uzay - zaman dokusunun kuantumsal ölçekte bakıldığında görülen dalgalanması.
gözlemlenebilir evrenin şekli düzdür. ancak bu yapıya çok yakından, yani çıplak gözle görülemeyecek kadar yakın olan mikro bir ölçekten bakılırsa, bu yapının dalgalanmakta olduğunu görülür.
heisenberg belirsizlik ilkesi farklı şekillerde ifade edilebilir. genellikle bir parçacığın hızını ne kesinlikte biliyorsak, parçacığın konumundaki belirsizlik o oranda artar şeklinde bilinse de, şu şekilde de ifade edebiliyoruz: bir parçacığın sahip olduğu enerjinin miktarını ne kesinlikte biliyorsak, o enerjiye ne kadar süre boyunca sahip olacağına ilişkin bilgimiz de o oranda belirsiz olur. bu ilke, çok kısa sürede yok olacağı sürece, ekstra bir enerjinin ortaya çıkabileceğini de kabul eder.
uzay boşluğu dediğimiz yapı, yukarıda bahsettiğim türden var oluş ve yok oluşlarla doludur. son derece küçük ölçeklerde bakıldığında, evrenin dokusundan ödünç aldığı enerjiyle ortaya çıkan ve sonra hemen birbirini yok eden madde - anti madde çiftlerini görürüz. bu parçacık çiftlerine sanal parçacıklar da denir. bir anda ortaya çıkan ve sonra yine geldiği gibi yok olan bu sanal parçacıklar, kısacık sürelerde patlayan sabun köpüklerini andırdığı için kuantum köpüğü ya da kuantum köpük olarak adlandırılırlar.
***
bahsettiklerim biraz hayal ürünü gibi gelebilir. varlığını göremediğimiz sanal parçacıkların, evreni bir köpük gibi doldurduğundan, hawking radyasyonuna neden olduğundan, fizikte temel kuvvetler dediğimiz kuvvetlerin taşıyıcılığını yaptığından nasıl bu kadar emin olabiliyoruz?
emin olmamızı sağlayan 2 önemli kanıt var.
1- elektronlar, kendi ekseni etrafında dönen herhangi bir yüklü parçacığın sahip olabileceği bir özelliğe sahip: bunlar aslında minicik mıknatıslar. elektronların yükünü ve kendi eksenleri etrafında dönüş özelliği olan spinlerini bilmek, bunların oluşturduğu mıknatısın gücünü de hesaplayabilmek demek. teorik olan mıknatıslık şiddeti ile ölçülen karşılaştırıldığında görülmüş ki arada % 0,1 kadarlık bir sapma var. ancak hesaplama klasik olarak değil de kuantum elektrodinamiği ve sanal parçacıklar kullanılarak yapıldığında bu % 0,1'in de ortadan kalktığı görülmüş.
2- biliyoruz ki parçacıklar aynı anda dalga özelliği de taşıyor. bu durum sanal parçacıklar için de geçerli elbette. ayrıca bu parçacıklar, her türden dalga boyuna sahip olabilir: uzun, orta ya da kısa...
şimdi casimir etkisi adı verilen bir etkiye göz atalım. öncelikle varsayımımız, kuantum köpüğüne neden olan parçacıkların evrenin her yerinde her an ortaya çıktığı yönünde olacak. bu kabulden sonra 2 tane plaka alıyoruz ve bunları karşılıklı olarak yerleştiriyoruz. bu 2 plakanın dış kısmına, uzun ya da kısa dalga boylu tüm dalgalar (yani bunlara sahip olan parçacıklar) sığabilirken, plakaların arasındaki bölgeye uzun dalga boylu dalgalar (yani bunlara sahip olan parçacıklar) sığamaz.
bu durumda plakaların dış kısmında, iç kısımdakine kıyasla daha fazla parçacık olacak demektir. bunun sonucunda da, plakaların dış kısmındaki basınç iç kısımdakinden fazla olur ve plakalar birbirine doğru itilir.
en azından bu fikriyi ortaya süren hendrik casimir böyle olacağını düşünüyordu ve bu deney yapıldığında tam da casimir'in öngördüğü şeyin ortaya çıktığı gözlendi.
***
bahsettiğim bu 2 olay, kuantum köpüğünün varlığını güçlü şekilde desteklese de, soru işareti oluşturan bir şey var: elektronlarla yapılan hesaplamaların bir benzeri müon adlı atom altı parçacık için de yapıldığında, ondalıklı sayının 9. basamağından itibaren yine bir uyumsuzluk çıkıyor ortaya. bu nedenle bu sonuçtan emin olabilmek adına fizikçiler, 2000'li yılların başından bu yana harıl harıl çalışıyorlar fermilab'da. eğer sonuçlar yine tutarsız olursa kuantum köpüğü ile ilgili yeni yaklaşımlar geliştirmek zorunda kalacaklar gibi görünüyor.