Kuantum Fiziğine Felsefi Yaklaşımlar
Kuantum teorisi ortaya atılmadan önce doğanın, büyük oranda Isaac Newton’un çalışmalarına dayanan klasik fiziğin kurallarıyla açıklanabileceği düşünülmekteydi. Bu kuralların sağladığı belirlenimci, gerçekçi ve objektif yaklaşım bilim insanlarını, evrenin insanlar tarafından tamamen anlaşılabilen ve gelecekteki durumları yüksek kesinlikte hesaplanabilen fiziksel sistemlerden oluştuğunu düşünmeye itmişti. Ancak 19. Yüzyıl’ın ikinci yarısından itibaren bazı fiziksel gözemler klasik fiziğin tahminleriyle uyuşmazlık içindeydi. Bunlardan en önemli üçü siyah bir cisimden sıcaklığa bağlı olarak salınan elektromanyetik ışınımın hesaplamalarla uyuşmaması, bazı maddelerin ışığa maruz kaldıklarında beklenmedik elektriksel davranışlar sergilemeleri ve hidrojen atomunun kesikli enerji seviyelerine sahip olmasıydı. 1900 yılında Max Planck elektromanyetik enerjinin ışık parçacıklarından oluştuğu varsayılırsa siyah cisim ışımasının açıklanabileceğini gösterdi. Planck’ın hesaplamaları sonucunda ortaya çıkan bir sabit ile tek bir enerji kuantasının değerinin hesaplanması mümkün kılınarak kuantum mekaniğinin ilk teorik yapısının temelleri atılmış oldu. 1905 yılında Albert Einstein’ın Planck sabitini kullanarak fotoelektrik etkiyi açıklaması ve 1913 yılında Niels Bohr’un kesikli enerji seviyelerine sahip bir atom modeli geliştirmesi ile, bu üç sorunun da enerji kuantumlarının varlığı varsayılarak çözülebileceği anlaşıldı. Ancak bu yaklaşım ışığın dalga özellikleriyle çelişmekteydi. 1923 yılında Louis de Broglie madde parçacıklarının da dalga benzeri özelliklere sahip olabileceğini önererek dalga-parçacık ikiliğini genelleştirdi. 1925 ve 1926 yıllarında kuantum mekaniğinin iki farklı matematiksel yaklaşımı geliştirildi: matris mekaniği ve dalga mekaniği. Daha sonra bu iki yaklaşımın aynı sonuçları verdiği gösterilecekti.
Bu dönemdeki bir diğer önemli gelişme Werner Heisenberg tarafından ortaya atılan belirsizlik ilkesiydi. Bu ilkeye göre bazı fiziksel özellik çiftlerinin (konum-momentum gibi) aynı anda yüksek kesinlikte belirlenmesi olanaksızdı, yani bu çiftlerden biri yüksek kesinlikte bilinirse diğerinin kesinliği azalmak zorundaydı. Heisenberg’in ilk başta amacı her ne kadar epistemolojik bir sınır belirlemek olsa da, Bohr’a göre bu, tamamlayıcılık ilkesinin doğal bir sonucuydu. Bu ilkenin matematiksel dayanağı tüm fonksiyonların sinüs ve kosinüs dalgalarının toplamı şekilde ifade edilebilmesi ve kullanılan trigonometrik ifadelerin sayısı arttıkça yerelleşmenin de artmasıydı. Örneğin pozisyon dağılımını ifade eden bir fonksiyon eğer tek bir değer etrafında yoğunlaşmışsa, bu matematiksel olarak çok sayıda sinüzoidal fonksiyonun toplanmasıyla elde edilir. Bu şekilde eğer sinüzoidal fonksiyonların momentumla ilişkili olduğunu varsayarsak, ki bir sinüzoidal dalganın momentumu dalgaboyuna bağlı olduğu için bu uygun bir varsayımdır, belirsizlik ilkesinin matematiksel ifadesini elde edebiliriz. Yani belirli bir konumu çok sayıda sinüzoidal fonksiyonun toplamı şeklinde ifade edebiliyor olmak, fiziksel olarak belirli bir konumu çok sayıda momentum fonksiyonu ile ifade etmeye karşılık gelir, ki bu da belirsizlik ilkesi olarak yorumlanabilir. Böylece bir parçacığın konumu ölçülürse yüksek kesinlikte sonuç elde edilirken momentumu birçok değerin olasılıksal bir birleşimi (süperpozisyonu) olacaktır. Momentum ölçüldüğünde ise konum olasılıksal bir yapıya bürünecektir. Ölçülmeden önce belirsiz olan, yani tek bir değerle değil, bir dalga fonksiyonuyla ifade edilebilen fiziksel ölçülebilirlerin ölçüm anında tek bir değer olarak ölçülmesi dalga fonksiyonun çökmesi olarak ifade edilmiştir. Bu düşünceler kuantum mekaniğinin ilk yorumu olan Kopenhag yorumunun temelini oluşturur.
Bu yorumun en tartışılan iddiası ölçüm sırasında dalga fonksiyonunun çökmesidir. Bunun nedeni ölçüm derken neyin kastedildiğinin de ölçümün dalga fonksiyonunu nasıl bir fiziksel mekanizmayla çökerttiğinin de açık olmamasıdır. Albert Einstein bu durumdan rahatsızlık duyan ve Kopenhag yorumuna eleştirel yaklaşan fizikçilerin başında gelir. Onun görüşüne göre kuantum mekaniğinin belirli bir yorumu şu kavramlara göre karakterize edilebilir: gerçekçilik, belirlenimcilik, yerellik ve tamlık.
- Gerçekçilik zihnimizden bağımsız bir gerçekliğin var olduğunu savunan görüştür. Kuantum mekaniğinde ölçümün incelenen sistem üzerindeki etkisi gözlemciye bağlı gerçeklik konusunda tartışmalara yol açarak gerçekçi ve gerçekçi olmayan yaklaşımlara neden olmuştur.
- Belirlenimcilik gelecekte gerçekleşecek tüm olayların geçmişte gerçekleşen olaylar tarafından kesin olarak belirlendiğini savunan felsefi görüştür. Kuantum mekaniğinin olasılıksal doğası belirlenimci bir gerçeklik anlayışının sorgulanmasına neden olmuştur.
- Yerellik neden ve sonuç arasındaki etkinin ışık hızından daha hızlı olamayacağını belirtir ve dalga fonksiyonun çöküşü ile ihlal edildiği savunulabilir.
- Son olarak tamlık bir fizik teorisinde temel fiziksel ve matematiksel varsayımlarının eksiksiz olma durumudur.
Bu kavramlardan hareketle Einstein ve Bohr arasında uzun süreli bir tartışma alevlenmiştir. Einstein’ın görüşüne göre kuantum durumları tekil bir sistemi eksiksiz şekilde betimlemekten ziyade, aynı şekilde hazırlanmış birçok fiziksel sistemi içeren bir deney topluluğuna dair istatistiksel öngörüler sunmaktaydı. Günümüzde de savunucuları bulunan bu görüşe istatistiksel yorum veya topluluk yorumu (ensemble interpretation) denmektedir. Bu varsayımdan yola çıkarak Einstein tekil sistemleri betimleyecek formda olmadığı için kuantum mekaniğinin eksik olduğu sonucuna varmıştır. Bohr’un görüşüne göre ise kuantum durumları tekil sistemleri eksiksiz olarak betimlemekte ve bu nedenle de teoriye herhangi bir ekle yapılmasına gerek olmamaktadır.
