20.yüzyıl fiziğinin en büyük başarılarından ikisi, genel görelilik kuramı ile kuantum mekaniğidir. Her ikisi de evrene ve kendimize bakışımızı temelden değiştiren kuramlar oldu ama ikisini bir arada düşünmek mümkün olmadı. Kuantum mekaniği en küçük ölçekte geçerli olurken, görelilik en büyük ölçeklerde kendini gösteriyor. İki kuramı birleştirmek için yıllardan beri çabalayan fizikçiler ise net bir sonuca ulaşabilmiş değil.

Geçtiğimiz aylarda İsrail'deki Hebrew Üniversitesi'nden David Bruschi tarafından yapılan bir çalışma kuantum mekaniği ile görelilik kuramının birleştirilmesine yönelik bir adım niteliği taşıyor. Bruschi, kuantum dolaşıklığın kütleçekim alanı üzerinde ölçülebilir bir etki yaptığını ileri sürerek, kuantum mekaniği ve genel görelilik kuramları arasında uzun zamandır aranan bağlantıyı (henüz deneysel kanıt olmasa da) kuruyor.

Görelilik formülasyonu

Kuramcının düşüncesi ilkesel anlamda oldukça basit. Fizikçiler uzun süredir bir parçacığın aynı anda birden fazla konumda bulunabildiğini biliyorlar. Bu iki konum arasında, kuantum mekaniğinde matematiksel olarak iyi tanımlı olan ve dolaşıklık adı verilen açık bir kuantum bağlaşıklık (korelasyon) bulunuyor. Yeni yaklaşım ise matematiği kuantum mekaniği yerine, görelilik bağlamında formüle etmek.

Bruschi, iki konumun en yüksek düzeyde dolaşık olduğu durumda ve olmadığı (en yüksek düzeyde karışık olduğu) durumda, pertürbasyonun matematiksel özelliklerinin nasıl evrildiğini formüle edince şunu buluyor: En yüksek düzeyde karışıklık durumunda pertürbasyon sıfır olurken, en yüksek düzeyde dolaşıklık durumunda pertürbasyon parçacığın enerjisine ve dolaşıklığın eşdurumluluk (İng. coherence) zamanına bağlı bir ölçekte uzaya yayılıyor. Bu çeşit bir pertürbasyon matematiksel olarak kütleçekim dalgasına benzer; ancak çok daha küçük ölçeklidir. Aslında parçacığın birazcık daha ağırlaşmasına denk bir durumdur. Bu da algılanma potansiyeli var demektir.

Çok küçük bir etki

Yine de fazla heyecanlanmamak gerek. Bruschi etkinin elektron kütlesi mertebesinde (10^-31 kg) kütlesi olan kuantum parçacıklar için ne boyutta olacağına ilişkin üstünkörü bir hesaplama yapmış. Böyle bir parçacığın iki konumda dolaşıklaşması durumunda, ağırlığında 10^37'de birlik bir değişim olacağını bulmuş. Bu son derece küçük bir miktar elbette. Çok ağır parçacıklar kullanarak etkinin arttırılabileceğini belirten Bruschi, ultra-görelilikcil (İng. ultra-relativistic; enerjisinin neredeyse tamamı momentum biçiminde olup, durgunluk kütlesi aşırı küçük olan) parçacıkların da işe yarayabileceğini ekliyor. Bir diğer olasılık ise tamamı dolaşık durumda (N00N durumunda) olan çok sayıda parçacık kullanmak.

Makalenin önemi, etkinin gözlemlenebileceği ölçeği öngörmesinden çok, böyle bir etkinin varlığını öngörmesi olsa gerek. Bruschi'nin geleceğe dönük tasarısı, görelilik kuramı ile kuantum kuramını bağdaştırabilmek ve sonunda da kuantum kütleçekim kuramına ulaşabilmek. Bu yolda da, kuramsal olarak öngördüğü dolaşıklık nedenli ağırlık artışının deneysel olarak gözlemlenmesi kuşkusuz büyük bir adım olacaktır.

---

Kaynak:

- Medium.com. "Entanglement Makes Quantum Particles Measurably Heavier, Says Quantum Theorist" <https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/entanglement-makes-quantum-particles-measurably-heavier-says-quantum-theorist-6fbd1e1e3eee>

- http://arxiv.org/abs/1412.4007

---