Kuantum dünya: Gerçeğin merkezine yolculuk.

Teknoloji geliştikçe kuantum dünyaya olan yolculuğumuz hızlanarak devam ediyor. Gözümüzle gördüğümüz maddi dünyanın altında nasıl bir gerçeklik olduğunu daha iyi anlayabiliyoruz. Gittikçe minyatürleşen bir dünyada Moore Yasası geçerliliğini kaybediyor çünkü doğanın matematiğini kullanmaya başlıyoruz. Bu anlamda kozmik anlayışımızın giderek arttığı kuantum çağa giriyoruz.

Yaşadığımız dünya bize gerçek görünür ama bunun bir de görünmeyen tarafı vardır. Aklımız gördüğümüze inanır. Örneğin Güneş’in hacmi Dünya’dan 1,3 milyon kat büyüktür. Ancak astronominin gelişmeye başladığı ilk zamanlarda Dünya’dan küçük göründüğü için öyle kabul edilirdi.

Deneyimlediğimiz dünyanın çok altlarında aklımıza son derece ters gelen bir düzenin kurallarına tabiyiz. Kuantum dünyayı görmememiz, dokunmamamız atom altı dünyanın olmadığı anlamına gelmez. Bu anlamda gerçeği görmek daha zordur. Tanrıyı da görmeyiz ama varlığına inanırız.

Çok ince ayarlanmış bir kuantum denge üzerinde sallanan bir hayatımız vardır. Doğa, kanunlarını son derece zarif bir matematiksel denklemle yazmıştır. Bu kadar ince bir ayarda her şeyin birbirine bağlı ve saygılı bir düzenle yürümesi de başka türlü açıklanamaz. Einstein’ın dediği gibi “Tanrı’nın zar atmadığı” bir düzende yaşarız.

Tanrı, ışık olsun dedi.

Bilim insanları Platon’un mağara benzetmesinden çok ilham almıştır. Mağara içinde bir grup insan, yüzü duvara dönük şekilde oturmaktadır. Arkalarında yanan ateşin ışığı duvara yansır. İnsanlar duvara yansıyan gölgeleri gerçek zanneder. Oysa gerçeğe giden yolu aydınlatan ateşi görmedikleri için bir yanılsama içindedirler. Gerçeğe ulaşmak için gözlerini ve zihinlerini alıştırmaları gerekir çünkü aydınlanma hazır olan zihinlerde oluşur.

Aynı şekilde kutsal kitaplar da insan zihnini hazırlamak amacıyla başlangıçta söze ve okumaya atıfta bulunur. İnsan, algılarıyla zihninde kavramlar oluşturur ve bir aydınlanma yaşar. Buradan çıkardığı sonuçlardan yeni anlamlar çıkarıp eyleme geçer. Harekete geçmek için önünü göreceği bir ışığa ihtiyacı vardır.

Din, bilimin önünde engel değildir. Aksine ona sürekli atıfta bulunur. Ne var ki insanlar hayatın sırrını kelimelerin kaba anlamlarında arar. Kozmosun gizemi bir kitaba sığamayacak kadar büyüktür. Bu sebeple bilim insanları dini herkesten daha doğru anlar çünkü gerçeği aramayı asla bırakmazlar.

17. yüzyıl da dahil bilim insanlarının referansı din oldu. Örneğin Newton çok dindar bir insandı. Galileo ve Bruno, itirazlarını dönemin dini referanslarına karşı yaptı. Kopernik, boş zamanlarında matematik, astronomi ve harita bilimi ile ilgilenen bir din adamıydı. O dönemlerde iyi bir eğitim almak ve bilim yapmak için kraliyet ve kiliseye yakın olmak gerekiyordu. Kilise Bilim Akademisine üye olmayan birisi bilim yapamazdı. Bu sebeple din, bilim insanlarının düşünce dünyasını büyük ölçüde şekillendirmiştir.

Kuantum dünya: Hayat devinim üzerine kuruludur.

Evrenin dokusu dahil her şeyin temelinde hareket vardır. Tüm görünür evren, gördüğümüz tüm kütleli cisimleri oluşturan atomlar bir hareket halindedir. Atomları oluşturan elektron, proton ve nötron birbirleriyle etkileşim içindedir.

Eğer görme yetimiz kuantum dünyayı algılayacak kadar yüksek frekanslı dalga boyunu görseydi her şeyi titreşim içinde görürdük. Bir kar fırtınasında savrulan kar taneleri ve tozdan nasıl önümüzü görmekte zorlanırsak kuantum dünyada da parçacıkların savrulmasından başka birşey görmezdik. Çevremizde bize hareketsiz görünen her şey trilyonlarca parçacığın hareket halindeki görüntüsüdür.

Yemek yerken bir peçeteyi bacağımıza koyduğumuzda ya da elimize çatalı aldığımızda bir süre sonra elimizin veya bacağımızın ısındığını hissederiz. Bunun sebebi o maddeleri oluşturan parçacıkların sürekli bir hareket içinde olmasıdır.

Hareketi deneysel anlamda inceleyen ilk bilgin Galileo’dur. Daha sonra Newton bunu matematik bir denklemle ifade etti. Işığın fotonlardan oluştuğunu da ilk defa Newton ispat etti.

Gördüğümüz tüm maddenin özü ışıktır. Eğer ışık hızında koşabilseydik ışığa dönüşürdük. Aynı şekilde ışık da kendi sınırını aştığında maddeye dönüşür. Einstein’ın E=mc² formülü bunu anlatır. Her kütle ışıktan oluşur ve hiçbir şey ışıktan hızlı olamaz. Maddeyi oluşturan atomları birbirinden ayırdığımızda ortaya çıkan ışık, enerjidir.

Biz neyden meydana geliyoruz?

Doğanın temelini oluşturan yapı belirsiz, soyut, dalgalı ve akışkan alanlardan oluşur. Biz de tüm evrene yayılmış tuhaf bir şekilde titreşen bu dalgalanmanın parçasıyız. Micheal Faraday, elektrik ve manyetik alanın birlikte yürüdüğünü göstererek doğanın temelinde bu alanların olduğunu ispat etti. Boşlukta oluşan bu elektromanyetik dalgaların da ışık olduğunu tahmin etti. Sonrasında Maxwell, ışığın ikili bir doğası olduğunu yani hem parçacık hem de dalga fonksiyonu özelliği taşıdığını göstermeyi başarmıştır.

Işık, evrende hem dalga hem de parçacık olarak ilerler. Dolayısıyla ışığın ikili doğası evrendeki tüm parçacıklar için geçerlidir. Böylece enerjinin, evrenin tümünü kapsayan elektron parçacıklarına sıkışmış alanlardan oluştuğunu söyleyebiliriz.

Bizi oluşturan parçacıklar temel yapı taşı değil altta yatan alanın dalgalarıdır. Böylelikle sizi oluşturan alanlarda dalgalanan elektron, benim vücudumda da dalgalanır. Sonuçta bizi oluşturan ve birbirimize bağlayan gerçek, boşlukta dalgalanan akışkan alanlardır.

Kuantum alanlar: Doğanın periyodik tablosu

Büyük patlamanın ilk zamanlarında parçacıklar yoktu ama kuantum alanlar vardı. Bu yüzden evrenin ilk dakikalarında, Big Bang’den yaklaşık 380 bin yıl sonra ateş topunun soğumasıyla yayılan ışık bize evrenin nasıl oluştuğu hakkında bir ipucu verir.

Her şey, altında kuantum alanların yattığı 4 parçacıktan oluşur. Bunlar elektron, nötrino, aşağı kuark ve yukarı kuarktır. Bu alanlar kendi aralarında etkileşime girerek alan sayısı 12’ye çıkar. Bunlara doğanın yeni periyodik tablosu da diyebiliriz. Bu alanlar doğadaki güçlerle de etkileşerek dalgalanmaya devam eder.

Görme, koklama, gülme, dünyanın kendi çevresinde dönmesi ve evrenin bir uyum içinde genişlemesi yani kısaca harekete sebep olan şey tüm boşluğu dolduran alanların taşıdığı enerjiyle gerçekleşir.

Kuantum dünya ve her şeyin teorisi: İnsan bilgisinin geldiği son nokta (Şimdilik)

Doğada bilinen 4 kuvvetin 3’ünün kuantum ifadelerini ve temel parçacıklarını bilim açıklamayı başardı. Bilim, kütleçekim kuvvetinin dışında kalan güçlerin kuantum alanlar olduğunu gösterdi. Eğer kütleçekimin de bir kuantum alan olduğu ispatlanırsa Einstein’dan beri üzerinde çalışılan her şeyin teorisi gerçekleşmiş olacak.

Aynı şekilde kuantum çağa girdikçe kuantum mekaniğinin kimya, biyoloji ve diğer bilimlerle de yakınlaşacağı yapılan çalışmalardan anlaşılıyor. Ayrıca kuantum mekaniği bilimin çözemediği bilinç konusunda da yeni bir bakış açısı getirebilir.

Kuantum mekaniği ile gerçekliğin merkezine bir yolculuğa çıkıyoruz. Her şeyin teorisi bizi sadece alan ve güçleri değil tüm bilim ve disiplinleri de birleştiren bir tekilliğe götürüyor.

Kuantum fizik: Gerçeğe çağrı

Parçacıkların, bizim gerçeğimize aykırı bir doğası vardır. Onların süper pozisyonları, dolanık olmaları ya da tünelleme ile aşılmaz engelleri aşmaları bir geminin batmamasını veya roketin yer çekiminden daha kuvvetli bir itme gücüyle uzaya çıkmasını sağlar.

Atom altı parçacıklar aynı anda birden fazla işi yapabilir. Aynı anda birden fazla yerde olabilirler. Bir parçacığı belirleyebilmeniz için ona bakmanız (ölçmeniz) gerekir. Buna parçacığın süper pozisyonu denir. Nerede olduğunu değil nerede olabileceğinin olasılığını hesaplarsınız. Mesela yerinde duramayan bir çocuğa baktığınızda çocuk durur. Onun durması için ona bakmanız gerekir. Bu, alanlarla birbirimize bağlı olmamızdan ileri gelir. Bendeki dalgalanma karşımdakini etkiler. Elektron da böyledir. Ona bakana kadar yerini veya hızını belirleyemezsiniz.

Kuantum bilgisayarlar: Doğanın matematiğini kullanmak

Parçacıkların süper pozisyon özelliği bizi dijital dünyadan kuantum dünyaya taşıyor. Her şeyin 1 ve 0 olduğu düzenden her şeyin hem 1 hem de 0 olduğu kuantum dünyaya geçiyoruz. Bu, dijital bilgisayarlardan kuantum bilgisayarlara geçmemizi de sağlıyor.

Kuantum bilgisayar, dijitalden farklı olarak kübit denen bilgi birimlerinden oluşur ve kuantum dolanıklık gösterir. Bir elektronun dolanık olması evrenin başka bir yerinde bulunan eşiyle eş zamanlı hareket etmesidir.

Dijital bilgisayarda bir bitin durumu komşularını etkilemezken kuantum bilgisayardaki kübit, dolanık olmasından dolayı bireyselliğini yitirir ve tüm kübitleri etkiler. Bu, bir kütüphanede kitapları tek tek okumak yerine hepsini aynı anda okumak gibidir. Kuantum bilgisayarda yaratılan üssel bilgi artışı Big Bang’in sırrını çözmemizi sağlayabilir. Kanser tehlikesi taşıdığımızı bize 10 yıl önceden söyleyebilir.

Kuantum bilgisayarları düşündüğümüzde şu anda kullandığımız yapay zekanın ilkel olduğunu anlarız. Neticede yapay zeka dijital sayı düzenini kullanır. Yapay zekanın dijital dünyada karşılaştığı engeller kuantum bilgisayarlarla aşıldıkça yıllar süren işler saniyeler içinde çözülebilir. Yapay zeka ve kuantum bilgisayarların birleşmesi çözümü zor görünen sorunların kendiliğinden çözülmesini sağlayabilir.

Kuantum bilgisayarların etkin olması, kübitlerin bütün dış etkilerden sıyrılmasına bağlıdır. Kuantum uyumun sağlanması için ortamdaki parçacıkların minimum gürültü çıkarması gerekir. Bu anlamda aklını susturarak nirvanaya ulaşan bir budistin beyni kuantum bilgisayardır diyebiliriz.

Kuantum çağda evren bir sır olmaktan çıkar mı?

Kuantum hayata aşina oldukça evrenin gizemini daha kolay çözebiliriz. Yaşadığımız hayatta parçacıkların bizi nasıl etkilediğini anlamak için nötrinolar buna iyi bir örnektir. Mesela güneş çekirdeğini nötrinolar sayesinde inceleyebiliriz. Nötrinolar maddeyle etkileşime girmedikleri için Güneş’in içinden geçebilirler. Üstelik bunu ışık hızında yaparlar. Böylece merkezde oluşan ve optik olarak gözlemleyemeceğimiz devasa ışımayı nötrinolar sayesinde inceleyebiliriz.

Bununla beraber süpernovaları da inceleyebiliriz. Yıldız, bir süpernova ile ölmeden önce kendi çekirdeği üzerine çöker. Bu çöküş esnasında çekirdekte muazzam bir basınç ve enerji ortaya çıkar. Bildiğimiz parçacıklardan sadece nötrino bu ortamdan kurtulabilir. Bunun sonucunda merkezde yaşanan olayları nötrinolar aracılığıyla inceleyebiliriz.

Bir başka faydası, bize evrende başka hayatlar hakkında fikir vermesidir. Yıldızların ölmesi, merkezlerinde canlı hayatı oluşturan ağır atomların uzaya saçılmasına sebep olur. Sonuçta bir yıldızın ölmesi yeni bir hayatın başlaması demektir. Nötrinoları ayrıca güneş sistemimizin ötesindeki astronomik kaynakları araştırmada da kullanabiliriz. Maddeyle etkileşime girmemeleri, yolculuklarında eksilmeden ve ışık hızında ilerlemelerini sağlar.

Kuantum biyoloji: Doğadaki hassas denge.

Kuantum alanlar evrendeki her şeyi birbirine bağlar. Evrenin diğer ucunda yaşanan titreşim bir kelebek etkisi ile alanlar üzerinden bize ulaşır. Dünyamızda da yaşam, gözle görünen ve görünmeyen dünyanın birbirini etkilemesiyle devam eder. Örneğin göçmen kuşların bazılarının boyunlarında bazılarının da gözlerinde kuantum dolanıklık sonucu dünyanın manyetik alanıyla etkileşime giren parçacıklar vardır. Vücutlarında bulunan bu pusula sayesinde gidecekleri yeri şaşırmadan bulurlar. İnsanlar da dahil tüm canlıların gece ve gündüz hareketlerini senkronize eden bir güneş pusulası vardır.

Bunun yanında bir somon balığı yumurtalarını her sene aynı yere bırakır. Okyanusun uzak yerlerinden gelip her sene yuvasının olduğu nehirin okyanusa boşaldığı yerde toplanırlar. Yumurtalarını bırakacağı bölgenin koku molekülünü burunlarındaki koku nöronları yakalar. Somon balığı bu şekilde akıntıya karşı önüne çıkan engelleri geçerek üstelik onu bekleyen ayılara rağmen yolculuğuna başlar.

Kuantum mekaniği ve biyolojinin yakınsaması, genetik mirasın sonraki kuşaklara aktarılmasında da etkilidir. DNA’nın kopyalanması, bazları birbirine bağlayan protonun kararlı durmasına bağlıdır. Aynı şekilde evrimi yönlendiren mutasyon yine DNA’da bulunan bazların değişen ortama uyum sağlayacak şekilde yeniden oluşması ve bunun korunarak kalıtsal olarak aktarılmasıyla gerçekleşir.

Kuantum mekaniği ile biyoloji, hareket için ihtiyacımız olan enerjiyi sağlarken de yakınlaşır. Aldığımız nefes, havadaki oksijeni vucudumuzda tepkimeye sokar ve ısı üretir. Üretilen ısı tüm hücrelerde bulunan mitokondriyi çalıştırır ve trilyonlarca parçacığın uyumsuz görünen düzeni sayesinde hareket ederiz. Ayrıca güneşten gelen fotonları yakalayan pigmentler onları eksitona dönüştürür. Eksitonlar, atomların kuantum tünelleme yaparak tepkime merkezine farklı yollardan gitmesini sağlar. Böylelikle bizler de fotosentezin oluşturduğu elmayı yiyerek ve ortaya çıkan oksijeni soluyarak hayatta kalırız.

Tüm bu süreçler, alanlar içindeki parçacıkların moleküller arası kuantum dolanıklığı ve tünellemesiyle gerçekleşir.

Kuantum kimya: Hayatın yapı taşı

Kimya hayatın yapı taşıdır. Atomları ve molekülleri birleştirerek onlara kimya ile anlam kazandırırız. Mesela 2 hidrojen atomuyla 1 oksijen atomunu birleştirdiğimizde yaşam kaynağımız suyu elde ederiz.

Çevremizde gördüğümüz tüm maddeler, evrende göremediğimiz atomların birleşmesiyle oluşur. Fizik, en küçüğe ulaşmak için uğraşırken kimya atomları ve molekülleri birleştirerek bir şeyler yaratır.

Kimya ve biyoloji bir hücrenin en basit formunu yaratarak sentetik bir hayat oluşturmak amacıyla da yakınlaşır. Mesela enzimleri katalize edecek tepkimeleri düzenleyerek dünyada yaşamı başlatan bakteriyi kuantum biyolojiyle beraber simule edebilir.

Nanoteknoloji ile kuantum dünyayı daha iyi görebiliyoruz. Nobel Ödülleri artık daha çok atom altı dünya ile ilgili çalışmalara veriliyor. Büyük şeylerin nasıl oluştuğunu en küçük detayları gösteren teknolojilerle keşfedebiliyoruz. Bir şeyin birden yok olması ya da onu yoktan var etmemiz bir illüzyon değil kuantum mekaniğinin sağduyuya aykırı bir yapısının olmasındandır.

Bir parçacığın dolanıklığı ya da süper pozisyonu bizim yaşadığımız gerçeğe aykırıdır. Ne var ki kuantum dünyada anlama sınırımızın ötesinde yaşanan şeyler makroskopik dünyada deneyimlediğimiz gerçek hayatı yaratır.

Kuantum mekaniği bilincin zor problemini çözebilir mi?

Bilimin çözemediği en önemli fenomen bilinçtir. Bir ağacı, bitkiyi ya da hareketsiz bir cismi oluşturan atomların aynısı bir insan ve hayvanda varken neden birini hareket ettiren diğerini etkilemez? Bir insan, konuşacak enerjiyi nasıl bulur?

Yolda yürüdüğümüzde rüzgarın tenimize değmesiyle havanın serinliğini ya da sıcaklığını hissederiz. Bir çiçeğin kokusu bize yıllar öncesinden bir anımızı hatırlatabilir. Bir çiçeğe baktığımızda onu zihnimize kopyalar, resmini yapmak istediğimizde yeniden hayal ederek aklımızda yaratırız.

Rüzgarın kokuyu havada taşıması ve baktığımızı görmemiz, kuantum alanları oluşturan parçacıkların enerjiyi taşımasıyla oluşur. Tenimize dokunan rüzgarın derimizde yarattığı elektriklenme ve görüntünün gözlerimizde reseptörlere düşmesiyle oluşan sinyaller beynimizde kavramlar oluşturur ve farkında olmamızı sağlar.

Hareketlerimiz arasında hiç bir boşluk olmaz. Bilinçli olarak yaptığımız her hareket bizde farkında olmadığımız başka etkiler yaratır. Esnediğimizde elimizi ağzımıza götürdüğümüzde parmağımızdaki koku beynimizde bir alanı çalıştırır ve bir yöne doğru gelişiriz. Değişmediğimiz bir an yoktur. Bu anlamda kuantum mekaniği en büyük bilmece olan bilinç probleminde bize yeni ufuklar açabilir.

Termodinamik: Hayatın anlamı

Sokaklarda insanlar düzensiz bir kalabalık içinde ve birbirinden habersiz şekilde hareket eder. Ne var ki biraz uzaktan baktığınızda bir düzen olduğunu görürsünüz. Aynı şekilde bizi oluşturan hücrelerin içinde de trilyonlarca parçacık büyük bir düzensizlik içinde bir düzen oluşturur.

Görünen kalabalık ve gürültü bir düzenin oluşması içindir. Bir liderin çekim gücünün etrafında insanlar bir araya gelir. Trilyonlarca parçacık arasından sadece 46 kromozom hücre çekirdeğinde birleşir ve gen kalıtsal olarak sonraki kuşağa aktarılır. Güneşin merkezinde 1 protonun diğeriyle yaptığı tünelleme sayesinde hayat kaynağımız ışık oluşur. Milyonlarca sperm arasında sadece 1 tanesi yumurtanın içine girerek cenin meydana gelir.

Evrende hiçbir şey birbirine dokunmadan birbirine bağlıdır. Atomlar birbirine dokunmadan birbiriyle parçacık alışverişi yapar. Gezegenler birbirine değmeden birbirlerinin çekim kuvveti etrafında dengede durur. İnsanlar birbirine temas etmeden bir iletişim kurar. Her şeyi bilinçli yaptığımızı düşünsek de doğanın kendini taklit ettiği ve aklımızın almadığı büyük bir yapının amacına uygun davranırız.

Sonuç

Teknoloji, bizi anlama sınırımızın ötesinde olan şeyleri anlayabileceğimiz bir çağa soktu. Belki de Platon’un mağara alegorisinde duvara bakan insanların arkadaki gerçeğe, ateşe, bakabileceği zaman gelmiştir.

2500 yıl önce başlayan yolculuk en son yapay zeka devrimiyle bizi bir sonraki aşama olan kuantum devrimine hazır duruma getirdi.

Teknoloji, adım adım beynimizi yeni bir çağa hazırlıyor. Yavaş yavaş değişerek yeni çağa adapte olacak yapımız şekilleniyor.

Biz, dik durmayı başararak ve ellerimizi kullanıp teknoloji üreterek evrimde başarılı olduk. Şimdi de beynimizle kurduğumuz kuantum dünyada nasıl bir tür olacağımızı zaman gösterecek.

Ek kaynak:

Jim Al-Kahlili & Johnjoe McFadden……..Kuantum Sınırında Yaşam

Christophe Galfard…………………………….Evren Avucunda

Lawrence M. Krauss…………………………..Şimdiye Kadar Anlatılmış En İyi Hikaye