Fotonun karışık zamansal yönleri, fizikçilerin karadeliklerin doğasını araştırmasına yardımcı olacaktır.
Ne yaptın
Bilim insanları?
Özel bir yöntem kullanarak bir fotonu bölerekoptik kristal, iki bağımsız fizikçi grubu, kuantum zaman devrimi dedikleri şeyi başardılar. Bu durumda foton hem ileri hem de geri zaman durumlarında bulunur. Basit bir ifadeyle bilim adamları, ışığın zamanda aynı anda ileri ve geri hareket ettiğini kanıtladılar.
Etki, kuantum mekaniğinin iki garip ilkesinin birleştirilmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkıyor.
İlk tuhaflık, kuantum süperpozisyondur.
Kuantum olarak bilinen ilk prensipSüperpozisyon, küçük parçacıkların, gözlemlenene kadar aynı anda birçok farklı durumda veya kendilerinin farklı versiyonlarında var olmasına olanak tanır. Bu gerçekten tuhaf kavramı anlamaya yardımcı olacak basit bir düşünce deneyi var. Ünlü Schrödinger'in kedisinden bahsediyoruz.
Schrödinger'in Kedisi, Bilim Merkezi, Singapur. Fotoğraf: Sharon Hahn Darlin
1935'te yaratıcılardan biri tarafından önerildi.kuantum mekaniği Erwin Schrödinger, dalga fonksiyonunun fiziksel anlamı üzerine bir tartışma sırasında. Bir düşünce deneyinde, bir kedi, içinde bir şişe zehir bulunan kapalı bir kutuya yerleştirilir; zehirin salınımı, bir alfa parçacığının radyoaktif bozunumuyla kontrol edilir. Radyoaktif bozunma, rastgele meydana gelen kuantum mekaniksel bir süreçtir.
Bu nedenle başlangıçta ne olduğunu bilmek imkansızdır.hem ölü hem de canlı durumların süperpozisyonunda olan bir kedinin başına geldi. Her durumda, bir gözlemci sürece katılana kadar - kutuyu açan ve gerçeği öğrenen bir kişi.
İkinci tuhaflık kuantum simetrisidir.
Kullanılan ikinci prensipbilim adamları —CPT değişmezliği. Bu, yük birleşiminin (Yük, C), paritenin (Parite, P) ve zamanın (Zaman, T) eşzamanlı tersine çevrilmesini içeren dönüşümler sırasındaki fiziksel yasaların temel simetrisidir.
CPT, C, P ve T'nin tek birleşimidir.doğanın temel düzeydeki tam simetrisidir. Bu prensibe göre parçacık içeren herhangi bir sistem aynı fiziksel yasalara uyacaktır. Parçacık yükleri, uzaysal koordinatlar ve zaman içindeki hareket aynada olduğu gibi ters çevrilse bile bu gerçekleşecektir.
"Zamanın Oku"
Fizikçiler bu iki prensibi birleştirerek fotonu yarattılar.aynı anda hem "zaman oku" boyunca hem de geriye doğru hareket ediyormuş gibi görünüyordu. Bu, zamanın yönünü ve geri döndürülemezliğini açıklamak için kullanılan felsefi bir terimdir. Bu kavram görsel olarak zaman ekseni veya ok şeklinde gösterilir. Geçmişten geleceğe, düz ve yalnızca ileriye doğru hareket eder.
Ancak fotonla yapılan bir deney bazı şeyleri değiştirir:fizikçiler zamanı “aldatmayı” başardılar. Bilim insanları arXiv ön baskı sunucusunda iki deneyin sonuçlarını (birinci ve ikinci) yayınladı. Sonuçlar henüz hakem değerlendirmesinden geçmedi.
Mantığına rağmen genel olarakBilim insanları, makroskobik dünyada insanların her gün gözlemlediği "zaman oku" kavramının aslında birçok temel fizik kanunuyla çeliştiğinden emin. Genel olarak zaman açısından simetriktirler ve bu nedenle “favori” bir zaman yönüne sahip değillerdir.
entropi sorunu
Termodinamiğin ikinci yasasına göre,sistemin entropisi artmalıdır. "Zamanın oku" görevi gören entropi, fizikte zamanın belirli bir yönde hareket etmesine neden olan birkaç nicelikten biridir.
Örneğin, dağınıklığın artmasına yönelik bu eğilimEvrende, malzemeleri karıştırmanın neden ayırmaktan daha kolay olduğunu açıklıyor. Entropinin zaman algımıza bu kadar yakından bağlı olmasının nedeni, artan düzensizliktir. Kurt Vonnegut'un Mezbaha-Beş adlı romanındaki ünlü bir sahne, entropinin zamanın yönünü farklı şekillerde nasıl etkilediğini gösterir: İkinci Dünya Savaşı sırasında mermiler yaralılardan emilir; yangınlar “küçülür” ve zamanın ters oku savaşın düzensizliğini ve yıkımını yok eder.
Entropiyi açıklayan diyagram. Resim: BlumJ, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons aracılığıyla
Sorun şu ki, entropiÖncelikle istatistiksel bir kavramdır ve bireysel atom altı parçacıklar için geçerli değildir. Aslında, bilim adamlarının şu ana kadar gözlemlediği her parçacık etkileşimi (dünyanın en büyük atomik hızlandırıcısı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda meydana gelen saniyede bir milyara kadar etkileşim dahil) CPT değişmezliğini koruyor. Bu nedenle, zamanda ileri doğru hareket ediyor gibi görünen parçacıklar, "geçmişe geri" giden antiparçacıkların ayna sistemindeki parçacıklardan ayırt edilemez. Elbette Büyük Patlama'da maddeden ortaya çıkan antimadde aslında zamanda geriye doğru hareket etmiyor. Sıradan maddenin tam tersi olan zamanın okunu takip ediyormuş gibi davranır.
Deneyler nasıl gitti?
Bildiğiniz gibi hakkında yazdığımız süperpozisyonyukarıda deneysel olarak gözlemlemek zordur. Bunu başarmak için, her iki fizikçi ekibi de bir fotonu kristal boyunca iki ayrı yolun süperpozisyonuna bölmek için benzer deneyler tasarladı. Sonuç olarak, foton her zamanki gibi kristal boyunca bir yol boyunca hareket etti, ancak bir diğeri fotonun polarizasyonunu veya uzaydaki noktasını değiştirecek şekilde yapılandırıldı. Amaç, sanki zamanda geriye gidiyormuş gibi hareket etmesini sağlamaktır.
Kalsitin dışında ve içinde fotonlar. Fotoğraf: Jan Pavelka, CC BY-SA 4.0
Üst üste binen fotonların rekombinasyonundan sonra, geçişFizikçiler bunları başka bir kristal aracılığıyla kullanarak tekrarlanan birkaç deneyde fotonların polarizasyonunu ölçtüler. Sonuç olarak, açık ve koyu bantlardan oluşan bir kuantum girişim deseni gözlemlediler. Ancak foton bölünüp zamanın her iki yönünde de hareket ederse var olabilir. Deney yazarlarının açıkladığı gibi, süreçlerin bu üst üste binmesi daha çok aynı anda saat yönünde ve saat yönünün tersine dönen bir nesneye benziyor.
Bu bilime nasıl yardımcı olacak?
Fizikçilerin benzersiz bir şey yaratması dikkat çekicidir.sırf meraktan dolayı zamanı ters çevrilmiş foton. Ancak daha sonraki deneyler, zamanın her iki yönünün de tersinir mantık kapılarına bağlanarak her iki yönde de eşzamanlı hesaplamalar yapılabileceğini gösterdi. Bu da işlem gücü artırılmış kuantum işlemcilerin önünü açıyor.
Bilim adamlarının keşfi teorinin geleceğini etkileyecekgenel görelilik teorisi ile kuantum mekaniğini birleştirecek kuantum yerçekimi (High-Tech daha önce bu iki temel teori hakkında ayrıntılı olarak yazmıştı). Yeni deneylerde olduğu gibi karışık zaman yönelimli parçacıkları içermelidir. Eğer bu başarılı olursa, bilim insanları Evrendeki en gizemli olaylardan bazılarını inceleyebilecekler. Örneğin kara deliklere bakın veya zamanda yolculuğun mümkün olup olmadığını anlayın.
Daha fazla oku:
Hidrojen enerjisi, soğuk havaya karşı malzeme ve COVID-19'a karşı biyo katkı maddeleri: Kuzey'de bilim adamlarının yarattığı şey
Yumurta uzaydan düştü: Bakın ne oldu?
"The Walking Dead" milyonlarca yıl önce vardı: bilim adamları nasıl göründüklerini anlattı
</ p>