Kuantum Nesneler de Yerçekimini Hisseder: Yeni Araştırma, Einstein’ı Doğruluyor.

Ulm Üniversitesi, Oxford Üniversitesi ve Ben-Gurion Negev Üniversitesi bilim insanları, Albert Einstein’ın uzun zaman önce öngördüğü bir durumu ilk kez gösteren deneyler gerçekleştirdi: Düşen bir kuantum nesnesi de yerçekiminin etkisini hisseder.

Fizik dünyası ikiye bölünmüş durumda. Makroskopik olaylar (nesnelerin hareketi, ısı transferi gibi) için klasik fizik kullanılırken, atomların nasıl bağlandığı veya belirli dalga boylarını neden emdikleri gibi mikroskobik olaylar için kuantum fiziği devreye giriyor.

Her iki yaklaşım da kendi alanlarında işe yararken, bilim her zaman her şeyi açıklayabilecek bir yasa arar. Böyle bir yasayı oluşturmak için, kuantum ve klasik fizik dünyalarının birleşmesi gerekir. Ünlü fizikçi Albert Einstein, yerçekimi teorisinde bir denklik ilkesi öngörmüştü; bilim insanları, bunun kuantum nesneleri için de geçerli olup olmadığını merak ediyorlardı.

Kuantum Testi

Einstein’ın denklik ilkesine göre, serbest düşüşte olan bir gözlemci için yerçekimi ortadan kalkmalıdır. Bu durum, serbest düşen bir asansör veya uçakta yolcuların ağırlıksızlık hissetmesiyle deneyimlenebilir. Bilim insanları, bu durumun kuantum nesneleri için de geçerli olup olmadığını test etmek için aynı deneyi bir kuantum nesnesi üzerinde gerçekleştirmek zorunda kaldılar.

Bu nesneler hem dalga gibi davranabilir ve birden fazla yoldan hareket edebilirler. Bu nedenle, bilim insanları, atomla ilişkili kuantum dalgasını iki farklı yola ayırabilen özel bir cihaz olan “Kuantum Galileo Girişimölçeri”ni kullandılar. Bu cihaz sadece bunu yapmakla kalmıyor, aynı zamanda bir dalgayı serbest düşüşte tutarken diğerini sabit tutabiliyor ve daha sonra bunları birleştirerek yerçekiminin üzerinde etkili olup olmadığını görebiliyor.

Oxford Üniversitesi profesörü Sir Roger Penrose, daha önce kuantum mekaniğinin çok uzun süreler boyunca büyük boyutlu nesnelerde bozulabileceğini söylemişti. Penrose ayrıca, rubidyum atomlarından oluşan bulutların kullanıldığı ve özel olarak tasarlanmış bir atom çipi üzerinde gerçekleştirilen bu kuantum testinde yer alan Ben-Gurion Üniversitesi’ndeki çalışmalara da dahil olmuştu.

Deney Nasıl Yapıldı?

Deneyde, araştırmacılar öncelikle çok soğuk rubidyum atomlarını “kuantum süperpozisyonuna” sokmak için mikrodalga darbeleri kullandı. Bu, atomların aynı anda iki farklı yoldan hareket etmesini sağladı. Daha sonra, çip üzerindeki minik elektrik tellerini kullanarak, yerçekimi kuvvetine karşı koyabilecek minik bir yukarı doğru kuvvet oluşturdular.

Bu, araştırmacıların atom dalgasını laboratuvar ve Dünya’ya göre sabit tutmasına olanak tanıdı. Diğer kısım ise manyetik bir darbeyle yukarı itildi ve daha sonra yerçekimi altında serbest düşüşü simüle etmek için manyetik alanın kaldırıldığı bir duruma getirildi.

Başka bir manyetik darbeyle, araştırmacılar iki dalga parçasını bir araya getirebildiler; burada birbirleriyle etkileşime girdiler. Araştırmacılar, bir “girişimölçer” kullanarak, iki parça arasındaki minik kuantum faz farkını ölçtüler.

Bu faz farkının, Einstein’ın öngördüğüyle aynı olduğu bulundu. Benzer deneyler daha önce yerçekimini ölçmek için kuantum nesnelerini kullanmış olsa da, bu serbest düşen bir nesnenin öngörülen kuantum fazını doğrudan ölçen ilk deneydir.

Bu deney, kuantum ve klasik fiziği birleştirmiyor; sadece Einstein’ın denklik ilkesinin kuantum nesneleri için de geçerli olduğunu gösteriyor. Oxford Üniversitesi fizik profesörü Vlatko Vedral, bir basın açıklaması”>basın açıklamasında, “Kuantum fiziğinin neden başarısız olması gerektiğini söyleyen tutarlı bir teorimiz yok” dedi.

“Bu deney, kuantum mekaniğini yerçekimi gibi en ilginç alanlarından birine itiyor ve bir kez daha, tahminlerinin geçerli olduğunu gösteriyor.”

Bu deney ayrıca, Penrose’un büyük boyutlu nesneler için ileri sürdüğü argümanın yanlış olmadığını göstermiyor. Aksine, daha büyük boyutlu nesneler için gelecekteki deneylere zemin hazırlıyor.

Araştırma sonuçları, Science Advances“>Science Advances dergisinde yayınlandı.