Fizikçiler, 100 yıl önce yapılan bir tahmini doğrulayarak, Einstein’ın eşdeğerlik ilkesinin kuantum ölçeklerinde de geçerli olduğunu gösterdi. Bu çalışma, genel görelilik teorisinin temelini oluşturan önemli bir prensibin, kuantum dünyasıyla uyumlu olduğunu ortaya koyuyor.
Araştırmacılar, ultracold rubidium atomlarını kullanarak, bir parçacığın aynı anda iki farklı yol izlediği bir “süperpozisyon” durumu yarattı. Bu deneyde, bir atom serbest düşüşe bırakılırken, diğeri hareketsiz tutuldu. Atomlar tekrar birleştirildiğinde, iki yol arasındaki neredeyse fark edilemeyen fark ortaya çıkarıldı.
2 tarihinde yayımlanan , bu ölçüm, Einstein’ın eşdeğerlik ilkesinin, kuantum dünyasına girdiğinde bile hala geçerli olduğunu gösteriyor ve genel görelilik ile kuantum mekaniği arasında önemli bir bağlantı kuruyor.
“Eşdeğerlik ilkesi, yerel olarak ivme ve kütle çekiminin ayırt edilemez olduğunu söylüyor,” , Oxford Üniversitesi’nde fizikçi ve yeni çalışmanın ortak yazarı olan Julian Vedral, Live Science’a e-posta yoluyla açıklıyor.
Einstein’in “En Mutlu Düşüncesi”
Eşdeğerlik ilkesinin klasik örneği, Einstein’ın düşünce deneyidir: kapalı bir asansördeki kişi, ya hareketsiz duran Dünya üzerinde mi yoksa boş uzayda mı hızlanıyor olduğunu bilemez. Einstein bu farkı anladığında “en mutlu düşüncesi” olarak tanımlamış ve genel görelilik teorisini üzerine inşa etmiştir.
Günlük hayattaki ağır nesneler için, eşdeğerlik ilkesi olağanüstü bir hassasiyetle test edilmiştir. Ancak kuantum nesneleri farklıdır. Kuantum nesneleri dalga gibi davranır ve her dalganın “faz” adı verilen bir özelliği vardır. Faz doğrudan görülemez, ancak aynı parçacığın iki versiyonu tekrar birleştirildiğinde, fazlar arasındaki herhangi bir uyumsuzluk bir girişim deseni olarak ortaya çıkar. Bu desenler, dalgaların bazı yerlerde birbirini güçlendirdiği ve diğerlerinde iptal ettiği anlamına gelir.
Teoriye göre, serbest düşüşe geçen bir dalga, hareketsiz tutulan aynı dalgaya göre faz kazanmalıdır ve bu faz, düşen sürenin karesiyle orantılı olarak artmalıdır. Charles Galton Darwin ve Earle Kennard, 1927’de bu tahmini yapmışlardı, ancak şimdiye kadar kimse bunu ölçememişti.
Bu etkiyi gözlemlemek için, hem hareketsiz kalabilen hem de serbest düşüşe girebilen bir sistemin aynı anda mevcut olması gerekiyordu. Daha önceki deneyler bu tür bir sistemi sağlayamamıştı. Matter-wave deneyleri, farklı şekillerde kütle çekimini ölçmüştü, ancak hiçbiri iki farklı yolun etkileşimini incelememişti.
Bu çalışmanın arkasındaki ekip, Ben-Gurion Üniversitesi’nde fizikçi liderliğinde, yaklaşık 20.000 rubidium atomunu soğuttu, manyetik bir tuzaktan çıkardı ve yaklaşık 113 mikrometre kalınlığında altın tellerle kaplı bir “atom çipi”nin üzerine yerleştirdi. Radyo ve mikrodalga darbeleri kullanılarak her atom, iki farklı manyetik duruma sokuldu. Bir darbe, bir atomu yukarı doğru fırlatırken, yarım milisaniye sonra başka bir darbe, o atomun manyetik alanlara duyarlılığını ortadan kaldırarak sadece kütle çekiminin etkisiyle düşmesini sağladı. Diğer atom, manyetik alana duyarlı kaldı ve yerinde tutuldu.
İki parça aynı anda bir araya getirilmesi zordu. Çünkü iki parçanın hızları farklıydı, bu nedenle konum ve hız açısından aynı noktada bir araya getirmek çok zordu. Ayrıca manyetik alanlar, atom bulutunu farklı şekillerde büker ve bu da karmaşıklığı artırır.
Araştırmacılar, serbest düşüş süresini yaklaşık 2,4 milisaniyeye kadar uzattıklarında, girişim sinyalini izlediler. 5,3 saat boyunca yapılan 633 deneyde, tam 13 tam döngü gözlemlendi ve her bir döngü, fazın nasıl arttığını gösterdi. Bu artış, düşen sürenin karesiyle orantılıydı ve teorik modelle %2,5’lik bir hata payıyla uyumlu bulundu.
“Serbest düşüşe geçen parçanın, hareketsiz tutulan aynı parçayla karşılaştırıldığında kazandığı faz, uzun zamandır tahmin edilen ve şimdi ilk kez gözlemlenen bir etkidir,” Vedral açıklıyor.
Bu sonuç önemli çünkü aynı faz, iki farklı şekilde elde edilebilir: Birincisi, kütle çekiminin bir parçacık üzerindeki etkisini tanımlar; ikincisi ise, kütle çekiminin ortadan kalktığı “düşen referans çerçevesi” kullanılır ve eşdeğerlik ilkesi uygulanır. Her iki yöntem de aynı sonuca ulaşır ve bu da kuantum mekaniği ile genel göreliliğin uyumlu olduğunu gösterir.
“Bu, kuantum fiziği ve kütle çekiminin bu seviyede birbiriyle çeliştiğini göstermiyor,” Vedral belirtiyor. “Başka bir deyişle, eşdeğerlik ilkesi, kuantum mekaniği ile tamamen uyumlu.”
Ekip şimdi, daha genel koşullarda eşdeğerlik ilkesini test etmek istiyor. “Daha ilginç bir deney, dönen bir referans çerçevesinde aynı deneyi yapmak,” diyor Vedral. Ayrıca, daha ağır nesneler kullanılarak (örneğin nanodiamonds), kütle çekiminin kendisinin kuantum kurallarına uyup uymadığını araştırmak mümkün olabilir. Bu da, kütle çekiminin kuantum süperpozisyonlarını yok ettiği yönündeki Roger Penrose’un hipotezini test etme fırsatı sunar.
Yorum yapabilmeniz için, lütfen önce profil adınızı tanımlayın.
Henüz yorum yok