Tümü sizin zihninizde

Kuantum tekinsizliği-2

08 Ağustos 2014 Cuma, 17:45
Abone Ol google-news

RAHATSIZ EDİCİ

QBism Ocak 2002’de yayımlanan kısa bir çalışma ile doğmuştur. Başlığı “Bayesien Olasılıklar olarak Kuantum Olasılıkları” Yazarları. Carlton M. Caves, Yeni Meksiko Üniversitesi, Christopher A. Fuchs, o sırada Murray Hill, N.J.’deki Bell Laboratuvarları ve Ruediger Schack, Londra Üniversitesi. Her üçü de deneyimli kuantum bilgi kuramcıları.

Fizik bölümleri ile ve endüstriyel laboratuvarlarla ve bir matematik bölümü ile deneyimli ilişkileri var. Bu onların disiplinlerarası niteliğini açıklamaktadır. Son onyıllık dönemde, Fuchs, Ontario’daki Perimeter Enstitüsüne gitti ve QBism’in başlıca konuşmacısı rolünü üstlendi. Teksaslı, şenlikli eğlenceli bir adam. Kum renkli bir kukuletası ile mizah dolu. Arkadaşları onun “bu çalışmada, ben bazı iyi-niyetli zorluklarla uğraştım” şeklindeki konuşmaları ile karşılaşmaya şaşırmıyor.

Fuchs’un stili bilimin özet olarak ortak bir entelektüel etkinlik ürünü olduğuna dayanır. Çok çeşitli etkinlikleri sürdürüyor, konferanslar düzenleyerek, bilimsel oturumlara başkanlık yaparak, üniversitelerde dersler vererek yaygın bir bilimsel etkinliği sürdürüyor.

Kendi anlayışına göre Fuchs yeni bir çeşit literatür oluşturuyor. 2011 yılında Cambridge Üniversitesi Basımevi onun dünyadaki bilim adamları ile yaptığı e-posta mesajlarının 600 sayfa tutan bir kitabı Kuantum Bilgileri ile Gelen bir Dönem başlığı ile yayımladı. QBism’in doğuşunun açıklanması olarak, kuramsal fiziğin gerçek-yaşamla nasıl doğduğu, sıcak kanlı insanların katkıları ile geliştiği, Wikipedia’daki iki boyutlu yaratıkları içermediği belirtiliyor.

Fuchs, bilim adamlarının çoğundan farklı olarak felsefenin önemini ileri sürüyor. Sadece fiziği etkilemesi bakımından değil, fiziğin derinliklerindeki etkileri nedeni ile bunu zorunlu görüyor. Olabilir mi?

 

MÜMKÜN OLASILAR

Fuchs’un felsefi görüşlere açıklığı, QBism’in, olasılığın anlamı üzerindeki anlayışımızı yeniden gözden geçirmemize yol açıyor. Olasılık “zaman” gibidir: Onu tanımlamamız isteninceye kadar, ne olduğunu biliriz. Kuşkusuz, uygun bir para ile 100 atışta yüzde 50 tura düşmesi olasılığı bulunmaktadır.

Ancak bu bilgi, “bu akşam yağmur olasılığı yüzde 60’tır,” ya da Başkan Barack Obama’nın, olaydan önce, bin Ladin eyleminin başarı olasılığının 55/45 demesinin bir anlam taşımasını nasıl açıklayabiliriz?

Geçen üç yüzyılda olasılığın iki tartışmalı tanımı geliştirildi.

Her birinin sayısız değişik modelleri var. Sık kullanılan, çağdaş ortodoks bir olasılık, bir olayın olasılığını bir deney serisindeki sıklık olarak tanımlar. Bu sayının objektif ve ispatlanabilir olduğu ve bilimsel deneylere doğrudan doğruya uygulanabileceği ileri sürülmektedir. Tipik örneği para atılmasıdır: Çok sayıdaki bir atılmada, hemen yarısı tura olarak görülür ve tura gelme olasılığının yaklaşık ½ olduğu söylenir. (“çok”, “hemen hemen”, “yaklaşık olarak” gibi belirsiz kelimeler kullanmadan bu tanımın sonsuz sayıda para atılımı ile kesinleşeceği bilinirki, bu halde olasılık kesin değeri olan ½’ye eşit olur. Ne yazık ki, bu noktadan sonra bu değer değişmez olur ve objektif olma iddiasını yitirir.) Bu tanımı hava tahminlerine uygularsak, gerçek veya simüle edilmiş hava tahminleri ile karşılaşırız. Fakat Başkan Obama’nın tahmininde olduğu gibi, sıklık yorumu yararsızdır- Bin Ladin misyonu açıkça yinelebilir değildir.

Bayesien olasılığı, 18. yüzyıl İngiliz rahibi Thomas Bayes’den kaynaklanır. Onun fikirleri Fransız fizikçi Pierre-Simon Laplace tarafından mükemmelleştirilip yayınlanmıştır. Sıklıkçı olasılığa karşı, Bayesien olasılık sübjektiftir. Bir olayın gerçekleşmesinde inanç derecesinin ölçülmesi. Bir ajanın olaylardan çıkacak kâr üzerinde yapacağı sayısal tahmin. Para atma gibi basit olaylarda, Sıklıkcı ve Bayesien olasılıklar birbirleri ile uyuşur. Hava tahminlerinde veya askeri bir hareketin değerlendirilmesinde, Bayesien, sıklıkcılardan farklı olarak, kantitatif istatiksel bilgileri, önceki deneylerden çıkartılan sezgili (intiütif) değerlendirmelerle birleştirir.

Bayesien yorumu, sıklıkcıların kaçındıkları tek olaylarla kolayca uğraşır ve sonsuzluk tehlikesini önler, ancak onun gerçek gücü daha özgüldür. Bu yoruma dayanarak, inanç derecesi saptanmadığı için, olasılık tahminleri değişime uğrarlar. Sıkcı olan bir hava tahmincisi, bölge yıllarca, kararlı, önceden bildirilebilir bir durumda ise bölgede yağmur olasılığını hesaplamakta zorlanmaz. Ancak, kuraklık gibi, üzerinde fazla veri olmayan ani değişikliklerde Bayesien bir raporcu yeni bilgileri ve iklim koşullarını dikkate almakta daha iyidir.

Kuramın merkezinde Bayer Yasası denilen açık formül bulunur. Olasılığın hesaplanmasında yeni bilgilerin etkilerini değerlendirmek gereklidir. Örneğin, bir hastanın kanser olmasından kuşku duyuluyorsa, doktor, hastalığın halk arasındaki sıklığını göz önüne alıp, hasta ailesinin durumu ve öbür önemli faktörleri dikkate alarak, bir ilk olasılık tahmini yapar. Hastanın test sonuçlarını aldığında, doktor olasılığı Bayes yasasını kullanarak güncelleştirir. Sonuçta elde edilecek sayı, doktorun kişisel inancından daha fazla ya da daha eksik olamaz.

Fizikçilerin çoğu, sübjektifliğin açıkça etkisinde kalarak Bayesien olasılıktan çok sıklıkcı inancı benimserler. Ancak, bir önceden bildirme durumu ile karşılaştıklarında, Londra Üniversitesinde bir matematikçi olan Marcus Appleby’ın görüşüne yer verelim: Bayesiyen olasılığın ağırlığı konusunda kendisini inandıranlar Fuchs’un yazdıklarına katılıyor.

Appleby, bir piyangoda, kesin bir sıklıkcı, daha önceki çekiliş sonuçlarının daha sonraki kazanımları etkilemediğini açıklasa bile, ayni şahsın 10 yıldır her hafta kazandığını öğrendikten sonra, bu piyangoda oynamanın saçma olduğunu bildiriyor. Pratikte, kimse daha önceki haftaların sonuçlarını bir yana atmaz. Aklıselim, bilgileri yenileyip eldeki en yeni bilgilerle, Bayesien görüşü kabul etmeyi önerir.

 

KUANTUM KURALLARININ YENİDEN YAZILIŞI

QBism dalga fonksiyonunun gerçek olduğunu kabul etmese de, QBism’in yazarlarından Shack’ın vurguladığı gibi, bütün gerçeği karalayan nihilist bir kuram da değildir. Kuantum sisteminin bir gözlemci tarafından incelenmesinin çok gerçekçi bir yaklaşım olduğuna işaret ediyor. Mermin, felsefi olarak, QBism’i dünyayı gözleyicinin yaşadığı dünya ile bu dünyadan etkilenen şahıslara ayırdığını söylüyor. Bu sonuncular dalga fonksiyonu tarafından açıklanırlar.

Matematiksel olarak Fucks’un son yıllarda yaptığı önemli bir buluş, olasılık ve kuantum kuramının yorumunu birbirine kenetlemektedir. Bu buluş, gözleyiciye bir kuantum olayındaki olasılığın nasıl hesaplanabileceğini gösteren ve Born kuralı olarak bilinen ampirik formül ile ilgilidir. (Teknik terimlerle, Born kuramı, X özelliklerine sahip bir kuantum sisteminin bulunma olasılığını, dalga fonksiyonunun X’deki değerinin karesini alarak ölçebiliriz.)

Fuchs, Born kuralının hemen tamamen olasılık kuramı dili ile dalga fonksiyonunun sözünü etmeden yeniden yazılabileceğini göstermiştir. Born kuralı, dalga fonksiyonu ile deneysel sonuçlar arasında bir köprü olarak kullanılıyor. Böylece Fuchs, sadece olasılıkları kullanarak deney sonuçlarını önceden bildirebileceğimizi göstermiştir.

Fuchs’a göre, Born kuramının yeni ifadesi bir başka gizli noktayı açığa çıkarır. Dalga fonksiyonu sadece, gözleyiciye kişisel inançlarını, ya da çevredeki kuantum dünyasındaki olasılıkları nasıl hesaplayabileceğini açıklayan bir alettir.

“Bu aydınlamada Born kuramı Bayesien olasılığa katkı olarak, bir çeşit daha objektif olasılıklar sağlamak anlamında değil, fakat fiziksel dünya ile karşılaştığında, gözlemcinin davranışını etkileyecek ekstra kurallar sağmak anlamında bir katkı yapar,” diyor Fuchks.

Yeni denklemin basitliği şaşırtıcıdır. Bir küçük ayrıntı dışında, toplam olasılık yasasına benzemektedir. Mantıki zorunlulukla mümkün olan bütün sonuçların toplam olasılığının birime ulaştığı görülür. Örneğin para atma örneğinde, tura gelmesi olasılığı (½) artı yazı gelmesi olasılığı (½) toplamı 1’e eşittir. Kuantum mekaniğine olan bir ve tek referans, kuantum kuramında olasılığın nasıl hesaplanacağının açıklanmasıdır. Bu ise sistemin kuantum boyutu olarak d ile gösterilir. Bu anlamda boyut uzunluk veya genişlik olarak değil fakat kuantum sisteminin kapsadığı hallerin sayısı olarak ortaya çıkar. Örneğin tek bir elektronun spini yukarıda veya spini aşağıda olmak üzere kuantum boyutu 2 olur.

Fuchs, kuantum boyutunun sistemin “kuantum doğasının ” sadeleştirilemeyen özgül bir halini işaret ettiğini bildiriyor. Bu ise bir eşyanın kütlesinin onun gravitasyonel ve atalet özelliklerinin açıklaması anlamındadır. Bütün kuantum mekaniksel hesaplarda d örtülü (implicid) ise de, temel bazı denklemlerde belirgin (explicid)’dir. Born kuramının bu yeni şekli ile Fuchs kuantum mekaniğinin yeni bir görünüşüne yol açan anahtarı bulduğunu ümit ediyor.

Kuralın (Born kuralının) yeni görünüşü için, bütün kuantum kuramının en anlamlı aksiyomu olduğunu ileri sürerek, oynuyorum diyor.

 

YENİ BİR GERÇEK

QBism’e yapılan eleştirilerden biri, bilinen kuantum mekaniğinin yaptığı gibi, kompleks makroskopik olayları daha ilkel mikroskopik olaylarından yararlanarak açıklayamamasıdır.

QBism için bu güçlüğü aşmak için en doğru yol, yeni zorlayan varsayımlar altında, standard kuantum mekaniği kuramının yaptığı gibi başarılı olmasıdır. Bu amaca henüz ulaşılmadı, ancak şimdi bile QBism fiziksel gerçek için yeni bir görüş öneriyor. Dalga fonksiyonunu kişisel bir inanç düzeyinde yorumlayarak Bohr’un “fizik bizim doğa hakkında söylediklerimizle ilgilidir.”

QBism’i önerenler bir deney yapılıncaya kadar, onun sonuçlarının olmayacağı görüşünü benimsemişlerdir.

Örneğin, bir elektronun hızının ve yerinin ölçülmesinden önce, elektronun bir hızı ve yeri bulunmuyor. Ölçme sorudaki özelliği ortaya çıkarır. Fuchs’un söylediği gibi, deneycinin serbest seçimi ile yapılan her ölçmede, dünya bir miktar şekil değiştirir. Bunu yaparak, evrenin yeniden oluşmasına etkin bir katkıda bulunmuş oluruz.

Yazar: Hans Christian vob Baeyer William ve Mary Kolejinde 38 yıl ders veren bir kuramsal tanecik fizikçisi emekli rektör profesördür. Amerikan Fizik Derneği üyesi, altı popüler bilim kitabı yazmıştır. Amerikan Fizik Enstitüsünün Bilim Yazımı Ödülünü (iki kez), Westinghouse AAAS Yazı Ödülünü, deneme ve eleştirileri için National Magazie Ödülünü kazanmıştır.

(*) Yazının ilk bölümü, CBT sayı 1426’da yayımlandı..