Bir ölçüye göre bu yılın en büyük fizik haberleri 80 yıl önce yaşandı. Atom bombasının yapımıyla ilgili bir filmin başarısı bir sürpriz olsa da, gerçek fizik laboratuvarlarından çıkan keşifler (bunların en büyüğü olan evrenin kendisi de dahil) J'ye olan ilginin artmasından daha az etkileyici değildi. .Robert Oppenheimer.

The James Webb Uzay TeleskobuBilim operasyonlarının ikinci yılında, kozmosun çarpıcı görüntülerini sunmaya devam ediyor ve 2022'den gelen bilim sonuçları artık bir sağanak yağışa dönüştü. JWST, bir milyon mil ötedeki tüneğinden her şeyi inceliyor evrenin en uzak galaksileri hemen yanındaki gezegenlere ve aylara. Değişmeyen tek şey sürpriz oldu: Teleskobun sürekli gözlemleri köklü teorilere meydan okumak ve bilim adamlarını yıldızlar, gezegenler ve kara delikler gibi tanıdık kozmik nesnelerin nasıl ortaya çıktığını yeniden hayal etmeye zorluyor.

Kara delikler aynı zamanda 2023'ün en dikkate değer keşiflerinden birinin merkezinde yer alıyor: Kara delikler tarafından üretilen kütleçekim dalgalarına dair kanıtlar. çarpışan süper kütleli kara delikler. Uzay-zamandaki bu dalgalanmaları tespit etmek için, birkaç gökbilimci konsorsiyumu kozmosu 15 yıl boyunca inceledi; bu süre, yerçekimi dalgaları Dünya'yı yıkarken meydana gelen küçük zamansal dalgalanmaları tespit etmeye yetecek kadar uzundu.

Eve daha yakın olan bilim insanları, genellikle normal kurallara göre oynamayan bir alan olan kuantum dünyasını hem manipüle etmek hem de anlamakla meşguller. Bu yıl bazı dikkate değer ilerlemeler görüldü kuantum hesaplamanın en temel donanımı, son hallerinde son derece karmaşık hesaplamalara güç verebilecek kübitler. Ve daha da önemlisi, araştırmacılar da şunu yaptı: kuantum hata düzeltmesinde iyileştirmelerçözülmesi en zor sorunlardan biri olmaya devam ediyor.

Ancak bu ilerlemeler, evreni en büyük ölçeğinden en küçüğüne kadar anlamamızın bittiği anlamına gelmiyor. Güneş etrafındaki bir sonraki yörüngemiz çok daha derin açıklamalarla dolu olabilir.

Evrene yeni bir ışıkla veya yeni bir mercekle baktığımızda, hiç hayal etmediğimiz şeyleri gördüğümüz sık sık söylenir. NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu bu sözü yerine getirdi. Yılın başında gökbilimciler, teleskopun altın renkli, petekli gözünün yabancı bakışları çaldığını duyurdular. evrenin ilk yıldızları. JWST ayrıca galaksilerden gelen ışığı gördüm bildiğimiz evreni yaratan büyük patlamadan yaklaşık 300 milyon yıl sonra parlıyordu. JWST görüntülerinde bu galaksilerin "çok aptalca parlak" olduğu belirtildi Rohan Naidu Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden. Şimdi gökbilimciler, büyüklükleri ve erken gelişmişlikleri beklentilere meydan okurken bu galaksilerin nasıl bu kadar hızlı büyüdüğünü açıklamaya çalışıyorlar.

Aynı şey, galaksileri kozmik dokuya bağlayan süper kütleli kara delikler için de geçerlidir. Bilim insanları evrenin erken dönemlerinde birkaç büyük kara delik görmeyi bekliyordu ancak JWST onları kova dolusu fark etmek. Ve beklenenden daha erken ve daha büyük bir ağırlıkla ortaya çıkıyorlar. Gökbilimciler bu tür gözlemlerin bu devasa kara deliklerin nasıl oluştuğunu ortaya çıkaracağını umuyorlar. "Bu şeyleri o kadar uzun zamandır bekliyordum ki" dedi Marta VolonteriParis Astrofizik Enstitüsü'nde astrofizikçi.

JWST yakın zamanda galaksimizin Orion Bulutsusu'nda tespit edildi. 42 ilgi çekici nesne çifti birbirinin yörüngesinde. Bu dünyalar yıldız olabilir veya serbestçe yüzen gezegenler olabilir. Söylemesi zor. Ancak her iki durumda da bu esrarengiz dünyalar, yıldızların veya serbest yüzen gezegenlerin nasıl oluştuğunu açıklayan mevcut teorilere tam olarak uymuyor. Tüm yeni görme biçimlerinde olduğu gibi, JWST yanıtladığından çok daha fazla soruya ilham veriyor.

Bu yılın başlarında kuantum araştırmacıları, kuantum teknolojilerini geliştirmeye yönelik bir adım attıklarını duyurdu daha güvenilir bir kuantum bilgisayar. Bu sistemde bilgiler topolojik olarak depolanır; anıları paylaşan ve geçmişlerini hatırlayan neredeyse efsanevi parçacıklara dokunmuştur. Bu "değişmeli olmayan anyonlardan" ikisini bir araya getirmek, bükümlerdeki bilgileri depolar; böylece, bu bilgileri kaybetmeden birini veya diğerini ölçebilirsiniz. Meslektaşım Charlie Wood'un açıkladığı gibi, "Abelian olmayanlar, uzay ve zaman içindeki yolculuklarının neredeyse yok edilemez kayıtlarını tutarak, hataya dayanıklı kuantum bilgisayarlar oluşturmak için en umut verici platformu sunabilirler."

Daha sonra ağustos ayında, kuantum hata düzeltmenin karmaşıklığıyla uğraşan bilim insanları, geliştirdiklerini duyurdular. güçlü yeni bir kod sınıfı bu, en azından teoride, dayanıksız, hataya açık kuantum bitlerinin titizlik sorununa yardımcı olabilir.

Bir sihir numarasını anımsatan bir başarı ile bilim insanları bu yılın başlarında enerjiyi boşluktan çıkardıklarını bildirdiler. Yoksa yapmışlar mıydı? Fizikçiler yoktan bir şey yaratmak yerine, bunu başardılar. ışınlanma enerjisi mikroskobik mesafelerde. Bu sıçrama işe yaradı çünkü ekip kuantum boşluğunun tuhaf özelliklerinden yararlandı; aslında bir tür cızırtılı kuantum enerjisiyle dolu tuhaf bir hiçlik türü.

Bu yılın başlarında bilim insanları keşfetti yeni bir tür faz geçişikatının sıvıya dönüşmesine benzer. Bunun dışında bilginin yapısında bir geçiş vardı. Kuantum bitleri (veya kübitler) dolanık hale geldiğinde, birinin ölçülmesi diğerlerinin durumlarını ortaya çıkarır. Dolaşma yayılabilir, ancak ölçüm, dolaşma ağını yok eder; bu, tel örgüdeki telleri kesmek gibidir. Dolaşma ve ölçüm, dolaşmış kübitlerden oluşan bir ızgarada ortaya çıktığında ne olur? Dolanıklığın hayatta kaldığı bir durum ile tel kesici ölçümlere yenik düştüğü bir durum arasındaki geçiş, fizikçilerin laboratuvarda tanımladığı ve gözlemlediği şeydir. "Bilgideki özelliklerin - bilginin nesneler arasında nasıl paylaşıldığı - çok ani bir değişime uğradığı yer burasıdır" dedi Brian Skinner Ohio Eyalet Üniversitesi'nden.

Bu sistemler söz konusu olduğunda, sanki kuantum ve kuantum olmayan bir ikili sistemde varmış gibi "kuantum" terimini ortalıkta dolaştırıyoruz. Bu mutlaka doğru değil. Araştırmacılar, kuantumu (veya bir kuantum sisteminin klasik bir bilgisayarda simüle edilemeyeceği dereceyi) ölçme çabası içinde yakın zamanda yeni bir metrik açıkladı, bilinen toplam metrikleri üçe çıkarıyoruz. Önce bir karışıklık yaşandı. Sonra “sihir” vardı. Artık "fermiyonik büyü" var.

Bu fizikteki eski bir sorundur: Kuantum mekaniği dünyayı bir şekilde tanımlar, Einstein'ın yerçekimi teorisi ise başka bir şekilde ve ikisi bir araya geldiğinde saçma sapan şeyler ortaya çıkar. Bazı bilim insanları mesela Loll'u Yeniden Başlatyerçekiminin kuantize edilmesi gerektiğine inanıyorum; diğerleri gibi Jonathan Oppenheim, bu fikre karşı bahse girerim. Loll, uzay-zamanın şeklini ilk prensiplerden türetmeyi içeren kuantum yerçekimine yönelik hesaplamaya dayalı bir yaklaşıma öncülük ederken, Oppenheim bu ikisini birbirine bağlayabilecek daha da derin bir temel "bir şey" arıyor.

Ancak yine de kuantum kütleçekimi, çözümü zor gibi görünen paradoksların çözümlerinde kendini göstermeye devam ediyor.

Bir grup önde gelen teorisyen, hatayı belirledi Bu, Hawking'in, kara delik buharlaştıkça kara deliğin içindeki yok edilemez bilginin görünüşte kaybolduğu ünlü kara delik bilgi paradoksuna yol açtı. Hawking'in bariz hatası, kendisinin (ve onu takip eden nesil fizikçilerin), yerçekiminin normalde güvenilir olan "yarı klasik" yaklaşımının, bir kara deliğin üretebileceği karmaşık durumların üstesinden gelemeyeceğini, kara deliğin beklenmedik bir şekilde çöktüğünü fark etmemesiydi. dış yüzey. Grup artık bölgeyi olay ufkunun hemen içinde ele alabilen ve mevcut deneysel verileri ihlal etmeyen daha karmaşık bir yerçekimi teorisi geliştirdi.

Galaksiler çarpıştığında, merkezdeki süper kütleli kara delikler birleşir; bu o kadar şiddetli bir çarpışmadır ki uzay-zamanın dokusunu bile sarsar. Haziran ayında birçok uluslararası işbirliği şunu duyurdu: bulmuşlardı ortaya çıkan yerçekimi dalgaları. Bunu yapmak için ekipler, mükemmel kozmik saatler görevi gören, hızla dönen yıldız cisimleri olan pulsarları kullandılar. Yerçekimi dalgaları pulsarların görünen ritmini değiştiriyor, ancak evreni sürekli sarsan şiddet olaylarının bu imzasını belirlemek 15 yıllık bir çalışma gerektirdi.

Editörün notu: Michael Moyer bu makaleye katkıda bulunmuştur.