Gelecek yıl, Alman teorik fizikçi Werner Heisenberg’in saman nezlesinden kaçarak Kuzey Denizi’ndeki Helgoland adasına sığındığı yazın yüzüncü yılı. Orada, atomların şaşırtıcı spektroskopik gözlemlerini -iyi tanımlanmış, karakteristik frekanslarda ışık emip yaydıkları- matematiksel biçimde ifade etmenin bir yolunu buldu. Heisenberg’in akıl hocası, Danimarkalı fizikçi Niels Bohr, spektrumların, bir atomun elektronlarının yalnızca belirli enerjilere sahip olabileceği, frekansına orantılı bir enerjiye sahip tek bir ışık “kuantumu” yayarak veya emerek bir enerji seviyesinden diğerine geçebileceği varsayımıyla anlaşılabileceğini öne sürmüştü. Işığın bu kuantum hipotezi, Albert Einstein tarafından 1905’te öne sürülmüştü ve Bohr bunu, klasik terimlerle hiçbir anlam ifade etmese de yeni bir atom teorisine dönüştürmüştü.

Bu “kuantum sıçramalarının” izin verilen enerjilerini deneysel olarak gözlemlenen değerlerin bir matrisi olarak ifade ederek Heisenberg, yeni kuantum teorisini geçici de olsa gerçek bir kuantum mekaniğine dönüştürdü. Matris cebiri, bir parçacığın hem konumunu hem de momentumunu keyfi bir doğrulukla aynı anda bilmenin mümkün olmadığını ima ediyordu. Bu “kesinsizlik ilkesi”, kuantum fiziğinin atom dünyası hakkında sahip olabileceğimiz bilgiye sınırlar koyduğunu ileri sürüyordu.

Bohr, Heisenberg ve Kopenhag’daki işbirlikçileri bu kısıtlamanın temel olduğunu ileri sürmeye devam ettiler. Bu, şeylerin tam olarak nasıl olduğu konusunda cahil kalmaya mahkûm olduğumuz anlamına gelmiyor, daha ziyade ölçülene kadar anlamlı bir “şeylerin nasıl olduğunu” bilemeyeceğimiz anlamına geliyor. Bu öneri, Bohr ve Einstein arasında ortak yaşamlarının çoğunda süren iyi huylu ama keskin bir tartışmayı ateşledi. John Heilbron ve Jim Baggott yeni kitapları Quantum Drama: From the Bohr-Einstein Debate to the Riddle of Entanglement ‘da “Einstein taviz veremezdi . Bu ayrık bireysel nesneler, kabul edilebilir bir dünya tasarımının temel özelliklerini ortadan kaldırırdı” diye yazıyorlar. Fizikçi ve bilim yazarı Baggott ve 2023’te ölen bilim tarihçisi Heilbron, kuantum mekaniğinin başlangıcından günümüzün kuantum bilgi teknolojisinin en ileri noktasına kadar olan tarihini anlatıyor.

Einstein, “Kopenhag” görüşüne karşı yeni itirazlar uydurmaktan asla yorulmadı. Günün önde gelen fizikçilerini bir araya getiren 1930’daki Belçika’daki Solvay Konferansı’nda, Bohr’u bir yaydan sarkan, içinde bir foton (kaçan) ve sabit bir saat bulunan ağır bir kutuyu içeren paradoksal bir düşünce deneyiyle karşı karşıya getirdi. Bohr, birçok şüpheyi yatıştıran ancak Bohr’un kendisini tatmin etmemiş gibi görünen bulmacaya bir yanıt üretti. Heilbron ve Baggott, “Hayatının geri kalanında bunun için endişelendi,” diyorlar. “Cihazın kaba bir taslağı, öldüğü gün kara tahtasındaydı.”

Einstein’ın muhalefeti, kuantum mekaniğinin derinden sezgiye aykırı doğasını açığa çıkardı – en ünlüsü 1935’te genç meslektaşları Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile birlikte tasarladığı bir düşünce deneyindeydi. Bu “EPR [Einstein-Podolsky-Rosen] deneyi”, iki parçacık etkileşime girdikten sonra, kuantum mekaniğinin, özelliklerinin bundan sonra birbirine bağımlı kalması konusunda ısrarcı göründüğünü, böylece bir ölçümün ikisi arasında imkansız anlık sinyalleşmeyi ortaya çıkardığını gösterdi. Einstein’ın Kopenhag görüşüne karşı antipatisini paylaşan Erwin Schrödinger, bu etkiye “dolanıklık” adını verdi.

Einstein’a göre, EPR paradoksu ancak dolaşık parçacıkların her zaman sabit özelliklere sahip olduğu ancak gözlemlenemeyen ve dolayısıyla “gizli değişkenler” ile karakterize edilen özelliklere sahip olduğu varsayılarak çözülebilirdi. Sorun, hem Bohr’un hem de Einstein’ın yorumlarının aynı deneysel tahminleri yapmasıydı. Sorunu çözmenin belirgin bir yolu olmadığından bir kenara bırakıldı ve 1940’larda ve 1950’lerde birçok araştırmacı bu tür “temel” soruları anlamsız veya hatta yakışıksız buldu. Kuantum mekaniği pratikte bu kadar iyi çalışırken kimin umurundaydı! Bu, özellikle pragmatik ABD’de baskın olan, Amerikalı fizikçi David Mermin tarafından “çeneni kapa ve hesaplamaya devam et!” olarak tanımlanan ünlü tutumdu. Bu tür konulara ilgi duymak, kariyer intiharına eşdeğer olabilirdi. Kitaba göre, Mermin’e Harvard’da “Böyle saçmalıklarla dikkatinizin dağılmasına izin verirseniz asla doktora yapamazsınız” denmişti. “Çok felsefi olmayan zamanlardı” diyor.

