‘Kuantum zaman taklası’ ışığın aynı anda zamanda ileri ve geri hareket etmesini sağlıyor
Zamanla yer değiştiren foton “Geleceğe Dönüş” filmini yeniden canlandırmak için kullanılamaz, ancak evrenin en gizemli fenomenlerinden bazılarını anlamamıza yardımcı olabilir.
Fotonun karışık zaman yönleri fizikçilerin kara deliklerin içini araştırmasına yardımcı olabilir. Fizikçiler ilk kez ışığın zaman içinde aynı anda hem ileri hem de geri hareket ediyormuş gibi görünmesini sağladılar. Yeni teknik, bilim insanlarının kuantum hesaplamayı geliştirmelerine ve kuantum yerçekimini anlamalarına yardımcı olabilir.
İki bağımsız fizikçi ekibi, özel bir optik kristal kullanarak bir fotonu veya ışık paketini bölerek, bir fotonun hem ileri hem de geri zaman durumlarında bulunduğu ‘kuantum zaman dönüşü’ olarak tanımladıkları şeyi başardılar.
Bu etki, kuantum mekaniğinin iki garip ilkesinin, yani çok küçük şeylerin davranışını yöneten sezgisel kuralların bir araya gelmesinden kaynaklanıyor. İlk ilke olan kuantum süperpozisyonu, küçük parçacıkların gözlemlenene kadar aynı anda birçok farklı durumda ya da kendilerinin farklı versiyonlarında var olmalarını sağlar. İkincisi – yük, parite ve zamanın tersine çevrilmesi (CPT) simetrisi – parçacıkları içeren herhangi bir sistemin, parçacıkların yükleri, uzaysal koordinatları ve zaman içindeki hareketleri bir ayna gibi çevrilse bile aynı fiziksel yasalara uyacağını belirtir.
Viyana Üniversitesi’nde fizikçi olan ve makalelerden birinin ilk yazarı olan Teodor Strömberg Live Science’a verdiği demeçte, “Zaman oku kavramı, içinde yaşadığımız makroskopik dünyada gözlemlediğimiz zamanın görünürdeki tek yönlülüğüne bir açıklama getiriyor” dedi. “Bu aslında, büyük ölçüde zaman simetrik olan ve bu nedenle tercih edilen bir zaman yönüne sahip olmayan fiziğin temel yasalarının çoğuyla gerilim içindedir.”
Termodinamiğin ikinci yasası, bir sistemin düzensizliğinin kaba bir benzeri olan entropisinin artması gerektiğini belirtir. “Zamanın oku” olarak bilinen entropi, fizikte zamanın belirli bir yönde ilerlemesini sağlayan az sayıdaki nicelikten biridir.
Evrende düzensizliğin artma eğilimi, malzemeleri karıştırmanın onları ayırmaktan neden daha kolay olduğunu açıklar. Entropi aynı zamanda bu büyüyen düzensizlik sayesinde zaman algımızla bu kadar yakından ilişkilidir. Kurt Vonnegut’un “Mezbaha-Beş” romanındaki ünlü bir sahne, entropinin zamanın bir yönünü diğerine ne kadar farklı gösterdiğini İkinci Dünya Savaşı’nı tersten oynayarak gösterir: Mermiler yaralı adamlardan emilir; ateşler küçültülür, bombalar halinde toplanır, düzgün sıralar halinde istiflenir ve bileşik minerallere ayrılır; ve zamanın tersine çevrilmiş oku savaşın düzensizliğini ve yıkımını ortadan kaldırır.
Ancak, entropi öncelikle istatistiksel bir kavram olduğundan, tek atom altı parçacıklar için geçerli değildir. Aslında, bilim insanlarının şimdiye kadar gözlemlediği her parçacık etkileşiminde – dünyanın en büyük atom parçalayıcısı olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda gerçekleşen saniyede 1 milyar etkileşim de dahil olmak üzere – CPT simetrisine uyulmaktadır. Dolayısıyla, zamanda ileri doğru hareket ediyor gibi görünen parçacıklar, zamanda geriye doğru hareket eden antiparçacıkların yansıtılmış bir sistemindekilerden ayırt edilemez. (Antimadde Büyük Patlama sırasında maddeyle birlikte yaratılmıştır ve aslında zamanda geriye doğru hareket etmez; sadece normal maddenin tersi bir zaman okunu takip ediyormuş gibi davranır).
Yeni deneylerde rol oynayan diğer faktör ise süperpozisyondur. Kuantum süperpozisyonunun en ünlü gösterimi Schrödinger’in kedisidir; bu deneyde bir kedi, içinde bir alfa parçacığının radyoaktif bozunmasıyla salınımı tetiklenen bir zehir şişesi bulunan kapalı bir kutuya yerleştirilir. Radyoaktif bozunma rastgele gerçekleşen kuantum mekaniksel bir süreçtir, bu nedenle kutu açılana ve sonuç gözlemlenene kadar aynı anda hem ölü hem de canlı olan kediye ne olduğunu bilmek başlangıçta imkansızdır.
Bu durumların süperpozisyonu, bir parçacığın aynı anda hem ileri hem de geri zaman durumlarında var olmasını sağlar, ancak bu başarıya deneysel olarak tanık olmak zordur. Bunu başarmak için, her iki ekip de bir fotonu bir kristal boyunca iki ayrı yolun süperpozisyonu boyunca bölmek için benzer deneyler tasarladı. Üst üste binen foton, kristal boyunca bir yolda normal şekilde hareket etti, ancak başka bir yol, fotonun polarizasyonunu veya uzayda nereye işaret ettiğini değiştirecek şekilde yapılandırıldı ve zamanda geriye doğru gidiyormuş gibi hareket etti.
Ekip, üst üste binen fotonları başka bir kristalden geçirerek yeniden birleştirdikten sonra, tekrarlanan bir dizi deneyde foton polarizasyonunu ölçtü. Sadece foton bölünmüş ve her iki zaman yönünde hareket ediyorsa var olabilecek bir kuantum girişim deseni, aydınlık ve karanlık çizgiler deseni buldular.
Strömberg, “Fark ettiğimiz süreçlerin süperpozisyonu, aynı anda hem saat yönünde hem de saat yönünün tersine dönen bir nesneye daha çok benziyor” dedi. Araştırmacılar, zaman döndürmeli fotonlarını entelektüel meraktan yarattılar, ancak takip eden deneyler, zaman döndürmelerinin her iki yönde de eşzamanlı hesaplamayı mümkün kılmak için tersinir mantık kapılarıyla eşleştirilebileceğini ve böylece büyük ölçüde geliştirilmiş işlem gücüne sahip kuantum işlemcilerin yolunu açabileceğini gösterdi.
Çalışmadan teorik olasılıklar da filizleniyor. Genel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirecek olan gelecekteki bir kuantum yerçekimi teorisi, bu deneydeki gibi karışık zaman yönelimlerine sahip parçacıkları içermelidir ve araştırmacıların evrenin en gizemli fenomenlerinden bazılarına bakmalarını sağlayabilir.
Oxford Üniversitesi’nde fizikçi olan ve diğer makalenin başyazarı Giulio Chiribella Live Science’a yaptığı açıklamada, “Bunu ifade etmenin güzel bir yolu, deneyimizin bir fotonun zamanda ileri ve geri evrilebileceği egzotik senaryoların bir simülasyonu olduğunu söylemektir” dedi. “Yaptığımız şey, kara deliklerin fiziği veya zamanda yolculuk gibi egzotik fiziği simüle eden bazı deneylerin bir benzeri.”
Kaynak: https://www.livescience.com/quantum-time-flipped-photon-first-time
Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı livescience.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.
