Zaman algımız genellikle tek yönlü ve sabit gibi görünse de, görelilik teorisi zamanın beklenenden daha esnek olabileceğini gösteriyor.
Örneğin, güçlü bir yerçekimi alanında zaman, uzaktakilere göre daha yavaş ilerler; sanki yerçekimi zamanı uzatıyormuş gibi.
Benzer şekilde, yeterince hızlı seyahat eden biri için zaman, geride kalanlara göre daha yavaş geçer.
Ancak bu örneklerde bile zaman yalnızca tek yönde akar.
Fakat görelilik teorisinin ötesine, kuantum mekaniği alanına baktığımızda, zamanın sadece yavaşlamakla kalmayıp etkin bir şekilde geriye akabileceği bir olasılık ortaya çıkıyor.
Peki, bu durumda ne olur? Bu sorunun yeni bir matematiksel incelemesi şaşırtıcı bir cevapla geldi: Kuantum ortamının kendisi, zamanın ne kadar geriye akabileceğine dair bir sınır getiriyor.
Ve bu sınır oldukça kısa.
Tel Aviv Üniversitesi'nden Yakir Aharonov ve İsrail İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden Avshalom C. Elitzur tarafından incelenen en basit model için zaman, etkin bir şekilde sadece yaklaşık bir femtosaniye – yani saniyenin trilyonda biri kadar geriye akabilir.
Bu çalışma, arXiv'de preprint olarak yayınlanan bir makalede detaylandırılmıştır.
Bu Aharonov'un zamanın tersine çevrilmesiyle ilgili ilk çalışması değil.
1990 yılında kendisi ve meslektaşları, kuantum mekaniğinin tuhaf özelliklerinden yararlanarak bir sistemin zamanın hızlandığı, durduğu veya hatta geriye aktığı gibi davranmasını sağlayabilecek teorik bir cihaz olan kuantum zaman-çevrim makinesini önermişlerdi.
Bu fikir, bir sistemin aynı anda birden fazla olası durumda bulunabildiği kuantum mekaniğinin süperpozisyon adı verilen bir özelliğine dayanıyor.
Diyelim ki süperpozisyon durumunda, yerçekimi alanında iki farklı konumda aynı anda bulunan bir saatiniz var – zamanın geçiş hızını etkileyecek kadar önemli bir yerçekimi gücü farkıyla.
Bir konumda, yerçekimi alanının daha derininde, zaman daha yavaş geçer. Diğerinde, uzakta, zaman daha hızlı geçer.
Kuantum mekaniği her iki olasılığın da bir arada var olmasına izin verir. Ve saatin iki dalı tekrar bir araya getirildiğinde, birbirleriyle etkileşime girebilirler.
İşte işler burada tuhaflaşıyor. Bu etkileşimin belirli bir sonucunu seçerek – buna son-seçim adı verilir – fizikçiler teorik olarak saatin her iki olasılığın aralığının dışında bir zaman miktarı deneyimlemiş gibi davranmasını sağlayabilir.
Bu, her iki dalın geçtiği süreden daha fazla zaman anlamına gelebilir. Hiç zaman geçmemiş anlamına gelebilir. Veya negatif bir zaman miktarı anlamına gelebilir – sanki saat geri geri gidiyormuş gibi.
Şimdi, 36 yıl sonra, Aharonov ve Elitzur bu fikre geri dönerek özellikle zorlu bir soruyu araştırdılar: Bu negatif zaman aslında ne kadar uzağa gidebilir?
Kavram deneysel olarak gerçekleştirilmemiş, teorik kaldığı için, ikili, makinenin dört farklı küçük konfigürasyonunu incelemek üzere matematiğe başvurdu.
Ancak başlamadan önce, aldatıcı derecede basit bir soruyu yanıtlamak zorunda kaldılar.
Diyelim ki zamanı geri akıtmayı başardınız. Bunu nasıl kanıtlarsınız?
Ve işte burada küçük bir atomik bozunma sahneyi çalıyor.
Bir atom enerji emdiğinde, elektronlarından biri daha yüksek bir enerji seviyesine sıçrayabilir ve atomu uyarılmış bir duruma sokabilir.
Ancak atomlar biraz tembeldir – genellikle uyarılmamış hallerine dönme eğilimindedirler (bu hepimiz için geçerli). Sonunda, elektron daha düşük bir enerji seviyesine geri düşebilir ve fazla enerjiyi bir foton olarak yayabilir. Bu sürece kendiliğinden yayılım denir ve normal koşullar altında yalnızca tek yönde ilerler.
Bu nedenle araştırmacılar, zaten bozunmaya başlamış bir grup atomla başlayıp teorik makinelerinin bu süreci tersine çevirip çeviremeyeceğini görmeyi önerdiler.
Diyelim ki 100 uyarılmış atomunuz var. Bir kısmının enerjisini yaymasını bekliyorsunuz ve hala 80 tanesi uyarılmış durumda kalıyor.
Şimdi o 100 atomu teorik zaman makinesinden geçirdiğinizi varsayalım.
Eğer 80'den fazla uyarılmış atomunuz olursa, makine zaten gerçekleşmiş olan bozunmanın bir kısmını etkin bir şekilde tersine çevirmiş demektir.
Şimdi, eğer zaman gerçekten geriye aktıysa, yayılan ışığın atomlara geri dönmesi ve onları uyarılmış durumlarına geri döndürmesi gerekir – bu da yeni bir sorun yaratır. Fotonlar zaten uzaklaşmış olabilir veya başka bir şeye emilmiş olabilir.
Bunların hepsini hesaba katmak için, Aharonov ve Elitzur atomları, yaydıkları ışıkla birlikte ve onu emebilecek duvarlarla birlikte tamamen kapalı bir hücrenin içine yerleştirmeyi hayal ettiler.
Tüm hücre daha sonra teorik makineden geçirilecek ve araştırmacıların tüm sürecin etkin bir şekilde tersine çevrilip çevrilemeyeceğini araştırmasına olanak tanıyacaktı.
Ve işte burada oldukça acımasız bir engel ortaya çıktı.
Kapalı bir hücrenin içinde bile, atomlar izole bir şekilde var olmazlar. Işık yaydıkça, çevreleyen elektromanyetik alanla etkileşime girer ve olanlar hakkında izler bırakırlar.
Makinenin en basit versiyonu için, bozunmanın tersine çevrilmesi, iki olası geçmişin etkileşime girmesi için gereken kuantum koheransını koruyan bu etkileşimlere bağlıdır.
Ancak bu pencere uzun süre açık kalmaz.
Araştırmacıların optik örneğinde, bu yaklaşık bir femtosaniye sürer.
Bundan sonra, ortam, en basit iki-dallı makinenin istenen tersine çevirmeyi üretmesi için gereken yayılma hakkında çok fazla bilgi tutmuş olur.
Yani sınır zaman tarafından değil, ortamın ışıkla ilgili hafızası tarafından belirleniyor.
Daha karmaşık makine versiyonları, teorik olarak daha uzun aralıkları tersine çevirebilir, ancak yalnızca giderek artan olasılık dışı başarı şanslarıyla çok daha fazla kuantum dalı ekleyerek.
Ancak, artık hiç şüphesiz soracaksınız, termodinamiğin ikinci yasası ne olacak? Önemli bir nokta, bilge okuyucu, ve araştırmacıların doğrudan ele aldığı bir nokta.
Termodinamiğin ikinci yasasına göre, izole bir sistemin toplam entropisi asla azalmaz. Doğal süreçler genellikle daha düzenli durumlardan daha düzensiz durumlara doğru tek bir yönde hareket etme eğilimindedir.
Sir Arthur Eddington'un çok özlü bir şekilde belirttiği gibi, "Eğer teoriniz termodinamiğin İkinci Yasası'na aykırı bulunursa, size hiçbir umut veremem; derin bir aşağılanmayla çökmekten başka çaresi yok."
Peki ya zaman tersine akabiliyorsa, bu ikinci yasayı ihlal etmez mi? Pekala, zorunlu değil.
Boşluk son-seçimde yatar. Zamanın görünen tersine çevrilmesi, yalnızca tüm olası sonuçlar arasından dikkatlice seçilmiş çok küçük bir kesirde meydana gelir.
Tüm sonuçlar birlikte değerlendirildiğinde, sistemin bütünü hala termodinamiğin ikinci yasasına uyar. Entropi genel olarak sihirli bir şekilde azalmaya başlamamıştır.
Dolayısıyla Aharonov ve Elitzur'un teorik makinesi, fiziğin en temel yasalarından birini devirmeden zamanın geriye aktığına benzeyen bir şey üretebilir – böylece Eddington'un tehdit ettiği aşağılanmadan kaçınır.
Ama neden bir yumurta yüzünü riske atmak için bu kadar olağanüstü çaba harcanıyor?
Peki, çünkü asıl soru, şeyleri zamana göre geriye gönderen bir makine inşa edip edemeyeceğimiz değil. Asıl soru, zamanın neden ilk etapta sadece tek bir yönde hareket ediyor gibi göründüğü.
Fiziğin temel denklemlerinin çoğu, geriye doğru da ileriye doğru olduğu kadar iyi çalışır. Ancak deneyimlediğimiz dünya, geri alınması imkansız görünen süreçlerle doludur.
Aharonov ve Elitzur'un çalışması, kuantum zaman tersine çevrilmesinin tam olarak nerede çöktüğünü belirleyerek, fiziğin, çevrenin zaman deneyimimizi tanımlayan geri döndürülemez süreçlere nasıl yol açtığını anlamasına yardımcı olabilir.
Araştırmacılar, "Zamanın oku tam olarak makinenin durduğu yerde girer" diye yazıyor.
Araştırma, preprint sunucusu arXiv'de mevcuttur.
Kaynakça: sciencealert.com
