Solucan Delikleri Kuantum Kütleçekiminin Anahtarı Olabilir Mi?

Nathan Rosen ve Albert Einstein’ın 1935’te ortaklaşa yayınladıkları bir makalede anlatılan solucan delikleri Einstein-Rosen köprüleri (ER) adıyla bilinirler (Solucan Delikleri için bkz: Evrim Ağacı). Bu ikiliye Boris Podolsky’nin de dahil olduğu ve aynı sene çıkartılan EPR (Einstein-Podolsky-Rosen) olarak anılan diğer bir makalede de gerçekliğin doğasına dair bir gizem olan “kuantum dolanıklık” ele alınır (Kuantum Dolanıklık için bkz: Evrim Ağacı). Fakat on yıllar boyunca bu iki makalenin birbiriyle bağlantılı olabilme ihtimali hiç kimsenin aklına gelmemiştir. Ta ki 2013 yılında Juan Maldacena ve Leonard Susskind adlı iki fizikçi, bazı bakımlardan, hem solucan deliklerinin hem de dolanıklığın - Dr. Jekyll ve Bay Hyde misali - aynı şeyin iki farklı yüzü olabileceğini öne sürene kadar.

9 Nisan 2016 tarihli bir makalesinde Susskind, solucan deliği ile dolanıklık arasındaki ilişkiyi anlamanın (ER=EPR) kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirebilmek için oldukça önemli olduğuna vurgu yapıyor. Eğer böyle bir eşitlik mümkünse, bu birleşmenin detayları sayesinde bir taşla birkaç kuş vurabileceğiz: 

1. Kuantum dolanıklığın gizemi çözülebilir. 
2. Bu süreç içerisinde, kuantum mekaniği nasıl yorumlamak gerektiği meselesi hallolabilir. 
3. Kütleçekimin kuantum dolanıklık sayesinde ortaya çıktığı gösterilebilir. 

Bu noktalara, yazımızın ilerleyen kısımlarında değineceğiz.

Dolanıklık dendiğinde fizikçiler genel olarak iki parçacık arasındaki dolanıklığı kastederler. Ancak Susskind, parçacıkların meydana geldiği alanlar olan kuantum alanlarının da dolanık olabileceğine dikkat çekiyor:

Kuantum alan teorisi çerçevesinde, uzayın birbirinden uzak, ayrık bölgeleri içerisindeki kuantum alanları birbirine dolanıktır.

Gelin bu sözlere biraz açıklık kazandıralım. Vakumda birbirine temas etmeyen uzay alanlarının da dolanık olabilmesi durumunun, vakumda sürekli bir şekilde var olup yok olan “sanal” parçacıkların varoluş sahnesine çıkışlarıyla ilgisi olması gerekir. Düz anlamıyla hiçbir yerden gelen bu parçacıklar çiftler halinde ortaya çıktıkları için, ortak kökenleri onların dolanık olmasını gerektirir (garanti eder). Kısacık ömürlerinde bazen “gerçek” parçacıklarla çarpışırlar ki bu gerçek parçacıklar da daha sonra dolanık hale gelirler. 

Bu kısa açıklamadan sonra şimdi sizleri yapacağımız düşünce deneyinin kahramanları olan Alice ve Bob ile tanıştıralım. Deneyimizin bu iki kahramanı az önce bahsettiğimiz vakumda buldukları gerçek dolanık parçacıkları toplamaya başlarlar. Parçacık çiftlerinden birini Alice, diğerini de Bob alır ve birbirlerinden ayrılarak uzayın çok çok uzak köşelerine seyahat ederler. Vardıkları yerlerde ellerindeki parçacıkları her biri birer karadelik haline gelecek şekilde sıkıştırırlar. Parçacıklar dolanık halde başladıkları için Alice ve Bob’un yaratmış oldukları bu iki karadelik de dolanık olacak ve eğer ki ER=EPR doğru ise bir solucan deliği bu karadelikleri birbirine bağlayacaktır. 

Susskind, İki Dolanık Parçacığın Kuantum Solucan Deliği ile Bağlı Olabilme İhtimalini Sevdi

Susskind’i, bu iddiadan belki de daha fazla heyecanlandıran başka bir iddia ise iki dolanık parçacığın, bir şekilde, yukarıda anlatılana benzer bir kuantum solucan deliği ile bağlı olabilmesi ihtimali. Solucan delikleri uzayzaman dokusunun eğilmesi anlamına geldiği için, solucan deliklerini kuantum dolanıklık ile bağdaştırma düşüncesi kütleçekim ile kuantum mekaniği arasında zorunlu olarak bir bağlantı kurulmasını sağlayacaktır (kuantum kütleçekimi).

