Uzayda Dördüncü Boyut Var mı?
Fizikçiler 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
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
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
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
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
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?
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
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?
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
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.
Valla hocam yazinizi yazali uc yila yaklaşırken o günden bugune pek bir değişim yoktur robotlasma anlaminda. Yapay zeka konusunu fantastik bilimkurgusal dusunen cok kisi var ama otomot robotlardan oteye gidemeyecek bir durum var ortada. Hala yapay zekanın mevcut durumunda ozde bilincin b si bile yokken bilinc kazanmasina az kaldi diye düşünen kisiler var. Oysa henuz bilincin yanindan dahi gecmis bir durum yok. Bilinc konusunda yeterli bilgisi olmayanlar kendisiyle konusan aslinda sadece taklit yapan ve onceden hazir yuklenmis konusmalari oynatan google asistana bakip hayal gucune kapilanlardir. Bilincin deneyiminde butunsellik sorunu vardir ki bugün bilincle ilgili en temel sorunlardan biridir. Bu bütünsellik deneyimi bilincin butun parçaların toplamindan cok daha fazlasidir durumuna yol acmaktadir. Bilgisayar uyarlamasi yaparsak bu durum bilgisayar islem ve veri tabani uzerine kurulmus bir ust sistemin varlığına benzemektedir. Bu ust sistem bütün bellek ve işlem bakimindan bilginin yerel olmadigi dağıtık bir sisteme benzemektedir. Ornegin bütün gorsel isitsel deneyimler ust sistemde birlestirilmekte ve bilinc deneyimi olusmaktadir. Beyinde gorme merkezi veya isitme merkezi ayri ayri beyin bolgelerinde olsa da deneyim bir butundur. Bu da beynin bilinc acisindan daha cok bir arac oldugu ihtimalini guclendirmektedir.
Ikinci konu evrenin boyutlari. Uc boyutta yaşamamiz veya sadece uc boyutu algiliyor olmamiz evrenin de kesin uc boyutlu oldugu anlamina gelmez. Kaldi ki kuantum fizigi ve gorelilik birlesemiyor ve bu ancak daha fazla boyutlu bir evreni gerektiriyor. Bu durum kesinse ki oyle gorunuyor evrenin daha fazla
boyutlu bir yapida olmasi kacinilmaz durmaktadir. Aksi olsa bu iki teoriinin birlesmesi gerekirdi zaten coktan. Buna rağmen yazinizda evren dort boyutlu degil demeniz acikcasi bugun gelinen nokta acisindan cok da yerinde degil bana kalirsa nacizane. Insan mantiksal tutarlilik arasa da evrende bir noktada mantiksal tutarlilik her ihtimalde kalmıyor ve bu tutarlilik bitiyor. Insan icjn icinden cikilmaz ve artik mantigin coktugu bir asamaya geliniyor. Yuzeysel bakarsak evet varlik varolus hersey gayet tutarli mantıklı gibi durmakta ama derinlerde evrenin mantiksal tutarliligi neden sonuc iliskilerinin bittigi noktalara variliyor iste oralarda insan aklinin yetmeyecegi hale geldigi icin filmin koptuğu yer oluyor. Sorarim simdi gerceklige dair olarak gerceklik bizim mantiksal tutarlilik beklentimize uymak zorunda mi. Yada daha farkli sekilde mantiksal tutarliligin olmadığı kurallarin oldugu bir evrende olsak ne yapardik. Baska bir soru neden fizik yasalari bu mantiksal tutarlilik icin dizayn edilmis gibi durmakta. Cunku hersey cok tutarli gibi gelmekte insana ama bu ortalarda boyle sinirlara uzaninca bu tutarliliklar artik bitmeye basliyor. Ornegin yok olan birseyin tekrar var olduğunu yada zamanin geriye oynadigini deneyimlesek ne yapardik nasil bir soku yasardik. Bu soku yasamamizin nedeni belki de sadece bu evrenin fizik kurallarina cok alismis beynimiz ve sartlanmalarimiz deneyimlerimiz. Belki de bunlar aslinda sok yasamayacagimiz kadar olagan aslinda cunku varolus ve varlık belki de bu kadar aslinda olagan disi bir durum.