• Evreni, uzayda hareket eden ve zaman içinde değişen parçacıklardan oluşmuş bir yapı olarak düşünmeye alışığız. Fizikçi Vlatko Vedral ise bu tablonun en temel unsurlarını sorguluyor: Ya parçacıklar, uzay ve zaman gerçekliğin yapıtaşları değilse? Ya doğanın temelinde, kuantum kuramının matematiksel dilinde karşılaştığımız q-sayıları varsa?

DOĞAN BARIŞ ABBASOĞLU

1925 yazında genç Werner Heisenberg, küçük ve ağaçsız Helgoland adasında, doğayı anlamanın yeni bir yolunu geliştirmeye başladı. Yaklaşımının merkezinde bir tercih vardı: Parçacıkları açıklarken, gözlemcilerin ölçüm yaptıklarında elde edebilecekleri sonuçlara odaklanmak. Kuantum mekaniğinin kuruluşuna yön veren bu yaklaşım, aynı zamanda uzun süre tartışılacak bir soruyu da beraberinde getirdi: Gözlem dediğimiz şey tam olarak nedir ve gözlemci fiziksel dünyada neden özel bir yere sahip olsun?

Vedral’ın yanıtı, bu ayrıcalıklı konumu ortadan kaldırmak. Ona göre kuantum dünyasını anlamak için gözlemcileri doğanın temel unsurları arasında saymamız gerekmiyor. Üstelik bu düşünceyi sonuna kadar izlersek, yalnızca gözlemcinin değil, parçacıkların ve hatta uzay ile zamanın da temel olup olmadığını yeniden sormamız gerekiyor.

Gözlemciyi ayrıcalıklı kılan ne?

Fizik, gözlemcilerle kuantum mekaniğinden çok önce de ilgileniyordu. Einstein’ın görelilik kuramlarını anlatırken, farklı koşullardaki gözlemcilerin zamanı farklı hızlarda deneyimlemesinden söz ederiz. Ancak bu anlatımdaki gözlemci mutlaka bir insan olmak zorunda değildir. Bir atom da farklı hareket ve kütleçekim koşullarında başka bir nesneye göre farklı bir zaman deneyimleyebilir. Bu farkın ortaya çıkması için birinin onu kaydetmesi gerekmez. Vedral, buradan hareketle gözlemcinin ayrı bir fiziksel kategori olarak ele alınmasını sorguluyor.

Kuantum dünyasında bir sistem, ölçümden önce farklı olasılıkların bir arada bulunduğu bir süperpozisyonla betimlenir. Ölçüm yapıldığında belirli bir sonuç elde edilir; bu geçiş, dalga fonksiyonunun çökmesi olarak anlatılır. Peki çöküşü başlatan nedir? Bir ölçüm cihazıyla etkileşim mi, sonucun kaydedilmesi mi, yoksa bir insanın sonucu öğrenmesi mi?

Fizikçi Eugene Wigner’ın geliştirdiği düşünce deneyi bu belirsizliği görünür kılar. Kapalı bir laboratuvardaki araştırmacı, kuantum ölçümü yapar ve belirli bir sonuç görür. Laboratuvarın dışındaki Wigner ise henüz hiçbir sonuç öğrenmemiştir; onun betimlemesinde laboratuvarın tamamı kuantum durumunun bir parçasıdır. İçerideki kişi için kesinleşmiş görünen olay, dışarıdaki kişi açısından hala farklı olasılıkları içerebilir. Böylece soru yeniden karşımıza çıkar: Bir gözlem hangi noktada kesinleşmiş sayılmalıdır?

Ölçümün yerine dolanıklığı koymak

Vedral, sorunun çözümünü kuantum dolanıklığında arıyor. Dolanıklık, iki kuantum sisteminin özellikleri arasında, birine ilişkin ölçümün diğeri hakkında da bilgi verdiği özel bir ilişki kurulmasıdır. Onun yorumunda gözlem dediğimiz olayın temelinde, iki sistemin birbiriyle dolanık hale gelmesi bulunur. Bu sistemlerden biri insan olabilir; fakat insan olması zorunlu değildir.

Çift yarık deneyi bu düşünceyi somutlaştırıyor. Bir fotonun iki yarıktan geçişine karşılık gelen olasılıklar, girişim deseni oluşturabilir. Fotonun hangi yarıktan geçtiğini belirleyen bir ölçüm yapıldığında ise girişim kaybolur. İlk bakışta, fotonun davranışını değiştiren şeyin bizim onu gözlemlememiz olduğu düşünülebilir. Oysa Vedral’ın vurguladığı nokta şu: Foton, hangi yoldan geçtiğini ortaya çıkaracak biçimde başka herhangi bir sistemle dolanık hale getirildiğinde de aynı etki oluşur. Bir insanın sonucu görmesi şart değildir.

Bu bakış açısından laboratuvardaki araştırmacı, ölçüm cihazı ve ölçülen nesne aynı fiziksel çerçevenin parçalarıdır. Vedral’a göre nihai gözlemci aramak yerine, sistemlerin birbirleriyle nasıl dolanık hale geldiklerini sormalıyız. Wigner’ın sorusuna verdiği yanıt da budur: Gözlemci, doğanın dışında duran ayrıcalıklı bir varlık değil, başka sistemlerle etkileşen bir sistemdir.

Parçacıklardan alanlara, alanlardan q-sayılarına

Gözlemcinin ayrıcalığını kaldırdıktan sonra sırada daha köklü bir soru var: Gerçekliğin temel unsurları gerçekten parçacıklar mı?

Vedral, bu soruya alan kavramıyla yaklaşıyor. Klasik elektromanyetik kuramda elektrik ve manyetik alanlar, uzayın her noktasında belirli sayısal değerlerle tanımlanır. Bu sıradan sayılara c-sayıları denir. Kuantum alanlarının betimlenmesinde ise tekil sayıların yerini sayı tabloları alır. Metinde q-sayıları olarak anılan bu yapılar, Vedral’ın gerçeklik anlayışının merkezinde.

Buradaki fark yalnızca hesaplama yöntemine ilişkin değil. Heisenberg’in yaklaşımında parçacıkların konum ve momentum gibi nicelikleri q-sayılarıyla ifade edilir. Vedral, bu matematiksel dönüşümün fiziksel anlamını sonuna kadar ciddiye almamız gerektiğini savunuyor: Belki temel olan, q-sayılarıyla özelliklerini anlattığımız parçacıklar değil, bu kuantum niceliklerinin kendisidir. Parçacık kavramı ise onların belirli görünümlerini adlandırmak için kullandığımız bir çerçeveden ibarettir.

Hayalet fotonların izini sürmek

Bu yaklaşımın en sıra dışı örneklerinden biri, Vedral’ın hayalet fotonlar olarak adlandırdığı yapılar.

Yazarın ele aldığı kuantum elektromanyetik alan betimlemesinde dört salınım modu bulunuyor. Ancak doğrudan saptayabildiğimiz fotonlar bunların yalnızca ikisine karşılık gelir. Diğer iki modun katkıları birbirini götürür; bu nedenle bunlar doğrudan gözlenebilir fotonlar olarak ortaya çıkmaz. Vedral, kuramın matematiksel yapısında yer almalarına rağmen doğrudan gözlenemeyen bu unsurların fiziksel anlamını araştırmak istiyor.

Oxford Üniversitesindeki çalışma arkadaşı Chiara Marletto ile 2023’te ortaya koydukları öneri, bir elektronu süperpozisyona hazırlamaya dayanıyor. Beklentilerine göre elektron, uygun koşullarda bu hayalet unsurlarla dolanık hale gelebilir. Böyle bir dolanıklığın etkileri de dikkatli ölçümlerle araştırılabilir. Burada söz konusu olan, hayalet fotonların dolaylı etkilerini aramaya yönelik bir deney önerisi.

Vedral açısından deneyin önemi açık: Dolanıklığa katılabilen her şeyi alışıldık anlamda bir parçacık olarak tanımlamak gerekmiyorsa, parçacıkların gerçekliğin vazgeçilmez yapıtaşları olduğu düşüncesi sorgulanabilir. Onun yorumunda temel fiziksel rolü üstlenen şey, denklemlerdeki q-sayılarıdır.

Tek bir parçacık kendisiyle dolanık olabilir mi?

Dolanıklığı genellikle iki ayrı parçacık arasında düşünürüz. Vedral ise tek bir parçacığın iki farklı konuma yayıldığı bir süperpozisyonu ele alıyor. Bu iki olasılık q-sayılarıyla betimleniyorsa, bunlar arasında da dolanıklık kurulabileceğini savunuyor. Gündelik dille söylendiğinde bu, parçacığın kendisiyle dolanık olması gibi duyulur. Ancak tartışmanın odağında, iki konuma karşılık gelen kuantum nicelikleri arasındaki ilişki vardır.

Vedral ile Jacob Dunningham’ın önerdiği sınamada, tek parçacık iki farklı konuma yayılmış bir duruma hazırlanır. Ardından bu konumlarda ayrı ölçümler yapılır ve sonuçların Bell eşitsizliğini ihlal edip etmediği araştırılır. Amaç, söz konusu süperpozisyonun dolanıklık içerip içermediğini deneysel olarak sınamaktır.

Vedral’ın aktardığına göre, Björn Hessmo ve çalışma arkadaşlarının 2004’te tek fotonlarla gerçekleştirdiği deneyler bu yönde bulgular sundu. Vedral bu sonuçları, parçacık kavramından çok onu betimleyen kuantum niceliklerine önem veren görüşünün desteği olarak yorumluyor. Bununla birlikte, Ekim 2025 tarihli yazısında aynı tür sınamanın atom ya da elektron gibi kütleli bir sistemle henüz gerçekleştirilmediğini belirtiyor. Böyle bir deneyin benzer sonuç vereceğine ilişkin güveni ise deneysel bir bulgudan ziyade kendi beklentisi.

