Tersine Nedensellik: Geleceğimiz, Geçmişimize Hükmedebilir mi?

Cem Aydede ile Barış Yalın Uzunlu, Fintechtime Ocak sayısı için yazdı, “Tersine Nedensellik: Geleceğimiz, Geçmişimize Hükmedebilir mi?”.

Bu ay köşemizi en çarpıcı bilimsel teorilerden birini tanıtmak için ayırdık: Tersine nedensellik, yani retrocausality. Tek cümle ile açıklamak gerekirse, sonuçların sebeplerinden önce gelmesi diyebiliriz.

Tersine Nedensellik: Geleceğimiz, Geçmişimize Hükmedebilir mi?

There was a young lady named Bright

Whose speed was far faster than light;

She set out one day,

In a relative way

And returned on the previous night.

A.H.Reginald Buller (1874-1944)

Tersine nedensellik, yani retrocausality. Tek cümle ile açıklamak gerekirse, sonuçların sebeplerinden önce gelmesi diyebiliriz. Tersine nedenselliği anlamak için zaman kavramını biraz açmakta fayda var. Zamanı üç farklı şekilde ele alabiliriz:

İlki, zamanın termodinamik yorumu. Entropi, yani düzensizlik her zaman artar (termodinamiğin o meşhur ikinci yasası). Bir bardağı yere atarsanız kırılır. Ama kırık cam parçaları kendiliğinden birleşip bardak olmaz.

İkincisi, zamanın psikolojik yorumu. Geçmişi hatırlıyoruz, ancak geleceği hatırlamak diye bir şey yok. Tanım gereği geçmiş sona erdi, gelecek ise henüz var olmadı. Zaman bizim için her zaman ileriye akar. En azından bizim hissiyatımız bu yönde.

Sonuncusu ise zamanın kozmolojik yorumu: Evrenimiz genişliyor.

Tersine nedensellik ise tüm bu zaman yorumlarını geçersiz bırakmaya aday. Şu an verdiğiniz bir kararın geçmişinizi etkilediğini düşünün. Veya, gelecekte verdiğiniz bir kararın şu anki durumunuzu etkilediğini. Ortaya paradokslar yığını çıkar, ki en ünlülerinden biri doğmamış olmamızı “emreden” büyükbaba paradoksudur. Kulağa son derece saçma geldiğinin farkındayım ama teoride bu mümkün! Fakat hepimizin bildiği üzere modern bilimin temeli deneysel ispata dayalıdır. Hipotezlerimizi gözlem ve ölçümler yaparak doğrulamaya çalışırız. Tersine nedensellik ise yapısı itibariyle algımıza o kadar ters düşer ki, doğrulayabilmek için bir deney düzeneği tasarlamak bile imkânsız gelir.

Neden-sonuç ilişkisine bu kadar göbekten bağlıyken, bizi bu durumun tam tersinin doğru olabileceğini düşündüren şey kuantum mekaniğindeki meşhur “dolaşıklık” fenomenidir. Yani, Einstein’ın meşhur “spooky action at a distance” şeklinde tanımladığı ve uzun bir süre boyunca inanmak istemediği fenomen. Dolaşıklık şu demek: İki eş parçacık düşünün. Birbirinin tıpatıp eşi olsun. Örneğin iki foton parçacığı. Diyelim ki bir foton parçacığımız dünya üzerinde, diğeri de milyarlarca ışık yılı uzakta evrenin ücra bir köşesinde. Dünya üzerindeki foton parçacığının spinini ölçtüğümüzde, diğer parçacık hakkında da anında aynı bilgiye sahip oluyoruz. Tamam da, görelilik ışık hızını aşmayı kesin olarak yasaklıyor. Dolaşıklık ise bize mesafeden bağımsız olarak anlık bilgi aktarımının mümkün olduğunu söylüyor. İşte tersine nedensellik de tam burada devreye giriyor: Sanki parçacık zamanda geriye gidip eşine kendisi hakkında bilgi veriyor!

Tersine nedensellik, yukarıda da bahsettiğim sebeplerden ötürü yıllarca felsefe ve kuantum mekaniğinin üzerinde tartıştığı bir fikir olarak kaldı. Fakat yakın zamanda John Cramer ışığın hem parçacık hem de dalga özelliği gösterdiği bilgisini teknolojik gelişmelerle birleştirerek dahiyane bir deney tasarlamıştır. Bu deneyi aşamalı olarak açıklayalım:

Tamamen kapalı bir ortamda, bir lazer ışını iki foton akışı oluşturan bir kristale yönlendirilir. Fotonlar dolaşık hale gelir.

2a. Bir foton paketi iki yarığı olan bir ekrandan geçer (sol taraftaki diyelim)

2b. Diğer foton akışı da iki yarığı olan aynı ekrandan (sağ taraftaki) geçer AMA akabinde ışığı yaklaşık 50 mikrosaniye geciktiren 6,2 mil (yaklaşık 10 kilometre) uzunluğundaki sarmal bir fiber optik kablodan geçirilir.

3a. Bir dedektör sol taraftaki ışığı yakalar ve onu dalga veya parçacık olarak kaydeder (henüz hangisi olduğunu bilmiyoruz. Gözlemlenene kadar her ikisi de, yani süperpozisyonda).

3b. Sağ taraftaki gecikmiş ışık ise hareketli bir dedektör tarafından algılanır. Dedektör merceğe daha yakınsa, dalga benzeri bir girişim deseni olarak kaydedilir. Eğer mercekten daha uzaksa parçacık olarak kaydedilir.

Deneyin amacı şu: Gecikmiş fotonu dalga veya parçacık olarak ölçmeyi seçtiğimizde, dolaşıklık sebebiyle diğer foton demetinin de aynı şekilde davranacağını umuyoruz (Dedektöre daha erken ulaşmış olsa da!). Yani şu anda vereceğimiz kararın geçmişi etkilemesini.

Sonuç maalesef hüsran oldu, en azından bu haliyle. Kuantum girişimin böyle bir karar vermeyi engellediği ortaya çıktı. Doğa, kendi içinde bu tür bir karar mekanizmasına izin veriyor görünüyorsa da bizim müdahale etmemize izin vermiyor.

Gelin bir örnek daha inceleyelim. Bu sefer ilk kahramanımız ABD’nin Kaliforniya eyaletinde bulunan Chapman Üniversitesi’nde kuantum fiziği profesörü olan Jeff Tollaksen. Lisansını MIT’de fizik bölümünde, yüksek lisansını ve doktorasını ise Boston Üniversitesi’nde teorik fizik alanında tamamlamış. İkinci kahramanımız ise onun doktora danışmanı olan ve kuantum fiziği alanında pek çok çığır açıcı çalışması bulunan Yakir Aharonov.

İşte bu ikili bir araya gelip tersine nedenselliği ispatlayabilmek için üç aşamalı bir deney tasarladı. İlk aşama olarak, öğleden sonra 14 ve 14.30’da bir dizi parçacığın spinini ölçtüler. İkinci aşama olarak, aynı testi bir başka gün tekrarladılar. Son aşama olarak da bu parçacıkların bir alt kümesini öğleden sonra 15’te bir kez daha ölçtüler. Ölçümlerin parçacıkların kuantum durumunu yok etmemesi adına zayıf ölçüm denen bir teknik kullandılar. Cevap aradıkları soru ise bir önceki deney ile aynı: Son ölçüm, ara ölçümün sonucunu etkiledi mi?

Cevap inanılmaz bir şekilde evet! Bir şekilde en son yapılan ölçüm, daha önce yapılmış ara ölçümlerin sonucunu etkilemiş gibi görünüyordu! Fakat her ne kadar olumlu sonuçlar elde edilmiş olsa da zayıf ölçümler sonucun yorumlanması ve bir anlam çıkarılması için yeterli değil. Yani henüz heyecanlanmak için erken.

Şimdilik doyurucu bir deneysel karşılığı olmasa da tersine nedenselliğin en azından prensipte mümkün olduğunu söyleyebiliriz. Bilimin tek amacı vardır, o da saf gerçeğe erişmek. Deneylerle ispatlanan her yeni hipotezin bir öncekini çürütmesinin amacı tam olarak bu. Bilim bu şekilde ilerler. Bizim gerçeklik algımızla uyuşmaması, tersine nedenselliğin gerçeğin ta kendisi olabileceği ihtimalini ortadan kaldırmaz. Yapmamız gereken her ne kadar saçma gelirse gelsin, tüm olasılıkların eşit ölçüde ciddiye alınması. Bu teorinin çok küçüklerin dünyasında ispatlanması, evren hakkında tüm bildiklerimizi tersyüz edecek. Çok büyüklerin dünyasında ispatlanması ise tüm hayatımızı. Bizim üstümüze düşen her iki ihtimale de hazır olmak. Gerçek her ne ise onunla yüzleşecek kadar cesur olalım ve şiirle başladığımız gibi yine şiirle bitirelim:

Ne içindeyim zamanın,
Ne de büsbütün dışında;
Yekpare, geniş bir anın
Parçalanmaz akışında.

Bir garip rüya rengiyle
Uyuşmuş gibi her şekil,
Rüzgarda uçan tüy bile
Benim kadar hafif değil.

Başım sükutu öğüten
Uçsuz bucaksız değirmen;
İçim muradına ermiş
Abasız, postsuz bir derviş.

Kökü bende bir sarmaşık
Olmuş dünya sezmekteyim,
Mavi, masmavi bir ışık
Ortasında yüzmekteyim.

Ahmet Hamdi Tanpınar (1901-1962)