortaya çıkarabilirdik. Şimdi, A parçacığının momentumunun fiziksel ölçümünün, kendi konumuyla ilgili bilgiyi yok ettiğini, bu yüzden tam olarak konumunu bilemeyeceğimizi, aynı şekilde A parçacığının konumunun fiziksel ölçümünün momentumunu bozacağını bu yüzden momentumunun bilinemeyeceğini ileri sürmek ile Einstein ve çalışma arkadaşlarına göre B parçacığının durumunun A parçacığı üzerinde bizim karar vererek yapacağımız iki ölçümden birine bağlı olduğunu ileri sürmek bambaşka birşeydi. B parçacığı nasıl olur da kesin olarak tanımlı bir momentumu mu olsun yoksa kesin olarak tanımlı bir konumu mu olsun "bilebilir"? Kuantum dünyasında buradaki bir parçacaık üzerinde yaptığımız bir ölçüm onun oradaki ortağını etkiliyor gibiydi. Bu nedenselliğe karşıydı, uzayda seyahat eden, "uzaktan etki" adı verilen bir anında "iletişim"di. EPR yazısı şu sonuca varıyordu : Kopenhag yorumunu kabul ederseniz o zaman bu yorum (ikinci sistemdeki konum ve momentumun) gerçekliğini ikinci sistemi herhangi bir şekilde etkilemeyen ilk sistem üzerinde yapılan ölçme sürecine bağlı kılar. Akla yatkın hiçbir gerçeklik tanımı buna izin vermez..."

Einstein ve arkadaşları ne yazık ki yanılıyorlardı. 1970'lerde Dell deneyiyle parçacıkların gerçekten birbirlerine uzaktan etki ile sıkı sıkı bağlı oldukları anlaşıldı.

Bu giriş kısmından sonra asıl konuya gelirsek araştırmacılar kuantum dolaşıklığı olarak ifade edilen bu durumun uzun mesafelerde de etkin olup olmadığını ölçmek amacıyla deneyleri uzayda yapmayı planlıyorlar. Bu deneyleri aynı kaynaktan elde edilip bir kristal içinden geçirilerek oluşturulan foton çiftleriyle yapıyorlar. Bu dolaşık çiftlerle Dünya üzerindeki deneyler şu ana kadar maksimum 144 km'ye kadar yapılmıştı. Bunu sınırlayan faktör mevcut fiber optik teknolojisi. Bu etkinin büyük boyutlarda da geçerli olup olmadığını sınamak için Dünya yörüngesinde bulunan uzay istasyonu üzerinden Dünya'daki farklı iki noktaya fotonlar gönderilip ölçümler yapılması planlanıyor.

Space-QUEST deneyinin bir gösterimi

Kuantum iletişim konusunda da bir çok ilerlemeye yol açacak bu deneyler özellikle uzun mesafeler arası bilgi aktarımı ve kuantum kriptoloma gibi araştırma alanlarının gelişimini sağlayacaktır.

Space-QUEST(QUantum Entanglement for Space ExperimenTs) olarak adlandırılan bu tasarı ISS'in önümüzdeki yıllarda çok ciddi deneylere ev sahipliği yapacağının belki de bir göstergesi.. Bekleyip göreceğiz..

Konu ile ilgili sunulan akademik makale (arXiv:0806.0945)
Space-QUEST proje sitesi
Schrodinger'in Kedisinin Peşinde-John Gribbin(Kuantum Teorisi konusunda çok güzel bir popüler bilim kitabı)