Kuantum Simülasyonu Gerçekliğin Nasıl Çökebileceğini Gösteriyor
Fizikçiler, evrenin en akıl almaz gizemlerinden birini açığa çıkaran kozmik bir simülasyon gerçekleştirdiler: daha istikrarlı bir gerçekliğe çökmeye hazır kırılgan, geçici bir varoluş durumunda mı yaşıyoruz?
Güçlü bir kuantum makinesi kullanarak, evrensel dönüşümü temsil eden baloncukların hayata geçmesini izlediler ve bir gün gerçekliğin yapısını yeniden yazabilecek bir sürece ön sıradan bir koltuk sundular.
Araştırma sadece kozmik sırların kilidini açmakla kalmıyor; kuantum hesaplamada bir devrimin ipuçlarını veriyor ve zamanı, uzayı ve teknolojiyi nasıl anladığımızı yeniden tanımlayabilir.
Kozmik Bir Saatli Bombanın Ortaya Çıkarılması
Fizikçiler, bir gün evrenin nihai kaderini belirleyebilecek gizemli bir süreç hakkında yeni bilgiler sunan yeni ve önemli bir simülasyon gerçekleştirdiler.
Yaklaşık 50 yıl önce, teorik fizikçiler evrenimizin “sahte bir boşlukta” sıkışmış olabileceğini öne sürdüler – kararlı görünen ama aslında geçici olabilecek bir durum.
Bu fikre göre, evren herhangi bir zamanda daha kararlı bir “gerçek vakum” durumuna geçebilir. Eğer bu gerçekleşirse, gerçekliğin dokusu anında ve dramatik bir şekilde değişebilir, her şeyi oluşturan temel güçleri ve parçacıkları değiştirebilir.
Bilim insanları bu tür bir geçişin yakın zamanda gerçekleşme ihtimalinin son derece düşük olduğuna, ancak milyonlarca hatta milyarlarca yılı kapsayan zaman ölçeklerinde gerçekleşebileceğine inanıyor.
Şimdi, üç araştırma kurumundan uluslararası bir ekip, bu sahte vakum bozunmasının nasıl ortaya çıkabileceğini keşfetmek için güçlü bir kuantum simülasyonu kullandı.
Çalışmaları, hem erken evreni hem de maddenin en küçük yapı taşlarını yöneten kuantum davranışları hakkında yeni bir anlayış sağlıyor.
Kartlardan Bir Ev: Riskleri Anlamak
Makalenin başyazarı, Leeds Fizik ve Astronomi Okulu’nda Teorik Fizik Profesörü olan Profesör Papic, “Evrenin yapısını tamamen değiştirecek bir süreçten bahsediyoruz” dedi.
“Temel sabitler aniden değişebilir ve bildiğimiz dünya iskambil kâğıtlarından bir ev gibi çökebilir. Bu süreci gözlemlemek ve zaman ölçeklerini belirlemek için gerçekten ihtiyacımız olan şey kontrollü deneylerdir.”
Araştırma, kuantum mekaniğinin garip kuralları altında sistemlerin nasıl evrimleştiğini gösteren kuantum dinamiğini keşfetmede büyük bir sıçramayı temsil ediyor.
Ekibin simülasyonunun kuantum hesaplamayı ilerletmek için pratik sonuçları da olabilir ve bu da bir gün bilim insanlarının gerçekliğin doğası hakkındaki en zor bulmacaları çözmelerine yardımcı olabilir.
Kozmik Bir Bulmacanın Simülasyonu
Leeds Üniversitesi, Forschungszentrum Jülich ve Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (ISTA) tarafından gerçekleştirilen araştırma, sahte vakum bozunmasının altında yatan temel bulmacayı anlamak üzere yola çıktı.
Kuantum-mekanik sistemlerin benzersiz özelliklerinden yararlanarak bir dizi olası çözüm arasından en iyi çözümü bulmayı içeren karmaşık optimizasyon problemlerini çözmek için D-Wave Quantum Inc. tarafından tasarlanan bir tür kuantum makinesi olan 5564 kübitlik bir kuantum tavlayıcı kullandılar.
Geçtiğimiz günlerde Nature Physics dergisinde yayınlanan makalede ekip, sahte bir vakumdaki kabarcıkların davranışını taklit etmek için makineyi nasıl kullandıklarını açıklıyor.
Bu kabarcıklar, çiğlenme noktasının altında soğutulan su buharında oluşan sıvı kabarcıklarına benzer. Bu kabarcıkların oluşumu, etkileşimi ve yayılmasının sahte vakum bozunmasını tetikleyeceği anlaşılmaktadır.
Dr. Jean-Yves Desaules konuyla ilgili şunları söyledi;
“Bu fenomen, yörüngesi boyunca birkaç vadiye sahip olan ancak zemin seviyesinde yalnızca bir ‘gerçek’ en düşük durumu olan bir rollercoaster ile karşılaştırılabilir.
“Eğer durum gerçekten böyleyse, kuantum mekaniği Evren’in en sonunda en düşük enerji durumuna ya da ‘gerçek’ vakuma tünel açmasına izin verecek ve bu süreç dehşet verici bir küresel olayla sonuçlanacaktır.”
Kuantum Kabarcıkları Gizli Bir Dansı Ortaya Çıkarıyor
Kuantum tavlayıcı, bilim insanlarının gerçek zamanlı olarak nasıl oluştuklarını, büyüdüklerini ve etkileşime girdiklerini içeren kabarcıkların karmaşık “dansını” gözlemlemelerini sağladı.
Bu gözlemler, dinamiklerin izole olaylar olmadığını, daha küçük kabarcıkların daha büyük olanları nasıl etkileyebileceği de dahil olmak üzere karmaşık etkileşimler içerdiğini ortaya koydu.
Ekip, bulgularının Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra bu tür geçişlerin nasıl gerçekleşmiş olabileceğine dair yeni bilgiler sağladığını söylüyor.
Dr. Vodeb şunları söyledi: “Ekibimiz, büyük bir kuantum tavlayıcının yeteneklerinden yararlanarak, geleneksel hesaplama yöntemleriyle keşfedilmesi zor olan denge dışı kuantum sistemleri ve faz geçişlerini incelemenin kapısını açtı.”
Kuantum Simülasyonunda Yeni Dönem
Fizikçiler uzun zamandır sahte vakum bozunma sürecinin gerçekleşip gerçekleşemeyeceğini ve gerçekleşirse ne kadar süreceğini sorguluyorlardı. Ancak, kuantum alan teorisinin hantal matematiksel doğası nedeniyle cevap bulma konusunda çok az ilerleme kaydettiler.
Ekip, bu karmaşık sorunları çözmeye çalışmak yerine, yeni mevcut cihazlar ve donanımlar kullanılarak çalışılabilecek daha basit sorunları yanıtlamaya koyuldu.
Bu deneyin, bilim insanlarının sahte vakum bozunmasının dinamiklerini bu kadar büyük ölçekte doğrudan simüle edip gözlemleyebildikleri ilk deneylerden biri olduğu düşünülüyor.
Deney, kuantum hesaplamanın temel yapı taşları olan 5564 kübitin sahte vakumu temsil eden belirli konfigürasyonlara yerleştirilmesini içeriyordu.
Araştırmacılar sistemi dikkatli bir şekilde kontrol ederek yanlış vakumdan gerçek vakuma geçişi tetikleyebildiler ve yanlış vakum bozunma teorisi tarafından tanımlanan kabarcıkların oluşumunu yansıttılar.
Çalışmada tek boyutlu bir model kullanıldı, ancak aynı tavlayıcı üzerinde 3D versiyonlarının da mümkün olacağı düşünülüyor. D-Wave makinesi, Jülich Süper Hesaplama Merkezi’ndeki Kuantum hesaplama için Jülich Birleşik Altyapısı olan JUNIQ’e entegre edilmiştir. JUNIQ, bilim ve endüstriye son teknoloji kuantum hesaplama cihazlarına erişim sağlamaktadır.
Laboratuvarda Masa Üstü Bir Evren
Profesör Papic şunları söyledi: “Bu tür şeyleri incelemek için basit deneyler yapabileceğimiz sistemler geliştirmeye çalışıyoruz. Evrende gerçekleşen bu süreçler için zaman ölçekleri çok büyük, ancak tavlayıcıyı kullanmak onları gerçek zamanlı olarak gözlemlememize olanak tanıyor, böylece neler olduğunu gerçekten görebiliyoruz.
“Son teknoloji kuantum simülasyonu ile derin teorik fiziği birleştiren bu heyecan verici çalışma, evrenin en büyük gizemlerinden bazılarını çözmeye ne kadar yakın olduğumuzu gösteriyor.”
Araştırma UKRI Mühendislik ve Fizik Bilimleri Araştırma Konseyi (EPSRC) ve Leverhulme Trust tarafından finanse edildi. Bulgular, Evrenin kökeni ve kaderine ilişkin içgörülerin her zaman CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı gibi özel yüksek enerji tesislerinde milyonlarca poundluk deneyler gerektirmediğini gösteriyor.
Profesör Papic şunları ekledi: “Evrendeki temel dinamik süreçleri anlamak için etkin bir şekilde masa üstü ‘laboratuvar’ görevi görebilecek bu yeni araçlara sahip olmak heyecan verici.”
Gerçek Dünyadaki Etkisi
Araştırmacılar, bulgularının kuantum tavlayıcıların teorik fiziğin çok ötesindeki pratik problemleri çözme potansiyelini vurguladığını söylüyor.
Araştırmacılara göre, kozmoloji için öneminin ötesinde, çalışmanın kuantum hesaplamayı ilerletmek için pratik sonuçları var. Sahte vakumdaki kabarcık etkileşimlerinin anlaşılmasının, kuantum sistemlerinin hataları yönetme ve karmaşık hesaplamaları gerçekleştirme biçiminde iyileştirmelere yol açabileceğine ve kuantum hesaplamayı daha verimli hale getirmeye yardımcı olabileceğine inanıyorlar.
Dr. Vodeb şu sonuca vardı: “Bu buluşlar sadece bilimsel bilginin sınırlarını zorlamakla kalmıyor, aynı zamanda kriptografi, malzeme bilimi ve enerji tasarruflu bilgi işlem gibi alanlarda devrim yaratabilecek gelecek teknolojilerin de önünü açıyor.”
EPSRC Strateji İcra Direktörü Dr. Kedar Pandya şunları söyledi: “Merak odaklı araştırma, EPSRC’nin desteklediği çalışmaların kritik bir parçasıdır.
Bu proje, Evrenin doğası hakkındaki derin soruları yanıtlamaya yardımcı olmak için kuantum hesaplamadaki teknolojik gelişmelerle bir araya gelen temel kuantum fiziğinden fikirlerle bu çalışmanın harika bir göstergesidir.”
Derleyen: Feyza ÇETİNKOL
Kaynak: Kuantum Simülasyonu Gerçekliğin Nasıl Çökebileceğini Gösteriyor
Karanlık Enerjide Şaşırtıcı Gelişme: Einstein’ın Teorisi Sorgulanıyor
Kuantum Simülasyonu Gerçekliğin Nasıl Çökebileceğini Gösteriyor/Kuantum Simülasyonu Gerçekliğin Nasıl Çökebileceğini Gösteriyor