Yeni araştırmalar bunun uzaydaki dalgalanmalarla olabileceğini buluyor

Galaksiler, gezegenler, kara delikler: Çoğu insan için, evrenimizle ilgili her şey çok büyük geliyor ve çok büyük geliyor. Ancak milyonlarca ışık yılı uzakta olanların çoğunun büyük olduğu doğru olsa da, ölçeğin kuantum ucunda da süreçler var. Bu, doğanın çok küçük ölçeklerde nasıl çalıştığını açıklayan bilim dalıdır – atomlardan daha küçük. Bu düzeyde, işler şaşırtıcı şekillerde davranır.

Teorik fizikçiler Partha Nandi ve Bibhas Ranjan Majhi, yerçekimi dalgalarının – hareket eden veya çarpışmanın neden olduğu uzayda parçalanma olasılığını araştırdı. Paylaştılar onların bulguları konuşma ile Afrika.

Yerçekimi dalgaları nedir?

Basitçe söylemek gerekirse, su sıçradığınızda gördüğünüz dalgalara benzer şekilde uzayda küçük dalgalanmalar gibidirler. Yıldızlar veya kara delikler gibi uzayda gerçekten ağır şeyler olduğunda, etrafta hareket ettiklerinde veya birbirlerine çarptığında ortaya çıkarlar. Bu dalgalanmalar daha sonra uzay boyunca hareket eder ve enerji taşır.

Ayrıca bundan çok daha fazlası: Bunlar bir iletişim yöntemidir. Büyük kozmik olaylar hakkında bilgi taşıyorlar, bilim adamlarının varlıkları doğrulanmadan önce mümkün olmayan bir şekilde uzayı “dinlemelerine” yardımcı oluyorlar.

1916’da efsanevi teorik fizikçi Albert Einstein bir yayınladı çığır açan makale Bu, genel görelilik teorisini ortaya koydu. Yerçekimini bir güç olarak değil, büyük nesnelerin neden olduğu alan ve zamanın bükülmesi olarak tanımladı. Bu bükülme, nesnelerin nasıl hareket ettiğini etkiler, tıpkı gerilmiş bir kauçuk tabakaya yerleştirilen ağır bir top gibi, daha küçük nesnelerin ona doğru yuvarlanmasını sağlar.

Einstein, gezegenlerin, kara deliklerin hareketini ve hatta büyük nesnelerin etrafında ışığın nasıl büküldüğünü ve bu büyük nesneler hareket ettiğinde veya çarpıştığında uzay zamanında dalgalanan yerçekimi dalgalarının varlığını doğru bir şekilde tahmin etti.

Einstein’ın yerçekimi dalgaları hakkındaki hipotezinin doğrulanması yaklaşık 100 yıl sürdü. İşte o zaman Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (Ligo) ABD’de bu dalgaları ilk kez tespit etti. Bu kadar uzun sürdü çünkü ne kadar büyük ses çıkardıklarına rağmen, yerçekimi dalgaları dakika: Bir atomun boyutundan 1000 kat daha küçük bir faktörle uzanıyor veya sıkıyorlar. Onları tespit etmek için özel araçlar gerekiyordu ve Ligo’nun en son teknolojisi göreve hazırdı.

Bazı yerçekimi dalgalarının doğada kuantum olduğunu iddia ediyorsunuz. Bu ne anlama gelir?

“Kuantum”, doğanın çok küçük ölçeklerde nasıl çalıştığını açıklayan bilim dalıdır – atomlardan daha küçük. Bu düzeyde, işler şaşırtıcı şekillerde davranır.

Örneğin, küçük parçacıklar dalgalar gibi davranabilir. Aynı anda birden fazla durumda da var olabilirler, bu da süperpozisyon. Ek olarak, ne kadar uzak olursa olsun, birinde bir değişiklik diğerini anında etkileyecek şekilde gizemli bir şekilde bağlanabilirler. Buna denir Dolaşma.

Fotonlar iyi bir örnektir. Bunlar ışık parçacıkları ve bilim adamları kanıtladı Süperpozisyonda var olabilmek veya birbirlerine karışmak gibi bu “kuantum” yollarında davrandıklarını.

Dolaşma bir tür bağlantıdır, ancak basit bir bağlantıdan çok daha derindir. İki nesne dolaştığında, kuantum durumu adı verilen bir şeyi paylaşırlar. Bu, bir parçacık veya sistem hakkındaki her şeyi açıklar. Bir plan gibi, ancak sabit detaylar yerine, parçacığı konumu veya hızı gibi farklı koşullar altında bulma şansı verir.

