Yüz yılı aşkın süredir fizik iki büyük teori üzerine inşa edilmiş durumda. Einstein'ın genel görelilik kuramı, kütle çekimini uzay ve zamanın bükülmesi olarak açıklıyor. Kuantum mekaniği ise parçacıklar ve alanlar dünyasını yönetiyor. Her ikisi de kendi alanlarında mükemmel çalışıyor. Ancak bir araya getirildiklerinde, özellikle kara delikler, karanlık madde, karanlık enerji ve evrenin kökeni söz konusu olduğunda çelişkiler ortaya çıkıyor.
Meslektaşlarım ve ben, bu uçurumu kapatmanın yeni bir yolunu araştırıyoruz. Fikir şu: Gerçekliğin en temel bileşeni olarak maddeyi, enerjiyi, hatta uzay-zamanın kendisini değil, bilgiyi ele almak. Bu çerçeveye kuantum bellek matrisi (QMM) adını veriyoruz.
Özünde basit ama güçlü bir iddia yatıyor: Uzay-zaman pürüzsüz değil, kesiklidir; kuantum mekaniğinin öne sürdüğü gibi minik 'hücrelerden' oluşur. Her hücre, içinden geçen her etkileşimin (bir parçacığın geçişi, elektromanyetizma veya nükleer etkileşim gibi bir kuvvetin etkisi) kuantum izini saklayabilir. Her olay, uzay-zaman hücresinin yerel kuantum durumunda küçük bir değişiklik bırakır. Yani evren sadece evrilmez; aynı zamanda hatırlar.
Kışkırtıcı yeni bir teori, evrenin bir makineden çok dev bir kozmik bellek bankasına benzediğini öne sürüyor. Kaynak: AI/ScienceDaily.comHikaye, kara delik bilgi paradoksuyla başlıyor. Göreliliğe göre kara deliğe düşen her şey sonsuza dek kaybolur. Kuantum teorisine göre ise bu imkansızdır; bilgi asla yok edilemez. QMM bir çıkış yolu sunuyor. Madde içeri düşerken, çevredeki uzay-zaman hücreleri onun izini kaydediyor. Kara delik sonunda buharlaştığında bilgi kaybolmuyor; zaten uzay-zamanın belleğine yazılmış oluyor.
Bu mekanizma, bilgi korunumunu sağlayan tersinir bir kural olan 'iz operatörü' ile matematiksel olarak ifade ediliyor. İlk başta bunu kütle çekime uyguladık. Ardından diğer doğa kuvvetleri için de aynı resme uyup uymadıklarını sorduk. Uzay-zaman hücrelerinin varlığını varsayan modellerimizde, atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü ve zayıf nükleer kuvvetlerin de uzay-zamanda iz bıraktığı ortaya çıktı. Daha sonra çerçeveyi elektromanyetizmayı da kapsayacak şekilde genişlettik. Basit bir elektrik alanı bile uzay-zaman hücrelerinin bellek durumunu değiştiriyor.
Karanlık madde ve karanlık enerjiyi açıklamak
Bu bizi, geometri-bilgi ikiliği adını verdiğimiz daha geniş bir ilkeye götürdü. Bu bakış açısına göre uzay-zamanın şekli, yalnızca Einstein'ın öğrettiği gibi kütle ve enerjiden değil, aynı zamanda kuantum bilginin (özellikle dolanıklığın) nasıl dağıldığından da etkileniyor. Dolanıklık, iki parçacığın tuhaf bir şekilde bağlanabildiği kuantum özelliğidir; biri değiştiğinde diğeri de otomatik olarak değişir – aralarında ışık yılı mesafe olsa bile.
Bu bakış açısı değişikliğinin çarpıcı sonuçları var. Halen hakem değerlendirmesinde olan bir çalışmada, iz kümelerinin tıpkı karanlık madde gibi davrandığını bulduk. Kütle çekim altında kümeleniyor ve galaksilerin hareketini açıklıyorlar – galaksilerin beklenmedik derecede yüksek hızlarda yörüngede döndüğü – hiçbir egzotik yeni parçacığa gerek kalmadan.
Bir diğer çalışmada ise karanlık enerjinin de bu şekilde ortaya çıkabileceğini gösterdik. Uzay-zaman hücreleri doygunluğa ulaştığında, yeni ve bağımsız bilgiler kaydedemez hale geliyor. Bunun yerine, uzay-zamanın artık enerjisine katkıda bulunuyorlar. İlginçtir ki bu artık katkı, evrenin hızlanarak genişlemesine neden olan 'kozmolojik sabit' ile aynı matematiksel forma sahip. Büyüklüğü, kozmik ivmelenmeyi yönlendiren gözlemlenen karanlık enerjiyle örtüşüyor. Birlikte ele alındığında bu sonuçlar, karanlık madde ve karanlık enerjinin aynı bilgi parasının iki yüzü olabileceğini düşündürüyor.
Döngüsel bir evren mi?
Peki ya uzay-zamanın belleği sınırlıysa ve dolduğunda ne olur? Kozmoloji ve Astropartikül Fiziği Dergisi'nde yayımlanmak üzere kabul edilen son kozmolojik makalemiz, defalarca doğup ölen döngüsel bir evrene işaret ediyor. Her genişleme ve daralma döngüsü, deftere daha fazla entropi (bir düzensizlik ölçüsü) kaydediyor. Sınıra ulaşıldığında evren yeni bir döngüye 'sekiyor'. Bu, uzay-zamanın bilgi kapasitesinin (entropisinin) maksimuma ulaştığı anlamına geliyor. Bu noktada daralma düzgün bir şekilde devam edemiyor. Denklemler, bir tekilliğe çökmek yerine depolanan entropinin bir tersine dönüşü tetiklediğini ve bunun da yeni bir genişleme aşamasına yol açtığını gösteriyor. Buna 'sekiş' adını veriyoruz.
Modeli gözlemsel verilerle karşılaştırdığımızda, evrenin daha önce üç ya da dört genişleme ve daralma döngüsünden geçtiğini, geriye ondan az döngü kaldığını tahmin ediyoruz. Kalan döngüler tamamlandığında uzay-zamanın bilgi kapasitesi tamamen doymuş olacak. Bu noktada daha fazla sekiş gerçekleşmeyecek. Bunun yerine evren, yavaşlayan bir genişlemenin son aşamasına girecek. Bu da kozmosun gerçek 'bilgi çağının' yaklaşık 62 milyar yıl olduğu anlamına geliyor – şu anki genişlemesinin 13,8 milyar yılı değil.
Şu ana kadar bu tamamen teorik görünebilir. Ancak QMM'nin bazı kısımlarını bugünün kuantum bilgisayarlarında test ettik bile. Kuantum bilgisayarların temel birimleri olan kübitleri minik uzay-zaman hücreleri olarak ele aldık. QMM denklemlerine dayalı kaydetme ve geri alma protokolleri kullanarak orijinal kuantum durumlarını %90'ın üzerinde doğrulukla kurtardık.
