Kuantum Fiziğinde Uzaktan Etki Solucan Delikleriyle Açıklanabilir mi? >> Işıktan hızlı etkileşimde kara delik yorumu

Einstein’ın görelilik teorisinin özel bir çözümü olan “solucandelikleri” teorik olarak evrende ışıktan hızlı yolculuk, ışıktan hızlı iletişim ve zamanda seyahate izin veriyor. Ancak bugünkü bilgilerimiz ve teknoloji düzeyimizle ışıktan hızlı bir uzay gemisi ya da zaman makinesi inşa etmemiz imkansız.

Kuantum fiziğindeki en gizemli olgulardan biri ise iki parçacığın, örneğin bir çift foton ya da elektronun evrenin neresinde olursa olsun birbiriyle anında etkileşim kurabilmesi. Buna göre odamızı aydınlatan ışığın parçası olan bir foton, 10 milyar ışık yılı uzaktaki bir galakside yer alan ya da 10 milyar yıl önce var olan başka bir fotonu anında etkileyebilir.  

İşte Sicim Teorisi’nin öncülerinden Juan Martín Maldacena ve Leonard Susskind, Einstein’ın “evrende hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez” kuralını çiğneyen bu garip durumu açıklamak için Solucandelikleri modelini geliştirdiler. Bu modelde uzay ve zamandaki dolaşık fotonları mikroskobik solucandelikleri birbirine bağlıyor.

Evreni meydana getiren uzay-zaman dokusunda kestirme yollar açan Solucandelikleri sayesinde, fotonlar ışık hızı sınırını aşmadan birbirini “ışıktan hızlı olarak etkileyebiliyor”. İlk bakışta kulağa çelişkili gelen bu durum nasıl mümkün olabilir?

 

 

Yıldız geçidi ya da Stargate dizisi

Solucandelikleri evrenin uzak noktalarını birbirine bağlayan kestirme tüneller olarak tanımlanıyor. Örneğin uzay-zaman dokusunu bir kağıt yaprağına benzetirsek, Güneşimiz ile Dünya’yı bu kağıdın üzerine iki temsili nokta çizerek yerleştirebiliriz.

Güneş ile Dünya arasında ortalama 150 milyon km mesafe var. Bu mesafeyi de ölçekleyip küçülterek, Güneş ve Dünya’ya karşılık gelen iki noktayı 15 cm’lik bir çizgiyle birleştirebiliriz. Gerçek uzayda Güneş’ten yola çıkıp Dünya’ya ulaşmak için 150 milyon km kat etmemiz ya da kağıt üzerinde 15 cm’lik çizgiyi izlememiz gerekecektir.

 

 

 

Uzayı ikiye katlamak

Ancak teorik olarak bunu yapmak zorunda değiliz. Bunun yerine hile yapabilir ve kağıdı ikiye katlayarak, Güneş ile Dünya’yı temsil eden iki noktayı üst üste bindirebiliriz. Ardından kurşunkalemle kağıdı delerek bir tünel açıp noktaları birleştirebiliriz.

İşte solucandelikleri de uzay-zaman dokusunu büküp katlayarak böyle bir delik açıyor. Böylece uzayda milyarlarca ışık yılı uzakta bulunan iki noktayı, örneğin iki galaksiyi anında veya birkaç saniye içinde birbirine bağlayabiliyor. Kelimesi kelimesine kağıt üzerinde, çünkü bu teori henüz kanıtlanmadı ama gelecek vaat ediyor. Gelecek derken…

 

 

…2001 Uzay Macerası

Böyle bir solucandeliğinin içine girseydik, birkaç saniye veya birkaç saat içinde evrenin en uzak köşelerine ulaşabilirdik. Stanley Kubrick’in ünlü 2001 Uzay Macerası filminde astronot Dave, bu tür bir “Yıldız Geçidinden” geçerek galaksinin uzak köşelerine ulaşıyordu. Stargate dizisindeki Yıldız Geçitleri de galaksimizdeki gezegenleri bağlayan birer solucandeliğiydi.

Sonuç olarak burada akılda tutmak gereken en önemli kavram, Einstein’ın görelilik teorisinin özel çözümlerinde gösterilen solucandeliklerinin uzayda ışıktan hızlı yolculuğa ve zamanda seyahate izin veriyor olması.

Aslında uzayda ışıktan hızlı yol almak mümkün: Bu akşam gözünüzü alan şehir ışıklarından uzak bir tepeye çıkarak yıldızlara bakabilirsiniz. Ardından elinizi ya da el fenerinizi yukarı kaldırarak gökyüzünün “üzerinde” hızla sağa sola sallayabilirsiniz. Eliniz ışıktan elbette çok daha yavaş hareket edecek; ama gökyüzüne projeksiyon yaptığınız için belki bir saniye içinde, birbirinden binlerce ışık yılı uzaktaki yüzlerce yıldızın üzerinden ışıktan yüz binlerce kat hızlı olarak geçeceksiniz.

 

 

Hızımız artmıyor ama adımlarımız büyüyor

Elbette bu bir yanılsama, ancak solucandelikleri uzay-zaman dokusunda kestirme tüneller açarak bunu gerçekleştirmeye imkan veriyor. Kapımızın önündeki bir solucandeliği 3 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksiye tünel açabilir.

Biz bu tünelde ışıktan çok yavaş bir hızla, sadece saatte 3 km hızla yürüyerek gidebiliriz fakat attığımız her adımda belki 100 bin ışık yılı kat ederek, uzak galaksiye sanki ışıktan binlerce kat hızlı gidiyor gibi oldukça kısa bir sürede ulaşırız.

 

 

Solucandelikleri: Uzaydaki metro tüneli

Yazımızın başında söylediğimiz gibi, bugüne kadar uzayın dokusunda İstanbul Boğazı’nın altından geçen Marmaray gibi yapay tüneller açamadık. Önümüzdeki en büyük engel ise, henüz kuantum fiziğiyle Einstein’ın görelilik teorisini “evlendirmeyi” başaramamış olmamız. Klasik fizikle kuantum dünyasını bağdaştırmak için Sicim Teorisi gibi birçok model geliştirdik, fakat bunları şimdiye dek deney ve gözlemlerle ispatlayamadık.

İki teorinin bağdaşmamasının en büyük nedeni, kuantum fiziği ve görelilik teorisinin mantığının çok farklı olması: Klasik fiziğin devamı olan görelilik teorisine göre enerji uzayda kesintisiz çizgiler veya dalgalar halinde yol alıyor (Örneğin Ay’ın Dünya’nın etrafında dönmesini sağlayan kütleçekim kuvvetini süreğen uzay-zamanın bükülmesi olarak tanımlıyoruz ve bir de kara deliklerin çarpışması gibi şiddetli olayların yol açtığı kütleçekim dalgaları var).

 

 

Noktaların arasındaki boşlukları doldurmak

Öte yandan, kuantum fiziğinde enerji uzayda kesintili dalga paketleri halinde yayılıyor. İki teori arasındaki farkı anlamak için Uzay Yolu’ndaki düz ve kesintisiz fazer ışınlarıyla Yıldız Savaşları’ndaki tırtıklı lazer ışınlarını gözümüzün önünde canlandırabiliriz. Sonuçta kesin düz çizgilerle çalışan görelilik teorisi ile “tırtıklı çizgiler ve olasılık” hesabıyla çalışan kuantum fiziğini birleştirmek kolay değil.

Sicim Teorisi’nin öncülerinden Juan Martín Maldacena ve holografik evren ilkesinin öncülerinden Leonard Susskind, solucandeliklerinin deyim yerindeyse çizgilerin arasını doldurarak iki teoriyi bağdaştırdığını söylüyor: İster aralarında bir oda mesafe olsun ister milyarlarca ışık yılı, bütün dolaşık parçacıkları, örneğin elektronları bu tür solucandelikleri birbirine bağlıyor. New York Stony Brook Üniversitesi’nden Kristan Jensen, “Bu durum elektronlar ışık yılı mesafesinde olsa bile geçerli” diyor.

 

 

Dolaşıklık anında mı, yoksa sadece ışıktan hızlı mı?

Bilim adamları dolaşık fotonların etkileşim kurma hızını ölçmeye çalıştılar ama başaramadılar. Çin Bilim ve Teknik Üniversitesi’nden Qiang Zhang ve meslektaşları “Bounding the speed of spooky action at a distance” başlıklı makalede¹, dolaşık fotonların birbiriyle ışıktan en az 10 bin kat hızlı etkileşim kurduğunu belirtiyorlar.

Fotonlar ya anında ya da ölçemeyeceğimiz kadar yüksek bir hızla birbiriyle etkileşim kuruyor. Maldacena ve Susskind, bunun solucandelikleri sayesinde mümkün olduğunu düşünüyor. Teknik olarak Einstein-Rosen köprüleri olarak adlandırılan solucandeliklerinin uzay-zaman dokusunda açtığı tünellerin en büyük avantajlarından biri de bu tünellerin zamanda yolculuğa izin veriyor olması.

Bu da geçmişteki fotonların bugünkü fotonlarla dolaşık olması gibi durumların açıklanmasını sağlıyor. Nitekim Kudüs İbrani Üniversitesi’nden Eli Megidish, Hagai Eisenberg ve meslektaşları evrende “aynı zamanda var olmayan” iki fotonu birbirine bağlayarak dolaşıklığa sokmayı başardılar.²

 

 

Einstein dolaşıklığı hiç sevmezdi

Bilim adamları uzun yıllar boyunca evreni açıklamak için tek bir fizik teorisi geliştirmeye çalıştılar, ama şimdiye kadar elde edebildikleri en iyi sonuç, kuantum fiziği ile görelilik teorisi gibi yukarıda belirttiğimiz üzere görünüşte bağdaşmayan iki farklı teori geliştirmek oldu.

Oysa kuantum fiziği atomaltı dünyayı, görelilik teorisi ise odamızdaki mobilyalardan gezegenler, güneşler ve galaksilere kadar gözle görebileceğimiz her şeyi tanımlıyor. Kuantum fiziği parçacık-dalga ikiliği, uzaktan etki, Heisenberg’in belirsizlik ilkesi gibi sağduyuya aykırı ve anlamakta zorlandığımız sıra dışı özellikler içeriyor. Üstelik dolaşıklık görünüşte ışık hızı sınırını da aşıyor.

 

Fizikçi Michio Kaku’nun deyişiyle Evren’in nihai trafik polisi olarak da nitelendirebileceğimiz Einstein işte bu yüzden kuantum dolaşıklığını hiç sevmez, bunu kusursuz görelilik teorisinin üzerindeki bir leke olarak görürdü. Aynı sebeple kuantum dolaşıklığını da tuhaf uzaktan etki olarak adlandırmıştır. Oysa uzaktan etki, başta kuantum ışınlama çalışmaları olmak üzere birçok deneyde kanıtlandı.

Dünyanın en umut vaat eden ve en çok kabul gören kuantum kütleçekim modelini geliştiren; yani görelilik teorisinin atomaltı dünyada, mikroskobik alemde nasıl işlediğini gösteren sicim teorisi uzmanı Maldacena ve Susskind’in uzaktan etkiyi solucandelikleriyle açıklaması bu nedenle önemli. Einstein yaşasaydı, uzaktan etkinin ışık hızı sınırını çiğnemeden solucandelikleriyle açıklanması hakkında acaba ne düşünürdü?

 

 

Peki solucandelikleri gerçekte nedir?

Bu soru kuantum kütleçekim kuramını genel göreliliğe bağlamak açısından önemli. Yukarıdaki satırlarda solucandeliklerinin dolaşıklıkla ilişkisini örnekledik, ama kuantum kütleçekim kuramıyla bağlantısını açıklamadık.

Princeton İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden Maldacena ve Stanford Üniversitesi’nden Susskind solucandeliklerinin aslında birbirine bir tünelle bağlı olan iki kara delikten oluştuğunu düşünüyor. Öncelikle evrende hem mikroskobik kara deliklerin olduğunu hem de milyarlarca Güneş kütlesinde ve Güneş Sistemi büyüklüğünde kara delikler bulunduğunu hatırlayalım.

 

Tek başına bu bile kara deliklerin mikroskobik dünyayı makroskobik dünyaya bağladığını gösteriyor ama dahası var: Maldacena ve Susskind, “Birbiriyle dolaşıklığa girmiş kara deliklere solucandeliği denir” diyor. Bu yoruma göre, bir kara delik başka bir kara deliğe solucandeliği denilen bir tünelle bağlanıyor. Böylelikle bir kara deliğe girip, evrenin diğer tarafındaki başka bir kara delikten dışarı çıkmak mümkün oluyor.

