Featured Video Play Icon

Hiçliğin Dansı: Kuantum Köpüğü

Bundan yüz yıl kadar önce evrenin temel yasalarına bakış açımız radikal bir şekilde değişecekti.

Newton’ın kütleçekimi ile mutlu mesut yaşayıp giderken, Maxwell’in denklemlerini ve elektromanyetizmayı henüz yeni yeni sindirmeye başlamışken biraz şans eseri biraz da sürekli daha derine bakmaya cesaret eden bilim insanlarının çabalarının kaçınılmaz sonucu olarak yepyeni bir evren ile karşı karşıya kaldık.

Önce özel görelilik ve ardından kuantum fiziği ile taş üstünde taş kalmamış, fizik dünyası neye uğradığını şaşırmıştı.

Intuitive kelimesini çok kullanırlar bu durumlarda. Sezgisel olarak çeviririz. Mantıklı, akla yatkın da diyebiliriz. Newton yasaları “intuitive” di mesela. Yasalar ile tecrübelerimiz paralel, birebir örtüşüyordu. Klasikti. Doğrudan bizim deneyimlerimizi anlatıyor, evren ile ilişkimizi güzel bir şekilde ifade ediyordu.

Kuantum Fiziği ve özel görelilik ile birlikte işte “non-intuitive” kelimesi bilim dünyasında en çok kullanılan kelimelerden biri haline geldi. Bu kelime kullanım sıklığı ile ilgili istatistikler vardır ya. Baksak büyük ihtimalle 1920’lerden sonra tavan yaptığını görürüz. Hiç “sezgisel” olmayan, deneyimlerimiz ile alakası bile olmayan yepyeni yasalar.

Hem de nerede? İçimizde. Her şeyin içinde. Temelinde. Her şeyi oluşturan atomlar ve atomaltı parçacıkların davranışları. Hiç “sezgisel” değildi.

Hareketli ve sabit saatlerin farklı aktığını, kedilerin hem ölü hem de canlı olabildiğini gördük.

İşte her şey bu kadar “algı” dışı olduğu için haliyle Einstein başta olmak üzere kuantum mekaniğine sayısız saldırı gerçekleştirildi. Günümüzde bile amatör ya da profesyonel, birçok bilim insanı veya bilim meraklısı bu teorideki ölümcül hataları bulduklarını iddia ederek ortaya çıkıyorlar ancak çok geçmeden bu “keşiflerinin” yıllar önce çürütüldüğünü görüyorlar.

Yani ne yaparsak yapalım, ne kadar zorlanırsak zorlanalım bir gerçek var.

Kuantum Mekaniği ölçümler ve hesaplamalar ile tarihin en başarılı teorisi ve bir yere gideceği yok.

İlk olarak biliyorsunuz. 1905 yılında özel görelilik ortaya çıktı ve 1920’lerden itibaren dev isimlerin sayesinde kuantum mekaniği şekillendi.

Başlarda haliyle bu iki teorinin ayrı olduğu düşünülüyor ona göre teoriler geliştiriliyordu.

Fakat sonrasında birileri garipliği fark etti.

Özellikle bir isim. Paul Dirac. 1928’de denklemleri ile yepyeni bir maddeyi, matematiksel olarak keşfetti. Evet. Çok acayip. Çünkü 4 yıl sonra 1932’de Carl Anderson Dirac’ın bu keşfini deneylerle ve gözlemlerle kanıtladı. Antimadde diye bir şey vardı.

Bunun çok farklı sonuçlarının arasında en önemlilerinden biri de Kuantum Mekaniği ile Özel Göreliliğin birleşmesi ve Göreli ya da Relativistik Kuantum Mekaniğinin doğmasıydı.

Dirac tarihin en önemli bilimsel “birleştirmelerinden” birini yapmıştı aslında.

1940’larda kuantum evreni ile ilgili bildiklerimiz çok daha sağlam temellere oturmaya başladı.

Richard Feynman videosunda uyarmıştım. Onun adını ve yaptıklarının sonuçlarını daha çok duyacağız demiştim.

İşte Feynman, Scwhinger ve Tomonaga’nın geliştirdiği Kuantum Elektrodinamiği ile elimizde bu birleşik teorinin ilk meyvesi duruyordu.

