Uzayda Dördüncü Boyut Var mı?

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleineFizikçiler dördüncü boyut özelliklerini inceleyen iki deney yaptı. Evren üç boyutlu, ancak yeni deneylerle 3B uzayda çözemediğimiz bazı zor problemleri de cevaplayacağız ki buna kara delikler, solucandelikleri ve sayılar teorisi dahil. En önemlisi de 4B uzay deneyleriyle daha hızlı kuantum bilgisayarlar geliştireceğiz.

Dört boyutlu hiperküp

Ünlü astronom Carl Sagan, 80’li yıllarda yayınlanan Kozmos belgeselinde, İngiliz öğretmen Edwin Abbott Abbott’un Düzlemler Ülkesi (Flatland) adlı kitabından esinlenerek dört boyutlu hiperküp ve ekstra uzay boyutlarını anlatmıştı.

Evrenin neden üç boyutlu olduğunu, Christopher Nolan’ın yönettiği Interstellar filmindeki solucandeliği fiziğini ele aldığım Hiperküp: Evren Neden Üç Boyutlu? yazısında anlattım.

Ancak, evren sadece üç uzay boyutundan meydana geliyor olsa da kara delikler, solucandelikleri ve rasyonel sayılar gibi alanlarda çözülmeyi bekleyen oldukça zor problemler var. Fizikçiler işte bunları çözerek daha hızlı kuantum bilgisayar geliştirmek için 4B uzay modellerini kullanıyor.

Neden derseniz

Bunu görmek için üç boyutlu evrene göz atalım. İnsanlar bu dünyayı üç uzay boyutu ve bir zaman boyutuyla algılıyor: Yukarı-aşağı, sağ-sol ve ileri-geri. Ancak, Penn State Üniversitesi fizikçileri dördüncü boyut özelliklerini dünyamızda temsil eden iki yeni deney yaptılar.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

Düzlemler Ülkesi kitabı çok boyutlu uzay konusunu ele alıyor. Ben de okumanızı öneririm.

 

Gerçek dördüncü boyut değil

Nasıl ki aynadaki yassı görüntünüz gerçek üç boyutlu haliniz değil ama sizi temsil ediyor, bu laboratuar deneyleri de iki boyutlu uzayda dört boyutlu uzayı temsil ediyor. Deneylerden birinde ultra soğuk atomlar, diğerinde ise ışık dalgaları kullanılıyor.

Her iki deneyde de dört boyutlu matematik uzayında tanımlanan kuantum Hall etkisi araştırılıyor. Fotonik kristallerle ışığı maddeye çeviren adam yazısında anlattığım gibi, kuantum Hall etkisi kuantum bilgisayar geliştirmek için gerekli.

Bu sebeple matematik problemlerini dört boyutlu uzayda çözmek isteyen bilim insanları sadece teorik fizikle uğraşmıyor. Aynı zamanda günlük hayatta kullanılacak yüksek hızlı kuantum bilgisayar tasarlamak istiyor.

İlgili yazı: Falcon Heavy Ocak Sonunda Fırlatılıyor

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

Evren 4B değil; ama uzayı dört boyutlu düşünerek kuantum bilgisayar geliştirebilir, zor matematik problemlerini çözebilir ve evreni tek denklemle açıklayan her şeyin teorisini geliştirebiliriz.

 

Mantık basit

Boş kağıda yatay bir çizgi çekersek birinci uzay boyutunu ve buna dik bir çizgi çekersek ikinci boyutu elde ediyoruz. Hatta bu şekilde kağıda bir küpün yüzlerinin açık halini çizebilir ve bunları kesip katlayarak gerçek bir üç boyutlu küp üretebiliriz.

Üç boyutlu bir küpü kağıda çizmenin yolu ise birbirini dik açıyla kesen iki çizginin ortasından 45 derece açıyla üçüncü bir çizgi çekmektir.

Dolayısıyla doğada üç boyutlu uzayı iki boyutlu kağıda çizebiliyoruz. Hatta Evren içi boş bir hologram mı yazısında açıkladığımız üzere, üç boyutlu evreni iki boyutlu holografik denklemlerle tanımlayabiliyoruz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

4B hiperküp tessaract’ın kağıda çizimi.

