Featured Video Play Icon

Bin Formüle Bedel: Feynman Diyagramları – Muhteşem Feynman Bölüm 2

Werner Heisenberg kuantum mekaniğini yeni bir seviyeye taşıyarak formülleri ile artık bu teorinin atomaltı evreni kusursuz bir şekilde açıkladıktan sonra fizikte artık yeni bir kapı kapanmamak üzere açılmıştı. Artık bu evrende keşfedilecek ne varsa fizikçiler onun peşine düşmüştü. Yeni norm buydu artık.

Keşfedilmeyi bekleyen sorunlardan biri de özellikle yüklü parçacıkların davranışıydı. Kuantum mekaniği henüz elektron gibi yüklü parçacıkların hareketini açıklamaya yetmiyordu. Yani elektromanyetizma ile kuantum fiziği henüz barışmamıştı. Burada elbette fizikçiler elektrik yükü ile parçacıkların etkileşimini inceleyen elektrodinamiğe yönelmiş ancak klasik elektrodinamiğin artık elbette modası geçmiş, burada da yeni bir bakış açısına ihtiyaç vardı.

Burada devreye efsane 1927 Solvay Konferansına katılan en genç fizikçi olan Paul Dirac girecek ve kuantum mekaniği ile elektromanyetizmayı bir araya getiren kuantum elektrodinamiğinin fitilini ateşleyecekti. Işığın emilimi, emisyonu ve yayılımını ilk kez tutarlı ve doğru bir şekilde ifade etmiş ve bugün optik ile ilgili bildiğimiz birçok şeyin temelini de atmıştı. 1927’de yayımladığı Işınım teorisi ile.

Ancak Dirac özellikle elektromanyetik alan ile kuantumu birleştirirken ürettiği formüllerle sorun yaşıyordu. Bir keresinde “bazı formüller onları yaratandan daha zeki olabiliyor” demişti hatta. Fakat bu tabi çok mütevazi bir bakış açısıydı. Dirac sıfır deney ile tamamen matematik ile fiziksel gerçeklikleri tahmin edebilen çok değişik bir zihindi. Antimaddeyi, pozitronu şapkadan çıkarmıştı gerçekten. Fakat. Dirac kendi başına bir belgeseli hak ediyor zaten değil mi?

Biz bizim “sıradışı” dâhimize gelelim tekrar.

Richard Feynman.

Bir gün Cornell’in kafeteryasında oturuyor. Kendi sözleri ile dinleyelim bu kısmı:

“Öğle yemeğimi yiyordum. Bu sırada çocuğun biri tabağını havaya fırlattı. Üzerinde Cornell’in mavi logosu vardı. Tabak havada süzülüp yere düştüğünde haliyle yalpalamaya başladı. Üzerindeki mavi şey de tabakla birlikte yalpalıyordu. Ama bir gariplik vardı. Bu ikisi arasındaki ilişki kafamı kurcaladı.

Kafamı meşgul ediyordum aslında. Bir önemi olmasına gerek yoktu. Denklemleri düşündüm. Dönen nesnelerin hareketi ile ilgili denklemleri.

Gittikçe ilginçleşmeye başladı. Bu tabağın dönüşü bana elektronun spininin dönüşü ile ilgili benzer bir sorunu hatırlattı. Dirac’ın formülünde karşılaştığımız bir problem. Haliyle kuantum elektrodinamiğine çıktı tüm yollar. Sonrası gazlı bir içeceği sallamışsınız da sonra birden kapağını açmışsınız gibi. Dökülüverdi. Her şey birbiri ardına geldi.”

Önceki bölümde konuşmuştuk. Dirac’ın formülleri “sonsuzluğu” veriyor, bu olamaz demiştik.

Dönen bir tabaktan esinlenen Feynman aslında bunun bir sorun olamayabileceğini görmüştü.

Asıl sorun bakış açısındaydı.

Yıllardır kimse çözememişti çünkü yanlış yerden bakıyorlardı.

Tam Feynman’a göre bir işti bu. Amiyane tabirle “boş konuşmayı” sevmezdi. Öyle çoklu evrenlerin, evrendeki yeni kuvvetlerin peşine düşmez, anlaşılabilecek, test edilebilecek sorunlarla uğraşırdı.

 Kuantum Elektrodinamiğindeki sonsuzlukları çözmek için de Feynman devrimsel bir fikirle ortaya çıktı.

O zamanlar kendisi de fizikçi olan kızkardeşinin bile aklının almadığı bir yaklaşımla hem de.

Feynman birgün çalışma kağıtlarının arasında kaybolmuşken kız kardeşi “Bunlar ne?” diye sormuş, Feynman “çalışmalarım” demişti. “Ama hiç formül yok bunlarda?” diye tekrar sormuştu kız kardeşi.

Garip garip çizimler vardı kağıtlarda. Devre tasarımına benzer çizimler.

“Benim çalışmam bunlar” diye tekrar  cevap verdi Feynman.

Kuantum Elektrodinamiğinde herkesin boğulduğu karmakarışık formüllerden kurtulmuş, sorunu ve cevabı çok basit bir şekilde birkaç çizgi ile gösteren Feynman Diyagramlarıydı bunlar. Gördüğünüz tüm çizgiler, çok basit görünen bu şemalar aslında içlerinde inanılmaz karmaşık formülleri barındırıyor. Ve aslında işte o karmaşanın, kaosun içindeki düzeni bize o kadar güzel anlatıyor ki…

Ama isterseniz bu konuyu biraz açalım, hem teknik anlamda ne anlama geldiğine hem de neden bu kadar önemli olduklarına bir bakalım.

Bahsettiğimiz gibi. 2. Dünya savaşı sonrasında fizikçiler elektromanyetizmayı daha iyi anlamak için elinden geleni yapıyordu. Neden benzer yükler birbirini itiyor, karşıt yükler çekiyordu. Kuantum Elektrodinamiğinin de en basit haliyle odak noktası burasıydı.

Ve bu farklı parçacıklar arasındaki etkileşimleri tüm olasılıkları ile birlikte açıklamaya çalışıyorlardı. Farklı parçacıklar biraraya geldiğinde aralarındaki kuvvet alışverişi ve ilişki gibi. Ne kadar karmaşık olduğunu bir düşünün. Sayısız parçacık, bir araya geldiğinde nasıl davranır.

Tabi yine bahsettiğimiz gibi iki tane çok büyük sorun vardı.

Birincisi tüm parçacıkların ki buna sanal parçacıklar da dahil aralarındaki etkileşimi gösteren denklemleri yazmak. Bu tüm fizikçiler için neredeyse imkansız bir görev.

İkincisi ise ki birincisi ile bağlantılı bu parçacıklar bir araya gelip ardından dağılıp, başka parçacıklara dönüştüğünde bunun olasılık sayısı sonsuza yakın oluyordu. Sonsuzluk probleminden kastımız da bu.

İşte ilk kez 1948 yılında Pocono’da Oppenheimer, Niels Bohr ve Paul Dirac gibi efsanelerin de katıldığı bir konferansta genç fizikçi Richard Feynman bu büyük dehalara bu çözümü sunmuştu.

Çok basit bir şekilde parçacıkların nasıl etkileşime girdiğini, tüm olasılıkları ile birlikte görsel olarak göstermişti.

Hepsi inanılmaz etkilenmişti bu genç fizikçiden.

Onlara bu diyagramları şöyle açıklamıştı.

Örneğin bu diyagram aslında uzay-zamanda bir parçacık ilişkisinin hikayesi gibi.

Düz çizgiler elektron gibi kütleli parçacıklar, dalgalı çizgiler ise foton gibi kuvvet taşıyan parçacıkları gösteriyor.

Bu basit etkileşimde iki elektron farklı yerlere saçılıyor.

Bu diyagramı ters çevirdiğimizde ise oklar ters yönü gösteriyor.

Ve böyle olduğunda bu pozitronu ya da anti-elektronu ifade ediyor.

Foton alışverişi yapan antiparçacıklar.

Ve aslında bu diyagramdaki her bir bölüm kuantum elektrodinamiği denkleminin bir bölümüne karşılık geliyor.

Orta kısım ise evet. Orada işler biraz karışıyor. Bu arada sanal parçacıklar oluşup yok oluyor, hatta zamanda geri bile gidebiliyor. Olasılıklar sınırsız demiştik ya. Ve Feynman aslında başka yerden bakmak gerektiğini söylemişti. Bu olasılıkların hepsini hesaplamamıza gerek yok demişti işte. Önemli olan sonuçtu. Ve bu şekilde baktığınızda sonuçlar kusursuz bir şekilde önünüzdeydi.

Resmen tüm bilim dünyasını bu konuda bataklığın içinden çıkarmıştı.

Tabi fizikçi arkadaşlarına veya ustalarına bunları gösterdiğinde çok az kişi bunları çalışmalarında nasıl kullanabileceğini anlamıştı.

Ama birisi bunun önemini görmüş ve bu müthiş keşfi geliştirmek istemişti.

Freeman Dyson.

Bu şemaları tersine mühendislik ile tekrar araştırmacıların anlayıp kullanabileceği matematiksel ifadelere dönüştürmüş ve sihir de burada ortaya çıkmıştı.

Sonsuz olasılıkların renormalizasyon ya da yeniden normalleştirme sayesinde sonlu değerlere dönüştürülebileceğini de göstermişti.

Bu noktadan sonra kuantum mekaniğinde hiçbir şey aynı kalmamış ve teorik fizikçiler çok önemli hesaplamalar yaparken hala bu şemalara dönüp bakarlar. Kimi zaman bir fotoğraf bin sözcükten daha değerlidir derler ya. İşte Feynman’ın tam olarak yaptığı buydu. Fotoğrafını çekmişti. Ama neyin fotoğrafı bunlar? Yani. Neden bu kadar önemli? Bu da önemli bir soru değil mi bizim için? Anlamak için buradayız.

Şöyle ki.

Evrende olup biten her şeyi bir düşünün.

Yıldızların, gezegenlerin oluşumunu. Yaşamın başlangıcını. Her şeyi.

Evrenin kendisini düşünün.

Olup biten her şey aslında atomaltı parçacıkların birbirleri ile ilişkisine dayanır. Aralarındaki etkileşimler, çarpışmalar, yok oluşlar. Birbirlerini nasıl etkiledikleri ile alakalıdır her şey. Elektromanyetizma, nükleer kuvvetler. Hani ince yapı sabitinden bahsederken demiştik ya, çok ufak bir fark evreni çok başka bir yere dönüştürebilirdi diye.

İşte Feynman Diyagramları bu etkileşimleri bize 2 boyutlu bir resim halinde çizip önümüze koyuyor.

Higgs bozonu keşfedildi ya mesela. Feynman diyagramları olmasa anlaşılması veya keşfedilmesi neredeyse imkansız olurdu. Hangi parçacıklar nasıl bir ilişki kuruyorlar, sonrasında ortaya ne çıkıyor… Bunların birçoğunu biliyoruz. Ama bilmediğimiz bir parçacık çıktığında “işte” diyoruz. Şemada böyle bir şey yoktu. Bu farklı bir parçacık olmalı. Bu yeni bir etkileşim, yeni bir sonuç.

Feynman. Dedik ya. Çok başka bakabiliyordu kaosa, anlaşılmazlığa. Başkalarının aylarını alacak sorunları bir öğle yemeğinde çözebiliyordu.

Ve 1965 yılında bu çalışması ile yine aynı alanda çalışan Julian Schwinger ve Sin-Otiro Tomonaga ile birlikte Nobel ödülünü paylaşacaktı.

Ama ilk bölümden hatırlarsınız. Ödüller onun hiç ama hiç umrunda değildi.

Çalışmalarının başkalarına ilham olmasıydı onun için önemli olan. Sorulara cevaplar sunması. Yeni bir şeyler keşfetmek asıl ödüldü onun için.

Ama her şeyin de ötesinde çok renkli bir kişiliğe sahipti. 1959’da evlendiği Gweneth Howarth ile birlikte çocuklarının utanmalarına aldırmadan bir minibüs alıp bunu Feynman Diyagramları ile boyatmışlardı.

Kızının anlattığına göre bir keresinde biri gelip “Minibüsünüzde neden Feynman diyagramları var”  diye sorduğunda Feynman’ın eşi “Çünkü biz Feynman’larız” demişti.

Bu videoda konuştuğumuz Feynman Diyagramları başta olmak üzere çok iyi bir bilim insanı olmasının yanında birçok insan aslında Feynman dendiğinde onun “derslerini” hatırlar.

1960’ların başından itibaren verdiği dersler o kadar ilgi çekmeye başlamıştı ki salonlar tıklım tıklım doluyor, fizikten, kuantum mekaniğinden bahsettiği dersleri televizyonlarda gösterilmiyordu.

Onun da söylediği gibi “bir şeyin adını bilmek ile onu gerçekten anlamak arasında ciddi bir fark var”.

Ama onun da ötesinde bence bir şeyi bilmek ile onu anlatabilmek de çok ayrı beceriler. Ve Feynman bu konuda tarihin en iyilerindendi.

Peki bu kadar mı? Elbette değil.

Feyman dünyayı değiştirmeye, kitleleri etkilemeye, bugün dahi hepimizi hayran bırakacak çalışmalara devam edecekti.

Biz de onu konuşmaya devam edeceğiz.

Ve her zaman olduğu gibi.

Tekrar görüşene dek.

İyi ki varsınız.

Sevgiler.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir