Einstein ve Bohr tartışmaları, kuantum mekaniğinin temel doğasına ilişkin farklı fikirleri ve yorumların karşı karşıya geldiği ve kuantum mekaniğinin gelişmesinde önemli bir dizi tartışmadır. Bu tartışma, 1927 yılında düzenlenen Beşinci Solvay Konferansı'nda baş göstermiş ve daha sonra devam etmiştir. Einstein ve Bohr arasındaki bu tartışmalar ikilinin dostluğunu etkilememiştir.

Tanrı evrende zar atmaz

Einstein ve Bohr tartışmaları kuantum konuşlan, en ünlü ve tarihsel açıdan önemli Solvay Konferanslarından biri 1927'de düzenlenen Beşinci Solvay Konferansında başlamıştır. Albert Einstein ve Niels Bohr arasında kuantum mekaniğinin temel prensipleri üzerine yoğun bir fikir alışverişi yaşanmıştır. Einstein kuantum teorisinin belirli yönlerine eleştirel yaklaşmış ve kuantum mekaniğinin olasılıksal doğasına olan memnuniyetsizliğini ifade etmek için ünlü "Tanrı evrende zar atmaz." sözünü kullanmıştır.Diğer taraftan Niels Bohr Kopenhag yorumunu savunmuş ve kuantum mekaniğinin olasılıksal doğasını benimsemiştir. Tartışma net bir çözümlemeyle bitmese bile kuantum mekaniğine dair anlayışı şekillendirmede ve alanın ilerlemesinde önemli rol oynamıştır. Bu tartışmalar sadece kuantum alanında değil, bilim felsefesi alanında da yeni kapılar açmıştır.

Einstein ve Bohr Tartışmaları : Neyi tartıştılar?

Tartışmanın odak noktası kuantum mekaniğinin olasılıksal doğası ve onunla ilgili bilgi eksikliği konusundaydı. İşte tartışmanın ana hatları:

Albert Einstein:

Einstein o dönem kuantum mekaniğinin temel prensiplerine karşı çıkan önemli bir bilim insanıydı.

  • Kuantum mekaniğinin temelinde yatan belirsizlik ilkesini reddetti.

Ona göre, bir parçacığın konumu ve momentumu aynı anda tam olarak belirlenebilir olmalıydı. Ancak kuantum mekaniği, bu tür özelliklerin tam olarak belirlenemeyeceğini ve yalnızca olasılık dağılımları olarak ifade edilebileceğini öne sürüyordu. Ünlü "Tanrı, evrende zar atmaz" ifadesiyle, kuantum mekaniğinin temelde rastgelelik ve belirsizlik olduğunu kabul etmeyerek eleştirisini dile getirdi.

Niels Bohr:

Niels Bohr, kuantum mekaniğinin öncüsü ve Kopenhag yorumunun önde gelen savunucusuydu.

  • Kuantum mekaniğinin temelindeki belirsizlik ilkesini benimsedi.

Yani kuantumla uyumlu bir şekilde fiziksel süreçlerin rastgele doğasını kabul etti. Ona göre, parçacıkların tam konum ve momentumlarını ölçmek mümkün değildi, ancak olasılık dağılımları sayesinde belirli sonuçlar elde edilebilirdi. Kuantum mekaniği, belirli bir olayın olasılığını hesaplayarak sonuçlar öngörmek için kullanılırdı.Einstein ve Bohr tartışmaları kuantum mekaniği hakkındaki farklı fikirlerini ve paradoksları göstermesi açısından önemliydi. Beşinci Solvay Konferansı'ndaki bu tartışma, kuantum mekaniğinin anlaşılması ve kabulü konusundaki zorlukları da ortaya koydu. Tartışma sonucunda herhangi bir mutabakat sağlanmamış olmasına rağmen, bu iki büyük bilim insanının farklı bakış açıları, kuantum mekaniği hakkındaki çalışmaların ve düşüncenin ilerlemesine katkıda bulunmuştur.

