Uluslararası bir fizikçi ekibi, Einstein’ın genel görelilik kuramının temel taşlarından biri olan denklik ilkesini kuantum ölçeğinde ilk kez doğrudan test etti. Ben-Gurion Üniversitesi öncülüğünde Oxford ve Ulm üniversitelerinin de katıldığı çalışma, Science Advances dergisinde yayımlandı. Ultra soğuk rubidyum atomlarının serbest düşüş sırasındaki kuantum faz değişimi ölçüldü ve elde edilen sonuçlar genel görelilik teorisinin öngörüleriyle birebir örtüştü.

Einstein’ı Test Etmek İçin Atomlar Nasıl Kullanıldı?

Ron Folman liderliğindeki ekip, Kuantum Galileo İnterferometresi adı verilen özel bir düzenek geliştirdi. Rubidyum atomlarından oluşan bulutlar mutlak sıfıra yakın bir sıcaklığa soğutularak özel tasarlanmış bir atom çipinin yakınına yerleştirildi. Mikrodalga atımlarıyla atomlar, “kuantum süperpozisyonu” denen bir duruma sokuldu; yani her atom aynı anda iki farklı yolu birden izledi. Bu, klasik fizikte imkansız ama kuantum dünyasında mümkün olan bir davranış. Yollardan birinde çipin ürettiği manyetik alan yerçekimini dengeleyerek atomu sabit tuttu, diğerinde ise atom yukarı fırlatılıp serbest düşüşe bırakıldı. İki yol yeniden birleştirildiğinde ortaya çıkan girişim deseni, Einstein’ın denklik ilkesinin öngördüğü değerlerle uyumlu, ölçülebilir bir faz kayması gösterdi.

Deney Neyi Kanıtladı, Neyi Kanıtlamadı?

Aralarında Nobel ödüllü fizikçi Roger Penrose’un da bulunduğu ekip, sonucun sınırlarını özenle çizdi. Deney, kuantum mekaniği ile genel görelilik teorisini birleştirmiyor; yerçekiminin kendisinin kuantum doğaya sahip olduğunu da kanıtlamıyor. Yalnızca Einstein’ın denklik ilkesinin, test edilen koşullar altında kuantum davranışıyla hâlâ uyumlu olduğunu gösteriyor. Oxford Üniversitesi’nden çalışmanın ortak yazarı Vlatko Vedral, kuantum fiziğinin yerçekimi karşısında neden başarısız olması gerektiğine dair tutarlı bir teori bulunmadığını belirtti. Vedral’a göre bu deney, kuantum mekaniğini en büyüleyici sınırlarından biri olan yerçekimine taşıyor ve öngörülerin geçerliliğini bir kez daha doğruluyor.

Sırada Ne Var: Nanoelmaslara Doğru

Penrose, yeterince kütleli nesneler uzun süre kuantum süperpozisyonunda tutulduğunda kuantum mekaniğinin çökebileceğini uzun zamandır savunuyor. Mevcut deneydeki atomlar bu hipotezi test edecek kadar büyük değildi. Araştırmacılar, aynı tekniği zamanla nanoelmaslar gibi çok daha ağır nesnelere uygulamayı hedefliyor; bu yöndeki çalışmalar Ben-Gurion Üniversitesi’nde sürüyor. Sonuç, kuantum mekaniği ile yerçekimini birleştirecek bir “kuantum yerçekimi” teorisine giden yolda küçük ama somut bir adım olarak değerlendiriliyor ve fizik camiasında yakından izleniyor.