Kuantum mekaniğinde “hiçlik” kavramı, günlük hayatta anladığımız boşluk fikrinden çok farklı. Bir kutunun içini tamamen boşalttığınızı hayal edin. İçindeki tüm maddeleri, havayı, tozu, hatta görülemeyen parçacıkları bile çıkardığınızı varsayın. Klasik fiziğe göre geriye hiçbir şey kalmaması gerekiyor. Ancak kuantum mekaniği ve kuantum alan kuramı bu konuda başka bir şey söylüyor: Kutu yine de enerjiyle dolu. Bu kaçınılmaz enerjiye “sıfır nokta enerjisi” ya da “temel durum enerjisi” deniyor.
Sıfır nokta enerjisi, bir sistemin sahip olabileceği en düşük enerji düzeyi. Bir atomu ya da bir molekülü mutlak sıfıra, yani mümkün olan en düşük sıcaklığa kadar soğutsanız bile, içindeki parçacıklar tamamen durmuyor. Bunun nedeni Heisenberg belirsizlik ilkesi. Bu ilkeye göre bir parçacığın hem konumunu hem de hızını aynı anda tam olarak bilmek imkansız. Eğer bir parçacığın hızı sıfır olsaydı, yani hiç hareket etmeseydi, konumu da tam olarak belirlenmiş olurdu. Kuantum kuralları buna elvermediği için, parçacıklar her zaman az da olsa “kıvranır” gibi davranıyor. İşte bu hareket, sıfır nokta enerjisinin fiziksel karşılığı.
Bu durum sadece atomlar için geçerli değil. Boşluk bile kuantum alanlarıyla dolu. Elektromanyetik alan gibi alanlar, hiçbir parçacık yokken bile titreşebiliyor. Bu titreşimlerin en düşük seviyesi sıfır nokta enerjisini veriyor. Yani tam boş sandığımız uzay, aslında ‘kaynayan’ bir enerji denizi.
Bu enerjinin gerçek olduğunu gösteren deneylerden biri Casimir etkisi. İki tane elektrik yüklü olmayan metal plaka birbirine çok yaklaştırıldığında, aralarında bir çekim kuvveti oluşuyor. Bunun nedeni, plakalar arasındaki boşlukta elektromanyetik alanın titreşimlerinin dışarıdaki boşluktan farklı olması. Dışarıdaki sıfır nokta enerjisi daha yüksek olduğu için, plakalar birbirine doğru itilmiş gibi görünüyor. Bu, boşluğun gerçekten fiziksel bir etkisi olduğunu kanıtlıyor.
Sıfır nokta enerjisi kütleçekimi yaratıyor mu?
Sıfır nokta enerjisi aynı zamanda büyük bir bilmeceyi de beraberinde getiriyor. Kuantum alan kuramına göre bu enerji sonsuz olmalı. Oysa Einstein’in genel görelilik kuramına göre her enerji türü kütleçekimi yaratıyor. Eğer boşluğun enerjisi bu kadar büyük olsaydı, evren çoktan parçalanmış olmalıydı. Gerçekte böyle bir şey olmuyor. Bu, modern fiziğin en büyük problemlerinden biri olarak görülüyor.
Bu yüzden kuantum fiziğinde “hiçlik”, boş ve anlamsız bir yokluk değil. Aksine, içinde her türlü parçacığın ve alanın potansiyelini barındıran, dolu ve dinamik bir yapı. Fizikçilere göre vakum, her şeyin ortaya çıkabileceği bir zemin gibi. Boşluk, aslında “her şeyin olabilme ihtimali” ile dolu.
Kaynak: Quanta Magazine