Einstein ve Bohr Tartışmaları : Zaman Çizelgesi

Einstein ve Bora tartışmaları 19272de Brüksel2de Solvay konferansında başladı. Ancak burayla sınırlı kalmayan ve daha uzun bir süreci içeren tartışmalar dizisi olarak devam etti.

  1. Beşinci Solvay Kongresi: Ekim 1927, Brüksel - Tartışma Turu 1Konu: Einstein ve kümelendirme
  2. Altıncı Solvay Kongresi: 1930 - Tartışma Turu 2Konu: Bir kutuda foton
  3. Yedinci Solvay Kongresi: 1933(Not: Einstein, Hitler iktidara geldiğinde ABD'yi ziyaret ediyordu ve Almanya'ya dönmeme kararı aldığı için yoktu.)
  4. Physical Review 1935 - Tartışma Turu 3Konu: EPR makalesi ve Bohr'un cevabı, Schrödinger'in Kedisi

Einstein ve Bohr Nasıl Tartıştı?

Einstein ve Bohr arasındaki Kuantum mekaniği tartışması Kopenhag yorumuna Einstein'in cevabı ile başlamış ve daha sonra karşılıklı olarak düşünce deneyleri ve cevaplarla devam etmiştir.

Kuantum Mekaniğinin Kopenhag Yorumu

Genellikle fiziksel sistemlerin ölçülmeden önce belirli özelliklere sahip olmadığı ve kuantum mekaniğinin yalnızca bir ölçümün olası sonuçlarının olasılık dağılımını tahmin edebildiği kabul edilir. Ölçümün etkisiyle sistem etkilenir ve ölçümlerden hemen sonra olasılık seti sadece bir olası değere düşer.

Einstein'ın İlk Eleştirisi

Einstein'ın kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumuna yönelik ilk ciddi eleştirisi 1927'deki Solvay Konferansı'nda duyuldu. Yemek sırasında, akşam yemeği sonrası tartışmalarında ve kahvaltıda Einstein, Bohr ve takipçileriyle kuantum mekaniğinin şu anki biçiminde tamamlanmış kabul edilip edilemeyeceği sorusu üzerine çeşitli tartışmalar yürütmeye başladılar. Einstein konum ve momentumun ilkesel olarak eşzamanlı olarak belirlenebileceğini kanıtlamayı amaçlayan giderek daha zeki düşünce deneyiyle tartışmayı alevlendirdi.

Düşünce Deneyi: Yarık Deneyi

Bir parçacığın genişliği d olan bir yarıktan geçtiğini düşünelim. Yarık, parçacığın duvardan geçmesi nedeniyle momentumda h/d kadar belirsizlik ekler. Ancak, parçacığın momentumunu, duvarın geri tepmesini ölçerek belirleyelim. Bunu yaparken, momentumun korunumu ilkesine göre parçacığın momentumunu istediğimiz hassasiyete kadar belirleyebiliriz. Yani Einstein dar ve dikey bir yarığa sahip bir duvara doğru yönlendirilmiş bir ışın huzmesinin yarıktan geçtikten sonra ışığın dalga fonksiyonunun kırılacağını öne sürüyor. Heisenberg'in belirsizlik ilkesine göre, fotonun duvardan geçmesi nedeniyle momentumda eklenen belirsizlik yaklaşık h/d olacaktır. Einstein, duvarın geri tepmesini ölçerek, fotonun momentumunu bulabileceğimizi iddia ediyor.

Bohr’un Cevabı

Niels Bohr'un Einstein'in önerdiği düşünce deneyine olan zarif cevabı basitti. Fotonun geçtiği duvarın da bir kuantum mekanik sistemi olduğunu savundu. Böylece, duvarın tepkisini gerekli hassasiyetle ölçmek için parçacığın geçmeden önce duvarın momentumunun da bu hassasiyete kadar bilinmesi gerekiyordu. Sonuç olarak bu hassasiyette duvarın konumunun da parçacığın geçtiği gibi belirsiz olduğu anlamına geliyordu. Dolayısıyla yarığın konumu ve eğer duvarın momentumu tepkiyi ölçmek için yeterince kesin olarak biliniyorsa, yarığın konumu Heisenberg'in belirsizlik ilkesine uygun olarak ölçümüne izin vermeyecek kadar belirsiz olurdu.

