Fizikteki en büyük ve hala cevaplanmamış sorulardan biri, kuantum mekaniğinin Einstein’ın genel görelilik teorisiyle nasıl uyum sağladığıdır. Kuantum mekaniği, atom altı parçacıkların davranışını açıklarken, genel görelilik zaman ve uzayın bükülmesi olarak yerçekimini tanımlar. Her iki teori de bilim camiasında kabul görmekle birlikte, birbiriyle çelişkili gibi görünmektedir.
Ancak yapılan son araştırmalar, Einstein’ın teorisinin en azından bir kısmının kuantum dünyasında da geçerli olduğunu gösteriyor: bu, eşdeğerlik ilkesi. Science Advances dergisinde yayınlanan araştırmada, bilim insanları Einstein’ın eşdeğerlik ilkesinin öngördüğü etkinin, belirli koşullarda kuantum seviyesinde de gerçekleştiğini gösterdiler.
Araştırmanın başyazarından Ron Folman (Ben-Gurion Üniversitesi), “Bu çalışma, hem deneysel bir yaklaşımla hem de geniş kapsamlı teorik yorumlarla, fiziğin en temel sorularından biri olan ‘Yerçekimi (Einstein’ın görelilik teorisi ile tanımlanan) ve kuantum teorisi nasıl tek bir anlayışta birleştirilebilir?’ sorusuna ışık tutuyor. Modern fiziğin bu iki önemli temeli, şimdiye kadar birleşik bir teorik çerçeveye kavuşturulamamıştı, ancak bu karmaşık deney, böyle bir birleşmenin nasıl mümkün olabileceğine dair daha fazla ipucu veriyor” şeklinde bir açıklama yaptı.
Deneyde kullanılan atom çipi, Ben-Gurion Üniversitesi’nde üretildi. Çip ters çevrilmiş şekilde kullanıldı ve atomlar, hemen altındaki alanda manipüle edildi. (Kaynak: Ben-Gurion Üniversitesi)
Einstein’ın eşdeğerlik ilkesi, kapalı bir asansördeki kişinin yerçekimi hissettiği veya uzayda ağırlıksız olarak hızlanan bir asansörün tabanının kendisini yukarı doğru ittiğini algılayıp algılamayacağına dair bir düşünce deneyidir. Bu prensip, normal nesnelerle test edildiğinde geçerli olsa da, şimdiye kadar kuantum nesnelerinde gözlemlenmemiştir.
Folman ve ekibi, ultracold rubidium atomlarından oluşan bulutlar kullandı. Bu atomlar, atom adı verilen bir cihazın yüzeyine yerleştirildi. Bu cihaz, elektron, ışık veya manyetik alanlarla atomların kontrol edilmesini ve manipüle edilmesini sağlar. Bu sayede, bilim insanları atomları kuantum süperpozisyonuna sokabildiler, yani tek bir parçacığın aynı anda birden fazla durumda veya konumda bulunabilmesi sağlandı.
Bu senaryoda, bir atom sabit bir pozisyonda tutuldu (yukarı doğru bir kuvvet uygulayarak yerçekiminin etkisini nötr hale getirilerek), diğer atom ise manyetik bir impulsla yukarı fırlatıldı ve ardından yerçekimi etkisiyle düşmesine izin verildi. Düşme tamamlandıktan sonra, iki parçanın birleştirilmesi için bir manyetik impuls kullanıldı. Bu sayede, deneyin ilk aşamalarında oluşan küçük kuantum faz değişimleri ölçüldü. Ölçümler, Einstein’ın eşdeğerlik ilkesine dayalı tahminlerle uyumlu bulundu.
Araştırmanın ortak yazarı Vlatko Vedral (Oxford Üniversitesi), “Kuantum fiziğinin neden başarısız olması gerektiğine dair tutarlı bir teorimiz yok. Bu deney, kuantum fiziğini yerçekiminin en ilginç sınırlarına taşıyor ve bir kez daha, tahminlerinin geçerli olduğunu gösteriyor” dedi.
Bilim insanları, sonuçların sadece test ettikleri belirli senaryoda eşdeğerlik ilkesinin geçerli olduğunu gösterdiğinin altını çizerek dikkatli bir yaklaşım sergilediler. Bu bulgu, kuantum mekaniği ve Einstein’ın yerçekimi teorisi arasındaki bağlantıya dair ipuçları sunsa da, onlarca yıldır devam eden bu sorunu tamamen çözmüyor.
