Işık, kuantum mekaniği ile görelilik arasındaki bağlantıya ışık tutabilir

Uzay

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 19/05/2025

Fizikçiler, bilimin en büyük zorluklarından birini keşfetmenin yeni bir yolunu keşfettiler: Evrenimizin nasıl çalıştığını açıklayan iki temel teoriyi birleştirmek. [Görsel: AI tarafından üretildi/DALL-E]

Kuantum yerçekimi

Günümüzün en başarılı iki teorisi olan görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirmek için bilim camiasında büyük bir çaba var.

Amaç, gezegenler ve yıldızlar gibi büyük kütleli nesneleri yöneten kütle çekiminin, evrendeki en küçük parçacıkların davranışlarını yöneten kuantum mekaniğiyle nasıl uyuştuğunu anlamaktır. Bu amaçla, kütle çekiminin kuantum teorisinin araştırılmasına odaklanılmıştır.

Ve ışık, modern bilimin çözülememiş en önemli görevlerinden birine ışık tutacak eksik unsur olabilir.

Kore'deki Seul ve Seul Ulusal Üniversiteleri ile ABD'deki Florida Üniversiteleri'nden Hansol Noh ve meslektaşları, ışığın polarizasyonunun (ışığın hareket ederken titreştiği yön) kavisli uzaydan geçerken, örneğin büyük bir cisim tarafından büküldüğünde beklenmedik şekillerde davranabileceğini buldular.

Normalde ışığın polarizasyonu, yerçekiminin uzayı eğip bükmesi nedeniyle bir miktar değişir. Bu bilinen bir etkidir. Ancak ekip daha da önemli bir şey keşfetti: Işığın nasıl ölçüleceğinin dikkatli seçilmesiyle, karşılıklılık dışılık adı verilen garip bir etkiyi tetiklemek mümkün.

Ekip üyesi Profesör Warner Miller, "Karşılıklılıksızlık, ışığın ileri hareket ederken geriye doğru hareket ederken olduğundan farklı davranması anlamına geliyor." şeklinde açıklama yaptı. "Başka bir deyişle, yolunu geri alsa bile, dönüşünü 'geri almaz'. Bu, ışığın kapalı bir döngüde seyahat ettikten sonra her zaman orijinal durumuna döndüğüne dair geleneksel inancı sorgular, özellikle de yolu yalnızca yerçekiminden etkileniyorsa."

Uzay gözlemevleri birlikte çalışarak bu olguyu gözlemleyebilecek. [Görsel: Hansol Noh ve diğerleri. - 10.1038/s41598-024-71203-x]

Astronomik interferometre

Önemli olan bu etkinin kuantum fiziğiyle derin bağlantıları olabileceğidir. Karşılıklı olmama etkisinin anahtarının, niceleme ekseninde, yani polarizatörün ışığı ölçtüğü açıda yattığı ortaya çıktı. Araştırmacılar bu ekseni ayarlayarak etkiyi önemli ölçüde artırmayı başardılar.

Aslında, Wigner dönüş açısı olarak bilinen ışığın polarizasyon açısındaki değişim, kara delik gibi aşırı ortamlarda bile, tek başına kütle çekim kuvvetinin neden olduğu değişimden 10 kata kadar daha büyük olabilir.

Miller, "Sistemi akıllıca ayarlayarak yer çekiminin ışığın polarizasyonu üzerindeki küçük etkilerini güçlendirmenin bir yolunu bulduk" dedi. "Bu bize, yer çekimi ile kuantum mekaniğinin nasıl bağlantılı olabileceğini araştırmak için güçlü bir yeni araç sağlıyor."

Bu amaçla ekip, uzayda faaliyet gösteren uydulardan oluşan son derece hassas bir alet olan astronomik bir interferometrenin yapımını öneriyor. Bu uydular, yükseltilmiş polarizasyon değişikliklerini tespit etmek üzere tasarlanmış özel olarak yönlendirilmiş polarizatörlerle donatılacak.

Araştırmacılar ayrıca iki spesifik proje öneriyorlar. Bunlardan biri, doğruluğu ve gürültüyü filtreleme yeteneğiyle bilinen Mach-Zehnder interferometresiyle Hong-Ou-Mandel düzeneğini birleştiriyor. İkinci proje, kuantum tahminlerini klasik beklentilerle karşılaştırmak için oldukça kontrollü bir ışık kaynağı kullanıyor. Bu deneyler, bu yeni karşılıklı olmayan davranışın, ışığın spin ve polarizasyon gibi kuantum özelliklerinin klasik kütle çekim alanlarıyla nasıl etkileşime girdiğini gerçekten ortaya koyup koymadığını doğrulayabilir.

Bu çaba, Yeni Fiziğin kapılarını açmak da dahil olmak üzere daha fazlasını sağlayabilir. [Görsel: Hansol Noh ve diğerleri. - 10.1038/s41598-024-71203-x]

Yeni Fizik

Önerilen bu deneyler uzay için tasarlanmış olsa da ekip, bazı etkilerin yer tabanlı laboratuvarlarda, gerekli koşulları simüle etmek için aynalar ve polarizatörler kullanılarak test edilebileceğine inanıyor.

Eğer kanıtlanırsa, ışığın polarizasyonundaki bu karşılıklı olmayan değişimler, yalnızca yerçekimi ile kuantum mekaniği arasındaki gizemli bağlantıyı açıklamak için değil, aynı zamanda Evreni keşfetmek, uzayın yapısını, ışığın doğasını ve daha fazlasını araştırmaya yardımcı olmak için de güçlü bir araç olabilir.

Aslında, ekibin öngördüğü etki, yalnızca yerçekiminin neden olduğu polarizasyon dönüşlerinden değil, her türlü polarizasyon dönüşünden kaynaklanabilir. Bu, bugün bilinen parçacıkları ve kuvvetleri açıklayan Standart Model ötesi fizik olan Yeni Fizik testlerinin önünü açıyor; buna Einstein'ın Eşdeğerlik İlkesi'nin olası ihlalleri veya kuantum çekimiyle ilgili ipuçları da dahildir.

Miller, "Bu sadece yeni bir deneyden daha fazlası; fizikteki en derin soruları sormanın yeni bir yolu" dedi.

Diğer haberler:

Daha fazla konu