Tenet Gerçek Oldu: Kuantum Aleminde Zaman Bile Beklendiği Gibi Akmıyor

Bristol, Viyana ve Balear Adaları Üniversiteleri ile Viyana Kuantum Optik ve Kuantum Bilişim Enstitüsünde çalışan fizikçiler, kuantum sistemlerinin birbirine zıt olan iki zaman okunda eş zamanlı şekilde evrimleşebildiğini; yani zamanda hem ileri hem de geri gidebildiklerini göstermişler. Bu durum, akla Christopher Nolan’ın son filmi Tenet’i getiriyor.

Communications Physics bülteninin son sayısında yayımlanan çalışmaya göre, kuantum kanunlarının önemli bir rol oynadığı şartlarda zamanın akışını anlama ve temsil etme şeklimizi yeniden düşünmemiz gerekiyor.

Filozoflar ve fizikçiler, zamanın mevcudiyeti üzerine yüzlerce yıldır kafa yormuş. Fakat klasik dünyadaki mevcudiyetimiz, zamanın var olduğu ve ilerlediğine dönük şüpheleri ortadan kaldırıyor gibi görünüyor. Esasında doğadaki süreçler, daha düşük düzensizlik barındıran hallerden daha fazla düzensizlik barındıran hallere doğru kendiliğinden evrilme eğilimi gösteriyor. Söz konusu yatkınlık, zamanın okunu belirlemede kullanılabiliyor. Fizikte ise bu durum, bir sistemdeki düzensizlik miktarını tanımlayan fiziksel nicelik olan ‘entropi’ bağlamında açıklanıyor.

Bristol Üniversitesi Kuantum Mühendisliği Teknolojisi Laboratuvarlarında çalışan baş yazar Dr. Giulia Rubino şöyle aktarıyor:

“Bir olgu yüksek miktarda entropi meydana getirirse, bu olgunun olay dizisini tersine çevirdiğini görmek aslında imkansız derecede beklenmedik bir şey olur. Fakat entropi yeterince ufak derecede oluşursa, bir olgunun olay dizisini doğal şekilde tersine çevirdiğini görmenin ihmal edilemez boyutta bir olasılığı bulunuyor.

“Örnek olarak her sabah sırayla yaptığımız şeyleri verebiliriz. Eğer diş macunumuzun diş fırçamızdan macun tüpüne gittiğini görseydik, hiç şüphesiz zamanın geri aktığını düşünürdük. Fakat macun tüpünü hafif şekilde sıkarak diş macununun yalnızca küçük bir kısmını dışarı çıkarsaydık, macunun tüpte azalan basınç sebebiyle yeniden tüpe girmesini izlemek o kadar da olasılıksız olmazdı.

Araştırmacılar bu fikri, kuantum süperpozisyonu olarak bilinen tuhaf bir özellik sergileyen kuantum alemine uygulamışlar. Söz konusu özelliğe göre bir kuantum sisteminin iki hali de mümkün olursa, sistem aynı anda iki durumda da olabiliyor.

“Bu ilkeyi zamanın oklarına yaymak, kuantum sistemlerinin iki zaman yönünde de evrimleşmesiyle sonuçlanıyor; yani macunun tüpten çıkması veya tüpe geri girmesiyle… Kuantum sistemleri, her iki zaman yönünde de aynı anda evrimleşebiliyor.

“Bu fikir gündelik yaşantımıza uygulandığı zaman oldukça mantıksız görünse de, evrenin kanunları en temel seviyesinde kuantum mekaniği ilkelerine dayanıyor. Bu durum, zamanın akışındaki süperpozisyonlarla doğada neden hiç karşılaşmadığımız sorusunu akıllara getiriyor” diyor Dr. Rubino.

Balear Adaları Üniversitesinde çalışan eş yazar Dr. Gonzalo Manzano şöyle aktarıyor: “Çalışmamızda, ‘birbirine zıt zaman okları taşıyan süreçlerin kuantum süperpozisyonunda’ evrimleşen bir sistemin meydana getirdiği entropi miktarını ölçtük. Bunun da çoğunlukla, sistemin iyi tanımlı bir zaman yönüne yansımasıyla sonuçlandığını ve ikisinin en muhtemel sürecine karşılık geldiğini keşfettik. Hal böyle olunca ufak miktarlarda entropi oluştuğunda (örneğin tüpe geri emildiğini görebildiğimiz çok az diş macunu taştığında), sistemin ileri ve geri zaman yönlerinde aynı anda evrimleşmesinin sonuçlarını fiziksel olarak gözlemleyebiliyoruz.”

Araştırma, zamanın iyi tanımlanmış olmayabileceğine ilişkin temel bir özelliğin yanısıra kuantum termodinamiği bakımından da pratik sonuçlar taşıyor. Bir kuantum sisteminin alternatif zaman oklarının süperpozisyonuna yerleştirilmesiyle, ısıl makine ve buzdolaplarının performansında iyileşme meydana getirilebilir.

“Zaman genelde sürekli artan bir parametre şeklinde düşünülse de, bizim çalışmamız zamanın akışını yöneten kanunların kuantum mekaniği şartlarında çok daha karmaşık olduğunu gösteriyor” diyor Dr. Rubino. “Buna göre, kuantum kanunlarının önemli bir rol oynadığı tüm bu şartlarda söz konusu niceliğin nasıl temsil edildiğini tekrar düşünmemiz gerekiyor.”

Kaynak: Bristol Üniversitesi. Çeviren: Ozan Zaloğlu.