Kuantum Dolanıklık ve Solucan Delikleri
Fizik, doğanın işleyişini anlamak için kullandığımız bilim dalıdır. Ancak fizikteki iki temel teori olan genel görelilik ve kuantum mekaniği, birbirleriyle çelişmektedir. Genel görelilik, yerçekimi ve büyük ölçekli olayları açıklarken, kuantum mekaniği, diğer üç temel kuvveti ve küçük ölçekli olayları açıklar. Bu iki teori arasında bir köprü kurmak, fizikçilerin yüzyıldan fazla bir süredir hayalidir. Bu yazıda, bu amaçla yapılan son bir deneyi ve bunun ne anlama geldiğini inceleyeceğiz.
Genel Görelilik ve Kuantum Mekaniği Arasındaki Farklar
Genel görelilik, Albert Einstein tarafından 1915 yılında ortaya atılan bir teoridir. Bu teoriye göre, yerçekimi, uzay-zamanın eğriliği olarak tanımlanır. Uzay-zaman, evrendeki tüm olayların gerçekleştiği dört boyutlu bir yapıdır. Uzay-zamanın eğriliği, içinde bulunan madde ve enerjiye bağlıdır. Örneğin, Güneş gibi büyük bir cisim uzay-zamanı eğdiği için, onun etrafında dönen gezegenler de bu eğriliği takip ederler. Bu şekilde, yerçekimi kuvveti açıklanmış olur.
Kuantum mekaniği ise 20. yüzyılın başlarında geliştirilen bir teoridir. Bu teoriye göre, doğada var olan en küçük parçacıklar olan atomlar ve atom altı parçacıklar, belirli kurallara göre davranırlar. Bu kurallar, klasik fizikten farklıdır. Örneğin, kuantum mekaniğinde parçacıklar hem dalga hem de tanecik gibi davranabilirler. Ayrıca parçacıkların konumu ve hızı aynı anda kesin olarak bilinemez. Bunun yerine, parçacıkların belirli değerleri alması için olasılıklar hesaplanır.
Genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki temel fark, süreklilik ve kesiklilik arasındaki farktır. Genel görelilikte olaylar sürekli ve belirlenimcidir, yani her neden belirli ve yerel bir sonuca bağlıdır. Kuantum mekaniğinde ise olaylar kesikli ve olasılıksaldır, yani parçacıkların etkileşimi sonucu belirli değerler atlar (kuantum sıçramaları) yapar ve sonuçlar kesin değil olasılıklıdır.
Kuantum Dolanıklık Nedir?
Kuantum mekaniğinin en ilginç fenomenlerinden biri de kuantum dolanıklıktır. Kuantum dolanıklık, iki veya daha fazla parçacığın öyle bir şekilde bağlanmasıdır ki, aralarındaki mesafe ne kadar uzak olursa olsun, birinin durumu diğerinin durumunu belirler. Bu şekilde, parçacıklar arasında anlık bir iletişim söz konusudur. Bu durum, klasik fizikte yasaklanan bir kavram olan yerel olmayan etkiyi ortaya çıkarır.
Kuantum dolanıklık, ilk olarak 1935 yılında Einstein, Podolsky ve Rosen tarafından bir makalede ele alınmıştır. Bu makalede, yazarlar kuantum mekaniğinin tamamlanmamış bir teori olduğunu iddia etmişler ve kuantum dolanıklığın mantıksız olduğunu savunmuşlardır. Bu nedenle, bu fenomene Einstein-Podolsky-Rosen (EPR) paradoksu denmiştir. Ancak daha sonra yapılan deneyler, kuantum dolanıklığın gerçekten var olduğunu göstermiştir.
Solucan Delikleri Nedir?
Solucan delikleri, genel göreliliğin tahmin ettiği hipotetik yapılardır. Solucan delikleri, uzay-zamanın iki farklı noktasını birbirine bağlayan tüneller olarak düşünülebilir. Bu şekilde, solucan delikleri uzayda ve zamanda kısayollar oluşturabilirler. Örneğin, iki galaksi arasında bir solucan deliği varsa, bu delikten geçerek çok daha kısa bir sürede diğer galaksiye ulaşmak mümkün olabilir.
Solucan delikleri, Einstein’ın alan denklemlerinin çözümleri olarak bulunmuştur. Ancak bu çözümler sadece teoriktir ve henüz gözlemlenmiş değildir. Solucan deliklerinin var olması için çok büyük miktarda negatif enerjiye ihtiyaç duyulduğu düşünülmektedir. Negatif enerji ise normalde doğada bulunmayan bir enerji türüdür. Ayrıca solucan deliklerinin kararlı olması için de ekstra boyutlara veya kuantum etkilerine ihtiyaç duyulabilir.
Kuantum Dolanıklık ve Solucan Delikleri Arasındaki Bağlantı
Kuantum dolanıklık ve solucan delikleri arasında bir bağlantı olduğu fikri, ilk olarak 1993 yılında Juan Maldacena ve Leonard Susskind tarafından ortaya atılmıştır. Bu iki fizikçi, iki dolanık parçacığın aslında bir solucan deliği ile bağlı olduğunu öne sürmüşlerdir. Bu şekilde, kuantum mekaniği ile genel görelilik arasında bir uyum sağlanmış olur. Bu hipoteze ER=EPR denir. Burada ER, Einstein-Rosen köprüsü olarak da bilinen solucan deliğini, EPR ise kuantum dolanıklığı ifade eder.
ER=EPR hipotezi, henüz kanıtlanmamış bir spekülasyondur. Ancak bu hipotezi test etmek için yapılan bazı deneyler vardır. Bunlardan biri de Çin’in Micius adlı kuantum uydusu ile yapılan bir deneydir. Bu deneyde, araştırmacılar uyduyu kullanarak iki elektronu dolanıklaştırılmış ve bunların yerçekimi alanlarındaki farklılıkların etkisini ölçmüşlerdir. Eğer ER=EPR hipotezi doğruysa, bu farklılıklar elektronların dolanıklığını bozmalıdır. Ancak deney sonucunda böyle bir bozulma gözlenmemiştir.
Sonuç
Fizikteki en büyük sorunlardan biri de genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki uyumsuzluktur. Bu uyumsuzluğu gidermek için çeşitli teoriler ve hipotezler önerilmiştir. Bunlardan biri de kuantum dolanıklığı ve solucan delikleri arasında bir bağlantı olduğu fikri. Bu yazının devamında, bu hipotezin ne anlama geldiğini ve nasıl test edildiğini anlatacağız.
ER=EPR Hipotezinin Anlamı
ER=EPR hipotezi, kuantum dolanıklık ve solucan delikleri arasında bir eşitlik kurar. Bu eşitlik, iki farklı fiziksel fenomenin aslında aynı şeyin farklı yönleri olduğunu iddia eder. Bu şekilde, kuantum mekaniği ile genel görelilik arasında bir uyum sağlanabilir.
ER=EPR hipotezinin anlamı, kuantum dolanıklık ve solucan delikleri arasındaki ilişkinin doğasını aydınlatmaktır. Kuantum dolanıklık, iki parçacığın birbirlerinin durumunu anlık olarak etkilemesi demektir. Solucan delikleri ise iki nokta arasında bir kısayol oluşturması demektir. Bu iki fenomen arasında bir benzerlik olduğu düşünülebilir. Ancak ER=EPR hipotezi bunun ötesine geçer ve iki fenomenin aslında aynı şey olduğunu söyler.
Bu hipoteze göre, iki dolanık parçacık arasında gizli bir solucan deliği vardır. Bu solucan deliği, parçacıkların birbirlerini etkilemesine olanak sağlar. Ancak bu solucan deliği, normalde gözlemleyebileceğimiz türden değildir. Çünkü bu solucan deliği, kuantum düzeyinde çok küçük ve kararsızdır. Bu nedenle, bu solucan deliği ile bilgi veya madde taşımak mümkün değildir.
ER=EPR hipotezinin bir diğer anlamı da, kara deliklerin gizemini çözmeye yardımcı olmasıdır. Kara delikler, uzay-zamanın sonsuz derecede eğrildiği ve hiçbir şeyin kaçamadığı nesnelerdir. Kara deliklerin içinde ne olduğu bilinmemektedir. Ancak ER=EPR hipotezi, kara deliklerin aslında devasa solucan delikleri olduğunu öne sürer. Bu solucan delikleri, kara deliklere düşen parçacıklar dolanık diğer parçacıklarla bağlantılıdır. Bu şekilde, kara deliklerde kaybolan bilgi veya madde aslında başka bir yerde saklanmış olabilir.
ER=EPR Hipotezinin Test Edilmesi
ER=EPR hipotezi, henüz kanıtlanmamış bir spekülasyondur. Ancak bu hipotezi test etmek için yapılan bazı deneyler vardır. Bunlardan biri de Çin’in Micius adlı kuantum uydusu ile yapılan bir deneydir.
Bu deneyde, araştırmacılar uyduyu kullanarak iki elektronu dolanık hale getirmişler ve bunların yerçekimi alanlarındaki farklılıkların etkisini ölçmüşlerdir. Eğer ER=EPR hipotezi doğruysa, bu farklılıklar elektronların dolanıklığını bozmalıdır. Çünkü yerçekimi alanlarındaki farklılık, solucan deliğinin şeklini değiştirecektir. Ancak deney sonucunda böyle bir bozulma gözlenmemiştir.
Bu sonuç, ER=EPR hipotezini çürütmektedir. Ancak araştırmacılar, deneyde kullanılan elektronların çok zayıf yerçekimi alanlarına sahip olduğunu ve bu nedenle solucan deliğinin etkilenmediğini belirtmişlerdir. Ayrıca deneyde kullanılan teknolojinin de yeterince hassas olmadığını söylemişlerdir. Bu nedenle, ER=EPR hipotezini tamamen reddetmek için daha güçlü ve daha doğru deneylere ihtiyaç duyulmaktadır.
Kaynaklar
Einstein, A., Podolsky, B., & Rosen, N. (1935). Can quantum-mechanical description of physical reality be considered complete?. Physical review, 47(10), 777.
Aspect, A., Dalibard, J., & Roger, G. (1982). Experimental test of Bell’s inequalities using time-varying analyzers. Physical review letters, 49(25), 1804.
Maldacena, J., & Susskind, L. (2013). Cool horizons for entangled black holes. Fortschritte der Physik, 61(9), 781-811.
Hawking, S. W. (1976). Breakdown of predictability in gravitational collapse. Physical Review D, 14(10), 2460.
Penrose, R. (1979). Singularities and time-asymmetry. In General relativity (pp. 581-638). Springer, Berlin, Heidelberg.
