NURDAN DOĞRUSADIK
Sicim Teorisi dersinin sonunda, bir öğrenci dersi veren hocaya ilginç bir soru sormuştu: “Sizin zihninizin arkaplanında bir Tanrı tasavvuru mu var da, doğadaki dört temel kuvveti birleştirmek ve herşeyin teorisini geliştirmek istiyorsunuz?”
“Hayır” dedi hoca, “böyle bir niyetle yapmıyorum, çıkış noktam bu değil. Sadece evreni ne kadar incelerseniz, evrende ne kadar derinleşirseniz, varolan bu dört temel etkileşimin, kuvvetin birleşmesi gerektiği ya da birleşeceği sonucuna varıyorsunuz.”
Bu soru ve verilen cevap ekseninde, fiziğin tarihsel gelişimine doğada varolan dört temel kuvvet üzerinden değinmek istiyorum:
Kütle çekim kuvveti: Uzayda gezegenlerin veya diğer büyük kütlelerin cisimleri merkezine doğru çekmesidir. Kütle çekim kuvvetinin vesilesi ile elma yere düşer, doğduğum andan itibaren ayaklarım yere basar, dünya güneş etrafında, ay ise dünya etrafında döner, dünya üzerindeki suların ay tarafından çekilmesi ile gelgitler oluşur. Newton evrende varolagelen bu davranışı şu şekilde formalize etmiştir:
Ayrıca F=m.a formulasyonu ile doğadaki temel prensipleri; kuvveti, kütleyi ve hızdaki değişimi kullanarak cisimlerin dinamiğini anlatmıştır.
(2) Elektromanyetik etkileşim: Yüklü (+ ve – yükler) parçacıklar arasında var olan etkileşimdir. Aynı yükler birbirlerini iterler, zıt yükler ise birbirlerini çekerler. Bu yüklerin etkileşimi ise foton değişimi ile gerçekleşir. Foton ışığın temel taneciği, temel paketçiği ya da ‘kuantumu’dur diyebiliriz. Elektromanyetik etkileşimin mesafesi foton sebebiyle sınırsızdır. Michael Faraday’ın elektromanyetizma çalışmalarının James Clerk Maxwell tarafından matematiğe dökülmesiyle ışığın da bir elektromanyetik dalga olduğu ve elektromanyetik dalgaların ışık hızında ilerlediği keşfedilmiştir.
(3) Güçlü çekirdek etkileşimi: Atom çekirdeğindeki proton ve nötronları bir bütün halinde tutan etkileşimin veya kuvvetin kendisidir. Çok güçlü olmasına karşın mesafesi oldukça kısadır (10-15 metre kadar). Proton ile proton arasında veya proton ile nötron arasında olmaktadır. Bir bakıma, varolmamıza vesile olan etkileşimlerden biridir.
(4) Zayıf çekirdek etkileşimi: Günlük hayatta az gözlemlediğimiz, bir nötronun radyoaktif bozunmalardan sorumlu olan etkileşimdir. Kısacası birçok parçacığın ve birtakım atom çekirdeğinin kararsızlığından sorumludur. Etki mesafesi epey kısadır, 10-18 metre kadar. Bu etkileşimin prensibi, nötronun protona dönüşümüdür.
Gözlemlediğimiz bu dört temel çekim kuvvetini anlamak için iki temel çerçevemiz var.
Birincisi kuantum mekaniği ve bu çerçevenin baş aktörleri Werner Heisenberg ile Erwin Schrödinger. Burada Newton mekaniğinin deterministik duvarlarının yıkıldığını, bir sistemin olasılık fonksiyonu ile ifade edilebildiğini, nesnelerin (dalga-tanecik) ikili yapısının olduğunu, atomların farklı enerji seviyelerinde bulunduğunu, enerjinin yalnızca belirli değerler alabildiğini, yani kesikli, ‘kuantumlu’ olduğunu, her değeri alamadığını gözlemliyoruz. Tüm bunlar Newton mekaniğinde alışık olmadığımız bir durum.
Kuantum mekaniğine paralel olarak gelişen bir diğer teori ise, başrolde Albert Einstein’ın olduğu, ışığın doğasını ve uzay-zaman dokusunu anlamaya çalışan özel görelilik teorisi. Özel görelilikte, klasik mekanikte gördüğümüz uzay ve zamanın ayrılığını değil, bilakis ‘uzay-zaman’ bütünlüğünü anlamış bulunmaktayız. Zaman, yaşadığımız üç boyutlu evrende dördüncü bir boyut olarak karşımıza çıkmakta. Bir diğer önemli sonuç ise, kütlesi olan cisimlerin ışık hızına çıkması için sonsuz enerji ve momentum gerektiğinden bunun asla mümkün olamayacağı postulatıdır. Burada ışık hızı aşılamayan sabit bir hız olarak karşımızda duruyor.
Kısaca özetleyecek olursak, bir topu fırlattığımızda meydana gelen devinimi anlamak için Newton mekaniğini kullanıyoruz. Yok eğer bu topu ışık hızı ile fırlatırsak özel göreliliği gözönüne almamız gerekecek. Ya da aynı deneyi bir top ile değil de bir elektron ile yaparsak kuantum mekaniğini kullanmamız lazım. Küçük parçacıkları ışık hızına yakın bir hızla fırlattığımızda ise başrolünde Dirac’ın rol aldığı görelili kuantum mekaniğini kullanmamız sözkonusu.
İşte tam burada son birleşmeyi yaptığımızda, yani görelili kuantum mekaniğini gözönüne aldığımızda, şimdiye kadar hiç rastlamadığımız yepyeni bir anlayış ile karşılaşıyoruz. Eğer iki parçacık arasındaki etkileşimden bahsediyorsak, itme veya çekmeleri için gerekli mekanizma nedir sorusunu soruyor ve bu sorunun cevabını alabiliyoruz. Bu şimdiye kadar sorulmamış bir soru idi. Newton bir çekme kuvveti olduğunu söylemişti, ancak bir kuvvet yazmıştı sadece. Arkasındaki mekanizmayı anlatmamıştı. Elma ile dünya, ay ile dünya, güneş ile gezegenler arasında bir kütle çekimi ver demiş ve sadece bir formülasyon öne sürmüştü.
Şimdi ise görelili kuantum mekaniği ile itme ya da çekme kuvvetinin arkasındaki mekanizmayı açıklayabiliyoruz ve verdiğimiz cevap şu: Aslında bu iki parçacık başka parçacık değişimi ile etkileşebiliyorlar. Atomun çekirdeğindeki tanecik olan protonlar için etkileşim taneciği foton, yani ışıktır. Bunun gibi gluon, bozon ve graviton olmak üzere üç kuvvet taşıyıcı parçacık daha vardır. İşte tam burada, yukarıda bahsetiğim kütle çekimi hariç üç farklı etkileşimi parçacık değişimi ile açıklayabiliyoruz. Kütle çekimini ise (kuvvet taşıyıcı parçacığı gravitondur) anlayabiliyoruz, ancak deneysel ve teorik olarak parçacık değişimi cinsinden açıklamakta zorlanıyoruz, teknik bazı problemler ortaya çıkıyor.
Peki bu gerçekten gerekli mi? Yani tüm bu etkileşimlerin, kuvvetlerin birleştirilmesi gerekiyor mu?
Belki de ayrı ayrı anlayabiliriz ve pekala böyle bir soru da sorabiliriz.
Ancak fiziğin tarihsel gelişimine baktığımızda birleştirme fikrinin yeni olmadığını gözlemliyoruz. Newton da aslında bir birleştirme yaptı. O zamana kadar, Kepler ile, yerlerin ve göklerin fiziğinin ayrı olduğu düşünülüyordu. Newton başına düşen elmaya etki eden yerçekimi kuvvetinin dünyanın güneş etrafında dönmesine vesile olan yerçekimi kuvveti ile farkının olmadığını gösterdi.
Bir diğer birleşmeyi ise elektromanyetizmada görüyoruz. Yüklü parçacıklar ile mıknatısların birbirleriyle alâkasının olmadığını düşünüyorduk. Halbuki özel görelilik ile anladık ki, elektrik ve manyetik alan farklılıkları aslında olaya hangi gözlemcinin baktığından kaynaklanıyor. Ve elbette, radyoaktiviteden sorumlu zayıf etkileşimden bahsetmemiz gerek. Başrolünde Weinberg’in olduğu ve Nobel ödülüyle sonuçlanan çalışma ile elektromanyetik etkileşim ile zayıf etkileşimin birleştirilebileceği ve elektrozayıf etkileşimin olabileceği sonucuna vardılar.
