Dört boyutlu madde bulundu: Zaman Kristalleri

Zaman kristalleri nedir?

Evren’de iki tür 4 boyutlu madde var: Dört boyutlu uzayda var olan hiperküp gibi şekiller ve yaşadığımız 3B uzayda zaman boyutuyla birlikte oluşan zaman kristalleri. Zaman kristalleri aslında zamanda tek yönde periyodik hareketler yapan normal madde atomlarından oluşuyor. Nasıl derseniz:

Maddeyi oluşturan atomlar uzayda sadece tek yönde simetrik olarak dizildiğinde, kuvars ve buz kristalleri gibi düzenli yapılar oluştururlar. Böylece Meksika’nın Naica Mine bölgesinin altında yer alan Dev Kristal Mağarası gibi yer şekilleri ortaya çıkmış olur.

Buna karşın, maddeyi oluşturan atomlar zamanda tek yönde simetrik olunca, yani ortamdan enerji çekmeden, kendiliğinden düzenli (periyodik) hareketler yapınca zaman kristalleri meydana geliyor. Elbette atomların enerji harcamadan sonsuza dek titremesi termodinamik yasalarına aykırı.

Ancak, atomları mutlak sıfıra kadar soğutunca kristalleri yapmanın bir yolu da var ve fizikçiler zaman kristallerini beş yıl önce, bu yöntemle ürettiler. Şimdi de laboratuvarda kuantum fiziğini zaman kristalleriyle açıklamaya çalışıyorlar. Maddenin yeni hali olan 4B madde, zamana göre belirli yönde hareket eden maddeden oluşuyor.

Ne işe yarayacak?

Zaman kristalleri ile yepyeni bir bilim dalı açıldı ve fiziği zaman kristalleriyle açıklamak konusunda daha işin başındayız; ancak elektronik saatleri çalıştıran kuvars kristallerini zaman kristallerinin davranışlarına örnek gösterebiliriz.

Kristalleri oluşturan atomlar yalnızca belli bir yönde titrediği için neredeyse kesin periyodik hareketler yapıyor ve son derece dakik oluyor. Bu da zamanı kuvars kristalleriyle doğru ölçmemizi sağlıyor. Bu teknolojiyi 1970’lerden beri kol saatlerinde kullanıyoruz.

Aslında zaman kristalleri, pek çok teknolojinin çalışma prensiplerini atom ölçeğinde açıklamakta da kullanılabilir.

Zaman kristali mantığına aslında günlük hayattan birçok örnek verebiliriz: Canlı konserde akustik gitar çalarken titreyen gitar telleri, müzik stüdyosunda sarkaç hareketi yapan metronomlar ve bizzat sarkaçlı saatleri çalıştıran ağırlıklar periyodik hareketler yapıyor.

Yeni teoriye göre; bütün bunları zaman kristalleriyle, yani zamanda simetri kırılmasıyla açıklamak mümkün. Ancak önemli bir nokta daha var: Zaman kristalleri, sadece mikroskobik kuantum dünyasında ortaya çıkıyor.

Her ne kadar zamanda periyodik hareketler yapan tüm cisimleri yeni teoriye göre 4B madde olarak sınıflandırsak da Evren’de makroskobik boyutta zaman kristali yok; çünkü kuantum fiziği sadece atom boyunda ve daha küçük ölçeklerde geçerli. Yazıyı okurken bunu akılda tutmamız gerekiyor.

Zaman kristallerini kim buldu?

Zaman kristallerini Nobel ödüllü teorik fizikçi; Frank Wilczek 2012 yılında ortaya attı. Wilczek üç boyutlu uzaya zamanı eklediğimizde Evren’in 4B olarak tanımlandığını biliyordu. Böylece zaman içinde hiç enerji harcamadan periyodik hareketler yapan atomları 4B madde olarak sınıflandırdı.

Sonra California Üniversitesi, Berkeley’den Norman Yao, laboratuvarda zaman kristalleri oluşturmak için özel bir yöntem geliştirdi. Ardından, Maryland ve Harvard Üniversitesi’nden araştırmacılar Yao’nun yöntemini kullanarak dünyanın ilk zaman kristallerini ürettiler.

Peki bu buluş hangi sorulara cevap bulacak?

Zaman kristalleri fizikçilerin bugüne dek çözemedikleri büyük bilimsel soruları yanıtlamasını sağlayacak. Birkaç örnek verecek olursak:

• Büyük patlama nasıl oluştu?
• Büyük patlamadan önce ne vardı?
• Kara deliklerin merkezindeki teklik nedir?
• Atom dünyasını açıklayan kuantum fiziği ile astronomik mesafeleri açıklayan görelilik teorisini nasıl birleştiririz?
• Oda sıcaklığında çalışan süper iletkenlerle nasıl uçan araba yaparız?
• Uzay boşluğundan bedava enerji çıkarmak mümkün mü?
• Devridaim makinesi yapabilir miyiz?
• Kuantum fiziğinde Heisenberg’in belirsizlik ilkesi neden var ve parçacıklar neden hem tanecik dalga özelliği gösteriyor?
• Neden mutlak sıfırın altına inmeye kalktığımız zaman atomlar daha fazla soğumak yerine ısınmaya başlıyor?

Editör: Fatih Düz – 09.06.2022