Kuantum silici deneyi,tek parçacıklı kuantum fiziğinde tuhaf olan her şeyi tek bir deneyde kapsar:parçacık-dalga ikilemi,süperpozisyon durumları ve ölçümün etkin niteliği.Kuantum silici deneyini anlarsanız kuantum fiziğinin temel unsurlarını anlamışsınız demektir.
Kuantum silici deneylerinin birçok farklı biçimi yapılmıştır;ama bu deneylerin en basiti Young’un çift yarık deneyinin bir biçimiyle başlar.Bir çift dar yarıktan bir foton huzmesi gönderecek olursak yarıkların öbür tarafında belli noktalarda tespit edilmiş tek tek fotonlardan oluşan bir girişim örüntüsü görürüz.Bu örüntüyü ancak ışık aynı anda her iki yarıktan birden geçtiği için görebiliriz.Yarıklardan birini kapatırsak girişim örüntüsü kaybolur,biz de ışığın kapatılmamış yarıktan geçmesi sonucu fotonların geniş bir alana dağıldığını görürüz.
Gördüğümüz girişim örüntüsü,fotonların bir süperpozisyon durumunda olduğunu gösterir.Fotonların her birini betimleyen dalga fonksiyonunun iki kısmı vardır;biri sol yarıktan geçen foton,diğeri de sağ yarıktan geçen foton içindir.Fotonların her biri aynı anda iki yarıktan da geçmiştir,gördüğümüz örüntüyü oluşturan da bu iki bileşen arasındaki girişimdir.Yarıklardan birini kapattığımızda sadece tek kısımlı bir dalga fonksiyonumuz olur,süperpozisyon bozulmuş olur ve girişim örüntüsü de olmaz.
Yarıklara bir seferde tek bir foton gönderirsek girişim örüntüsü yine oluşur.Tek tek her foton perdede belli bir konumda tek bir nokta olarak belirir,tek tek fotonların nerede belireceği rastgeledir.Deneyi tekrar tekrar yaparsak,bütün fotonların izini sürersek,birbirlerine eklenip bir girişim örüntüsü oluşturduklarını görürüz.Tek bir foton her iki yarıktan da geçmekte,sonra öbür tarafta tek bir yerde belirmektedir.
Işık bir elektromanyetik dalgadır.Üç boyutlu uzayda birbirine dik elektrik ve manyetik alan salınımlarından oluşur.Işığın polarizasyonu ise hız vektörüne dik olan bu elektrik ve manyetik alan salınımlarının üç boyutlu uzayda açısal yönelimidir.Polarize edici filtreler ışığın belli yönelimdeki polarize durumunu geçirip diğerlerini soğurur.Örneğin yatay polarize edici filtre ışığın yatay polarizasyon durumunu geçirir,diğerlerini soğurur.
Işık elektromanyetik bir dalgadır.E:Elektrik alanı;M:Manyetik alan
Çift yarık deneyinde yarıkların birini kapatmak yerine iki yarığı da biri dikey öbürü yatay farklı polarize edici filtrelerle kapattığımızı düşünelim.Sol yarığa sadece yatay polarize olmuş ışığın geçeceği bir filtre koyalım,sağ yarığa da sadece dikey polarize olmuş ışığın geçeceği bir filtre koyalım.45 derece açıyla dikey polarize edilmiş ışık gönderirsek ışığın yatay polarize edici filtreden geçme olasılığı da dikey polarize edici filtreden geçme olasılığı da yüzde 50 dir,dolayısıyla yarıklardan her birinden ışık geçer.
Bunu yaptığımızda yarıkların önündeki filtrelerle ışığa baktığımızda girişim örüntüsü görmeyiz.Işığın polarizasyonunu ölçtüğümüzde ışığın hangi yarıktan geçtiğini ölçeriz;bu da bizi bir girişim örüntüsü yaratan iki kısımlı dalga fonksiyonundan alıp girişim örüntüsü yaratmayan tek kısımlı dalga fonksiyonuna getirir.Fotonun hangi yarıktan geçtiğini ölçmek dalga fonksiyonunda fotonun diğer yarıktan geçişini betimleyen kısmı ortadan kaldırır.
Dedektöre polarize edici filtre takmamıza bile gerek yok,yarıkların üzerine polarize ediciler koyarak fotonların her birini “işaretlemiş” oluruz.Her fotonun hangi yarıktan geçtiğini ölçebilecek olmamız girişim örüntüsünü ortadan kaldırmaya yeter.
Örüntünün ortadan kalkması başlı başına tuhaf bir şeydir,ama işler daha da tuhaflaşır.Yarıkların ardından çıkan ışığa bakmak için yatay yada dikey polarize edici yerine 45 derece açılı bir polarize edici kullanarak ölçümü geri alabiliriz.Böyle yaparsak yeniden girişim örüntüsü görürüz.45 derece açılı polarize edici ya yatay ya da dikey polarizasyonu geçirecektir,her birinin olasılığı yüzde 50 dir;bu da polarize edicinin ardında tespit ettiğimiz ışığın iki yarıktan birinden ya da yarıkların ikisinden birden geçmiş olabileceği anlamına gelir.Bu üçüncü filtre fotonu işaretleyerek edindiğimiz bilgiyi “siler”.Fazladan polarize edicinin işe dahil edilmesi sonucu,sanki ölçümü hiç yapmamış gibi oluruz.Dalga fonksiyonunun ikinci kısmı ortadan kaldırılmamış olur ve girişimi görebiliriz.
Kuantum silici deneyi kuantum mekaniğinin kilit ilkeleriyle ilgili tuhaf olan ne varsa kapsar.Fotonların her biri aynı anda iki yarıktan birden geçerken girişim örüntüsünün belirmesi,kuantum durumlarının süperpozisyonunu gösterir.Polarize edici filtreler koyduğumuzda girişim örüntüsünün kaybolması ve yeniden belirmesi de kuantum ölçümünün etkin niteliğini gösterir.Yarıklara yatay ve dikey polarize ediciler koyarak fotonları işaretlemiş oluruz ve “hangi yol” bilgisini elde etmiş oluruz.Böylelikle süperpozisyon durumu bozulur ve dalga fonksiyonu çökmüş olur.Yarıklarla dedektörün arasına yatay ve dikeyle 45 derece açılı polarize edici koyduğumuzda ise “hangi yol” bilgisini silmiş oluruz,dalga fonksiyonu yarıklarda çökmez ve girişim örüntüsü görülür.Bu da kuantum dalga fonksiyonunun çökmesinde elde ettiğimiz “bilginin” önemli olduğunu gösterir.Sadece bilginin elde edilebilecek olması,yani yarıklara yatay ve dikey polarize ediciler konulup fotonların “işaretlenmesi” girişim örüntüsünün kaybolmasına,dalga fonksiyonunun tek yarığa çökmesine neden olmaktadır.Biz baksak da,bakmasak da o bilgi o sistemden elde edilmiş olmakta,dalga fonksiyonu çökmekte ve girişim örüntüsü oluşmamaktadır.Bu da bilginin subjektif değil objektif bir kavram olduğunu bize göstermektedir.
Yarıklarla dedektör arasında bir ışıkyılı da olabilir.Işık yarıklardan geçtikten yarım yıl sonra da 45 derece açılı polarize ediciyi koyabiliriz.Bu durumda girişim örüntüsü yine görülür.Halbuki ışık yarıklardan önceden geçmişti ve durumunu o esnada belirlemiş olmalıydı diyebiliriz.Fakat ışık durumunu yarıklardan geçtikten yarım yıl sonra belirliyor.Sonradan koyulan polarize edici,ışığın yarıklardan geçme durumunu sonradan belirliyormuş gibi görünüyor.Sonradan yapılan bir eylem,geçmişin nasıl biçim alacağını etkiliyor.Bu da oldukça tuhaf.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder