fbpx
Connect with us

Astrofizik

Kuantum Mekaniğini Kullanmanın 5 Pratik Yolu

Published

on

Bell’in Teorem’inden 50 yıl sonra, kuantum mekaniğinin tuhaf özellikleri ile donatılmış araçlar etrafınızdaki her yerde çalışıyor. Kuantum mekaniği tuhaftır. Ufak cisimlerin ve güçlerin çalışmalarını tanımlayan teori, bilindiği gibi Albert Einstein’ı huzursuz etti ve bunun üzerine 1935’te meslektaşlarıyla bunun yetersiz olduğunu öne sürdüler- gerçek olmak için fazla tuhaftı. Sorun, kuantum fiziğinin nedensellik, yerellik ve gerçeklik gibi ortak akıl kavramlarına karşı koyuyor olması gibi görünüyor. Örneğin; Ay’a bakmadığın zamanlarda bile onun varlığını bilmek, bu bir gerçeklik. Nedensellik bize eğer ışığı açarsan lambanın aydınlanacağını söyler. Ve ışığın hız sınırı sayesinde, şu an bir lambanın düğmesine basarsan, yerellik ilkesine göre bir milyon ışık yılı uzaklıkta anında bununla ilgili bir etki oluşamaz. Fakat bu prensipler kuantum aleminde yıkılır. Muhtemelen kuantuma karşılık gelecek en ünlü örnek; evrenin karşıt taraflarındaki cisimlerin doğası gereği bağlantılı olabileceği ve böylece anında bilgi paylaşabilecekleridir- Einstein’ı güldüren bir fikir. Ama 1964’te ,fizikçi John Stewart Bell kuantum fiziğinin gerçekten eksiksiz ve işe yarar bir teori olduğunu kanıtladı. Ve artık Bell’in Teorem’i olarak anılıyordu. Dolaşıklık gibi kuantumun özelliklerinin Ay kadar gerçek olduğunu etkili bir biçimde kanıtladı ve günümüzde kuantum sistemlerinin tuhaf davranışlarından çeşitli uygulamalarda kullanılmak üzere faydalanılıyor. İşte en etkili 5’i:
Ultra Hassas SaatlerGüvenilir saat kurma, sizin sabah alarmınızdan çok daha fazlası. Saatler teknolojik dünyamızı senkronize ediyor, stok pazarı ve GPS gibi sistemleri sıraya diziyor. Günümüzde, en kesin saatler atomik saatlerdir. Atomik saatler zamanı hesaplamak için kuantum teorisinin prensiplerini kullanabiliyor. Bu saatler elektronların enerji seviyeleri arasında geçişini sağlamak için gereken belirli radyasyon frekansını izler. ABD’deki Colorado Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nün (NIST) kuantum-mantık saati sadece 3.7 milyar yılda bir saniye kaybeder veya kazanır. Bu yılın başlarında, NIST stronsiyum saatinin, 5 milyar yıl için geçerli olacağı açıklandı – Dünya’nın şu anki yaşından daha uzun. Böyle süper hassas atomik saatler GPS navigasyon, telekomünikasyon ve araştırmalarda yardımcı olur.Atomik saatin hassasiyeti kullanılan atom sayısına dayalı.Bir vakum odasında tutulan, her bir atom bağımsız olarak zamanı ölçer ve kendisiyle komşuları arasındaki rasgele lokal farklara dikkat eder. Eğer bilim adamları atomik bir saate 100 kat daha fazla atom gönderirse, bu 10 kat daha kesin olur. Araştırmacıların bir sonraki büyük hedefi, hassaslığı arttırmak için dolaşıklığı başarılı bir şekilde kullanmaktır. Dolaşık saatler, lokasyondan bağımsız zamanı ölçecek dünya çapında bir ağ oluşturmak için bile kullanılabilir.
Kırılmaz KodlarGeleneksel kriptografi tuşlar kullanılarak çalışır: Bir gönderen, bilgiyi kodlamak için bir anahtar kullanır ve bir alıcı mesajı çözmek için başka birini kullanır. Fakat bir kulak misafiri riskini ortadan kaldırmak zordur ve şifreler ifşa edilmiş olabilir. Potensiyal kuantum kırılamaz şifre dağılımı kullanıldığında bu durum giderilebilir. Kuantum şifre dağılımında(QKD), anahtar hakkındaki bilgiler rastgele polarize edilmiş fotonlarla gönderilir. Bu, fotonu, sadece bir düzlemde titreşecek şekilde kısıtlar. örneğin, yukarı ve aşağı veya soldan sağa. Alıcı, anahtarı deşifre etmek için polarize filtreler kullanabilir ve ardından bir mesajı güvenli bir şekilde şifrelemek için seçilmiş bir algoritma kullanabilir. Gizli veri normal iletişim kanalları üzerinden gönderilir, ancak tam kuantum anahtarına sahip olmadıkça kimse şifreyi çözemez. Bu çok zordur, çünkü kuantum kuralları, dinlemeye yönelik herhangi bir girişim olduğunda, iletişimcileri güvenlik ihlallerine karşı uyarır.
Bugün BBN Teknolojileri, Toshiba ve ID Quantique gibi şirketler ultra güvenlik ağı tasarımı için kuantım şifre dağılımını kullanıyor. 2007’de İsviçre’de seçim döneminde, ID Quantique dayanıklı bir oylama sistemi oluşturmak için kendi ürününü denedi. Karışık QKD kullanılarak ilk banka transferi 2004’te Avusturya’da başladı. Bu sistem yüksek güvenlik sözü veriyor. Çünkü eğer fotonlar birbirine karışmışsa, kesişme noktaları tarafından yapılmış olan kuantum hallerinde meydana gelen herhangi bir değişiklik, anahtar-yatağı parçacıklarını izleyen herhangi bir kimse için hemen anlaşılacaktır. Ama bu sistem henüz çok büyük uzaklıklarda işe yaramıyor. Maksimum 88 mil uzaklıkta aktarılabiliyor.
Süper Güçlü BilgisayarlarStandart bir bilgisayar, bilgileri ikili basamak dizisi veya bit olarak kodlar. Kuantum bilgisayarları güç döngüsünü güçlendirir. Çünkü kubitler, belli kuantum durumlarının süperpozisyonu ile çalışır. Bunlar hesaplanana kadar kubitler aynı anda hem ‘1’ hem de ‘0’ olabilirler.
Bu alan hala gelişim halinde, ama doğru yöne adımlar mevcut. 2011’de, D-Wave Sistemleri, D-Wave 1 ,128 kubitlik işlemciyi, ardından 1 yıl sonra 512 kubitlik D-Wave 2’yi ortaya çıkardılar. Şirket, bunların dünyanın ilk ticari olarak uygunluğu olan kuantum bilgisayarlar olduğunu belirtiyor. Fakat bu iddia kuşkuyla karşılanmıştır. Çünkü kısmen de olsa, D-Wave’in kubitlerinin dolaşık olup olmadığı hala net değil. Mayıs ayında yayınlanmış olan araştırmalarda dolaşıklığa dair kanıtlar bulunmuş ancak sadece bilgisayarın qubit’lerinin küçük bir alt kümesinde. Ayrıca mikroçiplerin güvenilir bir kuantum hızlandırması gösterip göstermediğine dair belirsizlik var. Yine de, NASA ve Google, D-Wave 2’ye dayanan Kuantum Yapay Zeka Laboratuvarı’nı oluşturmak için bir araya geldi. Ve geçen yıl Bristol Üniversitesi’ndeki bilim adamları, internet tarayıcısı olan herkesin kuantum kodlamasını öğrenebilmesi için geleneksel kuantum çiplerinden birini internete bağladılar.
Gelişmiş MikroskoplarŞubat ayında Japonya’nın Hokkaido Üniversitesi’nde çalışan araştırmacılar dünyanın ilk dolaşık gelişmiş mikroskopunu diferansiyel girişim kontrast mikroskopi olarak bilinen bir teknik kullanarak geliştirdiler. Bu tür bir mikroskop, bir maddede iki foton ışınını ateşler ve yansıyan ışınların yarattığı girişim desenini ölçer. Desenin düz bir yüzeye çarpıp çarpmadığına bağlı olarak değişir. Dolaşık fotonları kullanmak, mikroskopun toplayabileceği bilgi miktarını büyük ölçüde artırır, çünkü dolaşık bir fotonun ölçülmesi, partneri hakkında bilgi verir.Hokkaido’daki grup, arka planda görülmemiş keskinlikte 17 nanometrelik bir ‘Q’ deseni görüntülemeyi başardı. Benzer teknikler enterfrometre adındaki astronomik araçların geliştirilmesi için de kullanılabilir. Enterfrometreler güneş sistemi dışındaki diğer gezegenleri yakalayabilmek için kullanılıyor. Aynı zamanda yakınlardaki yıldızları incelemek ve uzay zamandaki ağırlık dalgaları adı verilen dalgaları araştırmak için de kullanılıyor.
Biyolojik PusulalarKuantum mekaniğini kullanan yalnızca insanlar değil. Önde gelen teroilerden biri kızılgerdan kuşu gibi kuşların göç ettikleri sıralarda yoldan sapmamak için tuhaf hareketlerde bulunduklarını ileri sürüyor. Kriptokrom adı verilen ışığa duyarlı bir protein içeren method, dolaşık elektronlar içerebilir. Fotonlar göze girerken, kriptokrom moleküllerine çarparlar ve onları parçalara ayırmak için yeterli enerji verebilirler. İki reaktif moleküller veya radikaller, çiftleştirilmemiş fakat dolaşık elektronlar oluştururlar. Kuşun etrafındaki magnetik alan bu kripto krom radikallerinin ne kadar süreceğini etkiler. Kuş’un retinasındaki hücrelerin dolaşık radikallerin varlığı için çok hassas olduğu düşünülüyor. Moleküllere bağlı olarak hayvanlar etkili bir biçimde magnetik bir harita görebilirler. Bu süreç çok anlaşılır bir süreç olmamasına rağmen, diğer bir seçenek: Kuşların manyetik duyarlılıkları, gagalarındaki küçük manyetik minerallerin kristalleri nedeniyle de olabilir. Yine de, eğer karışıklık gerçekten oyundaysa, deneyler bir kuşun gözünde en iyi yapay sistemlerden bile çok daha uzun sürmesi gerektiğini öne sürmektedir. Manyetik pusula, belirli kertenkelelere, kabuklulara, böceklere ve hatta bazı memelilere de uygulanabilir. Örneğin, sineklerde manyetik navigasyon için kullanılan bir kriptokrom biçimi de, insan gözünde bulunmuştur, bunun bir nedeni ya da benzer bir amaç için yararlı olup olmadığı belirsizdir.
Kaynak:https://www.smithsonianmag.com/science-nature/five-practical-uses-spooky-quantum-mechanics-180953494/?no-ist

Advertisement
Click to comment

Leave a Reply

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Astrofizik

Karanlık Madde Gerçekten Belirsiz Mi?

Published

on

Bilim insanları yıllardır karanlık maddeyi anlamaya ve evrenin 4’ te 1’ ini kaplayan bu gizemli maddenin sırlarını çözmeye çalışıyor. Görünmezlik pelerininin mantığını kavramamızı sağlayacak fikri arıyorlar. Devasa tek bir parçaymışçasına hareket eden binlerce küçük parçacığı inceliyorlar. Maalesef 28 Şubat’ta, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics dergisinde yayınlanan makaleye göre karanlık maddeyi elde etme girişiminden elleri boş ayrıldılar. Sonuçlara göre karanlık madde eğer gerçekten çok küçük maddelerden oluşuyorsa elde edilmesi çok zor ve diğer maddelerle etkileşime girmeyen bir madde olabilir. Karanlık madde evrenin en büyük sırlarından biri. Işıkla etkileşime girmiyor ama diğer maddeler üzerinde kütlesel çekim kuvveti uyguluyor. Evrendeki enerji ve maddenin dörtte birini oluştursa da bilim insanları onu henüz ne bulabildiler ne de neyden oluştuğunu çözebildiler.

Karanlığın Kalbi

Pek çok bilim insanı, karanlık maddenin zayıf etkileşimli büyük parçacıklardan (WIMP) oluşuyor olabileceğini düşünüyor. Ama bu teori karanlık maddeyi tam olarak açıklayamıyor. Örneğin, bu parçacıklar, galaksiler ağında astronomların henüz göremediği yapılar oluşturmalıydılar. Bu yüzden bilim insanları karanlık maddeyi farklı bir yönde aramaya başladılar, ultralight parçacıklarında. Araştırmanın yazarlarından Sergey Troitsky, “ Bir çok teori olsa da hiçbirinin destekleyici bir kanıtı yok, bu yüzden her ihtimali tek tek araştırmalıyız.” dedi. Bazı teorilerse ultralight karanlık maddenin diğer adıyla belirsiz karanlık maddenin elektrondan 10^28 kat daha hafif olduğunu ve bir dalgadan ziyade bulanık sınırları olan bulaşmış parçacık gibi hareket ettiği için “belirsiz” karanlık madde olarak adlandırıldığını iddia ediyor. Son araştırmalarla aktif galerilerdeki ışıkla bu maddeyi bulmanın bir yolu olup olmadığı araştırılıyor.

Karanlık madde evrenin çoğunluğunu kapladığından, eğer ultralight parçacıklarından yapıldıysa onlardan çok sayıda var olmalı. Durum böyleyse parçacıklar Bose-Einstein Yoğuşması gibi ultra soğukta birbirleriyle yapışık halde bulunuyor olmalılar, mesela bir saha gibi . Parçacıklar ışıkla etkileşime girmediğinden (ki zaten bu yüzden onları bulamıyoruz) bu saha hareket ettikçe polarize ışıkta etki bırakıp, ışığın hareketi sırasında ışınların yönünü değiştiriyor olmalı. Teoriye göre bu etki karanlık maddenin 325 ışık yılı kadar karşısındaki alanlarda görülebiliyor. Bu alanın salınımı da ultralight karanlık maddenin kütlesine bağlı. Bilim insanları bunu kullanarak karanlık maddenin kütlesini ölçmeyi umuyorlar. Karanlık maddenin etkisinden dolayı ışığın kutuplaşmasındaki değişiklikleri araştırmak için bilim insanları 10 teleskopun birleşimiyle oluşan Very Long Baseline Array isimli radyo-teleskopunun arşivlerini taradılar. Uzak galaksilerden ulaşan ışık ayrıntılı bir şekilde araştırıldığı için elimizde yeterli bilgi mevcut.