Kopenhag yorumuna karşı birçok başarısız girişiminin ardından Einstein, Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile birlikte, kuantum mekaniğinin tam olması durumunda birtakım yerel olmayan etkilerin ortaya çıkacağını savunduğu bir makaleyi yayımladı. Buradaki temel mesele birbirleriyle etkileşen iki kuantum sisteminin etkileşimden sonra tek bir dalga fonksiyonuyla ifade edilebileceği ve birinde yapılan bir ölçümün bu dalga fonksiyonunun çökmesini sağlamasıyla diğerini de etkileyebileceğidi. Buna iki sistemin dolanık olması denmektedir. Bu sistemlerin etkileştikten sonra birbirlerinden yeteri kadar uzakta konumlanabilecekleri düşünüldüğünde, çöküş yerelliği ihlal ettiği ve yerel olmayan etkiler özel görelilikle çeliştiği için kuantum teorisi tam olamazdı. Dolayısıyla kuantum mekaniğini tamamlamak için birtakım değişkenlerin teoriye eklenmesi gerekmekteydi. Henüz gözlenmemiş birtakım değişkenlere dayanan bu tür yaklaşımlara gizli değişkenler teorileri denir. 1964’te John Bell yerel gizli değişkinlerin varlığı ve yokluğu arasında deneysel olarak ölçülebilecek bir fark olacağını gösterdi (Bell eşitsizliği) ve 1970’li yıllardan itibaren bu tür deneyler defalarca tekrarlanarak yerel gizli değişkenlerin var olamayacağı gösterildi. Bugün fizikçiler arasında kabul edilen görüş eğer gizli değişkenler varsa bunların yerel olamayacağı ve kuantum mekaniği kullanılarak ışık hızından hızlı bilgi iletmek olanaksız olduğu için yerel olmayan etkilerin özel görelilikle de çelişmediği şeklindedir.
Bell eşitsizliği benzeri teoremler, belirli fiziksel durumların imkansızlığını belirttikleri için teorik fizikte geçilmez teoremler (no-go theorems) olarak adlandırılırlar. Kuantum mekaniği söz konusu olduğunda bunlardan bir diğeri de bağlamsal olmayan gizli değişkenler teoremlerini yasaklayan Kochen–Specker teoremidir. Buna göre bir kuantum deneyinde ölçüm sonuçları, hangi değişkenlerin birlikte ölçüldüğüne göre farklılık gösterir. Bunun anlamı fiziksel bir sistemin tüm değişkenlerini ölçümden bağımsız olarak belirlemenin imkansız olmasıdır, yani bir fiziksel sistemi tasvir edebilmek için, onun üzerinde hangi ölçümlerin yapılacağının belirlenmesi gerekir. Bağlamsallık da gizli değişkenler teorilerinin kuantum mekaniği ile uyumlu olmalarını bu şartı sağlamalarına bağlamaktadır.
Görece yakın tarihte ortaya atılmış ve diğer ikisi kadar önemli sonuçlar doğuran bir başka geçilmez teorem de Matthew Pusey, Jonathan Barrett, ve Terry Rudolph tarafından ortaya atılan PBR teoremidir. Bu teorem dalga fonksiyonunun fiziksel bir gerçekliğe karşılık geldiği varsayıldığında kuantum hallerine nasıl yaklaşılması gerektiği konusunda birtakım kısıtlamalar getirmektedir. Gerçekçi bir pozisyon benimsendiğinde kuantum dalga fonksiyonlarına yaklaşımlar Ψ-ontik ve Ψ-epistemik olmak üzere iki grupta kategorize edilebilirler. Eğer bir yaklaşımda bir fiziksel duruma karşılık gelen bir kuantum durumu bulunmaktaysa bu yaklaşım Ψ-ontik, birden fazla fiziksel duruma karşılık gelen bir kuantum durumu bulunmaktaysa bu yaklaşım Ψ-epistemik kategorisi altında sınıflandırılır. Yani kuantum durumları Ψ-ontik yaklaşımlarda doğrudan fiziksel gerçekliklerle eşleştirilebilirken, Ψ-epistemik yaklaşımlarda gerçeklik üzerine eksik ve olasılıksal bir temsili ifade ettikleri için birden fazla fiziksel gerçeklikle ilişkilendirilirler. PBR teoremine göre eğer dalga fonksiyonları fiziksel bir gerçekliğe denk geliyorsa, o zaman kuantum durumlarına epistemik olarak yaklaşmak olanaksızdır. Bir başka deyişle, kuantum fiziğinin olasılıksal yapısı, olasılıksal olmayan bir fiziksel gerçeklik ile ilgili bilgimizin eksik olmasından değil, fiziksel gerçekliğin kendi olasılıksal yapısından kaynaklanmaktadır. Şunu tekrar vurgulamak gerekir ki bu teorem Kopenhag yorumu gibi dalga fonksiyonunun fiziksel gerçekliğine dair kesin bir yaklaşım belirtmeyen veya dalga fonksiyonunu matematiksel araç olarak ele alan görüşler için bir kısıtlama getirmez, yalnızca dalga fonksiyonun fiziksel olarak gerçek olduğunu varsayan yorumlara bahsi geçen şartı getirir.
Bu üç şartı da sağlayan gizli değişkenler teoremlerinin en bilineni gerçekçi ve belirlenimci bir doğaya sahip olan pilot dalga kuramıdır. Louis de Broglie ve David Bohm tarafından geliştirilen bu teoriye göre fiziksel bir sistem ölçümden önce sadece dalga fonksiyonuyla değil aynı zamanda parçacıkların gerçek konumlarını da içerecek şekilde tanımlanmalıdır ve bu parçacıklar dalganın kılavuzluğunda hareket etmektedir. Bu şekilde ölçümden önce ve sonra farklı fiziksel modeller kullanımı gerekmemekte ve dolayısıyla ölçüm sorunu da ortadan kalkmaktadır. Bunun yanında başka bir yerel olmayan ve gerçekçi gizli değişkenler teoremi de Van Fraassen tarafından önerilen kipsel yorumudur (modal interpretation). Buna göre de benzer şekilde sistemin sahip olabileceği fiziksel özelliklerin belirlediği dinamik hal ile aslında hangi fiziksel özelliklere sahip olduğunu temsil eden değer hali arasında bir ayrım mevcuttur.
Teoriye gizli değişkenler eklemek yerine doğrudan dalga fonksiyonun çöküşüne odaklanan yaklaşımlar da vardır. Kuantum fiziğinin matematiksel formunun yeni yeni oluştuğu yıllarda, bilincin bu çöküşte özel bir fonksiyonu olduğunu savunan görüşler ortaya atılmıştır. Buradaki temel düşünceyi anlamak için bir kuantum sistemini ele alalım. Bu sistemle bir deney gerçekleştirdiğimizde doğal olarak bir ölçüm almamız gerekecektir. Ölçümü basitçe bir parçacığın ölçüm aletinin bir bölgesiyle etkileşmesi olarak ele alırsak parçacıkla bu bölgedeki atomlar dolanık hale gelecektir. Daha sonra bu dolanık hale gelen atomlar da aletteki başka parçacıklarla etkileşerek onları dolanık hale getirecek ve yine dolanık olan parçacık sayısını arttıran birçok fiziksel işlemden sonra insan duyu organlarıyla algılanabilecek düzeyde bir sinyal üretilecektir. Bu sinyalin bilinçli bir insan tarafından algılanmasıyla da deney sona erecektir. Von Neuman zinciri denen bu süreçte zincirin tam olarak hangi halkasında dalga fonksiyonunun çöktüğü belirsizdir. Bu belirsizliği aşmak için von Neuman ve Wigner tarafından zinciri kıranın bilinç olabileceği savunulmuştur. Buna göre bilinçli bir varlık tarafından gözlemlenmediği sürece ölçüm aleti de deney düzeneğiyle dolanık olacağı için dalga fonksiyonu çökmeyecek, ancak fiziksel olmayan bir zihin tarafından sonuç algılanırsa çökmeden bahsedilebilecektir. Wigner bu iddiayı bir düşünce deneyi ile savunmuştur. Wigner’in arkadaşı isimli bu düşünce deneyine göre Wigner bir deney laboratuvarı dışında, içeriden herhangi bir bilgi almadan beklerken bir arkadaşı da içeride bir kuantum deneyi gerçekleştirmektedir. Arkadaşı deney sonucunu gözlemledikten bir süre sonra dışarı çıkıp Wigner’e bunu söyler. Buradaki sorun arkadaşının ölçüm sonucunu algılamasından Wigner’e söylemesine kadar sürede ikisinin sistemi iki farklı şekilde ifade etmesidir: arkadaşına göre dalga fonksiyonu çökmüşken Wigner’e göre kuantum süperpozisyonu, arkadaşı sonucu söyleyene kadar arkadaşıyla dolanık olarak varlığını devam ettirmektedir. Bu paradoksal durumu ortadan kaldırmak için Wigner dalga fonksiyonunun arkadaşın bilinci tarafından çökertilmiş olması ve dolayısıyla bilincin ölçüm aletlerinden farklı olarak sistemle dolanık olmadan fonksiyonu çökertme işlevini gerçekleştirebilmesi gerektiğini savunmuştur. Bugün bu yaklaşıma von Neumann-Wigner yorumu denmektedir.
1970’li yıllarda dalga fonksiyonunun çöküşünün açıklanmasında eşfazlılığın kaybolmasının genel bir çerçeve oluşturabileceği anlaşılmıştır. Buna göre bir kuantum sistemi çevreyle etkileşmediği sürece dalga denklemine uygun olarak davranır. Ancak çevresiyle etkileşime girmeye başladığında içerdiği süperpozisyon halindeki durumlar öngörülemeyecek şekilde farklı fazlarda evrilmeye başlarlar. Bu fazları çevreyle etkileşimleri sonucu kazanmaları, çevrenin de dolanıklık nedeniyle kuantum sistemine dahil olması ve kuantum sisteminin genişleyerek nihayetinde gözlemciyi de içerecek şekilde tanımlanması zorunluluğunu doğurur. Bu şekilde gözlemci açısından artık sistem bir kuantum sistemi yerine klasik olasılıklarla açıklanabilen bir sisteme dönüşmüştür. Bir başka deyişle gözlemci kuantum deneyiyle dolanık hale geldiği için onun açısından artık bir kuantum sistemi söz konusu değildir, ancak başka bir gözlemci tüm bu sistemle etkileşmediği sürece sistemi kuantum formalizmiyle tanımlayabilir. Pratikte deneysel ölçüm aletleri ister istemez kuantum sistemlerinin eşfazlılığını bozduğu için ölçüm alındığında dalga fonksiyonunun çöküşü gibi bir etki ortaya çıkmaktadır. Bu düşünceden yola çıkarak süperpozisyon halindeki kuantum durumlarının çevreleriyle etkileşerek tek bir duruma çökmeleri ile, çevresine en iyi uyum sağlayan canlıların hayatta kalacağını öngören Darwin’in evrim teorisi arasında bir analoji kuran kuantum Darwinizm gibi yaklaşımlar da mevcuttur.
Eşfazlılığın bozulmasına vurgu yapan başka bir yaklaşım da tutarlı geçmişler (consistent histories) yaklaşımıdır. Tekil ölçümler yerine kuantum sistemlerini geçmişleriyle birlikte ele alan bu yoruma göre bir kuantum sistemi kendi içlerinde tutarlı ancak birbirleriyle tutarsız olan birçok alternatif geçmişin birleşimi olarak ele alınabilir. Ölçüm sırasında meydana gelen eşfazlılık kaybının sistemin geçmişini tutarlı hale getirmesiyle de bu geçmişlerin arasından bir tanesi seçilmiş olur. Bu yaklaşım geçmişlerden birinde, tutarsızlığa neden olmadan hangi kuantum özelliklerinin birlikte yer alabileceğine yönelik bir anlayış getirerek belirsizlik ilkesine de bir temel sağlayabilmektedir.
Çöküş üzerine başka bir yaklaşım da onun arkasındaki fiziksel mekanizmaya odaklanmaktır. Objektif çöküş teorileri (objective collapse theories) denilen ve ölçüm öncesindeki ve sonrasındaki birbirleriyle çelişik görünen süreçlerin, dalga fonksiyonuna eklemeler yapılarak tek bir fiziksel sürece indirgenmesine dayanan bu görüşlerden biri Ghirardi–Rimini–Weber teorisidir. Buna göre parçacıkların dalga fonksiyonları küçük bir olasılıkla kendiliğinden çöker ve ölçüm sırasında çok yüksek sayıda parçacık etkileşim nedeniyle dolanık duruma geldiği için çöküş olasılığı da çok yüksek olur. İkinci bir örnek olarak Penrose yaklaşımına göre ise kuantum halleri arasındaki belli bir enerji farkından fazlası kuantum özelliklerinin ortadan kalkmasına neden olur. Ölçüm sırasında görece yüksek enerjilerin söz konusu olması da bu nedenle dalga fonksiyonunun çökmesine neden olur. Enerjinin çökmeyle bağlantılı olması doğal olarak kütleçekimin de bu sürece dahil olması sonucunu doğurmaktadır ve kuantum kütleçekimi üzerine incelemeler bu görüşle paralellik taşımaktadır.
Dalga fonksiyonu çöküşüne tamamen farklı yaklaşan bir görüş alışverişsel yaklaşımdır (transactional interpretation). Bu görüşün dayandığı Wheeler-Feynman teorisi dalga fonksiyonun zamanda ileri giden çözümleri olduğu gibi, nedenin sonuçtan önce olması gerektiğini belirten nedensellik ilkesiyle bağdaşmadığı için genelde ihmal edilen zamanda geriye giden çözümlerinin de olduğunu vurgulamaktadır. İkinci tip çözümler tek başlarına fiziksel bir anlam ifade etmeseler de ilk tip çözümlerle ikinci tip çözümlerin toplamları nedensellik ilkesini ihlal etmeyen sonuçları ortaya çıkarmaktadır. Bu durum kuantum dalgalarına da uyarlanabilmektedir. Buna göre bir yayıcı ve bir soğurucudan oluşan bir sistemde, her ikisinden de zamanda ileri ve geri giden dalgalar salınmaktadır. Bu dalgaların yayıcı ve soğurucu arasında yapıcı, diğer bölgelerde ise yıkıcı girişim yapmasıyla parçacık alışverişi gerçekleşmektedir. Bu alışveriş bir kez gerçekleştiğinde dalgaların sınır koşulları gereği, başka soğurucularla parçacık alışverişi gibi farklı olasılıklar ortadan kalkmakta, bu da gözlemciye dalga fonksiyonun çöküşü olarak görünmektedir. Bu yerel olmayan gerçekçi yorumun bazı noktalarda matematiksel açıklamalar sunması dikkat çekicidir. Örneğin dalga fonksiyonundan olasılıklar elde edilirken yapılan kompleks eşleniğiyle çarpma işlemi (Born yasası), kompleks bir dalganın eşleniği onun zamanda geriye giden versiyonu olduğu için bu yorumda daha anlamlı olmaktadır.
Gerçekçi, belirlenimci ve tartışmalı olarak yerel bir yorum da Hugh Everett’in göreceli hal formülleştirmesine dayanan çoklu dünyalar yorumudur (many worlds interpretation). Burada yapılmak istenen kuantum mekaniğinin istatistiksel öngörülerini kendisi de fiziksel bir sistem olarak düşünülen gözlemcinin sübjektif deneyimleri olarak ele almaktır. Bu fikirden yola çıkılarak tüm alternatif geçmiş ve geleceklerin gerçek olduğu ve gerçek “dünyalar”ı temsil ettiği savunulabilir. Dolayısıyla dalga fonksiyonunun çöküşü olarak görünen olay aslında evrenin her biri bir mümkün ölçüm sonucuna karşılık gelen başka evrenlere ayrışmasından ibarettir. Bu şekilde rastgelelik ve uzaktan etki gibi kavramlar kuantum mekaniğinden ayıklanabilir. Bu yaklaşımı genel olarak kabul edip alternatif geçmiş ve geleceklerin olası “dünyalar”ı değil olası zihin durumlarını temsil ettiğini savunan çoklu zihinler yaklaşımı (many minds interpretation) da ortaya atılan görüşler arasındadır.
Özel görelilik kuramından ilham alınarak ortaya atılmış bir başka yaklaşım ilişkisel kuantum mekaniğidir (relational quantum mechanics). Buna göre, gözlemciden bağımsız, objektif bir fiziksel sistemden söz edilemez. Gözlemciye bağlı olan kuantum halleri de bu özelliklerinden dolayı gözlemcinin referans çerçevesine göre tanımlanmalıdır. Yani eğer kuantum mekaniği tam ise, kuantum halleri salt sistemi değil sistem ile gözlemci arasındaki ilişkiyi veya korelasyonu ifade etmektedir. Bir başka deyişle nasıl ki özel görelilik teorisinde fiziksel sistemler referans çerçevelerine göre tanımlanır, kuantum teorisinde de gerçeklik benzer şekilde gözlemcilerin farklı bilgi düzeyleri ve ölçüm tercihlerine göre tanımlanmaktadır. Bu nedenle gözlemcinin kuantum halinden bahsetmek de anlamsız olacaktır çünkü bu da ancak başka bir gözlemciyle ilişkili olarak tanımlanabilir.
Yakın zamanda geliştirilmiş bir yaklaşım tamamen sübjektivist, belirlenimci de gerçekçi de olmayan kuantum Bayesçilik’dir (quantum Bayesianism — QBism). Buna göre kuantum mekaniği bireyin beklentilerini yönetmek için kullandığı bir araçtır. Yani fiziksel bir sistemi temsil etmektense kuantum hali bireyin sisteme atadığı epistemik bir ifadedir. Bunu savunanlar olasılığa gerçekliğin değil inancın bir ifadesi olarak yaklaşırken kuantum teorisini de bireyin takip etmesi beklenen deneysel temelli bir rasyonalite normu olarak görürler. Dolayısıyla onlara göre dalga fonksiyonun çöküşü aslında bireyin fiziksel sisteme dair bilgisinin güncellenmesinden başka bir şey değildir, ki yaklaşımın adının Bayesçilik olmasının sebebi de hakkında eksik bilgiye sahip olunan bir durumla ilgi yeni bir bilgi edinildiğinde eldeki olasılıkların nasıl güncellenmesi gerektiğini ifade eden Bayes teoremidir.
Günümüzde kuantum bilgi teknolojilerine yönelik ilginin artmasıyla tamamen bilgiyi temel alan yaklaşımlar da popüler hale gelmiştir. Bunlara göre tüm kuantum sistemleri sonlu miktarı zamanla değişmeyen bilgi olarak ele alınabilir. Ölçüm işlemi gözlemci ve sistem arasındaki hayali bir ara yüzden bilgi transferidir ve bir kuantum sistemine kodlanan bilgi ölçümün varlığından bağımsız olarak her zaman korunur. Bu görüşlerin temelini oluşturan düşünce, John Wheeler’ın ifade ettiği şekilde “it from bit” (bitten gerçekliğe) olarak özetlenebilir [4]. Bu maddecilik karşıtı, yani fiziksel maddenin tek veya esas gerçeklik olamayacağını savunan görüşe göre tüm fiziksel ifadeler fonksiyonlarını ve anlamlarını evet-hayır sorularına deney düzenekleri aracılığıyla verilen cevaplardan alırlar. Dolayısıyla temelde fiziksel gerçekliğin kaynağı maddesel gerçeklik değil bilgidir. Bilgiyi bu şekilde gerçekliğe öncelemenin doğal bir sonucu olarak da evet-hayır sorularını ortaya atan bilinçli varlıklar gerçekliğin oluşturulmasına katkı sunarlar. Bu sebeple Wheeler içinde bulunduğumuz evreni “katılımcı evren” (participatory universe) olarak tanımlamıştır.
