Zamanı sorguladı: Oturup kendi evrenini yapmaya başladı

Kuantum dünyası insan zihninin sınırlarını zorlamaya devam ediyor. En küçük ölçeklere indiğimizde nesnelerin nerede olduğu veya ne kadar hızla hareket ettiği gibi temel fiziksel kavramlar bulanıklaşıyor; hatta bildiğimiz anlamda “zaman” bile tamamen ortadan kayboluyor.

Peki, her gün kolumuzdaki saate bakarak takip ettiğimiz bu kavram aslında evrenin temel bir dokusu değil de sadece bir yan ürün olabilir mi?

Birmingham Üniversitesi’nden fizikçi Giovanni Barontini ve ekibi bu felsefi ve fiziksel kördüğümü çözmek için sıra dışı bir yönteme başvurdu: Laboratuvarda sıfırdan bir “mini evren” yarattılar. Üstelik bu çalışma zamanın dışarıdan işleyen tıkır tıkır bir saatten ziyade sistem içindeki değişimlerle var olduğunu kanıtlayan ilk kontrollü deney oldu.

Fiziğin en büyük gizemlerinden biri zamanın yönüyle ilgili. Newton fiziği, kuantum mekaniği, görelilik ve evrenin dalga fonksiyonunu tanımlayan ünlü Wheeler-DeWitt denklemi zamanın aslında yerleşik bir yönü olmadığını, hatta en derin seviyede tamamen yok olabileceğini söylüyor.

Ancak madalyonun bir de diğer yüzü var: Termodinamiğin İkinci Yasası. Bu yasa bize evrenin net bir “zaman oku” olduğunu söyler. Evren son derece düzenli bir durumdan (muhtemelen Büyük Patlama anındaki sonsuz yoğunluktaki o noktadan) başladı ve sürekli olarak daha düzensiz, yani entropisi yüksek bir duruma doğru sürükleniyor.

İşte Barontini zamanın bu iki zıt yüzünü bir araya getirmek ve zamanın kendi kendine nasıl “ortaya çıkabileceğini” görmek için kuantum laboratuvarına girdi.

Barontini bu mini evreni inşa etmek için yaklaşık 24.000 rubidyum atomunu mutlak sıfırın (evrendeki en soğuk sıcaklık) milyarda biri kadar daha soğuttu. Bu ekstrem soğuklukta atomlar maddenin beşinci hali olarak bilinen Bose-Einstein Yoğuşması (BEC) denilen egzotik bir forma dönüştü.

Parçacıklar mutlak sıfıra yaklaştığında bireysel kimliklerini kaybeder ve tek bir devasa, uyumlu “süper parçacık” gibi hareket etmeye başlarlar.

Fizikçiler bu kuantum akışkanını farklı frekanslardaki iki lazer ışınının kesişmesiyle oluşan bir bariyer kullanarak iki sektöre ayırdı: Gözlemlenebilen bir “aydınlık” sektör ve gözlemlenmeyen bir “karanlık” sektör. Barontini bu iki bölgeyi gerçek evrenimizdeki görünmeyen gizemlere, yani karanlık madde ve karanlık enerjiye benzetiyor.

Deneyde zamanı başlatan şey dışarıdan kurulan bir saat olmadı. Zaman, atomların bu iki sektör arasında ritmik bir şekilde ileri geri hareket etmesiyle, yani entropi alışverişiyle kendiliğinden filizlendi.

Barontini süreci şöyle açıklıyor:

“Sistemin gözlemlenen kısmı gözlemlenmeyen kısmıyla atom ve entropi alışverişinde bulunuyor. Bu entropi değişiminden içeride akan bir ‘entropik zaman’ tanımlıyoruz. Bu zaman entropi değişimi sürdükçe akıyor; entropi değişimi durduğunda ise zaman da duruyor.”

Yani basitçe söylemek gerekirse, mini evrenin olayları sıraya koymak için dışarıdan bir saate ihtiyacı yoktu; kendi entropi akışı hangi olayın bir sonraki adım olduğunu zaten söylüyordu.

Atomların bariyer üzerindeki bu ritmik salınımı, evrenin sürekli genişlediği (Big Bang) ve ardından kendi üzerine çöktüğü (Big Crunch) döngüsel evren modellerini andırıyordu. Entropinin akışı tek yönlü olduğu için, zaman da geriye doğru akamayacak bir yön kazanmış oldu.

Bu tarz mini evrenler modern fiziğin en büyük çıkmazlarını test etmek için adeta bir oyun alanı sunuyor. Bilim insanları laboratuvardaki bu hassas sistemde şunları yapabiliyor:

-Lazer bariyerinin yüksekliğini ve tuzağın şeklini değiştirmek.

-Atomlar arası etkileşimi ve yoğunluğu manipüle etmek.

-Büyük Patlama veya Büyük Çöküş anındaki çökmenin bir “tekilliğe” mi dönüşeceğini yoksa bir “geri sıçrama” (bounce) mı yaratacağını gözlemlemek.

-Hatta atomları tuzağın bir tarafına hapsederek kara deliklerin sınırlarını (olay ufkunu) simüle etmek.

Büyük Patlama ve kara delikler ilk keşfedildiklerinde kulağa çılgınca geliyordu. Şimdi ise bilim insanları kuantum ölçeğinde minyatür evrenleri kurcalayarak fiziğin “Kutsal Kâse”sine ulaşmaya çalışıyor: Genel Görelilik ile Kuantum Mekaniğini birleştirmek (Kuantum Kütleçekimi).

Bu öncü çalışma, kuantum kütleçekimi dünyasında zamanın doğasına dair yepyeni bir pencere açıyor ve geleneksel zaman kavramı olmadan da evrenin dinamiğini kusursuz bir şekilde açıklayabileceğimizi gösteriyor. Belki de zaman, düşündüğümüz gibi akan bir nehir değil, sadece kuantum parçacıklarının dans ederken çıkardığı bir sestir.