İçeriğe geçin

Einstein ve Kuantum

Sicim (Tel) Kuramı Einstein’ın düşünü gerçekleştirebilir: 20. yüzyıl fiziğinin iki karşıt görüşünü bir araya getiren “Büyük Birleşik Kuramı” oluşturmak. “Beni, yılların kör ve sağır hale getirdiği taş kesmiş bir nesne gibi görüyorlar” diye yakınıyordu Einstein, yaşamının son yıllarında. Ne yazık ki haklıydı. Einstein, yaşamının son otuz yılını “Birleşik Alan Kuramı ” nı üretme hayaliyle geçirdi. Bu kuramın denklemleri, birbirleriyle ilişkisiz gibi görünen elektromanyetizma ile kütleçekimi kuvvetleri arasında bir bağ kuracaktı.

Einstein, böylece iki karşıt evren görüşünü uzlaştırmayı umuyordu: “Genel Görelilik İlkeleri” nin tanımladığı (üzerinde yıldızların ve gezegenlerin hüküm sürdüğü) sorun çıkarmayan “sürekli” bir zaman-mekân alanı ile parçacıkların egemenliğindeki, uzlaşmaya yanaşmayan olağanüstü küçük ölçekli kuantum dünyası.

Einstein, bu konu üzerinde çok çalıştı, ancak başarıya ulaşamadı. Fizikçi meslektaşları hiç de şaşırmıyordu. Çünkü eskide kalmış bir bakış açısından yararlandığı için onun zaten boşa kürek çektiğini düşünüyorlardı.

Einstein tüm diğer fizikçilerin aksine, “Birleşik Alan Kuramı” nı oluşturmaktaki temel sorunu, Görelilik İlkelerinin değil, Kuantum Mekaniği’nin yarattığına inanıyordu. 1954 yılında fikrini şöyle dile getiriyordu: “Kuantum belası ile karşılaşmamak için başını görelilik kumuna gömen bir devekuşu gibi görünüyor olmalıyım”.

Ne var ki bugün, asıl sorunun Einstein’ın kuramından kaynaklandığını biliyoruz. Olağanüstü küçük ölçeklerde, Einstein’ın zaman ile mekânı (dolayısıyla gerçeklik) büyütecin altında süreksiz ve nokta nokta hale gelen, gazetedeki bir fotoğraf gibi oluyor.

Genel Görelilik Denklemleri, nedensellik ilkesinin yokolduğu ve bir parçacığın A noktasından B noktasına mekânda (Uzay’da) yolalmaksızın ulaştığı böyle bir ortamda işe yaramıyor. Böyle bir dünyada, gelecekteki olay ancak belli bir olasılığa dayanıyor; Kuantum Kuramı da bu olgu üzerine kurulu.

Einstein, kozmosun temelindeki yasaların bir kumar oyunu gibi düzenlediğini asla kabul etmedi. Bu yüzden de Birleşik Alan Kuramı’na ilişkin yazdığı makaleler ilkel kalmaya mahkûmdu. Ancak makaleler, fiziğin en temel problemine çözüm arıyordu. Bu problemin önemini kavramak konusunda Einstein, öylesine ileri görüşlüydü ki, fizik bilimi ancak bugünlerde ona yetişmeye başladı.

Yeni nesil bir grup fizikçi nihayet her şeyi (Einstein’ın deyişiyle “fiziksel gerçekliğin tüm öğelerini”) açıklayabilecek “Büyük Birleşik Kuramı” yaratma mücadelesine girdi. Bugün geldikleri noktaya bakılırsa, önümüzdeki yüzyılda, Einstein’ın 1900’lerin başlarında önderlik ettiğinden çok daha heyecan verici bir entelektüel devrime tanık olacağız.

Sicim Kuramı

Aslında bazı kuramsal fizikçiler kütleçekimini doğanın diğer temel kuvvetleriyle bütünleştirmeye yarayacak (en azından böyle görünen) kuramsal çerçeveyi oluşturmak konusunda ilk adımı attılar bile. Bu çerçeve popüler adıyla Sicim (Tel) Kuramı olarak biliniyor.

Sicim (Tel) Kuramı, Evren’i oluşturan en temel, bölünemeyecek kadar küçük bileşenlerin nokta gibi parçacıklardan değil, titreşen minyatür keman tellerine benzeyen sonsuz küçük (infinitezimal) döngülerden oluştuğunu öne sürer. “Sicim Kuramı ” nın öncüsü, İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden Edward Witten, bu kuram için “20’inci yüzyılda tesadüfen bulunan bir 21. yüzyıl yapıtı” diyor.

Ancak asıl dert (gelmiş geçmiş en zor bilmeceyi çözene kadar) daha kaç tane farklı şeyle karşılaşacağımızı, ne Witten’in ne de bir başkasının bilememesi.

Columbia Üniversitesi’nden fizikçi Brian Greene’e göre sorunun temel nedeni, kuram oluşturulurken sondan başa doğru bir yol izlenmek zorunda olunması: “Fizikçiler çoğu kuramı oluşturmak için öncelikle her şeyi kapsayan genel bir düşünce yaratır, ardından bunu denklemlerle ifade eder” Greene, “Oysa biz halâ neyin ‘gerçek’olduğunu anlamaya çalışmakla meşguluz” diyor.

Kuantum Köpüğü

Sicim (Tel) Kuramı’na duyulan heves yıllar boyu sürekli değişkenlik gösterdi. 1970’li yıllarda oldukça ilgi görüyordu, ancak daha sonra birçok fizikçi Sicim Kuramı üzerinde çalışmayı bıraktı. Oysa Caltech’ten kuramsal fizikçi John Schwartzve Ecole Normale Superieure’deki meslektaşı Joel Scherkazimle çalışmayı sürdürüp, 1974 yılında sabırlarının karşılığını aldılar.

Geliştirdikleri denklemlerin umdukları türden parçacıkları değil, titreşen telleri (sicimleri) temsil ettiğinin zaten bir süredir farkındaydılar. İlk başta bu matematiksel hayaletlerin bir sorundan kaynaklandığını düşündüler. Ancak daha yakından incelediklerinde bu hayaletlerin graviton adlı (kütleçekimini taşıyan ve halâ kuramsal olan) parçacıklar olduğuna karar verdiler.

Parçacıkların yerine sicimleri (telleri) kullanmak, Genel Görelilik İlkeleri’yle Kuantum Mekaniği’ni bütünleştirmeye çalışan bilim adamlarını bezdiren problemlerin en azından bir tanesini çözdü. İşin böylesine zor olması, atomaltı ölçeklerde Uzay’ın (mekânın) sürekliliğini kaybetmesinden kaynaklanıyor.

Mesafeler inanılmaz ölçüde kısa olduğunda Uzay, sürekliliğini yitirir ve fokurdamaya başlar (Bazıları bu olguya Kuantum Köpüğü adını verir). Nokta gibi parçacıklar (gravitonlar da dahil) Kuantum Köpüğü’nde (okyanuslardaki büyük dalgalarla sürekli sallanan bir sal gibi) gelişigüzel savrulur. Oysa sicimler, birkaç dalgayı kaplayacak büyüklükleriyle bu tür rahatsızlıkları yaşamadan “okyanusta” yol alan minyatür gemiler gibidir.

Doğa, karşılığında bir bedel ödetmeden bilim adamlarını neredeyse hiçbir zaman ödüllendirmez. Bu ödül için ödenecek bedel ise olağanüstü karmaşık olan bir problemin üstesinden gelmek. SiciM Kuramı, bildiğimiz dört boyuta (yükseklik, genişlik, uzunluk ve zaman) yedi boyut daha eklemeyi zorunlu kılıyor.

Ayrıca tamamen yeni bir atomaltı parçacık sınıfına (süpersimetrik parçacıklara) ihtiyacımız var. Üstelik bir değil, tam beş tane farklı Sicim Kuramı var. Bilim adamları bu kuramların hiçbirinden vazgeçemeseler de, hepsinin aynı anda doğru olması olanaksız görünüyordu.

Ancak işin gerçekten de böyle olduğu ortaya çıktı.1995 yılında (yaşayan belki de en büyük fizikçi olan) Witten, tüm bu süpersimetrik Sicim Kuramlarının çok daha genel bir kuramın farklı öngörülerine karşılık geldiğini açıkladı. Yeni, daha kapsamlı olan kurama M Kuramı adını verdi.

Bu farklı bakış açısı meslektaşlarına güç verdi ve bir sürü araştırmaya esin kaynağı oldu; araştırmalar sayesinde bugün birçok bilim adamı Sicim Kuramı ‘nın doğru iz üzerinde olduğuna inanıyor. Kara Delik ve Genel Görelilik konularında uzman olan Caltech’ten Kip Thorne “Doğruluğun kokusunu alıyorum ve bunu hissediyorum” diyor ve ekliyor: “Bir kuramı geliştirmenin ilk aşamasında sezgilerinizi ve hislerinizi kullanmak zorundasınız”

M Kuramı : Büyük Birleşik Kuramı mı?

Witten, M Kuramı’ndaki M harfinin çok şeyi ifade ettiğini söylüyor: Matrix (“kalıp”, bir cisme şekil veren şey), mystery (gizem) ve magic (sihir).

Ancak şimdi listesine murky’i de (bulanık, anlaşılması güç) ekledi. Neden mi? Çünkü Witten bile M Kuramı’nın tam anlamıyla ne olduğunu ifade eden tüm matematiksel denklemleri oluşturamıyor.

Witten, M Kuramı’nın (öngörü yeteneğine sahip) tam bir kuram haline gelebilmesi için onlarca yıl geçebileceğini düşünüyor. “Bu tıpkı dağlarda yürüyüş yapmak gibi birşey” diyor

Witten düşüncelere dalarak, “Bir geçidin zirvesine ulaştığınızda yepyeni bir manzarayla karşılaşıyorsunuz. Manzarının tadını çıkartıyorsunuz, ancak çok geçmeden acı gerçek ortaya çıkıyor: Henüz asıl varmak istediğiniz noktadan çok uzaktasınız”.

11 Boyutlu Bir Dünya

Einstein bir dahiydi elbet, ancak çok şanslıydı da. Genel Görelilik Kuramı’nı geliştirirken, yalnızca üç uzaysal boyutu ve bir de zaman boyutu olan bir dünyada çalışıyordu. Sonuçta kendi denklemlerini üretmek ve çözmek için aşırı karmaşık bir matematik kullanmak zorunda değildi.

M Kuramı ile uğraşanlar ise “zar (brane)” adı verilen tuhaf parçacıklarla dolu 11 boyutlu bir dünyada çalışmak zorunda. Bu terminolojide sicim, tek boyutlu “zarlara (brane)”, membranlar (membrane) ise iki boyutlu zarlara (brane) karşılık geliyor. Daha fazla boyutlu “zarlar” bulunsa da henüz Witten bile bunlarla nasıl başa çıkacağını bilemiyor. Bu “zarlar” bükülüp katlanarak, üzerinde çalışanları çileden çıkaran bir sürü garip biçime bürünüyor.

Gelecek Umut Dolu

Öyleyse bu garip şekillerden hangileri Evren’in temel yapılarını oluşturuyor? Sicim Kuramı’yla uğraşan teorisyenlerin bu konuda henüz hiçbir ipuçları yok. M Kuramı’nın dünyası öylesine alışılmadık ki, bilim adamları aynı anda hem fizik hem de matematik cephesinde savaşmak zorunda kalıyor.

Belki de Isaac Newton’ın hareket yasalarını oluşturabilmek için diferansiyel ve integral hesabını geliştirdiği gibi, onlar da yeni hesap yöntemleri geliştirmek zorunda kalacak. Üstelik Sicim Kuramı’nın, Kuantum Mekaniği’ndeki gibi deneysel kanıtları da yok.

Önümüzdeki 10 yıl içinde bu durum değişebilir. ABD ve Avrupa’daki dev parçacık çarpıştırıcılarında yapılacak deneyler sonucunda süpersimetriye ilişkin doğrudan kanıtlar ortaya çıkabilir. Bu deneyler, belki de farklı boyutların varlığını da kanıtlayacak. Acaba Einstein böyle çılgın fikirlerin olduğu bir çağda yaşasaydı ne düşünürdü?

Columbia Üniversitesi’nden Greene “Einstein buna bayılırdı” diyor. Greene’e göre, eğer genç Einstein, profesyonel kariyerine 1900’lü yıllarda değil de bugün başlasaydı, Kuantum Mekaniği’ne duyduğu güvensizliği yenerdi. Ayrıca zarları, süpersimetrik parçacıkları ve süpersicimleri benimserdi.

Hatta, geleneksel düşünme tarzını aşmak ve dünyayı hiç alışılmadık yönleriyle algılamak konularında böyle insanüstü bir yeteneği olduktan sonra, Büyük Birleşik Kuramı yaratan kişi de o olabilirdi. Einstein’ın “bitmemiş entelektüel senfonisini” tamamlamak için belki de bir “Einstein” daha gerekecek.

Kaynak: GenBilim

Söyleyecek bir şeyin yok mu?