Nobel ödüllü Murray Gell-Mann, Bohr’u bir nesil fizikçinin beynini yıkayarak kuantum mekaniğinin bulmacalarının çoktan çözüldüğü düşüncesini aşılamakla suçladı.

Bilim tarihçisi Mara Beller, 1999 tarihli Quantum Dialogue kitabında Bohr ve meslektaşlarını Kopenhag ortodoksluklarını dayatmakla ve David Bohm’un “pilot dalgaları” ve Hugh Everett’in “evrensel dalga fonksiyonu” gibi alternatif yorumları marjinalleştirmek veya alaya almakla suçladı. Bu, kuantum mekaniğinin “çoklu dünyalar” yorumu olarak da bilinir. Nobel ödüllü Murray Gell-Mann ise Bohr’u bir nesil fizikçinin beynini yıkayarak kuantum mekaniğinin bulmacalarının çoktan çözüldüğüne inandırmakla suçladı. Ancak Heilbron ve Baggott, suçu toplumun genelinin ilgisizliğine yüklemenin daha adil olduğunu gösteriyorlar. Paul Dirac’ın teorinin metafizik bilmeceleri hakkında söylediği gibi: “Birçok insan [onlar] hakkında hiç endişelenmeden uzun ve verimli hayatlar yaşıyor.”

Ancak bu tutum, 1964’te Kuzey İrlandalı fizikçi John Bell’in sözde gizli değişkenli modelleri standart kuantum mekaniğinden ayırmanın bir yolunu bulmasıyla değişmeye başladı. Tek gereken biraz ciddi düşünmekti – “Bell’in eşitsizliğinde kuantum kurucularının bilmediği hiçbir şey yoktu” diyor yazarlar.

İronik olarak Bell ünlü testini Bohrcu kuantum mekaniğinde bir kusur bulmak istediği için ortaya attı. Aynı şekilde, bu testi deneysel olarak yürüten ilk kişi olan John Clauser da Berkeley’deki California Üniversitesi’nde Stuart Freedman ile birlikte çalıştı. Yine de bu deney ve daha sonra gerçekleştirilen diğer birçok deney, tek başına kuantum mekaniğini kesin olarak destekledi ve tüm gizli değişkenleri dışladı – en azından ölçümden önce belirli bir konumda her parçacığa sabit özellikler atamak için yerel olarak uygulananları. (Bu, Bohr’un haklı olduğu anlamına gelmez, ancak Einstein’ın konumunu kurtarmak artık neredeyse imkansız görünüyor.) Kitap, Bell ve Clauser’in çalışmalarından sonra kuantum temellerine olan ilginin yeniden canlanmasının mükemmel bir hesabını veriyor ve özellikle Clauser’in 2022 Nobel ödüllü arkadaşları Anton Zeilinger ve Alain Aspect’i içeriyor. Boş felsefe yapmaktan uzak olan bu tür çalışmalar artık kuantum hesaplama ve kuantum kriptografisi gibi teknolojilerin temelini oluşturuyor.

Quantum Drama, geniş bir oyuncu kadrosuyla karmaşık bir hikaye anlatıyor. Yazarlar bazen okuyucularından çok şey talep etse de, daha iyi bir anlatım okumadım: dengeli, yetkili ve zarif bir espriyle baharatlandırılmış. Heilbron ve Baggott, erken kuantum öncülerinden birkaçının Japonya’ya yaptığı bir geziyi anlatırken, bir pagodanın önünden geçerken “Heisenberg’in kendiliğinden ona tırmandığını ve uluyan bir rüzgarda tek ayak üzerinde tam tepesinde (genişlik ∆q) durarak, onu devirmek için çok küçük bir belirsizliği, ∆p’yi mutlu bir şekilde koruduğunu” anlatıyorlar.

Bu kitap herkes için her şeyi ifade etmeyecektir. Heilbron’un daha önceki kitabı Niels Bohr: A Very Short Introduction  ‘da olduğu gibi, Bohr atomunun tanımı o kadar tekniktir ki uzmanlar dışında herkes için neredeyse anlaşılmazdır ve bu da kitabın daha başlarında zorlu bir engel oluşturur. Ve Bell testlerinin açıklamaları gibi, ayrıntılar arasında nitel anlamın özlü bir özetini özlediğiniz başka durumlar da vardır. Bazen okuyucu, çelişkilerini nasıl aşacağına dair fazla bir gösterge olmaksızın uzmanlardan gelen bir dizi yorumla karşılaşır. Ancak bu durum kitabı genel okuyucu için zaman zaman zorlayıcı hale getirse de azmin getirisi önemlidir. Kuantum mekaniğinin popüler düzeyde bir anlatımının yazarı olarak, bu tür çabaları bir kenara bırakıp bu daha kapsamlı cildi tercih etmeyi önermekte tereddüt ediyorum – ancak bu kitabı okuyana kadar bu tür tüm anlatımlara ihtiyatla yaklaşmanızı kesinlikle öneririm.

• 2024 Oxford University Press 352 sayfa

İlave Okuma Önerisi

Bohr-Einstein Tartışmasıyla ilgili Prof. Dr. Şevki Işıklı’nın yazdığı “Bir Fotoğraf, İki Deha, Yüzyıllık Tartışma” başlıklı makaleyi buraya tıklayarak okuyabilirsiniz.