University College London (UCL) fizikçileri tarafından eş zamanlı olarak yayınlanan iki makale, Einstein’ın geleneksel uzay-zaman görüşünü korurken kuantum mekaniği ve yerçekimini tutarlı bir şekilde birleştiren yeni bir teoriyi ortaya koyuyor.
Modern fiziğin iki temel taşı, Einstein’ın uzay-zamanın bükülmesi yoluyla yerçekimini açıklayan genel görelilik teorisi ve evrendeki en küçük parçacıkları kontrol eden kuantum teorisidir. Bununla birlikte, bu iki hipotez arasında bir çatışma vardır ve bir çözüm araştırmacıları bir yüzyıldan fazla bir süredir atlatmıştır.
Genel kanı Einstein’ın yerçekimi teorisinin kuantum teorisiyle uyumlu hale getirilmesi için “kuantize edilmesi” ya da değiştirilmesi gerektiği yönündedir. Bu, yerçekiminin kuantum teorisi için öne çıkan iki yarışmacının metodolojisidir: döngü kuantum yerçekimi ve sicim teorisi.
Ancak UCL Fizik ve Astronomi’den Profesör Jonathan Oppenheim tarafından oluşturulan ve Physical Review X dergisinde yayınlanan yeni bir teori bu görüş birliğine meydan okuyor. Bu teori uzayzamanın klasik olabileceğini, yani kuantum teorisi tarafından yönetilmeyebileceğini öne sürüyor.
“Klasik kütleçekiminin postkuantum teorisi” olarak adlandırılan hipotez, kuantum teorisini modifiye etmekte ve uzayzamanı değiştirmek yerine uzayzaman aracılığıyla aracılık edilen öngörülebilirlikte doğuştan gelen bir bozulmayı öngörmektedir. Sonuç olarak, uzayzaman düzensiz ve şiddetli dalgalanmalar yaşar.
Bir nesnenin görünen ağırlığı yeterince doğru ölçülürse, bu durum uzay-zamanda beklenenden daha büyük rastgele ve şiddetli dalgalanmalara yol açar ki bu da kuantum teorisinin öngörüleriyle tutarlı değildir.
Profesör Oppenheim’ın eski doktora öğrencileri tarafından yürütülen ve eş zamanlı olarak Nature Communications’da yayınlanan ikinci bir çalışma, teorinin bazı sonuçlarını inceliyor ve ağırlığının zaman içinde değişip değişmediğini görmek için bir kütlenin doğru bir şekilde ölçülmesini içeren bir test prosedürü öneriyor.
Örneğin, eskiden 1 kg standardı olan 1 kg’lık bir kütle, Fransa’daki Uluslararası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu tarafından düzenli olarak tartılmaktadır. Bu 1 kg’lık kütlenin ölçümlerindeki değişimler matematiksel tutarlılık için gerekli olandan daha az ise bu fikir reddedilebilir.
Profesör Oppenheim, Profesör Carlo Rovelli ve Dr. Penington -sırasıyla kuantum döngü yerçekimi ve sicim teorisinin önde gelen savunucuları- deneyin sonucuna ya da uzayzamanın kuantum ve klasik doğasını destekleyecek herhangi bir kanıtın ortaya çıkmasına 5000:1 oranında bahse giriyorlar.
UCL araştırma ekibi son beş yıldır bu fikrin sonuçlarını araştırıyor ve teste tabi tutuyor.
Profesör Oppenheim,
“Kuantum teorisi ile Einstein’ın genel görelilik teorisi arasındaki matematiksel uyumsuzlukların nasıl uzlaştırıldığını anlamak kritik önem taşıyor. Kuantum teorisini değiştirmek mi, uzay-zamanı kuantize etmek mi, yoksa tamamen başka bir şey yapmak mı daha iyi?
Uzay zamanın kuantize edilmesini önleyen tutarlı bir temel teoriye sahip olduğumuza göre artık bunu herkes tahmin edebilir.”
Teoriye önemli katkılarda bulunan ve UCL’de doktorasını sürdürürken deneysel önerinin tasarlanmasına yardımcı olan ortak yazar Zach Weller-Davies’e göre, bu keşif hem yerçekiminin temel doğasına ilişkin bilgilerimizi zorluyor hem de olası kuantum karakterini araştırmak için fırsatlar sunuyor.
