Fizikçiler, zamanın gerçekliğin temel bir yönü değil, kuantum dolanıklığından kaynaklanan bir illüzyon olabileceğini öne sürerek, zaman hakkındaki uzun müddettir süregelen yerleşik ve alışıldık inançlara meydan okuyor.
Yeni bir çalışma, zamanın temel olmadığını, kuantum dolanıklığından ortaya çıktığını öne sürüyor. (Kaynak: CC BY-SA 4.0)
Physical Review A dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, zamanın doğasının, 1983 yılında geliştirilen ve zamanı gözlemlenebilir bir kuantum değişkeni olarak ele alan Page ve Wootters (PaW) Mekanizması ile açıklanabileceğini öne sürüyor.
Fizikteki en büyük engellerden biri, zamanın kuantum mekaniği ve genel görelilikteki tutarsızlığıdır. Kuantum mekaniğinde zaman dışsal ve değişmeyen bir parametredir. Kuantum sisteminin kendi içinde mevcut değildir, bunun yerine harici varlıklarla etkileşimler yoluyla ölçülür. Bu bir paradoks yaratır: gerçek bir gözlemlenebilir değilse zaman kuantum evrimini nasıl yönetebilir?
Bu arada, genel görelilik zamanı, yerçekimi ve hareketten etkilenen, uzayla iç içe geçmiş bir boyut olarak ele alır. Bu da zamanın esneyip büzülebileceği anlamına gelir ki bu da kütleli nesnelerin yakınında zaman genişlemesi gibi olgulara yol açar. Bu iki tanım arasındaki uyumsuzluk, fizikçilerin birleşik bir her şey teorisi geliştirmelerini engelleyen bir zorluk olan zaman sorunu olarak adlandırılmıştır.
< Resime gitmek için tıklayın > Evrimleşen sistem faz-uzay koordinatlarına göre |𝛽|2 ile ilgili marjinal olasılık dağılımının kontur grafiği. (Kaynak: Physical Review A) İtalya Ulusal Araştırma Konseyi'nden fizikçi Alessandro Coppo bu ikilemi şöyle açıklıyor: “Görünüşe göre kuantum teorisinde ciddi bir tutarsızlık var. Biz buna zaman sorunu diyoruz.”
Page ve Wootters Mekanizması
Bu tutarsızlığı çözmek için araştırmacılar PaW mekanizmasını yeniden ele aldılar. Bu teori, zamanın bağımsız bir varlık olarak değil, iki sistem arasındaki kuantum dolanıklık yoluyla ortaya çıktığını öne sürüyor: bir saat ve ölçtüğü evrimleşen sistem. Dolanıklığın olmadığı bir sistemde zaman ortadan kalkar ve evren donmuş bir halde kalır.
Araştırmacılar bu teoriyi, etkileşime girmeyen ancak dolanık iki kuantum sistemini simüle ederek test ettiler: titreşen bir harmonik osilatör ve saat işlevi gören bir dizi küçük mıknatıs. Sistemin davranışının kuantum mekaniğinde temel bir denklem olan Schrödinger denklemiyle uyumlu olduğunu buldular. Osilatörün evrimi harici bir zaman parametresi tarafından değil, saatin kuantum durumu tarafından belirleniyordu.
Bu fikir bakış açısında radikal bir değişim sunuyor: zaman bağımsız bir arka plan parametresi değil, dolanıklığından kaynaklanan bir özelliktir.
Kuantum-Klasik Ayrımı Arasında Köprü Kurmak
Araştırmacılar çalışmalarını daha da ileri götürerek PaW mekanizmasını daha büyük, makroskopik sistemlere uyguladılar. Mıknatıslı saatin ya da harmonik osilatörün klasik bir nesne olduğunu varsayarak, denklemlerinin doğal olarak klasik fizikte kullanılanlara basitleştiğini buldular. Bu da zamanın klasik akışının daha büyük ölçeklerde bile kuantum dolanıklığından kaynaklandığını göstermektedir.
Coppo, “Doğru ve mantıklı yönün kuantum fiziğinden başlamak ve klasik fiziğe nasıl ulaşılacağını anlamak olduğuna inanıyoruz, tersi değil” dedi.
Bu bulgu, klasik fiziğin ayrı bir çerçeve olarak var olmaktan ziyade kuantum mekaniğinden ortaya çıktığı fikrini desteklemektedir. Ayrıca zamanın kendisinin temel olmayabileceğini, bunun yerine kuantum korelasyonlarının bir yan ürünü olabileceğini düşündürmektedir.
Uzay-zaman koordinatlarına göre |β|2 ile ilgili marjinal olasılık dağılımının grafiksel gösterimi ve b) ana metinde tanıtılan κ = 3/4'lük örnek için herhangi bir sabit zamandaki kesiti. (Kaynak: Physical Review A) Sonuçları ve Gelecekteki Zorluklar
Bu bakış açısı matematiksel olarak tutarlı olsa da, fizikçiler temkinli olmaya devam ediyor. Bazı araştırmacılar, PaW mekanizmasının ilgi çekici bir açıklama sunmasına rağmen, doğrudan deneysel doğrulamadan yoksun olduğunu savunuyor.
Oxford Üniversitesi'nde kuantum bilgi bilimi profesörü olan Vlatko Vedral, “Evet, evrensel zamanı kuantum alanları ile 3 boyutlu uzayın kuantum durumları arasındaki dolanıklık olarak düşünmek matematiksel olarak tutarlıdır” dedi. “Ancak bu resimden yeni ya da verimli bir şey çıkıp çıkmayacağını kimse bilmiyor; örneğin kuantum fiziğinde ve genel görelilikte yapılacak değişiklikler ve bunlara karşılık gelen deneysel testlerin nasıl olması gerektiği gibi.”
Deneysel kanıtlar bu teorinin nihai testi olmaya devam ediyor. Dolanıklıktan zamanın ortaya çıkıp çıkmadığını gerçekten belirlemek için fizikçilerin bu etkileri gerçek dünya sistemlerinde ölçebilecek deneyler tasarlamaları gerekecektir.
M = 20 (solda) veya M =50 (sağda) için cm= 0∀m ve κ = 3/4, r = 2/3 olduğunda kabul edilen yörüngelerle birlikte sistem faz uzayının evrimi. (Kaynak: Physical Review A) Belirsizliklere rağmen, bazıları bu yaklaşımın zamanın daha derin bir şekilde anlaşılmasına yönelik bir adım olabileceğine inanıyor. Rochester Üniversitesi'nde teorik fizikçi olan Adam Frank, zamanın bağımsız, nesnel bir olgu olarak değil, ancak bir sistemin içinden bakıldığında anlamlı olabileceğini öne sürüyor. “Belki de zamanı anlamanın tek yolu dışsal tanrısal bir gözden değil, içeriden, dünyanın böyle bir görünümünü ortaya çıkaran yaşamla ilgili ne olduğunu soran bir perspektiften bakmaktır” dedi.
Eğer ki temel değil de ortaya çıkan bir özellik olarak zaman kavramının geçerliliği kanıtlanırsa, bu birleşik kuantum gravitasyon kuramının gelişiminde atılımlara yol açabilir ve hatta gerçeklik anlayışımızı baştan yeniden şekillendirebilir. Ancak deneyler bu fikirleri onaylayana kadar, zamanın gerçek doğası fiziğin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam edecek.
Page ve Wootters yaklaşımına göre, gelişen sistemin ve saatinin etkileşmeyen, dolaşık sistemler olarak tanımlanmasına dayanan, zamanı tanımlamak için yakın zamanda önerilen bir prosedürün bir uygulamasını sunuyoruz. Makroskopiklikle ilgili koşullar sadece saat tarafından ya da hem saat hem de gelişen sistem tarafından karşılandığında kuantum dinamiğinin nasıl klasik benzeri bir davranışa dönüştüğünü inceliyoruz. Ortaya çıkan bu davranışın tanımlanmasında klasik zaman kavramının yanı sıra faz uzayı ve üzerindeki yörüngeler de yer almaktadır. Bu bize, ortaya çıkan genel resmin bizim kastettiğimiz anlamda fiziksel bir dinamiğin resmi olabilmesi için sistemi ve saati ayrı ayrı karakterize eden nicelikler arasında olması gereken ilişkileri analiz etme ve tartışma imkanı vermektedir.
Zaman, ölçülebilir bir şey, ama doğası sandığımizdan çok daha karmaşık ve tuhaf. İllüzyon olup olmaması "illüzyon" kelimesini nasıl tanımladığımiza bağlı: Fiziksel olarak gerçek, ama algısal olarak beynimizin bir ürünü gibi.
