Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Muhtemelen, Dünya'daki günlük yaşamı dolduran maddenin temel hallerine katı, sıvı, gaz

oldukça aşinasınızdır.

Ancak her biri farklı görünen ve farklı davranan bu üç farklı madde türü, evrenin tamamı değildir ondan çok uzaktır. Bilim adamları, maddenin genellikle mistik ve hayali isimler taşıyan düzinelerce daha egzotik halini keşfettiler: Süper akışkanlar, Bose Einstein yoğuşmaları ve nötron dejenere madde bunlardan birkaçıdır.

Son birkaç yılda, dünyanın dört bir yanındaki fizikçiler maddenin başka bir halini inşa ediyorlar: bir "zaman kristali". Bu, B-filmi teknobezi gibi görünüyorsa, artık teknobabble değil. Bir kuantum bilgisayarı kullanarak, birkaç araştırmacı, fizik dünyasında kesin olarak zaman kristalleri oluşturduğunu düşündükleri bir zaman kristali yarattı. Araştırmacılar araştırmalarını henüz resmi olarak yayınlamadılar, ancak geçen ay ArXiV web sitesinde bir ön baskı (henüz akran düzenlemesi yapılmamış bilimsel bir makale) yayınladılar. Peki bir zaman kristali tam olarak nedir? Kulağa bir zaman makinesini çalıştıran kritik bileşen, bir tür fütüristik güç kaynağı veya belki de kayıp bir uzaylı uygarlığının eseri gibi gelebilir. Ancak bilim adamlarına göre, bir zaman kristali aslında daha incelikli bir şeydir: fizik yasalarının merakı.

Elmas, zümrüt ve hatta buz küpü gibi herhangi bir bataklık standardı kristali tanımlayan şey, kristalin atomlarının bir şekilde uzayda tekrar eden modellerde düzenlenmiş olmasıdır. Uzayın üç boyutu ve dördüncü boyutu olan zaman vardır. Bu yüzden fizikçiler, bir kristalin atomlarının zaman içinde tekrar eden örüntüler halinde düzenlenip düzenlenemeyeceğini merak ettiler. Uygulamada, bu böyle bir şey çalışır. Atomları bir halde başlayan bir kristal yaratırsınız. O kristali ince ayarlı bir lazerle patlatırsanız, bu atomlar başka bir duruma geçebilir ve sonra geri dönebilir ve sonra tekrar ters dönebilir ve benzeri şeyler, lazerden gerçekten herhangi bir enerji emmeden. Geri adım atarsanız, az önce yarattığınız şey, hiç enerji almadan, süresiz olarak sürekli hareket halinde olan bir madde halidir.

Bu küçük bir başarı değil. Klasik fiziğin en kutsal ilkelerinden biri olan termodinamiğin ikinci yasasına karşı çıkıyor. Bu yasa, entropi veya düzensizlik miktarının her zaman artma eğiliminde olduğunu belirtir. Masanın kenarında sallanan bir vazo gibi düşünün. Evren o vazoyu itip yerde paramparça etmek istiyor. Onu tekrar bir araya getirmek için, enerjiyi koymanız gerekir. 

Zaman kristalleri aslında oldukça yeni bir fikir, ilk kez 2012'de Nobel ödüllü fizikçi Franck Wilczek tarafından kuramlaştırıldı. O dönemde tüm fizikçiler bu kuramı kabul etmemişti,

bazıları termodinamiğin ikinci yasasının yasal yönünü ortaya çıkaracağını iddia etmişti

Doğal olarak, kararlı araştırmacılar boşluklar buldu. 2016'da Maryland Üniversitesi'ndeki fizikçiler, iterbiyum atomlarından oluşan bir koleksiyondan ham bir zaman kristali oluşturmayı başardılar. Diğer gruplar elmasların içinde zaman kristalleri yarattılar. Ancak bu son zaman kristal tamircileri farklı bir şey yaptı. Google'a döndüler ve bir kuantum bilgisayar kullandılar: evreni en küçük ölçeklerde yönlendiren görünüşte mistik bir fizik türü olan kuantum mekaniğinin tuhaflıklarından yararlanan bir cihaz. Her günkü "klasik" bilgisayarlar gibi silikon parçaları kullanmak yerine, kuantum bilgisayarlar doğrudan atomlar veya parçacıklarla çalışır. Bu, fizikçilerin geleneksel bilgisayarlarla acı verici derecede zor olabilen deneyler yapmasına izin verir, çünkü parçacıkların aynı anda birden fazla şey olmasına ve parçacıkların imkansız gibi görünen mesafelerde etkileşime girmesine izin veren kuantum fiziği oldukça ezoterik hale gelir. Chicago banliyösünde üst düzey parçacık fiziğine odaklanan ulusal bir laboratuvar olan Fermilab'da kuantum bilgisayar araştırmacısı olan Gabriel Perdue, geleneksel bilgisayarlarla "kuralları simüle etme yeteneği ... çok daha zor hale geliyor" dedi.

Ancak parçacıkları bir kuantum bilgisayarın işlemcisinde düzenleyerek, küçük parçacık sistemlerini sanki yapı taşlarıymış gibi tam anlamıyla incelemek mümkündür. Bu güçlü bir yetenek ve kuantum olmayan dünyada pek göreceğiniz bir şey değil. Perdue, "Minyatür beyzbol oyuncuları inşa ederek ve simülasyonlar yaparak bir beyzbol topunun ne kadar ileri gidebileceğini hesaplamıyoruz," dedi. Ancak çok küçük bir ölçekte oldukça benzer bir şey yapmak, araştırmacıların zaman kristallerini yapmak için Google'ın kuantum bilgisayarını kullandıklarını söyledi. Bu durumda, fizikçiler atomları alıp yeniden düzenleyebilir ve ardından bir zaman kristalini sürmek için bir lazerle vurabilirler. Bu kurulum, araştırmacıların kendisinden önceki herhangi bir zaman kristalinden daha büyük bir zaman kristali yaratmasına izin verdi. Daha önceki birçok zaman kristali kısa ömürlüyken ve birkaç ileri geri çevirme döngüsünde çözülürken, bu son zaman kristali çabasının arkasındaki bilim adamları, yarattıkları şeyin kararlılığına hayret ediyolar.

Perdue, "Burada benim için en heyecan verici olan şey, bir kuantum bilgisayarını gerçekten bir kuantum fizik sistemini simüle etmek ve onu gerçekten yeni ve heyecan verici bir şekilde incelemek için kullanmanın bir gösterimi." dedi.

Öyleyse, bu zaman kristalleri gerçekten de gelişmekte olan yeni bir zaman makinesi dalgasına yol açabilir mi?

Muhtemelen değil. Ancak kuantum bilgisayarların daha sağlam olmasına yardımcı olabilirler. Mühendisler, kuantum bilgisayarlarda bellek görevi görebilecek bir şey yaratmak için yıllarca uğraştılar; geleneksel bilgisayarların temelini oluşturan silikona eşdeğer. Fizikçiler, zaman kristallerinin bu amaca hizmet edebileceğini düşünüyor.

Perdue, bu deneyin aynı zamanda kuantum bilgisayarların bilim yapma gücünün bir göstergesi olduğunu söyledi. "Harika bir algoritma simüle etmenizi kolaylaştıran platformun aynısı,bu tür sistemleri simüle etmek için de aynı şekilde çalışıyor ve bence daha da iyi." dedi.

Makale: arxiv.org