Kuantum Hall Etkisi ve 4. Boyuta dair ilk gözlem

Bugüne iki farklı grubun yaptığı deneylerde 4. uzay boyutunun etkilerinin gözlediği (!) haberi ile başladım ve mevzuyu kısaca özetlemek istedim çünkü bayağı önemli bir gelişme…

https://gizmodo.com/two-experiments-show-fourth-spatial-dimension-effect-1821739488 

Teorik fiziğin öngördüğü ekstra uzay boyutlarının mevcut 3 boyutlu dünyamızdaki ilk deneysel farkındalığını yaşıyor olabiliriz… Konu 2016 Fizik Nobelinin de ana temasını teşkil eden Kuantum Hall Etkisi…

Öncelikle Hall Etkisi’nin kuantumsuz halinin ne olduğunu anlatayım:

İçinde elektrik akımı geçen bir metal plakaya dik olarak bir manyetik uygulanırsa, plakanın içinde hareket eden elektronların hareket yönüne dik bir kuvvet oluşur ve hareket yönü değişen elektronlar sayesinde bir voltaj farkı (Hall Voltajı) gerçekleşir. Buna Hall Etkisi adı veriliyor… Aşağıdaki animasyonda gayet güzel açıklanmış:

Kuantum Hall Etkisi ise; temelde iki boyutlu kabul edilebilecek kadar ince bir yüzeyde, sistem mutlak sıfıra yakın derecede soğutulmuş olduğunda yine yüzeye dik ve çok güçlü bir manyetik alan olduğunda gözleniyor.

Bu sefer gözlenen etkinin bir kuantum etkisi olmasının sebebi;

2 boyutlu yüzeyden geçen elektrik akımının Hall Voltajına oranı evrensel bir sabitin katları çıkıyor!.. Yani 2 boyutlu yüzey hangi madde olursa olsun, deneydeki parametreler nasıl değişirse değişsin Hall Voltajının yüzdeyden geçen akıma oranı ‘sabit bir sayı’nın katları!.. Yani kuantize edilmiş (sürekli değil kesikli değerler alan) bir fiziksel özellik söz konusu.

İşin içine evrensel sabitler girdiğinde konu bir anda matematiğin de alanına giriyor ister istemez… İşte bu Kuantum Hall Etkisi ilk bulunduktan sonra bu özelliğin teoride 4 boyutlu bir uzaya da genelleştirilebileceği matematiksel olarak gösterilmiş.

Yeni ilan edilen 2 farklı deney ise; bu 4 boyutlu uzaya genelleştirilmiş Kuantum Hall Etkisinin öngördüğü bir takım matematiksel çıkarımları ilk defa gözlemeyi başardıklarını ilan ediyor!

Gerçekleştirilen deneyler tabii ki 4 boyutta yapılmıyor, fiziksel olarak imkansız olduğu için. Ancak 2 boyutlu bir sistemde yapılan deneylerle, aynısı 4 boyutta yapılsaydı ne gözlenirdi’nin cevabını buluyorlar.

Bu benim bildiğim kadarıyla ekstra boyutların etkisine dair ilk deneysel gözlem olabilir…(bu noktada sizden katkılara açığım)

………..

Not: Ektra boyutların tam olarak ne anlama geldiğine dair fikir sahibi olmak isteyenler şu yazılarımı okuyabilir:

 

 

Reklamlar

Kuramsal Fiziğin öngördüğü ekstra boyutları neden hissedemiyoruz?

Bir gitar düşünün, tek teli var ve akord edilmiş… Telin değişik yerlerinden farklı kuvvette vuruşlar yapmalıyız ki farklı bir çok ses elde edebilelim. Bir de notalar var; notalar telin oluşturduğu temel sesler olarak tanımlanabilir. Temel sesler derken kastettiğim; diğer bütün sesleri bu notaların farklı kombinasyonlarından elde edebiliyor olmamızdır.

Hatta yardımcı olayım size:

Şimdi aynı şeyin içinde yaşadığımız evrene uyarlanabileceğini düşünün!.. Nasıl mı?
Neredeyse bir yüz yıldır fizikçiler, evreni bütünyle açıklayabilen bir teorinin arayışı içindeler. Evreni bütünüyle açıklamakla kasıt, ayrı ayrı kavramları açıklayan teorilerin tamamını birleştiren genel bir teori bulmak… Doğada herşeyi yöneten dört temel kuvvet mevcut:

Kütle çekimi; Genel Relativite ile
Zayıf ve Kuvvetli Nükleer Kuvvetler; Kuantum Mekaniği ile
Yükler arası çekim; Elektromanyetik Teori ile
açıklanır.

