Klasik fiziği esas alırsak bir olayın gerçekleştiği anda, tüm evren tarafından geri dönülmez biçimde kaydedildiğini düşünürüz. Bir diğer deyimle, olan olmuştur. Bir savaş ya kazanılmış ya kaybedilmiştir; bir yıldız ya patlamıştır ya patlamamıştır; bir olay gerçekleştiği anda dünyaya mühürlenmiş, geri döndürülemez hale gelmiştir.
Klasik fizik, bu tanımı evrenin temel yasalarına dönüştürerek; geçmişi kesin, geleceği belirsiz bir zaman düzeni içinde tanımlar. Ne var ki 20. yüzyılın başında ortaya çıkan kuantum mekaniği, bu düzeni altüst eden bir bakış açısı getirdi.
Kuantum dünyasında geçmiş, sandığımız kadar sağlam ve değişmez bir şekilde temellendirilmemiştir. Üstelik bu yalnızca kuramsal bir çıkarım değil, deneysel olarak da desteklenen bir iddia durumunda. Yapılan deneylerde ölçüm yapılmadıkça bir parçacığın geçmişe ait özelliklerinin belirli olmadığı, kimi zaman da bugünkü bir ölçümün geçmişteki olayı “tamamladığı” görülüyor.
Geçmişin bu tuhaf kuantum doğası, süperpozisyon kavramının ortaya çıkışıyla bağlantılıdır. Klasik nesneler tek bir yerde bulunur, tek bir hızla hareket eder ve geriye dönük olarak hep tek bir geçmişe sahiptir. Ancak kuantum parçacıkları ise böyle davranmaz.
Schrödinger’in dalga fonksiyonu olarak ifade edilen matematiksel yapı, parçacığın aynı anda birçok olası durumda bulunduğunu gösteriyor. Bu durum bizim parçacığın durumunu bilmeme halimizle izah edilecek kadar basit bir durum değildir. Parçacığın fiziksel gerçekliği ölçülene kadar kesinleşmez. Ölçümden önce elektronun nerede olduğu, hangi enerji düzeyinde bulunduğu ya da hangi yolu izlediği sorusu yanıtı olmayan bir sorudur. Ölçüm anı, yalnızca o anı değil, geriye dönük olarak parçacığın geçtiği yolları da belirleyen kritik bir eylemdir.
Geçmiş ve ölçümle bağlantısı
Kuantum mekaniğinin geçmişi belirsizleştiren bu doğası, tarihsel olarak Young’ın 1801’de yaptığı çift yarık deneyine kadar uzanır. Young ışığın dalga özelliği gösterdiğini kanıtlamak için yola çıkmıştı. Fotonların gösterdiği dalga özelliğinden hareket eden bilim insanları 20. yüzyılda aynı deneyi elektronlarla uyguladı ve ortaya çıkan sonuçlar düşünce sınırlarımızı zorladı. Elektronlar, tek tek gönderildiklerinde bile girişim deseni oluşturuyor; bu da elektronun iki yarıktan birden geçmiş gibi davrandığını gösteriyordu.
Burada en şaşırtıcı olan şey, elektronun gerçekten iki yarıktan birden geçip geçmediği değildir; asıl önemli olan, bu sorunun ölçüm yapılana kadar bir anlam taşımamasıdır. Elektronun geçmişi, bizim onu nasıl ve ne zaman ölçtüğümüze göre şekillenir.
Bu ilkenin en çarpıcı örneklerinden biri John Wheeler’ın ortaya attığı gecikmeli seçim deneyidir. Wheeler 1978 yılında sonuçlarını açıkladığı deney kapsamında parçacığın davranışının gelecekte alınan bir karara bağlı olup olmadığını test etmek istemişti. Deneyde çift yarık düzeninde parçacık yarıklardan geçer, yoluna devam eder; deneyci ise parçacık bu aşamayı çoktan geçmişken ölçümün nasıl yapılacağına karar verebilir. Eğer girişim desenini tespit edecek bir düzen kurulursa, parçacık geçmişte iki yarıktan geçtiğini “gösteren” bir desen üretir. Eğer hangi yoldan geçtiğini belirleyecek bir ölçüm yapılırsa, parçacık geçmişte yalnızca bir yol izlemiş gibi davranır. Fakat bu karar, parçacık yolunu çoktan tamamladıktan sonra verilmiştir.
Burada ortaya çıkan çelişkili durum, klasik fiziğin önümüze koyduğu kavrayışıyla açıklanamaz. Ölçümden önce parçacığın geçmişine dair bilgi yoktur; ölçüm, bilgiyi geriye dönük olarak da belirler.
Bilgi geçmişi değiştirebiliyor
Wheeler’ın deneylerinin modern laboratuvarlarda uygulanan versiyonları, daha da sarsıcı sonuçlar ortaya koydu. Kuantum silgi deneyleri, parçacık hakkında toplanan bilgiyi silmenin, onun davranışını geçmişe dönük olarak değiştirdiğini gösteriyordu.
Kuantum silgi fikri ilk kez 1980’lerde Marlan Scully ve Kai Drühl tarafından ortaya atıldı, ancak gerçek anlamda uygulanabilir bir deney ancak 1999’da yapıldı. Bu deney, University of Maryland ve Texas A&M’den Yoon-Ho Kim, R. Yu, S. Kulik, Marlan Scully ve Y. Shih tarafından gerçekleştirildi ve Physical Review Letters’ta yayımlandı. Bu deney bilinen ilk tam ölçekli “gecikmeli seçimli kuantum silgi” deneyi olma özelliğini taşıyor
Araştırmacılar güçlü bir lazer ışınını özel bir kristale göndererek birbirine bağlı iki foton üretti. Bu fotonlardan biri çift yarık düzeneğine gönderildi; diğeri ise hangi yarıktan geçtiğine dair bilgiyi taşıyan bir yol üzerinden optik elemanlara yönlendirildi. Çift yarıktan geçen foton tek başına bakıldığında girişim deseni oluşturmuyordu, çünkü ikiz foton üzerinde “hangi yoldan geçtiği” bilgisi mevcuttu. Yani bilgi varsa girişim yoktu.
Deneyin en önemli kısmı, bu yol bilgisinin sonradan silinebilmesiydi. Araştırmacılar ikinci fotonu bazı dedektörlere gönderdiklerinde hangi yarıktan geçtiği bilgisi korunuyor, diğer dedektörlere gönderdiklerinde ise özel bir ışık ayırıcı düzenek sayesinde bu bilgi tamamen yok ediliyordu. Bilgi silindiğinde girişim deseni yeniden ortaya çıkıyordu. Bilgi saklandığında girişim kayboluyordu.
Bu sonuç, fotonun geçmişte ne yaptığına dair fiziksel “davranışın” onun gerçekten ne yaptığıyla değil, o davranışa dair bilgiye sahip olup olmadığımızla belirlendiğini gösterdi. Dahası, bilgi silme işlemi foton detektöre ulaştıktan sonra bile yapılabiliyordu. Böylece ölçümün, sanki geçmişi geriye dönük olarak tamamladığı izlenimi doğdu.
Geçmiş gözlemle birlikte tek bir çizgiye dönüşür
Bu sonuçlar geçmişin bilgiye bağımlı bir yapısı olduğunu düşündürüyor. Bilgi varsa geçmiş bir hale bürünür, bilgi yoksa geçmiş başka bir hale dönüşür. Yani kuantum düzeyde geçmiş, yalnızca potansiyel halinde var olur; gözlemle birlikte tek bir çizgiye dönüşür.
Kuantum mekaniğinin zaman anlayışı, görelilik kuramının zaman anlayışıyla da çatışır. Görelilikte zaman, mekan ile birlikte dört boyutlu bir uzay-zamanın parçasıdır ve tüm olaylar bu blok evrende eşzamanlı biçimde “mevcuttur”. Bu modelde geçmiş, gelecek ve şimdi eşit derecede gerçektir. Buna karşılık kuantum mekaniğinde ölçüm, geleceği olduğu kadar geçmişi de belirler ve zamanın akışı bu belirleme süreçlerinden etkilenir.
Bu iki zaman modeli arasında ortaya çıkan gerilim, modern fiziğin henüz çözemediği temel bir sorundur. Zamanın yalnızca bir parametre mi, yoksa fiziksel bir süreç mi olduğu hala tartışmalıdır.
Bu bulgular, zaman hakkında tecrübeyle oluşturduğumuz anlayışımızı sarsıyor. Alıştığımız dünya görüşüne göre zaman, geçmişten geleceğe doğru tek yönde akan bir ok gibidir. Geçmiş sabittir; yalnızca gelecek belirsizdir. Oysa kuantum dünyası bu ayrımı ortadan kaldırır. Bu nedenle bazı fizikçiler, her ne kadar temkinli yaklaşılsa da, retrokauzalite kavramını tartışmaya başlamıştır.
Retrokauzalite, basitçe gelecekte yapılan seçimlerin geçmişteki olaylara etki edebileceği fikridir. Bu düşünce, klasik zaman anlayışımızla uyuşmasa da gecikmeli seçim deneylerinin yorumlanmasından doğmuş ve ciddiye alınması gereken bir tartışma alanı olarak modern fizik literatüründe yer buldu.
Çoklu evren, sonsuz olasılıklar
Hugh Everett’in 1957’de ortaya attığı çoklu dünya yorumu, belki de geçmişin sabitliği fikrine en büyük itiraz olma özelliğini taşıyor. Everett’e göre kuantum ölçümü, evrenin dallanmasına neden olur. Tüm olasılıkların gerçekleştiği devasa bir çoklu-evren yapısı vardır. Bu durumda geçmiş, tek bir çizgi değil, dallanan yolların sonsuz bir ağıdır.
Everett’in yorumunda geçmişi belirleyen şey ölçüm değildir; ölçüm yalnızca gözlemcinin hangi dalda bulunduğunu belirler. Böylece geçmiş, tek bir nesnel yapı olmaktan çıkar; gözlemcinin bulunduğu dalın tarihidir. Bu yorum, klasik gerçeklik anlayışına tamamen ters olsa da, matematiksel olarak kuantum mekaniğiyle tutarlıdır.
Kuantum geçmişinin bu akışkan yapısı, fiziksel gerçekliği nasıl anladığımız konusunda derin felsefi sorular ortaya çıkarıyor. Eğer geçmiş, ölçüm yapılana kadar belirlenmemişse; eğer bir parçacığın geçmişte ne yaptığı, bugünkü deney düzenine bağlıysa; eğer bilgi silindiğinde geçmiş değişebiliyorsa, o zaman geçmiş dediğimiz şey ne kadar gerçektir?
Kuantum geçmişinin akışkan yapısı, fiziksel gerçeklik hakkında sahip olduğumuz en temel varsayımları sorgulamaya zorluyor. Evreni anlamlandırırken geçmişi, olup bitmiş ve değişmez olayların bütünü olarak görmeye alışığız. Ancak bahsettiğimiz deneyler ve sonuçlarının ardından geçmişi sabit ve gözlemden bağımsız bir gerçeklik olarak görmek zor. Ölçüm, yalnızca şu anı değil, geriye dönük olarak geçmişin anlamını da belirleyen bir eyleme dönüştüğü noktada “eğer geçmiş bile gözlemle biçimleniyorsa, geçmiş dediğimiz şey ne kadar sağlam, ne kadar nesnel bir gerçeklik olabilir?” sorusu karşımıza çıkıyor.
Evren, tarihini bizim gözlem tercihlerimize göre tamamlıyorsa, o halde geçmiş sandığımızdan çok daha kırılgan, çok daha yoruma açık ve çok daha dinamik bir yapıya sahip olabilir.
