Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Süper Akışkan Uzay-Zaman

Hazırlayan: Ece Özen
Facebooktwittergoogle_plusredditlinkedintumblrmail

Uzay ve zamanı bir akışkan olarak kabul etmek, kuantum mekaniği ve göreliliği bağdaştırmamıza yardımcı olabilir.

Eğer uzay-zaman bir akışkan olsaydı, elbette özel bir akışkan olması gerekirdi. Akışkan uzay-zaman kavramı bazı fizikçilere göre fiziğin baskın iki teorisi arasındaki şaşırtıcı anlaşmazlıkları çözmemize yardım edebilirdi. Astrofiziksel gözlemlerin ve akışkan uzay-zaman kavramı üzerine yapılan tahminlerin karşılaştırılmasıyla yapılan son araştırmalar gösteriyor ki akışkan uzay-zaman kavramı yalnızca uzay-zamanın akıl almaz derecede pürüzsüz ve akışkan olduğu, diğer bir deyişle uzay-zamanın bir süper akışkan olduğu durumlarda kullanılabilir.

SpaceTime00

Uzay-zamanı akışkan olarak düşünmek yararlı bir benzetme olabilir. Genellikle evrenin esas zemini olarak uzay ve zamanı betimleriz. Fakat ya eğer uzay ve zaman evrenin esas zemini değilse, bunun yerine evrenin zemini bizim algılayamadığımız gerçekliğin derin katmanlarındaki küçük malzemelerden inşa edildiyse? Eğer durum buysa, uzay-zamanın özellikleri, suyun özelliklerinin içerdiği parçacıklardan ortaya çıkması gibi, kendi bileşenlerinin fiziğinin temellerinden ortaya çıkacak. College Park, Maryland Üniversitesi’nden fizikçi Ted Jacobson bu durumu şöyle açıklıyor:

Su ayrık bir maddedir, kuantum mekaniğinin yasalarına göre etkileşime giren özgün moleküllerden oluşur ama sıvı su sürekli, akışkan, saydam ve yansıtıcı görünür. Ortaya çıkan bu özellikler suyu oluşturan özgün moleküllerin hiçbirinde yoktur, hatta bu özellikler bu özgün moleküllerin özelliklerinden tamamen farklıdır.

Fizikçiler bu olasılığı büyük ölçeklerde kütleçekiminin baskın teorisi olan genel görelilik ve evrenin en küçük parçalarına hükmeden teori olan kuantum mekaniğini uzlaştırma girişiminde bulundukları 1990’lardan beri dikkate alıyorlar.  İki teori de kendi alanlarında mükemmel çalışıyorlar ama çok büyük hacme ve çok küçük kütleye sahip karadelikler gibi büyük ve küçük ölçeklerin beraber bulunduğu durumlarda anlaşmazlıklar ortaya çıkıyor. Çoğu fizikçi bu problemi kütleçekimi nicelemeyle, kuantum mekaniğinde parçacıkların enerji seviyelerinin ayrık paketlere bölünmesi gibi daha küçük parçalara bölerek çözmeyi denediler. Triese, İtalya’daki Uluslararası İleri Araştırmalar Okulu’ndan fizikçi Stefano Liberti konuyla ilgili şunları söylüyor:

Kütleçekimi nicelemenin pek çok denemesi var; Sicim kuramı ve döngü kuantum kütleçekimi işlerin iyi gittiğini gösteren alternatif yaklaşımlar. Fakat belki de kütle çekimini nicelendirmeniz gerekmiyordur, uzay-zamanı oluşturan temel nesneleri nicelendirmeniz gerekiyordur.

Liberati, Munih Ludwig Maximilian Üniversitesi’nden meslektaşı Luca Maccione ile birlikte bu fikrin evrende ışık hızıyla seyahati nasıl etkileyeceğini keşfettiler. Akışkan gibi hareket eden yeni uzay-zaman, diğer uzay-zaman teorilerinden direkt olarak ayrışmaz. Ancak çok enerjik ışık parçacıkları gibi aşırı durumlarda, Liberati ve Maccione farkedilebilir değişiklikler buldular. Aslında, Yengeç Bulutsusu’nu kaçan ve evrende uçuşmaya başlayan yüksek enerjili fotonların gözlemleri üzerindeki çalışmalarının sayesinde, fizikçiler yeni uzay-zamanın belirli sürümlerini gözardı edebiliyorlardı. Bulgulara göre uzay-zaman eğer tamamen bir akışkansa, bir süper akışkan olmalıydı. Araştırmacılar elde ettikleri bulguları Nisan ayında Physical Rewievs Letters’da yayınladı.