Görünün o ki evrenin bize fısıldadığı şöyle bir tablo:
Bu tablodaki soru işaretinin yerine, ileri düzeyde matematik gerektiren ve felsefesi yeni yeni gelişen Sicim Teorisi gelmekte. Hakikatin bir veçhesi, yönü kulağımıza böyle bir birlik hakikatini fısıldarken, diğer yönü “kün feyekûn” (ol der, oluverir) diyerek bu hakikati kuşatıyor. İstisnasız her bir zerre zamansız, aynı konuşmayı aynı anda her bir yerde işitiyor ve itaat ediyor.
Her birinin kalıcı olmayan varlıkları bu emsalsiz, her türlü eksikten uzak ve kemal üzere olan emir ve iradeye uyarak maddi özellikler giyiniyor, şekilleniyor, biçimlendiriliyorlar. Bu tasvir edilme, biçimlendirme ve dahi resmedilme gayet kuşatıcı, kapsayıcı, çepeçevre etrafını saran bir ilim ile yapılıyor. Bu iradeye mukabil zerreler kemale erişince sükûna ulaşıyorlar; emir ile görünen, yani keşfettiğimiz, deneyimlediğimiz âleme giriyorlar ve bitimsiz bir kudret ile sürekli inşa edilmeye devam ediliyorlar.
Öyle hikmetli bir kudretin işleminden geçiriliyor, öyle çekip çevriliyorlar ki, kesret içinde birlik, kaos içinde nizam ortaya çıkıyor.
İşte tam burada Yaratıcının Kadîr-i Külli Şey ve Alîm-i Külli Şey isimleri tecelli ediyor ve dahi okunuyor. Tecelli etmesi, okunmasını gerektiriyor ve şuurlu varlık olan insan kendine verilen donanımlar ile kâinatta varolan varlıkların sıfatlarını, özelliklerini anlamaya çalışıyor. Bu uğurda teoriler öne sürülüyor, deneyler yapılıyor. Her bir bilim dalı O’nu tanımada bir ‘âlet’ haline geliyor.
Birbirine bakan bu iki yön, bir helezonun sarmalları gibi mündemiç bir halde birbirine bakıyor ve birbirini tamamlıyor...
ÖZETLER
Kuantum mekaniği ile Newton mekaniğinin deterministik duvarları yıkıldı. Nesnelerin ikili yapısının olduğu (dalga-tanecik), atomların farklı enerji seviyelerinde bulunduğu, enerjinin yalnızca belirli değerler alabildiği, yani kesikli, ‘kuantumlu’ olduğu, her değeri alamadığı görüldü.
Özel görelilikte, klasik mekanikte gördüğümüz uzay ve zamanın ayrılığını değil, bilakis ‘uzay-zaman’ bütünlüğünü anlamış bulunuyoruz. Zaman, yaşadığımız üç boyutlu evrende dördüncü bir boyut olarak karşımıza çıkmakta.
Bir topu fırlattığımızda meydana gelen devinimi anlamak için Newton mekaniğini kullanıyoruz. Bu topu ışık hızı ile fırlatırsak özel göreliliği, aynı deneyi top ile değil elektron ile yaparsak kuantum mekaniğini kullanmamız gerekecek. Küçük parçacıkları ışık hızına yakın bir hızla fırlattığımızda ise görelili kuantum mekaniğini kullanmamız...
Fiziğin tarihsel gelişimine baktığımızda birleştirme fikrinin yeni olmadığını gözlemliyoruz. Newton da aslında bir birleştirme yaptı. Bir diğer birleşmeyi ise elektromanyetizmada görüyoruz. Şimdilerde, felsefesi yeni yeni gelişen Sicim Teorisi bir büyük birleştirmenin izini sürüyor.
İstisnasız her bir zerre ‘ol’ emrini aynı anda her bir yerde işitiyor ve itaat ediyor. Her birinin kalıcı olmayan varlıkları bu emsalsiz emir ve iradeye uyarak maddi özellikler giyiniyor, şekilleniyor, biçimlendiriliyor. Öyle çekip çevriliyorlar ki, kesret içinde birlik, kaos içinde nizam ortaya çıkıyor.