Featured Video Play Icon

Kuantum Alan Teorisi: Her Şeyin Teorisi (Bildiğimiz Kadarıyla)

Paradigm Shift. Yani Paradigma Değişimi…

Kısaca “Sorgulanması bile abes kaçan kuralların alaşağı edilmesi” durumu.

Bu terimin de bilim dünyasındaki temsilcilerinin en başında gelenlerden biri bana kalırsa, merak etmeyin Einstein demeyeceğim 🙂 Onun nasıl bir değişime neden olduğunu zaten bol bol konuştuk… Fakat zamanı ve neden olduğu değişim göz önüne alındığında bu isim Michael Faraday’dir…

Bol bol konuştuk diplomasız dâhimizden Faraday videomuzda. Elektrik ve manyetizma konusundaki keşifleri inanılmazdı. Elektromanyetizmanın temellerini atmış ve bir devri kapatıp yenisini açmıştı bilim dünyasında. Ondan sonra gelen tüm gelişmeler bir noktada onun sayesinde desek çok abartmış olmayız.

Buna kuantum fiziği de dahil. Evet. Kuantum fiziği. Ve ötesi.

Ancak Faraday’ın yaktığı ateş ile birlikte evren ile ilgili algımız inanılmaz bir değişime uğruyor ve bu videoyla birlikte tüm bu değişimin geldiği son noktaya doğru yaklaşıyoruz. Baştan uyarmakta fayda var. Her zaman olduğu gibi genel kanıya, klasik fiziğe ve evreni algılama biçimimize ciddi bir saldırı planlıyorum bu videoda. Kemerlerinizi bağlayın…

Faraday’ın tüm deney ve buluşlarının ötesinde neden olduğu değişimin en büyük göstergesi alanlardır.

Elektrik alanı ve manyetik alan.

Bir düşünün. Hatta biraz normalleştirdik ama mıknatısları bir düşünün. Birbirlerine yakınlaştırıyorsunuz. Aynı kutupları değdirmeye çalışıyorsunuz. Ama bir güç var aralarında. Hissediyorsunuz bunu. O arada. O boşlukta bir şey var. Orası boş değil aslında. Bir alan var orada.

Bunu okulda öğreniyoruz. Çok basit. Öğreniyoruz ve geçiyoruz. Ama bence yeterince hakkını vermiyoruz.

Bu bulgunun ve olgunun ne kadar radikal bir şey olduğunun farkında değiliz gibi geliyor bana.

Yani şu yaşıma geldim hala bana sihir gibi geliyor ama bir açıklaması mevcut.

İşte Faraday’ın dehası burada devreye giriyor. Bize bu görünmeyen alanları açıklıyor. Çevremizde olup biten her şey bu alanlar sayesinde gerçekleşiyor.

Bunu Kraliyet Enstitüsünde insanların karşısında bir bobine uyguladığı elektrikle ortaya çıkan manyetik alanda oluşturduğu hareket ile masanın diğer tarafındaki bir ölçüm cihazının iğnesini hareket ettirerek kanıtlayacaktı.

O salonda bulunanların yaşadığı şaşkınlığı bir düşünün. Uzaktan, dokunmadan bir cismi hareket ettirebiliyor karşınızdaki kişi. Sihir!

Bugün telefonunuzu alıp dünyanın öbür ucundaki birini arayıp konuşabiliyorsunuz ya. İşte bu imkanın, bu muhteşem gelişmenin tarihteki ilk gösterimiydi bu masanın diğer tarafında sağa sola oynayan gösterge iğnesi…

Yani. Görünmeyen bu alanlarla uzaktaki nesneleri oynatabilir, onları etkileyebilir, bu alanlar üzerinden iletişim kurabilirdiniz. Bugün modern dünyada her ne yapabiliyorsak işte bu alanlar sayesinde yapıyoruz.

İşte Faraday’in bıraktığı miras böyle bir miras.

Bununla da bitmeyecekti.

Faraday uzun süre devam ettirdiği bu halka açık derslerden birinde 20 dakika kadar erken bitiriyor. Son 20 dakikada ise tamamen doğaçlama bir şekilde beyin fırtınası yapmaya başlıyor. 20 dakika boyunca keşfettiği elektrik ve manyetik alanların bu kadarla kalmadığından, aslında insanlığın bu zamana kadar gördüğü her şeyi de bu dalgalara borçlu olduğundan bahsedecekti. Yani özetle, ışığın da bir elektromanyetik dalga olduğunu söyleyecekti. Tüm deneylerini hayranlıkla izleyen insanlar bu kısımda ciddi ciddi gülmüşlerdi ona. “O kadar da değil” diyeceklerdi…

Yaklaşık 50 yıl sonra ise Maxwell ve Hertz sayesinde aslında bu konuda da haklı olduğunu, ışığın da bir dalga olduğunu öğrenecektik… Kendisi göremese bile…

Özetle evrende sadece “parçacıklar” yoktu. Madde dediğimiz şey sadece deneyimimizin görünen ve dokunabildiğimiz kısmıydı.

Kalan tüm kısımları dolduran, tüm evrene yayılmış alanlar da vardı.

Fakat bahsettiğimiz bu alanların ne kadar önemli olduğunu Faraday da tahmin edememişti. Kimse de edemezdi zaten.

1920’lere geldiğimizde Heisenberg, Schrödinger gibi isimlerin katkılarıyla evrenin çok ama çok başka şekilde çalıştığını anlayacak, Kuantum Mekaniği ile tanışacaktık…

Kuantum mekaniğinin bu yıllarından, devrimsel gelişmelerinden bol bol bahsettik zaten biliyorsunuz. Mutlaka bu videolara da göz atın. Çünkü bu videoyla başta da söylediğim gibi işler çok çok çok karışıyor.

Kuantum mekaniğinin en çarpıcı kısmını tekrar hatırlamak gerekirse. Enerji sürekli değildir.

Enerji dediğimiz şey çok küçük paketler halinde bulunuyor. Kuantum’un kelime anlamı da aşağı yukarı budur zaten. Paket.

Fakat asıl sıkıntı enerjiyi paketler halinde gören kuantum mekaniğinin kurallarını alıp Faraday’ın “alanlarına” uyguladığınızda başlıyor. Çünkü bu alanlar kesintisiz devam eden oluşumlar.

Ve bu ikisini birleştirdiğimizde karşımıza çok çılgın bir teori çıkıyor işte. Kuantum Alan Teorisi!

İlk sonucunu da yine elektromanyetik bir dalga olan ışığa kuantum teorisini uyguladığımızda ortaya çıkıyor. Bu dalgaları incelediğimizde aslında bu dalgaların paketler halinde hareket ettiğini gördük. Foton adını verdik buna da.

İşin asıl sihri de burada. Bu ilke evrendeki tüm parçacıklar için geçerli desem?

Mesela. Şu anda bulunduğunuz odada bir “elektron alanı” bulunuyor.

Hatta evrenin her yerinde. Bu elektron alanındaki dalgalar da kuantum mekaniğinin kurallarına göre belli noktalarda paketlere dönüşüyor. Bu paketlere de “elektron” adını veriyoruz.

Yani vücudunuzdaki elektronlar evrendeki aynı elektron alanının paketlere dönüştüğü yerler sadece. Sizdeki elektronlarla tüm insanlardaki ya da odanızdaki herhangi bir nesnenin elektronları aynı dalganın farklı ifadeleri…

Hepimiz birbirimize bağlıyız derken bilimsel konuşuyoruz yani aslında. Aynı okyanustaki dalgalar gibi. Farklı görünüyorlar ancak hepsi aynı dev okyanusun birer parçası.

Bununla da bitmiyor. Nötron ve protonları oluşturan kuarklar da bir kuark alanının parçası aslında.

Veya aklınıza gelen tüm parçacıklar. Her biri… Bir alanda oluşan dalgacıklar…

Yani. Sıkı durun. Kuantum alan teorisi bize diyor ki…

Evrende parçacık diye bir şey yok!

Alanlar var. Ve bu alanlardaki dalgacıklar. Hepsi bu.

Biraz fazla oldu değil mi? Biliyorum. Merak etmeyin. Tüm bunların ne anlama geldiğini mümkün olduğunca anlatmaya çalışacağım. Kolay olacak demiyorum. Ancak birlikte deneyeceğiz.

Bu noktada önce size bir video göstereceğim.

Hiçliğin videosu.

Evet. Hiçliğin.

Bir bilgisayarla oluşturulmuş bir simülasyon.

Bir kutu düşünün. İçindeki tüm parçacıkları. İçinde bulunan her şeyi boşalttığınızda. Fizikçiler “vakum” derler buna. Bir vakum yani tam bir boşluk oluşturduğunuzda ortaya çıkan şey bu…

Fakat tüm parçacıkları çıkardığımızda bile gördüğünüz üzere orası boş değil. Hiçlik hiç de sıkıcı değil.

Bir alan var hala. Alanlar her yerde.

En garibi ise bu titreşen hiçlik de bazı kurallara göre hareket ediyor. Kuantum fiziğinin kurallarına göre.