“Genellikle astrofizik alanında önceden yayınlanmış belgeleri inceleyerek araştırma yaparız ama bu kez araştırmacılardan kendi çalışmaları üzerinde incelemeler yapmalarını istedik ve çalışma taslağımız için gözlemsel verileri kullandık.” Dedi Troitsky.10 yıllık araştırmaları taradıktan sonra bilim insanları salınımları buldular ama bu bekledikleri türden değildi. Galaktik nükleuslar(çekirdekler) normalde belli bir frekans olmadan salınım yapar ama karanlık maddede durum böyle değildi. Bilim insanları galaksiler arası yapıları açıklayacak ultralight karanlık maddenin varlığına dair herhangi bir kanıt bulamadı. Yine de bu yokluğunun kanıtı olamaz. “Karanlık maddenin yer çekimi dışında bir kuvvetle etkileşime geçeceğinin garantisi yok, böyle bir maddeyi bulmak çok zor olsa da en basit açıklama bu.” Dedi Troitsky. “Karanlık madde hakkında emin olduğumuz tek şey, bilinen parçacık fiziğinin dışında kalması. karanlık maddenin yapısına ilişkin gözlemsel kanıtlara sahip olana dek tahminlere ve spekülasyonlara dikkat etmeli ve açık fikirli olmalıyız.” Dedi Telaviv Üniversitesi’nde gökbilimci olan Rennan Barkana.

Editör / Yazar: Şeyma SÜRÜCÜ

Kaynak: https://www.space.com/fuzzy-dark-matter-evidence.html

Continue Reading

Astrofizik

Kara delikleri duymuşsunuzdur, peki ya aklınızı uçuracak beyaz delikleri duydunuz mu?

Published

on

Kara delikler belki de evrenin keşfedilmesi en zor gizemi. Ölen yıldızların çekirdeklerinin birleşmesiyle oluştuğu düşünülen kara delikler hakkında bilinmeyen çok şey var fakat kesin olarak bilinen bir özelliği mevcut; maddeler içeri girer ama çıkan hiç bir şey olmaz. Bildiğimiz kadarıyla, kara delikler o kadar yoğun ki olay ufkundan hiç bir şey kaçamaz. Fakat uzaydaki tek “delik” onlar değildir. Bir kara deliğin çevresinde uzay-zamanı incelerken sayılarla uğraşmakta olduğunuzu varsayalım. Ölen yıldızı (yani tüm o cisim ve kütleyi) hesaplarınızdan çıkarıyorsunuz ve sonuçta beyaz delik elde ediyorsunuz, kütlesiz bir karadelik tekilliği… İsminden de anlaşılacağı gibi beyaz delik, kara deliğin tam tersi. Astrofizikçiler 1970lerden beri bu kavramla çalışıyorlar. Kara deliklerin olay ufkundan ışık bile kaçamazken beyaz deliklerin olay ufku içeri hiç bir şeyin girmesine izin vermemektedir.

Kara delikten kaçamazsınız ama beyaz deliğe de giremezsiniz. Yani kara delik maddeleri yutarken beyaz delik onları geri tükürür. Beyaz delikler, inanılmaz derece parlaktır ve uzaya inanılmaz derecede radyasyon yayarlar. Varsayımsal olarak, beyaz delikler, kara deliklerin “rewind” (geri sarma) butonuna basılmış halidir. Stanford Felsefe Ansiklopedisi yazarı Erik Curiel şöyle diyor: “ Genel izafiyetin alan denklemleri istenilen zaman yönetimini vermediğinden eğer kara deliklerin oluşumu uzay zaman ve kütle çekim yasaları tarafından açıklanabiliyorsa, beyaz delikler de öyle olmalı.” Bildiğimiz kadarıyla, şu ana kadar hiç beyaz delik gözlemleyemedik. Fizikçiler, Evrende beyaz deliklerin olabileceklerine olanak vermiyorlar ve bunu destekleyen bir kaç neden var. En büyük soru: Nasıl oluşurlardı? Kara deliklerin oluşmasından üretilen bir kaç akla yatkın model olsa da kanıtlayamıyoruz çünkü Evreni geri sarıp tüm kara delikleri beyaz deliklere dönüştüremeyiz sonuçta.

