YER ÇEKİMİ SCHRÖDİNGER’İN KEDİSİNİ NASIL ÖLDÜRÜR?

Nature da yayinlanan Elizabeth Gibney 'nin yazısına gore:
Teoristler çarpık uzay-zamanın büyük ölçekli nesnelerin kuantum süperpozisyonunu engellediğini tartışıyor.

Erwin Schrödinger’in ünlü düşünce deneyindeki kedisi eğer kuantum teorisine uygun davranmış olsaydı, aynı anda çoklu durumlarda var olurdu: Hem ölü hem canlı. Fizikçilerin kediler ve diğer günlük dünyadaki herhangi görünüm için böyle kuantum süperpozisyonunu neden göremediğimize getirdikleri ortak açıklama çevreden gelen müdahaledir. Kuantum nesnesi başıboş bir parçacıkla ya da ilerleyen bir alanla etkileşimde bulunduğu sürece sadece bir durumu seçer ve klasik günlük görüşümüze çöker.

Fakat fizikçiler büyük bir nesneyi kuantum süperpozisyonuna izole edebilselerdi bile, Viyana Üniversitesi’ndeki araştırmacılara göre yine en azından Dünya yüzeyinde sadece bir duruma çökecekti. “Yıldızlararası uzayda bir yerde kedinin kuantum uyumunu koruyabilme şansı olabilirdi fakat Dünya üzerinde ya da ona yakın herhangi bir gezegende umut az.” diyor Igor Pikovski. İleri sürdüğü gerekçe ise yer çekimidir.

Nature Physics’te 15 Haziran’da yayınlanan bir makalede[1] açıklanan Pikovski ve meslektaşlarının görüşü şu anda sadece matematiksel bir argümandır. Fakat İngiltere’deki Southampton Üniversitesi’nde deneysel fizikçi olan Hendrik Ulbricht, deneysel fizikçilerin yerçekiminin gerçekten kuantum süperpozisyon bindirmelerini çökertip çökertmediğini test etmeyi umduklarını söylüyor. “Bu harika ve yeni bir fikir, bunu deneylerde görmeyi denemeye adayım.” diyor. Ve ekliyor: “ Fakat bunu gerçekleştirmek için gereken teknolojiyi bir araya getirmek on yıl kadar bir süre alabilir.”

Yer çekimi kediyi nasıl çökertir?

Yıldızlararası filmini izlemiş olanlar Viyana'daki ekibin yaptığı çalışmanın ardındaki ana prensibe hâlihazırda aşinadırlar. Einstein'ın genel görelilik teorisine göre çok büyük kütleli nesnelerin civarındaki saatler daha yavaş çalışıyor çünkü kuvvetli yerçekimsel alan uzay-zamanı geriyor

(Bu nedenle Dünya'da yedi yıl geçmişken, filmdeki karakter kara deliğin yanında sadece bir saat yaşlandı). Dünya yüzeyine yakın bir yere konmuş olan molekül, çok az uzağa konmuş bir moleküle göre daha yavaş bir saat deneyimler.

Pikovski'nin ekibi molekülün pozisyonundaki değişimin, yer çekiminin uzay-zaman üzerindeki etkisinden dolayı molekülün iç enerjisini (molekülün içindeki parçacıkların zamanla evrilen titreşimleri), etkileyeceğinin farkına vardı. Onların önerisi şu şekildeydi: Eğer bir molekül iki yerin kuantum süperpozisyonundan oluşan bir yere konulsaydı, pozisyon ve iç enerji arasındaki bağıntı çok kısa bir zamanda ikiliğin molekülün eş fazlı olmadığı tek bir yola geçmesine sebep olurdu. "Çoğu durumda eş fazlı olmama durumu dış faktörler kaynaklıdır; burada iç titreşim molekülün kendi hareketiyle etkileşimdeymiş gibi ele alınıyor." diye ekliyor Pikovski.

