Kuantum Fiziğindeki en gizemli olgulardan birisi Kuantum dolaşıklık prensibidir. Bu prensip, belli koşullarda, görünürde fiziksel olarak birbirinden bağımsız iki parçacığın tuhaf bir biçimde birbiriyle iletişim kurduğunu ortaya koyar. Niels Bohr ve Albert Einstein arasındaki meşhur tartışmalara sebep olan bu davranış Einstein tarafından “Belli mesafede hayalet davranış” olarak tanımlanıyordu. Ayrıca John Stewart Bell bu uzak mesafeli davranışın gerçekten var olduğunu ortaya koymak adına bir yol geliştirmiştir.
Bell Teoremi Nedir?
Bell teoremi İrlandalı fizikçi John Stewart Bell tarafından tasarlanmıştır. Bu teoremde amaç parçacıkların gerçekten kuantum dolaşıklık ile iletişimde olup, ışık hızından yüksek hızda bilgi paylaşımı yapıp yapmadıklarını ortaya koymaktır. Bell, bu teoremi Bell Eşitsizlikleri’ni yaratarak ispat etmiştir. Teorem ayrıca deneysel olarak ispatlanmış ve özellikle Einstein’in izafiyet teorisine dayanan lokallik durumunun geçersiz olduğunu ortaya koymuştur. (Lokallik: Hiçbir fiziksel etkinin ışık hızından daha yüksek hızda oluşamayacağını ifade eden kavramdır.)
Kuantum Dolaşıklık
Kuantum dolaşıklıkla birbirine bağlı A ve B adında iki parçacığımız olsun, aynı zamanda A ve B’nin özellikleri birbirine bağlı olsun. Mesela, spin değeri sıfır olan bir parçacık ansızın parçalanıp A ve B parçacığı şeklinde ikiye bölünsün. Spin korunumu için iki parçacığın spinleri toplamı sıfır olmalıdır. Bu parçacıklardan A’nın spini ½ ise B’ninki – 1/2 olmalıdır ya da bunun tam tersi A’nın spini – 1/2 ise B’nin ½ olmalıdır.
Klasik fiziği bir kenara bırakırsak Kuantum dünyasında biz ölçüm yapana kadar bu parçacıklar mümkün durumların (1/2 ve -1/2) süperpozisyonundadır. Yani A ve B’nin spinleri hem ½ hem -1/2’dir. (Bkz. EPR paradoksu)
Bununla birlikte, kuantum dünyasında da A’nın spin değerini ölçtüğümüz anda B’nin spin değerini ölçmeye gerek olmadan biliriz. Yani A ½ ise B – ½ olacaktır. Bell teoreminin temel konusu, A’nın ölçüm sonucunun B’ye nasıl anında iletildiğidir.
Bell Teoremi
John Stewart Bell 1964’te bir makalesinde EPR paradoksu üzerine bir fikir geliştirmiştir. Analizinde, klasik olasılık koşullarında, olasılıksal durumlar olan A’nın spini ve B’nin spininin ne sıklıkta uyumlu çıkabileceği hakkında Bell eşitsizlikleri denen formülleri üretmiştir. Bu eşitsizlikler normalde Kuantum fiziğinde geçerli olmasına rağmen dolaşıklık deneyleriyle çelişmiştir. Yani dolaşıklık deneylerindeki sonuçlar olasılıklarla ya da şansla açıklanamıyordu. Bu da Kuantum fiziğinde lokalliğin yahut fiziksel realitenin geçersiz olduğunu gösteriyordu.
Bunu anlamak için yukarıdaki örneğe geri dönelim. A parçacığının spinini ölçtük. Sonuçta elimize iki çeşit sonuç geçmektedir. Yani B’nin spini A’nın tersi olmalı. Ama B parçacığı süperpozisyondayken nasıl oluyor da A’nın aldığı değerden haberdar oluyor? Birbirinden uzak mesafede olmalarına rağmen her nasılsa ölçüm anında A parçacığından B parçacığına anında bir mesaj yollanıyor. Bu durum Kuantum mekaniğinin alokallik özelliği göstermesi anlamına gelir.
Eğer bu anlık mesaj oluşmamışsa geriye B’nin hala süperpozisyonda olduğu sonucu çıkar. Yani B’nin spin ölçüm sonucu A’dan tamamen bağımsız olmalıdır. Bell eşitsizlikleri A ve B’nin spinlerinin şans eseri ilişkili olması üzerine klasik olasılık yüzdelerini analiz eder. Deneyler ezici biçimde bu eşitsizliklerin ihlal edildiğini ortaya koymuştur. Bu sonuca en çok yapılan yorum A ve B arasındaki mesajın anlık olduğudur. Yani ışık hızından daha yüksek bir hız vardır.
Not: Bu alokallik durumu sadece dolaşık olan iki parçacığın özelliğiyle ilgilidir. A’nın ölçümü sonucu yukarıdaki yolla uzak mesafede B’ye başka türden bilgi aktarılamaz. Ayrıca B’nin gözlemi bize A’nın ölçüldüğünü kesin olarak söylemediği için bazı saygın fizikçilere göre bu deneyler ışık hızından hızlı bir iletişim olduğunu kesin olarak ortaya koymaz.