Önce tekillik üzerine çalışıp sonra geri sarmalıyız, nesne tüm maddeleri kusar ta ki… Bum! Kendini bir yıldıza dönüştürene kadar. Bu entropinin düşmesi demektir, bu da termodinamiğin ikinci yasasının ihlali demektir. Çalışmaya tekillikle başlamak da bir sorun. Astrofizikçi Karen Masters şöyle açıklıyor: “gerçek Evrende tekilliği oluşturmanın tek yolu onun orda olduğuyla başlamaktır. Bir şekilde evren hâlihazırda tekilliklerden oluşmuş olmalıdır.” “ Evrenin hâlihazırda tekilliklerle çalışmaya başlamış olmasını ileri sürmenin hiç bir manası yoktur. Öyle olsaydı gerçekten garip olurdu.” Bir kaç dakikalık tüm bunları rafa kaldıralım ve beyaz deliklerin gerçekten hiçlikten oluştuğunu varsayalım. Matematiğe göre, uzay zamanda kara delikleri içeren hiç bir cisim bulanamaz. Madde içine girer girmez ne kadar küçük olursa olsun, artık hiç bir şekilde bir beyaz delik oluşamaz.

Yani eğer bir beyaz delik oluşmuşsa bile varlığı çok uzun sürmemiş demektir. Eğer Evren başlangıçta beyaz deliklere sahiptiyse Dünyadaki ilk yaşam formları denizin dibinde oluşmaya başlamadan milyarca yıl önce yok olmuşlardır. Fakat nasıl beyaz delikler şu anda saf teori aşamasındaysa bir zamanlar ve hatta çok yakın geçmişte kara delikler de öyleydi. Aslında bilim insanlarının beyaz delikler için önerdiği bir olay var; bu da gamma ışını yanması. Bunlar evrende gerçekleşen muhtemelen en parlak ve enerji yüklü olaylar çünkü Güneş’in 10 milyar yılda salacağı enerjiyi sadece 10 saniyede salabilirler. Bu olay, yıldızların patlamasından oluştuğunu gösteren görüntü tutulmasıyla devam eder. 2017’de gökbilimciler 2 nötron yıldızının çarpışması sonucu gerçekleşen bir örneğini gözlemleyebildiler.

Fakat 2011de 2 gökbilimci bilinmedik özelliklere sahip gamma ışını yanmasının beyaz delik olabileceğini söylediler. NASA gökbilimcileri bunun kara deliğin oluşma sürecinin bir parçası olduğunu söylüyor. Beyaz delik olma olasılığı oldukça düşük. Ama yine de başka bir çılgın fikir var; o da BigBang’inkendisinin devasa bir beyaz delik olabileceği. Bu fikir de daha önce matematiksel olarak hesaplanmış olsa da hepsi bir teoriden ibaret. Aslında, BigBang kavramı bu doğrultuda biraz yanıltıcı olabilir. Şu an revaçta olan bir teoriye göre Evren tek bir noktadan var olmadı. Varlığın içine doğru yavaşça sızdı ve karanlığın içinde 500 milyon yıl ya da daha fazla bekledi, herhangi bir genişleme göstermeden ta ki gökadalar arasındaki alan iyonlaşana ve ışıklar yanana kadar. Bu pek de tutarlı bir beyaz delik modeli değil tabi ki.

Ama dahası var; beyaz deliğin, kara deliğin yaşam süresini doldurduktan sonra dönüştüğü hali olduğuna dair bir hipotez daha var. Kara delikler fazlasıyla uzun yaşam süresine sahip oldukları için Evrende daha önce hiç beyaz delik oluşmamış olabilir ya da oluşmuşsa bile biz onu göremeden yok olmuş olabilir. Bir diğer olanak ise minik, ilkel bir kara deliğin küçük bir beyaz deliğe dönüşmüş olması ve şu anda karanlık maddenin bir parçası olması. Tabi ki bunların hepsi matematiksel olasılıklar ama gerçek, yaşadığımız Evrende hala bir tane bile beyaz delik göremedik.
Eğer bir gün gözlemlersek, bu Evren hakkındaki tüm fikirlerimizi baştan yazmamız mı demek olacak? Öyleyse bu çok heyecanlı olmaz mıydı?

Editör / Yazar: Meltem ARSLANER

Kaynak: https://www.sciencealert.com/what-in-the-freaking-heckballs-are-white-holes

