23 08 2007

Sonsuz Evrenimiz, Diğer Bir Sonlu Evrenin Küçük Bir Parçası Olabilir mi?

Bu soruya neredeyse herkes olamayacağı yönünde cevap veriyor. Olabilir diyenlerin bir kısmı da sorduğunuza göre olabilir diyor. Bu sorunun cevabı, cevaplayanın eğitim seviyesine (daha doğrusu kişinin sahip olduğu diplomalara) pek bağlı değildir. Daha çok eğitim sisteminin nasıl olduğuna, insanların neleri düşünerek yanıt verdiklerine ve soruya yaklaşma biçimlerine bağlıdır.

Örneğin sokaktaki herkes, uzun yıllar denildiğinde iki yıldan uzun bir sürenin kastedildiğini anlar. Ancak 1995 yılında YÖK memuru böyle anlamamıştı. 1995 yılında Türkiye için çok önemli bilim adamı statüsü ile TC vatandaşı oldum1. Daha önceden, 1992’ de ODTÜ’ nün daveti ile gelip profesör olarak çalışmaya başlamıştım. Dünyanın her yerinde olduğu gibi, YÖK’ de diplomaların denkliği belgesini veriyordu ve benim de bu belgeleri almam gerekiyordu. Yüksek bilinç ve kültür seviyesine sahip profesörlerle görüştüm ve diplomalarımın denkliği konusunda yapılması gerekenleri az zamanda bitirdiler. Sonra bir YÖK memuru iki yıldan fazla profesör olarak çalıştığımı gösteren belge istedi. Benim 1978 yılında profesör olduğum diplomalarımdan da görülebilirdi; ama bunun için ek bir belge istediler. Hadi buraya kadarını anlaşılabilir kabul edelim. Moskova’dan uzun yıllardır profesör olarak çalıştığıma dair bir yazı gönderdiler. Ama yazılması gerekirmiş ki “2 yıldan fazla”. Memur bu yazıyı kabul etmedi. Mecburen Moskova’dan uzun yılların ne anlama geldiğini gösteren bir belge almam gerekiyordu. Moskova’dan, uzun yılların iki yıldan daha çok yıl anlamına geldiğini ifade eden belge gönderildi. Böylece işimi tamamlatabildim. Daha sonra da 1978- 1992 yılları arasının beş yıldan fazla olduğunu kanıtlamam gerekiyordu ve bu işi de, tecrübe kazandığımdan kendim becerebildim.
Durumumu görenler o zaman bana fıkraya benzer bir şeyi anlattılar. Daha önceki yıllarda sürücü belgesi almak için ilkokulun bitirildiğini gösteren bir belge gerekiyormuş. Ne üniversite diploması ne de profesör olduğunun belgesi işe yaramıyormuş, illa ki ilkokulu bitirme belgesi gerekiyormuş.

Eski Sovyet Cumhuriyetlerinin günlük gazetelerini okuyan ya da TV de haberleri seyreden birisi için şimdi bahsedeceğimiz türden haberler çok sıradandı. Örneğin bir yankesicinin veya hırsızın bir vatandaşın 100 dolarını çaldığı ya da gasp ettiği haberi. Bu bir suçtur ve hırsız da yaptığının suç olduğunun farkındadır. Diğer yandan bir bakan yılda yaklaşık olarak bir milyar (1000 000 000) dolar kadar, halkın malını, kendi sermayesine kattığında ise bu durum neredeyse normal karşılanmaktaydı. Böylesine büyük bir vurgunu yapan kimseler ise, açıklamalarında “ne yapalım, acımızdan mı ölelim”, ”çevremizdekiler yaparken biz yapmayalım mı?” gibi cümleler kuruyorlardı. Bu adam haklı mıdır, haksız mıdır?! Devletin kaynaklarını böylesine sömüren birisini, sadece hemşerisi olduğu için destekleyen, yapılan soyguna haklı gerekçeler arayan ve ayda 100 dolarla geçimlerini sağlayamaya çalışan insanlar da var.

Yüz dolar mı çoktur yoksa bir milyar dolar mı? Bu hiç de kolay soru değil. Üç tane kıl çok mu, az mı? Eğer bir kişinin kafasında ise azdır. Ama bir tas çorbanın için de ise çoktur. Sahip çıktığın parada öyledir. Birileri için önemsenmeyecek kadar az olan para başka birileri için çok önemli olabilir. Ya da aynı kişiler için aynı para, farklı zamanlarda farklı değerler ifade edebilir. Her şey çevreye, koşullara bağlıdır ve bu nedenle de 100 doların cezası milyar dolara göre çok daha ağır olabilir.

Bu örnekler, kesinlikle insanların doğuştan gelen, genetik düşünce kısıtlığından kaynaklanmıyor. Bunlar yönetmelik belgelerini hazırlayanların, genel olarak yöneticilerin ve toplumun acı kusurlarıdır.

Şimdi anlatacağımız ise bizim eğitim sistemimizin kusurudur. İnsanın bilimsel düşüncesi esasen lise ve Üniversite yıllarında gelişir. Buralarda da bizim ezberciliğe dayanan eğitim sistemimiz, bilimsel düşünceyi geliştirmek yerine kısıtladığından ne bilim, ne eğitim, ne de yeni teknolojilerin üretimi alanlarında iyi sayılabilecek şekilde gelişmemiz mümkün değildir. Öyle ki eğitim sistemimizde ve kurumlarımızda kalite aramıyoruz. YÖK’ün ise daha çok, diploma dağıtan bir kuruma dönüştüğünü görüyoruz.

Bir şeyi tartışırken önce kullandığımız kavramların ne olduğunu anlamalıyız. Uzay nedir ve kimin uzayı en büyüktür. Bir boyutlu nesnelerin uzayı sadece bir çizgidir (doğrudur). Onların uzayı, iki boyutlu uzayda yaşayan nesnelerin uzayının sadece bir ayrıtıdır. Yine iki boyutlu nesnelerin uzayı bir düzlemdir, yani üç boyutlu nesnelerin uzayının sadece bir ayrıtıdır. Örneğin yüzük çember şeklinde olduğundan o geometrik anlamda sonlu (sınırlı, uçları belirlenmiş) değil, sonsuzdur. Çünkü başlangıç ve son noktaları yoktur. Bu çember üzerinde hareket eden, bilimsel düşüncesi gelişmemiş bir boyutlu bir yaratık olsaydı, bu yaratık çember üzerinde dönüp duracaktı. Yani hiçbir zaman sonuna varamayacaktı. Ancak aynı yaratık çemberin çevresi ile aynı uzunluğa sahip bir doğru parçası üzerinde hareke etseydi, doğru parçasının sonuna varabilecekti. Bir kürenin yüzeyinde çektiğimiz kapalı çizgilerin hepsi bu bakımdan sonsuzdurlar. (Burada biz kümeler kuramı dışında konuşuyoruz). Çemberin çevresi, uzunluğu sonlu olan (yani başlangıç ve son noktaları belirlenmiş.) bir çizgi parçasının küçük bir parçası kadar olabilir. Böylelikle sonsuz bir çizginin uzunluğu, sonlu bir çizginin uzunluğunun çok küçük bir parçası kadar olabilir.

Sonsuz evren denildiği zaman onun boyutlarını hiç düşünmüyoruz. Bizim evrenimiz sonsuzdur, çünkü onun içerdiği ortalama materyal yoğunluğu (madde değil, enerji yoğunluğunun ışığın boşluktaki hızının karesine oranı) kritik değerden azdır. Her bir evrenin de kendinin genişleme hızına (toplam enerjisine) bağlı olan kritik materyal (madde, ışıma ve alanlar bir arada) yoğunluğu vardır. Eğer bir evrenin ortalama materyal yoğunluğu kendi kritik değerinden çoksa o evren kapalıdır, yani sonludur. Böyle bir sonlu evrenin boyutları, bizim sonsuz evrenin boyutlarından çok büyükse, bizim sonsuz evrenimiz sonlu bir evrenin küçük bir parçası olabilir. Eğer evrendeki materyalin yoğunluğu gereken kritik yoğunluktan az ise, böyle bir evren sonsuzdur. Bu iki yoğunluklar eşit olduğu zaman evren düzdür denir. Her bir evrenin kritik yoğunluğu, onu düz yapmak için gereken yoğunluktur.

Böyle şeyleri kavramak içinde gelişmiş bilimsel düşünce gerekir. Yani bizim eğitim sisteminin yoğun şekilde kısıtladığı ve toplumumuzun da pek umurunda olmayan düşünce. Bizim okul fizik kitaplarındaki pek çok temel kavram bile yanlış anlatılıyor. Öğrenciler yanlış yöntemler ile yanlış sonuçlar veren fizik problemlerinin çözümlerini ezberlemek zorunda kalıyorlar.

Eğitim sistemimiz geçmişten günümüze her dönemde böyle kötü müydü? Hayır, bu işler her zaman bu kadar kötü değildi. Örneğin Büyük Azeri Türkü olan Seyyid Nesimi (1369 veya 1370 yılında doğmuş ve 1417 yılda öldürülmüş) şöyle yazmıştı: ”Bende sığar bin bir Cihan ben bu Cihana sığmarım”. Böylece üzerinde konuştuğumuz meselenin felsefesini yüzlerce yıl önce ortaya koyabilmiştir. Geçen yüzyılda Feza Gürsey ve Asim Barut, Cahit Arf gibi matematik ve fizik konularında dünyaca ünlü bilim adamlarımız vardı. Ne yazık ki bunlar geçmişte kaldılar ve bizim sistemimizle yetişen bilim adamlarının onlar gibi temel bilimler konusunda gelişme imkânları yoktur.

1 Prof. Dr. Oktay Hüseyin Akdeniz Üniversitesinden emekli Prof. Dr. Oktay Hüseyin (Guseyinov) , ohuseyin@akdeniz.edu.tr

19 08 2007

Kuantum Fiziği, Görelilik ve Doğanın Diyalektik Anlayışı

Alan ve madde

Enerjinin kuantalar (küçük parçacıklar) haline gelebildiğinin bulgulanması, kütle ve enerjinin eşdeğerliliği alanın da maddesel özellikte, maddenin somut biçimlerinden biri olduğunu göstermektedir. Şimdi klasik fiziğin görüş açısından alışılageldik madde imgesinin “kaybedildiği” ve madde üzerine felsefi spekülasyonların yapıldığı en hassas bölüme gelmiş bulunuyoruz. Felsefi bir ironiyle de belirtmek gerekirse, maddenin sonsuz değişim özelliği ve hareketsel özellikleri içerisindeki kavranışıyla maddenin aldığı somut biçimlere göre maddeye ilişkin yorumlarımızda olabilecek değişmelerin kısaca doğaya ilişkin materyalist diyalektik kavrayışımızın özünü ve onu evrensel düzeyde genelleştirebilmemizin temellerini buluruz bu noktada. Parçacıkların içsel enerji durumu; durgun kütle ve kinetik enerji gibi birinden diğerine, diğerinden öbürüne sıçramalı geçişler yapabilme ve bir ve aynı şeyin iki ayrı görünümü olarak ortaya çıkan parçacık ve dalgasal hareket özelliklerinin bilinmesi, maddeye ilişkin bilgimizi derinleştirip doğadaki hareketin diyalektiğinin daha derin bir kavranışına da ulaştırmaktadır bizi.

Modern fiziğin alan kavramına giden bulgular, 19. yüzyılın ikinci yarısında Faraday, Maxwell, Hertz’in yürüttüğü çalışmaların sonuçları olmuştur. Bu çalışmalar, klasik fizikten modern fiziğe geçişte bir köprü oluşturmaktadır. Alan kuramı, elektromanyetik dalgalar ve genel görelilik kuramıyla kütleçekimsel alanların bulunması sonucu alan kavramının içeriğinin genişlemesiyle modern fiziğin temel taşlarından birisi haline gelmiştir.

Öncesinde, bir mıknatısın, elektrikli bir cismin, kütleli bir cismin çevresinde manyetik alan, elektrik alanı, kütle çekimi alanının varlığı bilinmekle birlikte bu onların çevresiyle sınırlıydı. Uzay boşluğunu ise esir (ether) denilen akışkan bir tözün doldurduğu varsayılıyordu; ısı, ışık, elektrik titreşimlerinin olabilmesi için böylesi bir ortamın olması zorunluydu! Değişen elektriksel ve manyetik alanların birbirleri üzerindeki etkisi, aradaki bağın kuruluşuyla elektromanyetik alan teorisine geçiş yapılmıştır. Alanın yapısını anlamamızı sağlayan, onu matematiksel olarak tanımlayan Maxwell denklemleridir. Maxwell, manyetik alan ile elektriğin bağını kurarken elektriğin devinimine zorunlu olarak bağlı olmayan bir yer değişim akımının varlığını buldu. Kutuplanma dolayısıyla ortaya çıkan serbest elektrik yüklerinin devinimlerinden ayrı olarak elektrik alanı değiştiğinde de boşlukta varlığını sürdürüyordu. Bir kaynaktan yayılan elektrik yükü dursa bile yükün alanı durgun elektriksel alan durumuna gelmekle birlikte, öncesindeki salınımın yarattığı dalgalar yayılagider. Elektromanyetik dalga boş uzayda yayılır.

Noktasal parçacıkların uzaktan etkileşiminden ya da birbirleriyle çarpışmalarından farklı, elektromanyetik dalgaların sürekli varlığını göstermekteydi Maxwell’in bulgusu. Dolayısıyla artık esire de bir gereksinme yoktu ve özel görelilik kuramıyla bu tümden ortadan kalktı.

Alan kavramı içeriksel olarak giderek gelişmiştir. Kütleçekim alanı, çekirdekteki kuvvetli ve zayıf etkileşimi sağlayan alan parçacıkları ve alanlar, elektromanyetik etkileşimle çekirdekteki zayıf etkileşim arasındaki bağın kuruluşu, elektrozayıf etkileşim bilinmektedir. Doğadaki parçacıklar arasındaki etkileşimi sağlayan alan parçacıklarını ve alanları bilmekteyiz. Elektromanyetik alan ve etkileşimi sağlayan alan parçacığı fotonlar, kütleçekimsel alan ve etkileşimi sağlayan alan parçacığı gravition, çekirdekteki kuvvetli etkileşimi sağlayan gluonlar ve zayıf etkileşimi sağlayan W, W-, Z0 bozonları bilinmektedir. Kuvvetli ve zayıf etkileşimler çekirdekle sınırlı, elektromanyetizma ve kütlesel çekimin erimleri ise sınırsızdır.

Alan maddesel özelliktedir. Fakat alanı alışılagelmiş madde imgesi içerisinde kütleye indirgenmiş bir şekilde tanımlayamayız. Burada yol gösterici olacak olan kütle ve enerjinin eşdeğerliğidir, “Enerjinin kütlesi vardır ve kütle enerjiyi cisimlendirir.” Parçacık yapı ve özellikleri açısından ise kütleli olmak ya da kütlesiz olmak kendi başına bir ayrım oluşturmamaktadır, çekirdekteki etkileşimi sağlayan kütleli parçacıklar da bulunmaktadır. Fakat kütle, enerji arasındaki ayrım görelileşmektedir. Azalan kütle ile parçacıkların alana, alanın da parçacıklara dönüşmesi olmaktadır. Şimdi bu konuyu Fiziğin Evrimi kitabından yapacağımız bir alıntıyla görelim.

“Önümüzde iki gerçeklik var: Madde ve alan. Günümüzde 19. yüzyılın başlarındaki fizikçiler gibi, bütün fiziği madde kavramı üzerine kurulu olarak düşünemeyeceğimiz söz götürmez. Şimdilik her iki kavramı da kabul ediyoruz. Maddeyi ve alanı, bağımsız ve farklı iki gerçeklik olarak düşünebilir miyiz? Belirli bir madde taneciği varsa, onun varlığının bittiği ve gravitational alanın başladığı yerde belirli bir yüzey bulunduğunu, biraz bönce de olsa, göz önüne getirebilirdik. Bu tasarımda, alan yasalarının geçerli olduğu bölge, maddenin bulunduğu bölgeden ayrılmaktadır. Peki ama, maddeyi ve alanı ayırt etmenin fiziksel ölçütleri nelerdir? İlişkinlik (relativity) teorisini öğrenmeden önce bu soruyu şöyle yanıtlayabilirdik: Maddenin kütlesi vardır, oysa alanın kütlesi yoktur. Alan enerjinin varlığını, madde ise kütlenin varlığını gösterir. Ama biliyoruz ki bu yanıt, bu arada edindiğimiz bilgilerin ışığı altında yetersizdir. İlişkinlik (relativity) teorisi bize şunu öğretti: Madde, çok büyük bir enerji birikimini ve enerji de maddeyi temsil eder. Bu yolu izleyerek madde ile alanı birbirinden nitel olarak ayırt edemeyiz; çünkü madde ile enerji arasındaki fark, nitel bir fark değildir. Enerjinin en büyük kesimi maddede yoğunlaşmıştır; ama taneciği kuşatan alanda da enerji vardır. Yalnız, bunun niceliği, maddedekinin niceliği ile karşılaştırılamayacak kadar küçüktür. Bundan ötürü şöyle diyebilirdik: Madde, enerji yoğunluğunun çok olduğu, alan ise enerji yoğunluğunun az olduğu yerdir. Ama bu böyle ise o zaman madde ile alan arasındaki fark, nitel bir fark olmaktan çok nicel bir farktır. Madde ile alanı birbirinden büsbütün farklı iki nitelik saymanın hiç anlamı yoktur. Alan ile maddeyi kesinlikle ayıran belirli bir yüzey düşünemeyiz.”(*) (Fiziğin Evrimi, A. Einstein, L. Infeld, sf. 207-208)

Enerjinin kütlesi vardır ve kütle enerjiyi cisimlendirir. Azalan kütle ile parçacıklar alana, alan da parçacıklara dönüşebilmektedir. Modern fiziğin bu bulguları, dünyanın maddeselliğini hiçbir boşluk bırakmayacak şekilde kanıtlamakta, enerjizm vd. onu yadsıyan tüm idealist görüşleri temellendiren çökertmektedir.

Madde, Lenin’in özlü tanımıyla bilinçten bağımsız olarak varolan ve bilinçte yansıyan objektif gerçekliği belirten felsefi kategoridir. Maddeyi, aktardığımız bölümdeki alan örneğinde olduğu gibi onun herhangi bir somut formuyla ya da kütle, enerji özellikleriyle karıştırmak yanlıştır. Enerjizm doğadaki bütün görünümleri maddilikten yoksun olarak enerjideki değişmelerle açıklamaktaydı. Enerji de maddilikten yoksun olarak görülüyor ve buradan idealist görüşlere felsefi taban oluşturuluyordu. Dolayısıyla, enerjizm salt fiziksel alanda bir indirgemecilik değil sözde bilimsel bir dayanak yaratılarak maddesel gerçekliğin idealist felsefi düzeyden yadsınmasıydı. Bundan dolayı, Mach atomların varlığını kabul etmedi. Enerjinin küçük parçacıklar haline gelebildiğinin bulgulanmasıyla enerjizm taraftarlarının felsefi görüşlerine temel oluşturan argümanlar çöktü.

Azalan kütle ve parçacıkların alana, alanın ise parçacıklara dönüşmesinin bulgulanması, maddenin enerjiye ya da enerjinin maddeye dönüşümü olarak yorumlanıp sonraki dönemde enerjizme dayanak yapılmaya çalışılmıştır. Kütle ve enerjinin karşılıklı bağıntısını gösteren E=mc2 formülü bu görüşe teorik dayanak olarak gösterilmektedir.

Metafizik görüş enerjiyi ruhsal saymaktaydı, daha önce gösterdiğimiz gibi matematiksel olarak belirlenebilir olmakla birlikte çok önemsiz olduğundan kütlesiz enerji durumundaki elektromanyetik alan parçacığı fotonun kütleleri diğer parçacıklara dönüşebilirliği kanıtlandıktan sonra enerjizmin metafiziksel idealist görüşlerine dayanak olarak ileri sürebileceği hiçbir şey kalmamaktadır. Modern fizikteki en son gelişmeler, maddenin aldığı somut biçimler ve sonsuz dönüşüm içerisinde ve en elemanter halleriyle de göstermektedir ki, madde bilinçten bağımsız olarak vardır ve bilinçte yansıyan maddenin objektif gerçekliğidir.

Öte yandan, aktardığımız bölümde ifade edilen “Madde kavramını bir yana bırakıp katıksız bir alan fiziği kuramaz mıyız?” soru ve yaklaşımı üzerinden oluşturulan görüş, keza kimi kuantum fizikçilerinin söylediği “Tüm fizik kuantum fiziğidir” gibi yaklaşımlar kuşkusuz indirgemeci ve yanlıştır. Bu tür görüşler yeni bir bilimsel buluş üzerinde perspektif genişletme, önceki görüşlerimizin yeni bulgu ile birlikte gözden geçirilmesi açısından anlamlıdır. Alan kuramı, fizikte Newton sonrasındaki en önemli bulguyu ifade eder. Onu izleyen özel ve genel görelilik kuramları, kuantum kuramı fizikte büyük sıçramalara yol açarak doğaya ilişkin bilgimizi genişletip derinleştirmişlerdir. Doğadaki temel kuvvetlerin bağıntılandırılarak “Büyük Birleşik Kuram”da bağıntılandırılması için yürütülen çalışmalar (sicim kuramları) yeni bir sıçrama eşiğinde olunduğunu gösteriyor. Kuantum fiziği, nükleer fizik, kuantum mekaniği, kuantum optik, moleküler kimya, biyogenetik, evren bilimi gibi pek çok alanda yeni gelişmelerin önünü açmış, bilinen kimi şeylere de açıklık ve derinlik kazandırmıştır ve bu sürmektedir. (Örneğin, kimyasal elementlerin periyodik tablosunun temeli, kimyasal bağın yapısı, moleküler kimya anlaşılmış, modern kuantum kimyasının temelleri atılmıştır.) Bilimler düzeyinde bir yakınlaşma ve iç içelik, görelileşme, birini diğerinden ayırabilme güçlüğü doğmaktadır. Bu dünyanın maddeselliğinin, hareket halindeki madde kavrayışının ve sonsuz çeşitlilikte ve çeşitli somut formlar içerisinde dönüşebilir madde gerçekliğinin bilimsel düzeydeki yansımasıdır. Bilimsel gelişimin, doğabilimlerinin çeşitli dallarındaki ilerlemenin sonucudur. Öte yandan bu aynı zamanda niteliksel olarak birbirinden farklı sonsuz çeşitlilikte maddesel düzeylerin olduğunu, keza maddenin niteliksel olarak birbirinden farklı hareket formlarına sahip olduğunu da göstermektedir. Maddenin birbirinden nitelikçe farklı form ve hareket düzeylerini varlığa indirgemelere olanak tanımaz. Maddenin somut bir formu, bir özelliği maddenin hareket biçimlerinden birisi ve bunlara dayalı bir doğa yasası bütünü açıklayamaz. Bu hem temel farklılıkların hem de diğer özgüllüklerin gözardı edilmesi, fazlasıyla basitleştirmedir.

Kuantum fiziksel araştırmalar bugün hangi düzeyde?

Kuantum fiziği, fiziğin bütünü için temel oluşturduğu gibi mikromaddelerin yapı ve özelliklerinin bilinmesi, bilimlerin temeldeki bağıntısını kurarak, diğer doğabilimlerinin gelişiminin de önünü açıyor. Kuantum fiziğinde elde edilen her sonuç biyogenetik, kuantum kimyası, optik, evren, bilgisayar, telekomünikasyon, elektronik, askeri teknoloji… pek çok alanda bilimsel gelişim ve üretimde açılım sağlamaktadır.

Çalışmalar iki düzeyde, kuramsal ve deneysel araştırmalar olarak sürdürülüyor. Binlerce bilim adamı ekipler halinde çalışıyorlar. Çok “küçük ayrıntı”lar üzerine yıllarca çalışılıyor. Kuramsal düzeyde ifade edilmiş bir tezin, deneysel olarak kanıtlanması çok daha sonraları gerçekleşebiliyor. Yakın zamana kadar, matematik destekli kuramsal fizik çalışmaları ile deneysel çalışmalar arasındaki açı çok genişlemişti. Deneysel çalışmaların teorik fizik çalışmalarını yakalayabilmesine olanaksız gözle bakılıyordu. Bugün de bir açı bulunmakla birlikte, 30 yıl kadar süren bir tıkanıklık döneminden sonra deneysel araştırmalar da hız kazandı. Avrupa’daki CERN ve Amerika’daki merkezlerde yüksek hızlandırıcılarla önemli deneyimler gerçekleştiriliyor. Deneyim yapabilme olanağı sağlayan çok gelişkin yeni araçların kullanıldığı çalışmalarda, parçacıklar birbirleriyle çarpıştırılarak yeni parçacıklar bulunuyor, özellikleri tanımlanıyor, birbirlerine dönüşümleri izleniyor, ayrıştırılıp birleştiriliyorlar. (Yukarda sözünü ettiğimiz, kuramsal olarak varlığı, belirtileriyle kesin gözüyle bakılan Higgs alan parçacığı da bu yüksek hızlandırıcılarda bir çarpıştırma sonucu bulunacak. Teknik alt yapısı hazırlanıyor.) Araştırmalar bilgisayar simülasyonlarıyla deneysel düzeyde desteklendiği gibi bilgisayarlar, sonuçların irdelenmesinde de büyük önem taşıyor.

Araştırmalarda elde edilen sonuçlarla, kuramla deneyim arasındaki açıklıklar giderilmekte olduğu gibi ulaşılan sonuçlar varolan kuramsal modellerin güçlendirilmesi ve bütünsel bir teori yaratma yönünde değerlendiriliyor.

Kuantum kuramı, esasları ortaya çıkmış, bulgulanmış, genel düzeyde tamamlanmış bir kuram. Sorunun bugün kilitlenme noktası, aynı zamanda bütün fizikçilerin düşü olan, Einstein’ın bulmak için büyük çaba sarfettiği Büyük Birleşik Kuramla da ilişkili olan kuantum kuramı ile görelilik ilkelerinin bağdaştırılması. Bununla ilgili yürütülen çalışmaları özetleyerek (Bitmemiş Senfoni/J. Madelaine Nash, Cumhuriyet Bilim Teknik, Ocak 2000, sayı 669) aktaracağız.

Kütle çekiminin doğanın öbür kuvvetleriyle birleştirilmesi, Büyük Birleşik Kuram’ın oluşturulması için kuramsal çerçevede yürütülen çalışmalar içerisinde kuramsal fizikçiler J. Schwartz ve Joel Scherk 1974 yılında geliştirdikleri denklemlerin, umdukları türden parçacıkları değil, titreşen telleri (sicimleri) temsil ettiği sonucuna vardılar. Çalışmalarını derinleştirdiklerinde hala kuramsal olmakla birlikte gravition adı verilen kütleçekimini taşıyan parçacıklar olduğuna karar verdiler.

Parçacık özelliğinin sicimler biçiminde tanımlanmasının, kuantum mekaniği ile genel görelilik ilkelerinin bütünleştirilebilmesinde varolan sorunun çözüm halkalarından birisi olduğu düşünülüyor. Fizikçilerin en zor, bezdirici problemlerden birinin çözüldüğünü düşünmeleri şöyle: Atomaltı ölçeklerde uzay (mekan) sürekliliğini kaybetmektedir. Mesafeler inanılmaz ölçülerde kısa olduğundan uzay sürekliliğini yitirmekte ve bazılarını kuantum köpüğü olarak adlandırdığı fokurdama oluşmaktadır. Noktasal parçacıklar, kuantum köpüğün üzerinde okyanuslardaki büyük dalgalar üzerindeki sallar gibi, sallanarak gelişigüzel savrulurlar. Oysa sicimler birkaç dalgayı kapsayacak büyüklükleriyle bu tür gelişigüzel savruluşları yaşamadan ‘okyanusta’ yol alabilen minyatür gemiler gibidirler.

Kuantum kuramı ile görelilik ilkelerinin birbirine uyumu sorunu bugüne kadarki bilgilerin içerisinde çözülebilmiş değildir. Sicim kuramı (kuramları demek daha doğru olur, çünkü beş ayrı sicim kuramı bulunmaktadır) ile bu sorun çözülmek istenmektedir. Bunun için bilinen dört boyuta (uzunluk, genişlik, yükseklik, zaman) yedi boyut daha eklenmesi zorunlu görülmektedir. Keza kuramın bütünlüğü için yeni bir atomaltı parçacık sınıfına süpersimetrik parçacıklara gereksinme duyulmaktadır.

1905′te İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden Edward Witten tarafından tüm süpersimetrik sicim kuramlarının çok daha genel bir kuramın farklı öngörülerine karşılık geldiği ileri sürüldü. Daha kapsamlı olan bu kurama M Kuramı denilmektedir. M Kuramı’nın çözmeye çalıştığı uzun yıllar sürebilecek olan, zar (brane) adı verilen tuhaf parçacıklarla dolu 11 boyutlu bir dünya! Kendi terminolojisinde sicim, tek boyutlu zarlara (brane), mebranlar ise iki boyutlu zarlara karşılık geliyor. Daha çok boyutlu zarların bulunması da olası. Bükülüp katlanmalı, farklı özelliklere sahip olacak bu zarların ortaya çıkartacağı soruların yanıtlarını bulmak ise büyük uğraşlar gerektirecek. (I. Newton hareket yasalarını oluşturmak için diferansiyel ve integral hesabını geliştirmişti, sicim kuramının da yeni hesap yöntemlerinin geliştirilmesine gereksinmesi olduğu düşünülüyor.)

M Kuramı’nı ileri süren ve yaşayan en büyük fizikçilerden biri olduğu söylenen E. Witten, Sicim Kuramı’nı “20. yüzyılda tesadüfen bulunan bir 21. yüzyıl yapıtı” olarak tanımlıyor.

Sürmekte olan bu çalışmalar, kuantum fiziksel alanda ve evrenbilimde yeni açılımların habercisi olduğu gibi, doğaya ilişkin bilgimizin mükemmelleşme düzeyini, bilginin tam bilgiye doğru gelişimini de göstermektedir.

Büyük Birleşik Kuram ya da Her Şeyin Kuramı olarak adlandırılan tüm fizikçilerin peşinden koştukları kuramsal model, kuantum kuramındaki boşlukları gidereceği gibi evrenbilim alanında da sıçrama oluşturacaktır. Elektrik ve manyetizma, zayıf etkileşim, kuvvetli etkileşim, kütle çekimi ve sonuncusu hariç diğerlerin bağıntılanmasıyla oluşan elektromanyetik kuram, elektrozayıf kuram, standart model fiziğin ve kuantum kuramının gelişiminin köşe taşlarını oluşturmaktadır. Modern fiziği de ortaya çıkaran bu gelişmeler, doğaya ilişkin bilgimizi ve insanın doğa üzerindeki etkinliğini artırmıştır. Bunların üzerinde yükselecek bir final kuram olarak da nitelenen Büyük Birleşik Kuram, kuantum fiziksel standart model ile kütle çekiminin birleştirilmesini amaçlamaktadır. Bunun bugüne kadar niçin başarılamadığını elektrozayıf kuvveti bulan iki fizikçiden biri olan Stewen Weinberg’ten (1979 Nobel Fizik Ödülü) dinleyelim:

“Ancak standart modelin kapsamadığı bir kuvvet var: Kütle çekimi kuvveti. Einstein’ın genel görelilik kuramı, sıradan uzaklıklarda kütle çekiminin iyi bir açıklamasını vermekte olup canımız isterse bunu standart modele iliştirebiliriz. Ama bunu minicik -en güçlü parçacık hızlandırıcılarıyla incelenebilen uzaklıklardan on bin trilyon kat kısa uzaklıklarla ayrılmış parçacıklara uygulamaya kalktığımızda, ciddi matematiksel tutarsızlıklarla karşılaşıyoruz.” (Time, 10 Nisan 2000, aktaran Cumhuriyet Bilim Teknik, 20 Mayıs 2000)

Steven Weinberg’in önemli genel vargılarına geçmeden standart model ile kütle çekimini birleştirmek için yürütülen çalışmaları değerlendirelim. Daha önce de standart model ile kütle çekiminin Sicim Kuramı modelleriyle bir araya getirilmeye çalışıldığını belirtmiştik. S. Weinberg de:

“Kuramcılar kütleçekiminin ve tüm diğer yani elektrozayıf ve yeğin kuvvetlerin tutarlı bir birleştirilmiş kuramına bir aday bile buldular: Üstün sicim kuramı. Bunun bazı tipleri, parçacık olarak görülen nesnelerin aslında 10 boyutlu bir uzay zamanda varolan sicimsi halkalar olduklarını önermektedir.” (age, Ötesi olmayan bir her şeyin kuramı elimize geçecek mi?)

