Boş uzayı meydana getiren ufak dalgaların tayfını ölçmek, bazı fizikçilerin onlarca yıldır amaçladığı bir şeydi; ancak şimdiye kadar kimse bunu başarmanın yolunu bulamamıştı.
Şimdiyse EHT Zürih’de çalışan fizikçiler, bir boşluğun kuantum tabiatını anlamak amacıyla lazer titreşimleri kullanarak, mutlak hiçliği ölçme girişimleri için bir dönüm noktası oluşturdular.
Evren’imiz, aslında inişli çıkışlı bir yer. Henüz boyanmamış taze bir tuval gibi, yalın gerçekliğin de bir dokusu var ve bunu çok zor ölçebiliyoruz.
Hiçbir madde ve ışınımın olmadığı yerden kasıt ise, parçacıkların ortaya çıktığı sonsuz bir olasılık alanı. Aslında, her temel parçacık için bir alan mevcut; yalnızca, var olmaları için gereken kilit özellikleri belirleyen yeterli miktarda enerjiyi bekliyorlar.
Bu parçacıkların hepsi, ilginç bir kural ile sınırlanıyor; bazı olasılıklar artarken, diğerlerinin de azalması gerekiyor. Örneğin, bir parçacık kesin bir konumda bulunabilir fakat belirsiz bir momentumu olacaktır; veya tam tersi.
Bu belirsizlik ilkesi, sadece parçacıklarda değil; boş alanın kendisinde de geçerli durumda.
Uzakta durunca, sanatçının tuvali epey pürüzsüz görünüyor. Aynı şekilde; uzun bir süre sonra, boş uzaydaki bir hacmin içerisinde bulunan enerji miktarı da sıfıra eşitleniyor.
Ancak yaklaştıkça, herhangi bir anda ne kadar enerji bulacağımıza yönelik kesinlik azalıyor ve bir olasılık tayfı ortaya çıkıyor.
Bu örgünün genelde rastgele olduğunu düşünürüz. Ancak bu dalgalanmanın tabiatı hakkında bazı şeyler söyleyebilecek ilişkiler var.
ETH Zürih’deki Kuantum Elektroniği Enstitüsü’nde çalışan fizikçi Ileana Cristina Benea Chelmus, şöyle aktarıyor: “Elektromanyetik alanın boşluktaki dalgalanması, açık şekilde görülebilen sonuçlar barındırıyor ve bunlar ayrıca, bir atomun kendiliğinden ışık yayabilmesinden de sorumlular.”
Çoğu şeyde ölçüm yapmak için, bir başlangıç noktası belirlemeniz gerekiyor. Maalesef, zaten en düşük enerji halinde bulunan bir şey için bunu yapmak, hareket etmeyen bir yumruğun vuruş kuvvetini ölçmek gibi biraz.
Benea Chelmus şöyle söylüyor: “Fotodiyotlar gibi geleneksel ışık algılayıcılar, ışık parçacıklarının (ve bu sebeple de enerjinin) algılayıcı tarafından emilmesi ilkesine dayanıyorlar”
“Ancak, fiziksel bir düzenin en düşük enerji durumunu temsil eden boşluktan, daha fazla enerji çıkarılamıyor.”
Araştırma takımı, boş bir alandaki enerji aktarımını ölçmek yerine, fotonların kutuplaşmasında meydana gelen hafif olasılık değişimlerinin izini ölçecek bir yöntem tasarlamış.
Takım; farklı zaman ve konumlarda süper derecede soğuk bir kristal üzerinden gönderilen iki lazer titreşimini, saniyenin sadece trilyonda biri sürede karşılaştırarak, kristalin atomları arasındaki boş alanın ışığı nasıl etkilediğini hesaplamış.
“Yine de, ölçülen bu sinyal mutlak derecede ufaktı ve çok küçük alanları ölçme konusundaki deneysel kapasitelerimizi gerçekten de en yükseğe çıkarmak zorunda kaldık” diyor fizikçi Jerome Faist.
Ufak demek hafif kalır. O kuantum ‘kıpırdaması’ o kadar küçükmüş ki; ölçümlerin sadece yerinde olduğundan emin olmak amacıyla, yapılan her kıyaslama için bir trilyona kadar gözlem yapmaları gerekmiş.
Nihaî sonuçlar ufak olsa da; yapılan ölçümler, temel durumdaki bir elektromanyetik alanın hassas tayfının belirlenmesine olanak sağlamış.
Etkin biçimdeki boş bir alanın ne olduğunu anlamak, kuantum fiziğinde büyük bir mesele haline geliyor.
Daha geçenlerde; fizikçilerden oluşan ayrı bir takım, kütle çekimsel dalga bulucusu LIGO’nun işlevselliğini geliştirmek amacıyla, oda sıcaklığındaki boşluğun gürültüsüne sınır koymayı denemişti.
Sanal parçacıklar (bir alandaki belirsizlikler halinde zar zor var olan muhtemel parçacıkların, özlü hayaletleri) kara deliklerin, Hawking ışıması yoluyla zamanla yavaş yavaş nasıl buharlaştığını anlamak için de kilit öneme sahip.
Gelecekte; eğer Evren’in üzerine boyandığı kumaşı anlayacaksak, buna benzer çok daha fazla püf noktasına ihtiyacımız olacak.
Araştırma, Nature bülteninde yayınlandı.
ScienceAlert