Kuantum karakterinin yokluğunda, uzayzamanın eğriliğinde deneysel olarak doğrulanabilir bir iz bırakan rastgele dalgalanmalar içermesi gerektiğini gösterdik.
“Uzayzaman hem kuantum kütleçekiminde hem de klasik kütleçekiminde çevremizde şiddetli ve rastgele dalgalanmalar geçiriyor olmalı, ancak henüz tespit edemediğimiz bir ölçekte.”
Ancak, uzay-zamanın klasik olarak kabul edilebilmesi için dalgalanmaların belirli bir eşiği aşması gerekir ki bu da ağır bir atomun süperpozisyonda, yani aynı anda iki farklı yerde bulunabileceği süreyi inceleyen ek bir deneyle belirlenebilir.”
Bu çabaya, ortak yazarlar Dr. Carlo Sparaciari ve Dr. Barbara Šoda’nın analitik ve sayısal hesaplamaları rehberlik etti ve bu deneylerin bir kuantum yerçekimi teorisi peşinde koşmanın uygun bir hareket tarzı olup olmadığını belirleyebileceğini umduklarını ifade ettiler.
Dr. Šoda’ya göre, yerçekimi uzay ve zamanın bükülmesiyle ortaya çıktığı için soruyu zamanın akış hızının kuantum mu yoksa klasik bir doğaya mı sahip olduğu şeklinde çerçeveleyebiliriz.
Ve durumun böyle olup olmadığını belirlemek, bir kütlenin ağırlığının öngörülebilir bir şekilde değişip değişmediğini veya sabit olup olmadığını belirlemek kadar kolaydır.
“UCL Fizik ve Astronomi’den Dr. Sparaciari, “Deneysel konsept basit olsa da nesnenin son derece hassas bir şekilde tartılması gerekiyor.
Beni heyecanlandıran şey, çok genel varsayımlardan yola çıkarak iki ölçülebilir nicelik (uzay-zaman dalgalanmalarının boyutu ve atomların veya elmaların iki farklı konumun kuantum süperpozisyonuna yerleştirilebileceği sürenin uzunluğu) arasında doğrudan bir korelasyon kurabilmemizdir. Daha sonra bu iki niceliği tanımlamak için deneyler yapabiliriz.
Weller-Davies şöyle devam etti: “Eğer atomlar gibi kuantum parçacıkları klasik uzay-zamanı bükebiliyorsa, o zaman hassas bir etkileşim olmalıdır. Uzayzamandaki rastgele dalgalanmaların boyutu ile atomların dalga doğası temelde dengeli olmalıdır.”
Uzayzamanın klasik mi yoksa kuantum mu olduğunu test etmek için birbirini tamamlayan iki deneysel öneri ortaya atılmıştır. İlki, “yerçekimi aracılı dolaşıklık” arayarak uzayzamanın kuantum karakterini doğrulamayı amaçlamaktadır.
Bugünkü duyuruda yer almamasına rağmen, UCL Fizik ve Astronomi’den Profesör Sougato Bose, dolanıklık deneyinin orijinal önericilerinden biriydi. Bose, uzayzamanın doğasını test etmenin önemli miktarda çalışma gerektirmesine rağmen, sonuçların doğanın altında yatan ilkeleri anlamamız açısından çok önemli olacağını belirtti. Bunları tahmin etmek zor olsa da, bu denemelerin yapılabilir olduğunu düşünüyorum ve belki 20 yıl içinde cevabı bileceğiz.
Yerçekiminin ötesinde, postkuantum teorisinin sonuçları var. Kuantum süperpozisyonları, klasik uzay-zaman ile etkileşimleri yoluyla kaçınılmaz olarak yerelleşir ve kuantum teorisinin kötü şöhretli ve tartışmalı “ölçüm postülası” gerekliliğini ortadan kaldırır.
Profesör Oppenheim’ın kara delik bilgi sorununa bir çözüm bulma girişimi teoriye ilham kaynağı olmuştur. Bilgi yok edilemediğinden, normal kuantum teorisi kara deliğe düşen bir nesnenin bir şekilde geri yayılması gerektiğini belirtir. Ancak bu, bir kara deliğin olay ufkunu geçen nesnelerin varlığının asla bilinemeyeceğini belirten genel göreliliğe aykırıdır. Yeni teori, öngörülerdeki temel bir başarısızlık nedeniyle bilgi yok oluşuna izin veriyor.
Kaynak: phys.org/news
