Yeni bir araştırma fotonların bir atom bulutundan geçerken ‘negatif zaman’ harcadığına dair deneysel gözlemler ortaya koyuyor.
Toronto Üniversitesi’nden bir araya gelen bilim insanları, kuantum fiziğinin tuhaf bir özelliğini daha gözlemledi. Araştırmaya göre, fotonlar, bir atom bulutundan geçerken “negatif zaman” harcayabiliyor. Daniela Angulo liderliğindeki ekip kuantum fiziğinin ne kadar garip ve sezgisel anlayışımızın dışında olduğunu bir kez daha ortaya koydu.
Fotonlar, ışığın en küçük yapı taşları olarak biliniyor. Hem dalga hem de parçacık gibi davranıyorlar. Geleneksel fizik anlayışımıza göre, bir fotonun bir ortamdan geçerken belli bir süre harcaması gerekiyor. Ancak bu yeni deney, fotonların, bir malzemeye girmeden önce çıktıkları gibi görünen durumlar yaratabileceğini ortaya koydu. Yani, bir atom bulutunda “negatif zaman” harcıyor gibi görünüyor.
Deney nasıl gerçekleştirildi?
Araştırmacılar, deneylerinde soğutulmuş rubidyum atomlarından oluşan bir bulut kullandılar. Rubidyum, belirli dalga boylarında ışığı emme ve tekrar yayma özellikleriyle biliniyor. Deneyde, fotonlar bu atom bulutuna gönderildi ve bu sırada atomların uyarılma durumları gözlemlendi. Atomların uyarılması, elektronlarının daha yüksek bir enerji seviyesine sıçraması anlamına geliyor. Bu süreç, ışığın malzeme içindeki yolculuğunu yavaşlatıyor ve “grup gecikmesi” adı verilen bir zaman gecikmesine neden oluyor.
Ancak rubidyum atomlarıyla yapılan deneyde ilginç bir şey fark edildi. Bazen fotonlar hiçbir şekilde atomlarla etkileşime girmemiş gibi görünüyordu, ancak atomlar yine de uyarılmış durumdaydı. Daha da şaşırtıcı olanı, atomlar fotonları emdiğinde, fotonlar sanki anında tekrar yayılmış gibi görünüyordu. Bu, fotonların bir şekilde ortamdan beklenenden daha hızlı geçtiğini ve bazen bu geçiş süresinin “negatif” olduğunu gösteriyordu.
Negatif zaman ne anlama geliyor?
Negatif zaman kavramı kulağa oldukça tuhaf gelebilir, ancak bu tamamen kuantum fiziğinin doğasından kaynaklanıyor. Kuantum fiziğinde, bir olayın gerçekleşme zamanı sabit bir değere sahip değil. Bunun yerine, olaylar bir zaman aralığı içinde gerçekleşiyor ve bu aralık, olasılıksal bir dağılım değeri alıyor.
Bir fotonun bir atom tarafından emilip tekrar yayıldığı süreyi ölçmek, aslında bu olasılık aralığını gözlemlemek olarak düşünülebilir. Toronto Üniversitesi’nde yapılan deney, bu aralığın bazı durumlarda sıfırı bile eksi yönde aşarak negatif değerlere ulaşabileceğini gösterdi. Yani, bir fotonun bir atom tarafından emilip yayıldığı zaman, bazen sanki hiç gerçekleşmemiş gibi ya da gerçekte olduğundan daha kısa bir sürede gerçekleşmiş gibi görünebiliyor.
Örneğin, yarış pistinde bir araba, bir noktadan diğerine giderken belirli bir süre harcıyor. Ancak, kuantum fiziğinde bu arabanın yolculuğunu gözlemlemek, yarış pistindeki her bir noktanın arabayla aynı anda, hem orada olduğunu hem de orada olmadığını görmeye tekabül ediyor. Dolayısıyla bazı durumlarda, arabanın yarış pistinde bitiş çizgisinden önce başlangıç çizgisinden geçtiği görülebiliyor.
Negatif zaman kavramı, Einstein’ın özel görelilik teorisiyle çelişmiyor. Çünkü bu süreçte bilgi aktarımı söz konusu değil. Yani, hiçbir şey ışık hızını aşmıyor. Bunun yerine, bu fenomen, kuantum parçacıklarının davranışlarını anlamamıza yardımcı olan matematiksel bir araç olarak değerlendirilebilir.
Bu bulgular, sadece teorik fizikçiler için değil, aynı zamanda optik teknolojiler ve kuantum bilgi işleme alanlarında çalışan bilim insanları için de önemli. Işık ve madde arasındaki bu garip etkileşimleri anlamak, daha hassas sensörler ve yeni nesil iletişim teknolojileri geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Araştırmanın bir diğer önemli katkısı, fiziksel olayların nasıl ölçüldüğüne dair geleneksel anlayışlarımızı sorgulamaya teşvik etmesi. Çünkü negatif zaman gibi kavramlar, fiziğin sınırlarını zorlamanın yanı sıra, temel ilkelerimizi yeniden değerlendirmemize de olanak tanıyor.
Kaynak: arXiv