 

Fizikçiler bu kez tersini yaptı

Matematikte rasyonel sayılarla ilgili öyle problemler var ki bunları üç boyutlu uzayda çözemiyoruz; denklemlerimiz sonsuzluk veriyor, yani tanımsız çıkıyor. Milyon dolarlık ödüle konu olan rasyonel sayılar teorisini kanıtlama problemi de bunlardan biri.

Öte yandan, üç boyutlu uzayda rastgele dizilen rasyonel sayılar, dört boyutlu uzay geometrisinde teoriyi kanıtlamamızı sağlayacak şekilde düzenli olarak tekrarlanıyor olabilir.

Bu durum evrende dördüncü boyut olduğu anlamına gelmiyor. Ancak, dördüncü boyut özelliklerini kullanarak görünüşte çözümsüz denklemleri çözebileceğimizi gösteriyor:

İlgili yazı: IOTA: Kriptopara Nesnelerin İnternetiyle Birleşiyor

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

Carl Sagan hiperküpü anlatıyor.

 

Interstellar

Bu bağlamda solucandelikleri ve dört boyutlu uzayla geçmişe yolculuk konusunu Christopher Nolan’ın Interstellar filmi ne kadar gerçekçi yazısında görebilirsiniz: Uzayda ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı yolculuğa izin veren solucandelikleri gibi teorik nesneleri, kara deliklerin içindeki tekilliği ve zamanda yolculuğu anlamak için dördüncü boyuta bakmamız gerekiyor.

Hatta fizikçiler zaman kristalleri denilen ve dört boyutlu uzayda çizilen özel geometrik şekilleri arıyor. Böylece fizik yasalarının neden evrenin her yerinde aynen geçerli olduğunu, ayrıca zamanın neden hep geleceğe aktığını anlamak istiyor.

İlgili yazı: Başka Yıldız Sisteminden Gelen Asteroit

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

Dördüncü boyut araştırmaları yeni ufuklar açacak.

 

Biraz da fizikçi anlatsın

Pen State Üniversitesi’nden Profesör Mikael Rechtsman yaptıkları deneyle ilgili olarak “Dört boyutlu fiziksel bir sistemde yaşamıyoruz” diyor. “Ancak, dört boyutlu kuantum Hall fiziğine üç boyutlu uzayı kullanarak erişebiliyoruz.”

Örneğin, hiperküp bütün kenarları üç boyutlu bir küpe dik açı yapan ve sadece dördüncü boyut içinde var olan bir şekildir. Bunu gerçek hayatta yapamayız; ama hiperküpü bütün kenarları 3B küpe 45 derece açı yapan şeffaf bir plastik kutu ile temsil edebiliriz.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

Kuantum Hall etkisi. Büyütmek için tıklayın.

 

Neden kuantum Hall etkisi?

Bu olgunun kuantum bilgisayarlardaki önemi bir yana, bütün deneylerin merkezinde kuantum Hall etkisi var: Elektronları alıp sadece iki boyut üzerinde hareket etmekle sınırladığımız zaman, örneğin 2B levha üzerinde hareket edecek şekilde sıkıştırdığımız zaman bu etkiyle şaşırtıcı şeyler başarabiliyoruz.

Örneğin, elektriği neredeyse hiç direnç göstermeden ileten mucize materyal grafen bu etkiden yararlanıyor. Tek atom kalınlığındaki grafen yapraklarını dik kesen bir manyetik alan oluşturunca bu alanda hareket eden elektronların kuantum durumları sadece tam sayılı değerler alıyor (bu sayede güneş ışığını elektriğe çeviren grafen boya üretiliyor)!

İşte buna kuantum Hall etkisi diyoruz; ama elektronların kuantum durumlarının neden tam sayılı değerler aldığını göstermemizin tek yolu dördüncü boyut ve üzeri kullanmak (5 boyut vb.).