Dipsiz bir kuyu olan ve başka bir kara deliğe bağlanmayan yalnız kara deliklere düşen cisimler ise, kara deliğin merkezindeki tekillikte (kütleçekim kuvvetinin neredeyse sonsuz değere ulaştığı merkez noktada) ezilerek yok oluyor.

 

 

Kuantum kütleçekim kuramına göre kara delikler

Kuantum kütleçekim kuramı görelilik teorisindeki kütleçekim kuvvetini kuantum alan kuramına göre tanımlıyor. Kuantum kütleçekim kuramına göre, kütleçekim kuvveti ancak minimum büyüklükteki enerji paketleri halinde uzaya yayılabilir. Kısacası “kütleçekim kuvveti paketleri” sonsuz küçüklükte olamaz.

Bu nedenle, kütleçekim kuvvetinin aşırı derecede arttığı bir kara deliğin merkezinde bile kütleçekim değeri sonsuz değere ulaşamıyor; dolayısıyla kara deliğin merkezinde gerçek bir tekillik bulunmuyor. Bunun yerine, astronotları ezip yok edecek kadar şiddetli ama sonsuz olmayan yüksek bir kütleçekim alanı bulunuyor. Dikkat ederseniz kuantum kütleçekim kuramı mikroskobik kara delikler olabileceğini, ama hiçbir kara deliğin sonsuz küçüklükte olamayacağını söylüyor.

Kara delikler sonsuz küçüklükte olsaydı, kara delikleri birbirine bağlayarak solucandeliği tünelleri açmak mümkün olmayacaktı. Öte yandan, Einstein’ın görelilik teorisinde solucandelikleri olduğunu da biliyoruz. Kara deliklerin merkezinin çok küçük olması ama sonlu küçüklükte olması, bir anlamda fizikte açık bir kapı bırakıyor ve iki kara deliğin bazı şartlar altında birbirine bağlanarak solucandeliği oluşturmasına imkan veriyor.

 

 

Kara delikleri birbirine bağlamak mümkün mü?

Öyle ya bunlar kara delik, ayakkabı bağı değil. Kuantum kütleçekim kuramı bu noktada imdadımıza yetişiyor. Örneğin içinde yaşadığımız Samanyolu Galaksisi’nin merkezinde 4 milyon güneş kütlesinde dev bir kara delik var, ama bu kara deliğin merkezi mikroskobik boyutta; belki tekillik değil, ancak atomdan çok daha küçük bir nokta.

Galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin olay ufku Güneş Sistemimiz büyüklüğünde olabilir, fakat olay ufku kara deliğin kendisi değil. Olay ufku sadece ışığın bile içinden kaçamayacağı kadar güçlü olan çekim alanının başladığı yer, küre şekilli bir etki alanı. Asıl kara delik her zaman mikroskobik boyuttadır ve bu nokta olay ufkunun merkezinde, eskiden tekillik olduğunu düşündüğümüz yerde yer alıyor.

 

Kuantum dolaşıklığı, kuantum fiziğinin burada anlatılmasına gerek olmayan bazı özellikleri yüzünden sadece atomaltı parçacıklar geçerli olan bir özellik. Örneğin iki arabayı ya da gemiyi doğal yollarla birbiriyle dolaşıklığa sokamayız. Yalnızca iki arabayı oluşturan atomların elektronlarından bazılarını dolaşıklığa sokabiliriz.

Zaten iki arabayı birbiriyle tümüyle dolaşıklığa sokabilseydik, bu bir arabayı Uzay Yolu’nda olduğu gibi başka bir yere ışınlamak anlamına gelirdi, ama bu ayrı bir yazının konusu. 🙂 Oysa kara deliklerle ilgili püf noktası da burada: Olay ufkunu saymazsak, kara deliklerin merkezi atomaltı parçacıklar kadar küçük ve bu yüzden kara delikleri kuantum kütleçekim kuramıyla tanımlayabiliriz. Aynı sebeple kara delikler tıpkı bir foton ya da elektron gibi birbiriyle dolaşıklığa girerek solucandeliği oluşturabilirler. Maldacena ile Susskind’in kast ettiği bu.

 

 

Kara delikleri nasıl bağlayabiliriz?

Kara delikleri birbirine bağlamanın farklı yolları var: Belki laboratuarda milyonlarca Güneş kütlesinde süper kütleli kara delikler oluşturamayız, ama aynı anda iki mikroskobik kara delik oluşturabiliriz. Bunlar kendiliğinden birbiriyle dolaşık olacaktır.

Aslında İsviçre’deki CERN parçacık hızlandırıcısının Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ünitesinde birbiriyle yaklaşık ışık hızında çarpıştırdığımız protonların mikroskobik kara delikler oluşturabileceği düşünülüyor.

Dolayısıyla bu tür dolaşık kara delikleri CERN’de zaten yaratmış olabiliriz, ama mikroskobik kara deliklerin bir sorunu var: Hawking Radyasyonu ile hemen buharlaşıyorlar. Elbette yıldız kütlesindeki büyük kara delikler ya da süper kütleli kara delikler trilyonlarca yıl boyunca varlığını sürdürüyor.

 

 

Laboratuarda kara delik yaratmak akıl kârı mı?

Yeri gelmişken, CERN LHC ilk kez görülmemiş derecede yüksek enerji değerleriyle çalışmaya başladığında bazı insanların yanlışlıkla kara delik yaratacağımızdan korktuğunu da söylemeliyiz. Buna göre İsviçre’de meydana gelecek bir kara delik gezegenimizi yutarak yok edebilirdi.

Ancak böyle bir şey mümkün değil, çünkü CERN sadece mikroskobik kara delikler yaratabilir ve bunlar daha deney aygıtları tarafından tespit edilmeden, saniyenin trilyonda biri veya daha kısa sürede buharlaşacaktır.

Her durumda bilim adamları bir şekilde dünyanın merkezine inen mikroskobik bir kara deliğin bile gezegenimizi yutmasının gezegenimizin 5 milyar yıllık kalan ömründen çok daha uzun süreceğini hesaplamış bulunuyorlar. Dolayısıyla kendi yarattığımız kara deliklerden korkmayalım.

 

 

Kara delik bağlamanın diğer yolu

Hawking Radyasyonu ile bir kara delikten yayılan parçacıkları ezerek yeni bir kara deliğe dönüştürebiliriz. Bu yavru kara delik ana kara delikle kardeş olacak ve uzaktan etki ile kuantum dolaşıklığına girecektir.

Elbette bir kara delikten yayılan radyasyonu yakalamak için önce o kara deliğe gitmemiz gerekiyor. Ardından da ana kara delikten yayılan parçacıkları özelliklerini bozmadan başka bir yerde sıkıştırarak yeni kara deliğe dönüştürmemiz gerekecek. Kara deliklere makul sürede ulaşmanın tek yolu Warp Sürüşü gibi Dünya’da üretilen toplam elektrikten çok daha fazla enerji gerektiren ve yıldızlar arasında ışıktan hızlı yolculuğa izin veren motorlar geliştirmek.

Tabii bu parçacıkları kara deliğe dönüştürmek için de büyük miktarda enerji kullanacağız. Üstelik mikroskobik kara delik hemen buharlaşacağı için yıldız kütleli daha büyük bir kara delik oluşturmamız gerekecek. Bunun için de başka bir kara delikten Güneş’ten daha kütleli olan büyük miktarda materyal toplamak zorunda kalacağız. Son olarak, bu kadar büyük bir kütleyi sıradan bir parçacık hızlandırıcısı ile sıkıştırıp kara deliğe dönüştürmemiz de imkansız.

 

 

Kısacası yakın gelecekte dişe dokunur kara delik üretemeyiz

Ancak, Susskind ve Maldacena haklıysa doğa çok sayıda mikroskobik kara delik üretiyor ve bu kara delikler neredeyse anında buharlaşmadan önce foton gibi parçacıkları birbirine bağlayarak dolaşık durumu oluşturuyor.

Peki evrende bir kara delik enflasyonu mu var? Evrendeki sayamayacağımız kadar çok sayıdaki dolaşıklık durumu için neredeyse sonsuz sayıda mikroskobik kara delik mi oluşuyor ve bunlar yok olduktan sonra yerine yeniden neredeyse sayısız başka kara delikler mi meydana geliyor?

 

 

Belki de kara deliklerle iç içe yaşıyoruz

Bu sorunun cevabını bilmiyoruz ama dolaşıklığın sebebi iki mikroskobik kara deliğin birbirine yine mikroskobik bir solucandeliğiyle bağlanması ve bu solucandeliğinin de örneğin iki elektronu birbirine bağlaması ise, evet bu senaryoyu kabul etmemiz gerekecek. Bu durumda aşağıdaki paragrafı yazabiliriz.

Mikroskobik kara delikler neredeyse anında buharlaşıp yok olduğu için, içimizden sürüyle kara delik geçtiğini fark etmiyoruz. Bunlar bizi etkilemiyor, gezegenimiz ve sağlığımız için bir tehlike oluşturmuyor. Görünüşte uzaktan etki ve dolaşıklık konseptinden bile daha sıra dışı bir fikir, ama dolaşıklıkta geçerli olan uzaktan etkinin ışık hızını aşmasını engellediği için aslında çok mantıklı (zamanda dolaşıklığı anlamak için üstteki resmin pop-up pencere açıklamasını okuyabilirsiniz).

 

 

Hologramlar ve kara delikler

Buraya kadar güzel bir bilim öyküsü anlattık fakat holografik evren ilkesi olmadan kuantum dolaşıklığını kara delik çiftleriyle, yani solucandelikleriyle açıklayamayız. Bunun da basit bir sebebi var. Günümüzde kabul edilen kuantum alan teorisine kütleçekim kuvveti dahil değil.

Örneğin, kuantum fiziğinde fotonlar gibi durağan kütlesi olmayan parçacıklar da birbiriyle etkileşime giriyor. Kuantum alan teorisine göre, dolaşıklık kütleçekim kuvvetinin olmadığı durumlarda da görülen bir olay.

Kara delikler ve solucandeliklerini ise kütleçekim kuvvetinden bağımsız düşünemeyiz. Kütleçekim olmasaydı, uzay ve zamanı şiddetli kütleçekim kuvvetiyle büken kara delikler oluşamazdı. Bu sebeple kuantum dolaşıklığını solucandelikleriyle açıklamak için bir adım daha atmamız ve holografik evren ilkesinden söz etmemiz gerekiyor.

 

 

Holografik evren: Her şey içi boş bir projeksiyon mu?

Holografik evren prensibini kara deliklerle ilgili 4 bölümlük yazı dizisinde detaylarıyla anlattık. Bu yüzden şimdi yalnızca konuya gerektiği kadarıyla değineceğiz: Jensen ve Seattle Washington Üniversitesi’nden meslektaşı teorik fizikçi Andreas Karch, foton çiftleri gibi birbiriyle dolaşık parçacıkların süpersimetri teorisine göre nasıl davrandığını matematiksel olarak incelediler. Sonuçta Maldacena ve Susskind’in solucandeliği modelini doğrulayan sonuçlar elde ettiler.

Atom fiziğini açıklayan Standart Model’in detaylı bir devamı olan ve Standart Model’de açıklanamayan olayları da tarif eden süpersimetri teorisine göre, her parçacığın daha ağır bir süper eşi var. Süpersimetri teorisi bu bağlamda kuantum fiziğini görelilik teorisine bağlıyor.

Her ne kadar CERN LHC parçacık hızlandırıcısında teoride öngörülen hiçbir yeni parçacık keşfedilmemiş olsa da (ki bu da teorinin yanlış olabileceğine dair tartışmalara yol açtı) süpersimetri teorisi dolaşıklığı solucandelikleriyle açıklamak için büyük önem taşıyor.

 

 

Bunun için holografik evren ilkesine geri dönelim

Holografik evren ilkesinin klasik tanımına göre, kütleçekimin etkili olduğu üç boyutlu bir evreni bu evrenin iki boyutlu dış yüzeyi ile tarif edebiliriz. Bu durumda sizler, ben, İstanbul, odamızdaki eşyalar, Dünya gezegeni, galaksiler, kısacası bütün Evren, sinema perdesine yansıtılan ve 3B gözlükle bakınca üç boyutlu görüntü izlenimi veren iki boyutlu bir resimden ibaret olurduk. Tıpkı iki boyutlu grafik baskılar olduğu halde gözümüzde derinlik algısı yaratan hologramlar gibi.

Oysa bunun holografik ilkenin klasik yorumu olduğunu tekrarlamamız gerek. Çünkü günlük hayatta sık sık unutmamıza karşın Evren üç boyutlu değil, dört boyutlu bir oluşum: Uzunluk, genişlik, yükseklik ve elbette 1 zaman boyutu var. Bu durumda dört boyutlu Evren’i ancak üç boyutlu bir yüzeyde tarif edebiliriz.

Doğal olarak üç uzay boyutuna ve 1 zaman boyutuna sahip olan Evrenimizi iki boyutlu hayali bir projeksiyon olarak düşünmek yanıltıcı olur. Özellikle de gözle görülemeyecek küçük ekstra boyutlar olduğunu söyleyen Sicim Teorisi’ni de düşürsek, Evren’in en az 11 boyutlu olduğu ortaya çıkıyor.

 

Kaç boyutlu kaç?

Evren’in basit bir hayal alemi, bir illüzyon, alelade bir yanılsama, gerçek olmayan yalan dünya (!) olduğu yanılgısına düşmemek için bu noktayı ne kadar vurgulasak azdır. Sonuçta fizikçiler evrenin bir hologram olduğunu söylemiyorlar, matematiksel olarak hologram şeklinde modellenebileceğini söylüyorlar.

Gerçi Susskind evrenin hologram olarak tanımlanabileceğine inanıyor, ama bu noktada da evrenin gerçekte kaç boyutlu olduğunu bilmek gerekiyor. Hologramın evrenin içinden yüzeyine mi, yoksa dışından içine mi yansıdığı ve sadece üç boyutta etkili olan kütleçekim kuvvetinin holografik bir projeksiyon, yani sanal bir kuvvet olup olmadığı önemli (başka bir blog yazısı olacak).

Ancak bir kez fizik konularını aşırı basitleştirmekten kaynaklanan hataları aşarsak, süpersimetri teorisiyle ilgili olan holografik evren ilkesinin, kuantum dolaşıklığını solucandelikleriyle açıklamak için neden önemli olduğunu görebiliriz.

 

 

Süpersimetri teorisini holografik evren prensibiyle birleştirmek

Atomaltı dünyada her parçacığın süpersimetrik bir eşi varsa, üç boyutlu uzayda tanımlanan kuantum fiziğini, Einstein’ın zaman boyutunu hesaba kattığı 4 boyutlu Evren’deki görelilik teorisi ile formüle edebiliriz.

Nasıl ki hologramlarda iki boyutlu bir resim 3 boyutlu bir resim izlenimi veriyorsa, aynı mantığı tersten işletirsek, zamanla birlikte 4 boyutlu uzayda da 3 boyutlu kuantum fiziğini tanımlayabiliriz. Jensen ve Karch holografik evren ilkesini bu noktada alıp kuantum dolaşıklığına uyguladıklarında çok şaşırtıcı bir sonuçla karşılaştılar:

 

 

Dört boyutlu Evrenimizde gördüğümüz uzaktan etki olayını, kuantum dolaşıklığını, yani atomaltı parçacıkların birbirini milyarlarca ışık yılı uzaktan görünüşte ışıktan hızlı olarak, neredeyse anında etkilemesi olayını beş boyutlu evrende solucandelikleriyle tanımlamak mümkündü!

Düşünün, Evren’de solucandelikleri görmüyoruz, sadece test laboratuarlarında kuantum dolaşıklığı olgusunu görüyoruz. Oysa kuantum dolaşıklığını 5 boyutlu bir evrende parçacıkları birbirine bağlayan kara delik çiftleriyle açıklayabiliriz. Bu noktada 4 boyutlu Evren’deki dolaşıklık ile 5 boyutlu bir evrendeki solucandelikleri aynı şey olacaktır.

