Şrödinger pişiyi: Eynşteynin qorxulu kabusu və məğlubiyyəti

Bir əşyanın varlığını necə bilirik? Ya onu görərək, ya da toxunaraq. Əgər bu şərtlərdən heç biri reallaşmırsa, deməli əşyanın varlığı naməlumdur: o ya vardır, ya da yoxdur. Klassik fizikanın əsaslandığı təməl qanunlardan biri məhz budur. Əgər bir əşya varsa, onu görməyinizə və ölçməyinizə gərək yoxdur, əşya daim ordadır. Ancaq Şrödinger təcrübəsi –  Şrödinger pişiyi bu məvhumu tamamilə alt üst edir və kvant paradoksu yaradaraq klassik fizikanı çıxılmaz vəziyyətə salır. 

Bəs Bunu necə edir? Real olmayan təcrübə illər boyu təkamül etmiş elmi necə alt-üst edə bilir?

“Baxmadığımız zaman heç nə yoxdur” baxışı, şübhəsiz ki, “makro” kainata, yəni neytron, elektron və protondan ibarət böyük maddəyə aid deyil. Burada hələ də klassik fizika üstünlük təşkil edir. Ancaq kvant kainatına getdiyimiz zaman, bu işin ən əhəmiyyətli adlarından biri olan Niels Bohr bu hadisəni belə xülasə edir: 

“Müşahidə etmədiyiniz və ölçmədiyiniz zaman “kvant sistemləri”, yəni elektronlar, fotonlar kimi zərrəciklər bir anda bütün mümkün xüsusiyyətlərə malik olduqda kainatdakı reallıqdan danışmağın mənası yoxdur”.

Yəni, bu hadisəni sadə şəkildə belə düşünün. Bir kitab və dəftəriniz var. Bu əşyaları müşahidə etdiyiniz təqdirdə hər birinin hansı olduğunu asanlıqla təyin edirsiniz. Əgər bu əşyaları müşahidə etmirsinizsə, hansının hansı olduğunu da bilmirsiniz. Kvant dünyasında hər iki şərt üst üstə düşür, yəni kitab və dəftər o anda eynidir: əşya həm kitabdır, həm də dəftərdir. 

Bu hadisəyə kvant fizikasında kvant super pozisiyası deyilir. Başqa sözlə desək, zərrəciyin eyni anda müşahidə edilmədiyi zaman sahib ola biləcəyi bütün xüsusiyyətlərə malik olması. Bəs bu nəzəriyyə necə ortaya çıxdı? Sevimli dostumuz olan pişikdən.

Şrödinger pişiyi adını həmişə eşitdiyimiz həmin ölü və diri pişikdir. Klassik fizikada bir maddənin eyni anda iki halı ola bilməz. Ancaq kvant fizikasında bu mümkündür və biz bunu müşahidə edə bilmək bacarığına malik deyilik. Bu təcrübə ilə Avstriyalı fizik Erwin Schrödinger kvant fizikasındakı hər hərəkətin müzakirəyə açıq olduğunu, dəqiqlik ifadə etmədiyini çatdırmağa çalışıb. Təcrübədə istifadə olunan pişik xəyalidir, real pişiklər üzərində test edilməyib.

Bu təcrübə bir düşüncə testi idi. Alim bu təcrübə vasitəsilə “super pozisiya” məhvumunu, kvant fizikasının qarışıqlığını, Kopenhagen təfsiri ilə bağlı problemləri, buradakı boşluqları ortaya çıxarmaq istəyirdi. 

Təcrübə zamanı bağlı bir qutunun içində canlı olan bir pişik yerləşdirilir və qutunun içinə təcrübə üçün lazımlı mexanizm qurulur. Qurğunun tərkibi isə parçalanma ehtimalı 50% olan bir radioaktiv maddə və bu maddənin parçalanması nəticəsində ətrafa yayılan zəhərli qazdan ibarətdir. Buradakı önəmli məsələ parçalanma ehtimalının tam olaraq 50% olmasıdır. Bu şəkildə maddənin parçalanıb-parçalanmayacağı əvvəlcədən müəyyənləşdirilə bilməz. Nəticə olaraq pişik qutu açılıb müşahidə edildiyi zaman ya zəhərlənib öləcək, ya da sağ qalacaq.

Qutunun içərisində olan pişik bir az zəhər dolu kiçik şüşə və radioaktiv mənbə ilə eyni şəraitə salınır. Radioktiv mənbənin 1 saat ərzində şüalanma ehtimalı şüalanmama ehtimalına bərabərdir. Əgər içəridəki sensor radioaktivlik hiss edərsə, onda kiçik şüşə qırılar və pişik ölər. Burdan çıxan nəticəyə görə 1 saat sonra pişiyi həyatda qalma və ölmə vəziyyəti eynidir. Ancaq bunu fiziki olaraq müşahidə etməyə çalışsanız, bu ehtimallardan sadəcə birini görə bilirik.

Bu təcrübədəki nüans onun son nəticəsi deyil. Vacib olan əsas məsələ təcrübə zamanı müşahidə edilmədən əvvəl qutunun içində nələr olduğudur. Qutu açılmadan, yəni müşahidə edilmədiyi anda pişiyin vəziyyəti nədir: ölüdürmü, yoxsa diridirmi? Kvant fizikasına görə pişik həm ölü, həm diridir. Kvant dilində bu vəziyyətə dalğa funksiyasının çöküşü deyilir. Yəni müşahidə olunmadığı təqdirdə eyni anda bir neçə ehtimal olduğu təqdirdə, kvant kainatına müşahidəçi daxil olduğu təqdirdə bu ehtimalların sayı birə enir. 

Albert Eynşteyn fizika elminin dahilərindən biridir. Onun nəzəriyyələrinin günümüzdəki təsirlərindən bəhs etməyə çalışsaq, yəqin ki, saatlarla bu yazını oxumalı olarsınız. Şrödinger pişiyi nəzəriyyəsi ortaya çıxdıqda Albert Eynşteyn kvant fizikası tərəfdarlarını sualları ilə “bombaladı.” Bəzi mənbələrdə onu “kvant fizikasının düşməni” kimi göstərirlər, halbuki Eynşteyn kvant fizikasının varlığını anlayırdı, ancaq onun varlığını sorğulamaq üçün kvant fizikası tərəfdarlarından daha yaxşı baxış bucağına malik idi. 

Məsələn, Şrödinger pişiyi təcrübəsi də məhz Eynşteyn tərəfdarı tərəfindən irəli sürülmüşdü. Çünki fikirlər absurd idi. Eynşteyn kvant fizikasına “səhvdir” demirdi, əksinə burada boşluqların olduğunu, tam açıqlanmadığını müdafiə edirdi. Buna görə də kvant fizikaçılarından Niels Bohr başda olmaqla bütün dəstəkçilərini məntiqli sualları ilə sıxışdırırdı. 1935-ci ildə isə ölümcül zərbəsini vurdu.

Kvant dolaşıqlığı ilə bağlı Albert Eynşteynin önə çıxardığı məsələ bu idi: Kvant düsturları ilə hesablanarkən, iki hissəcik bir-birinə kifayət qədər yaxın dayanır. Bu, elektron və ya foton ola bilər. Kvant aləmində demək olar ki, hər vəziyyətdə bu belədir. Bu iki hissəcik arasında isə “bağ” yaranır. Yəni, hər iki hissəcik “qardaşlaşır.” Ancaq bu iki “qardaş” bir birinə əks xarakterə sahibdir: biri pozitiv olsa, digəri neqativ olur. Elektronlarda isə bu cür “xarakterik” xüsusiyyətlər olmadığı üçün onların dönmə xüsusiyyətləri üzərindən izah edək.

Hər elektron saat əqrəbi istiqamətində və ya tərsinə dönür. Əslində tam olaraq belə dönməsə də, izah etmək üçün bu cür ifadədən istifadə olunur. Elektronların dönmə istiqamətini onları ölçənə qədər bilmək mümkün deyil. Ölçdükdə ikisindən birinin hərəkəti üzə çıxır. Nəticə etibarilə artıq digərinin də hərəkətini anlayırıq. 

Bu hissəcikləri bir birindən ayıraq və aralarına milyonlarla kilometr məsafə qoyaq. Bilirik ki, ölçmədiyimiz üçün hər iki elektron super pozisiya halındadırlar. Onlardan birini ölçdükdə müəyyən edirik ki, saat əqrəbi istiqamətində dönür, deməli digəri saat əqrəbinin əksi istiqamətində dönməlidir. Onu da ölçürük, nəticə düzdür, təxmin edildiyi kimi dönür. Bəlkə təsadüfdür, yenidən ölçdükdə nəticə yenə eynidir. Məsafə nə olursa olsun, nəticə həmişə o anda eynidir. Klassik fizikaya görə bu normal deyil. Çünki kainatda sabit olan sadəcə bir şey var: işığın sürəti. Heç nə ondan sürətli ola bilməz, onu keçə bilməz, hətta ona çata bilməz. 

Eynşteyn bu hadisəyə “Məsafələr arası qorxunc hadisə (Spooky action at a distance)” adını verdi. Çünki haqlı idi. Nisbilik nəzəriyyəsinə görə bu mümkün deyildi. Ona görə də kvant fizikaçılarına burada bir problemin olduğunu, formulaları yenidən nəzərdən keçirməyi və baş verən hadisənin “gizli dəyişkənə” bağlı olduğunu söyləyirdi. Eynşteyn super pozisiya vəziyyətinə inanmırdı. Yəni bu hissəciklər bir birindən ayrıldıqlarında onsuz da bir birinə hansı istiqamətlərdə dönəcəkləri ilə bağlı mesaj verirdilər. Bir neçə milyon kilometr məsafədən anlıq mesaj göndərmirdilər. Niels Bohr isə bunun əksini müdafiə edirdi. Hissəcikləri ancaq müşahidə etdikdə hansı vəziyyətdə olduğunu bildiyimizi söyləyirdi, əks təqdirdə, bunu bilmək mümkün deyildi. Beləliklə, debat qapalı dairəyə çevrilmişdi.

Təəssüf ki, Albert Eynşteyn bunu öyrənə biləcək qədər çox yaşamır. Əvvəl zamanlarda bunu kimsə açıqlaya bilmədi, hətta “kvant fizikası belədir” fikirləri səslənməyə başlanmışdı. Bu, Albert Eynşteyn üçün qələbə idi, çünki elmdə bu cür ifadələrə yer yoxdur. Ancaq nəticədə bu hadisə izah olundu, Albert Eynşteynin ölümündən 9 il sonra, 1964-cü ildə.

Məqaləni burada sonlandırırıq. Albert Eynşteyn ve Niels Bohr arasındakı “müharibə”nin nəticəsini gələcək yazımızda göstərəcəyik.

Sizə maraqlı ola biləcək yazı: Tanrı hissəciyi – Peter Higgsin həyat hekayəsi