Zamanı tersine çevirme

Share

Tweet

Share

Share

Email

Comments

Bir çalışmayı gerçekleştiren bilim insanları, inceledikleri sistem için ‘zamanı tersine çevirmeyi başardık’ iddiasını gündeme getirdiler.

Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü’nden G. Lesovik ve çalışma arkadaşları, arXiv.org’da yayımladıkları bir çalışmaları ile “zamanın yönünü tersine çevirme” konusunu yeniden gündeme getirdiler.

Çalışmanın odaklandığı soru şuydu

1 – Bir sistemin zamansal evrimini tersine çevirmek mümkün müdür ve bunu “kübit”ler üzerinde yapabilir miyiz? 2 – Kuantum bilgisayarlarının temel işlem birimi olan kübitler üzerinde gerçekleştirme konusu? Bir sistemin zamansal evrimini tersine çevirme aslında basitçe “zamanı tersine çevirme” olarak ifade edilemeyecek, fizik ve matematik literatüründe iyi tanımlı olan bir başlık… Bu başlığın termodinamiğin yasalarıyla ilişkilendiği noktada bazı ilginç durumların ortaya çıkabileceği düşünülüyor ve kimileri bu ilginç durumları “zamanın yönünü tersine çevirme” olarak yorumlayabiliyor.

“Zamanı tersine çevirme,” “zamanı geri alma” ve benzeri ifadeler bu yorumun alternatif ifade biçimleri olarak karşımıza çıkıyor. Açıklayalım…

Pek çok fizik probleminin odaklandığı yer; bir sistemin, verili bir ilk durumdan başlayarak nasıl evrileceğini veya istenen bir son duruma ulaşıp ulaşamayacağı…

Fizik Kanunları Kurala Bağlar!

Bir sistemin verili bir andaki durumuna bakarak geçmişte herhangi bir andaki durumunun ne olduğunu anlamaya da çalışabiliriz. Fizik kanunları da verili bir andaki durumu gelecekte veya geçmişteki anlarda var olan durumlarla nasıl ilişkilendirebileceğimizi söyler, kurala bağlar…

Bir makineyi belirli bir ilk durumda çalıştırdığımızda nasıl çalışacağını, ileriki zamanlarda nasıl davranacağını bilmek isteriz. Hatta makinanın, geçmişte hangi fiziksel durumda olduğunu anlamak istiyorsak “ne kadar zaman önce hangi durumdan başlarsa benim saatimi çalıştırdığım anda gördüğün duruma gelir?” diye bir soru sorarız. Bu soru her zaman sorulabilir mi? Bunu termodinamik bağlamında tartışacağız.

Zamansal Evrim

Aslında zamansal evrimi hep ileri doğru düşünmek zorunda değiliz; zaman eksenini tersine çevirirsek, sistemin geçmişteki durumlarını aynı şekilde anlayabilir miyiz? Bu sorunun yanıtı, fizik kuramlarının da kendi içinde bir kategorizasyona sahip olması ile açıklanabilir.

TERSİNİR VE TERSİNMEZ SÜREÇLER

Bazı fizik kuramları / kanunları, nesnelerin temel özellikleri ve tabi oldukları temel hareket yasalarını ifade eder. Bazı kanunlar ancak bir nesneler grubu için tanımlı kılınabilmektedir. Fizikte “bütün” her zaman “parçarların toplamı”ndan fazladır. Birinci gruptaki yasalara “temel yasalar” denir, ikinci gruptakiler ise termodinamiğin ve istatistiksel mekaniğin yasalarıdır. Örnek; Tek bir elektronun çeşitli özelliklerini ve davranışlarını tarif eden yasalar temel yasalar kategorisine girerken, bir elektron gazının sıcaklığını ancak termodinamik bağlamında ele alabilirsiniz…

TERSİNİR SÜREÇ

Temel yasalar, zaman eksenini tersine çevirmemizden mutsuz olmazlar. En kötü şartlarda, zaman ekseni ile birlikte uzamsal eksenleri ve (elektrik yükü gibi) yükleri de tersine çevirmek gerekse bile, belirli türde bir fiziksel süreci gösteren bir filmi tamamen geriye doğru oynattığınızda, zamanın aslında hangi yönde aktığını söylemeniz mümkün olmamaktadır. Örnek: İki bilardo topu bir masada çarpışıyor olsun. Topların sürtünme nedeniyle durmalarını göremeyecek kadar kısa bir sürede süreci izliyor olalım. Çarpışmayı filme alıp, sonra da çarpışmayı görmemiş bir arkadaşınıza filmi tersten oynatarak izlettiğinizde arkadaşınız “filmi tersten oynatıyorsun” demeyecektir. Bunu düşünmesi için bir neden görmeyecektir çünkü. Dolayısıyla, bu tür süreçlere “tersinir süreç” deriz. Yani sürecin tam tersini gözlemlediğimizde, “bu sistem için zaman ters yönde akıyor” dememizi gerektiren bir durum olmaz; sürecin ters yönde işlemesi aynı ölçüde mümkündür.

TERSİNMEZ SÜREÇ

Termodinamiğin yasaları her sürecin tersinir olmadığını söyler. Bazı süreçler “tersinmez”dir; filme alıp tersten izlediğinizde, net bir zaman yönü kavrayışına ulaşabilirsiniz. Bilardo topları örneğinden ilerlersek, topların sürtünme nedeniyle durduğu ana kadar süreci filme aldığımızda ve tersten izlemeye kalktığımızda, duran topların kendi kendine harekete geçtiğini görürüz ve “bu filmde zaman ters yöne akıyor” diyebiliriz. Sürtünme, topların enerji kaybetmesine yol açar, bu enerji ısı halinde çevreye yayılır ve çevrenin entropisini (şimdilik “düzensizliğini” diyebiliriz) artırır.

ENTROPİDİR

Kritik kavram entropidir. Termodinamiğin ikinci yasası; bir kapalı sistemin toplam entropisi, hiçbir şekilde azalmaz. Dolayısıyla, ‘tersinmez’ bir süreç geçiren bir sistemin zamansal evrimini tersine çevirmek isterseniz, başka ‘tersinmez’ süreçlerle sistemi yine bildiğimiz zaman yönünde evriltmeniz gerekir. Örnek; Bilardo masasında ilk vuruştan sonra dağılan topları yeniden bir üçgen şeklinde dizmek için, masaya dışarıdan epeyce müdahale etmeniz gerekir. Bu sırada masanın çevresinin entropisini kesin olarak artırırsınız…

Lesovik ve arkadaşlarının çalışması; Dışarısıyla etkileşen bir sistemin zamansal evrimini tersine çevirmek elbette mümkün; peki bunu termodinamiğin ikinci yasasını ihlal eden bir şekilde yapmak mümkün mü?

NEDENSEL BAĞLANTILAR VE ZAMAN İLİŞKİSİ

Termodinamiğin ikinci yasası; bir kapalı sistemin toplam entropisi, hiçbir şekilde azalmaz. Peki sistemin zamansal evrimini bu durumda başarmak mümkünmü? Çalışmayı anlatan bazı haberlerde, araştırmacıların bunu başarabildiği iddia edilmekte. Ancak üstü kapalı görünen bir nokta şudur: Araştırmacıların incelediği sistemin çeşitli özellikleri deney boyunca sabit kalsa bile, evrenin toplam entropisinin azaldığı gösterilmemektedir. Muhtemelen bu yüzden, “sistem için zamanın çok kısa bir süre boyunca ters yöne akması” gibi bir durumdan bahsedilmektedir.

Bunun diğer konseptler kadar iyi tanımlı olmadığını ifade etmek gerekir, zira bir sistemin zamansal evriminde geçmişteki durumlarından bazılarını yeniden ziyaret etmesi, dış müdahaleler sayesinde pek ala mümkün olabilir. Hatta, ikinci yasa ihlali belirli koşullar altında gerçekten mümkün de olabilir…

Esas mesele, sistemin belirli bir sırayla geçtiği durumların “geçilmemiş hale getirilmesinin” mümkün olup olmadığıdır.

Teknik ayrıntılarına değinmek mümkün olmasa da, zamansal ve uzamsal ölçümlerimizin tabi olduğu en temel kuralları Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’nın belirlediğini hatırlatmakta fayda var.

Genel Görelilik’e göre olayların oluş sırası nesneldir.

Yani bir A olayı bir B olayını tetikliyorsa, tüm gözlemciler A’yı B’den önce gerçekleşmiş olarak görür; en kötü ihtimalle iki olayı eş zamanlı göreceklerdir. Ancak hiçbir şekilde B’yi A’dan önce gerçekleşiyor olarak gören bir gözlemci bulamayız. “Zamanı tersine çevirme” fikri, zorunlu olarak, nedensellik ilişkilerini de tersine çevirmeyi gerektirmektedir, zira nedensellik ilişkilerini tersine çevirmeden yaptığınız şey yalnızca kendi yönünde akan bir zaman içinde bir sistemin evrimini tersine çevirmek olabilir. 

Çalışma, IBM’in sağladığı bir kuantum bilgisayar üzerinde yapılıyor Haberleri yapan habercilerin ise bu hususta daha da az titiz davranmaları sıkça görülen bir durumdur. Dolayısıyla, bilim okurlarını bu tür girdilere karşı uyarmayı görev bilen diğer bilim habercilerine görev düşmektedir; bu haberimizde yapmaya çalıştığımız gibi.

NOT: arXiv.org sitesi fizik, matematik ve biyoloji alanında yayınların bilimsel dergilere gönderilmeden önce kamuoyuyla paylaşılabildiği ve makaleleri olmasa bile, bilgi içeriklerini açık hale getirmeye yardımcı olan bir “ön yayın” arşividir ve ABD’deki Cornell Üniversitesi tarafından yürütülmektedir.