Kuantum dünyası, en temel seviyelerde varlığın hiç de göründüğü gibi olmadığını bize hatırlatan, hayranlık uyandıran ve kafa karıştırıcı davranışlarla dolu. Fotonlar da bu gizemli parçacıklar arasında yer alıyor.
Fotonlar, elektromanyetik enerjinin en küçük yapı taşlarıdır. Kütlesiz olmaları sayesinde ışık hızında hareket ederler. Ancak en büyüleyici özellikleri bununla da sınırlı değil. Fotonlar, dalga-parçacık ikiliğini sergilerler; yani nasıl ölçüldüklerine bağlı olarak hem dalga gibi hem de parçacık gibi davranabilirler. Bu durum, 19. yüzyıldan kalma ünlü çift yarık deneyinde de gözlemlenmiştir.
Bu dalga benzeri ikiliği daha derinlemesine inceleyen bilim insanları, daha önce hiç sorulmamış bir soruyu ele aldılar: Bir fotonu ikiye bölmeye çalışırsak ne olur?
Araştırmacılar, şaşırtıcı bir şekilde, kesilmiş bir fotonun sonsuz sayıda foton içeren karmaşık bir duruma yol açacağını buldular. Başka bir deyişle, bir 'perde' ile fotonun bir parçasını 'kesmeye' çalıştığımızda, aslında birçok yeni foton yaratmış oluyoruz.
Elbette, foton temel bir parçacık olduğu için, gerçek anlamda ikiye bölünemez. Bu nedenle araştırmacılar, bir foton yansıtan bir aynayı, yansıtma işlemi sırasında aniden ortadan kaldırırsak ne olacağını hesapladılar.
Beklenen, iki farklı yönde giden foton yerine, ayna ortadan kalktığında birçok fotonun veya kuantum mekaniğinin bir özelliği olan süperpozisyonun oluşabileceğiydi. Süperpozisyon durumunda, fotonlar aynı anda birden fazla durumda bulunabilirler. Ölçüm yapıldığında, bu miktar teorik olarak sıfır, birkaç veya sonsuz sayıda foton olabilir.
Peki, teorik veya pratik olarak gerçekten sonsuz sayıda foton üretilebilir mi?
Konuyla ilgili açıklamalarda bulunan araştırmacılardan biri, bu konuda yaygın bir yanlış anlaşılma olduğunu belirtti. Aynayı ortadan kaldırarak fotonu kesmeye çalıştığımızda, üretilen foton sayısının sonsuz olmasının beklenmediğini söylüyor. Eğer ayna yavaşça kaldırılırsa, foton sayısı az olur; hızlı bir şekilde kaldırılırsa ise daha fazla olur. Ancak ayna sonsuz hızda kaldırılamayacağı için, beklenen foton sayısı hiçbir zaman sonsuz olmaz.
Ayrıca, klasik fizikte boş gibi görünen vakumun bile kuantum mekaniğinde fotonlar içerdiği iyi bilinmektedir. Aynanın kaldırılması, vakum enerjisini gerçek foton enerjisine dönüştürür.
Fotonları 'kesmek' bir ekmek dilimini kesmek kadar basit olmasa da, bu işlem göründüğü kadar zor da değil. Çünkü fotonlar farklı dalga boylarında var olurlar ve bazı fotonlar oldukça uzun olabilirler. Bu tür bir foton için, aynanın çok hızlı hareket etmesi gerekmez.
Son olarak, bu deneyin şaşırtıcı bir etkiyi ortaya çıkardığı belirtiliyor: Bu karmaşık karışım durumu, aynanın solunda ve sağında, tek bir foton ve vakum (sıfır foton) ile yerel olarak eşdeğerdir. Yani, ayna tarafından ayrılan küçük bir bölgede birçok fotonun parlak bir yansıması varmış gibi görünse de, sol tarafa bakıldığında tek bir foton, sağ tarafa bakıldığında ise sıfır foton veya 'boş' bir alan görülebilir.
Bu durumun oldukça karmaşık olduğu, araştırmacılar tarafından da kabul ediliyor.