Sicim Teorisi (String Theory) denilen kuram, doğadaki dört temel kuvvet ve bunları açıklayan üç teoriyi bir arada barındırıp, en azından matematiksel olarak doğru bir şekilde açıklayan ilk ve tek teoridir.

Sicim teorisi aslında basit bir mantıkla, doğadaki temel parçacıkların, aynı gitarın tellerinden çıkan notalar gibi, ufak sicimlerin titreşimleri olduğu prensibinden yola çıkmaktadır.

Theory of Everything - String Theory 4

Bu temel varsayımdan yola çıkıldığında 1980’lerin ikinci yarısında, doğadaki temel kuvvetlerin tamamını içinde barındıran ve içinde yaşadığımız evreni açıklamaya aday 5 tane tutarlı ve farklı Sicim Teorisi bulunmuştur. Önceleri, bilim adamları bu 5 teorinin birbiriyle yarışacağını, en tutarlı sonuçları veren ve deneysel sonuçlarla tutarlılık gösteren teorinin yarışı kazanacağına inanıyorlardı. Bu teorilerin en belirgin ortak özellikleri hepsinde evrenin 10 boyutlu ve hepsinin süpersimetrik (bkz: https://cangurses.wordpress.com/2013/04/19/herkese-bir-superpartner/ ) olmasıdır.

 

Peki bu ekstra boyutları neden günlük yaşamımızda göremiyoruz, hissedemiyoruz?

Aslında cevabı çok basit; iki tepe arasına gerilmiş bir halatta yürüyen bir karıncaya 1 km. uzaktan baktığınızı düşünün

ant1.png

O kadar uzak mesafeden karıncanın rotası size tek boyut üzerinden görünecektir. Yani o esnada biri size ‘Karınca nerede?’ diye sorsa sadece yatayda aldığı mesafeyi söyleyip geçersiniz… Halbuki çok çok yakından bakıldığında, karıncanın halat üzerinde sarmallar çizerek ilerlediği, yani 3 boyutlu bir hareket yaptığı net aslında.

İşte içinde yaşadığımız 4 boyutlu evreninin geri kalan boyutlarına dair algımızda aynı bu şekilde…

Sebep yine aynı; String Theory’deki temel mesafe birimi Planck ölçeğinin uzunluğu

h= 1.6 10^(-35) metre… Yani bir protonon çapının 10^(-20)’si kadar küçük…

Şöyle ifade edeyim, bizim için atom neyse atom için de Planck uzunluğu o!…

İşte evrenin; içinde bulunduğumuz uzay-zamanın bu kadar küçük bir ölçeğe kadar inildiğinde aslında sürekli değil parçalı bir yapıya sahip olduğu (yani aralarında kısa kısa mesafeler (planck ölçeğinde) olan noktalar gibi düşünün) düşünülüyor ve ancak bu ölçeklere inildiğinde bu boyutların etkisinin hissedilebileceği öngörülüyor.

Örneğin CERN gibi parçacık hızlandırıcılarının bir önemi de bu… Az önce bahsettiğim gibi eğer temel parçacıklar aslında 10 boyutta titreşen ufak iplikler ise teorik olarak şu an bu ipliklerin her boyuttaki titreşimlerinin enerjilerini hesaplayabiliyoruz. Dolayısıyla belki şu an elimizdeki hızlandırıcılarla değil ama daha iyileriyle bu ölçümlerin deneyini de yapmak mümkün olacak.

Yani tüm devletlerin bir araya gelip, binlerce bilim insanından oluşan bir merkez kurup, her yıl milyarlarca dolar harcayıp ‘atomları ışık hızına yaklaştırıp çarpıştırmalarının’ çok temel bir sebebi var;

Evrenin en temel prensibini anlamak…

Bakın, Planck boyutuna inildiğinde uzayın dokusunun neye benzeyebileceğine dair bir simülasyon size fikir verecektir:

Nedir Bu Ekstra Boyutlar?!

Kuramsal fiziğin popüler hayata en çok yansımış kavramlarından biri de ekstra boyutlar… Yaşadığımız evrenin aslında 3 + 1, uzay ve zaman boyutları haricinde  ek başka boyutları da içerdiği ön görüsünden yola çıkarak akıl almayacak bin tane saçmalığı her gün duymak mümkün.

Zannediyorum kuantum fiziğinden sonra en fazla safsata çoklu boyutlar kavramı üzerinde dönüyor.

Bir saçmalığın genel kabul edilen bir doğru haline gelmesinin bu devirde ne kadar hızlı gerçekleşebildiğini düşünürsek, internetin bir köşesinde mevzunun aslı da olsun şeklinde yazayım dedim… Çünkü neden yazmayayım!

Okumaya devam et