Beyaz ışık bir prizmadan geçtiğinde, öteki tarafta farklı renklerden oluşan bir gökkuşağı ortaya çıkar. Geçtiğimiz günlerde Varşova Üniversitesi'nden kuramsal fizikçiler, kütleçekimin kuantum kuramlarından herhangi birini kullanan evren modellerinde, gökkuşağındaki farklı renklere benzer biçimde farklı uzay-zamanlardan oluşan bir çeşit "gökkuşağı" belirmesi gerektiğini gösterdi. Mekanizmanın öngörüsüne göre, tek bir ortak uzay-zamanı algılamak yerine, farklı enerjili parçacıklar evrenin biraz farklı versiyonlarını algılayacaklardır.

Kuantum evren modellerindeki farklı enerjili parçacıkların, biraz farklı özelliklere sahip uzay-zamanlar algılamakta olduğundan uzun yıllar önce kuşkulanılmaya başlanmıştı. İlk hipotezler kuantum kuramından türetilmemişti; sadece tahminlere dayalı düşüncelerdi. Şimdi ise Varşova Üniversitesi'nden Prof.Jerzy Lewandowski liderliğinde bir araştırma ekibi, uzay-zaman gökkuşaklarının ortaya çıkışından sorumlu olan genel mekanizmayı formüle etti.

"İki yıl önce kuantum kozmolojik modellerimizdeki farklı tür parçacıkların, biraz farklı özellikler taşıyan uzay-zamanların varlıklarını hissettiklerini rapor etmiştik. Artık durumun daha da karmaşık olduğu anlaşıldı. Çok genel bir mekanizma keşfettik. Bir parçacık tarafından hissedilen uzay-zaman dokusu, parçacığın türüne göre değişmekle kalmayıp, enerjisine göre bile çeşitlilik gösterebiliyor," diyor Prof. Lewandowski.

Bu çalışmada Varşova fizikçileri sadece iki bileşenli bir kozmolojik model kullanmış: kütleçekim ve tek tür madde. Genel görelilik kuramı altında, kütleçekim alanı uzay-zamandaki şekil bozuklukları olarak tanımlanırken, madde de bir skaler alan (uzyadaki her noktaya sadece bir değerin karşılık geldiği en basit tipteki alan) ile temsil edilir.

"Bugün kuantum kütleçekim ile rekabet halinde olan bir sürü kuram var. Dolayısıyla, hepsine uygulanabilmesi amacıyla modelimizi çok genel terimlerle formüle ettik. Birisi  kuantum kuramı tarafından ileri sürülen türde bir kütleçekimsel alanı (yani pratikte uzay-zamanı) varsayabilir; başkası da bir başka tür uzay-zamanı varsayabilir. O zaman modeldeki bazı matematiksel operatörler değiştirilir ama içinde olmakta olan görüngülerin doğası değişmez," diye anlatıyor doktora öğrencisi Andrea Dapor.

Bu şekilde yapılandırılan model ardından kuantize edilmiş. Diğer bir deyişle, bir değerden diğerine keyfi miktarda değişim gösterebilen süreklilikli nicelikler, ayrık değerlere dönüştürülmüş. Böylece ancak belli aralıklarla (kuanta miktarları ile) artıp azalmaları sağlanmış. Bu kuantumlanmış modelin dinamiği üzerinde yapılan araştırma inanılmaz bir sonuç ortaya koymuş: Kuantum (kesikli) uzay-zamandaki kuantum kuramı kullanılarak modellenen süreçlerin, klasik (süreklilikli) uzay-zamanda (günlük hayatta deneyimlediğimize benzer ortamda) yeralan kuantum kuramı durumundaki ile aynı dinamikleri sergiledikleri görülmüş.

"Bu sonuç hayret vericiydi. Uzay ve zamanın ne olduğunu söylemenin bile zor olduğu bulanık kuantum geometri dünyası ile başladık ve buna rağmen kozmolojik modelimizde gerçekleşen olaylar tıpkı günlük hayatta gerçekleşiyor gibi göründü!" diyor doktora öğrencisi Mehdi Assanioussi.

Fizikçiler, parçacıklar olarak yorumlanan skaler alandaki uyarılmış durumlara baktıklarında, herşey daha da ilginçleşmeye başlamış. Hesaplamalar bu modelde enerji bakımından farklılık gösteren parçacıkların, kuantum uzay-zaman ile bir biçimde daha farklı etkileştiklerini göstermiş; tıpkı farklı enerjili fotonların prizma ile farklı etkileşmesi gibi. Bu sonuç, tekil parçacıklar tarafından algılanan klasik uzay-zamanın efektif yapısının bile kendi enerjilerine bağlı olduğu anlamına geliyor.

Normal bir gökkuşağının oluşumu kırılma indisi (ışığın dalgaboyuna göre çeşitlenen bir değer) açısından tanımlanabilir. Buna benzeyen uzay-zaman gökkuşağı durumunda da benzer bir değer ortaya atılabilir: Beta fonksiyonu (klasik uzay-zaman yapısının farklı parçacıklarca deneyimlenirken farklılaşabilme derecesinin bir ölçüsü). Bu fonksiyon kuantum uzay-zamanın klasik olmayış derecesini yansıtır. Klasiğe yakın koşullarda sıfıra yaklaşır ve tam kuantum koşullarında da 1'e yaklaşır. Günümüzde evren klasiğe benzer bir durumdadır, o nedenle beta değeri sıfıra yakın olmalıdır.  Başka gruplarca yapılmış araştırmalar 0,01 değerini aşmaması gerektiğini ortaya çıkarmıştır. Beta fonksiyonunun bu küçük değeri, şu anda uzay-zaman gökkuşağının çok dar olduğunu ve deneysel olarak algılanamayacağı anlamına geliyor.

Ekibin çalışmasından elde edilen ilginç bir sonuç daha var. Uzay-zaman gökkuşağı kuantum kütleçekimin bir sonucu ve fizikçiler genellikle bu tür etkilerin sadece Planck enerjisine kıyasla devasa enerjilerde, şu an LHC'de hızlandırılan parçacıkların enerjisinden milyonlarca milyar kat daha yüksek enerjilerde görünür olabildiği düşünür. Ancak beta fonksiyonu değeri zamana bağlıdır ve Büyük Patlama'ya yakın anlarda daha yüksek olmuş olabilir. Beta 1'e yakın olduğunda, uzay-zaman gökkuşağı dikkate değer ölçüde genişler. Sonuç olarak, böylesi koşullar altında kuantum kütleçekimin gökkuşağı etkisinin gözlemlenebilme potansiyeli olabilir; hem de LHC'deki protonların enerjisinden yüzlerce kat daha düşük enerjilerde bile.

---

Kaynak: Phys.org, "Physicists posit quantum gravity's rainbow"
< http://phys.org/news/2016-01-physicists-posit-quantum-gravity-rainbow.html >

Referans Makale: Mehdi Assanioussi et al. Rainbow metric from quantum gravity, Physics Letters B (2015). DOI: 10.1016/j.physletb.2015.10.043
< http://repo.scoap3.org/record/12338/files/main.pdf >

---