Einstein’ın İkinci Eleştirisi

Einstein kendi tezinde ısrar etmeyi sürdürdü ve yeni savlarla tartışmaya devam etti. 1930'daki Altıncı Solvay Uluslararası Manyetizma Konferansı'nda, yeni bir düşünce deneyiyle geldi. Kopenhag yorumu tarafından ortaya konan belirlenememe sorununa odaklanarak Einstein şunları önerdi: Deneyin temel fikri, Einstein'ın kütlenin enerjiyle olan o zamanki iyi kurulmuş denkleminin (E = mc²) parçacığın enerjisinin (bir fotonun kütlesini ve ışık hızını bildiğimiz gibi) belirlenmesine izin vermesidir.Einstein'ın yeni düşünce deneyi, söylendiğine göre Bohr'u şaşırtmış ve Bohr'un konferans boyunca katılımcıdan katılımcıya dolaşarak onlara Einstein'ın düşünce deneyinin doğru olamayacağını ikna etmeye çalışmasına neden olmuştu.

Düşünce Deneyi: Işık Kutusu

Elektromanyetik radyasyon içeren bir kutuyu ve bir perdenin açılmasını kontrol eden bir saati düşünelim. Perde yalnızca bir fotonun kaçmasına izin verecek kadar hızlı çalışır. Kutu başlangıçta tam olarak tartılır. Sonra, kesin bir anda perde açılır ve bir foton kaçmasına izin verilir. Kutu daha sonra tekrar tartılır.

Bohr'un Zaferi

Bohr, Einstein'a cevap olarak yapılan argümanın yapısına atfen "Bohr'un Zaferi" olarak adlandırılan bir yanıt düşündü. Bohr'un çözümü Einstein'ın kendi genel görelilik teorisine bağlıdır.Bohr, bir foton yaydıktan sonra kutunun ağırlığının azalmasının kutunun yerçekimi alanında yükselmesine neden olduğunu savundu. Bohr'un yukarıdaki mantığına göre Einstein'ın genel görelilik teorisi, kutunun orijinal yüksekliğinden farklı bir yükseklikte olduğu süre boyunca kutu içindeki saat (sadece bir foton yayınlamasını sağlamak için gerekli) orijinal hızından farklı bir hızda işlemiş olacaktır. Yerçekimi formülü bize foton yaydığı sıfır anında zamanda zamanın belirlilik derecesinde Δt = c⁻²gtΔq belirsizlik olacağını gösterir. Sonuç olarak, Heisenberg'in belirsizlik ilkesine göre, fotonun enerjisinin ölçülme doğruluğu, yayma momentumunun hassasiyetini sınırlar. Bohr, Einstein'ın düşünce deneyinin çalışabilmesi için onun tik atan ışık kutusunun bir yerçekimi alanında ortasında bir yay tarafından asılı durması gerektiğini gösterdi.

Einstein’ın Üçüncü Eleştirisi

Kuantum mekaniğinin Kopenhag yorumunun eksiksiz olduğuna yönelik önceki itirazlarının "yenilgisi"nden sonra, Einstein belirsizlik konusundaki tutarsızlıkları aramayı bırakmış ve kuantum mekaniğinin diğer yönlerine odaklanmıştır. Esasında, Einstein pratik olarak belirli uyumsuz niceliklerin değerlerini aynı anda belirlemenin imkansız olduğunu kabul etmişti. Ancak tartışma ölçülemeseler bile böyle niceliklerin gerçekten kesin değerlere sahip olup olmadığına ilişkin olarak devam etmiştir. Einstein kuantum olasılıklarının da epistemik, ontolojik olmadığına dair iddiası nedeniyle, Kopenhag yorumunun hala eksik olduğunu savunmaya devam etti.

Einstein’ın Dördüncü Eleştirisi

1934 yılında Einstein Avrupa'dan kaçarak Princeton Üniversitesi'nin Fine Hall binasında yeni kurulan İleri Araştırmalar Enstitüsü'ne katıldı. Orada yayınladığı ilk çalışma, o zamanlar yaygın olarak kabul gören Kopenhag yorumunun hala tatmin edici olmaması üzerineydi. Bu durum, EPR (Einstein–Podolsky–Rosen) paradoksu olarak bilinir ve kuantum mekaniğinin eksiksizliğine yönelik Einstein'ın en iyi argümanı olarak kabul edilir. Boris Podolsky ve Nathan Rosen ile birlikte yayınlanan 1935 yılı makalesinde "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?" başlığını taşıyordu ve başka bir düşünce deneyini öneriyordu: Kuantum Bağıntısıİki parçacık düşünün ki bunlar çarpışmış veya birbirine bağlı bir şekilde oluşturulmuş olup özellikleri birbirine bağlıdır. Çiftin toplam dalga fonksiyonu, parçacıkların konumlarını ve lineer momentlerini bağlar. İlk parçacığın pozisyonunu gözlemlemek, ikinci parçacığın konumunu ne kadar uzakta olursa olsun kesin olarak belirlememizi sağlar. Benzer şekilde, ilk parçacığın momentumunu ölçmek, ikinci parçacığın momentumunu da kesin olarak belirlememizi sağlar. "Gerçeklik kriterimize göre, birinci durumda miktar P'nin gerçek bir elemanı olarak kabul etmeliyiz, ikinci durumda miktar Q gerçek bir elemanıdır."

Bohr’un Cevabı

Bohr, EPR (Einstein, Podolsky ve Rosen) makalesini okuduğunda şaşkına dönmüş altı hafta boyunca cevap yazmış ve aynı başlıkta başka bir makale yazmıştır: "Can Quantum-Mechanical Description of Physical Reality be Considered Complete?" aynı şekilde Physical Review'da yayınlanmıştır. EPR makalesinden önce Bohr, gözlem eyleminin neden olduğu kuantum belirsizliğinin fiziksel açıklamasını sürdürmüştü. Ancak EPR düşünce deneyini duyduktan sonra, Bohr "inceleme altındaki sistemin mekanik bir bozulma sorusu yok" olduğu gerçeğiyle yüzleşmek zorunda kaldı. Öte yandan, iki parçacık tek bir sistem olarak bir kuantum fonksiyonuyla tanımlanır. Bu nedenle, Bohr'a göre, EPR makalesi, Heisenberg'in belirsizlik ilkesini asla ortadan kaldırmamıştır.

Tartışmanın Sonucu Ne Oldu?

Einstein'ın Kopenhag Yorumu'na yönelik tezleri teorinin yanlış veya eksik olduğunu göstermekte başarısız olduğu geniş çapta kabul edildi. Kophenag yorumu kuantum dünyasının ortodoks yorumu haline gelmesine yol açtı. Einstein ve Bohr tartışmaları sürecinde tartışmaların iki tarafın birbirini anlamadığı bir biçimde yürütüldüğü de düşünülen bir sav. Einstein, kuantum dünyasının nasıl olması gerektiğini savunurken, Bohr kuantum dünyasının bizim tarafımızdan nasıl bilinebileceğini savunuyordu. Bohr, kuantum dünyasının temel bilgi sınırlarının olduğunu kabul etti ve prensip olarak bu sınırları aşamayacağımızı belirtti. Einstein ise bu sınırları hiçbir zaman kabul etmedi ancak onları nasıl aşılacağını gösteremedi. Bu Einstein'ın kuantum dünyasının makro dünyaya benzediği görüşünün yanlış olduğunu doğrudan göstermez ancak kuantum dünyası hakkında prensip olarak Bohr ve Kopenhag Yorumu'nun önerdiğinden daha fazla bilgi edinemeyeceğimiz anlamına gelir.Kaynaklar:A. Whitaker, Einstein, Bohr, and the quantum dilemma : from quantum theory to quantum information, 2. basım, Cambridge University Yayınları, 2006., sayfa: 210https://www.nature.com/articles/d41586-018-03793-2https://www.uh.edu/engines/epi2627.htm