Kuantum Tünelleme ile Işıktan Hızlı İletişim

Kuantum ışınlama yoluyla ışıktan hızlı iletişim kurmak herkesin hayali. Gerçekten de 60 milyon km uzaktaki Mars’a anında telefon etmeyi kim istemez? Kuantum dolanıklık özelliğinden yararlanan ışınlama buna izin vermiyor; ama kuantum tünelleme yoluyla ışıktan hızlı iletişim mümkün olabilir.

Bunun için solucandelikleri gerekiyor

Dün akşam telefonumdaki Flipboard uygulaması kuantum tünellemeyle ilgili yeni bir haber gösterdi. Doğrusu bu haber, solucandeliklerinin ışıktan hızlı iletişimi mümkün kıldığını düşünen fizikçilere de umut verdi. Nasıl olacak derseniz:

Mikroskobik solucandelikleri ile olacak

Çin kuantum internet uydusu ışınlama rekoru kırdı yazısında, dolanıklık özelliğinden yararlanarak parçacıkları uzun mesafelere ışınlayabileceğimizi anlattım.

Ancak, bir parçacığın enformasyonunu uzaydaki başka bir parçacığa ışınlasak bile ışıktan hızlı iletişim kuramıyoruz; çünkü önce karşı tarafa ışık hızıyla telefon açmamız ve “sana bir mesaj yolladım” diye bilgi vermemiz gerekiyor. İşte bu engeli mikroskobik solucandelikleriyle aşabiliriz.

İlgili yazı: Dünyanın Manyetik Alanında Dev Delik Açıldı

 

Peki solucandelikleri nedir?

Solucandelikleri evrende ışıktan hızlı gitmeden ışıktan hızlı yolculuğa izin veriyor; ama bunlar teorik nesneler. Henüz varlıkları ispatlanmadı ve kimse uzayda Interstellar filmindeki gibi bir solucandeliği görmedi.

Öte yandan, fizikçi Leonard Susskind 4 yıl önce yaptığı araştırmada atomaltı parçacıkların birbirine mikroskobik solucandelikleriyle bağlı olabileceğini gösterdi. Hatta daha ileri giderek iki şey öne sürdü:

1) Görünüşte parçacıkların ışıktan hızlı olarak birbirini etkilemesini sağlayan dolanıklık durumu, parçacıklar birbirine mikroskobik solucandeliğiyle bağlı olduğu zaman gerçekleşiyor olabilir. 2) Bizzat solucandelikleri birbirine dolanıklıkla bağlı olan iki kara deliğin birleşmesiyle ortaya çıkıyor olabilir.

İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?

 

Bu da çok önemli bir varsayım

Sonuçta kuantum fiziğinde farklı dolanıklık türleri var ve Suskind, içlerinden sadece bir tanesinin, tam dolanıklık durumunun mikroskobik solucandelikleriyle gerçekleşebileceğini gösterebildi; fakat bu doğruysa kuantum tünelleme yoluyla ışıktan hızlı iletişim kurabiliriz. Peki kuantum tünelleme ile solucandelikleri arasında ne tür bir ilişki var derseniz önce şunu sormamız gerekiyor:

Kuantum tünelleme nedir?

Kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesi yüzünden bir parçacığın konumu ve hızını aynı anda yüksek kesinlikle bilemiyoruz.

Bu da parçacıkların 1) kuantum durumlarının rastgele değişmesine, 2) evrende 10 milyar ışık yılı uzaktaki iki parçacığın bile süper pozisyon yoluyla dolanıklığa girip anında birbirini etkilemesine ve 3) parçacıkların kısa mesafelerde kuantum tünelleme ile kendini ışınlamasına izin veriyor.

Kuantum tünelleme söz konusu olduğunda, bir bilgisayar işlemcisinin transistorlarında gezen elektron birdenbire komşu tele sıçrayabiliyor. Tıpkı bilimkurgu filmleri ve bilgisayar oyunlarındaki sıçrama geçitleri gibi, uzay-zamanda bir tünel açan elektron kısa mesafelerde yer değiştiriyor.

Hatta işlemcilerin mevcut üretim teknikleriyle daha fazla küçülmesini de kuantum tünellemeye bağlı olan aşırı ısınma ve kısa devre sorunu engelliyor.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Bunun solucandelikleriyle ne ilgisi var?

Solucandelikleri evrende ışıktan hızlı yolculuğa izin veriyor. Öyle ki mikroskobik solucandeliklerinin var olduğunu gösterebilirsek bunu kuantum tünelleme etkisine bağlayabiliriz. Böylece dolanıklık yoluyla ışıktan hızlı iletişim kurabiliriz!

Ancak, önce kuantum tünellemenin anlık mı, yoksa ışıktan hızlı mı gerçekleştiğini bilmemiz gerekiyor. Evrende hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceği için bu ifade size hatalı gelebilir; ancak solucandelikleri ışıktan hızlı gitmeden ışıktan hızlı yolculuğa izin veriyor.

Bunun detaylarını önceki yazıda anlattım; ama özetle solucandeliklerinin uzay-zamanı büken tüneller olduğunu ve uzaydaki iki uzak noktayı çok kısa bir tünelle birbirine bağladığını söyleyebilirim. Öyle ki solucandeliğinin içinde normal hızda gidiyorsunuz; fakat uzayda sanki ışıktan hızlı gider gibi mesafe kat ediyorsunuz (koşmuyorsunuz ama attığınız adımlar büyüyor).

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kuantum tünelleme solucandeliği olabilir mi?

Acele etmeyin. Bunu görmek için önce kuantum tünelleme hızını ölçmemiz lazım: Kuantum tünelleme yapan bir elektron komşu tele ne hızda sıçrıyor? Anında ışınlanıyor mu? Yoksa gerçekten uzayda mikroskobik bir solucandeliği tüneli açarak mı komşu tele geçiyor?

Aslında bunu merak eden fizikçiler solucandeliklerini aramıyor. Ancak, kuantum tünelleme anında gerçekleşmek yerine, sonlu bir hızda gerçekleşiyorsa bu durum mikroskobik solucandeliklerine dolaylı kanıt oluşturuyor. Sonuçta solucandeliğinin içinde yol alarak komşu tele giderken belirli bir süre geçmesi gerekiyor.

İlgili yazı: Facebook Sohbet Botunu Çok Zeki Diye Kapatmadı

 

Almanlar hız testi yaptı

Max Planck Enstitüsü’nde araştırmalarını sürdüren nükleer fizikçiler elektronların kuantum tünelleme hızını ölçtüler. Nitekim 1955 yılında, fizikçi Eugene Wigner kuantum tünellemenin çok kısa da olsa sonlu bir hızda gerçekleştiğini söylemişti; ama bu varsayımın ispat edilmesi gerekiyordu.

Fizikçiler bunun için laboratuarda izole ettikleri atomları saniyede milyonlarca kez yanıp sönen lazer ışınlarıyla aydınlattılar. Lazer ışınları aynı zamanda atomların çevresinde dönüyor ve bu da süper hassas hız ölçümüne izin veriyordu.

İlgili yazı: Sıcak Dalgaları ile 1,5 milyar İnsan Evsiz Kalacak

 

Peki tünellemeyi nasıl tetiklediler?

Araştırmacılar bizzat atomlardan kopan elektronları tünellemeye zorladılar. Bu amaçla kripton ve argon gazından yararlandılar ve bu gazları oluşturan atomları lazer ışınlarıyla ölçüm odasının içine püskürttüler.

Bu da atomları saran elektronların bağlarını zayıflattı ve onları kuantum tünellemeye yatkın hale getirdi. Ancak, tünelleme yönü tümüyle kontrol altındaydı. Elektronların atomlardan dışarıya doğru hangi yönde tünelleme yapacağı lazer ışınlarının elektrik alanıyla kontrol ediliyordu.

Üstelik lazer ışınları da atomlarla elektronların etrafında dönüyor ve bu sayede elektronları kendi çevresinde dönen bir enerji alanına hapsediyordu. Eğer kuantum tünelleme anında gerçekleşiyorsa elektronlar, komşu atomlara lazer ışınları bir dönüşünü tamamlamadan önce sıçrayacaktı.

Ancak, kuantum tünelleme sonlu bir hızda gerçekleşiyorsa elektronlar komşu atomlara sıçrayana kadar lazer ışınları en az kısmi tur atmış olacaktı. Ayrıca elektronlar sadece belirli bir yöne doğru, örneğin yukarıya doğru sıçrayacaktı. Hangi yöne sıçrayacakları ise lazer ışınlarının kontrolünde olacaktı.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

 

Anlık sıçrama eşittir sonsuz hız

Kuantum tünellemenin anında gerçekleşmesinin tek yolu sonsuz hızda gerçekleşmesi. Nitekim sonsuz hızda giden bir parçacık lazerden bağımsız olarak herhangi bir yönde gidebilir. Sonuçta lazer ışınları ışık hızında gidiyor ve bu yüzden tünelleme ile sonsuz hıza ulaşan elektronları kontrol edemezler.

Sonuç olarak

Fizikçiler elektronların komşu atomlara 80 ila 180 attosaniye içinde sıçradığını gördüler. Bir attosaniye, saniyenin milyar kere milyarda biri olduğuna göre tünellemenin müthiş bir hızda gerçekleştiğini görebilirsiniz. Yine de sonlu bir hızda gerçekleşiyor.

Alman fizikçiler bu noktada durdular ve başka bir yorum yapmadılar. Ancak, kuantum tünellemenin sonlu hızda gerçekleşmesi, bunun aynı zamanda bir solucandeliği tüneli ile gerçekleştiğini gösteriyor olabilir.

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Bu da ışıktan hızlı iletişime izin verir

Düşünün, kuantum ışınlama ile ışıktan hızlı iletişim kurmanın önündeki engel neydi? Karşı tarafa telefon açarak ya da mail atarak “az önce sana bir ileti gönderdim” demek. Bunu ışık hızında yaptığımız için ışıktan hızlı iletişim kuramıyorduk.

Ancak, teorik fizikte mümkün olan solucandelikleri gerçekten varsa ve bunları yapay olarak yaratabilirsek kendisi de bir tür solucandeliği bağlantısı olan kuantum dolanıklık yoluyla evrenin en uzak köşelerindeki parçacıkları bile ışıktan hızlı olarak etkileyebiliriz.

Sonra da kuantum dolanıklık bağlantısının diğer ucunda olan arkadaşımıza başka bir mikroskobik solucandeliği ile tünel açabilir ve kuantum dolanıklık hızıyla aynı hızda onu uyararak “az önce sana mesaj attım” diyebiliriz. İşte bu yöntem ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı iletişim kurmamızı ve Mars’ı Dünya’ya ışıktan hızlı internetle bağlamamızı sağlar.

İlgili yazı: Ay Nasıl Oluştu?

 

Dahası var!

Gerçekten ışık hızını aşarak iletişim kurabilseydik evrendeki neden-sonuç ilişkisini bozardık ve biz daha yatak odasındaki lambayı yakmadan lambanın yanması gibi saçmalıklar meydana gelirdi. Öte yandan, solucandeliği destekli kuantum ışınlama tekniğiyle ışık hızını aşmaya gerek kalmadan ışıktan hızlı iletişim kurabiliriz.

Böylece hem evrensel neden-sonuç ilişkisini bozmayız hem de Mars’a neredeyse anında telefon açabiliriz. Bugün Dünya ile Mars arasında internet bağlantısı kursak Amerika’dan gönderdiğimiz bir mesaja cevap alana kadar 6 ila 44 dakika geçerdi.

Oysa solucandeliği destekli kuantum ışınlama ile Mars’tan cevap almamız 1 saniyeden kısa sürer. Bu da haberleşmeyi güçlendirerek Mars’a yerleşmeyi kolaylaştırır. Peki solucandelikleri ile komşu evrenlere kapı açabilir veya paralel evrenlere yolculuk edebilir miyiz? Onu da şimdi okuyabilirsiniz; ama önce internetiniz hızlı olsun!

Kuantum tünelleme nasıl çalışıyor

¹Experimental Evidence for Quantum Tunneling Time