İki nesne bir kuantum durumunu paylaştığında, davranışları gizemli bir şekilde bağlantılı hale gelir. Bir nesneyi ölçerseniz, diğerinin durumu ne kadar uzak olursa olsun, hemen eşleşmeye ayarlanır. Dolaşmayı bu kadar özel yapan ve günlük dünyada gördüğümüz hiçbir şeye benzemeyen şey budur.

Araştırmanız ne ortaya çıkardı?

Yerçekimi dalgalarının hem klasik hem de kuantum özelliklerine sahip olabileceğini varsaydık. Ligo tarafından şu ana kadar tespit edilenler, Einstein’ın genel görelilik teorisini eşleştirerek klasik davranışları takip ediyor.

Ancak mevcut LIGO dedektörleri kuantum etkilerini tespit edecek kadar hassas değildir ve hipotezimizin doğru olup olmadığını bilmenin bir yolu yoktur. Bu yüzden Modelledik Hareket edebilen ve titreşebilen kollara bağlı aynaları olan en yeni nesil ligo’ya benzer bir dedektör.

Klasik yerçekimi dalgaları aynaların belirli şekillerde hareket etmesine neden olur, ancak çalışmamızda kuantum yerçekimi dalgaları – “gravitonlar” adı verilen parçacıkların neden olduğu hassas dalgalanmalar – aynalardan farklı şekilde etkilenir. Aynaların salınım modlarının dolaşmasını sağlayabilirler: hareketin bir kısmı klasik dalgaların oluşturamayacağı şekilde birlikte hareket eder.

Bunu görselleştirmek için, görünmez bir esinti nedeniyle senkronize olarak sallanan iki rüzgar çanını hayal edin. Burada, kuantum yerçekimi dalgaları bu esinti gibidir. Uzak nesnelerin klasik yerçekimi dalgalarının yapamayacağı şekilde birlikte hareket ettirirler.

Bu, çok küçük ölçeklerde, yerçekimi dalgalarının, klasik olarak açıklanamayan dolaşma gibi kuantum özelliklerini gösterebileceğini düşündürmektedir. Tüm yerçekimi dalgalarının kuantum olduğunu önermiyoruz. Bununla birlikte, bu, tüm yerçekimi dalgalarının doğada kuantum olduğu anlamına gelmez. Bunun yerine, erken evrenden gelenler, yaklaşık 13.8 milyar yıl önce, kuantum imzaları taşıyabilir. Bu tür yerçekimi dalgaları, özellikle evren hakkında bilgi kodlayabilir, özellikle de Büyük patlamave zaman içinde nasıl değişmiş olabilecekleri.

Bu neden önemli bir bulgu?

Yerçekimi dalgalarının kuantum doğasını doğrulamak, Einstein’ın kuantum mekaniği ile göreliliğini doğrulamak, onlarca yıldır fiziğe meydan okuyan bir bulmacayı çözmek: genel görecelik prensiplerini, büyük ölçekte, büyük ölçüde tanımlayan, kuantum mekanikler yasalarıyla uzlaşmanın zorluğu, kuantum mekanikler yasalarıyla. Parçacıkların en küçük ölçeklerde davranışını yönetin.

Bu atılım evreni anlayışımızda devrim yaratabilir. Yerçekimi dalgalarının kuantum doğası, gelişmiş sensörlerin zayıf kozmik sinyalleri tespit etmesine ve evrenin kökenleri, kara delik davranışı ve gerçekliğin kumaşı hakkında bilgi vermesine yardımcı olabilir. Ligo, yerçekimi dalgalarının ölçülmesinde zaten büyük ilerleme kaydetmiş olsa da, kuantum taraflarını keşfetmek yeni bir fizik alanı açıyor.

Bulgularımızı farklı deneysel ortamlarda test etmek ve çoğaltmak için daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulacağını belirtmek önemlidir. Bu fenomenleri inceleyen sadece insanlardan uzaktayız ve umarım bulgularımız Güney Afrika kurumlarının çabalarını güçlendirecek Ulusal Teorik ve Hesaplamalı Bilimler Enstitüsü (Nithecs) ve Stellenbosch Üniversitesi’nde Astrofizik Araştırma Grubu veri analizi, işbirliği ve teorik çalışma yoluyla yerçekimi dalgası astrofiziklerine katkıda bulunur.

Teknolojideki gelişmeler, kuantum yerçekimi dalgası araştırma fırsatlarının genişletilmesinde de önemli bir rol oynayacaktır. . Ligo-Hindistan gözlemevi2030 yılına kadar operasyonel hale gelmesi nedeniyle, olası bir deneysel ortam olacaktır.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır. Konuşma Creative Commons lisansı altında. Oku orijinal makale.