Uzayda dördüncü boyut olmadığı için bunu iki boyutlu deneylerle gösteriyoruz: Bir kişinin kim olduğunu vesikalık fotoğrafına bakarak anlamaya çalışıyoruz. Öyle ki evreni tek bir denklemle, her şeyin teorisiyle açıklamaya çalışan sicim teorisi fizikçileri de 10 boyutlu uzay tasarımı kullanıyor.

İlgili yazı: Kuantum ışınlama ve ışıktan hızlı iletişim

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

4B uzayda kendini kesmeden kendi üzerine katlanan Kleine şişeleri gibi imkansız şekiller mümkün oluyor. Yazımızın kapak görseli de gerçek dünyada bir Kleine şişesi taklidi.

 

Ne tür deneyler?

Fizikçiler iki tür deney yaptılar. Birinde Avrupalı bilim insanları rubidyum atomlarını lazer ışınlarından oluşan bir ışık kafesine hapsetti ve sadece ileri geri hareket etmelerini sağladı (iki boyut).

Amerikalı Rechtsman’ın ekibi ise ışık ışınlarını yalnızca iki boyutta hareket etmeye zorlamak için ışık dalgalarının yayılımını sınırlandıran özel imalat camlar kullandı. Bunları yan yana ekmek dilimi gibi dizip bir dikdörtgen prizma oluşturdu ve kuantum Hall etkisini elde etti.

Aslında dikdörtgen prizmanın içine fiber internette kullanılan fiber optik kabloları yün yumağı gibi tıkıştırdı ve sonra prizmaya üstten bakarak ışık dalgalarının hareketini inceledi (fiberoptik kablolar birbirine bağlı olduğu için ışık kablonun bir ucundan girip diğer ucundan dışarı çıkabildi).

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

Interstellar filminde hiperküp zamana dışarıdan bakarak geçmişi gözlemlemeye izin veriyordu.

 

Farklı deneyler benzer sonuçlar

Burada birbirinden tümüyle farklı iki deney sisteminden söz ediyoruz. Ancak, iki deney de 4B kuantum Hall etkisini gösteren ve birbirini tamamlayan sonuçlar sağladı.

Rubidyum atomu deneyinde dördüncü boyut konusunu genel olarak gözlemlemek mümkün oldu. İkinci deneyde ise ışıktan üretilen 4B sistemin kenarlarını incelediler. Prizmanın kenarlarında hareket eden ışığın süper soğuk rubidyum atomlarının genel özellikleriyle uyuşması büyük başarıydı.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

dördüncü_boyut-dört_boyutlu-hiperküp-tesseract-kleine

 

Kuantum bilgisayarlar geliyor

Bilim insanları fotonik kristaller, Weyl yarı materyalleri ve ışığı garip şekillerde büken diğer meta materyalleri kuantum tünelleme etkisiyle birlikte kullanıyor. Böylece laptop boyunda optik kuantum bilgisayar geliştirmeye çalışıyor. Aynı zamanda metalik hidrojenle uçan araba yakıtı ve süperiletkenlerle daha güçlü bilgisayarlar üretme planları yapılıyor.

Ayrıca bu deneyler (özellikle Bitcoin, IOTA ve genel olarak kriptopara ekonomisi açısından bakarsak) bugün internette kullanılan bütün şifreleri kıran; ama aynı zamanda kuantum bilgisayarlarla bile kırılamayacak güçlü şifreler geliştiren yeni kuantum bilgisayarlar üretmekte kullanılacak.

En önemlisi de Çin’in öncülük ettiği kuantum internet ağını kullanan yeni veri ekonomisinin temelini oluşturacak. Siz de yapay zeka geliştiricileri ve veri bilimciler gibi en ayrıcalıklı yeni mesleklerin bile 5 yıl içinde orta düzey seviyesine gerileyeceği robotlaşmayı merak ediyorsanız öğretmen yapay zeka Datarobot yazısını okuyabilirsiniz. Hepinize muhteşem bir hafta dilerim.

Carl Sagan 4B hiperküpü anlatıyor


14D quantum Hall physics

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*