(Siz
değerli okuyucularım için Lee Smolin’in kitabından hazırladığım özeti
sunuyorum)
Elinizdeki kitabın temel
fikri, deneysel desteği olmamasına rağmen baskın hale gelmiş bir araştırma
programının kuramsal fiziğin temel ilkeleri üzerine yoğunlaşan kısmının
ilerlemesini yavaşlatmış ve kitabın sloganını kullanırsak krize sokmuş olduğu
iddiasıdır. Smolin bir bütün olarak bilim camiası için yazıyor ve bunun bir
sosyolojisi olduğunu ifade etse de bu sosyolojinin coğrafi ayrımlarına
değinmiyor. Bir hiyerarşiden bahsediyor, ama hiyerarşilerin de yine çoğunlukla
coğrafi bir iç hiyerarşisi olduğunu irdelemiyor.(Sayfa 8 ve 9)
Son 25 yıl boyunca,
malzemelerin özellikleri, moleküler fiziğin biyolojinin temelleri üzerindeki
etkisi, engin yıldız kümelerinin dinamiği üzerine yapılan bulgular çok
önemlidir. Ama doğanın temel yasaları üzerine gözle görülür yol katedemedik.
Neden birdenbire fiziğin başı derde girdi? Mark Wise, standart model ötesi
fizik üzerine çalışan kuramcıların önde gelenlerindendir. Perimeter Teorik
Fizik Enstitüsünde, Ontario’da, temel parçacıkların kütlesinin kökeni üzerine
yaptığı konuşmada: “Bu problemi çözmekte dikkate değer şekilde başarısız
olduk demişti. İlave ediyor, John Preskill’le Caltech’te konuşurlarken fermion
kütlesi hakkında konuşma yapsam 1980’lerde söyleyeceklerimi tekrar ederdim”
diyor. Parçacık fiziği dünyasında, Technicolor’ı, preon modellerini ve
süpersimetriyi, uzay zaman konusunda da twistor kuramı, nedensel kümeler, süper
kütle çekim, dinamik üçgenlemeler ve ilmik kuantum kütle çekim yaklaşımlarını
sayabiliriz. Diğerlerinden daha çok ilgi çekmiş sicim kuramı (string theory)
var. Hem kütle çekimi hem de temel parçacıkları kapsadığını iddia ediyor. Uzayın daha görülmemiş boyutları
olduğunu ve bildiğimizden çok daha parçacık tipinin varlığını öne sürüyor. Aynı
zamanda, bütün temel parçacıkların, basit ve güzel yasalara uyan tek bir
varlığın, sicimin, değişik titreşimleri olduğunu öneriyor. Kendini bütün
parçacıkları ve bütün kuvvetleri birleştiren bir kuram olarak ortaya koyuyor.
Son 20 yılda bunca gayretlere rağmen kuramın doğru olup olmadığını bilmiyoruz.
(Titreşim bir parçacık olabilir mi?) Sicim kuramının neredeyse sonsuz sayıda
değişik çeşidi vardır. Evrenin genişlemesini, ivmelenmesini gözönüne alarak
kısıtlarsak 10500 (evrendeki bütün atomların sayısından fazla) kuram
kalıyor. Anladığımız az sayıdaki sicim kuramlarının herbiri şu andaki deneysel
verilerle, genelde en az iki şekilde uyumsuz.
Yani bir çatışma ile
karşı karşıyayız. Bu kuramın temel prensiplerini bilmiyoruz. Ne tür bir
matematiksel dille ifade bulacağını bilmiyoruz.
Sicim kuramcısı Brian
Greene son kitabı “Evrenin Dokusu”nda “birçok sicim kuramcısı bugün, yani ilk
öne sürülmesinden otuz yıl sonra, sicim kuramı nedir? gibi basit bir soruya
anlaşılır bir cevabımız olmadığına inanıyor.” Aslında elimizde fazladan
boyutların varlığı hakkında ne kuramsal ne de deneysel bir delil var. Bazı
uzmanlar kesin olarak ne olduğunu bilmedikleri sicim kuramının bir alternatifi
olmadığı hakkında nasıl emin olabiliyorlar?
Sicim kuramının
yükselişinin bir sonucu da temel fizik üzerine çalışanların ayrışmış olmasıdır.
Birçok bilimci sicim kuramı üzerine çalışmaya devam ediyor ve bu alanda belki
de 50 kadar doktora tezi kabul ediliyor. Ama derin kuşkular içerisinde olanlar
da var; ya kuramın temel kavramına hiç rağbet etmeyenler ya da kuramın tutarlı
bir yapıya oturtulmasını ve deneysel öngörülerde bulunmasını beklemekten bıkmış
olanlar. Bu ayrışma her zaman arkadaşça değildir. Taraflar birbirlerinin
bilimsel yeterliliği ve ahlaki standartları üzerine sürekli kuşkular dile
getiriyor ve bu ayrışmanın içinde arkadaşlıkları sadece gerçek bilimsel çalışma
koruyabiliyor.
Bazı genç sicim
kuramcıları bana eğer böyle yapmazlarsa bir üniversitede profesörlük almaları
çok zor olacağından, inansalar da inanmasalar da sicim kuramı üzerinde çalışmak
zorunda kaldıklarını söylemişlerdi. Ve hakları var; Amerika Birleşik
Devletleri’nde temel fiziğe sicim kuramı dışındaki fikirlerle yaklaşanların
hemen hiçbir kariyer fırsatı yoktur. Amerikan üniversitelerinde, son 15 yıl
boyunca kuantum kütleçekim hakkında sicim kuramı dışındaki yaklaşımlar üzerinde
çalışan sadece üç bilim insanına yardımcı doçentlik ünvanı verildi ve
bunların hepsi de tek bir araştırma grubuna gittiler. Bilimsel gerçeklilik
açısından sicim kuramı zorluklar yaşasa da akademik dünyada tam bir zafer
kazandı. Bu bilime zarar veriyor, çünkü bazıları gerçekten de gelecek vaadeden
alternatif fikirlerin önünü tıkıyor.
İnsanların inandıkları
alanda araştırma yapma haklarını savunanların en başında ben yer alırdım. Ama
tek bir alanın çok iyi destek alması ve diğerlerinin gözardı edilmesi
eğiliminden son derece endişeliyim.
Eğer gerçeğin keşfi uzay,
zaman ve kuantum dünyası hakkındaki fikirlerimizi kökten bir şekilde yeniden
düşünmemizi gerektiriyorsa bu eğilim trajik sonuçlara gebedir.
Nano teknoloji ile
elektronun sadece bizim hazırladığımız bir kanalda dümdüz gittiğini düşünelim.
A noktası ile B noktasına vardığı andaki hızını ölçelim. Hem bulunduğu yeri, hem
hızını (momentumunu) aynı anda istediğimiz hassasiyetle çözebiliyoruz demektir.
Elektrona ışıkla yaklaşıp hızını ölçmeye çalışmıyoruz. Zamanı ölçtük yolu
elektrona biz dikte ediyoruz. Heisenberg belirsizlik prensibi uçtu gitti. Zaten
prensipti, kanun değil !!! Bizim varlığımızla veya müdahalemizle olay nasıl
etkileniyor? Makro iletişimde makro fizik; mikro iletişimde mikro fizik olmaz.
Kanun fizik kanunudur. (Coulomb kanunu gibi) Her zaman her yerde aynı şekilde
uygulanır! Kara delik içinde bildiğimiz fizik kanunlarının hepsi geçersizse
demek ki bunlar fizik kanunu değilmişler!!! Kuantum kuramı ile genel görelilik
ilkesel kuramlardır. Durum böyle olunca mantıksal olarak birleştirilmeleri
gerekir. Mikrodan makroya, makrodan mikroya aynı kanunlarla geçebilmeliyiz.
