Kuantum Kütleçekimin Zaman Problemi

Kuramsal fizikçilerin kuantum mekaniği ile genel göreliliği her şeyi kapsayan bir kuantum kütleçekim kuramı altında birleştirme çabaları, “zaman problemi” olarak adlandırılan bir sorunla k..
Görsel Telif:

Kuramsal fizikçilerin kuantum mekaniği ile genel göreliliği her şeyi kapsayan bir kuantum kütleçekim kuramı altında birleştirme çabaları, “zaman problemi” olarak adlandırılan bir sorunla karşı karşıya kalıyor. Kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirmek, bütünüyle farklı iki zaman kavramının bir araya getirilmesi anlamına geliyor.

Kuantum mekaniğinde zaman evrensel ve mutlaktır; zamanın düzenli tik-takları, parçacıklar arasındaki dolaşıklıkların evrilişini belirler. Fakat genel görelilikte (Einstein’ın kütleçekim kuramında) zaman göreli ve dinamiktir; uzayzamanın dört boyutlu dokusuna, tıpkı x, y ve z yönleri gibi ayrılamaz biçimde işlemiş olan bir boyuttur. Bu doku maddenin ağırlığı altında bükülerek, yakınlarındaki nesnelerin oraya doğru çekilmesine neden olur (kütleçekim işte budur) ve uzaktaki saatlere kıyasla yakındaki saatlerin daha yavaş işlemesine, yani zamanın akışının yavaşlamasına neden olur. Bir rokete atlayıp, uzayda ivmelenmek için kütleçekim yerine yakıt kullansanız da zaman genleşmesini deneyimleyebilir ve dünyaya döndüğünüzde ikizinizden daha genç olabilirsiniz.

Kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştimek için zamana ilişkin mutlak ve göreli şeklindeki farklı anlayışların birleştirilmesi gerekiyor. Son zamanlarda bu konuda giderek artan sayıda çalışma yapılması ile söz konusu birleştirmenin neye benzeyebileceğine ilişkin bir fikir oluşmaya başlıyor; tabi zamanın doğası hakkındaki anlayış da zenginleşiyor.

Artık uzayzamanın ve kütleçekimin “beliren” (İng. emergent) birer görüngü olduğunu düşünen çok sayıda fizikçi var. Eğilip bükülebilen uzayzamanın ve onun içindeki maddenin, dolaşık kubitler (bilginin/enformasyonun kuantum bitleri) ağından doğan bir hologram olabileceğini söylüyorlar; tıpkı bir bilgisayar oyunun üç boyutlu ortamının, silikon bir çip üzerine klasik bitlerle kodlanması gibi.

British Columbia Üniversitesi’nden kuramsal fizikçi Mark Van Raamsdonk şöyle anlatıyor: “Sanırım artık uzayzamanın aslında temelindeki kuantum sistemlerin dolaşık yapılarının geometrik bir temsilinden ibaret olduğunu anlıyoruz.”

Araştırmacılar, balıkgözü biçimli bir uzayzaman geometrisine sahip olan “anti-de Sitter” (AdS) uzayı” adı verilen oyuncak bir evrende hologramın nasıl doğduğunu gösteren matematiği ortaya koydu. Bu şekli bozuk evrenlerde, uzaysal artışlar merkezden uzaklaştıkça giderek kısalır. Sonunda merkezden uzayan uzaysal boyut sıfıra giderek sınırlanır. Bu sınırın varlığı -ki uzaysal boyut sayısı iç uzayzamandan yani yığınınkinden bir eksiktir- içerideki hologramı yansıtacak olan dolaşık kubitlerin modelinin üzerine kurulacağı sağlam bir durum sağlayarak, hesaplamaları kolaylaştırır.

“Yığının içinde uzayla birlikte zaman da dramatik biçimde eğilip bükülmeye başlıyor. Bunu, sınırdaki ‘tortu’ cinsinden nasıl tanımlayabileceğimizi anlamaya başlıyoruz,” diyor dolaşık kubitleri kastederek, Harvard ve Brandeis Üniversitesi’nden Brian Swingle.

Kubitlerin durumları, bilgisayar kodundaki basamakların çalıştırılması gibi evrensel zamana göre evrilirken, AdS uzayının yığınındaki bükülmüş, göreli zamana yol açıyor. Ancak şu var ki, bizim evrenimizde olan şey tam olarak bu değil.

Buradaki uzayzaman dokusu bir “de Sitter” geometrisine sahip; uzaklaştıkça esniyor. Evren AdS uzayındakinden çok farklı türde bir sınıra erişene dek doku esniyor: Zamanın sonuna dek. O noktada “ısı ölümü” (Büyük Donma) olarak bilinen bir olay gerçekleşiyor. Uzayzaman öylesine genişlemiş oluyor ki, içindeki her şey diğer bütün şeylerden nedensel olarak bağımsız duruma geliyor; aralarında hiçbir sinyal alışverişi olmuyor. Bildiğimiz anlamda zaman kavramı bitiyor ve o andan sonra hiçbir şey olmuyor.

Uzayzaman baloncuğumuzun zamansızlık sınırında, kubitleri bağlantılandıran dolaşıklıkların ise zarar görmeden kalacağı varsayılıyor. Çünkü bu kuantum bağlaşıklıklar sinyal alışverişi gerektirmez. Ancak kubitlerin durumu durağan ve zamansız olmalıdır. Bu mantık yürütme bir şekilde şuna işaret ediyor: Tıpkı AdS uzayının sınırındaki kubitlerin ek bir uzaysal boyutu olan bir iç yapıya yol açışı gibi, de Sitter uzayının zamansızlık sınırındaki kubitlerin de zamanın olduğu (dinamik zamanın olduğu) bir evrene yol açması bekleniyor. Araştırmacılar bu hesaplamaları nasıl yapacaklarını henüz anlamış değil. Swingle, de Sitter uzayında zamanın belirişini nasıl anlayacaklarına ilişkin iyi bir fikirlerinin henüz olmadığını belirtiyor.

Don Page ve William Wootters tarafından 1980’lerde elde edilen kimi kuramsal kavrayışlar bir ipucu sunuyor. Page ve Williams, global olarak durağan olan dolaşık bir sistemin, içindeki bir gözlemci tarafından evriliyormuş gibi görünen bir altsistem içerebileceğini keşfetmişti. Sistem, saat diyebileceğimiz bir şey ile dolaşık bir altsistem içerir ve buna “tarihsel durum” (İng. history state) adı verilir. Altsistemin durumu, saatin ibresinin kaçı gösterdiğine bağlı olarak değişir. Fakat “sistem artı saat”in toplam durumu zamanla değişmez. Zaman yoktur. Sadece asla değişmeyen durumlar vardır. Bir başka deyişle, zaman global olarak varolmaz. Ancak altsistem için dolaylı olarak zaman kavramı belirir.

2013 yılında İtalya’da yapılan bir çalışmada bu görüngü deneysel olarak gösterilmiş ve ekip çalışmalarını şöyle özetlemişti: “İki fotonun durağan, dolaşık bir durumunun, fotonlardan birinin zaman evrimi ayarını yapmak için diğer fotonu saat olarak kullanan bir gözlemci tarafından nasıl evriliyor olarak görülebileceğini gösterdik. Ancak bir dış gözlemci, global dolaşık durumun evrilmediğini gösterebilir.”

Başka kuramsal çalışmalar da benzer sonuçlar ortaya koydu. Parçacık etkileşimlerinin çıktılarını tanımlayan geometrik desenler (amplituhedron gibi), gerçekliğin zamansız ve tümüyle matematiksel bir şeyden belirdiğine işaret ediyor. Henüz tam netleşmemiş olmakla birlikte, amplituhedron ve holografi birbirleri ile ilişkili.

Swingle’ın sözleri ile özetlersek: “Dolaşıklığı kullanarak, zamansız serbestlik derecelerinden zamanı ortaya çıkarabilirsiniz.”


Kaynak: Quanta Magazine, “Quantum Gravity’s Time Problem
<https://www.quantamagazine.org/20161201-quantum-gravitys-time-problem/>


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

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