Dolaşık Fotonlar Neden-Sonuç İlişkisine Işık Tutuyor

Bağlaşıklığın (korelasyonun) nedensellik anlamına gelmediği, bilimciler ve istatistikçiler tarafından uzun süredir biliniyordu. Ancak Kanada’da geçtiğimiz günlerde yapılan bir araştırmada fizikç..
Görsel Telif:

Bağlaşıklığın (korelasyonun) nedensellik anlamına gelmediği, bilimciler ve istatistikçiler tarafından uzun süredir biliniyordu. Ancak Kanada’da geçtiğimiz günlerde yapılan bir araştırmada fizikçiler, kuantum mekaniğinin garip dünyasında durumun başka türlü olabileceğini gösterdi.

Tıp, ekonomi ve pek çok diğer alanda yapılan araştırmalar çoğu zaman iki değişken arasında bir istatistiksel bağlaşıklık olduğunun gösterilmesine dayanır. Bununla birlikte, değişkenlerden birindeki değişimin, diğerinde gerçekten bir kaymaya neden olup olmadığı ya da iki değişkenin ölçülmemiş üçüncü bir etken dolayısıyla bağlantılı olup olmadığı çoğunlukla açık değildir. Örneğin bir ilaç konusunda, ilacı alanların almayanlardan daha yüksek bir iyileşme oranı olması, nedensel olarak iki grubu da etkileyen üçüncü bir etkene bağlı olabilir. Örneğin ilacı almayanların hastalığı diğerlerinden daha hafif olabilir. Bu durumda ilaçların ve plaseboların rastgele dağılım göstereceği rastgele ilaç denemeleri yapmak gerekir. Böylece, hasta ilacı alsa da almasa da, değişkenlerden biri kontrol altına alınmış olur.

Geçtiğimiz günlerde Kanada’da bulunan Waterloo Üniversitesi‘nden Kevin Resch ile Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü‘nden Robert Spekkens liderliğinde bilimcilerin gerçekleştirdiği çalışmada, kuantum mekaniğinde değişkenlerden birini kontrol altında tutmadan da iki değişkenin nedensel olarak bağlı olup olmadığının anlaşılabileceği keşfedildi. Değişkenlerin ikisi de serbest bırakılıp kuantum sisteminin tekrarlanan denemelerinden beliren bağlaşıklık deseninin incelenmesi ile nedenselliği anlayabilmek mümkün.

Dolaşık eşler

Spekkens ve iki diğer kuramcı işe dolaşık durumda bulunan iki foton düşünerek başladı. Tasarladıkları düzenek ile bu fotonlardan biri olan A fotonunun polarizasyonunu ölçtüler. Ardından onu ve dolaşık eşini bir kapıdan geçirdiler. Bu kapıdan çıkan foton B ile gösterildi. B fotonu bazı durumlarda A’nın dönüşüme uğramış hâliyken, bazı durumlarda da A’nın dolaşık eşi oluyordu. Birinci durumda A fotonu B’ye neden olurken, ikinci durumda A ile B birbirlerine ortak bir nedenle bağlı oluyorlardı. Çok önemli bir nokta da, bu iki olasılığın bir rastgele sayı üreteci kullanılarak karıştırılmış olmasıydı. Yani böylece zamanın belli bir bölümünde aygıt A ile B arasında doğrudan nedensel bağlantı kurarken, geriye kalan zamanda A ile B bir dolaşık çiftin iki yarısı oluyordu. Başka bir deyişle, deneyi yapan kişi iki farklı andaki aynı bir parçacıkla mı, yoksa iki dolaşık parçacıkla mı karşı karşıya olduklarını bilmeyecekti.

Resch ve iki öğrencisi kutuplayıcı kullanarak bu düzeneği hayata geçirdi. Önce A üzerinde şu üç ölçümden birini yaptılar: Yatay ve dikey polarizasyon ayrımı, çapraz ve ters çapraz polarizasyon ayrımı, sol dairesel ve sağ dairesel polarizasyon ayrımı. Ardından aynı ölçümü B üzerinde gerçekleştirdiler. Bu süreci binlerce kez yineleyerek, her ölçüm türü yaklaşık üçte bir olacak biçimde güvenilir bir istatistik yapılandırdılar.

Polarizasyonların karşılaştırılması

Araştırmacılar şunu saptadı: Eğer A fotonu B’ye neden oluyorsa, B’nin polarizasyon ölçüm sonucu ya A’nın ölçümüne üç türde de uyuyordu ya da sadece bir türde uyuyordu. Eğer tam tersine A ile B ortak bir nedene sahiplerse, B’nin ölçüm sonucu ya A’nın ölçümüne iki türde uyuyordu ya da hiç bir türde uymuyordu (yani ölçülen kutuplanmalar hep farklı çıkıyordu). Bu bağlaşıklıklar binlerce deneme sonucuna ait dağılımda görüldü ki, bu dağılımın tam biçimi araştırmacıların rastgele sayı üretecini uygulamayı seçme eğilimine (bias) bağlıydı. Bir başka deyişle, üretecin herhangi bir denemede A’nın dolaşık eşi yerine dönüşüme uğramış bir A yayımlamasının ne kadar olası olduğuna bağlıydı.

Çalışmaları ile bir bağlaşıklık deseni saptamayı başaran ekip, bunun ileride bir kara kutu deneyindeki bilinmeyen eğilimi (bias) tanımlamada kullanılabileceğini belirtiyor. Elde ettikleri sonuçlar, 2013 senesinde Oxford Üniversitesi ile Singapur Ulusal Üniversitesi’nden Vlatko Vedral liderliğinde yapılan ve sonuçları yayımlanmayan bir çalışmanın bulguları ile benzerlik taşıyor. Vedral’ın grubu, kuantum durumları arasında doğrudan nedensel bağlantıyı gösteren bağlaşıklıklar keşfetmişti. Onların çalışmasında söz konusu durumlar çekirdek spinleriydi. Resch ile meslektaşlarının yaptığı ise nedensel bir bağlantı mı yoksa ortak nedensellik mi olduğunu gösteren bir dizi bağlaşıklık bulmak oldu. “Önceki çalışmanın varlığından haberdar olduğumuzda, biz zaten çalışmamızı yarılamıştık,” diyor Katja Reid. “Ama bizim çalışmamız daha genel, daha simetrik.”

Nedensellik durumlarının süperpozisyonu

Önemli ve ilginç bulduğunu söylediği çalışmayı öven Viyana Üniversitesi‘nden Caslav Brukner, merak uyandıran bir olasılıktan söz ediyor: Bağlaşıklıklar, hem nedensel ilişkili bir biçimde, hem de ortak nedenle bağlanmış bir biçimde yani süperpozisyon hâlinde bulunabileceğini söylüyor. Bu süperpozisyonları kuantum mekaniğindeki konumların ya da momentumların süperpozisyonlarına benzeten Brukner, “Eğer doğada böyle yapılar varsa, bu çalışma onların algılanmasında yararlı olabilir,” diye ekliyor.

Araştırmacılar, çalışmadan elde ettikleri sonuçların kuantum bilgisayarlar için geliştirilen bileşenlerin sınanmasında yararlı olacağını, bir bileşenin girdisinin mi çıktıya neden olduğu yoksa her ikisini de etkileyen bir dış kaynak mı olduğu konusunda ayrım yapmaya yardım edebileceğini belirtiyorlar.


Kaynak: PhysicsWorld. Entangled Photons Cast a New Light on Cause and Effect. <http://physicsworld.com/cws/article/news/2015/mar/30/entangled-photons-cast-a-new-light-on-cause-and-effect>


 

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv