Wheeler'in Gecikmiş Seçim Deneyi

Wheeler'ın gecikmiş seçim deneyi aslında John Archibal Wheeler tarafından önerilen kuantum fiziğinin içinde önde gelen 1978 ve 1984 yılları arasında oluşturulmuş düşünce üzerine dayalı bir deneydir. Bu tür deneyler ışığın çift yarık deneyinde deneysel bir aparat olarak yolculuk yapacağı ve kendini düzenleyeceği, kendisi için en doğru karardan yola çıkarak mı yoksa ışığın belli olmayan bir halde olacağını mı yahut dalga mı parçacık mı olduğunu anlama girişimlerinde bulunmak için düzenlenmiştir. Bu tür deneylerde ortak amaç teorinin açıklamalarını yapmak ve her bir fotonun dalga olarak mı yoksa parçacık olarak mı davrandığını ve sonra fotonun ortaya çıktığı cihaza ulaşmasından önce sistemde fotonun farklı bir yönde davranmasını sağlayan farklı bir değişime sebep olmasıdır. Bu konu üzerinde çalışarak açıklamalar getirmek isteyen insanlara göre fotonun dalga mı olduğu yoksa parçacık mı olduğu konusunda bir çekişme yaşanmaktadır. Ayrıca fotonun aynı anda iki tür özelliği de göstermesi mümkün değildir. Wheeler'ın amacı ise zamanla alakalı durumlar altında fotonun iddia edilen durumlar arasındaki aktarımına katkıda bulunmaktı. Wheeler'ın çalışmaları durumu çokça açıklayan deneylerde gayet üretkendi. Wheeler, diğer araştırmacıların fotonun hem dalga özelliği hem de parçacık özelliğini hayatının sonuna kadar göstermesi hakkında bir sonuca varmaları konusunda bir antipatiye sahip olmamıştır. Örnek verecek olursak, enerjisini sonradan kazanmış bir elektronun soğurulması ve atomu içerisinde daha yüksek enerjili bir yörüngeye yükselmesidir. Fakat, kendisi için bu konu gayet açık görünmektekteydi. Wheeler bu konu hakkında şunları söyledi: İnsanlar arasında tartışmaya sebep olan şey fotonun ne zaman ve nasıl bir deney aparatı olduğunun uygun konfigürasyonu öğrenildiğinden sonra dalgadan parçacığa doğru deneyin sabitlenme talebi astronotların gözlemlemesinden önce fotonun fiziksel formlarının varsayımıdır. Foton ya dalga ya da parçacıktı, ya foton galakside tek yönde gidiyor ya da her iki yönde. Aslında, kuantum fenomeni, ne dalga ne de parçacıktır ama doğası itibarıyla ölçüldüğü ana kadar tanımsızdır. Bir anlamda, İngiliz filozof Bishop Berkeley tarafında iki yüz yıl öncesinde öne sürülen fikir doğruydu: Gerçekte olan ne algıladığımızdır. Deneydeki bu çizginin ilk tasarlandığı zamanlarda gerçekleşmesinin çok zor olduğu öngörülüyordu. Buna rağmen, yıllarında sonunda araştırmacılara artarak oluşan tek miktarın dalga parçacık ikililiğinin karışık örneklemelerinin çok değerli olduğu kanıtlanmıştı. Deneyle ilgilenen bir kişi ise şu şekilde açıklıyordu: Dalga ve parçacık özelliği aynı zamanda oluşabilirdi.

Giriş

Wheeler'ın gecikmiş seçim deneyi Wheeler tarafından 1978 yılında önerilen kuantum fiziğinde bir düşünce serisi deneyidir. Diğer öne çıkan versiyonu ise 1983 yılında önerilmiştir. Bütün deneyler kuantum fiziğindeki temel çözülmesi gereken konuları ele almışlardır. Birçoğu Wheeler'ın 1978 makalesinde yer almıştır. Geçmiş ve Gecikmiş-Seçim Deneyi, Çift Yarık Deneyi A. R. Marlow'un Kuantum Teoride Matematiksel Yenilikler kitabının 9-49 sayfaları arasında yeniden dile getirilmiştir. Bütünleme prensibine göre, foton ya dalga özelliği gösterir ya da parçacık özelliği gösterir. Fakat her ikisini de aynı anda gösteremez. Hangi özelliğini göstereceği ise deneyi yapan kişinin deneyi yaparken gözlemlerken kullandığı aletin dalga mı yoksa parçacık mı göstereceğine bağlıdır. Bu uygulama çok sıkı bir şekilde gerçekleştirilirken bir kişi fotonun dalga ya da parçacık olarak gösteren detektör şekli hakkında tartışmıştır. Fotonun tespiti fotonun havada uçarken görülememesinden dolayı fazlasıyla yıkıcı bir süreçtir. Foton belirlendiğinde kendi sonunun sonucunda görünüp. Örnek verecek olursak, elektron tarafından fotomultiplatör içinde soğurulduğunda enerjisini daha sonra o cihazı anlamak amacıyla basamaklandırılmış olayları başlatmak amacıyla kullanacaktır. Foton her zaman uzayda ve zamanda yüksek bölgeleşmiş noktalarda görünür. Foton bulan cihazlar, bulunduğu ekranın üzerindeki yerlerde fotondan bulunduğu cihaza kadar kendi dalga özelliğini belirtip belirtmediğini vurgulamak amacıyla bu işi yapmışlardır. Bu nedenle, çift yarık deneyinde fotonun iki yarık boyunca geçerken ve bulunduğu ekran boyunca dalga özelliği gösterdiğini rahatlıkla söyleyebiliriz. Ayrıca foton, parçacıksal yapısını yüksek lokalli ışıldamasını tek yarıktan geçerken belirtebilmektedir. Kuantum fiziği hakkında verilen bilgiler fotonun ya dalga olarak dış görünümünde ya da parçacık olarak dış görünümünde olduğunu söylemiştir. Fakat şöyle bir soru ortaya çıkmaktadır: Foton ne zaman dalga olarak ya da parçacık olarak hareket edeceğine karar verir ? Geleneksel çift yarık deneyinin herhangi bir yarığını bloke ederek hazırlandığını varsayalım. Eğer iki yarıkta açıksa ve bir foton serisi lazer tarafından yakalandıktan sonra girişim özelliği bulunma ekranında hızlıca yer alacaktır. Girişim özelliği sadece dalga olarak açıklanabilir bu yüzden deneylerden her fotonun dışarı atıldıktan sonra dalga olarak mı yola devam edeceğinin yoksa parçacık olarak mı devam edeceğinin sonucuna varılmıştır. Eğer sadece tek yarık olursa ve girişim özelliği olmazsa deneyi yapan kişiler fotonun dışarı atıldıktan sonra parçacık olarak yoluna devam edebileceğinin sonucuna varabilirler.

Basit Girişimölçer

Girişimölçer metodu kullanılarak fotonun deney içerisinde dalga olarak mı davranacağının yoksa parçacık olarak mı davranacağının sonucuna varmak amaçlanmıştır. Yanda girişimölçerin basit bir şemasının iki biçimi gösterilmiştir: Eğer tek bir foton aparatın sol alt köşesindeki delikten dışarı atılırsa, foton hemen ışın dağıtıcıyla karşı karşıya gelecektir. Yayılma veya yansıtmadaki eşit olanaklardan dolayı foton ya dosdoğru devam edecektir ya da ayna tarafından alt sağ köşeye yansıtılarak ve aparatın üstündeki dedektör tarafından bulunarak, yahut ışın dağıtıcı tarafından yansıtılarak sol üst köşedeki aynaya çarpıp aparatın sağ köşesinde meydana gelecektir. Fotonların iki dedektörde de eşit sayılarda olduğu gözlemlenmiştir. Deney yapan kişiler genel olarak fotonların çıkarıldığı zamandan saptandığı zamana kadar olan kısımda parçacık özelliğini gösterdiklerini söylemektedirler. Ayrıca fotonlar, ya bir yoldan ya da diğer yoldan gitmişlerdir. Gelecekte ise dalga özelliğini göstermeyeceği doğrulanmıştır. Eğer aparat, ikinci ışın dağıtıcının sağ üst köşeye konumlandırılması amacıyla değiştirilirse, iki dedektör de girişim efektleri gösterecektir. Deneyi yapan kişiler bu durumu ışığın doğal yapısının sonuçlarını kullanarak açıklamak zorundadırlar. Ayrıca bu kişiler, her fotonun fotonun kendisiyle girişimde bulanamayacağı bu yollarda dalga olarak hareketini de doğrulamışlardır. Deneysel biçimler arasında bir şeyler değişmediğinden beri ve ilk olarak fotonun parçacık hareketi göstererek gideceğinden itibaren ve ikinci olarak dalga hareketi göstererek yoluna devam edeceğinden itibaren Wheeler deneysel olarak fotonun hakkında karar verileceği zaman dilimini bilmek istiyordu. İkinci konumunda ışın dağıtıcı yokken fotonun birinci ışın dağıtıcının bölgesinden geçmesine izin verilmesi ve yoluna devam etmesi mümkün müdür ve hızlıca ikinci ışın dağıtıcının ortaya çıkması mümkün müdür ? O ana kadar parçacık olarak yoluna devam etmesi büyük olasılıkla gerçekleşmiştir, ışın dağıtıcı fotonun geçişine izin verip kendisini ispat etmesine ve parçacık olarak kendini göstermesine ikinci ışın dağıtıcının orada olup olmaması herhangi bir etki gösterir mi? Yahut, foton her zaman ikinci ışın dağıtıcı oradaymış gibi mi davranır ? Foton orada girişim etkileri gösterir mi ? Eğer foton girişim etkileri gösterdiyse ve hala etkisi devam ediyorsa, foton geri o zamana dönmek zorundadır ve dalga olarak mı yoksa parçacık olarak mı yoluna devam edeceğine karar vermek zorundadır. Şunu da biliyoruz ki; Wheeler elindeki objektif verileri kullanarak birkaç hipotez cümlesi üretmeye çalışmıştır. Albert Einstein kuantum mekaniğinin bu tür sonuçlarını beğenmiyordu. Fakat, hem çift yarık deneyi hem de deneyin girişimölçer versiyonu nihayetinde oluşturulduğunda, foton kendi hayatına deneysel düzende başlayacak ve parçacık özelliğini göstermesine bir örnek olacak deneysel biçimine son bulacak ve bu deneyler her zaman dalga karakteristiğinin gösterimini kendini açıklayarak sunmuştur. Buna ek olarak, eğer deney ilk başta bir yerde ikinci ışın dağıtıcıyla başlasaydı ama foton uçuştayken farklı bir yere taşındıktan sonra, foton kaçınılmaz olarak dedektörde görünecekti ve girişim özelliğinden hiçbir işaret göstermeyecekti. Sonuç olarak, ikinci ışın dağıtıcının varlığında ya da yokluğunda dalga ya da parçacık özelliğine her zaman karar verilecekti. Deneylerle uğraşan birçok kişiler son durumlardaki değişmenin geçmişe dönük olarak karar verildiğinin ilk ışın dağıtıcıya girerken ne olmak istediğine karar verdiği bilgisinin açıklamalarına ulaşmışlardır. Fakat yukarıda da belirtildiği üzere, Wheeler bu açıklamayı kesinlikle reddetmiştir.

Evrensel Girişimölçer

Nedenin ve etkinin normal düşüncelerini yok etmekten kaçınma girişimini bazı teoriyle uğraşan bilim adamları ikinci ışın dağıtıcının kurulumunun deneysel aletin bitiş noktasından fotonun yalnızca deneysel alete giriyormuş gibi taşınmasının sonucu olarak doğru karar vermesini sağlamaya yönelik bilgileri önermişlerdir. Bu yüzden Wheeler kendi deneyinin bir evrensel biçimini gerçekleştirmeyi önermiştir. Kafasında tasarladığı deneyde eğer galaksi dışındaki yıldızsı gökcisimleri veya dünyanın milyonlarca veya trilyonlarca ışık yılı uzağından geçen ve galaksilerin veya galaksi kümelerinin etrafında ışığının geçerken yerçekimsel objektif olarak davranırdı. Foton, tamamıyla Dünyaya doğru hareket ederken uzayın çevresindeki büyük galaksideki biçim bozukluğuyla karşı karşıya gelecektir. O noktada foton hangi yöne gideceği hakkında karar verecektir. Objektif galaksi etrafında parçacık olarak mı hareket edecek yoksa objektif galaksi etrafında iki yönde de dalga olarak mı hareket edecekti. Foton Dünyadaki astronomiyle ilgilenen gözlemevine vardığında neler olacaktı ? Yerçekimsel mercekten dolayı teleskoplar, rasathaneden aynı galaksi dışındaki yıldızsı gökcisminin iki farklı görüntüsünü görüyorlardı. Birisi galaksiyi merceğin sol tarafında görüyordu, diğer iki galaksiyi merceğin sağ tarafından görüyordu. Bazı deneyle uğraşan kişilere göre eğer foton parçacık olarak hareket ediyorsa ve teleskobun namlusuna soldakinin aynısı yıldızsı gök cismi olarak gelmek istiyorsa bütün milyonlarca yıl boyunca parçacık olarak hareket etmeye karar vermiş olması gerekiyor. Teleskop diğer yıldızsı cisimden görüntü almak için yanlış yöne yönlendirilmiştir. Eğer foton parçacık olarak hareket ediyorsa ve diğer yönde gidiyorsa, foton sadece teleskop tarafından sağda görüntüsü oluşturulan yörünge dışındaki yıldızsı gökcismi olarak görünmektedir. Bu yüzden milyonlarca yıl öncesinde foton kendi parçacık görüntüsünde hareket etmeye karar vermiş ve sıradan bir şekilde diğer yolu tercih etmiştir. Fakat deneyle uğraşan kişiler farklı bir şey yapmaya karar vermişlerdir. Deneyle uğraşan bilim insanları iki teleskobun da verilerini diyagram yoluyla direkt olarak dışarı çıkaracaklardır ve birisinin daha mükemmel olduğuna karar vereceklerdir. (pozitif girişim ile belirterek) Diğer ürünün ise sıfır olması gerekmetedir. Gelen dalga fonksiyonu çifti kendi kendilerini sıfırlayacaklardır. Daha sonra Wheeler tartışmada zayıf tarafı tutan kişi olmuştur ve belki de tüm deneysel sonuçların şu andaki astronotların kendi ışın dağıtıcılarını dahil etmeyi saptamışlardır, fotonlar birkaç milyon yıl öncesinde aynı yıldızsı cismi terkedip geçmişe dönük olarak dalga olarak hareket etmeye kara vermişlerdir ve astronomiyle uğraşan insanlar kendi ışın dağıtıcılarını geri çekmeye karar vermişlerdir. Bu karar geçmişe doğru giden fotonların birkaç milyon yıl ve birkaç dakika öncesinde fotonların geçmişe dönük olarak parçacık olarak yollarına devam etmelerine karar vermek amacıyla oluşturulmuştur. Wheeler'ın temel düşüncesi için birkaç uygulama yolu gerçek deney adamları için yapılmıştır ve onlar Wheeler tarafından öngörülen foton belirlenmeden önce deney aletinin çıkış tarafında ne yapıldığını girişim özelliği gösterse de göstermese de karar vereceklerdir. Geçmiş nedensellik ilkesi bir mucizedir.

Yollar ışın dağıtıcı tarrafından birleştirilip ayrılıyor.

Çift Yarık Biçimi

İkinci deney türü herkesin bildiği sıradan bir çift yarık deneyine benzemektedir. Bu deneyin şematik diyagramı çift yarıkların uzak kenarlarının üzerinde bulunan merceklerin yolunu her bir yarığın diğer yarıktan uzaklaşmasını sağlayarak göstermektedir. Bu diyagram yarıkların birbirini kestiği noktaları merceğe yakın olan kısımda göstermektedir. Bunun sonucunda ise her fotonun için düzenlenmiş olan iki dalgaboyu da iki yarık arasındaki mesafade birbirleri üzerine üstdüşüm özelliği gösterebilirler ve dalgaboylarının üstdüşüm özelliğinde olduğu zamanlarda detektör ekranı sağlanırsa dalgaların girişim özelliklerini gözlemlemek mümkün olacaktır. Sunulmuş olan fotonlardan iki çift yarık arasında birinden diğerine varmasının mümkün olmadığı konusunda karar kılınmıştır. Buna rağmen, eğer dedektör ekranı her yolda konumlanmış olan dalgaboylarının üst üste konulduğu düşük yükseklikteki bölgelere taşınırsa ve bu dalgaboylarının kombine olma ihtimali değerleri teçhizatsız olanak değerlerinden daha da az olması tüm yolların merkezinde az olması beklenmektedir. Teleskoplar iki yolun tam orta noktasını kesmeyi amaçları zaman, yüzde elli civarı ihtimaline eşit olarak fotonun bunlardan birini göstermesi beklenmektedir. Foton birinci teleskop tarafından bulunduğu zaman araştırmacıların gözlemlemelerine göre foton dalga özelliğiyle birlikte alttaki yarıktan ortaya çıkmaktadır. Foton ikinci teleskop tarafından bulunduğu zamanlarda ise araştırmalcıların gözlemlemelerine göre foton dalga özelliğiyle birlikte üstteki yarıktan meydana gelmiştir. Bu deneysel sonuçları destekleyen açıklama ise fotonun tek yarıktan ortaya çıkmasıdır ve o da cismin sonudur. Foton lazerden başlatılmak zorundadır ve bir yarıktan geçmek zorundadır. Ayrıca teleskopu belirten bir düz yola varmak zorundadır.

Wheeler's double-slit apparatus.

Wheeler'ın kabul etmediği geçmişten gelen açıklamalar, girişimcilik özelliğinin kesinlikle dedektör ekranıyla birlikte aynı yerde gösterilmesinin gerektiğini söylemektedir. Girişimcilik özelliğine göre ışık dalgası iki yarığın herhangi birinden kesinlikle oluşmak zorundadır. Bu yüzden çift yarık diyagramının üstüne gelen tek bir foton iki yarıktan da gitmesi gerektiğine kendisiyle dedektör ekranın girişim özelliği göstermesi amacıyla karar vermek zorundadır. Girişim özelliğinin gösterilmediği durumlarda ise çift yarık diyagramının üstüne gelen tek bir foton tek bir yarıktan gitmesi gerektiğine karar vermek zorundadır çünkü uygun bir teleskopta kendisinin görülmesi gerekmektedir. Bu tür bir düşünce deneyinde teleskoplar her zaman yer almalıdır ama deney dedektör ekranıyla başlamalıdır. Eğer foton çift yarık diyagramına gittikten sonra taşınırsa veya deney dedektör ekranı olmadan da başlayabilir ve foton diyagrama vardıktan sonra da eklenebilir. Bazı teorikçi bilim adamlarına göre deneyin orta yerine ekranı taşımak veya eklemek fotona dalga olarak taşındığında ya da tam tersi olarak çift yarıklara parçacık olarak gitmesine karar verdiğini kanıtlamışlardır. Wheeler kesinlikle bu açıklamayı kabul etmemektedir. Çift yarık deneyi diğer altı tane bilindik deneyler gibi ( mikroskop, ışın yarığı, eğik diş, radyasyon örneği, foton polarlaşması ve eşleşmiş foton polarlaşması) gözlemlerin birbirlerini tamamlayan seçenekler uygulamaktadır. Tüm deneylerde bizim bulupta ertelemek istediğimiz şey ise gelişmenin son aşamasında bulunan olaya bakmak için ve bu olay bizim üzerine sabitlediğimiz hangi türde alet olursa olsun ona bağlı kalmak zorundadır. Ertelenmesi deneysel öngörüler arasında bir farklılık yaratmamaktadır. Bu skorda bizim önceden gösterdiğimiz her şey tek Bohr'un tek başına ve gebe cümleleri "......o...bir fark yaratamaz , önceden sabitlenmiş enstrümanların inşa amaçlı veya idare etme amaçlı olsun ya da olmasın veya planı tamamlamayı ertelemeyi tercih etmemiz gelecek zamana kadar parçacığın her zaman kendi yolun üzerinde bir enstrümandan diğer enstrümana ertelensin ya da ertelenmesin planlarımız gözlemlenebilir etkilerini belli deneysel düzenlemeler sayesinde sağlanabilenleri göz ardı etmeliyiz."

Bohmian Açıklaması

Gecikmiş seçim paradoksuna bir anlam katmanın en kolay yolu Bohmian mekaniği kullanarak gecikmiş seçim deneyini açıklamaktır. Orijinal gecikmiş seçim deneyinin sürpriz açıklamalarından birisi Wheeler'a "Gözlemlenemeyen olay hiçbir zaman gözlemlenene kadar yok sayılmıştır." sonucuna varmasını sağlamıştır. Bu sonuç ise radikal pozisyondur. Wheeler'ın söylediklerinden popüler olanı ise " Geçmiş hiçbir zaman var olmamıştır ancak geleceğin içinde gözlemlenmediği sürece hiçbir zaman var olmayacaktır." ve evren ise hiçbir zaman var olmamıştır ancak dışarıda olan olaylardan bağımsız olduğu sürece bu özellik geçerlidir. Buna rağmen, Bohm et al (1985, Nature bölüm 315, sayfa 294–97) kitabında Bohmian açıklamaları açık bir biçimde parçacığın davranışıyla alakalı olan Gecikmiş Seçim deneyinin ekipmanları altında radikal açıklamalara başvurmakdan kaçınarak göstermiştir. Detaylı bir tartışmanın Basil Hiley ve Callaghan tarafından düzenlenmiş olan bulunması mümkündür. Birçok kuantum paradoksları içlerine gecikmiş seçim deneyini de dahil ederek uygun olurken ve yoğun olarak " A Physicist's View of Matter" ve Mind(PVMM) kitaplarının yedinci bölümde standart açıklamaları ve Bohmian açıklamalarını kullanarak tartışılırken açık kaynak makalesinde ise buna yer verilmemiştir. Bohmian'ın kuantum mekaniğinde parçacık klasik mekanik kurallarına uymak zorundadır. Ayrıca parçacık kuantum potansiyelinin etkisi altında hareket etmelidir. Foton veya elektron belli bir yörüngeye sahiptir ve bir veya diğer yarıktan bu yörüngeler geçmektedir. Fakat bu yörüngeler her iki yarıktan da aynı anda geçemezler, aynı klasik parçacık olmasına karşılık bu durum saptanmıştır. Geçmişin ne olduğuna karar verilmiştir ve T1 anı adı verilen zamana kadar deneysel konfigürasyonlar onu bir dalga olduğu halinden başka bir varış zamanı olan T2 ye kadar farklı bir biçime dönüştürmüşlerdir. T1 adı verilen zaman diliminde, deneysel kurulum düzeneği değiştirildiğinde, Bohmian'ın kuantum potensiyeli ihtiyaca göre değişmiştir ve parçacık klasik olarak yeni kuantum potansiyeli altında T2 zamanına kadar parçacık olarak tanımlanana kadar hareket edecektir. Böylece, Bohmian mekaniği dünyanın atomik olmayan görüntüsünü ve geçmişteki görüntüsünü yeniden düzenlemiştir. Geçmiş burada konu dışı tarihsel bir ögedir ve geçmişe dönük olanlar gecikmiş seçim tarafından değiştirilemezler. Wheeler'ın radikal bakış açısı ise bu durumun tam tersidir. Kuantum potansiyeli Q (r. T) anlık olarak alınmaktadır. Fakat aslında olayın doğrusu T1 zamanındadaki deneysel düzenekteki değişim miktarı dT diye adlandırılan belirli bir zaman almaktadır. İlk potansiyel Q (r. T<T1) yavaş yavaş dT zaman aralığında yeni bir kuantum potansiyeli olan Q(r,T>T1) 'i meydana getirmek için değişim göstermektedir. PVMM adlı kitapta yukarıda açıklanmış olanlar hakkında önemli gözlemlemeler yapılmıştır. (syf: 6.7.1). Bu açıklamalar kuantum potansiyelinin içerdiği belirli bağlı durumları anlatam sistem hakkındadır ve bu yüzden kuantum potansiyeli tarafından, yapılmış olan herhangi bir değişiklik hemen haklı bulunmuştur ve Bohmian parçacığonın dinamiği hakkında karar verilmiştir.

Deneysel Detaylar

John Wheeler'ın gecikmiş seçim kuantumu hakkında olağan tartışması bir kitap içinde yer alan John Wheeler ve Wojciech Hubert Zurek tarafından editörlüğü yapılam Kuantum teorisi ve ölçümleri (sayfa: 182-213) "Hukuksuz Hukuk" adlı bir makalede görülmüştür. John Wheeler kendi düşüncelerini Albert Einstein'la olan tartışması üzerinden açıklamıştır. Alber Einstein bu konu hakkında anlaşılabilir bir gerçeklikten yanaydı. Ayrıca Niels Bohr, Einstein'ın gerçeklik konseptinin çok kısıtlanmış olduğu düşüncesi içerisindeydi. Wheeler, Einstein ve Bohr'un laboratuvar deneyinin sonuçlarını keşfettiklerini belirtmişti. Bunlar aşağıda belirtilmiştir. Bunlardan birisi ise ışığın yarı gümüş biçiminde dikdörtgen, tamamen gümüş kaplı aynalardan oluşan bir dizinin bir köşesinden diğer bir köşesine kendi yolunu bulabileceğini iddia etmişlerdir. Daha sonra sadece yarı çevre etrafında bir yolda dolaşarak değil, çevre etrafında iki yolu da kullanarak dolaşarak kendini belli etme özelliğiyle seçim yaparak bir çıkıştan mı yoksa diğer çıkıştan mı çıkacağına karar vermiştir. Bunu yalnızca ışığın ışınlarına uygulamamış ayrıca ışığın tek fotonlarına da uygulamıştır. Wheeler şunları söylemiştir: Girişim ölçerde yapılan deneyde Einstein ve Bohr tarafından deneyin teorik olarak fotonun düz bir yol oluşturup oluşturmayacağı tartışılmıştır. Her zaman foton iki yolu da takip eder fakat bazen bunlardan yalnızca birini kullanır veya başka bir şeyi dönüştürüp dönüştürmeyeceği tartışılmıştır. Buna rağmen, deneyin sıradan zaman zarflarında yarı gümüş aynayı foton orada olmadan önce içine almalıdır cümlesinin yerine hızlı değişiklikleri yapmak gereklidir demek daha mantıklıdır. Işığın hızı hala mekaniksel bir aletin bu işi yapmasından daha hızlıdır. En az laboratuvar ortamı içinde bile sınırlandırılmış olsa bu olay geçerlidir. Çok fazla ustalık bu problemin etrafında dolaşmak için gereklidir.

Birkaç destekleyici deney yayınlandıktan sonra Jacques et al. Wheeler tarafından önerilen orijinal şemanın onların takip ettiği deneyin tamamıyla orijinal şeması olduğunu iddia etmiştir. Onların karmaşık deneyleri tamamıyla Mach-Zender girişim ölçerine dayanılarak N-V renkli merkez foton jeneratörü, kutuplaştırıcı ve ışın dağıtıcısı modunda da kullanılabilen ve elektro optik modülatörde elması başlatıcı olarak kullanılarak yapılmıştır. Açık biçimli bir yerde yapılan ölçümler parçacığın belirlediği yolu yani girişimin imkânsız olduğu yolu ölçerken, kapalı biçimli bir yerde yapılan ölçümler girişim özelliğini göstermektedir. Bu tür deneylerde, Einstein tartışmalar yaratmıştır. Tek bir fotonun aynı zamanda iki rotada yolculuk yapması uygun değildir. Yarı gümüşlü aynayı sağ üstten uzaklaştırırsak ve bir sayaç kapatılırsa veya diğeri kapatılırsa olacaktır. Bunun sonucunda foton tek bir yoldan yolculuk edecektir. Ne saçma! Kuantum teorisinin ne kadar tutarsız olduğu apaçık belli.

Labaratuvar Girişimölçeri

Girişim ölçer deneyinin Wheeler versiyonu laboratuvarda son zamanlara kadar ikinci ışın dağıtıcının taşınmasından oluşan sorunlardan dolayı fotonun ilk ışın dağıtıcıyaa giriş süresinden ikinci ışın dağıtıcı tarafından belirlenmiş olan yere ulaşmasına kadar geçen süre içinde gerçekleştirilememiştir. Deneyin bu gerçekçi kısmı iki yolun da boyunu fiber optik kablolar ekleme yöntemiyle uzatarak yapılmıştır. Bu işin yapılış süresi geçiştirici aparatlarla birlikte olduğundan daha da uzun tutulabilmiştir. Yol üzerindeki yüksek hızlı olan ve yüksek voltajdan oluşmuş yeri değiştirilebilir alet sayesinde Pockels pilleri ve Glan-Thompson prizması onu kendi olağan yolundan başka bir yola en sonuna daha etkili bir şekilde gelmesi amacıyla onu başka yöne çevirmiştir. Operasyondaki sapmadan dolayı hiçbiri dedektör tarafından sağlanan yola ulaşamamıştır. Bu yüzden o bölgede girişim olmamıştır. Anahtarlı yolla beraber olan yol kendi olağan moduna devam etmiştir. Ayrıca ikinci ışın dağıtıcıdan yeniden girişim özelliği göstererek geçmiştir. Bu düzenleme aslında içeriğe katılmamıştır ve ikinci ışın dağıtıcıyı uzaklaştırmamıştır. Buna rağmen girişim göründüğü halden girişimin görünmediği hale geçmesini olağan kılmıştır. Ayrıca, aynısını ışığın birinci ışın dağıtıcıya girdiği zamandan ışığın ikinci ışın dağıtıcıdan çıktığı aralıkta da gerçekleştirmiştir. Eğer fotonlar birinci ışın dağıtıcıya dalga olarak ya da parçacık olarak girmeye karar verdikleri zaman, fotonlar tüm olayı dağıtmaya doğru yönlendirilirler ve sistem boyunca kendilerinin diğer görünümünde yollarına devam ederler. Ayrıca fotonlar bunun aynısını herhangi bir fiziksel süreç olmadan kendilerini aktararak ya da birinci ışın dağtıcıya akatararak yapmak zorundadırlar çünkü bu tür bir değişim ışık hızında bile olsa çok yavaş olabilirdi. Wheeler'ın fiziksel sonuçlar hakkındaki sonuçları iki deneyin de düzenlemelerinin fotonun dalga fonksiyonu olarak algılanmasının tek bir kopyasının olduğunu göstermiştir. Yüzde elli ihtimalle bir veya diğer dedektör ve dalga fonksiyonunun diğer kopyalarının altındaki diğer yollar üzerinden iki dedektöre de varmayı başarmışlardır. Bunların her biri diğerinden farklı bir fazdadır. Bunun sonucunda ikisi de girişim özelliği göstermiştir. Bir dalga fonksiyonunun diğer bir dalga fonksiyonuyla aynı fazda olduğunda ve sonucun fotonun yüzde yüz oranda dedektörde görüneceği öğrenilmiştir. Diğer dedektörde ise dalga fonksiyonu fazın 180 derece dışında olacaktır ve birbirlerini tamamıyla sıfırlayacaklardır. Ayrıca, yüzde sıfır oranında fotonlar dedektörde görünecektir ve bu fotonların hiçbir zaman görünmeyeceği anlamına gelmektedir.

Evrende Girişimölçer

Evren deneyi Wheeler tarafından planlanarak girişim deneyinin ya analog hali ya da çift yarık deneyinin analog hali olarak tasvir edilmiştir. En önemlisi ise üçüncü tip cihazın büyük yıldızlarla alakalı cismin yerçekimsel mercek olarak davranması ve fotonların bir kaynaktan diğer iki yola da varmasıdır. Dalga fonksiyonları çiftleri arasında oluşan faz farkından kaynaklı olarak, farklı türlerde oluşan girişim özelliğinin gözlemlenmesidir. Dalga fonksiyonunun içine kaynaşıp kaynaşmamasıyla ilgili olarak deneyi yapan kişiler tarafından gelen dalga fonksiyonlarının içine nasıl kaynaştırılacağının kontrolü yapılmaktadır. Hiçbir faz farkı dalga fonksiyonlarında deneysel aletler kullanaraktan aynı girişimölçer deneyinde olduğu gibi açıklanmamıştır. Bu yüzden çok büyük bir çift yarık aletinin ışık kaynağı yakınında olmamasından dolayı evrensel deney çift yarık deneyine çok yakındır. Buna rağmen Wheeler ışın dağıtıcı kullanaraktan dalga fonksiyonlarını birbirine kaynaştırmayı planlamıştır. Bu deneyi gerçekleştirirken karşılaşılan temel sorun deneyi yapan kişi tarafından fotonun ne zaman dünyaya doğru yolculuğa başlayacağının bilinmemesiydi. Ayrıca deneyi yapan kişi yıldızsı gökcisimleri arasındaki iki yolda da oluşan mesafeleri bilmemekteydi. Bu yüzden dalga fonksiyonlarının iki kopyası da farklı zamanlarda gidecekleri yere ulaşmışlardır. Zamana bağlı olarak eşleştirme yapacak olursak onları bir tür geciktirme aleti kullanarak ilk varacakları yere götürmek için bir şeyler yapılması gerekliydi. Yazı yazılmadan önce zamandaki gecikmenin hesaplanması gereklidir. Kozmik deneysel aletin iki girişinin de senkronlaştırılabilmesi için bir öneri ise yıldızsı gökcisimleri üzerinde olan harekerleri ve karakteristik özellikleri ve belirli olayları tanımlayabilmek için gerekli olan bazı sinyal karakteristikleridir. İkiz yıldızsı gökcisimlerinden gelen bir bilgiye göre Wheeler ortalama olarak 14 ayda kendi spekülasyonlarının temeline ulaşmıştır. Kuantum ışığını korumak amacıyla bazı tür yardımcı ögeler bulmak sanıldığı kadar kolay değildi.

Evrende ve Laboratuvarda Çift Yarık Deneyi

Wheeler'ın çift yarık deneyinin versiyonu iki yarıktan da emilen fotonları iki yolla da bulmak amacıyla düzenlenmiştir. İlk yol iki yolu bir araya getirmek için önemlidir. Dalga fonksiyonun üstü üste çakışmasıyla oluşan iki kopyası ve girişim özelliği göstermesi de bu konu hakkında düzenlemelere neden olmaktadır. İkinci yolda foton kaynağından uzağa konumlanmıştır ve bu konumu şu şekilde tasvir edilir: dalga fonksiyonunu iki kopyası arasında oluşan mesafe girişim özelliği göstermesi için çok fazladır. Laboratuvardaki teknik problem ise dedektör ekranını nasıl girişim özelliklerinin izlenebileceği bir noktaya yerleştirmekti veya ekranı uzayın dar alanlarından yarıkların olduğu yerlerdeki fotonları toplayan foton dedektörlerini açığa çıkarmak amacıyla uzaklaştırmaktı. Bu durumu başarıyla sonuçlandırmak amacıyla son zamanlarda geliştirilmiş olan elektrikli anahtarlanabilir aynalar ve iki yolun yarıklardan gelen basit değişim yönergeleri aynayı açık veya kapalı konumuna getirerek kullanılır. 2014 yılından itibaren hiçbir deney bu şekilde duyurulmamıştır. Evrensel deney Wheeler'ın diğer problemleri olduğu tarafından tasvir edilmiştir, buna rağmen dalga fonksiyonunun kopyasını bir yerden yönlendirmek veya bir süre sonra fotonun büyük olasılıkla dalga veya parçacık gerekliliklerine hızın önemi olmadığını öğreneceklerdir. Birisini kavramak için ise bir trilyon yıl zaman geçmiştir. Girişim ölçer deneyinin evrensel versiyonu kolaylıkla evrensel çift yarık aleti olarak örneklendirmesi yapılabilir. Wheeler bu olasılığı hiçbir zaman düşünmemiştir. Buna rağmen bu durum diğer yazarlar tarafından tartışılmıştır. Gecikmiş seçim paradoksuna bir anlam katmanın en kolay yolu Bohmian mekaniği kullanarak gecikmiş seçim deneyini açıklamaktır. Orijinal gecikmiş seçim deneyinin sürpriz açıklamalarından birisi Wheeler'a "Gözlemlenemeyen olay hiçbir zaman gözlemlenene kadar yok sayılmıştır." sonucuna varmasını sağlamıştır. Bu sonuç ise radikal pozisyondur. Fakat aslında olayın doğrusu zamanındadaki deneysel düzenekteki değişim miktarı diye adlandırılan belirli bir zaman almaktadır. İlk potansiyel yavaş yavaş dT zaman aralığında yeni bir kuantum potansiyeli olanı meydana getirmek için değişim göstermektedir. PVMM adlı kitapta yukarıda açıklanmış olanlar hakkında önemli gözlemlemeler yapılmıştır.. Bu açıklamalar kuantum potansiyelinin içerdiği belirli bağlı durumları anlatan sistem hakkındadır ve bu yüzden kuantum potansiyeli tarafından, yapılmış olan herhangi bir değişiklik hemen haklı bulunmuştur ve Bohmian parçacığının dinamiği hakkında karar verilmiştir. Foton, tamamıyla Dünyaya doğru hareket ederken uzayın çevresindeki büyük galaksideki biçim bozukluğuyla karşı karşıya gelecektir. O noktada foton hangi yöne gideceği hakkında karar verecektir. Objektif galaksi etrafında parçacık olarak mı hareket edecek yoksa objektif galaksi etrafında iki yönde de dalga olarak mı hareket edecekti. Onların karmaşık deneyleri tamamıyla Mach-Zender girişim ölçerine dayanılarak renkli merkez foton jeneratörü, kutuplaştırıcı ve ışın dağıtıcısı modunda da kullanılabilen ve elektro optik modülatörde elması başlatıcı olarak kullanılarak yapılmıştır. Açık biçimli bir yerde yapılan ölçümler parçacığın belirlediği yolu yani girişimin imkânsız olduğu yolu ölçerken, kapalı biçimli bir yerde yapılan ölçümler girişim özelliğini göstermektedir. Ayrıca bu kişiler, her fotonun fotonun kendisiyle girişimde bulanamayacağı bu yollarda dalga olarak hareketini de doğrulamışlardır.

Işın dağıtıcı sayesinde yansıtmalı projektör ile bilindik dedektör ekranında görüntü oluşumu

Deneysel biçimler arasında bir şeyler değişmediğinden beri ve ilk olarak fotonun parçacık hareketi göstererek gideceğinden itibaren ve ikinci olarak dalga hareketi göstererek yoluna devam edeceğinden itibaren Wheeler deneysel olarak fotonun hakkında karar verileceği zaman dilimini bilmek istiyordu. İkinci konumunda ışın dağıtıcı yokken fotonun birinci ışın dağıtıcının bölgesinden geçmesine izin verilmesi ve yoluna devam etmesi mümkün müdür ve hızlıca ikinci ışın dağıtıcının ortaya çıkması mümkün müdür ? O ana kadar parçacık olarak yoluna devam etmesi büyük olasılıkla gerçekleşmiştir, ışın dağıtıcı fotonun geçişine izin verip kendisini ispat etmesine ve parçacık olarak kendini göstermesine ikinci ışın dağıtıcının orada olup olmaması herhangi bir etki gösterir mi?

Bilinen Deneyler

Wheeler'ın çift yarık deneyi aparatı hakkında niyetini takip eden ilk gerçekçi deney Walborn et al tarafından bitirilebilen tanıma methodu olarak dahil olmuştur. Ma et al tarafından yapılan deney şunları bildirir: " Kuantum silintileri nedensel olarak yapılan seçimden bağlantısızdır." Bizim sonuçlarımız ise sistem fotonları ya kesinlikle dalga olarak davranmalıdırlar ya da kesinlikle parçacık olarak davranmalıdır fakat ışık hızından daha hızlı olmalıdır. Çünkü izafiyetin özel göreliliği bu durumu güçlü bir gerilmeden dolayı bizim tamamen inanmamız gereken duruma sokulmasıdır. Araştırmacılar radyo teleskoplarının SETI araştırması için yapılan pratiksel zorlukları açıklanan yıldızlar arasın birleşmeyi sağlayan Wheeler deneyidir. Manning et al tarafından yapılmış olan deneyde kuantum mekaniğinin standart öngörülerini kabul etmektedir.