Bu konuda aklıma Ames Window (Ames Penceresi) deneyi geldi. Hani bir kalem takılıyken çerçeve döndürüldüğünde, kalemin fiziksel hareketi gerçek olsa da algımız ters yönde bir illüzyon yaratıyor ya....zamanı da buna benzetiyorum. Bence zaman, kalem gibi bir boyut: Fiziksel bir gerçeklik, Algıladığımiz hali yanıltıcı olabiliyor. Mesela müonlar: Normalde 2,2 mikrosaniye yaşıyorlar, ama biz onları 33 mikrosaniyeye kadar ölçebiliyoruz. Bunun sebebi görelilik...hızla hareket ettiklerinde zaman onlar için yavaşlıyor. Bu da gösteriyor ki zaman var, ama deneyimlediğimiz hali evrenin derin işleyişinden farklı sanki.
valla insan derisi kendisini, en alt tabakadan en üst tabakaya doğru nasıl sürekli yeniliyor değil mi. ta ki yaşlılığa kadar. tabi bu gençlerde daha hızlı gerçekleşiyor. bu bir değişimdir. bu değişim, evren dahil evrendeki her şey için de sonsuza dek sürdürülürse eğer, zaman kavramı da ortadan kalkar. buna yepyeni bir yaratılış adını verebiliriz.
Platon'un aksine Aristoteles zamanı öncelik ve sonralık bağlamında hareketin sayısı ve ölçüsü olarak tanımlar. Sınırsız zaman, bağlantılı bir yapıya sahip olup, döngüsel hareket içinde ölçülebilen bir şeydir. ---
Zaman kavramına neden ihtiyaç duyuldu? bence işlemleri/olguları sırasıyla yapmak/ölçmek için ihtiyaç duyuldu ve sanal bir kavram oluşturuldu. Bir motora elektrik verildiğinde dişliyi çevirir, dönen dişli başka bir dişliyi çevirir, dişliler döndükçe yıpranır(yaşlanır) eğer hareket olmasaydı yaşlanma olmazdı ama bu nesnenin doğasına aykırı. Daha önce bu soruyu yapay zekaya sormuştum, atomlardaki hareketlilik dahil hareket olmasaydı nesneler varlığını sürdürebilir mi? cevap hayır. Bence zaman dediğimiz şey metre gibi hareket ölçü birimi, metre ile uzunluğu ölçerken zaman denilen sanal kavramla hareketin sırasını ölçüyoruz.
< Resime gitmek için tıklayın >
Yeni bir çalışma, zamanın temel olmadığını, kuantum dolanıklığından ortaya çıktığını öne sürüyor. (Kaynak: CC BY-SA 4.0)
Physical Review A dergisinde yayınlanan yeni bir çalışma, zamanın doğasının, 1983 yılında geliştirilen ve zamanı gözlemlenebilir bir kuantum değişkeni olarak ele alan Page ve Wootters (PaW) Mekanizması ile açıklanabileceğini öne sürüyor.
Fizikteki en büyük engellerden biri, zamanın kuantum mekaniği ve genel görelilikteki tutarsızlığıdır. Kuantum mekaniğinde zaman dışsal ve değişmeyen bir parametredir. Kuantum sisteminin kendi içinde mevcut değildir, bunun yerine harici varlıklarla etkileşimler yoluyla ölçülür. Bu bir paradoks yaratır: gerçek bir gözlemlenebilir değilse zaman kuantum evrimini nasıl yönetebilir?
Bu arada, genel görelilik zamanı, yerçekimi ve hareketten etkilenen, uzayla iç içe geçmiş bir boyut olarak ele alır. Bu da zamanın esneyip büzülebileceği anlamına gelir ki bu da kütleli nesnelerin yakınında zaman genişlemesi gibi olgulara yol açar. Bu iki tanım arasındaki uyumsuzluk, fizikçilerin birleşik bir her şey teorisi geliştirmelerini engelleyen bir zorluk olan zaman sorunu olarak adlandırılmıştır.
< Resime gitmek için tıklayın >
Evrimleşen sistem faz-uzay koordinatlarına göre |𝛽|2 ile ilgili marjinal olasılık dağılımının kontur grafiği. (Kaynak: Physical Review A)
İtalya Ulusal Araştırma Konseyi'nden fizikçi Alessandro Coppo bu ikilemi şöyle açıklıyor: “Görünüşe göre kuantum teorisinde ciddi bir tutarsızlık var. Biz buna zaman sorunu diyoruz.”
Page ve Wootters Mekanizması
Bu tutarsızlığı çözmek için araştırmacılar PaW mekanizmasını yeniden ele aldılar. Bu teori, zamanın bağımsız bir varlık olarak değil, iki sistem arasındaki kuantum dolanıklık yoluyla ortaya çıktığını öne sürüyor: bir saat ve ölçtüğü evrimleşen sistem. Dolanıklığın olmadığı bir sistemde zaman ortadan kalkar ve evren donmuş bir halde kalır.
Araştırmacılar bu teoriyi, etkileşime girmeyen ancak dolanık iki kuantum sistemini simüle ederek test ettiler: titreşen bir harmonik osilatör ve saat işlevi gören bir dizi küçük mıknatıs. Sistemin davranışının kuantum mekaniğinde temel bir denklem olan Schrödinger denklemiyle uyumlu olduğunu buldular. Osilatörün evrimi harici bir zaman parametresi tarafından değil, saatin kuantum durumu tarafından belirleniyordu.
Bu fikir bakış açısında radikal bir değişim sunuyor: zaman bağımsız bir arka plan parametresi değil, dolanıklığından kaynaklanan bir özelliktir.
Kuantum-Klasik Ayrımı Arasında Köprü Kurmak
Araştırmacılar çalışmalarını daha da ileri götürerek PaW mekanizmasını daha büyük, makroskopik sistemlere uyguladılar. Mıknatıslı saatin ya da harmonik osilatörün klasik bir nesne olduğunu varsayarak, denklemlerinin doğal olarak klasik fizikte kullanılanlara basitleştiğini buldular. Bu da zamanın klasik akışının daha büyük ölçeklerde bile kuantum dolanıklığından kaynaklandığını göstermektedir.
Coppo, “Doğru ve mantıklı yönün kuantum fiziğinden başlamak ve klasik fiziğe nasıl ulaşılacağını anlamak olduğuna inanıyoruz, tersi değil” dedi.
Bu bulgu, klasik fiziğin ayrı bir çerçeve olarak var olmaktan ziyade kuantum mekaniğinden ortaya çıktığı fikrini desteklemektedir. Ayrıca zamanın kendisinin temel olmayabileceğini, bunun yerine kuantum korelasyonlarının bir yan ürünü olabileceğini düşündürmektedir.
< Resime gitmek için tıklayın >
Uzay-zaman koordinatlarına göre |β|2 ile ilgili marjinal olasılık dağılımının grafiksel gösterimi ve b) ana metinde tanıtılan κ = 3/4'lük örnek için herhangi bir sabit zamandaki kesiti. (Kaynak: Physical Review A)
Sonuçları ve Gelecekteki Zorluklar
Bu bakış açısı matematiksel olarak tutarlı olsa da, fizikçiler temkinli olmaya devam ediyor. Bazı araştırmacılar, PaW mekanizmasının ilgi çekici bir açıklama sunmasına rağmen, doğrudan deneysel doğrulamadan yoksun olduğunu savunuyor.
Oxford Üniversitesi'nde kuantum bilgi bilimi profesörü olan Vlatko Vedral, “Evet, evrensel zamanı kuantum alanları ile 3 boyutlu uzayın kuantum durumları arasındaki dolanıklık olarak düşünmek matematiksel olarak tutarlıdır” dedi. “Ancak bu resimden yeni ya da verimli bir şey çıkıp çıkmayacağını kimse bilmiyor; örneğin kuantum fiziğinde ve genel görelilikte yapılacak değişiklikler ve bunlara karşılık gelen deneysel testlerin nasıl olması gerektiği gibi.”
Deneysel kanıtlar bu teorinin nihai testi olmaya devam ediyor. Dolanıklıktan zamanın ortaya çıkıp çıkmadığını gerçekten belirlemek için fizikçilerin bu etkileri gerçek dünya sistemlerinde ölçebilecek deneyler tasarlamaları gerekecektir.
< Resime gitmek için tıklayın >
M = 20 (solda) veya M =50 (sağda) için cm= 0∀m ve κ = 3/4, r = 2/3 olduğunda kabul edilen yörüngelerle birlikte sistem faz uzayının evrimi. (Kaynak: Physical Review A)
Belirsizliklere rağmen, bazıları bu yaklaşımın zamanın daha derin bir şekilde anlaşılmasına yönelik bir adım olabileceğine inanıyor. Rochester Üniversitesi'nde teorik fizikçi olan Adam Frank, zamanın bağımsız, nesnel bir olgu olarak değil, ancak bir sistemin içinden bakıldığında anlamlı olabileceğini öne sürüyor. “Belki de zamanı anlamanın tek yolu dışsal tanrısal bir gözden değil, içeriden, dünyanın böyle bir görünümünü ortaya çıkaran yaşamla ilgili ne olduğunu soran bir perspektiften bakmaktır” dedi.
Eğer ki temel değil de ortaya çıkan bir özellik olarak zaman kavramının geçerliliği kanıtlanırsa, bu birleşik kuantum gravitasyon kuramının gelişiminde atılımlara yol açabilir ve hatta gerçeklik anlayışımızı baştan yeniden şekillendirebilir. Ancak deneyler bu fikirleri onaylayana kadar, zamanın gerçek doğası fiziğin en büyük gizemlerinden biri olmaya devam edecek.
Çevrilen Haber Kaynağı:
Time is an illusion resulting from quantum entanglement - The Brighter Side of News
Orijinal Araştırma:
Magnetic clock for a harmonic oscillator | Phys. Rev. A