2006-01-14_Surface_waves

Bu modellemeye göre parçacıklar uzay-zamanda okyanustaki dalgalar gibi hareket eder ve akışkan mekaniği ya da diğer adıyla yoğun madde fiziği yasaları uygulanabilir. Fizikçiler daha önce uzay-zamanda parçacıkların enerjilerinin farklı dağılımını, dalgaların farklı dalga boylarındaki dağılımlarıyla veya suyun içinde farklı hızlardaki hareketleriyle açıklıyorlardı. Liberati ve Maccione’nin son çalışmaları başka bir akışkan etkisini daha hesaba kattı: yayılma. Dalga bir ortamda hareket ettikçe enerji kaybeder. Araştırmacıların bulguları gösteriyor ki bu azalma etkisi uzay-zamanda hareket eden fotonlara da etki eder. Araştırmacılara göre bu etki küçük olmasına rağmen, yüksek enerjili fotonlar çok uzun mesafeler katettiğinde farkedilebilir miktarda enerji kaybederler.

Bu duruma gerçek hayattan en iyi örnek, Dünya’dan 6,500 ışık yılı ötedeki Yengeç Bulutsusu’ndaki yüksek enerjili x ve gamma ışınları yayan bir süpernovadır. Eğer uzay-zaman akışkan özelliklere sahipse, bu ışınlar bize ulaştığında enerjileri bir şekilde harcanmış olacaktır. Ancak Yengeç Bulutsusu gözlemlerinde böyle bir işarete rastlanmadı. Liberati konuyla ilgili şunları söylüyor:

Enerji kaybı çok küçük de olsa enerji spektrumu ciddi şekilde etkilenirdi, çünkü fotonlar çok uzun zamandır seyahat ediyorlar.

Enerjide bir harcanma belirtisine rastlanmaması sonucunda araştırmacılar uzay-zaman üzerindeki akışkan etkisine sağlam bir kısıtlama koydu. Araştırmalar eğer böyle bir akışkan etkisi varsa bile bu etkinin çok az olması gerektiğini gösteriyor. Liberati:

Bu sonuçlar bize bu fikrin reddedildiğini söylemiyor.

Bulgular akışkan uzay-zaman teorisinin olasılığının gerçek olması için uzay-zaman enerji sönümlemesini en aza inmesine sebep olacak şekilde viskozitesi çok az olan bir akışkanın –bir süper akışkan– olması gerektiğini gösteriyor.

Yengeç Bulutsusu

Yengeç Bulutsusu

Akışkan uzay-zaman teorisini destekleyenler arasında bile bu teori çok popüler değil ve belki de olasılık dışı. Peki ya doğruysa? Paris-Sud Üniversitesi’nden fizikçi Renaud Parentani konuyla ilgili şunları söylüyor:

Kesinlikle hiçbir fikrim yok. Dürüst olmak gerekirse, bence hiç kimsenin fikri yok. Tüm yaptığımız çeşitli olasılıkları olan bir model ortaya çıkarmak.

Eğer uzay-zaman bir süper akışkansa ve farklı enerjilere sahip olan fotonlar farklı hızlarda hareket ediyor veya zamanla enerji kaybı oluyorsa, bunun anlamı göreliliğin tüm durumlarda geçerli olmadığıdır. Göreliliğin temel ilkelerinden biri Lorentz yasalarına göre ışık hızının gözlemcinin referans sistemine göre değişmeyeceğidir.

Uzay-zamanla ilgili bu olasılık bildiğimiz görelilikte oldukça radikal bir bozulmaya sebep olur.

diyor Jacobson. Buna rağmen, bu durum görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirmeye çalıştığımızda ortaya çıkan sorunların giderilmesinde potansiyel yollar açmaya yardımcı olabilir.

Göreliliğin bozulması, elimizdeki teorilerde ortaya çıkan ve fiziksel olarak olasılık dışı gibi görünen bazı niceliklerin ayrıştırılması için yeni olasılıkların ortaya çıkmasına olanak veriyor.

Eğer uzay-zaman bir süper akışkansa, teorik fizikçiler için sörf zamanı geldi demektir.

Çeviren: Ece Özen

Kaynak

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yorum

Yazar Hakkında

Ece Özen

Marmara Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği öğrencisi. Kendisi hakkında bütün bildiği bu kadar. Hayat zor, hayat acımasız, bir de sıkıcı...