Fizikçiler, vakitsiz cihan fikrini birinci defa laboratuvar ortamında simüle etti

Günlük hayatımızda zamanı sürekli akan, geçmişten geleceğe doğru ilerleyen temel bir gerçeklik olarak kabul ediyoruz. Ancak özellikle kuantum fiziği alanında geliştirilen bazı teoriler, zamanın evrenin temel yapı taşlarından biri olmayabileceğini öne sürüyor. Bu teorilere göre evrenin en temel seviyesinde aslında bir “saat” bulunmuyor; zaman hissi ise sistemin farklı parçaları arasındaki ilişkilerden ortaya çıkıyor. Tabii bu fikir bugüne kadar teorik düzeyde kalmıştı. Ancak kısa süre önce İngiltere’de dikkat çekici bir araştırmaya imza atıldı. Birmingham Üniversitesi’nde görevli fizikçi Giovanni Barontini, bu sıra dışı fikri laboratuvar ortamında test etmeyi başardı.

Araştırmacılar Laboratuvarda Bir “Mini Evren” Oluşturdu

Haberi okuduğunuz için teşekkürler, bizi takip etmeyi unutmayın!

Physical Review Research dergisinde yayımlanan araştırmada Barontini ve ekibi, zamanın harici bir saate ihtiyaç duymadan ortaya çıkabileceğini gösteren bir deney gerçekleştirdi. Araştırmacılar, mutlak sıfırın yalnızca birkaç milyarda bir derece üzerinde soğutulan yaklaşık 24 bin rubidyum atomundan oluşan izole bir kuantum sistem kurdu. Lazerler kullanılarak oluşturulan ince bir bariyer sayesinde sistem iki bölüme ayrıldı: gözlemlenebilen “parlak” bölge ve doğrudan gözlemlenmeyen “karanlık” bölge.

Kurulan sistem, araştırmacıların tanımıyla küçük ölçekli bir evren gibi davranıyordu. Parlak bölge belirli aralıklarla genişleyip daralıyor, bu da kozmolojideki Büyük Patlama (Big Bang) ve Büyük Çöküş (Big Crunch) senaryolarını andıran bir döngü oluşturuyordu. İlginç olan nokta ise bu sürecin dışarıdan bir zaman referansına ihtiyaç duyulmadan takip edilebilmesiydi. Araştırmacılar, zamansız evren fikrini test etmek için “saat gibi bir zaman ölçüsü kullanmadan olayların sırasını çıkarabilir miyiz?” sorusuna odaklandı. Sonuç: Sadece sistemin içindeki değişimler incelenerek olayların sırası yeniden oluşturulabiliyordu. Çünkü sistemde yaşanan fiziksel değişimler, zamanın akışını tanımlamak için yeterli olabiliyor. Bu da zamanın dışarıdan işleyen evrensel bir mekanizma yerine, sistemin kendi iç dinamiklerinden ortaya çıkan bir özellik olabileceğini ortaya koydu.

Araştırmacıların öne sürdüğü fikir, zamanın nasıl tanımlandığıyla ilgili. Geleneksel anlayışta zamanın var olduğu ve fiziksel değişimlerin bu zamanın içinde gerçekleştiği kabul edilir. Ancak bu çalışmada önerilen alternatif görüşe göre asıl temel olan şey değişimlerin kendisi. Zaman ise bu değişimlerden ortaya çıkan ve bizim deneyimlediğimiz bir olgu.

Zamanın Kaynağı Entropi Olabilir

Deneyin en dikkat çekici sonuçlarından biri de zamanın entropiyle olan ilişkisini ortaya koyması oldu. Fizikte entropi, bir sistemdeki düzensizlik veya bilgi dağılımının ölçüsü olarak tanımlanıyor. Termodinamiğin ikinci yasasına göre entropi genel olarak artma eğiliminde olduğu için, fizikçiler uzun zamandır zamanın tek yönlü akışını açıklamakta entropinin önemli bir rol oynadığını düşünüyor.

Barontini’nin deneyinde atomlar parlak ve karanlık bölgeler arasında hareket ettikçe parçacıkların dağılımı sürekli değişti. Araştırmacılar, bu dağılım değişiminin zamanın ilerleyişiyle doğrudan bağlantılı olduğunu gözlemledi. Dağılım arttığında ya da azaldığında sistem zaman içinde ilerliyormuş gibi davranırken, dağılımın sabit kaldığı anlarda zamanın da adeta durduğu görüldü.

Araştırmacılar bu kavramı “entropik zaman” olarak tanımlıyor. Çünkü bu zaman anlayışı, bildiğimiz zaman gibi tek yönlü ilerliyor ve olayları doğru sıraya koyabiliyor. Ayrıca sistemdeki entropi değişiminin hızına bağlı olarak zamanın akışı da hızlanabiliyor veya yavaşlayabiliyor.

Kuantum Fiziğinin Temel Denklemlerinden Biri Yeniden Yorumlandı

Çalışmanın bir diğer önemli sonucu ise kuantum mekaniğinin temel taşlarından biri olan Schrödinger denklemiyle ilgili. Araştırmacılar, bu denklemin entropik zaman kullanılarak da ifade edilebildiğini gösterdi. Böylece bir kuantum sisteminin olasılık dağılımlarının zaman içinde nasıl değişeceği, geleneksel zaman kavramı yerine entropi temelli bir zaman tanımıyla da hesaplanabiliyor.

Bu bulgu, zamanın gerçekten temel bir fiziksel büyüklük olup olmadığına dair tartışmaları yeniden alevlendirebilir. Özellikle Wheeler-DeWitt denklemi gibi bazı kuantum kütleçekimi teorilerinde zamanın doğrudan yer almaması, fizikçilerin uzun yıllardır çözmeye çalıştığı bir problem olarak öne çıkıyor. Yeni çalışma ise bu tür teorilerin laboratuvar ortamında test edilebileceğini göstermesi açısından dikkat çekiyor.

Elbette bu deney, zamanın kesin olarak temel bir özellik olmadığını kanıtlamıyor. Ancak araştırmacılara göre elde edilen sonuçlar, zamanın evrenin temel yapı taşlarından biri olmaktan ziyade daha derin fiziksel süreçlerden ortaya çıkan bir olgu olabileceği fikrine önemli bir deneysel destek sunuyor. Üstelik geliştirilen yöntem gelecekte daha karmaşık sistemlere uygulanarak erken evren koşullarının, kara deliklerin ve kuantum kütleçekimi teorilerinin laboratuvar ortamında incelenmesine de yardımcı olabilir. Böylece bugüne kadar yalnızca teorik fizikçilerin tartıştığı bazı sorular, ilk kez deneysel olarak test edilebilir hâle gelebilir.