Son olarak kuantum mekaniğine fiziksel bir yorum getirmektense daha temel bir noktaya, mantıksal kurallara odaklanıp ayrı bir kuantum mantığı geliştiren bilim insanları olmuştur. Bunlara göre klasik mantık özellikle belirsizlik ilkesi söz konusu olduğunda kuantum mekaniğiyle uyumsuz olmaktadır. Bu uyumsuzluk en açık şekilde mantıksal ifadelerdeki dağılma özelliğinin kuantum mekaniği söz konusu olduğunda geçersiz olmasıyla ortaya çıkmaktadır. Örneğin üç önermemiz olduğunu varsayalım. P önermesi bir parçacığın momentumunun hangi değer aralığında bulunduğunu belirtsin. X1 ve X2 önermeleri ise parçacığın hangi konum aralığında bulunduğuna dair iki farklı önerme olsun. X1 ve X2 önermelerinde belirtilen konumların birbirine komşu olduğunu varsayalım. Şimdi (P ve (X1 veya X2)) birleşik önermesine bakalım. Klasik mantığa göre, dağılma özelliğini kullanarak bu önermeyi şu şekilde yazabiliriz: ((P ve X1) veya (P ve X2)). Ancak kuantum mekaniksel konum ve momentum söz konusu olduğunda bu önermenin öncekiyle aynı sonucu vermediği durumlar olacaktır. Bunun nedeni bazı konum ve momentum aralıkları için, X1 ve X2’de belirtilen konum aralıklarının toplamını P’de belirtilen momentum aralığıyla birlikte tanımlamak mümkünken, konum aralıklarını ayrı ayrı ele aldığımızda belirsizlik ilkesi gereği bunları verilen momentum aralığıyla birlikte tanımlamanın mümkün olmamasıdır. Yani bir momentum aralığı için iki konum aralığının toplamı belirsizlik ilkesini ihlal etmezken bu konum aralıkları ayrı ayrı ele alındıklarında belirsizlik ilkesi ihlal edilebilmektedir. Böylece birleşik önermenin ilk versiyonu doğru olurken ikinci versiyonu yanlış olacak ve bu da mantıksal çelişkiye neden olacaktır. Bu tür çelişkilerden kurtulmak için ortaya atılan çeşitli alternatif mantıksal yapılar, bilim felsefesi alanında aslında mantığın da deneysel bir kökeni olduğuna dair önemli tartışmalara neden olmuştur [5].
Bitirirken günümüzde fizikçiler arasında hangi görüşlerin yaygın olduğu ile ilgili fikir verebilecek iki çalışmanın sonuçlarını özetlemek istiyorum. 2013 yılında yapılan bu çalışmalarda kuantum mekaniğinin temelleri üzerine düzenlenen konferansların katılımcılarından kuantum mekaniğinin yorumları ile ilgili anketler doldurmaları istenmiştir. İlk çalışmanın sonuçlarına göre katılımcıların %42’si Kopenhag yorumunu benimserken bunu %24 ile bilgi temelli yaklaşımlar ve %18 ile çoklu dünyalar/çoklu zihinler yaklaşımları takip etmiştir. Bu çalışmada pilot dalga kuramı, kipsel yorum, istatistiksel yaklaşım ve alışveriş yaklaşımı kimse tarafından tercih edilmemiştir. İkinci çalışmada ise %63 ile pilot dalga yaklaşımı ilk sırayı alırken onu %16 ile objektif çöküş teorileri takip etmiştir. Diğer çalışmada ilk sırada yer alan Kopenhag yorumu ise burada %4’te kalmıştır. Bu yüzdeler istatistiksel bir anlam ifade etmemekle birlikte günümüzde kuantum mekaniğinin yorumu açısından fizikçiler arasında hala genel bir uzlaşı olmadığını gözler önüne sermektedir.
Kaynaklar ve İleri Okuma
[1] https://plato.stanford.edu/entries/qt-issues/
[2] https://iep.utm.edu/int-qm/
[3] Do We Really Understand Quantum Mechanics? — Franck Laloe
[4] Information, Physics, Quantum: The Search For Links — John A. Wheeler
[5] Is Logic Empirical? — Hilary Putnam
