‘SCHRÖDİNGER’İN BAKTERİSİ’NE Mİ GİDİYORUZ?

Kuantum dünyası tuhaf bir alandır. Teoride ve bir düzeye kadar uygulamada temel ilkeleri, bir parçacığın aynı anda iki yerde birden (“süperpozisyon” adıyla bilinen paradoksal bir olgu) var olabileceğini ve bu iki parçacığın henüz nasıl olduğu bilinmeyen bir mekanizma sayesinde bilgi paylaşımını sürdürerek “birbirine dolanık” halde bulunabileceğini kabul eder.

Kuantumun tuhaflığının belki de en bilindik örneği, 1935 yılında Erwin Schrödinger tarafından tasarlanan bir düşünce deneyi olan “Schrödinger”in kedisi’dir. Avusturyalı fizikçi, içinde potansiyel olarak ölümcül radyoaktif madde bulunan bir kutuya bir kedi koyulması halinde, kuantum mekaniğinin tuhaf yasaları uyarınca sonucun nasıl olabileceğini hayal etmişti. Kedi, en azından kutu açılıncaya ve içerisi gözlemlenene dek hem ölü hem de diri halde olacağı bir “süperpozisyonunda” bulunacaktı.

DENEYLER TEYIT EDILIYOR

Görünüşe göre; bu kavram, kuantum ölçeklerinde sayısız defa deneysel olarak onaylandı. Daha basit ve daha sezgisel olan makroskobik (gözle görülebilen) dünyamıza kadar ölçeklendirildi; şimdilerde ise işler biraz değişti. Hiç kimse; bir yıldız, bir gezegen, süperpozisyondaki bir kedi veya bir kuantum dolanıklık durumuna tanıklık etmemişti. Fakat 20’nci yüzyılın başlarında kuantum teorisinin ilk formülleştirilmesinden beridir, bilim insanları mikroskobik ve makroskopik dünyaların tam olarak nerede iç içe geçtiğini de merak ettiler. Kuantum dünyası ne denli büyük olabilirdi ve en garip yönleri açısından canlıları derinden ve açık biçimde etkilemek için yeterince büyük olabilir miydi? Geçtiğimiz yirmi yıl içinde ortaya çıkan ve kuantum teorisinin sınırlarını açığa çıkarabilecek olan canlı organizmalar üzerinde deneyler öneren ve gerçekleştiren kuantum biyolojisi alanı, böylesi sorulara yanıt arıyor.

Bu deneyler daha şimdiden cesaret verici olan ama bir neticeye ulaşmayan sonuçlar verdi. Örneğin araştırmacılar bu yılın başlarında, kimi kuantum etkiler içerebilecek olan fotosentez süreçlerini ortaya koydular -burada organizmalar ışığı kullanarak gıda üretiyorlar-. Kuşların yönlerini nasıl bulduğu gibi meseleler, canlıların olağan dışı biçimlerde kuantum etkilerinin yaşanabileceğini düşündürüyor. Fakat bunlar henüz kuantum dünyasıyla ilk temaslar. Şu ana kadar hiç kimse; tek hücreli bir bakteri olsa bile, canlı bir organizmada tam olarak kuantum dolanıklık veya süperpozisyon gibi kuantum etkilerini açığa çıkarmayı başaramadı.

Hâl böyleyken Oxford Üniversitesi’ndeki bir araştırma grubunun yayınladığı yeni bir çalışma, bir bakterinin fotonlarıyla ışık parçacıklarının dolanıklaştığına dair iddialar nedeniyle dikkatleri üzerine çekti. Kuantum fizikçisi Chiara Marletto tarafından yönetilen ve Ekim ayında Journal of Physics Communications dergisinde yayınlanan çalışma, 2016 yılında Sheffield Üniversitesi’nde fizikçi olan David Coles tarafından gerçekleştirilen bir deneye dair incelemeyi içeriyor. Bu deneyde Coles ve arkadaşları; iki ayna arasındaki boşluğu bir insan saçının kalınlığından daha ince olacak oranda, birkaç yüz nanometreye kadar azalttı ve aynaların arasında birkaç yüz fotosentetik yeşil sülfür bakterisini dış dünyadan yalıttı. Araştırmacılar; beyaz ışığın aynalar arasında sıçramasıyla, bakterinin bünyesindeki fotosentetik (ışığı kullanan) moleküllerin boşlukla dolanıklaşmasını -veya etkileşime girmesini- umuyordu; temelde bakteri, sıçrayan fotonları sürekli olarak emip, yaymalı ve tekrar emmeliydi. Deney başarıya ulaştı; altı bakterinin bu biçimde çift oluşturduğu (dolanıklaştığı) görüldü.

DAHA FAZLASI DA OLABILIR

Marletto ve meslektaşları, bakterilerin boşlukla bir çift oluşturmaktan daha fazlasını yaptığını da öne sürüyorlar. Araştırmalarında; deneyde üretilen enerji imzasının, bakterinin bünyesindeki fotosentetik sistemlerin ve boşluktaki ışığın dolanıklaşmasıyla uyumlu olabileceğini ortaya koydular. Özünde dolanıklığın bir özelliği olarak, belirli fotonların bakteri içindeki fotosentetik moleküllere aynı anda çarptığı ve yok olduğu anlaşılıyor. “Modellerimiz; kaydedilen bu olgunun, ışık ve bakterilerin içindeki belirli serbestlik dereceleri arasında bir dolanıklık işareti olduğunu gösteriyor” diyor.

Oxford Üniversitesi’nde görevli ve çalışma eş yazarı olan Tristan Farrow’a göre, ilk defa böyle bir etki canlı organizmada gözlemlenmişti. Diğer yandan, böylesi tartışmalı iddialar hakkında birçok uyarı da bulunuyor. Bu araştırmada en mühim olan şey; bu deneydeki birbiriyle dolanıklaşma kanıtı, bir insanın boşlukla çevrelenmiş bakterilerin içinden ve dışından sızan ışığın hangi yorumunu tercih ettiğine bağlı olarak değişken olabildiği.

ÖLÇÜMLER TOPLU YAPILDI

Bu belirsizliklere karşın, birçok uzman açısından kuantum biyolojisinin kuramsal bir hayâlden somut gerçekliğe taşınması, yalnızca zaman meselesi. Yanı sıra Gröblacher; “Bu bulgunun ne oranda şaşırtıcı olduğuna ilişkin biraz kararsızım. Fakat bunu gerçek bir biyolojik sistemde gösterebilirseniz, gerçekten de heyecan verici olur” diyor.

Gröblacher ve Farrow tarafından yönetilen araştırma grupları dâhil olmak üzere, birçok bilim insanı bu görüşleri daha da ileri taşımayı umut ediyor. Gröblacher, “süperpozisyondaki tardigrad” olarak adlandırılan ve küçük bir su hayvanını içeren bir deney tasarladı; bu, tardigrad’ın yüzlerce kat daha büyük olan boyutu nedeniyle, bakterilerin ışıkla dolanıklaşmasından çok daha zor bir önerme. Farrow da bakteriyel deneyi geliştirmenin yöntemlerini arıyor; gelecek yıl, o ve meslektaşları ışıkla bakterilerin bağımsız oldukları bir deney yerine, iki bakteriyi dolanıklıkla bir araya getirmeyi umuyorlar. Farrow “Uzun vadeli hedefler temel ve esastır” diyor. “Bu, gerçekliğin doğasını anlamak ve kuantum etkilerinin biyolojik işlevlerde bir kullanımı olup olmadığını anlamakla ilgili. Olguların kökeninde, her şey kuantumdur” diyor ve büyük sorunun, kuantum etkilerinin canlı organizmaların nasıl çalıştığı konusunda bir rol oynayıp oynamadığı olduğunu sözlerine ekliyor.

YAKIN ZAMANDA GERÇEKLEŞTİRİLEN BİR DENEY, CANLI ORGANİZMALARIN KUANTUM DOLANIKLIK DURUMUNU AÇIĞA ÇIKARMIŞ OLABİLİR. KUANTUMU MİKROSKOBİK DÜZLEMDEN GÖZLE GÖRÜLÜR DÜZLEME TAŞIYABİLECEK ARAŞTIRMA, FİZİK ALANINDA BÜYÜK BİR İLERLEMENİN DE ANAHTARI KONUMUNDA…

Marletto, “Mesela doğal seçilim, canlı sistemlerin kuantum olaylarından doğal olarak faydalanma yolları bulmasıyla ortaya çıkmış olabilir” diyor ve yukarıda bahsedilen bakteriler gibi ışığa gereksinim duyan örneklerin derin denizlerde fotosentez yaptığını sözlerine ekliyor.

Ancak bunun derinlerine inmek için bazı başlangıçlara ihtiyaç duyuluyor. Araştırma, milyonlarca atomu devamlı ve başarılı bir biçimde birbirine bağlayan makro ölçekteki deneye doğru ilerliyor. Canlıları meydana getiren moleküllerin açığa çıkarılması -önemsiz amaçlar için olsa dahi- anlamlı kuantum etkilerini gözler önüne seriyor ve bir sonraki adımın anahtarı niteliğini taşıyor. Bu klasik fizik sınırını keşfeden bilim insanları; şayet bu düşünce doğruysa, makroskopik düzlemde kuantum varlığının ne anlama geldiğini çözebilirler.