İlk 'Kuantum Kasırgası' Bilim İnsanlarının Kara Delikleri Laboratuvarda Simüle Etmesini Sağladı

Bir süper akışkan içindeki girdapların birleşimi, dikkat çekici bir şekilde bir kara delik gibi davranıyor.

Kara delikler fiziksel teorilerimizin sınırında yer alan nesnelerdir, dolayısıyla onları ne kadar iyi anlarsak evren hakkındaki bilgilerimizi de o kadar iyi test edebiliriz. Astrofiziksel kara delikler pek çok şekilde incelenirken, bir tanesini laboratuvarda analiz etmek çok daha kolay olacaktır. Ne yazık ki, bir tanesinin laboratuvarda olması söz konusu laboratuvarın ve muhtemelen tüm gezegenin yıkımına yol açacaktır, bu nedenle bilim insanları bir sonraki en iyi şeyi buldular: kuantum kasırgası kullanarak bir simülasyon yarattılar.

Helyum mutlak sıfırın sadece birkaç derece üstüne kadar soğutulduğunda süper akışkan hale gelir. Bu durumda, tüm sıvı kuantum mekaniksel hale gelir. Sürtünmesiz akar - yani hareket ederken kinetik enerji kaybetmez - ve karıştırıldığında, süper akışkan sonsuza kadar dönmeye devam eden girdaplar oluşturabilir.

Nottingham Üniversitesi Matematik Bilimleri Fakültesi'nden makalenin baş yazarı Dr. Patrik Svancara "Süper akışkan helyum, kuantum girdapları adı verilen ve birbirlerinden ayrılma eğiliminde olan küçük nesneler içerir. Bizim düzeneğimizde, bu kuantumların on binlercesini küçük bir kasırgayı andıran kompakt bir nesne içinde hapsetmeyi başardık ve kuantum akışkanları alanında rekor kıran güçte bir girdap akışı elde ettik," diyor.

Kara delikler laboratuvarda su ve ses dalgalarıyla simüle edilmiştir, ancak süper akışkan helyum kullanımı gerçeğe daha yakın olmalarını sağlıyor - ve bu süper akışkan helyumun sürtünmesiz olmasından kaynaklanıyor. Dolayısıyla bu uzay zamanı ve kara delikleri simüle etmenin daha gerçekçi bir yoludur.

Dr. Svancara ilaveten "Süper akışkan helyum kullanmak, küçük yüzey dalgalarını suda yaptığımız önceki deneylere kıyasla daha ayrıntılı ve doğru bir şekilde incelememizi sağladı. Süper akışkan helyumun viskozitesi son derece küçük olduğundan, süper akışkan kasırga ile etkileşimlerini titizlikle araştırabildik ve bulguları kendi teorik tahminlerimizle karşılaştırabildik" diyor.

Çalışma uzun yıllardır devam ediyor. Elde edilen son sonuçlar, araştırmacıların kara deliklerin etrafında var olması beklenen etkileşimlere benzer etkileşimleri nasıl görebildiklerini gösteriyor. Ve bu yaklaşımın kuantum alanlarının dönen ve kavisli uzay zamanda nasıl davrandığını incelemeye yardımcı olabileceğine inanıyorlar.

Bu deneyin geliştirildiği Kara Delik Laboratuvarı'ndaki çalışmalara liderlik eden sorumlu yazar Profesör Silke Weinfurtner "2017'de ilk analog deneyimizde kara delik fiziğinin açık imzalarını ilk kez gözlemlediğimizde, başka türlü incelenmesi imkansız olmasa da genellikle zor olan bazı tuhaf fenomenleri anlamak için çığır açan bir andı" dedi.

"Şimdi, daha sofistike deneyimizle, bu araştırmayı bir sonraki seviyeye taşıdık, bu da sonunda kuantum alanlarının astrofiziksel kara deliklerin etrafındaki kavisli uzaylarda nasıl davrandığını tahmin etmemizi sağlayabilir."

Çalışma Nature dergisinde yayımlandı.

AI destekli bir programdan faydalanarak hızlıca Türkçeye çevirttiğim haberin ana kaynağı:

First Ever "Quantum Tornado" Lets Scientists Simulate Black Holes In The Lab | IFLScience

Daha ileri okuma için ilgili deneyin Nature dergisinde yayınlanan makalesi:

Rotating curved spacetime signatures from a giant quantum vortex | Nature

Aynen öyle. Bir noktada süperden kasıt neredeyse ideal iletkenlik veya akışkanlık vaziyeti. İki fenomen de özellikle ısı ve sıcaklık - mutlaka sıfıra, materyalin olabilecek en taban enerji veya en düşük uyarılmışlık durumuna inme - olgusu ile çok ilişkili. Süper akışkanlığın anahtar kelimesi viskozite. Viskoziteleri bulunmadığı veya çok çok düşük olduğu için süper akışkanlar sonsuza dek girdaplaşabilirler. Ama gene aynı viskozite(sizlik) olayından dolayı herhangi bir kuvvet uygulayıp girdap meydana getirmek de son derece zor. Neredeyse kusursuz bir sıvı gibi düşünebiliriz. Kusursuz, sürtünmesiz bir sıvı elde avuçta durmaz. Manipülasyonu çok zor.

