Bristol, Viyana, Balear Adaları Üniversiteleri ve Kuantum Optik ve Kuantum Bilgi Enstitüsü’nden (IQOQI-Viyana) bir fizikçi ekibi, kuantum sistemlerinin, zamanda hem ileri hem de geri olmak üzere iki zıt zaman oku boyunca eşzamanlı olarak nasıl evrimleşebileceğini gösterdi.
Communications Physics’in son sayısında yayınlanan çalışma, kuantum yasalarının çok önemli bir rol oynadığı bağlamlarda zamanın akışının nasıl anlaşıldığını ve temsil edildiğini yeniden düşünmeyi gerektiriyor.
Yüzyıllardır filozoflar ve fizikçiler zamanın varlığı üzerinde kafa yoruyorlar. Yine de klasik dünyada, deneyimlerimiz zamanın var olduğu ve devam ettiği konusundaki tüm şüpheleri ortadan kaldırıyor gibi görünüyor. Gerçekten de, doğada süreçler, kendiliğinden daha az düzensizlikten daha fazla düzensizliğe doğru ilerleme eğilimindedir ve bu eğilim zamanın ilerlediği yönü belirlemek için kullanılabilir. Fizikte bu, bir sistemdeki düzensizliğin miktarını tanımlayan fiziksel nicelik olan ‘entropi’ ile tanımlanır.
Dr. Giulia Rubino ve yayının baş yazarı şunları söyledi:
“Bir fenomen büyük miktarda entropi üretiyorsa, zamanın tersine çevrilmesini gözlemlemek, esasen imkansız hale gelecek kadar olanaksızdır. Bununla birlikte, üretilen entropi yeterince küçükse, bir olgunun zamanının tersine döndüğünü görmenin ihmal edilemez bir olasılığı vardır.”
“Örnek olarak sabah rutinimizde yaptığımız şeylerin sırasını alabiliriz. Diş macunumuzun diş fırçasından tüpüne geri döndüğünü gösterseydik, şüphesiz bu günümüzün geri sarılmış bir kaydını izlediğimiz anlamına gelirdi. Ancak, tüpü hafifçe sıksaydık, diş macununun sadece küçük bir kısmı dışarı çıksaydı, tüpün dekompresyonu tarafından emilerek tüpe yeniden girdiğini gözlemlemek imkansız olmazdı.”
Profesör Caslav Brukner liderliğindeki çalışmanın yazarları, bu fikri, özelliklerinden biri kuantum süperpozisyon ilkesi olan kuantum âlemine uyguladılar. Buna göre bir kuantum sisteminin iki durumunun her ikisi de mümkünse, o zaman o sistem aynı anda her iki durumda da olabilir.
“Bu ilkeyi zamanın oklarına kadar genişleterek, bir veya diğer zamansal yönde (diş macununun tüpten çıkması veya tüpe geri dönmesi) gelişen kuantum sistemleri, kendilerini aynı anda her iki zamansal yön boyunca da evrimleştiğini bulabilir.
“Bu fikir, günlük deneyimlerimize uygulandığında oldukça saçma görünse de, en temel düzeyinde, evrenin yasaları kuantum-mekanik ilkelerine dayanmaktadır. Bu, doğadaki zaman akışlarının bu üst üste binmeleriyle neden hiç karşılaşmadığımız sorusunu akla getiriyor” diyor Dr. Rubino.
Ortak yazar Dr. Gonzalo Manzano şunları ekliyor: “Çalışmamızda, zıt zaman oklarıyla süreçlerin kuantum süperpozisyonunda gelişen bir sistem tarafından üretilen entropiyi ölçtük. Bunun en sık, sistemin iyi tanımlanmış bir zaman yönüne yansıtılmasıyla sonuçlandığını ve bu iki sürecin en olası sürecine karşılık geldiğini gördük. Ve yine de, küçük miktarlarda entropi söz konusu olduğunda (örneğin, dökülen diş macununun tüpe geri emildiğini görebilecek kadar az olduğunda) o zaman, aynı zamanda ileri ve geri zamansal yönler boyunca gelişen sistemin sonuçlarını fiziksel olarak gözlemleyebiliriz.”
Zamanın kendisinin iyi tanımlanamayabileceği oluşunun ayrı olarak, çalışmanın kuantum termodinamiğinde pratik sonuçları da var. Alternatif zaman oklarının bir süperpozisyonuna bir kuantum sistemi yerleştirmek, termal makinelerin ve buzdolaplarının performansında avantajlar sağlayabilir.
Rubino ayrıca “Zaman genellikle sürekli artan bir parametre olarak ele alınsa da, çalışmamız kuantum mekaniksel bağlamlarda zamanın akışını yöneten yasaların çok daha karmaşık olduğunu gösteriyor. Bu, kuantum yasalarının çok önemli bir rol oynadığı tüm bağlamlarda bu zaman miktarını temsil etme şeklimizi yeniden düşünmemiz gerektiği anlamına gelebilir.” dedi.
Kaynak: Zamanın karşıt oklarıyla termodinamik evrimlerin kuantum süperpozisyonu, Communications Physics (2021). DOI: 10.1038/s42005-021-00759-1