 

 

 

Son çiviyi çakarken

Jensen, “Dolaşık [parçacık] çiftleri solucandeliği barındıran bir sistemin holografik görüntüleridir” diyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) fizikçi Julian Sonner’ın yürüttüğü bağımsız araştırmaların sonuçları da Jensen’in bulgularını destekliyor.³

Jensen, LiveScience sitesine verdi demeçte, “Bilim adamların nabzını hızlandıran şeyler vardır. Bu da onlardan biri” dedi. “Belki de en heyecanlandırıcı olanı, bu sonuçlardan ilham alarak dolaşıklık ile uzay-zaman arasındaki ilişkiyi daha iyi anlayacak olabilmemiz.”

 

Fizikçi Jensen’in kullandığı bütün heyecanlandırıcı ifadelere karşın son derece temkinli konuşması, bilim adamlarının kanıtlanmamış teoriler karşısında tedbirli olmasından kaynaklanıyor. Örneğin solucandeliklerinin varlığını deney ve gözlemlerle henüz kanıtlamadık. Aynı durum tüm detaylarıyla birlikte düşünüldüğünde Sicim Teorisi ve süpersimetri için de geçerli.

Sözün özü, Evren’in gerçekte 4’ten daha fazla boyuta sahip olup olmadığını bilmiyoruz. Sadece bazı fizik teorileri 11 ya da daha fazla boyut gerektiriyor. Bu noktada asıl soru, Evren’deki fizik kurallarını tanımlamakta kullandığımız matematik formüllerinin, hatta fizik formüllerinin gerçeği ne kadar yansıttığı konusu.

Kuantum fiziği, görelilik teorisi ve diğer teoriler gerçek mi? Yoksa fiziksel doğayı anlamamız kolaylaştıran birer matematik modeli mi? Evren’in gerçekte kaç boyutlu olduğunu öğrendiğimiz gün, holografik evren prensibini daha iyi anlayarak bu soruya daha net bir cevap verebileceğiz. Matematiğin gerçek dünyaya karşılık gelip gelmediği konusunu ise ileriki günlerde ayrıca ele almamız gerekecek.

 

 

Leonard Susskind’e sordular: Evren hologram mı? Hologram olarak modellenebilir ama gerçek bir hologram değil.

 

 

Not: Gerçeklik ne kadar gerçek? Hakikate ulaşabilir miyiz?

Kuantum fiziğinin en can alıcı yanı olan Çifte Yarık Deneyi’nin klasik yorumlarına göre gerçeklik dediğimiz şey bir yanılsamadan ibaret. Ancak, yine başka bir yazıda inceleyeceğimiz gibi “kuantum dolaşıklığının” farklı yorumları, çifte yarık deneyinin gerçekliğin öznel bir illüzyon olduğunu göstermediğini ortaya koyuyor. Yine de gerçekliğin doğasını şimdiden merak ediyorsanız, efsanevi aktör Morgan Freeman’ın kendi ağzından dinleyeceğiniz aşağıdaki kuantum yarık deneyi videosuna göz atabilirsiniz.

 

Morgan Freeman’la Çifte Yarık Deneyi:

 

 

 

¹Bounding the speed of `spooky action at a distance’: Juan Yin, Yuan Cao, Hai-Lin Yong, Ji-Gang Ren, Hao Liang, Sheng-Kai Liao, Fei Zhou, Chang Liu, Yu-Ping Wu, Ge-Sheng Pan, Qiang Zhang, Cheng-Zhi Peng, Jian-Wei Pan (Submitted on 4 Mar 2013 (v1), last revised 18 Jun 2013 (this version, v2)), Phys. Rev. Lett. 110, 260407 (2013).

²Entanglement Swapping between Photons that have Never Coexisted, E. Megidish, A. Halevy, T. Shacham, T. Dvir, L. Dovrat, and H. S. Eisenberg Phys. Rev. Lett. 110, 210403 (2013) DOI: 10.1103/PhysRevLett.110.210403.

³Holographic Dual of an Einstein-Podolsky-Rosen Pair has a Wormhole, Kristan Jensen and Andreas Karch, Phys. Rev. Lett. 111, 211602 (2013), Published November 20, 2013

Holographic Schwinger Effect and the Geometry of Entanglement, Julian Sonner, Phys. Rev. Lett. 111, 211603 (2013), Published November 20, 2013.