Son cümlede yoğunlaşmış olarak ifade edilen bu bölümde aktardıklarımızdan kuantum fiziksel alanda bugüne kadar olan tüm bulguların üzerinde yükselen yeni bir sıçramanın eşiğinde olunduğu anlaşılacaktır. (S. Weinberg de bunu hemen yarın parlak bir doktora öğrencisinin başarabileceği gibi belki de daha bir yüzyıl başarılamayabileceğini, temel bir fizik ilkesinden hareketle salt matematiksel bir çıkarsamayla başarılabilirse de muhtemelen yeni deneysel bulgulardan esinlenmek gerektiği, sözleriyle belirtiyor.) Çıkarsama yaparak söyleyecek olursak, kavramsal ve matematiksel düzeyde yeni bir perspektif genişlemesine ulaşıldığını görmekteyiz. Işığın tanecik, dalga, tanecik ve birbirlerini dışarlayan bir tümleyicilik ilişkisi içerisinde tanımlanan ‘dalga/parçacık ikiliği’ biçimindeki görüşlerin ilerisine geçen De Broglie’nin madde dalgası tanımlamasıydı. Bu tanımlama -parçacığa eşlik eden dalga- hareket halindeki mikro maddelerin bir ve aynı şeyin görünümlerinin birbirleriyle içsel bağıntısını kurmamızı olanaklı kılıyordu. Bugün geliştirilen sicim kuramlarında buradan bir devamlılık görüyoruz.(*)

Steven Weinberg’in özetleyerek aktardığı “Parçacık olarak görülen nesnelerin 10 boyutlu bir uzay zamanda varolan sicimsi halkalar oldukları” görüşü sadece standart modelin görelilik kuramıyla bağıntısını kurmuyor, konum, momentum, enerji, zamanın klasik fiziğin kavramsal çerçevesi içerisindeki ölçümlerinden daha farklı bir bağıntılandırmanın da önünü açıyor… Dolayısıyla bu matematiksel düzeyde de kuantum mekaniği ve dalga mekaniğinin hesaplama tekniklerinden ayrı yöntemlerin devreye girmesi anlamına gelmektedir.

Bugün klasik fiziğin kavramsal çerçevesi içerisinden ilerlenerek gerçekleştirilen kesinsizlik, olasılık hesaplamaları vb. olarak yapığımız tanımlama ve hesaplamalar, kuantum fiziksel alana daha uygun bir kavramsal çerçeve içerisinde bütünüyle değişebilecektir.

Fizikteki temel kuramların birleştirilmesi, doğa yasalarının birbirleriyle bağıntılandırılarak açıklanması; etkileşimi sağlayan kuvvetlerle birlikte en elemanter parçacıklardan başlayarak maddenin sonsuz dönüşümünün tüm formlarıyla birlikte bütünsel bir tablosunu ortaya çıkartıyor. Geliştirilen kuramlar, bu tablonun temel dayanklarını oluşturmakta ve bu tablo detaylarıyla birlikte bir ressam titizliğiyle çizilmektedir. Dünyanın maddesel birliğini gösteren bu tablo statik bir yapıda değildir; madde yapısal özellikleri ve bu özellikler arasındaki iç bağıntılarla, birbirine dönüşebilen sonsuz formları içerisinde en elemanter parçacıklardan en yüksek, karmaşık yapılara -bilinmektedir. Maddeye ilişkin bilgi, onun tüm özelliklerinin ve en elemanter parçacıkların bilinmesi yönünde derinleşirken, kütle enerjinin korunumu ve etkileşim kuvvetleriyle bağıntısı içerisinde ulaşılan madde kavrayışı, uzay zaman içerisinde evrensel bütün bağıntıları ve bütün biçimleri içerisinde maddenin kavranışı, maddenin diyalektik kavranışındaki, doğa/evrenin diyalektik kavranışındaki derinleşmeyi göstermektedir. Doğaya ilişkin insan bilgisinin ulaştığı düzey, fizikçileri, “her şeyin kuramı” diyebilecek kadar ileri düzeyden cesaretle konuşmaya sevketmektedir.

Doğabilimlerindeki bütün gelişmeler, her yeni bugu diyalektik materyalizmi güçlendirmektedir. Buna karşın, yüzyılın başından bu yana fizikteki her yeni bulgu, modern fizikte krize yol açıp derinleştirmiş, bu kimi fizikçiler tarafından felsefeye aktarılmıştır. Fakat fizikçilerin çoğunluğu, diyalektik materyalist bir kavrayış düzeyine çıkamamakla birlikte doğabilimsel düzeyde materyalizme bağlı kalmışlardır. Bugün de doğabilimsel düzeyde pek çok dalda ve pek çok konuda sağlanan ilerlemeler, dünyayı bilmekten evreni bilmeye doğru genişleyen bilgimiz, sıçramalı gelişmeler ve yeni sıçrama eşiklerine gelinmiş oluşuyla pek çok bilim adamını cesaretle ve güvenle konuşmaya sevketmektedir. Steven Weinberg de onlardan birisidir. “Doğayı betimleyişimiz artarak basitleşiyor. Gittikçe daha az temel ilke yardımıyla gittikçe daha çok şey açıklanıyor” dedikten sonra doğa bilimlerindeki büyük bir atılımın gerçekleştiği, 17., 18. yüzyıllara devrimci bir gönderme yaparak; “Ötesi olmayan bir kuramın bulunması, modern bilimin ortaya çıkışında hissedilenlerle kıyaslanabilir bir kültürel etki de yapacaktır. 17. ve 18. yüzyıllarda bilimsel ruhun yaygınlaşmasıyla arkası kesilen şeylerden birisinin de cadı avı ve yakılması olduğu söylenir. Bir ötesi olmayan kuramın kişiden bağımsız ilkelerinin evreni nasıl yönettiğinin bilinmesi; insanlığın inatçı batıl itikatlarına ket çekmeyebilir ama hiç olmazsa bunlara biraz daha az yer bırakacaktır.” Bu, bilim tarihine felsefi düzeyden gerici bir bakış gerçekleştiren Heisenberg ve izleyicilerinden, postmodernistlerden karşı yönde bakan, doğa bilimlerindeki her yeni bulgunun materyalizmi güçlendirdiğini, insanlığı mistik idealist görüşlerden biraz daha uzaklaştırdığını bilen kuantum fizikçisi bir bilim adamının görüşüdür.

Atomlardan moleküllere…

Teorik ve bilimsel konular popülerleştirilerken vurgu ve açımlamada eksiklikleri, daha ötesi kimi yönlerin kaçınılmaz ihmali olabilir. Atomaltında parçacıkların yapı ve özelliklerine ilişkin anlatımlarda ise böylesi bir zorunluluk nedeniyle değil bilinemezciliği körüklemek amacıyla yapılmaktadır bu. Felsefi düzlemdeki belirlenemezcilik gazete ve dergi sayfalarından günlük yaşama doğru indirilirken (*) bilimsel düzeyde açık olan ve kolay anlaşılabilir konulara dahi bir gizem yüklenmektedir. Kuşkusuz bu sadece görüngücü ve pozitivist yaklaşımların sonucu olarak da görülemez; anlaşılmazlık, bilinemezcilik ve hiçbir kurala bağlı olmama üzerinden mistizmin ve postmodernizmin günlük yaşama daha derinlemesine yedirilmesidir amaçlanan. Dolayısıyla popülerleştirmenin sebep olduğu bir eksiklik, önemsiz bir hata değil, kriz ve geçiş döneminin toplumsal psikolojisine uygun bir felsefi manipülasyonun bilim düzeyindeki çarpıtmalarıdır söz konusu olan.

Atomaltında birbirinden farklı özelliklere sahip pek çok parçacığın bulunması, aynı tür parçacıkların bile farklı kimi özelliklerinin oluşu, etkileşimler, hareket özelliklerindeki farkılıklar vd. dolayı mikromaddeler ne olduğu anlaşılmaz, inlerin cinlerin dansettiği “madde imgesi”nin tümüyle değiştiği bir alan olarak gösterilmektedir. Oysa elemanter parçacıkların tek tek ele alındıklarında rastgele ve anlaşılmaz görünen yapı ve özelliklerinin hareketlerinin bir zorunluluğu olarak belirdiklerini, parçacıklar ve etkileşim kuvvetleri arasında nedensellik bağının varlığını atom düzeyinde görebiliriz. Farklı parçacıkların ve etkileşim kuvvetlerinin varlığı, parçacıkların negatif, pozitikf yüklü ya da yüksüz oluşları, kütle özellikleri, spin farkları, her parçacığın karşı parçacığının varlığı, parçacıklar arasındaki simetrinin bulunuşu, enerji doygunluğu hep birlikte maddenin bir üst formunu, atom düzeyinde kararlı bir yapıyı oluşturmaktadır.

Maddenin daha üst formlarına doğru ilerleyecek olursak, moleküller, atomlardan, atomların belirli bir dizilim halinde biraraya gelmesinden oluşmaktadır. Atomları birbirine bağlayan ise elektronlardır. Elektronların bu bağlantıyı nasıl sağladıklarını göreceğiz; parçacıkların anlaşılmaz görünen, bundan dolayı bir rastgelelikler kümesi gibi tanımlanan özellikleri nedensel bir bağıntıyı oluşturur, -zorunluluk da bu bağıntıların içerisinde özsel kök nedenler olarak belirmektedir- atomlar arasındaki moleküler bağın da bunun sonucu kurulduğu anlaşılacaktır.

Genel olarak elementler, farklı sayılardaki atomların farklı dizilimlerinden oluşurlar. Hidrojen ise en basit yapıdaki elementtir. Bir hidrojen molekülü iki atomdan oluşur. Her biri bir elektrona sahip iki atom hidrojen molekülünü nasıl oluşturuyor? Amacımız ‘anlaşılmaz’ serseri mayınlar gibi gösterilen elektron özelliklerinin atomların dizge oluşturmasında, dolayısıyla moleküllerin oluşabilmesinde nasıl bir rol oynadıklarını göstermek olduğundan örnek yeterlidir ve anlamayı kolaylaştıracaktır. Daha çok sayıda atomlardan oluşan elementler için de bir genelleme yapmak olanaklıdır.

“En yalın durum, her biri bir elektron içeren iki atomdan oluşmuş hidrojen molekülüdür kuşkusuz. İlk önce birbirinden uzakta bulunan iki hidrojen atomu, daha sonra birbirine yaklaştıklarında iki elektron içeren mekanik bir dizge kurma yolunda bir eğilim gösterirler ve bu iki elektron arasında bir değiş-tokuş enerjisi meydana gelir… Eğer iki elektron spinleri aynı yönde bulunuyorsa, değiş-tokuş enerjisi atomlar arasındaki bir geri-tepkiye karşılık olur ve hiçbir molekül oluşmaz; tersine, eğer spinler zıt yönde bulunuyorsa, değiş-tokuş enerjisi atomlar arasında bir çekime karşılık olur; ayrıca iki atom arasındaki çok küçük bir uzaklıkta, bu çekim sıfıra düşer ve atomlar birbirine biraz daha yaklaştığında, bir itme biçimine dönüşür; öyle ki, böyle bir durumda kararlı bir molekülün oluşması eğilimi doğar. Bu kuram, hidrojen molekülünün oluşmasını ve özelliklerini açıklamaktadır. Buradaki ana fikir de şöyle özetlenebilir: İki hidrojen atomunun elektronları, karşıt spinli bir elektron çifti oluşturmaya yatkındır; böyle bir çift, çok belirgin bir kararlılık niteliğine sahip olduğundan, iki atom arasında bağ hizmetini görür ve onları bir molekülde birleşik tutar. Açıklama bu yolla sunulduğunda, iki atomlu tüm moleküllerin ve giderek, iki atomdan daha çoğunu içeren moleküllerin oluşmasına da genelleştirilebilir.” (De Broglie, Yeni Fizik Kuantumları, sf. 231-232)

Elektronlar aynı yükle (negatif) yüklüdürler. Bundan dolayı birbirlerlerini dışlarlar (Pauli Dışlama İlkesi). Buna karşın atomları birbirine bağlayan elektronlardır. Bu nasıl oluyor? Karşıt spine sahip iki elektronun bir elektron çifti oluşturmasıyla. Molekülü oluşturan atomlar arasındaki bağ bu şekilde kurulmaktadır. Daha çok sayıda atom dizgesinden oluşan moleküllere geçecek olursak; hidrojen molekülünün her biri bir elektrona sahip iki atomdan oluştuğunu söylemiştik. Bir atomun içerisinde daha çok sayıda elektron bulunabilir. Bu elektronlardan karşıt spinli olanlar birer elektron çifti oluştururlar, nötrleşir ve bir değerlik doygunluğuna ulaşırlar. Daha az sayıda bir kısmı ise bir elektron çifti kuramamış “bekar elektronlar”dır; bu elektronlar dışarı geldiğinde başka bir atomun elektronlarıyla birleşmek yönelimine girerler. İkiden de daha fazla sayıda atomlardan oluşan moleküllere doğru bunu genelleştirebiliriz.

Maddenin iki ayrı düzeyi arasındaki içsel bağ, kuramın gelişiminde, klasik fizik, kuantum fizik karşılıklılığı içerisinde nasıl kurulmaktadır?

Makromaddeler ve mikromaddeler, iki ayrı maddesel düzeyi oluşturmaktadırlar. Maddenin bu iki ayrı düzeyi arasında temel, niteliksel bir fark bulunmakla birlikte, birinden diğerine dönüşüm, birinden diğerinin doğmasını sağlayan ögelere dayalı, iç süreçsel bir bağ vardır. Fizikçiler, ilk dönemde doğal ve kaçınılmaz olarak bu temel farklılıkları bilmiyorlardı; klasik fiziğin yaklaştırımları içerisinde dönüşünüyorlar, ölçü, deneysel yöntemler, kavramsal yaklaşımda onun sınırlılıklarını taşıyorlardı. Etki Kuantumunun bulgulanmasından sonra da bu yaklaşım, bir düşünce karmaşası içerisinde sürdü. Mikromaddelerin özellikleri, özgüllükleri bulgulandıkça kuantum kuramı da gelişti. Buna karşın gözlem, deney, kavramlaştırmada düşünsel karmaşa, maddenin iki ayrı düzeyi arasındaki temel farklar öte yandan varolan içsel bağların birlikte değerlendirilmesinde, mikromaddelerin hareket özellikleriyle birlikte çözümlenmesinde sürmekteydi. Bu dönem, fizikçiler arasında da fiziksel ve felsefi düzeyde yoğun tartışmalar yaşanıyordu. Kuantum kuramının geliştirilmesine önemli katkılar yapmış bir bölüm fizikçi dahil içlerinden bir kısmı, fenomenonolojik ve pozitivist yaklaşımın sınırlılıkları içerisinde ve daha da geriye giderek derin bir savruluş gösterdiler.

20. yüzyılın hemen başında, enerjitizm adı verilen (maddeyi enerjiye indirgeyip, Mach’çılıkta ifadesini buluyor) akımla, modern fizikte, materyalizm karşıtı görüşlerle felsefeye de aktarılan bir kriz doğmuştu. Kuantum fiziksel gelişmelerden felsefeye aktarılan metafiziksel-idealist sonuçlamalı görüşler 20. yüzyılın başlarındaki krizin devamı olarak görülmelidir. Bilimsel gelişim süreçlerinde karşı karşıya olunan yeni sorunların yanıtlanmasının ortaya çıkardığı zorlukların ötesinde, makromaddelere ilişkin genel düzeydeki bilgilerden, maddenin hareket ve dönüşüm süreçleri içerisinde, içsel özellikleri, enerjinin dönüşüm süreç ve biçimleriyle birlikte kavranılmasının gerekliliği, klasik fiziğin sınırlı yaklaşımlarının dışına çıkmayı gerektiren mikromaddelerin özellikleri, farklı düzeyden bir yaklaşımı zorunlu hale getirmiştir. Her bir maddesel düzeyin ve dönüşümü sağlayan hareketin tüm biçimlerinin ayrı ayrı, özgüllükleriyle kavranılmasının yanı sıra dünyanın/evrenin maddeselliği bütünsel kavrayışı en temele yerleştirilmelidir. Madde ve hareketin farklı düzey ve formları arasındaki bağıntılandırma önemli olduğu gibi doğanın materyalist kavranışı için bu bütünsel bağıntı zorunludur.

Fizikteki gelişmeler, klasik fiziğin yaklaşımlarını aşan bir bakışı gerektiriyordu. Yeni bulgularla, hareketin doğrusal bir çizgi üzerinde görüldüğü, bir sistemin başlangıç durumundaki konum, hız parametreleri bilindiğinde ilerki bir durumunun da bilinebileceği üzerine Newton fiziğinin yaklaşımları sarsılıyor, yeni bulgu ve olguları açıklamakta yetersiz kalıyordu. Einstein’ın Görelilik Kuramı klasik fizikten ayrılıyordu. Zamanın da eklenmesiyle dört boyutlu uzay zaman süreklisi gibi klasik fizikten ayrılan yeni kavramlar fiziğe giriyordu. Evrende hiçbir şey, hızı saniyede 300.000 km olan ışık hızından daha hızlı olamaz. Hız arttıkça zaman kısalır. E=mc2. Görelilik kuramının bulgularıydı. Uzay/zaman eğrisinin Öklid-düz yüzeyler geometrisi ile ölçümü olanaklı değildir, jeodezik bir ölçüm gerektirir. Buna karşın Görelilik Kuramı kuantum fiziğinde ortaya çıkana benzer bir karışıklık yaratmadı. Klasik fizikte önceden bilinen ölçüm ve hesaplama yöntemleri, Riennam geometrisi (eğri yüzeyler geometrisi) kullanıldı.

Mikromaddelerde ise, maddesel noktaların hareket şekilleri, özellikleri Newtoncu görüşler üzerinde yükselen klasik fiziğin yaklaşımlarına uymamaktadır. Kaba deterministik neden/sonuç bağıntılarını kuantum fizik alanında gözlemleyebilmek olanaklı değildir. Ayrıca maddesel noktalar klasik fiziğin kullanılagelen deneysel araç ve yöntemleriyle gözlemlenebilir olmaktan çıkmıştı! Bir atom, milimetrenin on milyonda biri büyüklüğüne sahip. Atomu oluşturan parçacıklar ise çok çok daha küçükler.

Dolayısıyla klasik fiziğin yaklaşımları içerisinde bilimsel gerçekliğin zorunlu koşulu ve araçları olan gözlem, deney ve sonuçlandırmayı sınırlandırıp zorlaştırıyordu.

Yine o güne kadarki fizik yaklaşımı içerisinde, Newton mekaniğinde bir cismin en önemli özelliği kütlesidir. Hareket eden bir cismin momentumu, hızı ve kütlesiyle orantılıdır. Eğer kütle yoksa momentum ve enerji de yoktur. Foton gibi parçacıkların özellikleri ise klasik fiziğin bu yaklaşımı ile tümüyle farklıdır. Fotonlar kütlesizdir, enerjisi ve hızı vardır. Ayrıca parçacıklarda enerji çoğulluğu, farklı hareketlerde bulunabilme özellikleri vardır vb. Bundan dolayı, mikromaddelerde, kuantum fizikte kaba deterministik sonuçlamalara gitmek olanaksızdır.

Kuantum fizik, eski fizikle tüm bağlarını kopartmadan fiziğe yeni bir bakışı gerektiriyordu. Fakat bu sadece fiziksel yaklaşımlar için değil felsefedeki yaklaşımlar için de gerekliydi. Fizikteki tıkanma, burjuva bilim felsefesinin ve onun yöntemlerinin tıkanmasının açığa vurmasıydı aynı zamanda. Fenomenolojinin ve pozitivizmin yöntemleri, kuantum fiziksel alanı açıklayamaz.

Görüngücü ve olgucu yaklaşım içerisinde, önceki kaba sınıflandırma ve ayrımların, hareketin genel biçimlerinin gözlem ve deneye bağlı açıklanması anti-diyalektik ve idealist yönlerine karşın tümden sırıtmıyordu. Kuantum fizik alanında mikromaddelerde ise bu olanaklı değildir; ya olması gerektiği gibi maddeci bir diyalektik anlayışa doğru yönelinecek ya da kuantum fiziksel alan, mikromaddeler, “anlaşılmaz”, “bilinemez”, “gizler”le dolu bir alan olarak görülüp Heisenberg’in yaptığı gibi mistik bir idealizme doğru savrulunacaktı. Kuşkusuz, fizikçi ve felsefecilerde değişik görüşler, ara düzeylerde yer alanlar bulunmaktadır.

Makromaddelerden mikromaddelere geçilirken bilinemezcilik ve belirlenemezcilik kapısı açılmakta, utangaç materyalizm de idealizm yönünde terkedilmekte, mistisizmin at oynatacağı bir alan açılmaktadır.

Maddenin iki ayrı düzeyi arasındaki bağın birbirinden kopartılarak makromaddelerle mikromaddeler arasında hiçbir bağ yokmuş gibi gösterilmesi, kuantum fizik alanından çıkartılan idealist felsefi yaklaşımlardır. Hareket özellikleriyle birlikte mikromaddelerin, maddeye ilişkin fizikteki geleneksel imgeyi sarsması, “maddenin özünün bilinemeyeceği”ne ilişkin eski idealist saçmalıkla birleştirilerek materyalizmin reddi yönünde kulanılıp derinleştrilmektedir. Oysa, birbirine dönüşebilen iki ayrı maddesel düzey vardır; bu dönüşümü sağlayan ögelere dayalı içsel bir bağ bulunmaktadır. Diyalektik materyalizmin tekrar baş aşağı edilmesine karşı, bu karşılıklı bağı göstermeliyiz.

Pozitivist Mach’cı görüşlerin kararlı bir eleştirmeni olan Max Planck, 1900 yılında termodinamikte ışısal ışınıma ilişkin bir çalışma yürütürken yeni bir evrensel değişmezin (Planck Sabiti) belirlenmesinin zorunlu olduğunu bulguladı. Planck tarafından açıklanan etki kuantumu, evrendeki makroskopik büyüklüklerle mikroskopik küçüklükler arasındaki sınırı belirtir. Klasik fizikteki çalışmalardan gelinerek ulaşılan bu noktada, maddenin iki ayrı form düzeyinin farklı hareket şekilleriyle ayrımı ortaya çıkmaktadır. Etki kuantumunun, makroskopik büyüklükler alanında “sıfır” kabul edilebilir, ama mikroskopik küçüklükler alanında önemi çok büyüktür, biçimindeki görüşü bu ayrımın matematiksel düzeydeki ifadesidir.

İzleyen dönemde kuantum kuramının gelişimi, dalga-parçacık ikilemine son veren De Broglie’nin mikro-parçacıkların dalga karakteristliklerine de sahip maddesel dalgalar oldukları yönünde bulgusu, mikro parçacıkların hareket biçimlerinin niteliksel farklılığını da göstermekteydi. Mikromaddelerin, parçacık ya da dalgasal hareketi, N. Bohr’un ileri sürdüğü gibi birbirlerini dışlayan değil aynı şeyin iki ayrı görünümüydüler. Heisenberg’in kuantum mekaniği, Schrödinger’in dalga mekaniği ve onu uzayı da kapsayacak, görelilik kuramının gereklerini de içerecek biçimde formüle eden Dirac Denklemi, Pauli Dışlama İlkesi, N. Bohr’un olasılık hesapları kuantum kuramının köşe taşlarını oluştururlar. Bu kuramlar, mikromaddelerin özelliklerinin bulgulanmasıyla geliştirildiler. Makromaddelerle ayrımsal özellikleri kuantum kuramının geliştirilmesinin temelini oluşturduğu gibi fiziksel düzeyde klasik ve kuantum fiziksel alan arasındaki bağlarda makro ve mikromaddelerin özelliklerinden yola çıkılarak sürekli kurulmaya çalışılmıştır.

N. Bohr’un bulguladığı Karşılama İlkesi, makromaddelerle mikromaddeler arasındaki bağıntının, klasik ve kuantum fiziksel düzeyde kuruluşunu gösterir. Karşılama İlkesi’yle maddenin farklı düzeyleri bağıntılandırılarak kuramsal düzeyde ilkesel olarak tanımlanmakta, hesaplamalarda yaklaştırımlı sonuçlara ulaşılmaktadır. Karşılama İlkesi’ne göre, etki kuantumun dikkate alınmayabileceği büyüklüklerde, kuantum mekaniğinin kanunları klasik mekaniğin kanunlarına dönüşür. N. Bohr, Karşılama İlkesi’ni ilk kez hidrojen atomunun enerji düzeylerinin temel sabitleri için yaptığı hesaplamaları doğrulamada kullandı. Farklı yöntemlerle gerçekleştirilen deneyimlerde de Karşılama İlkesi kullanılmaktadır. (Bkz. Üniversite Fiziği-Helyum, Lityum Deneyleri, sf. 652-653)

Maddesel iki ayrı düzey arasındaki bağıntıyı gösteren, onun üzerinde yükselen bu kuram, bilgi teorik açıdan da önemlidir. Tek yanlılaştırma, parçalara ayırma ve bu temelde görelinin mutlaklaştırılması biçimindeki görüşe karşı madde formları arasında bütünsellik ilişkisini kurarak, bilginin göreliden daha tam bilgiye doğru gelişimini, göreli ile mutlak arasındaki içsel bağın da anlaşılmasını olanaklı kılar.(*)

Maddenin iki ayrı düzeyi, makro ve mikro ölçekteki olaylar arasındaki bağıntıyı, geçiş sürecinin gelişimi (etki kuantumunun bulgulanması) ve etki kuantumunun dikkate alınmayabileceği durumlarda Karşılama İlkesi’nin uygulanması örnekleri üzerinden gösterdik. Bu kuramsal örnekler, maddenin alt ve üst formları arasındaki içsel bağıntıyı, nicel ve nitel gelişimdeki süreklilik ve sıçramalı gelişimi gösteriyor; bizzat kuramsal gelişim, klasik, kuantum fiziğinin gelişimi, parçacık özelliklerinden hareketle madde imgesinin değiştiği biçimindeki idealist, metafiziksel sonuçlamaların yanlışlığını ve safsatadan ibaret olduklarını göstermektedir. Doğabilimlerindeki gelişmeyle, maddeye ilişkin yüzeysel kabul, utangaç materyalizm maddenin bilinegelenlerden farklı formlar ve hareket özellikleri gösterdiği kuantum fiziksel alandan çıkarılan yanlış sonuçlarla mistik idealist yönde kırılmaya uğratılmıştır.

Kuantumdan klasiğe geçiş: “Bağıntısızlaşma”

Kuantum fiziği alanında yürütülen çalışmalar, materyalizm karşıtı bu görüşlere etkili darbeler indirmektedir. Son dönemlerde gerçekleştirilen kuantumdan klasiğe geçişi açıklayan çalışmalar, belirlenemezci ve bilinemezci görüşlerin üzerinde en fazla spekülasyon yaptıkları konulara da açıklık kazandırmaktadır. Helen Guillemot imzalı Şubat ‘99 tarihli “Madde Nasıl Gerçek Olur?” başlıklı, son dönemlerde gerçekleştirilen bazı deneyimleri yorumlayan yazısı, “Doğa Şizofren Olabilir mi?” sorusuyla paradoksal bir görünümün varlığına işaret ettikten sonra:

“Yine de göz önünde bulundurulması gereken bir gerçek var: Makroskopik maddeler net bir biçimde mikroskopik boyutlu parçacıklardan oluşurlar. O halde büyük ölçekli maddeyle küçük ölçekli madde arasındaki ikirciklik, açık bir saçmalıktır! Bu bulgu bizi fizik dünyasında bir terslik olduğu yargısına ulaştırır. Tabloyu bir derece daha netleştirirsek, tersliğin klasik fiziğin sahasıyla kuantum fiziğinin hüküm sürdüğü saha arasındaki sınırı çizen bölgede bulunduğunu görürüz. Şu soru dikilir karşımıza: Kimseye ait olmayan bu karanlık bölgede, doğa yasalarının ve dünyanın algılanışının tamamıyla başkalaşım geçirmesine sebep olan nedir? İşte bu, modern bilimin zorlu problemlerinin başını çeker.”

Yazar, kuantum mekaniği ile klasik mekaniğin birleştirilmesine dikkat çeken “Faysız Bir Teori” ara başlığıyla şöyle devam etmektedir:

“İşin aslı, bu yakıştırmanın yakın zamana kadar geçerli olduğudur. Çünkü fizikçileri otuz yıldır peşinden sürükleyen kuantumdan klasiğe geçiş, çözümlenme aşamasında. Onbeş yıl önce taslağı yapılan ve bu iki dünya arası geçişi açıklayan teorik model, başarıyla geliştirilmekte. Teoriye verilen isim Bağıntısızlaşma.(*) İki-üç yıldır yapılagelen kurnazca deneyler, geçmişte ‘yanaşılmaz’ olarak nitelenen kuantal sınır bölgelerine ulaşılmasına olanak tanıdı.

“Paris’te, Serge Haroche ve Jean-Michel Raimond adlı iki fizikçi bilim tarihinde ilk defa kuantum dünyasından çıkıp klasik dünyaya geçiş yapan bir sistemin şaşırtıcı başkalaşımını dolaysız biçimde incelemeyi başardılar.”

Schrödinger’in Kedi Deneyimi

H. Guillemot, “kuantal tuhaflıklar” olarak nitelenen kuantum alanının özgüllükleri içerisinden ve ne gibi sorunlarla karşı karşıya kalınarak kuantum teorisinin geliştiğinin bir özetini veriyor. Bütününün okunmasını ayrıca salık verdiğimiz yazının konumuzla ilgili bölümünde ise, “kuantal tuhaflıklar”ın bir örneği olarak Schrödinger’in Kedi Deneyimi üzerinde de durulmaktadır. Klasik fiziksel yaklaşım içerisinde, alışageldiğimiz düşünce kalıplarıyla anlaşılması güç, paradoksal bir durumun varlığını göstermek amacıyla ileri sürülmüştür Kedi Deneyimi. Nesnel gerçekliğin bilgisine gözlem yoluyla ulaşılamayacağının bir örneği olarak kulllanılmakta, felsefi düzeyde belirsizlik ve bilinemezcilik üzerinden metafiziksel sonuçlamalara gidilmektedir.(**) Aktaracağımız bölüm, bu deneyime de belirsizliğin aşılması yönünde açıklık kazandırmaktadır.

“Onlarca yıl, bu soru üzerine bir adım dahi ilerleme kaydedilmedi. Yine de 1935′te kuantal mekaniğin kiurucularından Avusturyalı Ervin Schrödinger, gizemli ‘dalga paketi indirgenmesi’ ilkesinin akıl almazlığına işaret etmişti. Bunu vurgulamak amacıyla mantığını sonuna kadar kullanarak meşhur ‘düşünce deneyine’ başvurdu.

“Sıkıca kapatılmış bir kutu içerisinde bir kedi hayal edelim. Ayrıca kutuda, radyoaktif bir atom ve zehir yayabilen bir cihaz bulunsun. Mekanizmayı, radyoaktif atom parçalandığı taktirde cihazın zehir yaymasını sağlayacak şekilde kuralım. Parçalanma gerçekleştiğinde zehir yayılacak ve kedi ölecektir.

“Ortamların kurbanı kuantal sistemler”

Ne var ki radyoaktif parçalanma kuantal bir olaydır: Atom ölçülemediği sürece ‘parçalanmış-parçalanmamış’ durumların aynı anda olması söz konusudur. Bunun anlamı, kutunun içindeki mekanizmanın da ‘parçalanmış atom/ölü kedi’ ve ‘bütün atom/canlı kedi’ ikilisinden oluşan bir durum çoğulluğu içerisinde bulunduğudur. Kısacası bu sistem ölçülene kadar kedi hem diridir, hem ölü!

“Deneyin saçmalığı besbelli… Ama kanıtlanması güç, en azından kediyi kuantal bir parçacıktan farklı kılan etmenleri gösterene kadar… Sorun yine malum ‘kuantal-klasik sınırı bilinmezi’…

“Modelin teorik ve deneysel düzeyde geliştirilmesi için ‘80′li yılların beklenmesi gerekti.1982 yılında Los Alamos Ulusal Laboratuarı’nda araştırma görevlisi Wojcieh Zurek, geçmiş yıllarda el atılmış ve geliştirilmeden bırakılmış basit fakat dahiyane bir düşünce öne sürdü: Dalga paketi indirgenmesini ateşleyen, kuantal sistemin içinde bulunduğu çevreyle kurduğu ikili ilişkidir ve kuantal sistemlerin yalıtımında, hiçbir zaman çevreleriyle aralarındaki ilişki tümüyle koparılacak derecede mükemmel bir yalıtım sağlanamaz.

“Bu ‘çevreyi’ söz konusu ederken, Schrödinger’in deneyindeki hava moleküllerine, zehir yayan cihaza ve ortama sızan fotonlara gönderme yapıyor ve deney sonucuna açıklık getiriyordu.

“Diğer yandan Zurek, çevreyle kurulan birçok ilişkinin, sistemin kuantal titreşim girişimlerinin süratle yıkılmasına sebep olduğunu kanıtladı. Titreşim girişimleri, dalga özellikli bir devinime sahiptirler ve kuantal bir tavır sergilerler. Titreşim girişimi yıkıldığı zaman çevre, durum çoğulluğunu ortadan kaldırmış olur ve sistemin kuantal tavrı, kendini klasik tekilliğe bırakır.

“Makroskopik bir cismin -örneğin bir kedinin- tüm atomları, bulundukları ortamın atomlarıyla etkileşirler. Tüm bu etkileşimler, kuantal özellikli titreşim girişimlerinin kendiliğinden bulanıklaşmasına ve hemen hemen eş zamanlı biçimde yıkılmasına neden olur. Kuantal fiziğin bizim ölçeğimize uygulanamamasının sebebi de budur: Sistemler asla yalıtılamaz!(*)

“Bu tekilleme, bağıntısızlaşma olarak adlandırılmıştır; çünkü geçiş çoğulluğu oluşturan tekil durumlar arasında bulunan bağların yıkılması olayıdır.

“Bağlantısızlaşmanın sürati, sistemin büyüklüğüyle doğru orantılıdır: Yaklaşık 1027 parçacıktan oluşan bir kedinin bağıntısızlaşma süresi, 10-23 saniyedir. Bu da neden hiç kimsenin hem ölü, hem diri bir kedi görmemiş olduğunu açıklar! Ve tabii ki bağıntısızlaşma olayını gözlemlemenin güçlüğünü de…”

“Yasakları yasallaştıran fizikçiler”

Birkaç yıldır, kuantal-klasik sınırı, ampirik anlamda da yasallaşmış durumda; teknik gelişmeler sayesinde, bugün deneysel yolla ulaşılması mümkün. Yıllardır kuramsal tartışmaların konusu olmaktan öteye gidememiş meşhur ölçüm ve ‘dalga paketi indirgenmesi’ problemleri, artık saklandıkları kabuktan çıkıyorlar. Teknik titizlikler ve kurnazlıklar sayesinde fizikçiler, eski yasakları delebiliyorlar: Kuantal bir cismi, işleyişini bozmadan gözlemleyebiliyor, durum çoğulluklarına tanık olabiliyor, kısaca yıllarca ‘yanaşılmaz’ olarak nitelendirilen gerçeklere ulaşabiliyor ve tüm bunlar, kuantal prensipler çiğnenmeden, aksine bu prensiplerden destek alarak gerçekleştiriliyor.

“Serge Haroche, durumu şu şekilde özetliyor: ‘Bugün yeni olanakar sayesinde kuantum fiziğinin boyutlarını teker teker aydınlatma ve dolayısıyla daha ileri bir kesinlikle tanıma olanağına sahibiz.’ Schrödinger’in çılgın deneyi bile, yıllar sonra, bir kedi katline ihtiyaç duyulmaksızın gerçekleştirilebiliyor.

“Serge Haroche ve Jean-Michel Raimon, iki yıl önce bağıntısızlaşmayı gözlemlemeye olanak tanıyan ilk deneyi sonuca ulaştırdılar. Deneyde kedinin yerini alan yeni kurban, mezoskobik (orta ölçekli), mikroskobik bir hayvandan daha yavaş bağıntısızlaşan bir sistemdi. Bu amaçla ikili durum çoğulluğundan (kuantal hal) tekil bir duruma (klasik hal) yönelme kabiliyetine sahip, foton gruplarından oluşan bir elektrik akımı yaratıldı. Deney sırasında tanık olunan bağıntısızlaşmanın, teorik hesaplardan yola çıkılarak çizilen eğriyle örtüştüğü gözlendi.”

Kedi masalı tutarlı bir teorik görüş ve deneyle açıklanmakta ve sona ermektedir.(**) Schrödinger’in bir pardoksu göstermek için ileri sürdüğü, bir muammaya dönüştürülen, nesnel gerçeğin bilinemeyeceği, gerçeğin, kişiye, gözlemcinin sorduğu soruya göre değişeceği -neyi görmek istiyorsak onu görürüz, neyi bulmak istiyorsak onu buluruz- idealist metafiziksel çarpıtmalara tutamak yapılan tuzak soru yanıtlanmış olmaktadır. Aynı anda hem ölü, hem diri bir kedi olamaz; birbirinden niteliksel olarak farklı iki durum aynı an içerisinde birlikte bulunamazlar. Bir canlının aynı zamanda hem ölü, hem diri olamayacağı basit mantık kategorileri ve gözlem yoluyla kolaylıkla bilinebilir bir durumdur. Bir şeyin hem kendisi olması hem de kendisi olmaktan çıkması -karşıtların birliği ve mücadelesinin, nicelikten niteliğe geçişin ifadesi olan- diyalektiğin temel yasalarının uygulanışı, niteliksel ayrımları ortadan kaldırmaz. Formel düşünüşe, dogmatizme etkili bir darbe indiren, onlarla temelden karşıtlık içerisinde olan diyalekitiğin yasalarının uygulanması da diyalektiktir.

Schrödinger’in Kedi Deneyimi’nin idealist felsefi yorumu, gerçekliğin objektif karakterinin yadsıyıp her kişinin kendine göre de oluşturabileceği bir öznel gerçeklik tasarımına varmaktadır. Hem ölü, hem diri kedi; aynı anda iki gerçeklik! Bu noktadan postmodernizmle de sıkı sıkıya kucaklaşıldığını, postmodernizme örtük, bilimsellik salçası sürülmüş bir zemin kazandırılmaya çalışıldığı ya da bulunduğunu görmek gerekir. Kişiye göre değişen gerçeklik, gerçekliğin öznel tasarımı, dışımızdaki maddi dünyanın objektif varlığının inkarıyla iç içedir. Bazıları utangaçça, bazılar da bu ‘düşünce yolu’nun kaçınılmaz sonucu olarak idealizmlerini mistisizme vardırmaktadırlar. Dışımızdaki maddi dünyanın varlığının kabulü ve nesnel gerçekliğin olduğu gibi kavranılışı materyalist görüşünden ayrılıp öznel tasarıma dayalı anlaşılamaz, açıklanamaz bir gerçeklik kavramına ulaşılırsa mistik idealizmin kapısı açılmış olacaktır. Geriye kimilerinin bu kapıdan kararlılıkla, “derin gerçekliği” keşfetmiş olarak, kimilerinin de utangaçça ‘zorunlu’ olarak girmeleri kaçınılmazdır. Kuantum fiziğinin idealistçe yorumlanmasının, mistik idealizme varması hiç şaşırtıcı değildir. Materyalizm yoluyla ulaşılamayacak olan gerçekliğin bilgisine ancak idealist bir bütüncül (holistik) yaklaşımla ulaşılabilir! Gerçekliğin “derin” bir kavranışı için içgörü-Hint felsefesi, tasavvuf yolu!..

Kuantum fiziksel alanda yürütülen çalışmalarda ulaşılan sonuçlar ve elde edilen yeni bulgular, Schrödinger’in Kedi Deneyimi ile ortaya konulan paradoksu sona erdirmektedir. Bilimsel çalışmanın ilerlemesi, mistisizmin, her türlü idealist görüşün en güçlü “kanıt”larını yok etmekte, doğa bilimlerinin bugün ulaştığı gelişme düzeyi, diyalektik materyalizmi doğruladığı gibi ortaya çıkan yeni sorun ve olguların materyalist bir diyalektik dışında da açıklanamayacağını da göstermektedir.

Kuanta-klasik sınırına, kuantadan gelerek ulaşan ve birinden diğerine geçişi de kavramamızı sağlayan deneyimleri aktaran Helene Guillemot’un yazısından bir bölüm daha aktaracağız. Kuantumdan klasiğe geçişi açıklayan Bağıntısızlaşma Teorisi, evrendeki durumu daha iyi anlamamızı sağlamaktadır.

“Kuantal Bilgi”

“Yakın zamana kadar yapılan deneyler, kuantal dünyayla klasik dünyayı barıştırma çabasını paylaştılar. Santa Barbara Üniversitesi’ndeki James Hartle ve California Teknoloji Enstitüsü’nden Murray Gell-Man (1969 Nobel Fizik Ödülü), bağıntısızlaşmanın zaman içinde tersine döndürülemeyeceğini kanıtladılar: Bir fincan kahvedeki küp şekerin, çözündükten sonra tekrar bütün hale dönüşünden söz edilemeyeceği gibi tekillenmiş sistemin durum çoğulluğuna dönüş yapması da mümkün olamazdı. Bu örneklemeyle, zamanın yönelimi de vurgulanmış oluyordu.

“Öte yandan, Paris Üniversitesi profesörü Roland Onnes, tuhaflıklarına rağmen (durum çoğulluğu, rastlantının rolü vs.) kuantal yasaların nasıl tekil, determinist, yani ‘normal’ gibi gözüken olayları meydana getirdiklerini mantık alanında göstermek üzere kolları sıvadı: ‘Bugüne kadar fizik yasalarını anlamak, onları klasik felsefe kalıplarına mahkum ederek açıklamak anlamına geliyordu. Bugün ters yönde ilerlemeli.(*) Ortak sağduyunun mantığı, defalarca doğrulanmış kuantal ilkelerden yola çıkarak bulunabilir ve anlaşılabilir. Bu yeni yaklaşım ‘anlamak’ kelimesinin gerçekten ters yüz edilmesidir. Kant’ın önsel (a priori) sentetik yargılarını kuantal fizik aracılığıyla kanıtlıyoruz.’

“Bağıntısızlaşma teoremine borçlu olduğumuz ters yüz edilen bir başka perspektif ise bilgi kavramının kuantum teorisine girişidir. Şöyle ki, anlık sistem çevre etkileşimini, kuantal sistemden dış dünyaya sızan bir haber olarak yorumlayalım. Tüm haber sızıntılarında çoğul durumlar, birbirlerinden ayrışacaktır (bağıntısızlaşma). Titreşim girişiminde bulunabilmeleri (kuantal) davranmaları için tek şart, çoğul durumların birbirlerinden ayrılmadığı, yani haber sızıntısının olmadığı bir dinginliğin varlığıdır. Ve şöyle bir etrafımıza baktığımızda, evrende gözümüze çarpar durum tekilliği, bize çevrenin, kapsadığı kuantal sistemleri kesintisiz biçimde ölçtüğü, bu sistemlerden haber sızdırmaya çalıştığı ve onları klasikleşmeye zorladığı izlenimi verir. Görüldüğü gibi, doğa, tüm işin üstesinden gelebiliyor…

“Bağıntısızlaşma teorisi, fizikte bir devrim olarak nitelenebilir mi? ‘Devrim’ yerine ‘çözülme’ kelimesini kullanmamız, kuşkusuz daha doğru bir ifade olur. Çünkü teori, yüzyılın son üç çeyreğinde yayınlanmış kuantal ilkelerden hiçbirini devirmiyor. Aksine bilimi bu denli ‘yolundan eden’ kuantum fiziğinin klasik dünyamızı ne şekilde oluşturduğunu açıklıyor.

“Jean Marc Levy-Leblond, kuantal teorinin daha çok bir devrimin sonu, tüm sistemin işleyişinin anahtarı olduğunu düşünüyor. Leblond’a göre Bağıntısızlaşma, sistemin yolunu açan temel bir ilke. Doğru pist üzerinde bulunduğumuz açık; ne var ki problemlerin tümünün çözüme ulaştığını iddia etmek imkansız. ‘Kuantal-klasik sınırı’ meselesi, ‘dalga paketi indirgenmesi’ uğraşısından daha kök söktürücü: Henüz klasik özelliklerin kuantal ilkelerden çıkarılması hakkında herhangi bir bilgimiz yok. Örneğin fizikçiler, bir çakıltaşının sert olma nedenini ya da suyun 100 derecede kaynama gerekçesini anlamak için milyarlarca parçacık üzerinde yapmaları gereken hesaplamaları uygulayabilmiş değiller.

“Görüldüğü gibi Bağıntısızlaşma teorisi, makroskopik dünyayla parçacıkların dünyası arasında bulunan dipsiz uçuruma ilk sağlam köprüyü atarak, kuantal modelin fizikteki egemen rolünü benimsetiyor.” (Bilim ve Ütopya Dergisi’nin Temmuz ‘99, 61. sayısında yayınlandı.)

Bölümün başında kuantanın bulunuşuyla birlikte, atomdan parçacıklara, klasikten kuantum fiziğine bir geçiş yapılıyordu. Maddeye ilişkin atom düzeyinde olan bilgimiz, maddenin daha üst formlarından daha alt formlarına doğru inilirken maddenin oluşumunu, onu oluşturan ve bir arada tutan parçacık ve etkileşim kuvvetleriyle birlikte kavramamız yönünde derinleşti. Başlangıçta maddenin daha üst formlarından, makrobüyüklüklerden, daha alt formlarına, mikrobüyüklüklere geçişte kurulan bağıntı (Etki Kuantumu, Karşılama İlkesi vd.) kuantal fizik alanındaki sağlanan ilerlemeyle diğer yönden, kuantal fiziksel alandan gelinerek kurulmaktadır. Maddesel süreçlerin bütünlüğü, metafiziğe boşluk bırakmayacak biçimde doğrulanmış bulunmaktadır.


--------------------------------------------------------------------------------
* * Einstein’ın aşağıdaki görüşlerinde onu Oswald ve Mach tarafından savunulan enerjizme yaklaştıran argümanlar bulabiliriz. “Fiziği yalnız madde kavramı temeli üzerine kuramayız. Madde ve alan ayrımı, kütle ile enerjinin eşdeğerliği tanındıktan sonra doğal olmayan ve açıkça belirlenmemiş bir şeydir. Madde kavramını bir yana bırakıp katıksız bir alan fiziği kuramaz mıyız? Duyularımızda madde olarak izlenim bırakan, gerçekte enerjinin öncekine göre küçük bir uzayda büyük ölçüde yoğunlaşmasıdır. Maddeyi, alanın uzayda son derece kuvvetli olduğu bölgeler sayabilirdik. Böylelikle yeni bir felsefi taban yaratılabilirdi. Bunun son ereği, doğadaki bütün olayları her zaman ve her yerde geçerli yapı yasaları ile açıklamak olurdu.” (Fiziğin Evrimi, sf. 208-209) Einstein madde ve maddesel gerçekliği yadsımıyor, bu onu enerjist Machcı görüşten ayırır, onun yaptığı fizikalist bir uçlaştırmadır.

* * De Broglie’nin duraklı dalgayı tanımlarken yaptığı şu tespit dikkate değerdir: “Bir sınırlı ortam herhangi bir yapıdaki dalgaların yayımına elverişli olduğu zaman, bu ortamda duraklı titreşimler, eşdeyişle, uzaydaki toplu görünümleri zamanla değişmeyen titreşimler saptanabilir. Bu titreşimlerin biçimi, hem dalgaların yayılım denkleminin yapısıyla, hem ele alınan ortamın sınırlarının biçimiyle, hem de bu sınırlarda egemen olan koşullarla belirlenmiştir. Söz gelimi, ortamın sınırında egemen olan koşulların bu sınırlarda (iki ucu saptanmış, titreşen teller -iplikler- iki ucu yalıtılmış telsiz antenleri, vb.) titreşimleri sıfır olmaya zorlamalarıyla çok karşılaşılır: O zaman, zamana göre üst-uyumlu (harmonik) ve ortamın sınırlarında sıfır olan ve genliği, ortam içinde, her yerde sonlu, düzgün ve sürekli olan yayılım denkleminin çözümlerini yeniden araştırmak gerekir.” (Yeni Fizik Kuantumları, sf. 149-50)
* * Radikal’deki İsmet Berkan’dan Sabah ve Milliyet’in eklerinde yazan Seda Kaya Güler, Ayşegül Sönmez vb.’ne…

* * Bilimsel gelişme süreçlerinin bilgi teorik gelişiminin kavranılması, bilimsel bilginin önceki ve sonraki arasındaki diyalektik bağın anlaşılması için Üniversite Fiziği ders kitabından yalın iki alıntı yapacağız. İdealist yöntem, bilimsel gelişimde önceki ve sonraki bilgiyi birbirinden kopartmakta, bu şekilde göreli olanı mutlaklaştırıp yaklaşık ve daha tam bilgiye ulaşılabileceğini yadsıyarak bilinemezciliği körüklemektedir.

* “Karşılama ilkesi kısaca şudur: Başarılı bir teorimizin olduğunu varsayalım; belli bir bilgi çerçevesinde bilinen gerçeklerle uğraşmak için geliştirilmiş olsun. Yeni bilgiler elde edildikçe teori zorlukla karşılaşacak ve yeni bulunan gerçeklere uymayacaktır. Böylece eski teorinin yerine geçecek yeni bir teorinin geliştirilmesi zorunluluğu doğacaktır. Ancak yeni teori, eski teorinin uyuştuğu her şeyde eski teori ile uyuşmadıkça, başarılı olması beklenemez. Başka bir deyişle, yeni teori eski teorinin elverişli olduğu bölgede eski teorinin yaptığı aynı öngörüleri yapmalıdır. Bu şekilde eski teorinin yapısı ve kapsamı yeni teoriye temel bir sınama olanağı sağlar ve daha da ileri giderek yapısı tam olarak bilinmeyen yeni teorinin hangi doğrultuda gelişmesi gerektiğini gösterir.” (sf. 651)

* Şimdi de yine aynı kitaptan bu yaklaşımı örnekleyen bir aktarma yapalım: “Işık hızına yakın hızlarla yapılan deneyler klasik fizik kanunlarının yanlışlığını ispat etmez. Sadece bu kanunların sınırsız olarak kullanılamayacağını ve ışık hızının oynadığı olağanüstü rol nedeniyle yüksek hızlar için kullanırken düzeltilmesi gerektiğini ortaya koyar. Fizik kanunlarını göresel bölgeye genişletmeyi araştırırken klasik fiziği her zaman göz önünde bulundurmalıyız. Çünkü yapacağımız tüm değişiklikler, alçak hızlarda önemsenmeyecek kadar küçük olmalıdır. Bu herhangi bir teorinin geliştirilmesinde temel ilkedir.” (Üniversite Fiziği-PSSC, sf. 606)
* * Teorinin orjinal ismi “decoherece”dır; bütünün parçaları arasındaki bağıntı yoksunluğunu ifade eder.

* ** Felsefeci romancı Alev Alatlı’nın son romanı Schrödinger’in Kedisi/Kabus ismini taşıyor. Alev Alatlı, kuantum fiziğinden agnostik, mistik idealist felsefi sonuçlar çıkartanlardandır. Kuantum fiziğini Uzakdoğu felsefesiyle buluşturma eskilere dayandığından onun yaptığı, Anadolu tasavvufi gelenekleriyle paralel bağını kurmak oluyor; bundan dolayı da dinci gerici TV kanallarından, yayınlardan rağbet görüyor. Hafta sonları Radikal’deki yazılarını bu konulara ayıran İsmet Berkan gibiler ise kafa karıştıcı mikser rolünü üstlenmişlerdir. Alatlı’nın ‘Türkiye’nin Kedisi’ başlıklı internet sitesinin ise günde ortalama 700 kişi tarafından ziyaret edildiği belirtiliyor.

* * Çift yarık deneyiminde parçacığın hangi yarıktan geçtiğinin tespitini engelleyen de budur. Deliklerin yakınına konulan dedektör yıkıma yol açmaktadır.
* ** Deneysel kanıtlamanın gerçekleşmiş olmasının altını çizmek gerekiyor.

* * Kuantum düzeyden düşünmenin sonuç ve yansımalarından birisi, zaman, uzunluk gibi ölçü birimlerinin eskisinden farklı olarak artık atomik düzeylerden belirlenmesidir. Bu çok hassas (nano-metre, nano-saniye) ölçüm ve zaman belirlemelerinin yapılabilmesine olanak sağlıyor. Ve tabii en başta da kapitalizmin doğasına uygun olarak füzelerde, nükleer santrallerde kullanılıyor. Kuşkusuz depreme karşı erken uyarı sistemlerinin çalıştırılmasında, beyin ameliyatlarında, çok hassas ölçüm ve zaman ayarı gerektiren alanlarda da kullanılabilen bu buluşların yararları ve bilim tarihi açısından önemi büyüktür.

Çift Yarık Deneyi Hakkında Kısa Bir Animasyon

Bir Ders [Temel Fizik], Lectures on Physics'ten.. (Feynman)

[Richard Phillips Feynman, The Feynman Lectures on Physics, Volume 1, Chapter 2: Basic Physics]

Giriş

Bu bölümde, fiziğin sahip olduğumuz en temel ilkelerini, nesnelerin doğasını şu anda nasıl gördüğümüzü inceleyeceğiz. Bütün bu fikirlerin doğrulanmalarının tarihine girmeyeceğiz, bunu zaman geçtikçe öğreneceksiniz.

Bilimsel olarak ulaştığımız şeyler sayısız şekilde ve nitelikte karşımıza çıkarlar. Örneğin, kıyıda durup denize baktığımızda suyu, dalgaları, köpükleri, çalkantıları, suyun sesini, havayı, rüzgârı ve bulutları, güneşi ve mavi gökyüzünü ve ışığı görürüz. Çeşitli renk, görünüm, sertlik ve dayanıklılıkta kum ve taşlar vardır. Belki mutluluk ve düşünme bile vardır. Doğadaki herhangi bir diğer görünüş de benzer çeşitlilikte nesneler ve etkiler barındırır. Nerede bulunursa bulunsun her zaman bunun kadar karmaşıktır. Merak, soru sormamızı sağlar; böylece öğrendiklerimizi bir araya getirir ve çeşitli yönlerden kazanılmış bilgiyi anlayamaya çalışırız. Nispeten az sayıda doğal nesnelerden ve etkiyen kuvvetlerden sonsuz türde birleşimler oluşabilmesi sonucuna vardığımız gibi.

Örnek olarak: Kum, kayadan farklı bir madde midir? Belki de kum, çok büyük miktarda minik kayadan başka bir şey değildir! Ay büyük bir kaya parçası mıdır? Kayaları anlarsak kumu ve ayı da anlamış olur muyuz? Rüzgâr, denizdeki suyun çalkantısı gibi havada oluşan bir çalkantı mıdır? Farklı hareketlerin ortak özellikleri nelerdir? Değişik türlerdeki seslerde ortak olan nedir? Kaç farklı renk vardır? Ve sorular böyle devam eder. Bu yolla her şeyi basamak basamak çözümleriz, başta farklı görünenleri toplar, farklı olanların sayısını indirmeyi umar ve sonuçta onları anlamaya çalışırız.

Birkaç yüzyıl önce bu tür sorulara kısmen cevap verebilmek için bir yöntem geliştirildi. Gözlem, çıkarım ve deney bizim bilimsel yöntem dediğimiz şeyi oluştururlar. Bu bilimsel yöntemin uygulanmasıyla elde edilen temel fikirler veta temel fizik dediğimiz yalın tanımlarla kendimizi sınırlayacağız.

Bir şeyi "anlamak"la neyi kastediyoruz? "Dünya"yı oluşturan bu karmaşık, hareketli nesneler dizisini tanrılar tarafından oynanan ve bizim de seyircileri olduğumuz büyük bir satranç oyununa benzetebiliriz. Oyunun kurallarının ne olduğunu bilmiyoruz; yapmaya izinli olduğumuz tek eylem onu seyretmek. Eğer yeterince uzun zaman seyredersek kurallardan birkaçını şüphesiz yakalayabiliriz. Oyunun kuralları bizim temel fizikle kastettiğimiz şeydir. Kuralların hepsini bilsek bile yapılan her hareketi anlamamıza imkân yoktur çünkü çok karmaşıktır ve beyinlerimizin kapasitesi sınırlıdır. Satranç oynuyorsanız kuralları öğrenmenin ne kadar basit olduğunu, buna karşılık doğru hareketi seçmenin ve bir oyuncunun niye o hareketi yaptığını anlamanın ne kadar zor olduğunu biliyorsunuzdur. Aynısı doğa için de geçerli, sadece biraz daha fazlası. Fakat en azından bütün kuralları bilebilmemiz mümkün. Aslına bakılırsa bütün kuralları şu an için de biliyoruz. (Arada sırada rok gibi hâlâ anlayamadığımız hareketler yapılıyor.) Bütün kuralların bilinmemesi bir yana, bu kurallarla açıklayabildiğimiz hareketler oldukça sınırlı çünkü neredeyse her durum fazlasıyla karışık. O kadar ki oyundaki hareketleri kuralları kullanarak izleyemiyoruz, gelecekte ne olacağını aşağı yukarı tahmin ediyoruz. Bu yüzden yapmamız gereken, daha basit olan oyunun kuralları sorusuyla kendimizi sınırlamak. Kuralları bilirsek kendimizi dünyayı "anladık" sayabiliriz.

Oyunu iyice çözümleyemiyorsak "tahmin ettiğimiz" kuralların gerçekten doğru olup olmadığını nasıl anlayacağız? Bunun kabaca üç yolu var. Birincisi, doğanın kendisinin oluşturduğu veya veya bizim doğada oluşturduğumuz, davranışını kesin olarak önceden bilebileceğimiz durumlar olabilir. Böylece kurallarımızın nasıl çalıştığını deneyebiliriz. (Satranç tahrasının bir köşesinde sadece birkaç taş olabilir ve biz de onları kesin olarak inceleyebiliriz.)

Kuralları sınamanın ikinci yolu iyi bir yolu da onlardan türetilen daha az özel kuralları kullanmaktır. Örneğin, satrançtaki filin kuralı sadece çapraz hareket etmesidir. İzleyici, yapılan hamle sayısından bağımsız olarak aklında tuttuğu filin her zaman beyaz bir karede olacağını bilebilir. Böylece bütün detayları incelemeden filin hareketiyle ilgili olan düşüncemizi beyaz karede olup olmamadığına bakarak her zaman sınayabiliriz. Uzun süre bulunmasını beklediğimiz yerde bulunacaktır, ta ki onu bir anda siyah bir karede bulana kadar. (Geçen zamanda bu fil alınmış ve bir piyon tahtanın diğer tarafına geçerek siyah bir karede bir file dönüşmüştür.) Fizikteki durum budur. Uzun bir süre için detaylarla ilgilenemediğimiz zaman bile mükemmel çalışan bir kuralımız vardır fakat bir gün yeni bir kural keşfederiz. Temel fizik açısından en ilginç yerler kuralların işlediği değil, işlemediği yeni yerlerdir. Bu, yeni kuralları bulma yöntemimizdir.

Kuralları sınadığımız üçüncü yol baştan savma gelebilir ama hepsinden daha güçlüdür. Bu, kabaca yaklaştırmadır. Alekhine'in niye şu taşı oynadığını bilemeyiz ama belki onun şahını korumak için etrafını sardığını kabaca tahmin edebiliriz çünkü o durumda yapılabilecek en mantıklı hareket budur. Aynı yolla, çoğunlukla her küçük parçanın davranışını hesaba katamayan doğayı da aşağı yukarı anlarız.

Başlangıçta doğa olayları sınıflara ayrılmıştı: ısı, elektrik, mekanik, manyetizma, maddenin özellikleri, kimyasal olaylar, ışık (veya optik), X ışınları, çekirdek fiziği, kütleçekim, mezon olayları vb. Fakat asıl amaç bütün doğayı bir tek olay sınıfıyla görebilmektir. Temel teorik fiziğin bugünkü problemi budur. Deneyin arkasındaki yasayı bulmak ve bunları birleştirmek. Tarihsel olarak, bunları her zaman birleştirebildik ama gün geçtikçe yeni buluşlar yapıldı. Tam birleştirme yapıyorduk ki X ışınları bulundu. Sonra biraz daha birleştirdik ve mezonlar bulundu. Oyunun her safhasında işler karmaşıklaştı. Büyük bir miktar birleştirildi fakat her yöne sarkan teller ve ipler her zaman için var. Anlamaya çalıştığımız bugünkü durum bu.

Birleştirmenin tarihteki örnekleri şunlardır: Öncelikle ısı ve mekaniği ele alın. Atomlar hareketliyken, hareket ne kadar fazlaysa sistemdeki ısı o kadar fazladır. Böylece ısı ve bütün sıcaklık etkileri mekanik yasalarıyla betimlenebilir. Diğer büyük birleştirme elektrik, manyetizma ve ışığın aralarındaki ilişkinin keşfiyle oldu. Bunlar aynı şeye değişik yönlerden yapılan bakışlardı ve şimdi biz buna elektromanyetik alan diyoruz. Bir diğer birleştirme de kimyasal olayların, değişik türlerde maddelerin değişik özelliklerinin ve atomik parçacıkların davranışlarının birleştirilmesi ve kimyanın quantum mekaniğinin oluşturumasıdır.

Soru şudur: Her şeyin birleştirilmesi ve bu dünyanın bir tek şeyin değişik görünüşleriyle betimlenebilmesi mümkün olacak mıdır? Kimse bilemez. Bütün bildiğimiz, ilerledikçe parçaları birleştirebileceğimiz fakat bazı parçaların yine oturmadığını bulduğumuz ve yapbozu yapabilmek için çalışmaya devam ettiğimizdir. Sonlu sayıda parçanın olduğunu veya bulmacanın sınırlı olup olmadığını da bilmiyoruz. Bütün resmi tamamlayıncaya kadar da bilemeyeceğiz, tabii başarabilirsek. Burada yapmak istediğimiz, birleştirmenin ne kadar yapıldığını ve temel olayları en az sayıda ilkeyi kullanarak anlamak uğruna yapılan çalışmanın bugünkü durumunu görebilmek. Bunu daha basit yolla anlatmak için, maddeler neler içerir ve ne kadar az sayıda öğe vardır?

1920 Öncesi Fizik

Şimdiki görüşten başlamak biraz zor. Bu yüzden, 1920 civarındaki görüşlerle başlayıp bu resimden bir şeyler çıkaracağız. 1920'den önce dünya görüşümüz şuna benziyordu. Evrenin bulunduğu "sahne", Öklit tarafından tanımlanmış olan üç boyutlu geometrik uzaydır ve olaylar zaman denilen bir ortamda değişirler. Sahnedeki öğeler parçacıklardır, mesela bazı özellikleri olan atomlar. İlk olarak, eylemsizlik özelliği: Bir parçacık hareketliyse üzerine kuvvetler etkimediği sürece aynı yönde yoluna devam eder. Öyleyse ikinci öğe iki çeşidi olan kuvvetlerdir: Birincisi çok karmaşık ve detaylı bir etkileşme kuvveti türüdür ve değişik atomları değişik dizilişlerde tutar, tuzun sıcaklık arttıkça daha çok mu yoksa daha mı çözüneceğini belirler. Bilinen diğer kuvvet uzun erimli bir etkileşme, düz ve sessiz bir çekimdi. Uzaklığın karesinin tersiyle değişiyordu ve adı kütleçekimdi. Bu yasa biliniyordu ve çok basitti. Nesnelerin hareketliyken hareketli kalmalarının sebebi veya niçin bir kütleçekim olduğu tabii ki bilinmiyor.

Burada uğraştığımız doğanın bir tanımıdır. Bu bakışla, bir gaz veya aslında bütün maddeler hareketli parçacık yığınlarıdır. Böylece deniz kıyısındayken gördüğümüz birçok şey bir anda birbirine bağlanıverir. Önce basınç: atomların duvarlara veya ne varsa onunla çarpışmasından gelir; atomların sürüklenmesi, eğer hepsi aynı yöndeyse buna rüzgâr denir; rastlantısal iç hareketler ısıyı oluşturur. Çok büyük youpunlukta, birçok parçacığın içinde toplandığı dalgalar vardır ve bunlar ilerledikçe birçok parçacığı iter. Bu çok yoğun dalga sestir. Bu kadarını anlamak bile çok büyük bir başarı.

Ne tür parçacıklar vardır? O zamanlarda 92 tane oldukları söyleniyordu. 92 değişik tür atom keşfedilmişti. Kimyasal özellikleriyle ilgili değişik isimleri vardı.

Sorunun diğer bölümü kısa erişimli kuvvetlerin neler olduğu oluşturuyordu. Niye karbon bir veya iki oksijeni çeker de üç oksijeni çekmez? Atomlar arasındaki etkileşimin mekanizması nedir? Kütleçekim midir? Cevap hayır. Kütleçekim çok zayıf. Kütleçekimine paralel, uzaklığın karesinin tersiyle orantılı fakat çok daha etkili bir kuvvet düşünün. Fakat bir tek farkı var: Kütleçekimde her şey her şeyi çeker ama burada iki cins şey olduğunu düşünün ve bu yeni kuvvette (tahmin ettiğiniz gibi elektriksel kuvvet) aynı olanlar birbirini itsin, farklı olanlar çeksin. Bu güçlü etkileşmeyi içeren "şey" yüktür.

Şimdi elimizde ne var? Birbirini çeken iki farklı yük olsun, bir artı ve bir eksi. Birbirlerine iyice yapışırlar. Biraz uzakta başka bir yük daha olsun. Çekim hisseder mi? Pratikte hiç etkimez çünkü ilk ikisi boyutça birbirlerine eşitse birinin çekimi diğerinin itimini dengeler. Böylece kayda değer her uzaklıkta çok küçük bir kuvvet hissedilir. Diğer taraftan, eğer sonradan eklediğimiz yükü diğerlerine çok yaklaştırırsak çekim artar çünkü aynı olanların itimi ve farklı olanların çekimi farkları yaklaştırmaya, aynıları uzaklaştırmaya çalışır. Artı ve eksi elektrik yüklerinden oluşan atomların birbirlerinden uzaklaştırıldıklarında çok az kuvvet hissetmelerinin (kütleçekiminden ayrı olarak) sebebi budur. Yaklaştıklarında birbirlerinin "içini görebilirler" ve yüklerini tekrar düzenlerler. Bunun sonucunda da çok kuvvetli bir etkileşmede bulunurlar. Atomlar arasındaki en önemli etkileşme elektrikseldir. Bu kuvvet devasa olduğundan bütün artılar ve bütün eksiler gelebildikleri kadar birbirlerinin yakınına geleceklerdir. Her şey, biz bile etkileyici bir düzende çok küçük artı ve eksi birimlerden oluşuyoruz. Arada bir, kazayla birkaç artı veya eksi yük kaybederiz (eksileri kaybetmek genelde daha kolaydır) ve elektriksel kuvvet dengesizleşir. Sonuçta bu elektriksel çekimin etkilerini hissederiz.

Elektriğin kütleçekimden ne kadar daha kuvvetli olduğu hakkında bir fikir edinmek için birer milimetre çapında iki kum tanesi düşünün. Aralarında otuz metre uzaklık olsun. Aralarındaki kuvvet dengelenmemişse, aynı yüklerin birbirini itmesi yerine herşey birbirini çekseydi ve hiç dengelenme olmasaydı ne kadar kuvvet etkili olurdu? İki kum tanesi arasındaki kuvvet üç milyon tonluk bir kuvvet olurdu! Gördüğünüz gibi, kayda değer elektriksel etkiler yapabilmek için artı ve eksi yüklerden çok az miktarda ölçüsüzlük olması yeterli. Elektrik yükü olan ve yüklü olmayan iki nesne arasındaki farkı görememe nedenimiz bu. Çok az parçacık işin içinde ve bu da nesnenin ağırlığında veya kütlesinde bir değişme oluşturmuyor.

Bu görüşle atomların anlaşılması daha kolaydı. Merkezde pozitif elektrik yüklü ve çok ağır bir "çekirdek" olduğu düşünüldü. Çkirdek çok hafif ve negatif yüklü belli miktarda "elektron" tarafından kuşatılmıştır. Şimdi hikâyede biraz daha ileri gidelim ve çekirdeğin de iki tür parçacıktan oluştuğuna dikkat çekelim: neredeyse aynı büyüklük ve ağırlıkta protonlar ve nötronlar. Protonlar elektrik yüklü, nötronlar ise yüksüzdür. Çekirdeğinde altı proton olan bir atomumuz varsa altı elektronla çevrelenmiştir (olağan maddesel dünyada bütün eksi yüklü parçacıklar elektronlardır ve bunlar çekirdeği oluşturan proton ve nötronlara kıyasla çok hafiftirler) ve kimyasal tabloda atom numarası altıdır, adı karbondur. Atom numarası sekiz olanın adı oksijendir, vb. Bunun sebebi kimyasal özelliklerin dıştaki elektronlara, daha doğrusu sadece ne kadar elektron olduğuna bağlı olmasıdır. (Kimyacıların elementlerinin hepsi 1, 2, 3, 4, 5, gibi de adlandırılabilirdi. "Karbon" demek yerine "altı elementi" diyebilirdik fakat elementler ilk keşfedildiğinde bu tür bir numaralandırma yapılabileceği bilinmiyordu. Ayrıca bu şekilde işler daha da karışabilirdi. Her şeyi sayılarla anmaktansa bunları isim ve semboller bulmak daha iyi oldu.)

Elektriksel kuvvet hakkında daha çok şey keşfedildi: Elektriksel etkileşimin doğal yorumu iki nesnenin basitçe birbirini çekmesidir: eksiye karşı artı. Fakat bunun tasvir için yeterli olmadığı anlaşıldı. Durumun daha uygun bir betimlemesi, artı yükün varlığının "bir şekilde" uzayı değiştirerek bir düzen meydana getirdiği ve eksi yükü buraya koyduğumuzda bir kuvvet hissetmesidir. Bu kuvvet oluşturrma potansiyeline elektrik alan denir. Bir elektronu elektrik alana koyduğumuzda "çekildi" deriz. Şimdi iki kuralımız oldu: (a) yükler bir alan oluştururlar ve (B) alanların içindeki yüklere kuvvetler etki eder ve hareket kazandırlar. Bunun sebebi sonraki şu olayı tartışırken daha iyi anlaşılacak: Bir cismi elektriksel olarak yüklersek, (mesela bir tarağı) sonra biraz uzağa yüklü bir kâğıt parçası koyar ve tarağı ileri geri hareket ettirirsek kâğıt her zaman tarağı gösterecek şekilde hareket eder. Tarağı daha hızlı sallarsak kağıdın geride kaldığı görülür: Harekette bir gecikme vardır. (İlk durumda tarak daha yavaş hareket ettirilirken adı manyetizma olan yeni bir soruyla karşılaşırız. Manyetik etkiler göreli hareket eden yüklerle ilgilidirler. Bu yüzden, manyetik kuvvetler ve elektriksel kuvvetler tek alana bağlanabilirler. Aynı şeyin değişik cepheleri gibi. Değişen bir elektrik alan manyetizmasız olmaz.) Yüklü kâğıdı daha geriye alırsak gecikme artar. Sonra ilginç bir şey gözlenir. Yüklü iki cisim arasındaki kuvvetler aradaki uzaklığın karesinin tersi gibi gitmeliyse de yüklerden birini salladığımızda etkinin ilk bakışta tahmin ettiğimizden çok daha fazla olduğunu görürüz. Etki ters kareden daha yavaş düşer.

Şöyle bir benzetme yapabiliriz: Bir su havuzundayız ve çok yakınımızda yüzen bir tıpa var. Suyu başka bir tıpayla iterek onu "doğrudan" hareket ettirebiliriz. Sadece iki tıpayla bakarsanız gördüğünüz, birinin hareketine karşılık ötekinin hemen hareket etmesidir. Aralarında bir "etkileşme" vardır. Şüphesiz, tek yaptığınız suyu hareket ettirmektir, diğer tıpayı da su harekete geçirir. Şöyle bir "yasa" ortaya koyabiliriz: Suyu biraz iterseniz suyun içinde yakındaki bir cisim hareket eder. Daha uzakta olsaydı suyu yerel olarak hareketlendirdiğimiz için ikinci tıpa çok az hareket edecekti. Diğer taraftan, tıpayı sallarsak işin içine yeni bir olay girer. Burada suyu hareketlendiren yine suyun hareketidir ve dalgalar iletilir. Sallamayla doğrudan etkileşimle anlaşılamayan daha büyük, salınımlı bir etki oluşturur. Bu sebepten dolayı, doğrudan etkileşme fikri suyun varlığıyla veya elektriksel durumda veya elektriksel durumda elektromanyetik alan dediğimiz fikirle değiştirilmelidir.

Elektromanyetik alan dalga taşıyabilir; bu dalgaların bazıları ışıktır, diğerleri de radyo yayınlarının iletiminde kullanılır; fakat genel isimleri elektromanyetik dalgalardır. Bu salınımlı dalgalar çeşitli frekanslara sahip olabilirler. Bir dalganın diğerinden gerçekten farklı olan tek yanı salınım frekansıdır. Bir yükü zamanla hızlanarak ileri geri sallar ve etkilerine bakarsak, tek bir sayıyla, saniyedeki salınım sayısıyla belirlenen değişik türlerde etkiyle karşılaşırız. Bir binanın duvarları içindeki devrelerdeki elektrik akımlarının frekansı saniyede yaklaşık yüz devirdir.

Frekansı saniyede 500 veya 1000 kilodevire çıkardığımızda (1 kilodevir = 1000 devir) artık "yayındayız" çünkü bu frekans aralığı radyo yayınları için kullanılır. Frekansı artırmaya devam edersek FM ve TV için kullanılan aralığa geliriz. Daha ileri gidersek kısa dalgalar kullanırız mesela radar. Daha da yüksekte elde ettiğimizi görmek için araca ihtiyacımız yoktur, insan gözüyle görebiliriz. Saniyede 5*10^14'ten 5*10^15 devire kadar olan frekans aralığında gözümüz, yüklü tarağı salınımını, o kadar hızlı sallayabilirsek, frekansa bağlı olarak kırmızı, mavi veya mor ışık olarak görebilir. Bu aralağın altında kalan frekanslara kızılötesi, üstündekilere de morötesi denir. Elektromanyetik spektrumun bir kısmının bizce görülebilmesi bir fizikçi açısından onu diğerlerinden daha etkileyici kılmaz fakat normal bir insan için doğal olarak daha ilginçtir. Çok daha yükseğe çıkarsak X ışınlarıyla karşılaşırız. X ışınları çok yüksek frekanstaki ışıktan başa bir şey değildir. Daha da yukarıda gama ışınlarına ulaşırız. Bu iki terim, X ışınları ve gama ışınları genellikle eşanlamlı olarak kullanılırlar. Atomun çekirdeğinden gelen elektromanyetik ışınlar genelde gama olarak adlandırılırken atomlardan gelen yüksek enerjiye sahip olanlar X ışınları olarak isimlendirilirler. Fakat aynı frekansta kaynakları ne olursa olsun fiziksel olarak ayrılamazlar. Daha da yüksek frekanslara gidersek, mesela saniyede 10^24 devire, buradaki dalgaları yapay olarak elde edebileceğimizi anlarız. Burada, Caltech'deki sinkrotronda yaptığımız gibi. Çok daha büyük frekanslata sahip hatta bin kat daha hızlı salınan elektromanyetik dalgalar da bulabiliriz. Bu dalgalar kozmik ışınlarda bulunur. Bu dalgaları biz kontrol edemeyiz.

Kuantum Fiziği

Elektromanyetik alan fikrini tanıttık ve artık bu alanın dalga taşıyabildiğini biliyoruz. Birazdan bu dalgaların aslında hiç de dalga geğilmiş gibi tuhaf bir davranış sergilediklerini göreceğiz. Yüksek frekanslarda daha çok parçacık gibi davranırlar! Bu tuhaf davranışı açıklayan, 1920'den hemen sonra bulunmuş kuantum mekaniğidir. 1920'den önceki yıllarda uzayın üç boyutlu resmi ve zamanın bunlardan ayrı olduğu fikri Einstein tarafından değiştirildi. Önce uzay-zaman dediğimiz birleştirme, sonra daha ileri giderek kütleçekimini açıklayabilmek için eğri uzay-zaman fikirleri ileri sürüldü. Böylece "sahne", uzay-zaman; kütleçekim de uzay-zamandaki bir değişim anlamına çevrildi. Bundan sonra parçacıkların hareketlerini açıklayan kuralların yanlış olduğu bulundu. "Eylemsizlik" ve "kuvvetler" kuralları yanlıştı. Newton kuralları -atomlar dünyasında- yanlıştı. Bunun yerine, küçük ölçekteki nesnelerin, büyük ölçektekinden çok farklı davrandığı bulundu. Fiziği zor -ve ilginç- kılan budur. Zordur çünkü küçük ölçekteki nesnelerin davranışları oldukça "doğaldışıdır"; onlarla doğrudan etkileşemeyiz. Buradaki nesneler bildiğimiz hiçbir şey gibi davranmaz. Bu yüzden davranış analitik yollar haricinde açıklanamaz. Bu iş zordur ve oldukça fazla hayal gücü gerektirir.

Kuantum mekaniğinin birçok yönü vardır. İlk adımda, bir parçacığın belirli bir konumu ve hızı olması fikri geçerli değildir, yanlıştır. Klasik fiziğin ne kadar yanlış olduğuna örnek vermek gerekirse, kuantum mekaniğinde bir şeyin nerede olduğunun ve hangi hızda hareket ettiğinin aynı anda bilinemeyeceğini söyleyen bir kural vardır. Momentumun belirsizliğiyle konumun belirsizliği birbirini tamamlar ve bu ikisinin çarpımı sabittir. Yasayı şu şekilde yazabiliriz: "Delta x çarpı Delta p büyük eşittir Plank Sabiti bölü 2 pi" Bu kural çok gizemli bir paradoksun açıklamasıdır: Atomlar artı ve eksi yüklerden oluşmuşlarsa eksi yükler niçin artı yüklerin üstüne oturmazlar (birbirlerini çekerler) ve niye çok yakına gelerek onları nötrlemezler? Atomlar niçin bu kadar büyük? Niçin çekirdek merkezde ve elektronlar etrafında bulunur? Önceleri çekirdek çok büyük olduğu için böyle olduğu sanıldı ama hayır, çekirdek çok küçüktür. Bir atomun çapı yaklaşık 10^-8 cm'dir. Çekirdeğin çapı ise yaklaşık 10^-13 cm'dir. Elimizde bir atom olsaydı ve çekirdeğini görmek isteseydik bütün atom geniş bir oda boyutuna gelinceye kadar büyütmemiz gerekirdi. Böylece çekirdek gözle ancak görebileceğimiz bir nokta haline gelirdi fakat atomun neredeyse tüm ağırlığı bu son derece küçük çekirdeğin içindedir. Elektronları çekirdeğin içine düşmekten ne alıkoyar? Şu ilke: Eğer çekirdeğin içinde olsalardı konumlarını kesin olarak bilebilecektik ve buna karşılık belirsizlik ilkesine göre çok büyük (fakat belirsiz) momentumları olması gerekecekti. Bunun anlamı çok büyük kinetik enerjidir ve bu enerjiyle çekirdekten kopup gidebilirlerdi. Bu uzlaşma sağlar: Kendilerine belirsizlik için biraz yer bırakıp bu kurala uygun olarak en az hareketle salınım yaparlar. (Bir kristalin mutlak sıfıra kadar soğutulduğunda atomların hareketine son vermediklezler. Niçin? Eğer hareketsizleşselerdi nerede olduklarını ve sıfır hareketleri olduğunu bilirdik ve bu da belirsizlik ilkesine aykırıdır. Nerede olduklarını ve hangi hızla hareket ettiklerini bilemeyiz; bu sebepten dolayı orada hiç durmadan kıpırdamaları gerekmektedir!)

Kuantum mekaniğiyle bilim felsefesine ve fikirlerine getirilen diğer bir ilginç fark da şudur: Hiçbir durumda ne olacağını kesin olarak öngörmek olası değildir. Örneğin, ışık yaymaya hazır bir atom düzeni bulmak mümkündür ve bir foton parçacığını yakalayarak kısaca açıklayacağımız gibi ışık yaydığı zamanı bulabiliriz. Buna rağmen, ne zaman ışık yayacağını veya birçok atom varsa hangisinin ışık yayacağını önceden bilemeyiz. Bunun, bizim yeterince yakından bakamadığımız bazı iç "çarklardan" kaynaklandığını söyleyebiliriz. Hayır, iç "çark" yoktur. Bugünkü anlayışımıza göre doğa, verilen bir deneyde sonradan kesin olarak veren, tam doğru bir öngörü yapmamızın olanaksız olması temeline sahiptir. Bu korkunç bir şey: Aslında, filozoflar önceleri aynı şartları oluşturduğumuzda aynı şeyin olması bilimin bir şartıdır demişlerdi. Bu doğru değildir; bu, bilimin temel şartlarından biri değildir. Doğru olan, aynı olayın gerçekleşmediği, gerçekleşecek olana istatistiksel ve ortalama bir yaklaşımımızın olmasıdır. Buna rağmen bilim tamamen yıkılmaz. Filozoflar bu arada, bilim için neyin mutlaka gerekli olduğu hakkında da birçok söz söylemişler ve herkesin görebileceği gibi onu oldukça cahilce, hatta yanlış bulmuşlardır. Örneğin, bir filozofa göre bilimsel çabanın temeli şudur: Eğer bir deney mesela Stockholm'de yapılmışsa ve sonra Kyoto'da tekrarlanmışsa aynı sonuçlar bulunmalıdır. Bu oldukça yanlıştır. Bilimin bunu sağlaması gerekmiyor; deneyin bir ilkesi olabilir ama gerekli değildir. Örneğin, Stockholm'deki deneyin konusu gökyüzünü inceleyip aurora borealis'i görmekse, aynı şeyi Kyoto'da göremezsiniz; bu başka bir olgu. Fakat "bu dış ortamla ilgili bir şey, kendinizi Stockholm'de bir kutuya kapatıp perdeyi de çekseniz bir fark görür müsünüz?" diyebilirsiniz. Bağlantı yeri sabit bir sarkaç alır, çekip bırakırsak sarkaç tam olmasa da neredeyse bir düzlemde salınır. Stockholm'de yüzey değişmeyi sürdürür fakat Kyoto'da durum öyle değildir. Perdeler de kapalıdır. Bunun sonucu olarak bilim yıkılmaz. Bilimin temel varsayımı, temel felsefesi nedir? Herhangi bir fikrin tek doğrulanma yolu deneydir. Eğer Stockholm'de yapılan deneylerin birçoğu Kyoto'da da aynı sonucu verirlerse, bu "birçok deney" genel bir yasayı formülleştirmekte kullanılır. Aynı sonucu vermeyen deneylerin ise Stockholm'deki doğadan kaynaklandığı söylenir. Deneyin sonuçlarını özetleyen bir yol geliştiririz ve bu yolun neye benzeyeceğinin önceden bize söylenmesi zorunluluğu yoktur. Aynı deneyin her zaman aynı sonucu verdiği söylenirse her şey çok güzeldir fakat biz aynı deneyi yaptığımızda aynı sonucu vermezse, her zaman aynı sonucu vermiyor olur. Sadece ne gördüğümüzü dikkate almalı ve fikrimizin geri kalanını deneyimlerimizle formüle etmeliyiz.

