Dünyanın en iyi saatleri, zamanı uzatacak ve fiziğin sınırlarını test edecek garip kuantum ve göreceli etkiler karışımına duyarlı olabilir.
Zamanın kuantum doğası nedir? Öğrenmek üzere olabiliriz
Gerçekten kuantum bir nesne için zaman geçişi nasıl görünüyor? Dünyanın en iyi saatleri yakında bu soruyu cevaplayabilir, zamanın kuantum aleminde nasıl gerilebileceğini ve değişebileceğini ve keşfedilmemiş fizik alanlarını araştırmamızı sağlayabilir.
Zamanın geçişinin değişebileceği veya genişleyebileceği fikri, Albert Einstein’ın özel görelilik teorisinden kaynaklanıyor. Einstein, bir nesne ışık hızına yaklaştıkça, zamanın sabit bir gözlemciye göre daha yavaş ilerlediği görülüyor. Bu fikri genel görelilik teorisi ile genişletti, bir yerçekimi alanının aynı zamana sarsılan etkiye sahip olduğunu gösterdi. New Jersey ve meslektaşlarındaki Stevens Teknoloji Enstitüsü’nde Igor Pikovski, iyonlardan yapılan ultra kolt saati ile ölçüldüğü gibi mikroskobik kuantum dünyasında zamana benzer bir şey olup olmadığını anlamak istediler.
Pikovski, “Bugüne tarihimiz gereken herhangi bir deney, her zaman klasik zaman, kuantum mekaniği ile ilgisi olmayan zaman gibi bir şey algılıyor” diyor. “İyon saatleriyle bu açıklamanın başarısız olduğu bir rejim olduğunu fark ettik” diyor.
Bu tür saatler, lazerler tarafından vurularak mutlak sıfıra yakın sıcaklıklara soğutulmuş binlerce iyondan yapılır. Bu aşırı sıcaklıklarda, iyonların kuantum durumları ve içindeki elektronlar elektromanyetik kuvvetlerle çok hassas bir şekilde kontrol edilebilir. Buna göre, iyon saatlerinin keneleri, iki spesifik kuantum durumu arasında tekrar tekrar salınan bu elektronlar tarafından ayarlanır.
Operasyonları kuantum mekaniği yasaları tarafından dikte edildiğinden, bu saatler Pikovski ve meslektaşları için saatlerin kenelerini etkilemek için göreceli ve kuantum etkilerinin nasıl karışabileceğini keşfetmeleri için mükemmel bir ortamdı. Pikovski, araştırmacıların artık bunun gerçekleşmesi gereken birkaç örnek belirlediklerini söylüyor.
Bir örnek, kuantum fiziğinin hiçlikten nefret ettiği gerçeğinden kaynaklanmaktadır. Kesinlikle hareketsiz ve donmuş olmak yerine, son derece düşük sıcaklıklarda bile kuantum nesneleri dalgalanmalı, rastgele enerji kazanmalı veya kaybetmelidir. Ekibin hesaplamaları, bu dalgalanmaların bir saatin zaman ölçümünü genişletebileceğini gösterdi. Etki çok küçük, ancak mevcut iyon saat deneyleri ile gözlemlenebilir.
Araştırmacılar ayrıca, bir saatin iyonları birkaç kuantum durumunun bir “üst üste binmesini” üretmek için “sıkılırsa” ne olacağını matematiksel olarak modellediler. İyonlardaki elektronlar tarafından belirlenen saatin işaretlemesinin, iyonun hareketine ayrılmaz bir şekilde bağlanacağını buldular – iyonların ve elektronların durumları kuantum dolaşacaktı. Colorado Eyalet Üniversitesi ekip üyesi Christian Sanner, “Normalde deneylerde, dolaşım mühendisliği için hileler oynamanız gerekiyor. Buradaki büyüleyici olan şey, isteseniz de isteyip istemediğinizdir” diyor.
Pikovski, devletlerin süperpozisyonundaki kuantum nesnesinin sadece bir zaman duygusu yaşayamayacağını, ancak bir deneyde etkinin hiç gözlemlenmediğini sezgisel hale getirdiğini söylüyor. Yakın gelecekte mümkün olması gerektiğini söylüyor.
Stevens Teknoloji Enstitüsü’ndeki ekip üyesi Gabriel Sorci, bir sonraki adımın başka bir önemli modern fizik bileşeni – yerçekimi eklemek olduğunu söylüyor. Ultracold saatleri, örneğin birkaç milimetre bile yükseltildiğinde, Dünya’nın yerçekimi çekiminin gücündeki küçük değişiklikler nedeniyle zaman dilatasyonunu zaten tespit edebilir, ancak bu etkinin tam olarak saatin doğal kuantumuyla nasıl karışacağı açık bir sorudur.
Colorado’daki ABD Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü’nde David Hume, “Bunun şu anda sahip olduğumuz teknolojiyle ilgili olarak oldukça makul olduğunu düşünüyorum” diyor. En büyük zorluğun, Pikovski’nin ekibinin ima ettiği etkileri aşmak için saat ortamından küçük rahatsızlıkların önlenmesi olacağını söyledi. Başarılı olursa, bu tür deneyler, kuantum teorisi ve özel görelilik teorisi, çağdaş fiziğin çoğunu sürdüren iki sütun olmasına rağmen, araştırmacıların daha önce yapamadıkları fizik fenomenlerini araştırmalarına izin verecektir.
New Hampshire’daki Saint Anselm Koleji’nde Alexander Smith, “Bunun gibi deneyler heyecan verici çünkü bu teorileri yeni bir şey öğrenme şansımızın olduğu bir alanda birbirleriyle yüzleşmeye zorlıyorlar” diyor.
