Kuantum yerçekimi testleri sıradan uzay-zamanı süperpozisyonla karıştırabilir

Etrafımızdaki her şey, atomlardan moleküllere, gezegenlerden galaksilere kadar, olağanüstü derecede başarılı iki fizik teorisi tarafından yönetilmektedir: kuantum mekaniği ve yerçekimi. Kuantum mekaniği mikroskobik dünyanın davranışını açıklarken, Einstein’ın yerçekimi teorisi yıldızların hareketini, kara delikleri ve evrenin genişlemesini açıklıyor. Başarılarına rağmen fizikçiler hala bir teori arayışındalar. “kuantum yerçekimi” bu onları tek bir doğa tanımında birleştirecekti.

Böyle bir teorinin en çok beklenen özelliklerinden biri, kütle çekiminin kuantum mekaniği yasalarına uyması gerektiğidir. İşin zorlaştığı nokta da burasıdır: Kuantum mekaniği, herhangi bir nesnenin aynı anda birden fazla yerde konum değiştirebileceğini öngörür; bu, atomlarla ve hatta küçük metal yığınlarıyla yapılan deneylerde rutin olarak test edilir. Einstein’ın teorisine göre yerçekimi, uzay ve zamanın kendisidir; yerçekimi dalga dedektörleri tarafından doğrulandığı gibi kavisli, düz olabilir ve hatta içinden yayılan dalgalara sahip olabilir. Pek çok fizikçi, bir kuantum nesnesinin etrafındaki uzay-zamanın da birden fazla biçimde var olabileceğine inanıyor. “eyaletler” aynı anda.

Peki böyle bir durum gerçekte nasıl görünür?

Yerçekimiyle ilgili iki geçerli görüş

Yayınlanma yeri npj Kuantum BilgisiKyushu Üniversitesi, Waterloo Üniversitesi ve Stockholm Üniversitesi’nden araştırmacılar, evrensel bir çerçeve olmamasına rağmen bazen cevabı bilebileceğimizi gösterdi.

Ekip, birçok senaryonun şu şekilde tanımlandığını gösteren yeni bir teorik çerçeve geliştirdi: “yerçekiminin kuantum süperpozisyonu” kuantum parçacıklarının kuantum süperpozisyonlarında olduğu, ancak kuantum yerçekimi imzaları olmadan sıradan yerçekimini ve uzay-zamanı hissettiği bir duruma eşdeğerdir.

“Pek çok araştırmacı, yerçekiminin kuantum doğasını potansiyel olarak ortaya çıkarabilecek deneyler önerdi.” Kyushu Üniversitesi İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden Doçent Joshua Foo ve çalışmanın baş yazarı şöyle açıklıyor: “Bulduğumuz şey, bu senaryolardan bazılarının eşit derecede geçerli iki perspektiften görülebileceğidir. Yorumlardan biri yerçekimini kuantum süperpozisyonunda olarak tanımlarken, diğeri sıradan bir yerçekimi alanında hareket eden kuantum parçacıklarını tanımlıyor.”

Araştırmacılar bu fikre şöyle diyor: “Uzay-zaman Süperpozisyonlarının Göreliliği.” Tıpkı iki haritanın aynı manzarayı farklı projeksiyonlar kullanarak tanımlayabildiği gibi, araştırmacılar kuantum yerçekimine benzeyen şeyin birçok durumda klasik yerçekimi ve uzay-zaman kullanılarak tanımlanabileceğini ve içindeki herhangi bir parçacığın hareketinin uygun bir kuantum durumuna haritalanabileceğini buldu.

Bir belirsizlik deneyi çözülmeli

Bu, kütle çekiminin klasik olduğu anlamına gelmediği gibi, kuantum kütle çekiminin varlığını da dışlamaz. Bunun yerine, yerçekiminin kuantum yönünü test eden deneylerin nasıl yorumlanabileceği konusunda önemli bir belirsizliği ortaya koyuyor.

“Çalışmamız bize bu tür deneylerin kuantum kütleçekimini dışladığını söylemiyor.” diyor Stockholm Üniversitesi’nden Magdalena Zych ve makalenin yazarlarından biri. “Daha ziyade, hangi deneysel imzaların gerçekten yerçekiminin kuantum tanımını gerektireceğini ve hangilerinin daha tanıdık fizikten kaynaklanabileceğini belirlememize yardımcı olur. Bu ayrım gelecekteki deneyleri tasarlamak için çok önemlidir.”

Araştırma son derece temel soruları ele alırken tarih, doğanın en derin yasalarını çalışmanın çoğu zaman beklenmedik ilerlemelere yol açtığını gösteriyor. GPS navigasyonu, lazerler ve modern elektronikler gibi teknolojilerin tümü teorik kuantum fiziği ve Einstein’ın yerçekimi teorisindeki keşiflerden doğmuştur.

Çalışma, araştırmacılara deney tasarlamak için bir yol haritası sağlıyor. Çerçeve, yerçekiminin klasik ve kuantum tanımları arasında hangi gözlemlerin gerçekten ayrım yapabileceğini belirleyerek, modern bilimde en çok aranan teorilerden birine ilişkin kanıt arayışını daraltıyor.

“Yerçekimi ve kuantum mekaniğinin birbirine nasıl uyduğunu anlamak fizikteki en büyük zorluklardan biridir.” Foo sözlerini tamamladı. “Yerçekiminin kuantum doğasını test etmeden önce, onu bulduğumuzu hangi kanıtın kanıtlayacağını bilmemiz gerekiyor. Çalışmamız bu soruyu açıklığa kavuşturmaya yardımcı oluyor.”