Kuantum fizikçileri, açık kuantum sistemlerinde zamanın hem ileri hem de geri yönde akabileceğini keşfederek, fizik yasalarının temel anlayışını değiştirdi.
Bilim insanları, zamanın sabit ve tek yönlü bir akışa sahip olduğu düşüncesini sarsan yeni bir keşfe imza attı. Yapılan araştırmaya göre, bazı kuantum sistemlerinde zaman, ileri ve geri olmak üzere iki farklı yönde akabiliyor. Bu bulgu, termodinamikten kozmolojiye kadar pek çok alanda zamanın doğasını anlama biçimimizi değiştirebilir.
Zamanın tek yönlü akışı, yani “zamanın oku” (the arrow of time) kavramı, uzun yıllardır bilim insanlarının üzerinde düşündüğü temel bir kavram olarak biliniyor. Günlük yaşamda zamanın sadece geçmişten geleceğe doğru aktığını deneyimliyoruz. Örneğin, yere dökülen süt hiçbir zaman kendiliğinden bardağa geri dönmüyor. Ancak fizik yasaları incelendiğinde, bu yasaların zaman yönünden bağımsız olduğu görülüyor. Yani, evrenin temel seviyedeki yasaları hem ileri hem de geri yönde çalışabilir.
Surrey Üniversitesi’nden Dr. Andrea Rocco ve ekibi tarafından gerçekleştirilen yeni bir çalışma, açık kuantum sistemleri olarak adlandırılan sistemleri inceledi. Açık kuantum sistemleri, çevreleriyle sürekli etkileşim halinde olan kuantum sistemleri olarak tanımlanıyor. Bu sistemler, bilgiyi ve enerjiyi çevrelerine yayarak, evrende zamanın nasıl ortaya çıktığına dair ipuçları verebilir.
Araştırmacılar, bir kuantum sisteminin zaman içinde nasıl geliştiğini anlamak için bazı ‘basitleştirici’ varsayımlar yaptı. İlk olarak, çevrenin çok büyük olduğu ve sistemin sadece kendi içsel süreçleriyle değerlendirilebileceği kabul edildi. İkinci olarak, çevreye yayılan enerji ve bilginin geri dönmediği varsayıldı. Bu durum, evrenin genişlemesiyle karşılaştırılabilir bir süreçtir. Ancak, yapılan hesaplamalar sonucunda bilim insanları şaşırtıcı bir sonuca ulaştı: Sistemin zaman içinde nasıl evrildiği, ileri ve geri yönde aynı şekilde işliyordu.
Araştırmanın başyazarı Dr. Andrea Rocco, Surrey Üniversitesi bültenine verdiği demeçte, “Dökülen sütün geri bardağa toplanmasının imkansız olduğunu hissederiz, çünkü gündelik deneyimlerimiz zamanın yalnızca ileriye aktığını gösterir. Fakat fizik yasaları, geçmiş ve gelecek arasında belirgin bir ayrım yapmaz. Çalışmamız, bizim tek bir zaman yönü algılamamıza rağmen, aslında zamanın iki yönde de hareket edebileceğini ortaya koyuyor,” sözlerini kaydetti.
Araştırmayı yürüten ekibin hesaplamalarına göre, kuantum sistemlerinin zaman içinde nasıl değiştiğini belirleyen “bellek çekirdeği” adı verilen matematiksel yapı, zaman açısından simetrik bir özellik taşıyor. Bu, sistemin hem ileri hem de geri yönde çalışabileceğini gösteriyor. Ayrıca, denklemler içinde zaman açısından kesintili küçük bir faktör keşfedildi. Bu faktör, zamanın çift yönlü akışını sağlayan temel mekanizmalardan biri olabilir.
Doktora sonrası araştırmacı Thomas Guff, keşifleriyle ilgili, “En şaşırtıcı olan, açık kuantum sistemlerini tanımlayan standart denklemleri kullanmamıza rağmen, bu sistemlerin ileri ve geri yönde aynı şekilde çalışmasıydı. Matematiksel incelemelerimiz sonucunda, bu durumun kaçınılmaz olduğunu gördük. Çünkü ‘bellek çekirdeği’ simetrik bir yapıya sahipti ve zamanın yönüyle ilgili bir öncelik belirlemiyordu. Ayrıca, genellikle göz ardı edilen, zaman açısından kesintili bir faktör keşfettik. Fizik denklemlerinde süreksiz bir mekanizmaya rastlamak nadirdir ve bunun doğal olarak ortaya çıkması bizi çok şaşırttı,” ifadelerini kullandı.
Bu bulgular, termodinamikten kuantum mekaniğine kadar pek çok alanda zaman kavramına bakışımızı değiştirebilir. Geleneksel olarak, termodinamik süreçlerin zamanın tek bir yönde ilerlemesini sağladığı düşünülüyordu. Ancak bu yeni çalışma, zamanın yönünün sabit olmayabileceğini ve kuantum dünyasında ileri ve geri yönde eşit derecede mümkün olabileceğini gösteriyor.
Çalışmanın sonuçları, evrenin zaman yapısını ve kuantum mekaniğinin temel ilkelerini daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir. Ayrıca, kozmolojide büyük patlama ve kara deliklerin zaman akışı üzerindeki etkileri gibi konulara da yeni bir perspektif sunabilir.
Bu araştırma, bilim insanlarının zamanın doğasını yeniden değerlendirmesi gerektiğini gösteriyor. Zamanın gerçekten tek bir yönde mi aktığı, yoksa bizim algımızın mı bunu böyle şekillendirdiği sorusu, gelecekteki çalışmaların odak noktalarından biri olmaya devam edecek.
Kaynak: University of Surrey