Uzay zaman süper akışkan benzeri sürtünmesiz bir yapı olabilir, öyle olduğuna inanılıyor. Bu kütlenin uzay zamanda adeta delik açıp yok olduğu ve tekillliğe çökme hadisesinin olay ufku ardına saklandığı karadelikler meydana geldikten nasıl ışık hızı yapısallığı uyarınca ayrı bir bölge meydana getiren olay ufkunun ötesinde ilgili kütleye dair kütleçekimsel etkinin ilgili uzay zaman alanında muhafaza edildiğini ifade eden Gauss'un Kütleçekim Yasası ile uyumluluk gösterir. Kütle hiçbir şeyin kaçamadığı olay ufku ardındaki tekilliğe çökse de, süper akışkan gibi davranan gravitasyonal - kuantum - alan o kütlenin etki bilgisini olay ufkunun ötesinde de yüzeyinde korumaktadır. Yani bir kez bir şekilde girdaba sokulunca bu girdaplaşma durum bilgisini koruyan ve girdap halini sürdüren süper akışkan gibi davranmaktadır. Böylece karadelik hiçbir şeyin kaçamadığı olay ufku ardında çevresine kütleçekim uygulayabilmekte, karadeliğe dahil olan fazladan kütle civar uzay zaman alanına/yüzeyine işlenmekte, karadelikle beraber çevresindeki uzay zaman kusursuz görünen bir akışkanlıkla sürüklenmekte (çerçeve sürüklenmesi). Haberini çevirdiğim ilgili deneyin olayı rotasyonlu karadelik bölgesinde uzay zaman alanını süper akışkan girdabında simüle etmesi. Doğal astrofizik karadelikler - genelde öğretim amaçlı gösterilen rotasyonsuz ve düz şelale ya da lavabo deliği benzeri Schwarzschild karadeliklerinin aksine rotasyonludur, girdap-varidir (Kerr Karadelikleri, Kerr'in çalışması da aslında boş uzayda ebedi rotasyon taşıyan ideal karadelikleri baz alır).

Uzay zamanın "akışkanlığını" daha iyi anlayabilmek için karşısına şöyle bir tezatlık koyabiliriz: Uzay zaman akışkanken uzay zamanın özel bir durumu olarak karadeliğin çektiği ve sürüklediği bildiğimiz çoğu madde uzay zamanın aksine süper akışkanmış gibi davranamıyor. Uzay zaman karadeliğe sorunsuz akarken buna mukabil sürtünen ve ısınan materyal akışının saçılan enerji çıktısı karadeliğin maddesel materyal yutuşunu kısıtlıyor (Eddington Limiti). Sürtünüp muazzam sıcaklıklar ve parlaklıklar meydana getiren yığılma disklerine vücut veriyor (akresyon diskleri). Astrofizikte bunların en büyüklerine ve en güçlülerine kuasar diyoruz:

Aşırı Aktif Süper Kütleli Karadeliklerin En Büyük Evren Haritası Yayınlandı | DonanımHaber Forum (donanimhaber.com)

Ayrıca akresyonlarının aksine astrofizik karadeliklerin de süper akışkanlık durumundaki sıvılar gibi sıcaklıklarının (Hawking sıcaklığının) çok çok düşük olduğu, mutlak sıfıra yakın olduğunu ekleyelim. Burada ama karadeliklerin stabilitesiyle ve sürtünmezliğiyle ilgili özel bir durum söz konusu. Olay ufku yani geri dönülmezlik hududu karadeliğin toplam kütlesine doğru orantılı olarak ne kadar genişse civarından gelen radyasyonun (Hawking Radyasyonu) dalga boyutu o kadar büyük, olay ufku ne kadar küçükse radyasyonun dalga boyu da o kadar küçük ve haliyle karadelikten saçılan termal enerjinin frekansı o kadar şiddetlidir. Bu da - astrofizik dünyasında astronomik boyutta ve kararlı fenomenler olan - karadeliklerin teoride minyatürleştikçe işgal ettikleri kuantum alanların "viskozitesinin çoğalıp ağdalanarak sürtüştüğüne" ve "akışkan bir uzay zaman olgusu" olarak karadeliğin "akışkanlığını" ve stabilitesini kaybettiğine işaret eder:

https://forum.donanimhaber.com/mesaj/yonlen/158174873

Karadelik sürecin sonunda - alternatif bir senaryoda Planck kalıntısına indirgenmezse - şiddetli bir şekilde buharlaşır. Hawking'in negatif ve pozitif frekans modlarının karadelik tarafından dağıtılmasını ve karadeliklerin dağıtmanın maliyeti olarak olay ufku çevresinden termal ışıma yaptığını anlattığı makalelerinin ilkinin adı "Karadelik Patlamaları". :D

AI destekli çeviri beklediğimden çok daha iyi sonuç verdi. Çevirisine biraz rötuş da attım. Sıkıntılı veya geliştirilebilecek bir yer varsa gösterin; düzeltirim. Haberi hızlıca buraya da taşımak istedim. Haber departmanına bağlı bir editör bile değilim. Moderasyondan bir moderatörüm. Bu aslında moderatör rolünde bir kullanıcının haberi. Benim üzerimden diğer habercileri, editörleri, departmanı değerlendirmeyin.