Orada başka kanun, aynı olayda burada başka kanun olamaz. Zaman kristalinde (Harvard ve Maryland
Üniversitesi Laboratuarlarında) 10 atom yterbium ve elmas kristalleri ile ayrı
yerlerde ayrı deneyler nasıl oluyor da aynı şeyi veriyorlar? Zaman kristali
olayı nedir? Çekim kuvveti maddenin içinden çıkar (Erik Verlinde, Amsterdam
Üniversitesi, 7 seneden beri üzerinde
çalışıyor) universal bir kuvvet değildir. Entropi bulanıklığından meydana
gelir, lazerle atomların spinleri karıştırılır, entropi karışıklığından gravite
meydana gelir!!! Kuantum mekaniğindeki eksiklik nedir? Kuantum mekaniğinin bir
eksikliği varsa, sorunun fizikteki diğer problemlerle bağlantısı hakkındaki
bilgi eksikliğinden ileri gelmektedir. Büyük ihtimalle kuantum mekaniği
problemi tek başına çözülemeyecek, bunun yerine cevap, fiziği birleştirmek için
yaptığımız çabalar sonucunda ortaya çıkacak. 1867’de Maxwell elektrik ve
manyetizmayı tek bir kuram altında birleştirmişti ve bir asır sonra fizikçiler
elektromanyetik alanın ve zayıf çekirdek kuvvetinin (radyoaktif bozunmadan
sorumlu kuvvet) birleştirilebileceğini fark ettiler. Bunun sonucunda,
öngörüleri son 30 yıldır defalarca doğrulanmış olan elektrozayıf kuram doğdu.
Doğada elektromanyetik ve
zayıf kuvvetlerin birleşmesinin dışında kalan (bildiğimiz) iki kuvvet var.
Bunlar kütleçekim kuvvetli çekirdek kuvvetleridir. Bu kuvvet kuarkları birarada
tutarak, proton ve nötronları oluşturan kuvvettir. Acaba bu dört kuvveti
birleştirebilir miyiz? Dünyada sadece iki tür parçacık olduğunu biliyoruz:
kuarklar ve leptonlar. Kuarklar proton ve nötronların keşfettiğimiz diğer
birçok parçacığın yapıtaşlarıdır. Leptonlar, elektron ve nötrino gibi, kuark
olmayan bütün diğer parçacıklardır. Bildiğimiz kadarıyla dünya altı tip kuark
ve altı tip leptondan oluşmuştur. Bu temel parçacıklar birbirleriyle,
kütleçekim, elektromanyetizma, zayıf ve kuvvetli çekirdek kuvvetleri aracılığı
ile etkileşirler. Oniki parçacık ve dört kuvvet, bilinen evrendeki herşeyi
açıklamak için ihtiyacımız olan yegane unsurlardır. Kütleçekim ihmal
edildiğinde bahsettiğimiz bütün parçacıkları ve kuvvetleri açıklayabilen kuramı
temel parçacıklar fiziğinin standart modeli olarak adlandırıyoruz. Geçen
30 yılda bu kurama dayanarak birçok öngörüde bulunduk ve bunların hepsi de
deneysel olarak kontrol edildi ve doğrulandı. Standart model 1970’lerin başında
kurgulanmıştı. Nötrinoların kütleli olduğunun gözlemi dışında hiçbir düzeltmeye
gerek duyulmadı. O zaman fizik neden 1975’te nihai bir bütünselliğe erişemedi?
Geriye ne kalmıştı?
Bütün kullanılışlığına
rağmen standart modelin büyük bir kusuru var. Ayarlanabilir çok sayıda sabit
içeriyor. Bildiğimiz kadarı ile kuram bu değerler hakkında seçici değil: Hangi
değerleri seçersek seçelim tutarlı bir kuram olarak kalmaya devam ediyor. Bu
sabitler parçacıkların özelliklerini belirliyor: Bazıları kuarkların ve
leptonların kütlesini, diğerleri kuvvetlerin şiddetini. Bu sayıların gözlenen
değerinin neden böyle olduğu hakkında bir bilgimiz yok; sadece deneyler
aracılığı ile onları belirleyip kuramda yerlerine koyuyoruz. Eğer standart
modeli bir hesap makinesi gibi görürsek, bu sabitler de makinanın üzerinde yer
alan ayar düğmelerine benziyor. Bu sabitlerden yaklaşık 20 adet var. Bu kadar
çok serbestçe ayarlanabilir sabit olmasını temel bir kuram olma iddiasındaki
standart model için bir utanç kaynağı olarak görüyoruz, diyor Lee Smolin. Ertek
de diyor ki, madem bu sabitler sadece deneyler aracılığı ile bulunuyor, hepsini
bul koy, iş bitsin!!! Deneyle bulunamıyorsa kuram ne yapsın?!!! Smolin’le devam
ediyoruz. Bu sabitlerden herbiri bilgilerimizdeki eksikliklere işaret ediyor: Gözlenen
değerlerin fiziksel sebeplerini ya da buna yol açan mekanizmaları anlamıyoruz.
Proton ve nötronun her
ikisi de üçer kuarktan oluşur. Mezon denilen diğer parçacıkların içinde
ise kuark ve anti kuark vardır. Bu buluş 1960’ların başında Caltech’teki Gell-Mann
ve Cenevre’deki CERN laboratuarında çalışan Zweig tarafından yapılmıştır.
Caltech fizikçisi Richard Feynman, protonun ve nötronun kuarklardan yapılmış
olup olmadığını gösterebilecek deneyler önerdi. Bu deneyler daha sonra SLAC
sisteminde gerçekleştirildi. 1967’de Weinberg ve Pakistanlı fizikçi Abdus Salam
birbirlerinden bağımsız olarak, kendiliğinden simetri kırılmasını kullanarak
elektromanyetik ve çekirdek kuvvetlerini birleştiren somut bir kurama vardılar.
(Elektro zayıf kuvvetlerin Weinberg-Salam modeli) Çekirdek kuvvetlerini
iletmekle yükümlü olan ve fotona benzeyen parçacıklar W+, W-
ve Z öngörülen özelliklere sahip olacak şekilde keşfedildiler. CERN’de bulunan
Higgs bozonunun kütlesi 120 proton kütlesindedir. Bir fermiyonu bir bozonla
değiş tokuş etmek ve sonunda da kararlı bir dünya resmine ulaşmak, ilk bakışta
çılgınca gözükebilecek bir fikirdir. Buna rağmen, dört Rus bilimci Likthman,
Yuri Golfand (1971’de), Vladimir Akulov ve Dimitri Volkov (1972’de) tarafından
oluşturulmuştur. O günlerde batı bilimcileri Sovyetler Birliği’ndekilerle
iletişim içinde değildi. Sovyet bilimcilerinin seyahat etmesine çok ender
durumlarda izin veriliyordu ve Sovyet kökenli olmayan dergilerde yayın
yapmalarına da engel olunuyordu. Bu sebepten SSCB’de gerçekleştirilen birçok
keşif batı tarafından takdir edilemiyordu. Süpersimetri fikrinin de akibeti
böyle oldu. 1973’te Avrupalı fizikçiler Julius Wess ve Bruno Zumino farklı
birçok süpersimetrik kuram buldular. Bir elektron protondan 1800 kat daha
hafiftir. İki proton arasındaki elektrik itme kuvveti aralarındaki kütle çekim
kuvvetinden 1038 kat daha büyüktür. Richard Feynman, süpersimetri ve
fazladan boyutların gerçek olup olmadığına dair şöyle diyor: “Hiçbir şey
hesaplamıyor olmalarını beğenmiyorum. Deneylerle uyuşmayan herşey hakkında hep
–iyi de, hala doğru olabilir- demelerine yarayan bir açıklama, bir tertip
uydurmalarını beğenmiyorum. Yeni birşey üretmiyor, neredeyse hep mazur
görülmesi gerekiyor. Doğru gözükmüyor.” diyor. Diğer bir muhalif, standart
model üzerine olan çalışmalarıyla Nobel ödülüne layık görülmüş Sheldon Glashow:
“Ama süper sicim fizikçileri kuramlarının gerçekten de çalıştığını daha
gösteremediler ki, standart modelin sicim kuramının mantıksal bir sonucu
olduğunu ispatlayamadılar.” diyor. “Resimlerinde proton ve elektronlar gibi
şeylere yer olup olmadığından bile emin değiller.” deyip ilave ediyor, “Ne hala
daha deneyler için ufacık da olsa bir öngörüde bulunabilmiş değiller. Daha da
kötüsü, süper sicim kuramı doğa hakkında ikna edici temel birtakım
varsayımların mantıksal bir sonucuymuş gibi gözükmüyor.”
Birinci süpersicim
devrimi: Dönüm noktası Green ve Schwarz’ın yaptığı ve sonucu sicim kuramının
sonsuzluklar içermeyen ve tutarlı bir kuram olduğu hakkında güçlü kanıtlar
sunan bir hesaptı. Princeton Üniversitesi ve İleri Araştırmalar Enstitüsü’ndeki
herkes bütün kuramsal fizikçiler konu üzerinde çalışmaya başladılar. Kısa
sürede sicim kuramının biricik olmadığı anlaşıldı. Tutarlı tek bir kuram
yerine, on boyutlu uzay-zamanda beş tutarlı süpersicim kuramı kurulabiliyordu.
Bu gelecek 10 yıl boyunca çözülemeyecek bir bilmece yarattı. Zaman geçtikçe
sicim kuramının da bir birleştirmeye ihtiyacı olduğu anlaşıldı. 1995’te
gerçekleşen süpersicim devrimi tam olarak da bunu sağladı. Bu devrimin doğuşu
genellikle Edward Witten’in mart ayında Los Angeles’ta düzenlenen bir sicim
konferansında yaptığı konuşmaya bağlanır. Evrenin başlangıcında çok uzun
sicimlerin yaratıldığı ve bunların hala varlıklarını sürdürdükleri sonucuna
varılabilir. Evrenin genişlemesi bu sicimleri milyonlarca ışık yolu uzunluğuna
getirmiştir. Onları süper iletkenlerde gerçekleşen kuantumlanmış manyetik akı
çizgilerine benzetebiliriz.
Evrenin hayatının
başlarında soğuması sonucu gerçekleşen faz dönüşümü esnasında yaratılırlar.
Eğer uzak bir galaksi ile aramızda kozmik bir sicim varsa sicimin oluşturduğu
kütleçekim alanı bir mercek gibi davranacak ve galaksinin görüntüsünü kendine
has bir şekilde çoğaltacaktır. Ama aynı gözlem Hubble uzay teleskopu aracılığı
ile tekrarlanınca bunun aslında birbirine çok yakın iki galaksiden oluştuğu
anlaşıldı. Chicago’daki Enrico Fermi Enstitüsü’nde çalışan Friedan, “sicim
kuramı bir fizik kuramı olarak başarısızlığa uğramıştır. Uzun mesafeler fiziği
üzerine hiçbir şey söyleyememektedir, söyleyemez de. Gerçek dünyanın bilinen
özellikleri üzerine hiçbir açıklama getiremediği gibi öngörüde de bulunamaz,
hiçbir inandırıcılığı yoktur.” diyor.
23.02.2019
Doç.Dr.Çetin
ERTEK