Kuantum mekaniğine ve temel fizğe geri dönelim. Burada kuantum mekaniğinin ilkelerinin ayrıntılarına girmeyeceğiz çünkü anlaşılmaları oldukça zordur. Orada olduklarını varsayıp, bazı sonuçları üzerinde duracağız. Dalga özelliği taşıyan nesnelerin parçacık, parçacık özelliği taşıyanlarınsa dalga özelliğinin de bulunması bu sonuçlardan birisi. Aslında her şey bu şekilde davranır. Dalga ve parçacık arasında bir ayrım yoktur. Böylece kuantum mekaniği alan ve dalgaları fikriyle parçacıkları bir araya toplar. Frekans düşük olduğunda olayın alan yönü daha baskındır ve veya günlük yaşam için daha iyi yaklaştırma verir. Fakat frekans arttığında ölçüm yaptığımız aletlerde olayın parçacık yönü daha çok ortaya çıkmaya başlar. Aslında her ne kadar değişik frekanslardan bahsetmişsek de frekansı doğrudan içeren hiçbir olay saniyede 10^12 devirden daha yüksekte gözlenmemiştir. Yüksek frekansları, parçacıkların enerjilerinden kuantum mekaniğinin parçacık-dalga fikrinin doğru olduğunu varsayan ilke yoluyla ortaya çıkarırız.

Böylece elektromanyetik etkileşme için yeni bir görüş elde ederiz. Elektrona, protona ve nötrona ekleyeceğimiz yeni bir tür parçacığımız daha olur. Bu yeni parçacık fotondur. Elektronlar ve protonlar arasındaki etkileşmeyi açıklayan elektromanyetik teorinin herşeyin kuantum mekaniğine uygun olduğu bu yeni yaklaşımına kuantum elektrodinamiği denir. Madde ile ışığın ya da elektrik alanla yüklerin bu temel kuramı fizikte şimdiye kadarki en büyük başarılarımızdan biridir. Bu kuramda kütleçekim ve nükleer süreçler için olanlar dışında olağan bütün olgular için temel kurallara sahibiz. Örneğin, elektriksel, mekanik ve kimyasal bilinen bütün yasalar kuantum elektrodinamiğinden gelir: Bilardo toplarının çarpışması, tellerin manyetik alanlarda hareketi, karbon monoksidin özgül ısısı, neon levhaların rengi, tuzun yoğunluğu ve hidrojenle oksijenden su yapan tepkimelerin yasaları hep bu tek yasanın sonuçlarıdır. Bütün bu ayrıntılar, eğer durum bir tahmin yapmamız için yeterince basitse, ki hiçbir zaman değildir, hesaplanıp çıkartılabilir, ama çoğu zaman ne olduğunu az çok anlayabiliriz. Şimdiki durumda, çekirdekler dışında, kurantum elektrodinamik yasalarına istisna bulunmadı, orada bir istisna olup olmadığını da bilmiyoruz çünkü basitçe çekirdeklerde olup biteni bilmiyoruz.

Genelde, demek ki, kuantum elektrodinamiği bütün kimyanın ve eğer yaşam sonuçta kimyaya ve kimya zaten fiziğe indirgenmiş (fiziğin kimyada işe karışan bölümü zaten biliniyor) olduğu için, fiziğe indirgenirse, yaşamın kuramıdır. Dahası, aynı kuantum elektrodinamiği, bu büyük şey, daha bir yığın şeyi önceden haber veriyor. Öncelikle, çok yüksek enerjili fotonlar, gama ışınları, ve benzerinin özelliklerini anlatıyor. Çok dikkate değer başka bir şeyi de müjdeliyor: Elektronun yanı sıra aynı kütleye ama karşıt yüke sahip, pozitron denen başka bir parçacık olabilir ve birlikte gelen bu ikisi ışığın ya da gama ışınlarının yayılmasıyla birbirini yok edebilirler. (Bu bir yana, ışıkla gama ışınları tamamen aynıdırlar, onları farklandıran noktalar sadece frekans ölçüleridir.) Bunun genelleşmişi, her parçacığın bir karşıt parçacığı vardırı doğruya dönüştürür. Elektronlar durumunda, karşıt parçacık başka bir ad almıştır, ona pozitron denir ama öteki parçacıkların çoğu için bu, karşıt proton, karşıt nötron gibi, karşıt şu, karşıt bu olarak adlandırılmıştır. Kuantum elektrodinamiğinde iki sayı verilmiş ve dünyadaki öteki sayıların içinde oldukları varsayılmıştır. Verilen bu iki sayıya elektronun kütlesi ve elektronun yükü denmiştir. Alsında bu, tam doğru değildir, çünkü kimya için çekirdeklerin ağırlıklarını söyleyen tam bir sayılar dizimiz var. Bir sonraki kısımda bize bu yok gösteriyor.

Çekirdekler ve Parçacıklar

Çekirdekleri oluşturan nedir ve onlar nasıl birlikte dururlar? Çekirdeğin olağanüstü büyük kuvvetlerde bir arada tututldukları bulunmuştur. Bunlar serbest kaldıkları zaman, açığa çıkan enerji, kimyasal enerjiye oranla, atom bombası patlamasına karşı TNT bombası gibi, aynı oranda olağanüstüdür, çünkü TNT patlaması atomların dışındaki elektronların değişmesiyle olurken atom bombası patlaması çekirdeklerin içindeki değişikliklerle olur. Soru, protonları ve nötronları çekirdeklerin içinde bir arada tutan kuvvetin ne olduğudur. Yukawa, protonlarla nötronlar arasındaki kuvvetlerin, tıpkı bir parçacığa, fotona, bağlı elektriksel etkileşim gibi, bir tür alana da sahip olduğunu ve bu alanın salındığı zaman parçacık gibi davrandığını öne sürdü. Bu nedenle, dünyada protonlar ve nötronlar yanında başka bazı parçacıklar olabilirdi ve o, çekirdeklerin zaten bilinen karakteristiklerinden bu parçacıkların özelliklerini çıkarabildi. Örneğin, kütlelerinin bir elektron kütlesinin iki ya da üç yüz katı olması gerektiğini tahmin etti; ve kozmik ışınlarda işte bu kütleye sahip bir parçacık daha keşfedildi! Ama daha sonra bunun yanlış parçacık olduğu ortaya çıktı. Ona m-meson ya da muon adı verildi.

Ama yine de, kısa bir süre sonra 1947 ya da 1948’de Yukawa’nın ölçüsüne uyan başka bir parçacık, p-meson ya da pion, bulundu. O zaman çekirdek kuvvetlerini elde edebilmek için protonlar ve nötronların yanına pionu da eklemeliyiz. Şimdi siz, “Oh ne âlâ, bu kuramla pionları kullanarak kuantum nükleodinamiği kurarız, ve tıpkı Yukawa’nın yapmak istediği gibi eğer işlerse her şey açıklanmış olacaktır,” diyorsunuz. Ama şansınız yok. Bu kuramda işe karışan hesapların kuramın sonuçlarını hiç kimsenin çözemeyeceği ya da deneyle doğrulamayacağı kadar zor olduğu ortaya çıktı ve şimdi hemen hemen yirmi yıldır olan bu!

Böylece bu kuramda takılıp kaldık ve onun doğru mu yoksa yanlış mı olduğunu bilmiyoruz, ama biraz yanlış ya da en azından tamamlanmamış olduğunu biliyoruz. Biz bu kuramın sonuçlarını kuramsal olarak çevrede sallanırken deneyciler bir şeyler keşfediyorlar. Örneğin, bu m-meson ya da muon’u zaten bulmuşlardı ve biz hâlâ nereye uygun olduğunu bilmiyoruz. Ayrıca, kozmik ışınlarda çok sayıda başka “ekstra” parçacıklar bulundu. Bugün otuz kadar parçacığa sahip olduğumuz anlaşıldı, bu parçacıkların hepsinin ilişkilerini ve onlar için hangi niteliğin umulduğunu ya da birbirlerine bağlantılarını anlamak çok zordur. Bugün bu çeşitli parçacıkları aynı şeyin farklı yanları olarak kavramıyoruz ve öylesine çok ilişkisiz parçacığa sahibiz ki bu aslında iyi bir kuram olmaksızın ilişkisiz pek çok bilgiye sahip olduğumuzu gösteriyor. Büyük kuantum elektrodinamiği başarısından sonra, protonlarla nötronlar arasında bir kuvvet tipi kabul edilen ve nasıl oluşacağı gösterilen ama kuvvetin nereden geldiği gerçekten anlaşılamayan, yarı deney yarı kuram kaba bilgi türünde belli bir miktar çekirdek fiziği bilgisi var. Bu bir yana, çok az ilerledik. Çok büyük sayıda kimyasal element biriktirdik. Kimyayla ilgili durumda, bu elementler arasında, beklenmediği halde ansızın ortaya çıkan ve Mendeleyev periyodik tablosunda somutlaşan bir ilişki vardır. Örneğin, sodyumla potasyum hemen hemen aynı kimyasal özelliklere sahiptir ve Mendeleyev tablosunda aynı sütunda bulunurlar. Yeni parçacıklar için de Mendeleyev tipi bir tablo arıyorduk. Birleşik Devletler’de Gell Mann ve Japonya’da Nishijima birbirinden bağımsız olarak böyle bir tablo yaptılar. Onların yaptığı sınıflandırmanın temeli, her bir parçacığı saptayabilen, “tuhaflık” sayısı S denilen, elektrik yükü gibi, yeni bir sayıdır. Bu sayı, çekirdek kuvvetlerinin yer aldığı tepkimelerde, elektrik yükü gibi, korunuyordu.

Nötronlar ve protonlarla birlikte olan bütün parçacıklara baryonlar denir ve şunlardan biri olarak var olurlar: 1154 Mev kütleli bir “lamda” ve kütleleri hemen hemen aynı eksi, yüksüz ve artı sigmalar denilen üç tane daha vardır. Yüzde bir ya da iki farkla hemen hemen aynı kütleye sahip gruplar ya da çoklular vardır. Çoklulardaki her parçacık aynı tuhaflık sayısına sahiptir. İlk çoklu ptoton-nötron ikilisidir ve sonra belki tekli (lamda), ondan sonra sigma üçlüsü, son olarak da ksi ikilisi vardır. Çok yenilerde, 1961’de, birkaç parçacık daha bulundu. O kadar kısa ömürlüydüler ki, biz, yeni parçacıklar mı yoksa parçalanma halindeki lamda ve pi arasında üreyen kesinlikle belli bir enerjinin bir tür “seselim” etkileşimi olarak mı düşüneceğimizi bilemeyeceğimiz kadar hızlı, biçimlenir biçimlenmez, hemen hemen aynı anda, parçalanıyorlardı.

Baryonlara ek olarak çekirdeksel etkileşime karışan öteki parçacıklara mezonlar denmiştir. Önce artı, eksi ve yüksüz, üç türde ortaya çıkan pionlar vardır, olar da başka bir çoklu oluştururlar. K-mezonlar denilen ve K* ve K0 gibi bir ikili oluşturan kimi yeni şeyler de bulduk. Üstelik, kendi kendisinin karşıt parçacığı olmadıkça her parçacığın bir karşıt parçacığı vardır.

Tıpkı, çok iyi olan Mendeleyev tablosuda, aslında bir takım nadir toprak elementlerinin gevşekçe tablonun dışına sarkmasında olduğu gibi, bu tablonun dışına sarkan bir takım şeylerimiz var; çekirdeklerde kuvvetli etkileşim yapmayan ve kuvvetli bir etkileşime sahip olmayan parçacıklar (çekirdeksel enerjinin güçlü etkileşim türü demek istiyorum). Bunlara leptonlar denilmiştir. Bu basamakta çok küçük, sadece 0.510 Mev, kütleye sahip elektron vardır. Sonra bir başkası, mu-meson, muon vardır ki bu elektronunkinden 206 kattan biraz daha büyük bir kütleye sahiptir. Şimdiye kadar yapılan bütün denemelerde elektronlar muon arasında kütleden başka hiçbir fark yoktur. Birinin biraz daha ağır olması dışında herşey muon için de elektron için olduğu gibi işler. Niçin biraz daha ağır bir başkası var; ona ne gerek var? Bilmiyoruz. Ayrıca, yüksüz olan bir lepton var, nötrino deniliyor ve bu parçacık sıfır kütleye sahip. Aslında, şimdi nötrinoların, biri elektronlarla öteki muonlarla ilişkili iki farklı türü olduğu biliniyor.

Son olarak, çekirdeksel olanlarla kuvvetli etkileşim yapmayan iki başka parçacığımız daha var: biri bir fotondur ve belki, eğer kütleçekim alanı da kuantum mekaniksel bir benzeşime sahipse (kütleçekimin kuantum kuramı henüz hazırlanmış değil) o zaman sıfır kütleye sahip bir parçacık, bir graviton olacaktır.

“Sıfır kütle” nedir? Burada verilen kütleler parçacıkların hareketsiz kütleleridir. Aslında bir parçacık sıfır kütleye sahip demek, bir biçimde, o hareketsiz olamaz demek. Bir foton hiçbir zaman hareketsiz değildir. O her zaman saniyede 186.000 mille hareket eder. Zamanı gelip görecelik kuramını kavradığımız zaman kütlenin anlamını daha çok anlayacağız.

Böylece, birlikte maddenin temel bileşenleri olarak görünen çok sayıda parçacıkla karşılaşmış oluyoruz. Neyse ki, bu parçacıklar birbirleriyle etkileşimlerinde tamamıyla farklı değillerdir. Aslında, parçacıklar arasında, azalan kuvvetlilik sırasına göre, çekirdeksel kuvvet, elektriksel etkileşimler, beta bozunması etkileşimi, ve kütleçekim gibi dört tür etkileşim varmış gibi görünüyor. Foton bütün yüklü parçacıklarla bağlanmıştır ve etkileşim kuvveti 1/137 gibi bir sayıyla ölçülmüştür. Bu, bağlanmanın ayrıntılı yasası diye bilinmektedir ve bu kuantum elektrodinamiğidir. Çekim bütün enerjiye bağlanmıştır ama bu bağlanma olağanüstü zayıf, elektriğinkinden çok daha zayıftır. Bu yasa da biliniyor. Sonra zayıf bozunmalar –göreli olarak yavaşça proton, elektron ve nötrinoya parçalanmak üzere nötrona neden olan beta bozunması- diye bilinenler vardır. Bu yasa sadece kısmen biliniyor. Sözde kuvvetli etkileşim, mezon-baryon etkileşimi bu basamakta 1 kuvvetine sahiptir ve her ne kadar, “baryonların numarası herhangi bir tepkimede değişmez” gibi, bilinen bazı kurallar varsa da yasa hiç bilinmiyor.

Öyleyse günümüz fiziğinin korkunç durumu budur. Özetleyerek şunu söyleyebilirim: çekirdeğin dışında, herşeyi biliyor gibi görünüyoruz; içinde kuantum mekaniği geçerlidir –kuantum mekaniği ilkeleri başarısız bulunmamıştır. Bilgimizin tamamını üzerine koyduğumuz sahne, göreli uzay-zamandır diyebilirdik; belki uzay-zamanda kütleçekim de işe karışmıştır. Evren nasıl başladı bilmiyoruz ve hiçbir zaman, uzay ve zamanın fikirlerimizi küçücük bir uzaklığın altında doğru bir biçimde sınayan bir deney yapmadık, o nedenle fikirlerimizin sadece şu uzaklığın üstünde işlediğini biliyoruz. Oyunun kurallarının kuantum mekaniği ilkeleri olduğunu ve bu ilkelere başvurarak, şimdiye kadar olduğu gibi, eskileri olduğu kadar yeni parçacıkları da anlatabileceğimizi eklemeliyiz. Çekirdeklerdeki kuvvetlerin kökeni bizi yeni parçacıklara yöneltiyor, ama ne yazık ki onlar çok fazla miktarda ve her ne kadar aralarında kimi çok şaşırtıcı ilişkiler bulunduğunu zaten biliyorsak da karşılıklı ilişkilerini tam olarak kavramaktan yoksunuz. Atomaltı parçacıklar dünyasının kavranmasına doğru el yordamıyla ilerliyor gibi görünüyoruz, ama bu görevde şimdiye kadar ne kadar ilerlediğimizi gerçekten bilmiyoruz.

---------------------------------
"Temel Fizik" adlı dersin sonuna geldik..