Ama Feynman videosunda konuştuğumuz diyagramları hatırlayın. Orada kafamızı daha da karıştırmaması için bahsetmediğim bir konu vardı.

Hatırlarsanız iki elektron arasındaki ilişkiyi açıklayan bu diyagramlar şunu gösteriyordu. İki elektron birbirine yaklaşıp bir noktada bir foton alışverişi yapıyor ve sonra başka yönlere saçılıyorlardı.

Buraya kadar sorun yok.

Biri elektron veriyor, diğeri alıyor. Yollarına gidiyorlar.

Ama neyi çok iyi biliyoruz? Fotonlar kütlesizdir.

Yani bildiğimiz fotonlar. Sıradan ışığın fotonları. Onların olayı da bu. Kütlesizler.

Ama burada gördüğümüz fotonlar nasıl biliyor musunuz? Kütleli. Evet. Kütleli fotonlar.

Garip.

Nasıl olur?

Ama aslında bir o kadar da basit.

Heisenberg Belirsizlik İlkesi bunu bize açıklıyor.

Bu ilkeye göre çok çok kısa sürelerde, plank zamanında çok yüksek bir enerji ortaya çıkarak kaybolabilir.

Enerji ne kadar yüksekse o kadar sürede kaybolur.

Elektronların alıp verdiği bu fotonlar da çok kısa sürede çok yüksek enerji taşıdıkları için aslında “kütleliymiş” gibi davranıyorlar.

Ama asıl çılgınlık burada değil. Daha başlamadık bile.

Kuantum Elektrodinamiği bize başka bir şey de söylüyor.

Şunu bir düşünün istiyorum. Kısa bir süre. Videoyu da durdurabilirsiniz.

“Hiçlik Aslında Bir Şeydir”

“Hiçlik Aslında Hiç Değildir”

Bunu bir sindirelim.

Uzayın en derinine gidelim beraber. Herhangi bir maddenin tozunun bile değmediği, ışık yılları ile hesaplanacak yakınlarında en ufak bir meteor bile olmayan bir yer bulalım. Bomboş, hiçbir parçacık olmayan bir yere.

Önce gözlerimizle bakalım. Ne görüyoruz, hiçbir şey.

Bir mikroskop alalım. Yakınlaşalım. Yok. Yine hiçlik.

Biraz gücümüzü artıralım. Kuantum düzeyinde bir bakalım. Belki bir şeyler buluruz.

Ve…

“Hiçlik aslında bir şeydir.”

Bir şeyler var değil mi?

Neye bakıyoruz peki?

Burada. Boşlukta elektronlar, pozitronlar, kuarklar ve anti-kuarklar hiçlikten doğuyor ve tekrar hiçliğe dönüyorlar. Var olup. Kayboluyorlar. Hiçlik dediğimiz şey aslında hiç de boş değil. Birçok şey olup bitiyor. Bir şeyler yaşanıyor. Bunlara da “sanal parçacıklar” diyoruz.

Bu görüntüye bakan bilim insanları ayrıca bir takma isim de bulmuştu. Gazlı içeceklerin köpüğünü hatırlayın. Baloncuklar kaybolur ve ortaya çıkar. Bundan yola çıkarak boşluğun bu hareketine “kuantum köpüğü” demişlerdi.

Ama tabi bir soru var değil mi? En önemli soru.

Nereden biliyoruz? Bunu nasıl bilebiliriz ki.

Tahminlerimizin ötesinde. Elimizde kanıt var mı?

Neyse ki var.

Kuantum serimizin ilk videolarından birinde ödev olarak vermiştim, sıkı takipçiler hatırlar. Araştırmasını yapanlar için yabancı bir terim değil.

Casimir Etkisi.

Hendrick Casimir isimli bir bilim insanı tarafından tahmin edilmiş, daha sonra kanıtlanmış bu olgu bu sanal parçacıkları şu şekilde kanıtlıyor.

Şimdi bunların, bu parçacıkların her yerde olduğunu biliyoruz.

Bir de şunu biliyoruz. Kuantum mekaniğine göre her parçacığın hem dalga hem de parçacık özelliği var. Bu sanal parçacıklar için de geçerli.

Bu sanal parçacıkların da hem uzun hem de kısa dalgaboyları olabiliyor.

Şimdi iki tane levha alalım ve bunları birbirine o kadar yakın şekilde yerleştirelim ki. Aralarındaki mesafede uzun dalgaboyuna sahip parçacıklar doğamasın. O kadar yakın. Bu durumda levhaların dış kısmında aralarında olduğundan daha fazla sanal parçacık olacaktır. Bunun sonucunda da. Evet. Levhalar birbirine doğru yaklaşacaktır.

Ve deneylerle de bu kanıtlandı. Gerçekten de levhalar durup dururken birbirlerine yaklaştı. Sihir gibi. Ama değil.

Hiçliğin marifeti.

Bir başka kanıtımız da manyetizmadan.

Elektronlar. Bir elektrik yükü ve bir de dönüşü vardır. Faraday ne demişti. Bir şey elektrik yüklüyse ve bir de dönüyorsa o şey bir mıknatıstır. Bunu siz de evinizde deneyebilirsiniz. Aynı şekilde elektron da bu özelliklere sahip olduğu için o da aslında bir mıknatıs gibi davranır. Bu sayede biz de her bir elektronun sahip olması gereken manyetik kuvveti hesaplayabiliyoruz. Kağıt üzerinde en azından. Belirli bir tahminimiz var.

Fakat hesaplamalar ile ölçümler arasında ufak bir fark çıkmıştı. %0,1 kadar. Çok değil gibi ama bu önemli bir fark. Bu boyutta özellikle.

Ancak hesaplamaları kuantum elektrodinamiği ve sanal parçacıkları da hesaba katarak yaptığımızda fark tamamen ortadan kalkmasa da kağıt üzerindeki hesaplamalar ile ölçümler inanılmaz derecede birbirine yaklaşmıştı.

Bu, insanlığın bugüne kadar yaptığı en hassas ölçümlerden biriydi.

Sorun çözülmüş, sanal parçacıklar kanıtlanmış ve bu hesap kapanmıştı. Diye düşünebiliriz.

Ama.

Sonra “muon” diye bir parçacık, elektronun kuzeni olarak bildiğimiz daha kütleli bir parçacık.

Bu değişik arkadaş biraz arıza çıkaracaktı.

Kağıt üzerinde hesaplanan ile ölçümler yine farklıydı. Çözeriz dediler. Muon g-2 diye bir deneye başladılar bundan 5 yıl kadar önce.

Hatırlarsanız bu yıl içinde bu deney tamamlandı.

Ve.

Fark tahminlerin de ötesindeydi.

Gözden kaçırdığımız bir şeyler vardı.

Aradaki fark henüz yeni bir yasayı gerektirecek düzeyde olmasa da çok çok yakın. Yeni bulgularla bu fark daha da artarsa bu köpüğün içinde, bu boşlukta, evrenin kumaşında bilmediğimiz, görmediğimiz bir şeyler olduğu anlamına gelecek bu.

Sanal parçacıkları, hiçliğin içindeki kaosu ortadan kaldırmayacak elbette ancak atomaltı evrende hüküm süren başka yasaların varlığını gösterecek bize.

Bunu da beraber takip edeceğiz.

Fakat bunu düşündükçe, kuantum köpüğünü, hiçliğin yoğunluğunu düşündükçe insan evrene çok başka bakıyor. Hem korkutucu hem de heyecan verici. Hem üzücü hem mutluluk verici.

Bize ne kadar yol kat ettiğimizi gösterirken daha öğrenecek daha çok ama çok şey olduğunu da kanıtlıyor bir taraftan.

Tarih boyunca her bir bilim insanının bir tuğlası bulunan bu binanın daha çok daha yükselebileceğini.

Kuantum Dalga Fonksiyonu videosunda da söylediğim gibi. Tarih daha çok ismin yükselişine, algımızı tamamen yıkıp yeniden inşa edişine tanık olacak. Bu binaya daha konulacak çok tuğla var. Nereli olduğunuzdan, hangi dili konuştuğunuzdan, kültürel farklılıklarınızdan bağımsız bir şekilde görüp görebileceğimiz en anlamlı imece çalışması herhalde bilim. İzlemek ne kadar zevkli olsa da aramızdan daha çok kişinin bu çalışmaya dahil olması dileğiyle.

Ve her zaman olduğu gibi.

Tekrar görüşene dek.

İyi ki varsınız.

Sevgiler.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir