Planck Ölçeğinde Uzay-Zaman Ne Kadar Sessiz?

Öne Çıkanlar

Fermilab bilim insanları, bilinen fiziğe göre hayal edilebilecek en küçük ölçekte uzay ve zamanın kuantum dalgalanmalarını aramak için deneyler yapıyorlar. 

Kuantum mekaniği bize her şeyin sürekli olarak küçük ölçeklerde dalgalandığını söylüyor, ancak Planck ölçeğindeki uzay ve zaman titreşimlerinin kendisi o kadar küçük ki laboratuvarda daha önce hiç ölçülmemiş. Hareketin Planck ölçeğinde daha iyi anlaşılması, fizikçilerin temel ve önemli bir soruyu yanıtlamasına yardımcı olabilir: Bir şeyler neden belirli zamanlarda ve yerlerde sürekli meydana geliyor?

Planck ölçeğinin herhangi bir deneyde çalışmak için çok küçük olduğu uzun zamandır düşünülüyordu, ancak Fermilab ekibi olarak yaklaşık 10 yıl önce bunu yine de denemeye karar verdik ve bunu yaparken yaşayacağımız bazı sorunları aşmak ve en küçük dalgalanmaları aramak için Fermilab Holometre adlı bir cihazı yaptık.

Kuantum madde ve uzay-zaman: açıklanamayan tek bir gerçekliği paylaşan iki dünya sistemi

Bir kuantum sistemi, madde ve enerjiden oluşan herhangi bir şeydir ve içindeki hiçbir şey, ölçülene kadar belirli bir yerde ve zamanda gerçekleşmez. Uzay-zaman tam tersi gibi görünüyor: Her şey yerel olarak belirli bir yerde gerçekleşir, ancak özellikleri yalnızca yerel olmayan olarak, yani farklı yerlerde olanları karşılaştırarak ölçülebilir.

Her nasılsa, bu iki farklı dünya sistemi – kuantum madde ve uzay-zaman – aynı gerçek fiziksel dünyayı paylaşır ve etkileşime girer. Yerel mutlak uzay, herkesin bir atlı karıncada başını döndürerek ya da deneyime girerek görebileceği gibi, maddeyi doğrudan etkiler. Madde çekimin kaynağı olduğu için, belli ki uzay ve zamanı etkiliyor. Saf uzay-zamandan oluşan kütleçekim dalgaları “boş” uzayda bile enerji ve bilgi taşır ve madde kara delikler şeklinde saf uzay-zamana dönüşebilir. Ancak kuantum şeylerin uzay ve zamanla nasıl bir ilişkisi olduğunu kimse tam olarak anlamıyor.

Günlük yaşamda ve hatta çoğu Fermilab deneyinde bile kuantum uzay-zamanı unutmanın kolay nedeni, gerçekte ölçtüğümüz hiçbir şeyi etkilememesidir. Uzay-zamanın kendisinde bir miktar kuantum belirsizliği olması gerekmesine rağmen, standart teori için yalnızca tek kuantum parçacıklarının kara delikler oluşturduğu uzunluğun altında ölümcül hale gelir. Bu, Planck uzunluğu dediğimiz küçük ölçek.

Holometrenin hiçbir şeyi ölçmedeki başarısı

Mütevazı, 40 metrelik bir ölçekte Holometre, Hanford, Washington’daki Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi ve uzak nesnelerden gelen yerçekimi dalgalarını tespit etmek için kullanılan Louisiana Livingston gibi dev dedektörlere benziyor . LIGO gibi, uzay ve zamanın titremesini ölçmek için aynalar ve ışık – lazer interferometreler – kullanılıyor. Holometrede, bir sistem olarak bir araya getirilen lazer ışığı ve aynalar, bir yönde 40 metre uzunluğunda ve diğerinde 40 metre uzunluğunda yerel olmayan bir kuantum nesnesi haline geliyor. Ayna konumlarındaki kuantum farklılıklarına bağlı bir çıkış sinyali oluştururlar. Düzeneğin ölçeğinde tutarlı bir şekilde ilişkilendirilmişlerse, her Planck zamanında yalnızca bir Planck uzunluğundaki göreli konumdaki rastgele değişikliklerden gelen dalgalanmaları ölçebiliriz.

İlk deneyimizin sonuçlarını birkaç yıl önce yayınladık. Bir anlamda deney çok ciddi bir başarıydı, çünkü hiçlik denebilecek bir şeyi eşi benzeri görülmemiş bir hassasiyetle ölçmeyi başardık: Beklentimiz Planck ölçeğindeki titreşimlerde büyük bir etki görebilmeyi umuyorduk. Ama böyle bir titreme bulamadık. Planck alanı sessizdi.

Bununla birlikte, bu deney uzay-zamanda her türlü dalgalı hareketi dışlamadı. Örneğin, interferometrelerinin kolları düz olduğundan, aparat tamamen dönme hareketiyle sallanırsa lazer ışığı etkilenmezdi: Aynalar, ışına göre yanlara doğru hareket ederdi.

Uzay-zamanda Planck ölçeğindeki katlanmaları arama

Genel görelilikte, dönen madde uzay-zamanı beraberinde sürükler. Dönen bir kütlenin varlığında, bir jiroskopla ölçülen yerel dönmeyen çerçeve, uzak yıldızlarla ölçüldüğü üzere uzaktaki evrene göre döner. Kuantum uzay-zaman, yerel çerçevenin Planck ölçeğinde bir belirsizliğine sahip olabilir; bu, ilk deneyimizde tespit edemeyeceğimiz rastgele dönme dalgalanmalarına veya bükülmelere yol açabilir ve herhangi bir normal jiroskopta tespit etmek için çok küçük olabilir. .

Böylece yeni bir deney yaptık. Aparatı yeni bir şekilde yeniden inşa ettik. Bazı lazer ışığını farklı yöne yönlendirmek için ekstra aynalar ekledik, böylece sinyal tutarlı dönüş titremelerine veya bükülmelerine yanıt verecekti.

Yeni cihazımız, çok kısa süreler için inanılmaz derecede hassas ölçümler yapabilecek bir jiroskoptur. Saniyede milyon kez rastgele yön değiştiren, ancak cihazın zıt taraflarını metrenin milyarda biri milyarda biri kadar hareket ettiren sarsıntıyı tespit edebiliriz – bu, kıtaların kaymasından çok daha yavaş bir hızdır. Bizim aparatımızda, her Planck zamanında yaklaşık bir Planck uzunluğunda rastgele dalgalanan kıvrımlara karşılık gelmekte.

Bu yeniden yapılandırılmış Holometre ile son deneyimizi kısa süre önce tamamladık. Nihai sonucumuz, uzay-zaman dokusunda Planck ölçeğinde belirli bir türden bükülmeler olmadığı şeklinde yorumlanabilecek titreme olmamasıdır. Planck ölçeğinde uzay-zaman gerçekten çok sessiz görünüyor.

Bu yazı Astraphysic.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı Phys.org sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astraphysic.com içerik izinlerine tabidir. Astraphysic.com referans gösterilmek koşuluyla kullanıma izin verilmiştir.

Kaynak: “https://phys.org/news/2021-02-random-quiet-quantum-space-time-planck.html

Craig Hogan, Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı

Çeviri: Sinan YAVUZ

Diğer Yazılar

Okuyucu Yorumları

Bir Cevap Yazın

Popüler İçerikler