Sonuç

Ma, Zeilenger et al. deneyin sonuçlarından Wheeler'ın hangi önerilerinin çıktığını belirtmiştir. Şunları belirtmişlerdir: Fotonun özel bireysel gözlemlemelere dayalı olan herhangi bir açıklama tüm deneysel aparatları içine alan kuantum halinin de iki fotonu da içine alan ve tüm değişkenler kaydedildikten sonra anlam ifade edeceği bu sonuçlar arasında vurgulanmıştır. Bizim sonuçlarımız ise fotonun ya kesinlikle dalga olarak ya da kesinlikle parçacık olarak örneklendirildiği ve ışık hızından daha yüksek bir hız gerektirdiğini örneklendirmiştir. Özel göreliliğin güçlü gerginliğinden dolayı ve göreliliğin özel teorisinden dolayı bu bakış açısı tamamen sonuç olarak verilmiştir.

Ayrıca bakınız
  • Gecikmiş Seçim Kuantum Silintisi

Kaynakça
  1. Mathematical Foundations of Quantum Theory, edited by A. R. Marlow, Academic Press, 1978. P, 39 lists seven experiments: double slit, microscope, split beam, tilt-teeth, radiation pattern, one-photon polarization, and polarization of paired photons.
  2. George Greenstein and Arthur Zajonc, The Quantum Challenge, p. 37f.
  3. Scientific American, July 1992, p. 75
  4. Ma, Kofler, Qarry, Tetik, Scheidl, Ursin, Ramelow, Herbst, Ratschbacher, Fedrizzi, Jennewein, and Zeilinger, "Quantum erasure with causally disconnected choice. p. 1 (PNAS, January 22, 2013, vol. 110, no. 4, pp. 1221–1226)
  5. Peruzzo, et al., "A quantum delayed choice experiment," arXiv:1205.4926v2 [quant-ph] 28 Jun 2012. This experiment uses Bell inequalities to replace the delayed choice devices, but it achieves the same experimental purpose in an elegant and convincing way.
  6. "Entanglement-enabled delayed choice experiment." by Florian Kaiser, Thomas Coudreau, Perola Milman, Daniel B. Ostrowsky, and Sébastien Tanzilli, in arXiv:1206.4348v1
  7. Edward G. Steward, Quantum Mechanics: Its Early Development and the Road to Entanglement, p. 145
  8. Anil Ananthaswamy, New Scientist, 07 January 2–13, p. 1f says:

For Niels Bohr... this "central mystery" was ... a principle of the ... complementarity principle. .... Look for a particle and you'll see a particle. Look for a wave and that's what you'll see. "No reasonable definition of reality could be expected to permit this," [Einstein] huffed in a famous paper ... (Physical Review, vol 47, p 777).

  1. "Seeing double". ESA/Hubble Picture of the Week. Retrieved 20 January 2014.
  2. Mathematical Foundations of Quantum Theory, edited by A. R. Marlow, p. 13
  3. John Archibald Wheeler, ""The'Past" and the 'Delayed Choice' Double-Slit experiment," which appeared in 1978 and has been reprinted is several locations, e.g. Lisa M. Dolling, Arthur F. Gianelli, Glenn N. Statilem, Readings in the Development of Physical Theory, p. 486ff.
  4. http://www.bbk.ac.uk/tpru/BasilHiley/DelayedChoice.pdf23+Kasım+2018+tarihinde+Wayback+Machine+sitesinde+arşivlendi.
  5. Chandré Dharma-wardana, A Physicist's View of matter and Mind (World Scientific, 2013)
  6. Jacques, Vincent; et al. (2007). "Experimental Realization of Wheeler's Delayed-Choice Gedanken Experiment". Science 315: 966–968. arXiv:quant-ph/0610241v1. Bibcode:2007Sci...315..966J. doi:10.1126/science.1136303. PMID 17303748.
  7. Geons, Black Holes & Quantum Foam: A Life in Physics, by John Archibald Wheeler with Kenneth Ford, W. W. Norton & Co., 1998, p. 337
  8. Greenstein and Zajonc, The Quantum Challenge, p. 39f.
  9. Greenstein and Zajonc, The Quantum Challenge, p. 41.
  10. Kundic, T., Turner, E. L., Colley, W.N., Gott, III, R., and Rhoads, J. E., A robust determination of the time delay in 0957+561A,B and a measurement of the global value of Hubble's constant, Astrophys. J., 482, 75-82, (1997).
  11. Epistemology and Probability: Bohr, Heisenberg, Schrödinger, and the Nature ..., by Arkady Plotnitsky, p. 66, footnote.
  12. PHYSICAL REVIEW A, Volume 65, 033818, "Double-slit quantum eraser" by S. P. Walborn, M. O. Terra Cunha, S. Pa´dua, and C. H. Monken.
  13. Ma et al., op sit., p. 6
  14. Quantum Astronomy (IV): Cosmic-Scale Double-Slit Experiment
  15. A. G. Manning, R. I. Khakimov, R. G. Dall, A. G. Truscott. "Wheeler's delayed-choice gedanken experiment with a single atom.". Nature Physics, 2015. doi:10.1038/nphys3343.
  16. "Quantum erasure with causally disconnected choice," by Xiao-Song Ma, Johannes Koflera, Angie Qarrya, Nuray Tetika, Thomas Scheidla, Rupert Ursina, Sven Ramelowa, Thomas Herbsta, Lothar Ratschbachera, Alessandro Fedrizzia, Thomas Jenneweina, and Anton Zeilingera, PNAS, January 22, 2013, vol. 110, no. 4, pp. 1221–1226. See page 6 of the PDF file. Download from: http://www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1213201110
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.