Uzay ve zaman da temel olmayabilir mi?

Parçacıkların temel statüsünü sorgulamak yeterince sarsıcı. Vedral bir adım daha ileri giderek uzay ve zamanı da aynı sorgulamaya açıyor.

Genel görelilik, kütleçekimini uzay-zamanın eğriliğiyle açıklar. Vedral’ın önerdiği yorumda ise uzay ve zaman, bağımsız fiziksel varlıklar olmaktan çok, alanlar arasındaki ilişkileri düzenlemek için kullandığımız kavramsal araçlardır. Bu nedenle kütleçekimini kuantumlaştırmak, onun açısından mutlaka uzay-zamanı kuantumlaştırmak anlamına gelmez. Yapılması gereken, kütleçekim alanının klasik niceliklerini q-sayılarıyla ifade etmektir.

Bu yorumda kütleçekim alanı, maddeyi bir arada tutan diğer alanlarla etkileşir. Atomları, molekülleri, saatleri ve cetvelleri oluşturan yapılar bu etkileşimlerden etkilenir. Vedral, eğrilik anlatısının odağına uzay-zamanın kendisi yerine bu alanları yerleştiriyor; uzay-zamanı ise onların davranışlarını betimlemekte kullandığımız bir koordinatlandırma çerçevesi olarak düşünüyor.

Ancak burada önemli bir sınır var. Vedral, bu görüşünü kanıtlayabilecek bir deney düşünmenin güç olduğunu kendisi de kabul ediyor. Dolayısıyla uzay ve zaman temel değildir iddiası, deneyle doğrulanmış bir sonuç olarak değil, kuantum kuramının nasıl yorumlanabileceğine ilişkin radikal bir öneri olarak öne çıkıyor.

Ya doğa sabitleri de kuantumsa?

Vedral’ın sorgulaması, fiziksel varlıklardan denklemlerin yapısına uzanıyor. Kuantum sistemlerinin etkileşimlerini anlatan Hamiltonyenlerde q-sayılarıyla sıradan sayılar birlikte kullanılır. Işık hızı ve elektron yükü gibi fiziksel sabitler, bu denklemlerde c-sayıları olarak yer alır. Vedral Kuantum kuramını gerçekten sonuna kadar ciddiye alıyorsak, neden denklemlerin bazı bileşenlerini klasik bırakıyoruz? sorusunu açık bir şekilde soruyor.

David Deutsch’un 1980’lerde gündeme getirdiği bir fikir, Hamiltonyenlerdeki bütün nicelikleri q-sayılarıyla ifade etmeyi öneriyordu. Vedral, örnek olarak ışık hızını ele alıyor. Onun tartıştığı çerçevede ışık hızının bir q-sayısına dönüştürülmesi, bu nicelikle bağlantılı yeni bir kuantum alanını gündeme getirebilir. Böylece kuantumlaştırma, yalnızca bilinen dünyayı yeniden anlatmakla kalmaz; henüz hesaba katmadığımız fiziksel yapılara da işaret edebilir.

Bu düşüncenin deneysel tarafı yine dolanıklık üzerinden kuruluyor. Bir atomla foton arasında mümkün olan en güçlü dolanıklığın oluşturulduğunu düşünelim. Etkileşime başka bir kuantum alanı da katılıyorsa, ortaya üç bileşenli bir dolanıklık yapısı çıkabilir. Aranan işaret, atom ile foton arasındaki dolanıklığın beklenenden daha zayıf olmasıdır. Vedral, Jim Franson’ın 2022’de bu tür bir etkiyi araştırmaya yönelik bir yöntem önerdiğini aktarıyor; kendi yazısının yayımlandığı tarihte deneyin henüz gerçekleştirilmediğini de belirtiyor.

Son bir katman var mı?

Bu düşünce çizgisi, sonunda daha da alışılmadık bir olasılığa ulaşıyor. Q-sayılarını sayı tablolarıyla temsil ediyorsak, bu tabloların içindeki sıradan sayıları da q-sayılarıyla değiştirebilir miyiz? Ardından aynı işlemi yeniden yapabilir miyiz?

Vedral’ın önerisinde bu kapı açık bırakılıyor: Tabloların içinde tablolar, onların içinde başka tablolar… Gerçekliğin altında, bütün açıklamaları sonlandıran tek bir katman bulunmak zorunda olmayabilir. Bu, metnin deneysel bir sonucu değil, kuantumlaştırma düşüncesinin ne kadar ileri götürülebileceğine ilişkin en spekülatif uzantıyı ifade ediyor.