Kuantum mekaniği, atomaltı parçacıkların davranışını açıklamada son derece başarılı bir teori olarak kabul görür. Ancak bu teorinin matematiksel çerçevesi, yüzyıllardır fizikçiler ve matematikçiler arasında tartışma yaratmaya devam etmektedir. Bunun en temel nedenlerinden biri, standart kuantum formülasyonunun 'hayali sayılar' adı verilen ve karekökü negatif olan sayıları içermesidir.
Hayali sayılar, gerçek dünyada doğrudan karşılığı olmayan matematiksel soyutlamalardır. Kuantum teorisi bu sayılar olmadan yazılamaz mı? Düsseldorf Heinrich Heine Üniversitesi fizikçileri, bu soruyu yeniden masaya yatırdı ve şaşırtıcı bir sonuca ulaştı: Hayır, en azından zorunlu olarak değil.
Physical Review Letters'da yayımlanan araştırmada bilim insanları, kuantum mekaniğinin matematiksel yapısının gerçek sayılarla da tutarlı biçimde kurulabileceğini ortaya koydu. Bu, teorinin tahminlerini ya da fiziksel sonuçlarını değiştirmiyor; yalnızca aynı sonuçlara ulaşmak için farklı bir matematiksel yolun mevcut olduğunu gösteriyor.
Peki bu bulgunun önemi ne? Bir teorinin farklı matematiksel çerçevelerle ifade edilebilmesi, onun hangi unsurlarının gerçekten temel olduğunu anlamamıza yardımcı olur. Hayali sayıların kuantumun vazgeçilmez bir bileşeni mi yoksa hesaplamaları kolaylaştıran bir araç mı olduğu sorusu, teorinin yorumlanması açısından kritik bir sorudur.
Bu çalışma aynı zamanda kuantum teorisinin matematiksel ekonomisi üzerine de düşündürücü sorular soruyor. Eğer aynı fizik, daha 'minimal' bir matematiksel araçla anlatılabiliyorsa, bu bize doğanın matematiksel yapısı hakkında ne söyler?
American Physical Society, bu çalışmayı Physics Magazine'de öne çıkararak bulgulara verilen akademik önemi vurguladı. HHU ile DLR'nin iş birliğiyle yürütülen araştırma, kuantum mekaniğinin felsefi ve matematiksel temellerine ilişkin tartışmaları yeniden canlandırmaya aday görünüyor.