ER=EPR Kuantum Mekaniğin Nasıl Yorumlanması Gerektiğini Çözebilir

Şu ana kadar ortaya atılagelmiş kuantum fiziği yorumlarından biri olan Kopenhag yorumu, ölçüm yapıldığı anda çoklu kuantum olasılıklarının (olasılıklar dalgasının) tek bir kesin sonuca “çökmesini” sağlayan gözlemciye başrolü verir. Buna “dalga fonksiyonunun çökmesi” denir. Diğer taraftan başka bir yorum (Everett yorumu ya da, diğer adıyla, çoklu dünyalar yorumu) ise birden fazla olasılığın hepsinin aynı anda var olduğunu, dalga fonksiyonunun çökmesi gibi bir durumun olmadığını, gerçekliğin çoklu, öznel ve sonsuz sayıda olduğunu ileri sürer. Buna göre, ölçüm yapıldığı anda olasılıkların hepsi gerçekleşir fakat hepsi ayrı ayrı kendi dünyalarında (çoklu dünyalar) gerçektir. Diğer bir deyişle, ölçüm yapıldığı andaki ihtimal sayısı kadar evren sayısı vardır ve her bir evren her ne zaman bir ölçüm yapılacak olsa farklı yeni evrenlere bölünür ya da çatallanır (Daha ayrıntılı bilgi için şu makalemize bakılabilir: Evrim Ağacı).

Everett resminde, dalga foksiyonunun çökmesi gibi bir durum söz konusu değildir. Bunun yerine, yapılan ölçümler farklı evrenlerin birbirleriyle etkileşmesine izin verdiği için gerçeklik “karmaşık bir dolanıklıklar ağı” haline gelir. İlkesel olarak, tüm bu dolanık olaylar geriye döndürülebilir; yani hiçbir şey aslında “çökmüş” olmaz (ya da en azından çöküşün tersinemez olduğunu söyleyemeyiz). Buna karşın standart bir görüş olan Kopenhag resminde “çöküşün tersinemezliği” düşüncesi pratik hayatla uyumludur çünkü gerçek hayatta meydana gelen çok sayıdaki karmaşık etkileşimleri (olayları) geriye almak asla uygulanabilir bir şey değildir. Buradan hareketle Susskind, ER=EPR’nin kuantum gerçekliğe dair ileri sürülen iki görüşün (Kopenhag ve Everett) birbirini “tamamladığını” (İng. complementary) söyler. 

Kuantum Mekaniğinden Doğan Kütleçekim

Diğer taraftan, şu ana kadar, kütleçekimi (uzayzaman geometrisini) kuantum dolanıklıkla ilişkilendiren pek çok makale yayımlandı. Bunlardan biri Caltech Üniversitesi fizikçileri ChunJun Cao, Sean M. Carroll ve Spyridon Michalakis’e ait. Araştırmacılar uzayzamanın vakumdaki devasa kuantum dolanık ağ içerisinden nasıl ''ortaya çıkabildiğini (yapılanabildiğini)'' - diğer bir deyişle, “kuantum durumlarındaki” değişimlerin uzayzaman geometrisindeki değişimlerle nasıl ilintili olabileceğini – göstermeye çalıştılar. Ekip, araştırmalarıyla ilgili şunları söylüyor:

Dolanıklık üzerinden uzayzaman geometrisini tanımlayabildiğimizi varsayarsak, o halde, örneğin enerji vererek kuantum durumu bozmak doğal olarak o geometriyi değiştirecektir. Ve şayet modelimiz uzak mesafeleri kapsayan bir alan teorisi ile uyum sağlayacaksa bu Einstein denkleminin bize sunduğu enerji ve eğrilik arasındaki ilişki olacaktır. Bu noktada kütleçekim, kuantum mekaniğinden kendiliğinden doğuyor gibi görünüyor. Ancak şeytan ayrıntıda gizli olduğundan temkinli davranmalıyız. Zafer nidaları atmadan önce kat etmemiz gereken uzun bir yolumuz var.

Kütleçekimin nereden geldiği sorusuna şu an için net bir cevap veremiyor olabiliriz. Şayet bu konuda elde edilecek daha fazla veri kütleçekimin kuantum mekaniğinden (kuantum dolanıklıktan) otomatik olarak doğduğunu doğrularsa, ER=EPR baskılı tişörtlerimizi giymememiz için bir neden kalmayacak.

Görsel: Genel Görelilik kuramının bir tahmini olan “Solucan delikleri”, uzayzaman dokusu içindeki çok uzak iki nokta arasında kestirme bir yol sağlayan “teorik” geçitlerdir. Bazı fizikçiler onların uzaydaki karadelikleri birbirine bağlayabileceğini düşünmektedirler. Eğer doğruysa bu durum, kuantum dolanıklığın ardındaki sır perdesini kaldırabilmesinin yanı sıra Genel Göreliliğin Kuantum Mekaniğine nasıl bağlanabileceği hakkında da ipuçları sunabilir.