FİZİĞİN KRİZİ – LEE SMOLIN
(Siz
değerli okuyucularım için Lee Smolin’in kitabından hazırladığım özeti
sunuyorum)
Doç.Dr.Çetin
ERTEK
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
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder