Kuantum Bağlantılar Zamanın Termodinamik Akış Yönünü Tersine Çeviriyor

Fizikçilerden oluşan bir araştırma grubu, ısının, soğuk bir kuantum nesnesinden sıcak bir kuantum nesnesine kendiliğinden akmasını sağladı.
Görsel Telif: Guedda Hassan Mohamed

Bazı yasaların aşılması imkânsızdır. Termodinamiğin ikinci yasasını düşünün. Düzensizlik ölçütü entropi, izole bir sistemde asla azalmaz. Cam kırılır, krema kahve içinde dağılır, yumurta karışır fakat asla tersi olmaz. Bu yüzden ısı daima sıcaktan soğuğa doğru akar, böylelikle genel entropi artar. Bu yasa fiziksel gerçekliğimizin öyle temelindedir ki, kimi fizikçiler onun, zamanın görünür akışından sorumlu olduğuna inanır.

Yine de kuantum sistemleri, her zaman olduğu gibi, çiğnenemez gibi görünen kurallara kafa karıştırıcı istisnalar katmanın bir yolunu bulur. Fizikçilerden oluşan bir araştırma grubu, ısının, soğuk bir kuantum nesnesinden sıcak bir kuantum nesnesine kendiliğinden akmasını sağladı. Deney, henüz doğmakta olan kuantum termodinamik alanında bilgi, entropi ve enerji arasındaki yakın ilişkileri vurgulamaktadır.

Araştırma ekibi, bir karbon, bir hidrojen ve üç klor atomundan oluşan bir molekülü ele aldı. Ardından karbon ve hidrojen atomu çekirdeklerinden oluşan iki kuantum parçacığının veya “kübit”inin nükleer spinlerini sıralamak için manyetik bir alan oluşturuldu. Bu da çekirdeklerin bağlanmasına veya birbirleriyle ilişkili olmasına neden olarak, onları tek ve ayrılmaz bir bütün halinde iki kübitli kuantum durumuna dönüştürdü. Bu ilişkiler, gizemli bir davranışın mümkün olmasını sağlıyor.

Geleneksel olarak entropi, bir sistemin içinde olabileceği farklı konfigürasyonların sayısıdır. Klasik bir sistemde, bir sistemin entropisi, tek tek parçalarının entropileri toplamına eşittir.

Kuantum dünyasında ise bağlaşıklık (korelasyon) entropiyi etkiler. İki kübitli bir sistemde olası dört durum vardır (00, 01, 10 ve 11 şeklinde) ve sistemin entropisi bu durumlardan her birinde bulunma olasılığı ile tanımlanır. Araştırmacılar, tekil kübitlerin entropisini, korelasyondaki sistemin entropisi ile kıyaslayarak korelasyon miktarını ölçebilirler.

Deney, kuvvetli bir şekilde korelasyonda olan iki parçacıkla başlıyor. Deney ilerledikçe, parçacıklar kademeli olarak bağlantılarını koparıyor ve korelasyon zayıflıyor. Bu da tekil entropilerin toplamının azaldığı anlamına geliyor.

Eğer toplam entropi, korelasyonda olmayan sıradan bir sistemde aniden azalırsa, bu durum termodinamiğin ikinci yasasını ihlal eder. Fakat burada, araştırmacılar, korelasyonu hesaba katıyorlar. Korelasyonun zayıflaması, ısının soğuk cisimden sıcak cisme doğru akıtılmasına benzer. Soğuk kübit daha da soğuk hale gelir, sıcak olan ise daha da sıcak hale gelir. Diğer bir deyişle, ısı soğuktan sıcağa doğru akar. Bu, “korelasyonlar ile entropi arasındaki takas” nedeniyle meydana gelir.

Telif:Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine; Kaynak: arXiv:1711.03323v1

İşlem, en azından bu kapalı sistem içerisinde, zamanın okunu tersine çeviriyor. Zamanın termodinamik oku, kapalı bir sistemde entropinin sadece artacağı veya sabit kalacağı ama asla azalmayacağı görüşüne dayanır. Eğer laboratuvarda entropinin azaldığı kapalı bir sistem oluşturulursa, sistem içerisindeki zamanın oku ters yönü göstermelidir.

Sonuçlar, zamanın okunun mutlak bir konsept olmadığını, başlangıç koşullarının seçimine sıkı sıkıya bağlı olduğunu gösteriyor, yani görecelidir. Bu etki daha önce öngörülmüştü, ancak ilk defa fiziksel bir sistemde zamanın tersine çevrilmesi gerçekleştirildi.

Öte yandan, araştırmacılar zamanın oku ile daha önce de oynamışlardı. 2012 yılında Physical Review Letters‘da yayımlanan bir çalışmada, su dalgalarının kaynağa doğru geri gitmeleri sağlanmış, yani dalganın matematiksel zaman tanımı tersine çevrilmişti. 2016 yılında ise bir başka ekip, meşhur bir kuantum nokta kullanarak, zaman okunun yönünü ayırt etmeye yarayan bir formül geliştirmişlerdi.

Mevcut çalışma bizi zaman makinesi inşa etmeye yakınlaştırmasa da, gerçek dünyada bazı sonuçları olabilir. Belfast’taki Queen’s Üniversitesi’nden Mauro Paternostro benzer etkileri, yüksek verimli kuantum ısı pompaları yapmak için bir yol bulmaya çalışıyor.

Çalışmanın ayrıca evrenin kökeni hakkındaki düşüncemiz üzerinde de etkileri var. Kozmolojinin en eski problemlerinden biri, evrenin neden böylesi düşük entropi konfigürasyonunda başlayarak, evrenin tarihi boyunca entropinin artmasına (ve büyük ihtimalle zamanın akışına) olanak sağladığına ilişkindir. Entropiyi dolaşıklıkla ilişkilendirerek, araştırmacılar deneyin, zamanın kozmolojik oku hakkındaki tartışmalar için “büyüleyici sonuçlar” doğurabileceğini umuyorlar.

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv