Gerçeklik nedir?

Kuantum fiziğinin 100. yıldönümünde, uzmanlar tam olarak ne anlama geldiği konusunda fikir ayrılığına düştüler. Kesin olan şu ki, modern fizik gerçeklik anlayışımızı altüst ediyor.

Kuantum fiziği, akıllı telefonlardan lazerlere kadar günlük hayatımızdaki birçok teknolojide kullanılıyor. Ancak onu nasıl anlayacağımızı hâlâ tam olarak bilmiyoruz.

Albert Einstein, bir zamanlar kendi fikirlerini “aptalca” olarak tanımlayan, kendini eleştiren bir adamdı. Ancak bazı konularda görüşlerine son derece inatla bağlı kaldı ve biyografisinde en büyük yenilgisini arayan herkes, kaçınılmaz olarak gerçeğin ne olduğu sorusuyla karşı karşıya kalır.

Gerçekliğe modern fiziğin yardımıyla yaklaşıldığında, kuantum fiziğinin yorumlarının mayın tarlasına girilir. Nasıl saydığınıza bağlı olarak, yaklaşık 20 ila 30 ana varyant ve bunların içinde de varyasyonlar bulunur. Bunlar, aynı deneysel tahminleri yapmaları ancak farklı felsefi yorumlara izin vermeleri bakımından benzerdir. Kesin olan şu ki, modern fizik gerçeklik anlayışımızı sarsmıştır. Ancak kuantum mekaniğinin bu yılki 100. yıldönümünde bile, uzmanlar gerçekliğin doğası hakkında bundan ne gibi somut sonuçlar çıkarabileceğimiz konusunda hâlâ fikir birliğine varamıyorlar.

Merkezi bir unsur olarak şans

1925 yılında, Alman fizikçi Werner Heisenberg, Heligoland adasında, atomdaki süreçleri doğru bir şekilde hesaplayabilen ilk formülü yazdı. Atomda neler olup bittiğini henüz tam olarak anlamamıştı. Ama bu bir sorun değildi. Onun yaklaşımından ortaya çıkan yeni kuantum teorisi, mikrokozmostaki her deneyi doğru bir şekilde tahmin edebiliyordu. Ancak tahminler genellikle yalnızca olasılıklardan oluşuyordu. Böylece şans, teorinin temel bir bileşeni haline geldi.

Bu sadece matematiksel bir tanımlamanın özelliği miydi, yoksa gerçekliğin kendisi miydi? Atomda gerçekte neler oluyor? Bu ve bunu sormanın caiz olup olmadığı sorusu, Niels Bohr ve Albert Einstein arasında bir tartışmaya yol açtı. Bu tartışma, 1927’de Brüksel’deki Solvay Konferansı’nda doruk noktasına ulaştı. İkili, orada, yeni ortaya çıkan kuantum teorisinin önde gelen isimlerinin huzurunda konuyu tartıştı.

Bohr ve meslektaşları, özellikle de Werner Heisenberg, kuantum fiziğinin bir yorumunu geliştirdiler. Bu yorum, pratik formüllerin nasıl anlaşılabileceğini açıklamayı amaçlıyordu. Bu Kopenhag yorumu şöyle diyordu: Atomdaki süreçler tam olarak anlaşılamaz. Orada gerçekte ne olduğu henüz cevapsız. Şans sadece tanımın değil, aynı zamanda dünyanın da bir parçası. Teoriye hiçbir şey eklenemez. Einstein ise aynı fikirde değildi. “Yaşlı Adam”ın -yani Tanrı’nın- zar atmadığına ikna olmuştu. Ona göre daha fazlası olmalıydı.

“Kuantum dünyası diye bir şey yoktur”

Bohr, kuantum dünyasındaki sezgisel olmayan süreçler ile günlük deneyimimiz arasındaki bariz çelişkiyi, “Kuantum dünyası diye bir şey yoktur, yalnızca soyut bir kuantum fiziği tanımı vardır” diyerek çözmeye çalıştı. Böylece gerçekliğin ne olduğu sorusu bir kez daha belirsizliğini korudu. Yine de, kuantum fiziğinin Kopenhag yorumu hızla resmi doktrin haline geldi.

Bu tartışmalarla Einstein, Bohr ve meslektaşları, antik çağda hararetli tartışmalara yol açmış bir soruyu ele aldılar. Herakleitos, ünlü “panta rhei” (“her şey akar”) özdeyişiyle ünlü bir duruşu temsil ediyordu. Dolayısıyla gerçeklik, sabit bir durum değil, sonsuz bir değişimdir. Buna karşılık Parmenides, değişim ve çokluğun yanılsama olduğuna inanıyordu. Onun felsefesine göre, tek bir bölünemez, sonsuz varlık vardır. Herakleitos’un “Gerçeklik değişimdir” sözüne, Parmenides “Gerçeklik değişmezdir” diyerek karşılık verdi.

Duyular dünyası ve fikirler dünyası

Ancak, antik Yunan’da gerçekliğin doğası üzerine belki de en ünlü tartışma Platon’dan gelir. Onun fikirler teorisinde gerçeklik kendini iki düzeyde sunar: Bir yanda duyusal dünya vardır; geçici ve kusurludur ve yalnızca gerçek gerçekliğin bir imgesidir. Bir de fikirler dünyası vardır; burada ebedi, değişmeyen, ruhsal arketipler buluruz. Platon için fikirler gerçekten gerçektir; geri kalan her şey yalnızca bir gölgedir.

Kopenhag Yorumu, Platon’un fikirler teorisiyle bazı benzerlikleri inkar edemez: Her iki teori de duyusal algılarımızın yalnızca imgeleri (kuantum fiziği terimleriyle: ölçülen değerler) gösterdiği ve gerçek gerçekliği göstermediği konusunda hemfikirdir. Elektronun “gerçek varlığı” -eğer varsa- gizli kalır.

“Sus ve hesapla!”

İlk nesil kuantum fizikçileri, antik Yunanlılardan veya Doğu felsefelerinden felsefi fikirleri kolayca ödünç alırken, kavramsal sorular 1930’lardan itibaren giderek arka plana itildi. Bu, en azından siyasi nedenlerle yapıldı. Savaş zamanlarında, fiziğe pragmatik bir yaklaşım güçlendirilerek uygulanabilir ve ideal olarak savaşla ilgili sonuçlar üretilmeliydi. “Sus ve hesapla!” baskın düstur haline geldi ve bu düstur, büyük bir direnişe rağmen ancak 1970’lerde sorgulandı.

1997’de, fizikçi Max Tegmark tarafından ABD’de düzenlenen bir kuantum fiziği konferansında 48 katılımcı arasında yapılan küçük bir anket büyük ilgi gördü. Katılımcılara kuantum fiziğine dair tercih ettikleri yorum soruldu. Kopenhag yorumu şaşırtıcı derecede zayıf bir performans sergilerken, alternatif açıklamalar güçlü bir şekilde sunuldu.

Tegmark, çoklu dünyalar teorisinin az sayıdaki önde gelen savunucusundan biridir. Bu teori, Kopenhag yorumuna rakip bir açıklamadır: Bohr ve meslektaşları, kuantum olaylarının çeşitli olasılıklarının tamamen matematiksel eserler olduğunu varsayarken, çoklu dünyalar teorisi, farklı paralel evrenlerde de olsa, her olasılığa gerçeklik atfeder.

Kuantum mekaniğinin matematiksel formalizminin özü dalga fonksiyonudur. Felsefi olarak nasıl yorumlanması gerektiği hâlâ tartışma konusudur.

Yüzüncü yıl anketi

2011 yılında, Avusturyalı fizikçi ve Clauser’ın Nobel ödüllü meslektaşı Anton Zeilinger, Yukarı Avusturya’daki Traunsee Gölü’nde düzenlenen bir konferansta meslektaşlarıyla birlikte bu konu hakkında başka bir anket gerçekleştirdi. Kopenhag yorumu %42 ile en yüksek puanı alsa da, kuantum fizikçilerinin çoğunluğunun desteğini alamadı.

Şimdi, kuantum fiziğinin 100. yıldönümünde, bilim dergisi Nature, yaklaşık 15.000 katılımcıyla bugüne kadar konuyla ilgili en kapsamlı anket olan başka bir anketin sonuçlarını yayınlıyor. Bu anket, uzmanlar arasında fiziksel bir bakış açısıyla gerçekliğin gerçekte ne olduğu konusunda hâlâ bir tartışma olduğunu gösteriyor.

Bohr ve programı için iyi haber, katılımcıların %36’sının Kopenhag yorumunu tercih ettikleri yorum olarak belirtmesi. Ancak geri kalanların çoğunluğu çeşitli alternatif yorumları destekledi. Bunlardan %17 tarafından desteklenen biri epistemik veya bilgi temelli yorum olarak adlandırılıyor. Bunlar çeşitli biçimlerde mevcut ve hepsinin ortak noktası, kabaca söylemek gerekirse, kuantum fiziğinin dünya hakkında hiçbir açıklama yapmaması, bunun yerine bizim dünya hakkındaki bilgimizle ilgili olmasıdır. Bu, açıkça mikroskobik dünya ve onun gerçekliği hakkında hiçbir şey söylemememize de olanak tanıyor. Nature, Anton Zeilinger’ı burada önemli bir temsilci olarak gösteriyor. Bu yorumun güçlü performansı, bu görüşün yalnızca 2000’lerde ortaya çıktığı düşünüldüğünde bir yenilik. Bir bakıma, Kopenhag yorumunun gerçeklik sorularındaki suskunluğuna daha da meydan okuyor.

Sonsuz sayıda evren

 Yaklaşık %15 onay alan kuantum fiziğinin çoklu dünyalar yorumu, tam tersini yapar. Bu, kuantum formalizminin tuhaf etkilerini bile gerçeklikle ilgili ifadeler olarak değerlendirme girişiminin mantıksal bir sonucudur. Bu, bir kutunun içinde ölümcül bir tehlikeyle karşı karşıya kalan ve kutu açılmadan önce ne canlı ne de ölü olan, ancak formalizme göre iki durumun tuhaf bir süperpozisyonunda bulunan Schrödinger’in kedisi gibi bilinen bir örnekle açıklanabilir.

Kopenhag yorumuna göre, kutuyu açtıktan sonra kedi ya canlı ya da ölüdür; günlük bakış açımızdan varsaydığımız gibi, çoklu dünya yorumuna göre ise kutuyu açan kişi böyle bir süperpozisyon durumuna girer. Kişi daha sonra iki versiyonda var olur; biri ölü kediyi, diğeri canlı kediyi görür. Kuantum fiziğinin formalizmi, ikisinin asla bilgi alışverişinde bulunamayacağını belirtir, bu nedenle bu olasılık göz ardı edilemez. Ve bu anlayışa göre her kuantum fiziği süreci bir deney olarak görülebildiğinden, sürekli olarak çok sayıda yeni dünya yaratılmaktadır.

Bu tuhaf fikrin birkaç avantajı vardır; bunlardan biri, kuantum ve makroskobik dünyalar arasında artık bir sınır olmaması ve doğayı klasik fizikten daha doğru bir şekilde tanımlayan kuantum teorisinin, gerçekliğin daha temel bir tanımı olarak ciddiye alınmasıdır. Kopenhag Yorumu bu iddiayı kasıtlı olarak terk eder. Bu avantajların bedeli ağırdır, çünkü burada varsayılan alternatif dünyalar asla gözlemlenemez.

Kuantum fiziğindeki temel soruların incelenmesi defalarca çığır açan buluşlara yol açtı.

Fizik felsefeye ihtiyaç duyar

Mevcut anketin şaşırtıcı bir kısmi sonucu, katılımcıların yalnızca yüzde ikisinin böyle bir yoruma gerek olmadığı ifadesine katılmış olmasıdır. Bilim camiası kuantum fiziğinin kavramsal temelleri konusunda fikir birliğine varamasa da, kuantum mekaniğinin yorumlanması gibi felsefi soruların önemli olduğu konusunda genel bir fikir birliği vardır. Görünüşe göre “Sus ve hesapla!” kavramı günümüze ulaşamamıştır.

Barselona’daki Pompeu Fabra Üniversitesi ve Innsbruck Üniversitesi’nde çalışan kuantum fizikçisi Gemma De les Coves, “Fiziğin felsefeye, felsefenin de fiziğe ihtiyacı var,” diyor. Disiplinlerarası araştırma yaklaşımlarının günümüzdeki önemini, cevapsız kalan birkaç açık soruya bağlıyor: “Fizikte geçmişi ve geleceği nasıl hesaplayacağımızı biliyoruz, ancak zamanın var olup olmadığı konusunda hiçbir fikrimiz yok. Bir kuvvetin ivmeye neden olduğunu biliyoruz, ancak bir nedenin ne olduğunu bilmiyoruz. Bunun ötesinde, bir etkenin ne olduğu da net değil. Ancak bu, varoluşsal nedenlerden ve kuantum fiziğinde ölçüm sırasında neler olduğunu anlamak açısından önemli.” Bu nedenle, gerçekliğin temellerini neyin oluşturduğuna dair görüşümüzü bulanıklaştıran birçok sorunun hâlâ açıklığa kavuşturulması gerekiyor.

Albert Einstein, kuantum mekaniğinin kurucu babalarından biriydi ve teorinin sonuna kadar yorumlama güçlüğü çekti.