Star Trek'teki gibi insan ışınlanabilir mi?

Kısa cevap: Bugünkü fizik bilgisiyle hayır, ve yakın gelecekte de olası görünmüyor. Laboratuvarlarda "ışınlanan" şey madde değil, tek tek parçacıkların kuantum durumu; yani bir bilgi. Bu bilgi bile ışıktan hızlı gitmiyor ve aktarılırken kaynaktaki asıl durum yok oluyor. Bir insanı aynı yolla taşımak için yaklaşık 7×1027 atomun durumunu tek tek okumak, göndermek ve karşı tarafta yeniden kurmak gerekirdi. Üstelik böyle bir makine yapılsa bile karşı tarafta çıkan kişinin "siz" mi yoksa kusursuz bir kopyanız mı olduğu sorusu cevapsız kalırdı.

Uzay Yolu'nda ışınlayıcı nasıl çalışıyor?

1966'da yayına giren Uzay Yolu: Orijinal Seri'de Kaptan Kirk ve ekibi bir gezegene inmek için mekiğe binmez. Işınlayıcı odasındaki platforma çıkarlar, ışıltılı bir parıltının içinde kaybolur ve birkaç saniye sonra yüzeyde belirirler. Dizinin kurgusuna göre cihaz kişiyi bir enerji desenine dönüştürür, hedefe yollar ve orada yeniden maddeye çevirir.

Fikrin kökeni bilimden çok bütçeye dayanıyor. Gene Roddenberry'nin ilk planında yıldız gemisi her bölümde gezegenlere inecekti. Ancak bu, 1960'ların televizyonu için karşılanamayacak dekor ve maket çekimleri demekti. Işınlayıcı, kişiyi görüntüden silip başka yerde belirten ucuz bir çözüm olarak doğdu ve ilk kez dizinin pilot bölümü "The Cage"de göründü. Meşhur parıltı da düşük bütçeli bir hile: Ağır çekim kamera ters çevrilip arkadan aydınlatılan parlak alüminyum tozu çekilmişti.

Işınlayıcı zamanla dizinin en sevilen dram aracına dönüştü. Orijinal Seri'deki "The Enemy Within" bölümünde bir arıza Kirk'ü iki ayrı kişiye böler. Yeni Nesil'in "Second Chances" bölümünde aynı şey Riker'ın başına gelir. Voyager'ın "Tuvix" bölümünde ise tersine iki karakter tek bir varlıkta birleşir. Bu hikâyeler, aşağıda değineceğimiz felsefi sorunu daha 1960'larda ekrana taşımıştı.

Bu arada popüler kültürün en bilinen ışınlanma repliği "Beam me up, Scotty" dizide hiç bu kalıpla söylenmedi. En yakın cümle, Kirk'ün Uzay Yolu IV: Eve Yolculuk'ta söylediği "Scotty, beam me up".

Bir insanı ışınlamak için neyi bilmek gerekir?

70 kilogramlık bir yetişkinin bedeninde yaklaşık 7×1027 atom bulunuyor. Bu atomların aşağı yukarı üçte ikisi hidrojen, dörtte biri oksijen, kalanının büyük kısmı karbon. Bir ışınlayıcının yalnızca hangi atomun nerede durduğunu değil, aralarındaki bağları ve her birinin durumunu da kaydetmesi gerekirdi.

Bu verinin büyüklüğü hakkında fikir veren hesaplar var. Leicester Üniversitesi'nden fizik öğrencileri, tek bir hücrenin genetik bilgisini ışınlamanın bile 4.850 trilyon yıl süreceğini tahmin etti. ABD Hava Kuvvetleri için çalışma hazırlayan Eric Davis ise bir insanı maddeden enerjiye çevirmenin 330 megatonluk bir enerji gerektireceğini hesapladı. Fizikçi Lawrence Krauss da The Physics of Star Trek (Uzay Yolu'nun Fiziği) kitabında temel soruyu şöyle koyuyor: Işınlayıcı atomları mı gönderiyor, yoksa yalnızca bilgiyi mi?

Heisenberg ve "kopyalanamazlık" engeli

Sorun yalnızca veri miktarı değil. Kuantum fiziğine göre bir parçacığın bütün özelliklerini aynı anda tam kesinlikle ölçemezsiniz; konumu ne kadar keskin bilirseniz momentumu o kadar bulanıklaşır. Bu, Werner Heisenberg'in adını taşıyan belirsizlik ilkesi. Dizinin yapımcıları sorunu biliyordu ve ışınlayıcıya "Heisenberg dengeleyicisi" adlı hayali bir parça eklediler. Uzay Yolu'nun yapımında çalışan Michael Okuda'ya Time dergisi bu parçanın nasıl çalıştığını sorduğunda cevabı kısa oldu: "Gayet iyi çalışıyor, teşekkürler."

İkinci engel 1982'de kanıtlanan kopyalanamazlık teoremi. William Wootters ile Wojciech Zurek'in Nature'da, Dennis Dieks'in aynı yıl birbirinden bağımsız yayımladığı kanıtlara göre bilinmeyen bir kuantum durumunun bağımsız ve birebir kopyasını çıkarmak imkânsız. Yani bir insanı "tarayıp" aynısını başka yerde basmak, en ince ayrıntı düzeyinde fizik yasalarına takılıyor.

Peki bilim insanları neyi ışınlıyor?

1993'te Charles Bennett, Gilles Brassard, Claude Crépeau, Richard Jozsa, Asher Peres ve William Wootters, Physical Review Letters'ta bu engelin etrafından dolaşan bir yöntem önerdi. Gönderen ve alıcı önceden dolanık bir parçacık çifti paylaşıyor. Gönderen, ışınlanacak parçacıkla kendi payına düşen parçacık üzerinde ortak bir ölçüm yapıyor ve sonucu sıradan bir kanaldan iletiyor. Alıcı bu bilgiyle kendi parçacığını asıl durumun tam bir eşine dönüştürüyor. Ölçüm asıl durumu yok ettiği için ortada iki kopya hiç olmuyor ve teorem çiğnenmiyor.

Yöntemin işleyişini ve dolanıklığın neden ışıktan hızlı haberleşmeye izin vermediğini kuantum dolanıklık sayfamızda ayrıntılı anlattık. Burada önemli olan üç nokta var: Madde ya da enerji taşınmıyor, yalnızca durum taşınıyor; işlemi tamamlamak için klasik bir mesaj gerekiyor, bu yüzden ışık hızı aşılmıyor; ve kaynaktaki asıl durum süreç sırasında yok oluyor.

İlk deneyler 1997'de geldi. Anton Zeilinger'in ekibi (Dik Bouwmeester, Jian-Wei Pan ve arkadaşları) fotonların kutuplanma durumunu ışınladıklarını Nature'da duyurdu. Aynı dönemde İtalya'da, Sandu Popescu ve Francesco De Martini'nin de aralarında bulunduğu bir ekip benzer bir deney gerçekleştirdi. Zeilinger, dolanık fotonlarla yaptığı çalışmalar nedeniyle 2022 Nobel Fizik Ödülü'nü Alain Aspect ve John Clauser ile paylaştı.

Rekor mesafe uzaydan geldi. Çin'in 2016'da fırlatılan Micius uydusuyla çalışan, Ji-Gang Ren'in ilk yazar olduğu ekip, 2017'de Tibet'teki bir yer istasyonundan alçak yörüngedeki uyduya tek fotonların durumunu 1.400 kilometreye kadar mesafeden ışınladı. Ortalama doğruluk 0,80'di; bu, klasik yöntemlerle ulaşılabilecek sınırın üzerinde.

Verileri göster

1966	Uzay Yolu ışınlayıcıyı ekrana taşıdı
1982	Kopyalanamazlık teoremi kanıtlandı
1984	Parfit ışınlanma paradoksunu yazdı
1993	Bennett ve ekibi kuantum ışınlamayı…
1997	Fotonlarla ilk ışınlama deneyleri
2016	Micius uydusu fırlatıldı
2017	Uyduya 1.400 km'ye kadar ışınlama

Işınlanan kişi siz misiniz, yoksa kopyanız mı?

Teknik sorunlar bir gün aşılsa bile felsefi bir düğüm kalıyor. İngiliz filozof Derek Parfit, 1984 tarihli Reasons and Persons kitabında şu düşünce deneyini kurdu: Bir makine sizi uyutuyor, bütün atomik yapınızı kaydediyor ve bu veriyi ışık hızıyla Mars'a yolluyor. Oradaki ikinci makine sizi yerel malzemeden yeniden inşa ediyor. Parfit'in sorusu basit: Bu bir yolculuk mu, yoksa makine sizi öldürüp birebir bir kopya mı üretiyor?

Soru, makinenin bir sonraki sürümünde daha da sertleşiyor. Asıl kişi yok edilmezse ve makine istediği kadar kopya üretebilirse, hangisi gerçek sizsiniz? Kuantum ışınlamada aslın yok olması bu ikilemi ortadan kaldırmıyor, yalnızca "aynı anda iki kişi" durumunu önlüyor. Uzay Yolu'ndaki Kirk ve Riker bölünmeleri tam olarak bu soruyu dramatize ediyor. Kuantum fiziğinin ölçüm ve gerçeklik hakkındaki farklı okumalarını kuantum mekaniğinin yorumları sayfamızda bulabilirsiniz.

Sonuç: Kirk'ün yöntemi mi, mekik mi?

Bugün ışınlanabilen en "büyük" şeyler tek fotonlar, atomlar, elektronlar, süperiletken devreler ve gaz bulutlarındaki atom topluluklarının taşıdığı kuantum bilgisi. Bunlar kuantum bilgisayarları ve şifreli haberleşme için çok değerli. Ancak bir insanı ışınlamak için gereken veri, enerji ve ölçüm hassasiyeti bu deneylerin çok ötesinde ve felsefi soru da yerli yerinde duruyor. Dizideki macerayı baştan izlemek isteyenler için Uzay Yolu izleme sırası rehberimiz iyi bir başlangıç.

Kısaca

• Uzay Yolu'nun ışınlayıcısı, gemiyi her bölümde gezegene indirmenin 1960'larda çok pahalı olması yüzünden doğdu.
• Bir insan bedeninde yaklaşık 7×1027 atom var; hepsinin durumunu okuyup yeniden kurmak bugünkü teknolojinin çok ötesinde.
• Kopyalanamazlık teoremi, bilinmeyen bir kuantum durumunun birebir kopyalanmasını yasaklıyor.
• Kuantum ışınlamada madde değil durum aktarılıyor, aslı yok oluyor ve ışık hızı aşılmıyor. Rekor, 2017'de Micius uydusuyla 1.400 km.
• Teknik engeller aşılsa bile karşı tarafta çıkanın siz mi kopyanız mı olduğu felsefi bir soru olarak kalıyor.