Kütleçekimin Kuantum Halini Gösterecek Deneylerin Yapılması Mümkün Olabilir

Sıçrama ve dalgalanmaya yol açan düşen damlacık illüstrasyonu (Görselin Kaynağı: sciencealert.com, Clare Watson)

Kütleçekimi dünyamızın her yerine nüfuz eder, bizi Dünya'ya çeker ve gezegenimizin içinde süzüldüğü Güneş Sistemi'ni, galaksileri ve Evren'i bir araya getirir.

Yine de görünmez bir güç olan kütleçekiminin, maddenin en küçük parçalarıyla aynı kuantum özelliklerini sergileyebileceğini düşünmek fizikteki en çılgın fikirlerden biridir ve test edilmesi şeytani derecede zordur.

Şimdi, Hollanda ve Almanya'dan bir grup fizikçi, kütleçekiminin temelde bir kuantum kuvveti mi olduğunu, özelliklerinin mümkün olan en küçük ölçeklerde mi şekillendiğini yoksa Einstein'ın genel görelilik teorisinde öngördüğü üzere geometrik türde bir klasik "kuvvet" mi olduğunu ortaya çıkarabilecek deneyleri tasarladıklarını iddia ediyorlar.

Doğanın dört temel kuvvetinden üçü kuantum mekaniği ile tanımlanabiliyor, ancak bunların en zayıfı olan kütleçekimi henüz tanımlanamıyor. Kütleçekiminin doğası gereği klasik mi yoksa kuantum mu olduğunun anlaşılması, bu belirgin farklılıkların uzlaştırılmasına yardımcı olabilir ve ayrıca yerçekiminin mevcut çözülmemiş gizemlerinden bazılarının çözülmesine yardımcı olabilir.

Kuantum mekaniği genellikle kuantum etkilerini en net gördüğümüz dünyamızın en küçük parçaları ile ilişkilendirilir: elektronlar gibi atom altı parçacıklar, foton adı verilen ışık paketleri, bütün atomlar ve hatta moleküller arasında.

Kuantum olasılık dalgası/parçacığı ikiliği olarak elektromanyetizmanın taşıyıcı ayar bozonu fotonların temsili. Fotonlar gözle görülür ışık ve ötesinde elektromanyetik alanları meydana getirir. (Görselin Kaynağı: phys.org, Katrina Lobley, Getting the measure of matter (phys.org))

Yine de teorik olarak, gezegenlerden güneş sistemlerine, tüm galaksilere ve muhtemelen tüm Evren'e kadar tüm nesneler, gözlemlenmeden önce bir olasılık spektrumu olarak var olan kuantum mekaniği yasalarıyla tanımlanabilir.

Bununla birlikte, nesnelerin boyutları büyüdükçe ve kütleçekimleri arttıkça, kuantum özelliklerinden sıyrılıp klasik tarafa kayma eğilimi gösterirler - ki biz de onları bu şekilde tanıyoruz.

Bununla birlikte, daha güçlü kütleçekimi alanlarına sahip daha ağır kütleler, aynı anda birkaç durumda var olan ve dolaşık hale gelen bir kuantum parçacığı gibi davranabilirse, o zaman tespit edilmesi delicesine zor olacaktır. Çünkü şimdiye kadar 'kuantumluk hali' için başvurulan test olan kuantum dolanıklığı olgusu inanılmaz derecede kırılgandır ve atom altı seviyelerde bile en ufak bir rahatsızlıkla çöker.

Amsterdam Üniversitesi'nde matematiksel fizikçi olan Ludovico Lami ve meslektaşları makalelerinde, "Kütleçekim etkileşiminin diğer tüm kuvvetlere kıyasla aşırı zayıflığı, bizi onun nihai doğasını henüz araştıramamak gibi acı bir duruma soktu" diyor.

Kütleler ve kütleçekim alanları arasında kuantum dolanıklığı arayan önceki deneylerde, fizikçilerin dolanık bir duruma geçtiğini gözlemledikleri en ağır nesne, kütleçekim alanının tespit edildiği en küçük kütleden bir kentilyon kat daha hafiftir. Bilim insanlarına göre bu, "kayda değer bir kütleçekim alanı" oluşturmak için hala çok küçük.

Bu çıkmazı aşmak için Lami ve meslektaşları, herhangi bir dolaşıklık oluşturmadan veya tespit etmeye gerek kalmadan kütleçekiminin 'kuantumluğunu' ortaya çıkarabilecek bir dizi deney önerdiler.

Deneyler, İngiliz bilim adamı Henry Cavendish'in 1797'de yerçekiminin gücünü ilk kez ölçmek için kullandığına benzer iki burulma sarkacının yanı sıra bazı kalkanlar, aynalar ve lazerler içerecektir.

Bu deneyler şimdilik tamamen teorik kalmaktadır, ancak bu Lami ve meslektaşlarını, kütleçekiminin klasik olması durumunda üstesinden gelememesi gereken kuantum hali için belirli deneysel sinyaller üzerindeki üst sınırları hesaplamaktan alıkoymamıştır.

"Önerimizi gerçek deneylerde uygulamak için gereken deneysel gereksinimleri dikkatle analiz ettik," diye açıklıyor Lami, "ve hala bir dereceye kadar teknolojik ilerlemeye ihtiyaç duyulsa da, bu tür deneylerin yakında gerçekten ulaşılabilir olabileceğini gördük."

Ancak, araştırmacılar hesaplamalarında hararetle tartışılan bazı varsayımlarda bulundular. Kuantum kütleçekimini tespit edebilecek diğer masa üstü deneyleri için de başka öneriler var.

Çalışma Physical Review X dergisinde yayınlandı.

-----------------------------------------

Yapay zeka desteğiyle düzeltmeler yaparak çevirdiğim kaynak:

Study: Experiments That Could Show Gravity's 'Quantumness' Are Achievable : ScienceAlert

Konunun ilgilisi için orijinal çalışma:

Testing the Quantumness of Gravity without Entanglement (aps.org)

Phys. Rev. X 14, 021022 (2024) - Testing the Quantumness of Gravity without Entanglement (aps.org)