Bir pratik limit

Kimse henüz bu etkiyi görmedi çünkü manyetik alan, termal radyasyon ve titreşimler gibi eş fazlı olmamanın kaynakları tipik olarak daha güçlüdür ve yer çekiminin bir mesele olmasından çok önce kuantum sistemlerinin çökmesine sebep olur. Fakat deneyciler bunu denemek hususunda hevesliler.

Viyana Üniversitesi'nde deneysel fizikçi olan Markus Arndt kuantum süperpozisyonun büyük nesnelerde (her ne kadar kedi büyüklüğündeki nesneler olmasa da bunlar) gözlemlenip gözlemlenemeyeceğini test ediyor. Büyük molekülleri madde-dalga girişimölçer, her molekülü farklı yoldan hangisini seçtiğini gösteren bir sistem, boyunca gönderiyor. Klasik görüşe göre, molekül sadece bir yolda hareket edebilirken; bir kuantum molekülü ise etkili bir biçimde bir kereye mahsus iki yoldan da geçiyor ve kendisiyle olan girişimi sonucunda aşağıdaki resimde görülebileceği gibi dalga-benzeri bir desen yaratıyor.

Zamanın bir doğrultuda diğerine göre genişlemesinden kaynaklanan süperpozisyonun eşfazlılığı kısa zaman içinde kaybettiği dikey bir girişimölçer ile süperpozisyonun sürdürüldüğü yatay bir girişimölçer karşılaştırılarak benzer bir düzenek yer çekiminin kuantum davranışını yok etme potansiyelini test etmek için kurulabilir. Arndt, 810 atom[2] taşıyan moleküllerin etkisini test eden, büyük moleküller kendilerinde çok fazla parçacık ve iç enerji taşıdığından onların iyi bir test olduğunu söylüyor. Fakat araştırmacılar çevredeki eşfazlılığı engelleyen, yerçekimi dışındaki, etkileri bastırmakla kalınmaması gerektiğini söylüyor. Aynı zamanda iki yol arasındaki mesafeyi mikrometreden (metrenin milyonda biri) metreye çıkarılmalıdır ya da bir milyon kere daha kütleli moleküller kullanılmalıdır. “Bu da bir hayli zorlayıcı” diye ekliyor Arndt.

Eğer yerçekiminin etkisi dünyadaki kuantum davranışını sınırlıyorsa, büyük objeler için olan kuantum gerçekliği testleri uzayda nihayetinde hareket etmelidir diyor Angelo Bassi, Trieste Üniversitesi'nde fizikçi. “Fakat bu derin ve temel bir görüş açısı bakımından yeni bir şey değildir” diyor. Eğer yerçekiminin etkisini azaltılırsa, yerçekimsel alan bir anlamıyla etkileşime girilen başka bir çevredir, yani ona başvurmak kuantum davranışının klasik gerçekliğe doğru gidip gitmediğini açıklayamaz. Örnek olarak yerçekimsiz uzayda deney yapmak.

Pikovski ve meslektaşlarının tasvir ettiği etkiler bile kuantum kütleçekimini hakkında hiçbir şey söylememektedir: Kuantum mekaniğini ve yerçekimini tek bir betimlemede birleştirmeye çalışan birçok araştırmacının üzerinde çalıştığı bir teori. “İlginç bir etki, fakat hala bu klasik genel göreliliğe uygulanan kuantum fiziğidir. Bu anlamda dünya görüşümüzü değiştirmemektedir,” ekliyor Bassi.

Kaynak: http://www.nature.com/news/how-gravity-kills-schr%C3%B6dinger-s-cat-1.17773
[1] Pikovski, I., Zych, M., Costa, F. & Brukner, Č. Nature Phys. http://dx.doi.org/10.1038/nphys3366 (15 June 2015).

[2] Eibenberger, S. et al Phys. Chem. Chem. Phys. 15 14696–14700 2013