İnsanlık Ay’dan başladığı uzay serüvenine yakın gezegenler ve günümüzde Plüton’dan kuyruklu yıldızlara kadar, hatta güneş sistemi dışına çıkan uzay araçlarıyla devam ediyor. Hepsi ufak bir yazıya sığdırılabilse de, ortada hayal gücümüzün sınırlarını zorlayan mesafeler var. Tüm bunlar yeni bir sorunu ortaya çıkarıyor; iletişim.
2006 yılında Plüton’a gönderilen New Horizons adlı uzay aracı, yaklaşık on yıl süren yolculuğu sonunda 5 milyar kilometre uzaktan bize Plüton ve uydularının fotoğraflarını göndermeye başladı. Bu öyle bir mesafeydi ki bir mesajın uzay aracına iletilmesi ve cevabın gelmesi ışık hızıyla da olsa on saati buluyordu. Yakın gelecekte gerçekleşebilecek olan insanlı uzay yolculuklarında bunca süre beklemek, yaşamsal tehlikelere neden olabilir. Peki aradaki mesafeleri boşa çıkaracak ve anında haberleşmeyi sağlayacak yeni bir teknoloji geliştirmek mümkün mü? Eğer ışık hızı evrendeki son limit ise bu nasıl mümkün olacak? İşte bu yazı, günün birinde milyarlarca kilometre uzaklıklar arasında eş zamanlı ve yüzde yüz güvenli iletişim kurulmasını sağlayabilecek, olağan üstü bir teknolojinin fiziki altyapısını anlatmaya çalışıyor.
Her gün etrafınızda gördüğünüz hayat, gerçekleşen olaylar, olgular, imgeler net ve somuttur. Her şey gerçeklik algınıza uygun, mekanik ve basittir. Neden-sonuç ilişkisi içinde ilerleyen evren. Tüm bunların içinde somut maddenin ötesinde, zamanın ve gerçekliğin etkisinden sıyrılmış bir hayatı sorgulamak peri masalına inanmaya benziyor. İşte bu yüzden kuantum mekaniğinin temellerinin atıldığı yıllarda gerçeklik algımız darbe aldıkça kabullenmemiz de o kadar zorlaştı. Kuantum mekaniği temelde istatiksel bir kuramdır. Fiziksel bir olayın sonucu hakkında kesin bir öngörüde bulunmaz. Bunun yerine olay ile ilgili bir takım olasılıkları sıralar. Örneğin hidrojen atomu etrafında dönen bir elektronun hangi yörüngede bulunduğunu değil, hangi yörüngede hangi olasılıkla bulunabileceğini söyler. Kuantum mekaniğinin doğası gereği gözlem yapılıp kesin konumu belirlene kadar, “parçacık olası durumların hepsinde belli oranlarda bulunuyor” deriz. Newton fiziği ve hatta görelilik kuramları olaylar arasında kesin bir neden sonuç ilişkisi kursa da kuantum fiziğinde bu tip bir kesinlikten bahsedemeyiz. Olaylar arasında, bilimin en temel parametresi olan neden sonuç ilişkisi kuramayan bir kuram eksik demekti. Doğal olarak, o günkü fizikçilere saçma gelen bu sonuçtan kurtulmanın yolları uzun süre araştırıldı. Belli ki kuantum sistemler bizce henüz meçhul bazı gizli değişkenler ile kontrol ediliyordu. Bu gizli değişkenleri keşfettiğimiz zaman kuantum mekaniğinin olasılıklı yapısı da aralanmış olacaktı.
Kuantum fiziğine özgü bir sistem düşünelim: Örneğin eş zamanlı yaratılmış ve toplam spinleri sıfır olan iki elektron. Spinin ne olduğuna dair ayrıntıları şimdilik göz ardı ederek, değerlerinin +1 veya -1 olabileceği kabulüyle devam edelim. Şimdi elimizdeki bu iki elektronun spinlerinin toplamı sıfırdır ama, hangisinin +1, hangisinin -1 olduğunu ölçmeden bilmenin bir yolu yok. Bunun için herhangi birinin spini artı ve eksi değerlerinin bir kombinasyonu olarak kabul edilir. Ancak birinin spinini ölçüp +1 olduğunu gördüğümüz an diğerinin -1 olduğunu kesin olarak biliriz. Kaderleri bir şekilde bağlanmıştır. Bu tip parçacıklara kuantum dolanık parçalar diyoruz. Buraya kadar herşey normal ve şaşılacak bir şey yok gibi gözüküyor. Fakat işler o kadar basit değil. Bir elektron siz onu ölçüp bir tercih yapmaya zorlayana kadar +1 veya -1 değerlerinin bir çeşit kombinasyonunu içerir. Siz ölçüm yaptığınız an elektron bir tercih yapmak zorunda kalır ve bir değer seçer. Sorun şurada ki kuantum dolanık parçaların toplam spini sıfır olacağı için siz birini ölçtüğünüz an diğeride ona göre değer alır. Yani kuantum dolanık iki elektronun biri üzerinde ölçüm yaparsanız diğeri evrenin başka bir ucunda olsa bile anında eş zamanlı olarak toplam spinleri sıfır olacak şekilde pozisyonlanır. Eğer evrendeki son limit ışık hızıysa, tüm fizik kurallarını alt üst eden bu olay aradaki mesafe fark etmeksizin eş zamanlı olarak nasıl gerçekleşebilirdi? Bundan tek bir sonuç çıkıyordu, bu kuram eksikti, hatalar vardı.
2015 yılında Hollanda’da bu kuramı deneye tabi tuttular. Aralarında 1,3 km mesafe bulunan kuantum dolanık parçalar kullanıldı ve sonuç hiç beklendiği gibi değildi. Elektronlar kesinlikle eşzamanlı haraket ediyordu. Bir şekilde ışık hızının üzerinde bir bilgi alışverişi oluyordu yada ortada bilmediğimiz başka bir şey dönüyordu. Peki bu nasıl mümkün oldu? Aralarındaki mesafeye bakmaksızın bir gerçekliğin iki parçası olarak nasıl hareket ettiler? Yoksa elektronlar zaten tek bir varlığı mı temsil ediyor ve bu yüzden bir iletişim kurmalarına gerek kalmıyordu?
Peki şimdi elimizdeki bu bilgiyle ne yapacağız? İnsanın aklına ilk olarak mesafeden tamamen bağımsız eş zamanlı bir iletişim yöntemi geliyor. Ancak öyle zor ki hala bunun mümkün olmayacağına inanmamız için pek çok sebep var. Ancak bilim yapılamaz denen birçok şeyin üstesinden gelmiş durumda. Hatta Washington Üniversitesi’nde kuantum dolanıklığa sahip fotonlarla eş zamanlı bilgi aktarımı için yıllardır deneyler gerçekleştiriliyor. Eğer bir gün bunu kullanacak düzeye gelebilirsek uzay yarışına daha hızlı bir biçimde devam edebileceğiz.
Dünya’da böyle baş döndürücü gelişmeler olurken, bu yarışa çok geriden katılan ülkemiz ise henüz üretilen uyduların radyasyon testlerinin yerli imkanlarla yapılmasını sağlamaya çalışıyor. Bunun için Ankara’da ODTÜ bünyesinde bir laboratuvar kuruluyor. Söz konusu laboratuvar ile ile uzay yarışı için kullanılacak araçların radyasyon testleri Ankara’da yapılacak. Böylelikle yurt dışı bağımlılığı da giderilmiş olacak. Kim bilir belki bir gün bizde çok uzak mesafelerle eş zamanlı iletişim kurma ihtiyacı hissederiz…
Kaynak: Bilim ve Teknik Dergisi
