Bilim İnsanları “Negatif Zamanı” Doğruladı

Kuantum fiziği yıllardır insan aklını zorlayan sonuçlar üretmeye devam ediyor. Ancak yeni yayımlanan bir araştırma, şimdiye kadar ortaya atılan en sıra dışı fikirlerden birini yeniden gündeme taşıdı: Negatif zaman. Fizikçiler, bazı fotonların bir atom bulutundan geçerken sanki içeri girmeden önce çıkmış gibi davrandığını doğruladı.

İlk bakışta kulağa bir bilim kurgu senaryosu gibi gelen bu durum, aslında zaman yolculuğu anlamına gelmiyor. Araştırmacılar, olayın standart kuantum fiziği kurallarıyla açıklanabildiğini vurguluyor. Yine de deney sonuçları, atom altı dünyanın günlük hayatta alıştığımız mantık kurallarından ne kadar farklı çalıştığını bir kez daha gözler önüne seriyor.

Çalışmayı yürüten ekip, ışığın atomlardan oluşan bir bulutun içinden geçişini inceledi. Normal şartlarda bir fotonun belirli bir ortama girmesi, burada kısa süre etkileşime girmesi ve ardından çıkması bekleniyor. Ancak yapılan ölçümlerde bazı fotonların dedektöre beklenenden daha erken ulaştığı görüldü.

Bu durum ilk kez 1993 yılında yapılan deneylerde fark edilmişti. O dönem fizikçiler, ışık darbesinin merkez kısmı atom bulutuna henüz ulaşmadan bazı fotonların çıkış yaptığını gözlemlemişti. Bu da “negatif geçiş süresi” olarak yorumlanmıştı.

Fakat yıllar boyunca bu sonucun gerçekten kuantum düzeyinde bir etki olup olmadığı tartışıldı. Çünkü bazı bilim insanları, ışık darbesinin ön tarafındaki fotonların arkadakilere göre daha kolay geçebileceğini ve bunun yanıltıcı sonuçlar oluşturabileceğini savunuyordu.

Bu Kez Atomlara Soruldu

Yeni araştırmada fizikçiler farklı bir yöntem kullanmaya karar verdi. Bu kez doğrudan fotonların çıkış zamanını ölçmek yerine, atomların ne yaşadığına bakıldı. Çünkü bir foton atom tarafından soğurulduğunda, enerjisi kısa süreliğine atom içinde depolanıyor ve atom “uyarılmış durum” adı verilen enerji seviyesine geçiyor.

Foton yeniden yayıldığında atom eski haline dönüyor. Bu nedenle atomun ne kadar süre uyarılmış durumda kaldığını ölçmek, fotonun atom içinde ne kadar zaman geçirdiğini anlamaya yardımcı oluyor.

Araştırmacılar bunu ölçebilmek için ikinci bir ışık demeti kullandı. Bu ışık, atomların enerji durumuna bağlı olarak çok küçük faz değişimleri gösterdi. Böylece bilim insanları atomların o anda ne yaşadığını dolaylı olarak takip edebildi.

Sonuçlar önceki deneyleri doğruladı. Atomların verdiği veriler de bazı fotonların negatif zaman değerleri oluşturduğunu gösterdi. Başka bir ifadeyle, fotonlar sanki atom bulutunun içinde “eksi süre” kalmış gibi görünüyordu.

Çalışmanın ortak yazarlarından Howard Wiseman, bunun zaman makinesi anlamına gelmediğini özellikle vurguluyor. Ona göre burada görülen durum, kuantum fiziğinin olasılıklara dayalı yapısından kaynaklanan sıra dışı bir davranış biçimi.

Kuantum sistemlerini ölçmenin en büyük sorunu ise ölçümün sistemin kendisini değiştirmesi. Bir fotonu ölçmeye çalışmak bazen onun davranışını doğrudan etkileyebiliyor. Bu nedenle araştırma ekibi “zayıf ölçüm” adı verilen özel bir yöntem kullandı.

Bu yöntem sistem üzerindeki etkiyi azaltıyor ancak ölçümler son derece gürültülü hale geliyor. Tek bir deneyde elde edilen veri neredeyse tamamen rastgele dalgalanmalar içinde kayboluyor. Bu yüzden araştırmacılar yaklaşık 1 milyon ölçümü bir araya getirerek anlamlı sonuç elde edebildi.

Toplam veri toplama süreci yaklaşık 70 saat sürdü. Yedi farklı deney parametresi altında gerçekleştirilen testler sonunda negatif zaman etkisinin tutarlı şekilde ortaya çıktığı belirtildi.

Kuantum Dünyası Hâlâ Şaşırtıyor

Fizikçiler şimdi yeni bir sorunun peşine düşmüş durumda. Atom bulutundan geçemeyen ve farklı yönlere saçılan fotonların nasıl davrandığı henüz tam olarak bilinmiyor.

Teorilere göre bu saçılan fotonlar, pozitif yönde ek bir zaman değeri taşıyor olabilir. Bu durum gerçekleşirse negatif zaman değerleriyle dengelenen bir ortalama ortaya çıkabilir. Ancak bu tahmin bugüne kadar deneysel olarak test edilmedi.

Araştırma, kuantum fiziğinin hâlâ ne kadar gizemli olduğunu gösteren önemli örneklerden biri olarak değerlendiriliyor. Çünkü fizikçiler yaklaşık 100 yıldır fotonlar ve atomlar arasındaki etkileşimleri hesaplıyor olmasına rağmen, en temel sistemlerde bile hâlâ şaşırtıcı sonuçlarla karşılaşabiliyor.

Bu çalışma aynı zamanda kuantum ölçüm tekniklerinin ne kadar hassas hale geldiğini de ortaya koyuyor. Atom seviyesindeki son derece küçük zaman farklılıklarının ölçülebilmesi, gelecekte kuantum bilgisayarlar ve hassas sensör sistemleri açısından önemli sonuçlar doğurabilir.

Uzmanlara göre burada asıl dikkat çekici olan şey, zaman kavramının kuantum düzeyinde klasik fizikte düşündüğümüz kadar net olmayabileceği ihtimali. Günlük hayatta zaman hep ileri doğru akan sabit bir süreç gibi görünürken, atom altı dünyada olaylar çok daha karmaşık şekilde gerçekleşebiliyor.

Bu araştırma, Fizik dünyasında uzun yıllardır tartışılan bazı teorilerin deneysel açıdan yeniden değerlendirilmesine yol açabilir. Çünkü kuantum sistemlerinde zamanın nasıl tanımlanacağı hâlâ modern fiziğin çözmeye çalıştığı en büyük sorular arasında yer alıyor.

Kaynak: livescience.com - Physicists confirm 'negative time' is real by asking the atoms themselves

Gökhan Yalta'nın Yorumu: Kuantum fiziğiyle ilgili haberlerin büyük bölümü ilk bakışta insana “bu artık fazla” dedirtiyor ama işin ilginç tarafı, deneyler tekrarlandıkça bu tuhaf sonuçların gerçekten var olduğu görülüyor. Negatif zaman kavramı da bunlardan biri. Günlük yaşamda böyle bir şeyi düşünmek bile imkânsız çünkü bizim deneyimlediğimiz dünyada neden her zaman sonuçtan önce gelir. Ama atom altı dünyada olaylar bizim mantığımızdan bağımsız çalışabiliyor.

Bana göre bu araştırmanın en etkileyici tarafı, fizikçilerin bu kez fotonlara değil doğrudan atomlara “ne yaşadınız?” diye bakması. Yani deneyin kendisi bile oldukça yaratıcı bir düşünce biçimi içeriyor. Üstelik yaklaşık bir milyon ölçüm yapılmadan net sonuca ulaşılamaması, kuantum dünyasının ne kadar hassas ve karmaşık olduğunu gösteriyor.

Bu tür çalışmalar kısa vadede günlük hayatımızı değiştirmeyebilir ama uzun vadede zaman, bilgi ve gerçeklik kavramlarını yeniden düşünmemize neden olabilir. Modern fiziğin en büyük kırılmaları genellikle önce “imkânsız” gibi görünen deneylerle başladı. Belki de bugün negatif zaman dediğimiz şey, gelecekte kuantum teknolojilerinin temel yapı taşlarından biri olarak görülecek.