decoherence

• diyelim ki superpozisyon halinde bir parcacik var (misal |1>+|2>). ve diyelim ki olcum aletimizi bu elemana dokundurduk. yazip cizersek goruyoruz ki sistemimizin yeni hali yine bir superpozisyon oluyor:
  
  |alet 1 durumunu olctu>*|1>+|alet 2 durumunu olctu>*|2>
  
  ote yandan alet genelde buyuk oldugu icin (veya parcacigimiz o esnada cok buyuk olan "cevre" ile etkilestigi icin) isin icine sicaklik denilen olasiliksal kavram giriyor. quantum mekanigindeki "belirsizligin" kokeni budur. yoksa schrodinger denklemi deterministiktir: parcacigin ilk halini bilirsem gelmisini gecmisini bilirim.
  
  neyse efendim; parcacigimizin cevre ile etkilesirken gecirdigi surecin adi decoherence. eskiler buna bodoslama "collapse" diyorlardi, bir anda olup bittigini saniyorlardi. ama simdi bunun dinamigini daha iyi biliyoruz.
• decoherence kimi zaman "quantum mekaniginin baska bir yorumu" diye kabul edilse de aslinda copenhag yorumu, gizli degiskenler veya coklu dunyalar yorumlarinin hic bir tanesi ile ters dusmez; dahasi bu "felsefi yorumlar"in aksine gozlenebilir sonuclari vardir. asagida yogunluk matrikslerini (bkz: density matrix) ro olarak ifade edip |1>|2> yerine kisaca 12, |1>|2><1|<2| yerine 12.12 deyip normalizasyon katsayilarini da es geccegim notasyon kolayligi icin. "|bu> da nedir" diyenler icin (bkz: bra ket notasyonu).
  
  diyelim ki cevrenin sahip olabilecegi yalnizca 3 enerji seviyesi ve 2 parcacik var. o zaman ro=11.11+12.12+13.13+... diye giden dokuz tane terim var. bu hal, maksimum miktarda karismis hal (bkz: mixed state). superpozisyon icinde olmaktan ziyade "ya oyle ya boyle ya da soyle..." durumunu ifade ediyor.
  
  simdi ilgilendigim kucumen parcacigin dalga fonksiyonu psi=a+b olsun. o zaman ro_parcacik=a.a+ab+b.a+b.b oluyor. bu hal de saf hal (bkz: pure state). halbuki simdi cevre ile kucumen parcacigi beraber dusunelim: ro_hepsi=(11+12+13+... )(a+b).(11+12+13+... )(a+b)=11a.11a+12a.11a+13a.11a+.... (18*18 terim)
  
  goruldugu uzere toplam yogunluk matriksi maksimum miktarda karismis degil. ama saf da degil. ancak cevre ile kucumenimiz arasina etkilesim koydugumuzda durum diagonale cok daha yaklasacak zaman gectikce. hatta biz buradaki ornekte yalnizca cevreye iki parcacik ve uc enerji seviyesi koyduk. bu sayilar arttikca kucumen parcacigimizin esamesi bile okunmayacak. yogunluk matriksi zirt diye diagonal oluverecek. biz de "parcacik su an hangi halde" sorusuna cevaben, cevre uzerinden trace alip "ya oyle ya boyle" diyecegiz. ("hem oyle hem boyle" degil)
  
  peki, soru: diyagonellik (karisik olma hali) sisteme ilk basta nereden geldi? cevre nicin kucumen parcacigimiz gibi saf halde degil de maksimum karismis halde?
  
  cevap: bizim bilgisizligimizden. cevrenin dalga fonksiyonu hakkinda hic bir sey bilmiyoruz, yalnizca enerji duzeylerini biliyoruz. o yuzden sicakliga gore bu duzeylere belli olasiliklar atfediyoruz. sicaklik, "kalabalik cevre hakkindaki bilgi yoklugumuz" demek.
  
  sonuc: eger cevrede bulunan her parcacigin halini tam olarak bilseydik cokme diye bir seyden bahsetmeyecektik (bkz: collapsation). sistem superpozisyondan hic cikmayacak, saf halde bulunacak, ve deterministik sekilde schrodinger denklemine gore evrilecekti.
• bir kuantum objesi ile çevremizi saran atom-üstü dünya etkileşime girdiğinde süperpozisyonların (bkz (bkz: #71684079) ) dağılmakta olmasıdır.
  
  decoherence nedeniyle farklı dünyalar aynı anda var olamazlar; kuantum olasılıklarından sadece biri realize (gerçek) olur.
  
  decoherence, canlı bir hücre benzeri sıcak ve ıslak ortamlarda çok daha hızlı gerçekleşmektdir. max tegmark 2000 yılında bu “dağılmanın” (yani süperpozisyonların yok olmasının) saniyeden milyarlarca daha küçük bir zaman parçasında gerçekleştiğini ortaya koymuştur.
  
  bu buluş ise roger penrose ve stuart hameroff tarafından ortaya atılan ve büyük ses getiren “orch or” adını verdikleri kuantum yorumunun gerçekliğini hayli tehlikeye sokmuştur: orch or, -kabaca- nöronların sinyalleri (aksiyon potansiyeli) ile gerçekleşen moleküler süperpozisyonlarla ilgilidir; yani yoruma göre süperpozisyonlardan birinin gerçekleşmesini sağlayan kuantum olayı beyinde meydana gelmektedir. oysa tegmark gerekli nöron sinyalinin yorumda -gerçeği yaratmak için- gerek duyulan sürece var olamadığını ortaya çıkartmıştır. (ancak orch or teorisi adına penrose farklı eklemeler/iyileştirmeler yapmaktadır.)
• eşevreliliğin bozulması, dekoherans.
• gecen gunlerde ozel mesaj ile bir baska yazarla yaptigim konusma icerisinden derleyerek ornekle bilgidim kadari ile (fizikci degilim hatam olursa affola) aciklamaya calisacagim.
  
  simdi esevresizlik /esfazsizlik olarak da turkcelenen decoherence 'i aciklamak icin once kuantum mekanigi ndeki particle-wave duality (parcacik-dalga ikiligi) durumunun (kendisi kuantum parcaciklarinin hem dalga hem de parcacik ozelligi sergileyerek yayilmasi durumu olmaktadir, isik gibi) en unlu bir kac yorumunu aciklamak gerekir.
  
  bunlardan ilki bohr ve saz arkadaslarinin kopenagda ortaya attiklari ve bu nedenle de kopenag yorumu olarak gecendir. kopenag yorumuna gore unlu schrodinger deneyindeki kedinin dalga fonksiyonlari gozlemci kutuyu acip bakmadan once superpozisyon halinde bulunur ve gozlemci kutuyu actiginda bu dalga fonksiyonlari ust uste cokerek tek bur duruma coker boylelikle gozlemci kediyi ya olu ya da diri olarak bulur.
  
  ikinci yorum unlu bir yorum pilot wave yorumudur. bu yorumda adindan anlasilabilecegi gibi parcacik ayni anda hem dalga hem de parcacik olarak yayilir ancak dalga bir olasilik dalgasindan ziyade parcaciga yon veren rehber (pilot yani) bir dalgadir. su uzerindeki bir dalgada ilerleyen plastik top analojisi ile gorsellestirilmeye calisilir genelde (cok dogru bir analoji olmasa da)
  
  ucuncu unlu yorum ise everett-dewitt yorumu dur. coklu evren (multiverse ) olarak da bilinen bu yoruma gore kopenag yorumundan farkli olarak su cikarimi yapar, kopenag yorumuna gore gozlemci dalga fonksiyonunu etkilemekte ve degistirmektedir. ancak evrensel gozlemci diye bir sey mantiken mumkun gorunmediginden oturu bu yoruma gozlemcinin kendisini de dalga fonksiyonuna dahil eder. yani gozlemci kutuyu actigi anda dalga fonksiyonlari ust uste cokmez ayri ayri varolmaya devam ederler yani gozlemcinin kutuyu acinca kediyi diri buldugu ve olu buldugu dalga fonksiyonlari birbirinden bagimsiz olarak varligini surdurur bu da sonsuz adet paralel evren oldugu manasina gelir kedinin olu bulundugu ve bulunmadigi evrenler gibi bu evrenlee birbirinden catallasaral ayrilir ve paralel olarak varolmaya devam ederler.
  
  decoherence olayina gelirsek decoherence aslinda everett-dewitt yorumundaki bazi acikliklari ve eksiklikleri giderip onun daha gelismis bir versiyonunu bizlere sunar. buna gore evrenler gozlemci kutuyu acip icine baktiginda degil, radyoaktif madde bozunup kediyi olduren gazin salinmasini tetiklediginde (ya da bozunmayip salinmadiginda) birbirinden ayrilmaya baslamistir zaten gozlemci henuz kutunun icine bakmamis olsa bile cunku kutunun icinde olen ya da olemeyen kedinin konumlari farkli olacaktir (biri yere yigilacaktir vs haliyle) ve bu iki farkli durumda da kediye kutunun icinde temas eden carpan hava molekulleri vardir yani bir bakima molekuller gozlemcidir insan gozlemci kutuyu acmadan once kedinin cevresindeki enerji ve uzayzamanla olan iliskisi ile evrenler paralellesmeye baslar. temas eden parcacik sayisi artip kuantum catallasmalari arttikca evrenler birbirinden daha da uzaklasir vr esevresizlikleri (decoherence artar)
  
  soyle bir ornek verelim. mesela siz disarda duruyorsunuz diyelim. gunesten gelen fotonlar surekli size carpiyor. bu fotonlardan sadece birinin size carptigi ani incelersek eger bu foton ya size carpip geri yansir ya da sizin tarafinizdan sogrulur (ve vucudunuz onu isi yani kizil otesi dalga boyunda bir foton olarak yeniden yayar). bu durumda bu foton size carptiginda iki paralel evren olusmus olur. ancak bir fotonun makro dunyadaki olaylara etkisi cok azdir ve bu iki paralel evren arasindaki iki siz arasinda hicbir fark yoktur iki evrende de hemen hemen aynisinizdir. simdi kentrilyonlarca ve daha sonra tekrar kentrilyonlarca fotonun size carpmaya devam ettigi daha genis bi zaman araligina bakarsak her carpan foton ya emilir ya yansir. emilenlerin sayisi artacaktir bunlarin bazilari vucudunuzdaki molekullerin yapisini bozacaktir. boylelikle on sene gunes kremsiz gunes altinda durdugunuzda artik sizin cilt kanseri oldugunuz ve cilt kanseri olmadiginiz iki evren de mevcuttur artik ve bu iki evren arasindaki decoherence cok artmistir bu nedenle artik iki evrendeki siz de ayni siz degilsinizdir.
  
  not: ilk entryde belirtildigi gibi decoherence'i everett yorumu ile degil kopenag yorumu ile ele alirsak bu sefer de decoherence'i dalga fonksiyonunun cokus sureci olarak da yorumlayabiliriz tabi ama kisisel olarak bana multiverse yorumu ile eslesmesi daha mantikli ve heyecanli geliyor.
  
  edit (01.12.2023) = pbs spacetime konuyla ilgili çok tatlış bir video yayınlamış, yukarda yazdıklarımla alakalı ayrıca buna ek ve bunun dışında olanlar da var. linkini bırakmak istedim. videonun ana konusu born rule, decoherence ile kuantum sistemlerin, klasik sistemlere dönüşmesini açıklama konusunda önemli bir husus. neyse öpüyorum mujcks <3
• maddenin kuantum özelliklerinin, raslantısallığın yavaş yavaş diğer etrafla etkileşip normalliğe doğru kayması durumu.