Continue Reading

Astrofizik

Kuantum Teorisi: Işınlanmanın garip doğası, tardigradlar ve dolanıklık

Published

on

Ünlü düşünce deneyi Schrödinger ‘in Kedisi, yaratıcısının başlangıçta düşündüğü kadar saçma olmayabilir. 1935’te Albert Einstein ve meslektaşlarının ortaya koyduğu kuantum dolanıklık teorisi,uzak parçacıklar arasında etkileşim olduğunu söyler. Einstein, daha en baştan bu şekilde garip bir uzaktan etkileşme fikrine sıcak bakmamıştır. Onun düşüncesine göre kuantum karmaşasının varlığı, başlamak için fazla istekli olmadığı kuantum teorisinin bir şekilde kusurlu olduğunu veya henüz tam olarak anlaşılmadığını ifade ediyordu. Kuantum teorisinin ilginç bir konusu olan kuantum dolanıklık, dolanık olan iki parçacıktan birinin sahip olduğu belli özelliklerin diğerinin durumuna bakılarak bilinebileceğini söyler, hatta bu iki parçacık arasında kozmik bir mesafe olsa bile. Tuhaf, değil mi? İşin Einstein için üzücü olan tarafı, kuantum dolanıklığın varlığı birçok defa ispatlanmıştır. Fakat bu ispatlar şimdiye kadar hep atom altı düzeyde yapılmıştır. Kuantum teorisi evrenin en küçük bileşenlerinin nasıl çalıştığını ve atom, molekül, elektron, foton gibi kavramların davranışlarını daha iyi anlamamızı sağlar. Ve bunu çok etkili biçimde yapar: Seçkin fizikçi Richard Feynman kuantum teorisinin New York ile Los Angeles arasındaki mesafeyi saç telinin genişliğine göre ölçmek kadar doğru sonuç vereceğini belirmiştir.Fakat kuantum düzeyindeki parçacıkların davranışları, insan ölçeğindeki objelerin davranışlarından oldukça farklılık göstermektedir. Einstein’a Göre Çok Garip : Kuantum teorisinin kilit ilkelerinden biri, bir parçacığın aynı zamanda birden fazla farklı yerde olabileceği fikridir.İlginç biçimde kuantum parçacıkları, etraflarındaki çevreyle etkileşime girmediğinde veya konumları özel olarak ölçülmeye çalışıldığında belirli bir konuma sahip değiller.Aslında var olan her şey bu parçacıkların belli bölgelerde bulunma ihtimallerinden oluşur. Bu bulunma durumuna süperpozisyon durumu adı verilir. Bu düşünce Schrödinger’in kedisinin aynı anda hem ölü hem de canlı olabileceği fikrini oluşturan temel düşüncedir. Bu bize, “klasik fiziğin” öngörülebilir hassasiyetine uyan günlük makroskobik nesneler ile olasılık kurallarının geçerli olduğu kuantum evrenindeki küçük nesnelerin mikroskobik dünyası arasında şaşırtıcı bir ayrım sağlar. Einstein bu düşünce karşısında öyle dehşete kapılmıştı ki, “Bir fizikçiden ziyade bir kumarhanede, hatta bir oyun evinde çalışan olmayı tercih ederim.” demiştir. Einstein, 1930’larda bu fikre karşı itirazlarda bulunduğunda bu düşünceyi deneysel olarak ispatlamak pek mümkün değildi. Ancak 1970’lerde bu kavram deneysel olarak test edilebilir hale geldi ve o zamandan beri birçok başarılı dolanıklık deneyi yapıldı. Dolanıklığın birkaç tane pratik uygulaması dahi vardır. Bunlardan biri kuantum şifrelemesidir. Bu uygulama ilhamını yaklaşık 100 yıl önce “bir defalık ped” olarak adlandırılan katılmaz bir şifre yaratmak üzere çalışan Amerikan bankacı ve kriptografi uzmanı Frank Miller’dan alıyor.Onun fikri hem gönderene hem de alıcıya rastgele değerlerden oluşan bir anahtar vermekti, ancak bu yaklaşım yüzde yüz güvenli aktarımı sağlamıyordu çünkü bu anahtarın hem gönderene hem de alıcıya gönderilmesi gerekecekti ve böylece ele geçirilebilir olacaktı. Bununla birlikte, kuantum dolanıklığı, geniş ölçüde ayrılmış konumlarda bile otomatik olarak rastgele değerler oluşturduğundan ve ayrıca parçacıkların dolanık durumda olup olmadığını kontrol etmeyi mümkün kıldığından, üçüncü bir tarafın parçacıklar hedeflerine ulaşmadan önce rastgele değerli anahtarı okumasını imkansız kılmaktadır. Çinli araştırmacılar bu prensibi test ettiler ve bulundukları yerden 1.200 kilometre uzaklıktaki mesafelere dolanık fotonlar yolladılar. Işınlanma Cihazı: Kuantum dolanıklık ışınlanmayı da mümkün kılıyor. Dolanma olmadan bir kuantum partikülükopyalamak mümkün değil, çünkü parçacığı gözlemlemek parçacığın özelliklerini özel başka bir duruma değiştirecektir. Fakat kuantum dolanıklık sayesinde bir parçacığın durumu değiştirilmeden başka birine iletilebilir. Bu Star Trek’teki ışınlayıcının küçük ölçekteki versiyonu gibi, gerçek ışınlanma düşüncesi uzaktan kopyalama yapmakla ve onları hareket ettirmeden parçacıkların özelliklerini aktarmakla ilgilidir. Uygulamayı, çok fazla atom içerdiklerinden dolayı insanlar üzerinde kullanmak çok pratik olmayacaktır. Ancak, işlem kuantum bilgisini bir yerden başka bir yere aktarabilir, bu da kuantum bilgisayarları oluşturmak için çok önemlidir. Standart bilgisayarlarda, bitler 0 ya da 1 değerlerine sahiptir. Kuantum bilgisayarlarda bitlerin yerini alan kübitler, 0 ve 1 olasılıklarını eş zamanlı olarak birleştirerek, özel programların geleneksel bir bilgisayarda çalıştığından çok daha hızlı çalışmasını mümkün kılar. Kuantum olayları laboratuvarların dışında günlük hayatta da sürekli meydana gelir. Madde ve başka bir madde veya ışık arasındaki etkileşimler bir kuantum sürecine bağlıdır.Tüm elektronik cihazların çalışması kuantum fenomenine bağlıdır, hatta hidrojen çekirdeklerinin kaynaşmasını ve enerji üretmesini sağlayan kuantum parçacıklarının olasılıklı doğası olmasaydı Güneş bile var olamazdı. Kuantum fenomeninin biyoloji üzerindeki etkisi de anlaşılmaya başlanıyor. Örnek olarak, kuantumun bitkilerin fotosentez sürecinde enerjinin bitkinin uygun kısmına yönlendirilmesi üzerinde de etkisi olduğu biliniyor. Dolanıklık ayrıca güvercinlerin ve kızıl gerdan kuşlarının yönlerini bulabilmesine olanak sağlar. Bu kuşlar, görünüşe bakılırsa gözlerindeki kuantum dolanıklıksayesinde Dünya’nın manyetik alanını sezebiliyorlar. Göze gelen ışık elektronları enerjisini arttırıyor. “Spin” olarak adlandırılan bu elektronlar Dünya’nın manyetik alanındaki küçük değişimlerden etkilenir ve kuantum dolanıklığının kuşun farklı elektronları birbirine bağlayarak bir resim oluşturmasına olanak sağladığı düşünülmektedir.Ölçeği Büyütmek: Peki, kuantum fenomeni atomlar ve moleküllerden büyük nesnelere uygulanabilir mi? Cevap uygulanabileceği yönünde. Delft Teknoloji Üniversitesi’ nden Dr. Simon Gröblacher ve meslektaşları iki mikroskobik silikon çubuğu dolanık hale getirdi. Bu çubuklar 1 metrenin milyonda 10×1×0.5’i boyutunda ve böylece insan saçından daha incedir. İçlerinde lazer ışığından gelen enerjiyi emen ve bu sayede titreşmeyi sağlayan cepler bulunur. Lazer ışığı, çubukların dolanık hale geldiklerinde ki titreşim durumlarına göre yerleştirilir. Bu çok sıradışı. Genellikle bu büyüklükteki nesnelerde, nesnenin içindeki farklı atomlar ve ilişkili olduğu tüm atomlar arasındaki etkileşim, ‘uyumsuzlaşma’ adı verilen bir süreçle sistemdeki dolanıklığı yok eder. Peki bir çift silikon çubuğu dolanık hale getirmek mümkünse bune kadar ileri götürebilir?Yaşayan organizmaları dolandırabilir miyiz? Kuantum biyolojisi yeni yeni gelişmekte olan bir alan, fakat Gröblacher’inki gibi deneylerin ışığında, bazı bilim adamları kuantum etkisini kullanarak yaşayan organizmalar için dolanıklık oluşturmak ve içerinde süper pozisyon durumu yaratmak için deneyler yapıyor. Bir grup insan bunun çoktan olduğunu düşünüyor. 2016 yılında, Sheffield Üniversitesi’nden Dr. David Coles ve meslektaşları yeşil sülfür bakterilerine doğru iki aynanın arasındaki dar aralıkta yansıyan bir ışık gönderdiler.Deney fotosentezi incelemek için tasarlandı, ancak daha sonra verileri analiz ederken, Oxford Üniversitesi’ndeki kuantum fizikçi Dr.ChiaraMarletto liderliğindeki bir grup yeşil kükürt bakterileri içindeki moleküllerin ışığın fotonları ile dolanık hale geldiğini gözlemledi. Dolanıklığı kanıtlamak için foton ve bakteri düzeyinde bağımsız şekilde ölçümler yapılması gerektiği ve bu belirli ölçümlerbu deneyin koşullarında yapılamadığı için kuantum etkisinden yüzde yüz emin olunamamıştır. Marletto bu etkileşimin yaşayan organizmalarda oluşturulmasının, kuantum parçacıklarında oluşturmaktan çok daha zor olduğunu belirtmiştir. Marletto “Kuantum biyolojisinde moleküller çok dağınık ve doğru ölçümler yapmak çok zordur.”diyor. Ayrıca “Tek yapılması gereken tek bur biyomolekülü [biyolojik organizmada bulunan molekül] bakteri içinde izole etmek ve ışıkla dolanıklık kurmasını göstermektir.” diye ekliyor. Gerçek Dünyada Nasıl İşliyor?: Ancak bu tür bir dolanıklık gerçekleşiyorsa bu muhtemelen bakterilerin derin okyanuslardaki kıt ışığı toplamak için kullandıkları bir hayatta kalma mekanizması olabilir. Ve dolanma kanıtlanmış olsaydı, daha fazla olasılık için bir zengin bir kaynağın kapısını açmış olurdu. “Kuantum teorisinin tüm ölçeklerde uygulanıp uygulanmadığı konusunda uzun süredir devam eden bir tartışma var. Deney, canlı varlıklardaki biyomoleküllerin, ışıkla dolanıklık oluşturarak kuantum etkileri göstermeye yatkın olduklarını göstermektedir. Dikkat çekici olan şey ise bakterilerin deney süresince canlı olmasıydı.” diyor Marletto. Fenomeni daha fazla araştırabilmek adına, Marletto’nun meslektaşlarından biri olan Dr. TristanFarrow, bir çift bakteri içerisindeki belli kuantum özelliklerin arasında dolanıklık oluşturmak için bir çalışma önerdi. Başlangıçta tek bir özellikle sınırlı olmasına rağmen, Farrow çalışmanın daha ileri götürülebileceğine inanıyor. Canlı bakterilerde dolanıklık durumunu oluşturmak, bakteriler için ışınlanma uygulamasının uygulanabilirliğini değerlendirmede atılan ilk adım olduğunu söyleyen Farrow, ayrıca “Biyomoleküller gibi büyük, sıcak ve dağınık sistemlerin, canlı organizmaları boş verelim, kuantum durumlarının kayda değer süre geçerliliklerini koruyabilmeleri için uygun olmayan ortamlar olduğu düşünülüyordu. Bunun her zaman doğru olup olmadığını veya bu karmaşık moleküllerin içindeki bazı alt yapıların kuantum durumlarını bu düşmanca çevrelerden koruyup korumadığını bilmiyoruz.” diye ekledi. Bunun için pratik uygulamalar da olabilir. “Biyo-ilhamlı kuantum hesaplama, biyolojiden ilham alan yapay yapıları tersine mühendislik etmeyi amaçlayan araştırmamızın uygulamalı bir yönüdür.” diyor Farrow. “Başlıca bir örnek olarak, belirli fotosentetik moleküllerin güneş ışığından yakalanan enerjiyi taşımak için kuantum süper pozisyonları kullanma şeklinden ilham alan, ışık enerjisini aşırı verimlilikle toplayabilen sentetik bir yaprak düşünülebilir. Gröblacher canlıları içeren deneylerle de ilgilenmiştir.Halihazırda bir nitrür levhasını süperpozisyon durumuna getirmek için çalışıyor. Lazer kullanarak, yaklaşık bir milimetrelik ölçülen, zar zor görünebilen silikon nitrür zarının farklı iki genlikte süperpozisyon durumunda titreştirmek teorik olarak mümkün. Genlik, bir dalga tarafından taşınan enerji miktarıyla ilgilidir ve bozulmamış pozisyondan dalganın tepe noktasına kadar olan ölçümdür. Daha fazla güç uygularsanız tepe – dolayısıyla genlik- artar.  Gröblacher, birkaç sene içerisinde bu süperpozisyon titreşimlerini oluşturabileceklerini düşünüyor. Gröblacher, “bu ince zarlarda oluşan süperpozisyon durumu bize çıplak gözle görülebilen nesnelerin hala kuantum özellikleri gösterebileceğini anlamamızı ve uyumsuzluğu gerçekten test edebilmemizi sağlamıştır – klasik ve kuantum mekaniği arasındaki geçiş,” diyor. Daha sonra, tardigrad aldı verilen küçük canlı organizmaları silikon nitrür zarına koyup süperpozisyon durumuna sokarak deneyi genişletmeyi umuyor. Tardigradların olağanüstü yeteneklerinden biri dedehidre olarak hayatta kalabilmeleridir. Tardigradlar deney sırasında susuz kalmış durumda olacaklardı böylece biyolojileri hiç etkilenmeyecekti.Başarılı olursa Gröblacher’ın tardigradları eşzamanlı olarak iki durumda bulunabilen bir canlıyı görmeye en yakın olduğumuz sonuç olurdu – işte bu gerçek hayattaki Schrödinger ‘in kedisi.
Editör / Yazar: Kaan Berke TÜRKER
Kaynak: https://www.sciencefocus.com/science/quantum-theory-the-weird-world-of-teleportation-tardigrades-and-entanglement/

Continue Reading

Öne Çıkanlar