Uzay, zamandan doğabilir mi?

• Bir qubit’in zaman içindeki farklı korelasyonları üzerinde hesaplamalar yapan bilim insanları elde edilen sonuçlarının üç boyutlu uzayın mesafe ölçümlerine benzer bir yapı sunduğuna dair ipuçları elde etti. Bu sonuçlar çok önemli bir soruyu ortaya çıkarıyor: Evren zamandan doğmuş olabilir mi?

Bilim dünyasında işler uzunca bir dönemdir yolunda gidiyor. Hatta birçok bilim insanı artık çığır, ufuk açan yepyeni teoriler ve yaklaşımlar konusunda kısırlık yaşandığından şikayetçi. Bilimin “sıkıcı” teorik tekdüzeliğinden şikayet edenler için evrenin zamandan doğmuş olabileceği yönündeki yeni hesaplamalar olağanüstü bir ufuk sunuyor. 

19’uncu yüzyıl fizikçileri uzay ve zamanı ayrı ayrı olgular olarak ele alıyordu. James Maxwell’in elektromanyetik kuramı, Ludwig Boltzmann’ın istatistiksel mekanik alanındaki kuramsal çalışmaları, Lord Kelvin’in termodinamik uygulamaları konusundaki çalışmalarında Newtoncu bakışla uzay ve zaman bağımsız, değişmez ve mutlak olarak ele alınıyordu. 

20’inci yüzyılın başında ise Hermann Minkowski, uzay zaman kavramının matematiksel temellerini attı. 1915 yılında ise Albert Einstein’ın özel görelilik kuramının yayınlanmasıyla birlikte uzay ve zamanın iç içe geçtiği “uzay-zaman” anlayışı fizikteki ana akım görüş haline geldi. Bu kuram büyük cisimlerin evreninde bugüne kadar yapılan her deneyde doğrulandı. Öyle ki genel göreliliğin öngörüleri on yıllar sonra yapılan deneylerle doğrulanmış durumda. 

Günümüzde bir grup bilim insanı, kuramsal alanda yaptıkları çalışmalarla uzay ve zamanın yapısı, zamanın niteliği konusunda bildiğimiz her şeyi alt üst etme kapasitesine sahip soruları ortaya atıyor. 

Zaman ve qubitler arasındaki ilişki

Oxford Üniversitesi’nden Vlatko Vedral ve Hainan Üniversitesi’nden James Fullwood tarafından ortaya konulan matematiksel bir model tek bir qubitin zaman içindeki davranışından elde edilen korelasyonların üç boyutlu uzayın mesafe ölçümlerine benzer bir yapı sunduğunu gösteriyor. 

Öncelikle qubit’in ne olduğundan başlayalım. Qubit, kuantum mekaniğinin temel özelliklerinden yararlanarak “bilgi” taşıyan en küçük birimidir. Klasik bir bit sadece 0 ya da 1 değeri alabilirken qubit, süperpozisyon özelliği nedeniyle bir qubit aynı anda iki durumu da taşır. 

Qubit, farklı zaman aralıklarında ölçüldüğünde belirli istatistiksel korelasyonlar ortaya çıkar. Vedral ve Fullwood gibi araştırmacılar, bu korelasyonları inceleyerek, üç boyutlu uzayda “mesafe ölçmek” için kullandığımız Öklidyen metriğin benzer bir formunun bu verilere “gömülü” olup olmadığını kontrol ediyorlar. Böylece, sadece zaman içindeki ölçümlere dayanarak uzayı andıran bir “geometri” türetmeye çalışıyorlar. Bunun için kuantum bilgiye dayalı bir yaklaşımla, uzayın belki de zaman içindeki kuantum süreçlerinden ortaya çıkabileceğine işaret eden ipuçları elde edilmek isteniyor. 

Qubit zaman ilişkisinden doğan uzay geometrisine benzer yapı

Vedral ve Fullwood, qubitin ilk hâline dair hiçbir şey varsaymadan, sadece ölçümlerden elde edilen verilere dayanarak bu korelasyonların Öklidyen geometrik biçimde düzenlendiğini belirtiyor. Bu qubitin “zaman içindeki davranışından” uzay geometrisine benzer bir yapı çıktığı anlamına geliyor.

Vedral ve Fullwood’un çalışması, fizikte bugüne kadar sahip olduğumuz önkabullere ters düşebilecek bir ipucu içeriyor; çünkü buradaki bulgular, “tek bir qubit + zaman” yaklaşımıyla, üç boyutlu uzay izlerini elde etmenin mümkün olduğunu öne sürüyor.

Elbette bu, “uzay ve zaman tamamen ayrıdır” sonucuna varmak için yeterli değil. Yine de, kuantum bilgi teorisinde ve kozmolojide “zamanın daha temel olduğu, uzayın ise sonradan çıkarsandığı” fikrine ilgi duyan birkaç araştırmacı bulunuyor. 

Örneğin Kanada’daki Perimeter Enstitüsü’nden Lee Smolin gibi bazı bilim insanları, “zamanın uzaydan daha temel” olduğunu ileri sürseler de, bu görüş hâlâ çoğu fizikçi tarafından kabul görmüş değil.

Viyana’daki Kuantum Optiği ve Kuantum Bilgisi Enstitüsü’nden (IQOQI) Thomas Galley gibi araştırmacılar, bu tür fikirleri ilgi çekici bulmakla birlikte, “qubit artı zaman” yaklaşımının nasıl tam bir uzay tanımına denk geleceğinin henüz açıklığa kavuşmadığını vurguluyor. Ayrıca, daha karmaşık kuantum nesnelerinden de benzer veya farklı metriklerin türetilebileceği ihtimali düşünülmeli.

Vedral’a göre, ultrason kuantum nesneleri veya kuantum bilgisayarlar gibi deneysel sistemlerde, qubitlerin davranışlarının incelenmesiyle bu kuramsal sonuçların test edilmesi mümkün olabilir. 

 

 

Zaman kuantum dolanıklılık sayesinde mi doğuyor?

İtalya Ulusal Araştırma Konseyi’nden Alessandro Coppo ve meslektaşları ise zamanın kuantum dolanıklık sayesinde doğduğuna işaret ediyor. 

Bu konuda bir çalışma hazırlayan fizikçiler, tek bir kuantum biti (qubit) ile onunla dolanık bir “saat” sistemi arasında oluşan korelasyonların matematiksel modelini kurguladılar. 

Bu araştırma sonucu elde edilen denklem, uzay-zamanın temel bir yapı olmaktan çok, qubit ve benzeri nesnelerin “zamansal korelasyonların” sonucunda uzamsal özelliklerinin ortaya çıktığı fikrini destekliyor. 

Zamanın oku fikri

Amerika’daki California Üniversitesi ve İngiltere’deki Surrey Üniversitesi’nden Eddy Keming Chen ve Jim Al-Khalili ise, kuantum dolanıklığın zamandaki rolünü evren ölçeğinde ele aldıkları bir çalışmanın sonuçlarını yayınladı. 

Bilim insanlarının çalışmaları, evrenin ilk oluştuğu dönemlerde çok az kuantum dolanıklık olduğunu, evren olgunlaştıkça dolanıklığın arttığını öne sürüyor. Bu artış, “dekoherans” olarak bilinen, geriye döndürülemez bir süreçle ilişkilendiriliyor. Dolayısıyla kuantum dolanıklığın büyümesi, “zamanın bir ok yönünde akması” şeklinde tanımlanan bir kuantum “zaman oku” fikrine temel oluşturabilir.

Fiziğin bir başka bilinen zaman oku da termodinamikten gelir: Evrenin geçmişi daha az “düzensiz” iken geleceğe doğru düzensizlik (entropi) artar. Chen, bu termodinamik zaman oku ile kuantum zaman okunun örtüşüp örtüşmediğini araştırıyor. Henüz net bir sonuca varmasa da, “dolanıklığın artması + entropinin artması” ikilisinin evrende benzer hızlarla ilerliyor olabileceği ihtimalini tartışıyor.

Kuantum kütle çekimini anlama yolunda…

Bütün bu çalışmalar zamanın doğası ve hatta var olup olmadığı yönündeki sorulara cevap olmaktan ziyade daha fazla soru ortaya atmakta. Henüz bu teorileri test edecek teknolojiden uzağız ancak kuantum bilgisayarları teknolojisinde yaşanacak gelişmeler bilim insanlarını umutlandırıyor. Çok büyük simülasyonları işleme kapasitesine sahip bu bilgisayarlarda bahsettiğimiz yaklaşımlar deney konusu yapılabilir. 

Yine çok soğuk atom sistemlerinin izlenip, değerlendirilmesi ile de bilim insanları birçok ipucu elde edilebileceğini düşünüyor. Hali hazırda yapılan deneyler zamanın kuantum dolanıklığının bir korelasyonu ile oluştduğu fikrine destek veren sonuçlar ortaya çıkardı. 

“Zamanın dolanıklıktan çıkması”, “zamanın evrende temel ya da temel olmayan bir parametre olması” gibi tartışmalar, fiziğin en büyük amaçlarından biri olan kuantum kütleçekimini anlamaya giden yolda önemli kilometre taşları oluşturuyor. Ancak henüz hiçbiri, “zamandır” diye tanımladığımız kavramın kesin bir açıklamasını vermiş değil.