Belirsizlik İlkesi'ni Çürütmek Amacıyla Yapılıp Kuantum Fiziğine Katkıda Bulunan Deney: EPR

epr paradoksu, 1935 senesinde einstein, podolsky ve rosen tarafindan yazilmis "fiziksel gercekligin kuantum mekaniksel aciklamasi tam olarak yapilmis sayilir mi?" makalesiyle gündeme gelmis ve kuantum bilimciler arasinda fikir ayriliklarina neden olmustur. günümüzde bilim dünyasi artik paradoksun kendisiyle degil ama paradoksun varsaydigi birbirleriyle derin baglar icindeki iki "ilintili" parcacigin birbirlerinden ayrildiktan sonraki davranislari üzerine kafa yormaktadir. oyle ki uzay yolu dizisiyle tanistigimiz isinlama kavrami yalniz ve yalniz epr'nin bahsettigi bu birbirileriyle ilintili parcaciklar yardimiyla mümkündür. teorik olarak isbatlanmis bu gercegin pesinden gelen deneyler bu ilintili parcacik ciftinin nasil olusturulmasi gerektigini arastirir (basarilan kismiyla foton - yani isigin kuantum parcacigi- isinlanmasi yapilmis simdi sira elektrona gelmistir!). 

konuya tekrar dönecek olursak, epr paradoksu birbirleriyle derin baglar icinde olan iki parcacigin birbirinden ayrilip, sözgelimi birincinin saga ve digerinin sola gitmesi durumunda bu parcaciklar arasindaki korelasyona bakarak heisenberg belirsizlik ilkesini cürütür. einstein ve arkadaslarina göre ilk parcacigin konumunu ögrenmek icin yapilmasi gereken ikinci parcacigin konumunu ölcmektir, cünkü bu iki parcacik arasindaki ilinti birincinin konumunu ve kesin ve net bir sekilde bize verecektir. ayni sekilde ilk parcacigin momentumu icin ikincinin momentumunun ölcülmesi gerek ve yeter kosuldur. neticede ilk (yani sag tarafa giden) parcacigin hem konumu hem de momentumunu o parcacik uzerinde hicbir gözlem yapmadan (sadece ikinci parcacik uzerinde gözlemler yapilarak) kesin bir sekilde ögrenebiliriz!!

bu, bir parcacigin konum ve momentumunun ayni anda kesin olarak bilinemeyecegini söyleyen heisenberg belirsizlik ilkesi ile celiskili bir durum yaratir. einstein ve arkadaslari bu celiskinin kuantum mekaniginin hala eksik bir teori oldugunu gösterdigini söyleyerek bitirirler makalelerini.

kuantum mekaniğinde, gözlenebilir parçacıklar üzerinde yapılan ölçümlerde kesin bir sonuç bulmak söz konusu değildir. bu durum, ölçüm cihazlarının yetersizliğinden kaynaklanmaz, matematiksel bir ilke olarak kendini gösterir. kuantum dünyasında bir parçacık, ancak belli olasılıklarla belli kuantum durumlarında bulunur ve o parçacığın ölçüm yapılmadan önceki pozisyonu, sahip olabileceği tüm kuantum durumlarının bir lineer kombinasyonu (süperpozisyonu) olarak ifade edilir. bu açıdan bakıldığında günümüzde hala geçerliliğini koruyan kuantum fiziği, bir gözlenebilir üzerinde ölçüm yapıldığında, o gözlenebilirden alınan sonuçların hangi olasılıklarla, hangi değerler olacağının teorisi olarak kabul edilebilir. işte bu nedenledir ki kuantum fiziğinde belirlenimlik, yani determinizm yer almaz.

klasik mekaniğin doğurduğu ve daha sonra da üzerinde yükseldiği nedensellik ilkesi yirminci yüz yılın ortalarından sonra çökmeye başlamıştır. bununla birlikte, evrene karşı determinist ve realist yaklaşımdan vazgeçemeyen birçok ünlü fizikçi, kuantum teorisinin eksik olduğunu ve düzeltilmesi gerektiği tezini savunmaktan geri kalmamıştır. albert einstein'ın 15 mayıs 1935'te çalışma arkadaşları boris podolsky ve nathan rosen ile birlikte yayımladığı epr paradoksu olarak bilinen makale de, kuantum teorisine yönelik olan bu konudaki saldırılardan birisidir.

epr paradoksundan bahsetmeden önce kuantum mekaniğindeki dolanıklık kavramını anlamak gerekir. kuantum dolanıklık, sahip olabileceği herhangi bir kuantum durumunda bulunan bir sistemin içinde yer alan birden fazla alt sistem arasındaki bağıntıdır. kuantumun kopenhag yorumuna göre parçacık üzerinde ölçüm yapmak, o parçacığın süperpozisyonunu bozar ve gözlenebilirin, sahip olduğu kuantum durumlarından birine çökmesine neden olur. bu ise, parçacığın ölçüm yapıldıktan sonra bulunan değeriyle artık bundan sonra yapılacak tüm ölçümlerde bulunacak değerinin aynı olması anlamına gelir. dolanık parçacıklar da bu ilkeye uyar. örneğin iki parçacıktan oluşan dolanık bir sistem ele alınacak olursa, birinci parçacık üzerinde bir ölçüm yapmak, sadece o parçacığın kuantum durumunu sahip olduğu durumlardan birine çökertmekle kalmayacak, ikinci parçacığın kuantum durumunu da artık belirli kılacaktır. yani basit olarak denilebilir ki, parçacıklardan biri üzerinde ölçüm yapmak sadece o parçacığı değil, onunla dolanık olan diğer parçacığı da etkilemiş olacaktır. ayrıca, gözlenebilirler artık belirli bir kuantum durumunda bulundukları için üzerlerinde yapılacak farklı ölçümlerden de artık hangi sonuçların alınacağı belirlidir. işte albert einstein'ın bir itirazı bu noktada başlamaktadır. einstein için, kuantum mekaniğine göre komütatif(sıra değişmeli) olmayan operatörlere karşılık gelen özdeğerlerin aynı anda bulunabileceğini gösteren bu sonuç, kuantum mekaniğinin eksik olduğunun bir kanıtıdır. çünkü bu durum belirsizlik ilkesine aykırıdır.

epr paradoksunun bir başka güçlü dayanak noktası ise özel görelilik teorisinin öne sürdüğü yerellik ilkesidir. bu ilkeye göre evrende hiçbir şey ışık hızından daha hızlı hareket edemez. dolayısıyla da hiçbir çift arasında ışıktan daha hızlı veri aktarımı olamaz. yani bir referans noktasında meydana gelen fiziksel bir olayın, farklı bir referans noktasını etkilemesi için belirli bir sürenin geçmesi şarttır. fakat dolanık çiftler için bu durum söz konusu değildir.
daha önce de belirtildiği gibi, parçacıklardan birisi üzerinde ölçüm yapmak, dolanık olduğu diğer parçacığın kuantum durumunu da anlık olarak etkilemektedir. yani kuantum mekaniği yerellik ilkesini ihlal eder. einstein'ın kendi deyimiyle, parçacıklar arasında bir tür sözüm ona telepati vardır. kendine ait olan özel görelilik kuramına çok güvenen einstein için bu durum, göreliliğin temel postulasıyla çeliştiği için kuantum fiziğinin hala eksik olduğunun açık bir delilidir ve bu yüzden de kuantum mekaniğinin bu noktası yeniden düzenlenmelidir.

yayımlanan ve bilim dünyasına bomba gibi düşen bu makaleden sonra, konuyla ilgilenen fizikçiler tam bir arayış sürecine girmiştir. önce dolanık çiftler arasındaki veri aktarımının yerellik ilkesine uydurabilmek için ortaya bir gizli değişken iddiası atıldı. daha sonra von neuman, herhangi bir gizli degiskenler kuramının kuantum teorisiyle aynı sonucu veremeyeceğini matematiksel olarak ispatladı. bununla birlikte, 1951 yılında david bohm yayımladığı bir makalede, kendi kurduğu gizli değişken kuramı ile yapılan hesaplamalardan çıkan sonucun, kuantum teorisinin öngördüğü sonuçlar ile tutarlı olduğunu gösterdi. daha sonraki yıllarda ise kuzey irlandalı bir fizikçi olan john stewart bell, sadece von neuman'ın yaptığı hesaplamalarda bir yanlışlığın olduğunu değil, aynı zamanda bohm'un da öne sürdüğü gizli değişkenler kuramı ile kuantum teorisinin öngörülerini elde etmenin imkansız olduğunu ispatladı. kısaca denilebilir ki, yerel gizli değişkenler üzerine kurulan teorilerden hiç biri kuantum mekaniğinin tüm öngörülerini türetemez. j. s. bell'in 1964 yılında yayımladığı makalede ispatlanan ve bugün bell teoremi (bell eşitsizliği) olarak bilinen teoremin ortaya koyduğu budur.