ARAŞTIRMA DOSYASI /// LEVENT ERTÜRK : DOĞA YASALARI ÜZERİNE DÜŞÜNCELER -14-

Japonya’daki Hida şehrinin yakınında, Ikenoyama dağının yüzlerce metre altında büyük bir parçacık algılama laboratuvarı ve yeralti gozlem istasyonu bulunur. Burada radyoaktif parçacıkların ve proton gibi parçacıkların bozunum süreleri hesaplanmaktadır. Dünyaya uzaydan gelen kozmik ışınların etkisini en aza indirmek için yerin derinliklerinde inşa edilmiştir. Başlangıçta, Güneş içindeki çekirdek füzyonunun ürettiği parçacıkları tesbit etmek için kurulan bu tesiste, Dünya’nın çekirdek ısı değişimleri, yerküredeki radyoaktif bozunum gibi pek çok araştırma yapılır. Sadece bu laboratuvarın varlığı dahi, umarım parçacık fiziğinin ne kadar ciddi bir alan olduğunu göstermeye yeter.

Japonya’daki Super-Kamiokande teleskopunun içinden bir görüntü. Bu tesiste proton bozunması, Güneş patlamaları, atmosfere giren nötronlar ve süpernova faaliyetleri gibi kozmik olaylar incelenir.

Atom altı parçacıklara inildikçe, adeta şu meşhur Rus Matruşka bebekleri gibi, atom parçacıklarının farklı alt parçalardan veya birbirleri ile iletişime giren kümelerden oluştuğu anlaşılmaya başlandı. 1967’de, Nobel ödülü alan Pakistan’lı ilk müslüman fizikçi Abdüsselam ve Steven Weinberg zayıf nükleer kuvvet üzerinde çalışarak “elektro zayıf kuvvet” adı verilen bir etkiyi ortaya çıkardılar ve W+, W-, Zo parçacıkları olması gerektiğini gösterdiler. Z ve W parçacıkları CRN deneylerinde 1983’te doğrudan gözlemlendi. Kuantum kuramının zayıf nükleer kuvvete uyarlanmasına kuantum krodinamiği, KKD denildi. Bu kurama göre, proton, nötron ve diğer temel madde parçacıkları kuarklardan meydana geliyordu. Kuarklar bir araya gelerek Hadron denilen madde kümelerini oluşturmaktaydılar. Bu madde parçacıklarının en kararlıları ise proton ve nötrondu. Kuarkların ayrıca kendi karşıt parçacıkları bulunmaktadır ve bunlar elektriksel olarak zıt yüke sahiptirler. Fakat kuarkların bir başka acaip özelliği bulunmaktadır. Alıntılıyorum.

KKD ayrıca asimptotik özgürlük adlı bir özelliğe sahiptir. Asimptotik özgürlük şu anlama gelir. Kuarklar birbirine çok yakınken aralarındaki güçlü kuvvet zayıftır, ama kuarklar birbirinden uzaklaşırsa sanki lastik bir bantla bağlıymışlar gibi bu kuvvet artar. Asimptotik özgürlük, kuarkları tek başına neden doğada gözlemliyemediğimizi ve neden laboratuvarda üretemediğimizi açıklar. Kuarkları tek başına gözlemleyemesek de, modeli kabul ediyoruz, çünkü proton, nötron ve diğer madde parçacıklarını açıklamakta çok iyi iş görüyor.

Elektromanyetik kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet, kuantum kuramına uyarlanırken, doğal kuvvetlerin, anlaşılması en basiti gibi görünen kütle çekim kuvvetinin uyarlanmasında ortaya büyük zorluklar çıkmaya başlamıştı. Alıntılıyorum.

Kütle çekimin kuantum kuramını oluşturmanın bu kadar zor olması, Heisenberg’in belirsizlik ilkesiyle ilişkilidir. Çok açık olmamakla birlikte bu ilkeyle bağlantılı olarak bir alanın değeri ve değişim oranı, bir parçacığın konumu ve hızıyla aynı rolü oynuyor. Yani biri ne kadar doğru olarak belirlenirse diğeri o kadar az doğrulukta belirlenebiliyor. Bunun önemli bir sonucu, “boş uzay” diye bir şeyin olmamasıdır. Çünkü boş uzay demek, bir alanın hem değerinin hem de değişim oranının tam olarak sıfır olması demektir. Belirsizlik ilkesi hem alanın hem de değişim oranının kesin olmasına izin vermediği için uzay asla boş değildir. Uzay, minimum enerji durumunda olabilir ve bu duruma “vakum” denir. Bu bir kuantum gecikmesi veya vakum dalgalanmasıdır – parçacıklar ve alanlar titreşerek var olur ve yok olurlar.

Vakum dalgalanmaları bir çift parçacığın bir zamanda birlikte ortaya çıkmaları, ayrılmaları ve sonra yeniden biraraya gelerek birbirlerini yok etmeleri olarak düşünülebilir. Bu parçacıklara “sanal parçacıklar” denir. Gerçek parçacıkların tersine sanal parçacıklar dedektör ile gözlenemez. Ancak dolaylı etkileri, örneğin elektron yörüngelerindeki küçük enerji değişimleri ölçülebilir ve kuramsal öngörülerle dikkat çekecek doğrulukta örtüşür. Sorun şu ki, sanal parçacıkların enerjileri vardır ve sonsuz sayıda sanal parçacık olduğu için enerjileri de sonsuz miktarda olacaktır. Genel görelilik kuramına göre bu, sanal parçacıkların evreni sonsuz küçüklükte bir ölçeğe kadar bükebilecekleri anlamına gelir, ancak bunun gerçekleşmediği ortadadır!

Soruna çözüm “süper simetri” ve “süper çekim” kavramlarından geldi. Buna göre “kuvvet” ve “madde” yalnızca aynı şeyin iki görünümünden ibarettir. Her bir madde parçacığının kuvvet parçacığı bir eşi ve her kuvvet parçacığının madde parçacığı bir eşi vardır. Bugüne kadar bu varsayım doğrulanamadı. Ayrıca varsayımın doğrulanabilmesi için gereken matematiksel hesaplamalar o kadar uzun ki, en gelişmiş bilgisayarlarla bile seneler sürecek çalışmalar yapılması gerekmekte; üstelik kimse bu çalışmalarda bir yanlışlık olmayacağını garanti edemiyor. Atom altı parçacıklar konusunu burda kapatıyorum; atomu oluşturan temel parçacıkların özellikleri, atom altı parçacıkların özellikleri, gruplandırılmaları başlı başına bir konudur. Bu konuları merak edenlere kuramsal fizikçi Steven Weinberg’in “Atom Altı Parçacıklar” kitabını tavsiye edebilirim.

Parçacıkların kendi aralarındaki bağlılıkların açıklamasında zorluklar yaşanması üzerine, “sicim kuramı” geliştirilmeye başlandı. Bu kuramda maddenin temel yapı taşları noktacıklar gibi değil iplikçikler şeklinde düşünülür. Alıntılıyorum.

Sicim kuramına göre parçacıklar nokta değildir, uzunluğu olan ama yüksekliği veya genişliği olmayan titreşim örüntüleridir. Ancak bu kuramın olağan dışı bir özelliği var. Bildiğimiz dört boyut yerine (en, boy, derinlik, zaman) uzay-zaman ancak on bir boyutlu olduğunda tutarlılık gösteriyor. Eğer bu boyutlar gerçekten varsa, biz neden onları farkedemiyoruz? Sicim kuramına göre bu boyutlar uzay içinde çok çok küçük bir hacim içersinde bükülmüş durumdalar. Bu boyutlar öylesine küçük bir ölçeğin içinde bükülmüş veya kıvrılmışlardır ki onları göremeyiz. Sicim kuramındaki fazladan boyutların büküldükleri yere “iç uzay” denir ve her gün deneyimlediğimiz üç boyutlu uzayın karşıtıdır.

Başlangıçta sicim kuramı alaylı gülüşlerle karşılandı. Tıpkı diğer pek çok bilimsel kuramda olduğu gibi. Bu kuram, çağdaş fiziğin en büyük ayrılığını ortadan kaldırmayı da hedefliyordu. Kuantum mekaniği ile genel görelilik kuramlarının ayrı yasalarla ele alınması sorunuydu bu. Sicim kuramı -benim bildiğim kadarı ile- şimdilik sadece matematiksel bir modeldir ve henüz doğrudan gözleme dayalı bir ispatı yapılmamıştır. Fakat kuram, farklı yasaları birleştireceğine inanılan M Kuramı (Membrane-Zar) için atılmış ciddi bir adım olarak kabul edilmektedir. M Kuramı ise, doğanın bağrında yatan yasaların altında daha farklı bir “oyun kuralı” olup olmadığını araştırmaktadır. Bunu şu şekilde ifade edebilirim. “Yasa üreten yasa” diye bir şeyin olup olmayacağını düşünün. Neden olmasın? Belki de evrenin (ve olası evrenlerin) yasaları aslında daha derinlerde yatan basit kurallara bağlıdır ve bunların ayrı uzay-zamanlarda yansıması bize evrende çok farklı yasalar olduğunu düşündürmektedir. Elbette bunlar sadece varsayım. Dr Hawking’den alıntılıyorum.

İnsanlar hâlâ M-Kuramının doğasını çözmeye çalışıyor ama bu mümkün olmayabilir. Belki de fizikçilerin tek bir doğa kuramına ilişkin beklentileri asılsızdır ve tek bir formülasyon mevcut değildir. Belki de evreni tanımlamak için farklı durumlarda farklı kuramlar kullanmak zorundayız. Her bir kuram kendi gerçeklik yorumuna sahip olabilir, ama modele dayalı gerçekçiliğe göre bu, kuramların üst üste geldikleri, yani her iki kuramın da uygulanabildiği durumlarda öngörüleri birbirleriyle tutarlılık içindeyse kabul edilebilir.

M-Kuramı ister tek bir formülasyon olsun, ister bir kuramlar ağı olsun, onun bazı özelliklerini biliyoruz. İlk olarak, M-Kuramında on bir boyut var. Ayrıca M-Kuramı yalnızca titreşen sicimleri değil, nokta parçacıkları, iki boyutlu zarları, üç boyutlu damlacıkları ve uzayda daha da fazla boyut kaplayan hayal edilmesi güç nesneleri de içerir.

Her biri kendi içinde sayısız yasa içeren çoklu evrenlerden sadece birinde yaşıyor olabilir miyiz?

Bu durumda, algıladığımız evren anlayışı bütünü ile değişecek demektir. Bizler doğamız gereği 3 boyutu rahatlıkla algılarız. En, boy, derinlik. Buna sonradan zaman da ayrı bir boyut olarak eklenmiştir. Onu gözle algılayamayız ama etkisini hissederiz. Peki, boyutlar neden bundan ibaret olsun? M-Kuramında evren sanki birbine yapışık köpükçükler gibidir ve bu köpükçüklerin de kendi iç sicim yolları bulunur. Dıştan bakan birisi sonsuz geniş bir uzayla karşı karşıya olduğunu zannedebilir, oysa ki aslında diğer boyutlara zar gibi yapışmış bir alana bakmaktadır. M-Kuramı anlaşılması zor bazı evrensel oluşumların modellenmesinde büyük rol oynadı. Örneğin kara delik modellemesi yapıldı ve kara deliklerin içinde “bilgi’nin” ne olduğuna, kaybolup kaybolmadığına bir cevap aranmaya başlandı. M kuramına yol veren sicim teorilerinin doğruluğu ile ilgili çalışmalar halen Fransa-İsviçre sınırındaki CERN Avrupa Nükleer Araştırma Merkezinde sürdürülmektedir. M Kuramı içindeki küçük boyutların yolları öyle tamamen hayali değildir. Bunların kendi matematiği ve uymaları gereken kurallar bulunmaktadır. Alıntılıyorum.

Peki, küçücük boyutlara kıvrılmanın sayısız yolunun olması ne olacak? M-Kuramında bu fazladan uzay boyutları öyle herhangi bir şekilde kıvrılamıyorlar. Kuramın matematiği, iç uzayın boyutlarının kıvrılma biçimlerini sınırlandırıyor. İç uzayın kesin biçimi hem fiziksel sabitlerin değerlerini (elektronun yükü gibi) hem de temel parçacıklar arasındaki etkileşimin doğasını belirliyor. Bir başka şekilde söyleyecek olursak, bu kuram doğanın görünür yasalarını belirliyor. Dört kuvvet yasası gibi. Ancak M kuramının çok daha temel yasaları var.

Bu nedenle, M-Kuramının yasaları iç uzayın nasıl büküldüğüne dayanarak farklı yasaları olan farklı evrenlerin varlığına izin verir.

Kendi adıma ben, bu yazılanları gayet mantıklı bulmaktayım. Bildiğimiz -veya şu ana kadar keşfettiğimiz- doğa yasalarına dayalı evren, neden olası tek evren olsun? Bambaşka bir evrende, bambaşka varlıklar, aynen bizler gibi içlerinden bulundukları gerçekliğin doğasını anlamaya çalışıyor olabilirler. Bizim için onlar sadece bir hayal veya bir kuram iken, bizler de onlar için bir hayal veya kuram olabiliriz.

Elbette, daha önce belirttiğim gibi, bilim sadece hayaller ve varsayımlar ile yürümez. Bunların bir şekilde gözlemlenmesi, test edilmesi, modellenmesi ve doğruluklarını açığa vuracak şekilde matematiğinin geliştirilmesi gerekir. Diğer yandan, bir başka soru, insanlığın önünde tüm ağırlığı ile durmaktadır. Evren nasıl doğdu ve evrenin geleceği ne olabilir?

-devam edecek-

Reklamlar

Etiketlendi:, , ,

Bir Cevap Yazın

Please log in using one of these methods to post your comment:

WordPress.com Logosu

WordPress.com hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Twitter resmi

Twitter hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Facebook fotoğrafı

Facebook hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Google+ fotoğrafı

Google+ hesabınızı kullanarak yorum yapıyorsunuz. Çıkış  Yap / Değiştir )

Connecting to %s

%d blogcu bunu beğendi: