Her Şeyin Teorisi Bulunmak Üzere Olabilir

Çığır açan solucan deliği simülasyonu kuantum fiziği ve genel göreliliği birleştirebilir

Bu buluş, kuantum fiziği ile Einstein’ın genel göreliliği arasındaki kayıp halka olan ‘kuantum yerçekimini’ laboratuvarda incelemenin bir yolunu önerebilir.

Bilim insanları, Albert Einstein’ın 1915 tarihli yerçekimi teorisinden ya da genel görelilikten ortaya çıkan teorik uzay-zaman varlıkları olan solucan deliklerinin dinamiklerini incelemelerine olanak tanıyan bir kuantum deneyi tasarladılar.

Ekip, uzayın uzak bir bölgesi ile başka bir nokta arasında bir köprü oluşturduğu teorize edilen zaman ve uzaydaki bir yırtık olan gerçek bir solucan deliği yaratmak yerine, bir kuantum işlemci üzerinde çalışacak bir solucan deliği modeli inşa etti. Bu sayede solucan deliklerinin fiziğini ve ‘kuantum yerçekimi’ olarak adlandırılan olguyla potansiyel bağlantılarını araştırabildiler.

ABD Enerji Bakanlığı Bilim Ofisi araştırma programı Temel Fizik için Kuantum İletişim Kanalları (QCCFP) baş araştırmacısı Maria Spiropulu yaptığı açıklamada, “Yerçekimsel bir solucan deliğinin temel özelliklerini sergileyen ancak günümüzün kuantum donanımına uygulanabilecek kadar küçük bir kuantum sistemi bulduk” dedi. “Bu çalışma, bir kuantum bilgisayar kullanarak kuantum yerçekimi fiziğini test etmeye yönelik daha büyük bir programa doğru bir adım teşkil etmektedir.”

Caltech’te yüksek lisans öğrencisi olan yardımcı yazar Samantha Davis de yaptığı açıklamada “sonuçlara ulaşmanın gerçekten uzun zaman aldığını” ve ekibin solucan deliği benzeri davranışın hem kuantum fiziği hem de genel görelilik perspektifinden açıklanabileceğini öne süren sonuç karşısında şaşırdığını söyledi.

Aynı zamanda California Teknoloji Enstitüsü’nde Shang-Yi Ch’ende Fizik Profesörü olan Spiropulu, bu yeni modelin kuantum yerçekiminin doğrudan incelenmesinin yerini tutmasa da, kuantum yerçekimi fikirlerini laboratuvarda araştırmak için güçlü bir yol sunduğunu sözlerine ekledi.

Einstein’ın genel göreliliği, bilim insanlarının gerçekten büyük ölçeklerde evrenin en iyi tanımıdır; kuantum fiziği ise atom altı dünyanın en doğru resmidir. Sorun şu ki, bu iki fizik alanı 20. yüzyılın başındaki başlangıcından bu yana ne kadar sağlam olursa olsun, birleşmiyorlar.

Bunun nedeni, kuantum fiziği ölçeğinde yerçekiminin bir tanımının olmamasıdır. Bu da bir ‘kuantum yerçekimi teorisi’nin keşfini fizikçiler için acil bir mesele ve fizikte uzun zamandır aranan ‘her şeyin teorisi’nin anahtarı haline getiriyor.

Ekibin kuantumla yarattığı solucan deliği bu arayışta doğru yönde atılmış bir adım olabilir.

Albert Einstein’ın 1915 genel görelilik denklemlerini alıp Amerikalı-İsrailli fizikçi Nathan Rosen ile birlikte bunları uzay-zamanın dokusundaki tüneller olarak tanımladığı 1935’ten beri, bilim insanları solucan delikleri hakkında teoriler üretiyor.

‘Einstein-Rosen Köprüleri’ adını alan bu uzay-zaman tünelleri daha sonra 1950’lerde kara delik uzmanı John Wheeler tarafından solucan delikleri olarak adlandırıldı.

2013 yılında solucan delikleri ile kuantum fiziğinin bir unsuru olan dolanıklık arasında bir bağlantı kuruldu; bu bağlantıya göre iki parçacık birbirlerinden ne kadar uzakta olurlarsa olsunlar, evrenin zıt taraflarında bulunsalar bile birini değiştirmek diğerini etkileyebilir.

Fizikçiler Juan Maldacena ve Leonard Susskind, solucan deliklerinin dolanıklığa eşdeğer olduğunu ve her ikisinin de evrenin uzak bölgeleri arasında bir bağlantıyı tanımladığını teorileştirdiklerinde, genel görelilik ve kuantum fiziğinin iki farklı dünyasını birbirine bağladılar. Spiropulu, “Bu çok cesur ve şiirsel bir fikirdi” dedi.

2017 yılında, Maldacena ve Susskind tarafından ortaya atılan fikir, bu mevcut araştırmanın ortak başyazarı olan Harvard Üniversitesi fizikçisi Daniel Jafferis ve meslektaşları tarafından genişletildi.

Negatif itici enerjinin bir solucan deliğini bir uçtan diğerine bir şeyin geçmesine yetecek kadar uzun süre açık tuttuğu ve böylece geçilebilir bir solucan deliği yarattığı bir kavram geliştirdiler.

Geçilebilir solucan deliği kavramı, kuantum fiziğinin bir başka özelliği olan ve bilgiyi fiber optik kullanarak ya da hava yoluyla uzak mesafelere taşımak için dolaşıklık ilkelerini kullanan kuantum ışınlanmasına benziyordu.

Caltech liderliğindeki ekip, uzayda bir noktadan diğerine seyahat eden bilginin ya genel görelilik tarafından oluşturulan yerçekimi dili ya da kuantum fiziğinin dili olan kuantum dolaşıklık ile tanımlanabileceği fikrini araştıran ilk deneyleri gerçekleştirirken, bu mevcut araştırma solucan delikleri ve kuantum ışınlanma arasındaki potansiyel bağlantıyı ele alıyor ve daha ayrıntılı olarak inceliyor.

Ekip, bir küçük Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) kuantum sistemi geliştirerek ve onu başka bir SYK sistemiyle dolanıklaştırarak işe başladı ve sonuçta yerçekimsel özellikleri korumak üzere inşa edilmiş bir model ortaya çıktı.

Bu model daha sonra geleneksel bilgisayarlarda makine öğrenimi ile basitleştirilmiş bir forma indirgendi ve ardından bilim insanları Google’ın Sycamore kuantum işlemcisinde solucan deliği benzeri dinamikleri gözlemleyebildi.

Spiropulu, “Mevcut kuantum mimarilerinde kodlanabilecek ve yerçekimi özelliklerini koruyacak basit bir SYK benzeri kuantum sistemi bulmak ve hazırlamak için öğrenme tekniklerini kullandık” dedi. “Başka bir deyişle, SYK kuantum sisteminin mikroskobik tanımını basitleştirdik ve kuantum işlemci üzerinde bulduğumuz etkili modeli inceledik.”

Deneyde ekip, kuantum hesaplamanın temel birimi olan ve geleneksel hesaplamadaki standart bir bite eşdeğer olan bir kubiti SYK’lardan birine tanıttı. Daha sonra diğer SYK’da bilginin ortaya çıkışını izlediler.

Bu, bilginin kuantum fiziği dilinde kuantum ışınlanma yoluyla bir kuantum sisteminden diğerine geçtiği ve diğerinden çıktığı anlamına geliyordu. Ancak yerçekimi dilinde bu, geçilebilir bir solucan deliğinden yapılan bir yolculuğun kopyasıydı.

Geçilebilir bir solucan deliğinin temel özellikleri ancak ekip, itici negatif enerji darbeleri kullanarak uzay-zamanda bir köprü modelini açmaya çalıştığında ortaya çıktı. Bu, gerçek solucan deliklerinin, eğer var oldukları tespit edilirse, uzayın derinliklerinde nasıl davranmaları beklendiğini yansıtmaktadır.

Ekip tarafından gerçekleştirilen test türünün ilk deneyi olup, Google’ın kuantum işlemcisinin yüksek doğruluğu sayesinde mümkün olmuştur.

Spiropulu şunları söyledi. “Modelin bir özelliği üzerindeki optimizasyonun diğer ölçütleri nasıl koruduğu merak uyandırıcı ve şaşırtıcı. Modelin kendisi hakkında daha iyi bilgiler edinmek için daha fazla test planımız var.”

Gelecekte yapılacak bu testler, çalışmanın daha da karmaşık kuantum devrelerine taşınmasını içerecek ancak tam kuantum bilgisayarların ortaya çıkması hala yıllar alabilir.

“Spiropulu sözlerini şöyle tamamladı: “Kuantum dolanıklık, uzay-zaman ve kuantum yerçekimi arasındaki ilişki, temel fizikteki en önemli sorulardan biri ve teorik araştırmaların aktif bir alanıdır. “Bu fikirleri kuantum donanımı üzerinde test etmeye yönelik bu küçük adımı atmaktan heyecan duyuyoruz ve devam edeceğiz.”

Ekibin araştırması Perşembe günü (1 Aralık) Nature dergisinde yayınlanacak.

Kaynak: https://www.space.com/wormhole-simulation-may-unite-quantum-physics-general-relativity

Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı space.com sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.