Uzay mı, zaman mı? Hiçbir yerden belirip kaybolan ışığın keşfi

Enerji

Teknolojik Yenilik Web Sitesi Editör Ekibi - 30.04.2025

Zaman ve uzayı yeniden düşünmek: Bu temel boyutlara yeni bir bakış, uzay-zaman-topolojik olaylar ve bunların teknolojik uygulamaları gibi yeni olgulara kapı açar. [Resim: A. Szameit/Universität Rostock]

Işığın yeni boyutu

Almanya'daki Rostock ve İngiltere'deki Birmingham Üniversitelerinden fizikçiler, hiçbir yerden ortaya çıkan ve aynı şekilde hiçbir yere kaybolan ışık emisyonları keşfettiler.

İlk bakışta sihir gibi görünüyor, ancak keşfin derin matematiksel kökleri fizikteki bir paradigmayı yıkıyor ve bilim insanlarının zaman boyutunun gerçekliğimizde oynadığı rolü yeniden düşünmelerini gerektirecek.

Keşfin pratik etkileri de var ve her türlü dış bozucu etkiye karşı korunan fotonik uygulamalara giden yolu açıyor ki bu özellikle kuantum hesaplama açısından ilgi çekici.

Einstein, 1905 yılında yayımlanan özel görelilik kuramıyla zaman ve uzay boyutlarını tek bir uzay-zamanda birleştirmiş olmasına rağmen, zaman hâlâ kendine özgü özelliklerini koruyarak yorumlarımızın dışına çıkmaktadır. Örneğin, uzayda serbestçe hareket edebilirken, zaman tek yönlü bir yoldur ; saat yalnızca ileriye doğru hareket eder, asla geriye doğru hareket etmez.

Belki de kendine özgü olmasından dolayı, zaman boyutu uzaydan çok daha az ilgi görmüştür.

Bu durum, zaman kristalleri ve daha da yakın zamanda uzay-zaman kristalleri sayesinde, fizik anlayışımızda zamanın oynaması gereken rolün yeniden düşünülmesine ilham veren, zaman ve uzayda tekrarlayan desenlere sahip nesneler sayesinde, son yıllarda değişmeye başladı.

İşte tam bu noktada duyurulan yeni keşif devreye giriyor.

Uzay, zaman ve uzay-zaman topolojisi. [Görsel: Joshua Feis ve diğerleri. - 10.1038/s41566-025-01653-h]

Bu İncil'e ait değil, matematiksel

Işık kristalleri ve topoloji üzerine yaptıkları deneyler sırasında ekip, ışığın uzay-zamanda belirli bir noktaya "sıkışmış" kalabileceğini keşfetti.

Bunu şöyle düşünün: Uzayda ışık bir noktadan diğerine hareket edebilir; zamanla bir anda açılıp bir anda kapanabilir; fakat uzay-zamanda her ikisini de yapar, uzay ve zamanda belirli bir noktada görünür bir yayılma olmaksızın açılıp kapanır.

"Bu neredeyse İncil'deki gibi: Başlangıçta hiçbir şey yoktu. Sonra fizik, 'Işık olsun!' diyor ve gerçekten de ışık var - belirli bir zamanda ve uzayda belirli bir noktada," diye coşkuyla anlatıyor ekibin koordinatörü Profesör Alexander Szameit.

Ama bunda mucizevi bir şey yok ve sanki sihirle belirip kaybolan bu geçici ışık parlamalarının, topoloji alanında derin matematiksel kökleri var. Topoloji , bir malzemenin temelde değiştirilmeden değiştirilemeyecek küresel özellikleriyle ilgilidir - topoloji, yırtılma veya yapıştırma olmadan, germe, bükme ve katlama gibi sürekli deformasyonlarla korunan uzayların özelliklerini inceleyen temel bir matematik dalıdır.

Profesör Hannah Price, "Topoloji, belki biraz soyut ama çok temel ve çok önemli sonuçları olan bir matematik dalı olup, aslında burada bazı fiziksel davranışları belirliyor" dedi.

"Zamansal bir topolojik değişmez buluyoruz ve bunun gözlemlenen zamansal topolojik durumlarla ilişkisini kuruyoruz. Ayrı mekansal ve zamansal topoloji kavramlarını aşarak, enerji-momentum boşluğuna sahip bir sistem öneriyoruz ve uyguluyoruz ve hem uzayda hem de zamanda yerelleştirilmiş topolojik durumlara yol açan, böylece uzaysal-zamansal topolojik olaylar oluşturan uzaysal-zamansal topoloji kavramını tanıtıyoruz," diye ayrıntılı olarak açıkladı ekip.

Topolojik fotonik ağların deneysel uygulaması, olgunun pratik uygulamalara sahip olabileceğini göstermektedir. [Görsel: Joshua Feis ve diğerleri. - 10.1038/s41566-025-01653-h]

Topolojik uzaysal-zamansal olaylar

Ekibin keşfettiği şeye "topolojik uzaysal-zamansal olaylar" adı verildi.

Zamanın tek yönlü doğası nedeniyle, bu olaylar dış etkenlere karşı benzersiz bir dayanıklılığa sahiptir: Araştırmacılar, bunların rastgele bozulan deneysel parametrelere ve sonunda gözlemleri bozabilecek herhangi bir kaçak ışığa karşı doğal bir korumaya sahip olduğunu keşfettiler.

Daha basit bir ifadeyle, bu uzaysal-zamansal noktalarda ortaya çıkan fotonlar, normalde ışığı etkileyen her şeye karşı bağışık görünüyor: Eğer hesaplamalar o ışığın o yerde, o zamanda ortaya çıkacağını gösteriyorsa, o zaman çevresel koşullar ne olursa olsun orada olacaktır.

Profesör Sebastian Weidemann, "Böyle bir koruma çok arzu edilir, çünkü görüntüleme, iletişim veya lazerler gibi önemli uygulamalarda ışık dalgalarının sağlam bir şekilde şekillendirilmesini sağlayabilir" dedi. Aslında kuantum bilişiminin yükselen yıldızlarından biri, topolojik kübitler olarak adlandırılan, topolojiden kaynaklanan hatalara karşı neredeyse bağışık olan yeni bir kuantum bit türüdür. Bu olasılık artık, kübitleri foton olan kuantum ışık bilgisayarları için de geçerli.

"Bu bulgular, uzay-zamandaki zamanın rolünün, genel olarak fizikte ve topolojiyle etkileşiminde yeniden ele alınmasının hem temel bilim hem de potansiyel uygulamalar için potansiyel taşıdığını gösteriyor. En önemlisi, araştırmayı bu yeni-eski boyuta yönlendirerek mümkün kılınan çok daha geniş bir potansiyel keşifler alanına kapı açıyorlar," diye duyurdu ekip.

Diğer haberler:

Daha fazla konu