Kuantum Mekaniği

Fizik, Evrendeki bütün fiziksel olayları açıklamaya çalışan bilim dalıdır. Fizik evrenin çalışma prensiplerini açıklar.
Bizler evrenin çalışma prensiplerini öğrendikçe evrenin gelecekte neler yapabileceğini ön görürüz. Bu öngörüyle birlikte teknolojilerimiz geliştiririz. Mesela bir uçağın uçmasını sağlayan çalışma prensibini bilince onu uçurmak ve tekrar yere indirmek bir düğmeye basmak kadar kolaylaşıyor. Fizik ilerledikçe problemler daha da zorlaştı. Ve 20 yüzyılın başlarında fizikçiler mevcut fizik yasalarıyla açıklayamadıkları bir kaç olayın farkına vardılar. Mevcut fizik yasaları şimdiki ismiyle klasik fizik yasaları ,evrenin bir çok olayını açıklıyordu ve çok iyi bir şekilde de öngörmemize yardımcı oluyordu. Fakat maddenin boyutu küçüldükçe ve hızı arttıkça klasik fizik yasalarını yetersiz kalmaya başladı ve buradan da Kuantum mekaniği doğdu. Öncelikle şunu belirtmem gerekiyor ki günümüzde hala hem klasik fizik hem de kuantum fiziği kullanılmaktadır. ikisi de tam olarak fizik yasalarını açıklayamaz sadece bazı durumlarda biri diğerinden daha doğru yanıtlar verir.

Klasik fiziğin çöküşü;
Klasik fizikte madde sürekli ve içi dolu olduğu düşünülüyordu ve Işık bir parçacık halinde hareket ettiği düşünülüyor Fakat RUTHERFORD, yaptığı deneylerle maddenin içi boşluklarla dolu olduğu fark edildi ve çift yarık deneyiyle birlikte ışığın dalga özelliği keşfedildi. Ve bunların üzerine Kuantum mekaniği ortaya atıldı.

Kuantum Mekaniği 

Kuantum Mekaniği, atom ve atom altı parçacıkları açıklamak için ortaya atılmış bir teoridir. Atom ve atom altı parçacıkları derken
atom,molekül, elektron, proton, nükleon,foton(ışık) parçacıklarını kastediyorum. Yazım boyunca atom ve atom altı parçacıklarına parçacık diyeceğim. Bu parçacıklar, bizim ve çevremizde gördüğümüz her şeyin temel yapı taşlarıdır. Bizim yaşadığımız fiziksel dünyanın temel yapı taşlarını oluştursalar da onların birbirleriyle bulunduğu fiziksel etkileşimleriyle bizim çevremizde gördüğümüz fiziksel etkileşimler arasında büyük bir fark vardır. Mesela bizi etkileyen en büyük kuvvetlerden biri yer çekimi. yer çekimi kütle ile doğru orantılı olduğu için atom altı boyutlara indikçe yer çekiminin etkisi azalır. Bunun tersine ;elektromanyetik kuvveti ,güçlü nükleer kuvveti, zayıf nükleer kuvveti artar. Bu kuvvetlerin etkisi altında olan parçacıkların davranışları da doğal olarak bizim boyutlardan farklı oluyor. Mesela zayıf nükleer kuvveti , atom bombasında ki asıl enerjiyi veren kuvvet. Güçlü nükleer kuvvet, proton ve nükleonu beraber aynı çekirdekte durabilmesi sağlayan kuvvet. Elektromanyetik kuvvet ise bizim boyutlarda da mevcut olsa da hayatımızda özel uygulamalar dışında bizi parçacıkları boyutundaki kadar etkilemiyor.

bunların dışında bizim boyutlardan farklı olarak parçacıklar üzerinde ölçüm yaptığımızda; ölçüm yaptığımız cihazlar, parçacıkları etkilediği için biz hiç bir zaman tam olarak doğru ölçümlere erişemiyoruz. Bu problemden dolayı belirsizlik ilkesi ortaya atılmıştır.

Belirsizlik İlkesi

 Kuantum dünyasından bahsedilen parçacıklar çok küçük kütleli ve çok hızlı parçacıklar olduğu için onların yer ve hız tespitlerini yapabilmemiz için parçacıklara ışınlar gönderiyoruz. Bu ışınlar eğer çok güçlü olursa parçacığın konumunu tespit edebiliyor,fakat; hızı bu güçlü ışın ile değiştiği için yanlış ölçülüyor. Öbür türlü, Eğer biz zayıf bir ışın gönderecek olursak;
hızını doğru ölçüyoruz ama bu sefer konumunu tam olarak belirleyemiyoruz. Bundan dolayı biz hiçbir zaman tam olarak bir parçacığın hem konumu hemde hızını aynı anda ölçemediğimiz için bu duruma belirsizlik ilkesi deniliyor.

Albert Einstein, fizik yasalarıyla her şeyin tam olarak ölçülebileceğini ve öngörebileceğini inanırdı. Her şeyin bir neden sonuç ilişkisine bağlı olduğunu düşünürdü. Fakat Kuantum mekaniğinin getirdiği bir kaç ilke Albert Eistein’ın düşüncelerine ters düşüyordu. Bunlardan biri biraz önce bahsettiğim Belirsizlik ilkesi ve diğer ise ilerde bahsedeğim Kuantum Dolanıklığı.

Albert Eistein, belirsizlik ilkesine karşı çıktı. Çünkü Albert Einstein’a göre evren bir saat gibi çalışıyor olmalıydı her şeyin önceden net olduğu belli bir evren. Fakat belirsizlik ilkesi ise ona evrenin bir zar gibi rastgele çalıştığını söylüyordu.   Albert Einstein, Belirsizlik ilkesine karşı şu cümleyi söylemiştir: “Tanrı zar atmaz” devamında ise Belirsizlik ilkesinin çözülememe sebebinin bizim teknolojimizin ölçümler için yetersiz olması bağlıyordu. Albert Eistein. 1930 da tartışılan bu konu günümüz teknolojileriyle de hala hesaplanamıyor.  Bunun üzerine  kaos teoresi/ ortaya atılıyor.

Kuantum Dolanmasına geçmeden önce kuantum dolanmasında çok bahsedeceğim spin kuantum sayısını açıklayayım. Her atom ve atom altı parcaçığın bir kuantum durumu vardır.
Bu kuantum durumları bir nevi parçacığın adresini ifade etmek kullanılan bir tanımlamadır. Bu kuantum durumları 4 sayı ile ifade edilir. Bu dört sayı hiçbir zaman farklı iki parçacık için aynı olamaz. her parçacığın kuantum durumu farklı olmalıdır. Bu sayıları;

1. Baş kuantum sayısı ( n)
2. Açısal momentum kuantum sayısı ( l)
3. Manyetik kuantum sayısı ( ml)
4. Spin kuantum sayısı (ms)

Özelikle spin kuantum sayısı, parçacığın dönüş yönünü ifade eder. Biz bu dönüş yönünü saatin yönü ve ya saatin dönme yönünü tersi gibi düşünebiliriz.

Kuantum Dolanması

Kuantum dolanması ilkesi, iki veya daha fazla parçacığın birbirlerinin kuantum durumlarını etkilenmesi olayını açıklar. İki ve ya daha fazla parçacık birbirleriyle dolanık halde ise, birinin spin kuantum sayısını değiştirseniz diğerlerinki de aynı anda değişir. mesafeden bağımsız olarak spin sayısı aynı anda değişmesi parçacıkların birbiriyle ışıktan daha hızlı bir iletişim kurduğunu gösteriyor. 

Hızın mesafe/geçen süre olduğunu biliyoruz. Ve geçen zaman sıfıra eşit çünkü değişim aynı anda gerçekleşiyor bu yüzden bir geçen süre yok ortada. Ve herhangi bir sayıyı sıfıra bölersek sonuç sonsuzdur. Buradan çıkacak sonuç iki parçacığın aralarındaki iletişim sonsuz bir hız ile gerçekleşiyor.

İşte tam bu noktada yani hızın sonsuz olmasından dolayı Albert Einstein kuantum dolanması teorisine itiraz ediyor. Sebebi ise ;
 Albert Einstein’a göre ve Albert Einstein ortaya koyduğu görecelilik teorisine göre hiçbir şey ışık hızından daha hızlı gidemez.
Bu duruma örnek vermem gerekirse eğer güneş ortadan kaybolsa biz bunu 8 dakika sonra hissederiz çünkü güneşin dünyaya gönderdiği ışıklar ve yer çekimi kuvveti en fazla ışık hızıyla gidebildiği için güneşin kaybolmasını ancak ve ancak 8 dakika sonra fark edebileceğimizi söylüyor.
Faket, bazen büyük bilim adamları bile yanılabilir. Şu an ilke olan Kuantum dolanması kanıtlanmıştır. 

Biz kuantum dolanmasını kullanarak bilgiyi ışınlayabiliriz. Işınlanmadan kasıt şu bir bilgiyi aynı anda başka bir yere göndermek. İki birbiriyle dolanmış parçayı alıyoruz ve bunları birini alıcıya diğerini de vericiye veriyoruz. Bu parçacıklarından birinin spin kuantum sayısını değişirse bundan dolayı diğerinin de aynı anda değişeceğini bildiğimiz için biz spin kuantum sayısını değiştirerek bilgiyi sonsuz bir hızla karşı tarafa gönderebiliyoruz.

Kuantum dolanması Uygulamaları

Kuantum dolanmasının sonsuz bir hıza sahip olması bize teknolojide çığır açacak bir güç veriyor. Bu güç ile biz Kuantum bilgisayar ve kuantum haberleşme sistemleri yapmaya başladık. Geçtiğimiz yıl Çin kuantum uydusu gönderdi. Ve ondan önceki yıllarda da Google Kuantum dolanmasını kullanarak ilk kuantum bilgisayarı tasarladılar. Bu yeni kuantum sistemlerin normal sistemlerden kat ve kat daha hızlılar. Ve gelecek 5 yıla kadar artık klasik bilgisayarların daha fazla hızlanamayacağı bir sınıra yaklaşıyoruz. O sınırla beraber herkes gözünü kuantum bilgisayarlarına çevireceğini düşüyorum. 

Kuantum dolanması gelecek teknolojilerinin anahtarı olduğunu düşünüyorum siz bu konu hakkında ne düşünüyorsunuz? 🙂 Okuduğunu için teşekkür ederim teşekkür ederim 🙂

Kaynaklar:

http://www.bilimgenc.tubitak.gov.tr/makale/bir-kuantum-mekanigi-bilmecesi-spin

https://evrimagaci.org/kategori/kuantum-fizigi-251

https://www.sciencedaily.com/terms/quantum_entanglement.htm

http://www.sciencemag.org/news/2018/04/einstein-s-spooky-action-distance-spotted-objects-almost-big-enough-see

http://www.kuark.org/2014/05/kuantum-fizigi-ne-anlama-geliyor/

Quantum Entanglement & Spooky Action at a Distance:
https://www.youtube.com/watch?v=ZuvK-od647c