Heisenberg belirsizlik ilkesi özellikle. Bu ilke bize şunu söyler. Sabit duramazsın. Hareket etmek zorundasın. Kişisel olarak da alınacak dersler var bu ilkeden tabi ama bizim konumuzda bu gördüğünüz hiçlikteki alan da bu kurala uyuyor. Uymak zorunda. Ortada hiçbir şey olmasa bile dalgalanmak, baloncuklar çıkarmak, hareket etmek zorunda…

Bunun da bir adı var. Kuantum Vakum Dalgalanmaları!

Ve bunlar. İnsanlığın karşılaştığı en zor olgulardan biridir. Hatta para ödülü var. Şaka değil. Matematikle biraz ilgiliyseniz muhtemelen matematikteki en zor 6 problemi duymuşsunuzdur. Aslında 7 taneydi ama çılgın bir Rus bir tanesini çözmüştü. İşte 6 tane çözülmesi neredeyse imkansız görülen matematik problemi var. Ve işte Kuantum Dalgalanmaları bu sorulardan bir tanesi…

Matematiğin isyan ettiği yer. Bu dalgalanmaları simülasyonda göstermekten bahsetmiyoruz elbette. Hiçliğin bu hareketini açıklayabilmekten bahsediyorum. Hangi kurallara göre hareket ettiğini açıklamaktan…

Belki şu soruyu sorabilirsiniz. Bu dalgaların olduğundan emin miyiz? Evet. En belirgin kanıtı Casimir Etkisidir. Fakat konu zaten karışık, bu kısmını sizin araştırmanıza bırakıyorum. Casimir Etkisini araştırmayı unutmayın video bittikten sonra…

Yani. Evrendeki her şeyin temeli atomlar vs. değil. Maddenin, her şeyin temeli evrene yayılmış olan bu alanlar ve bu alanlardaki dalgalanmalar.

Hepimiz kuantum alanlarından yapıldık.

Peki. Biraz daha derine gidelim.

Periyodik cetveli hatırlıyoruz değil mi? Evrendeki her şeyi oluşturan elementlerin bir listesi. Çok hoş değil mi? Müthiş bir sınıflandırma.

Ama maalesef bunu unutmamız gerekiyor. Çünkü anlamı yok artık.

Yani elbette günlük hayatta, laboratuvarlarda yaptığımız hesaplarda, kimyasal tepkimelerde elbette kullanılıyor. Kullanılmaya da devam edecek ama kuantum evreninde yeri yok.

Asıl periyodik cetvele bakalım sizinle.

İşte bu.

Evrendeki her şeyi oluşturan parçacıklar işte bunlar.

Elektron ve iki kuark. Bu kadar.

Bilmemiz gereken sadece bunlar.

Bir de nötrinolar var tabi onları unutmayalım.  Maddenin oluşumu ile ilgileri yok ama şu an biz otururken hepimizin içinden milyarlarcası geçip gidiyor. Değişikler bunlar biraz. Dünyanın da içinden geçip gidiyorlar. Asosyaller bayağı. Ama bunları sonra konuşacağız.

Bizim bilmemiz gerekenler elektron ve bir yukarı ve bir aşağı kuark. Niye aşağı yukarı diyorlar çok bir mantığı yok. Havalı isim bulamadılar sanırım.

Fakat burada kalsa bir nebze anlayabiliyorduk. Ancak sonra öğrendik ki bunlardan 3er tane varmış.

Tıpkı elektron gibi davranan fakat daha fazla kütleli Müon ve Tau.

Nötrinoların aynısı ama daha kütlelisi Müon ve Tau Nötrinolar.

Aşağı Kuarktan sonra Garip Kuark ve Alt Kuark

Yukarı Kuarktan sonra Tılsım Kuark ve Üst Kuark…

Neden oradalar? Neden varlar? Hiçbir fikrimiz yok.

Bilimin en büyük gizemlerinden.

Fakat en üstteki işte bu 12 parçacık bildiğimiz kadarıyla evrendeki her şeyi oluşturan parçacıklar.

Ve haliyle 12 tane alan söz konusu. Bu parçacıklar kendilerine ait ayrı ayrı 12 ayrı alanın parçaları.

Ve bu alanlar da evrendeki 4 temel kuvvet ile birbirleri ile etkileşime giriyorlar. Kütleçekim, elektromanyetizma, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet.

Ve bu kuvvetlerin her biri de ayrı ayrı alanlar kendi halinde.

Yani toplamda 12 adet maddeyi oluşturan alan.

4 tane de kuvvet alanı var. Toplamda 16 alanın etkileşiminden bahsediyoruz.

Bir alanda, örneğin elektron alanında bir dalgalanma diğer alanlarda, elektromanyetik alanda da bir dalgalanmaya neden oluyor, sonra bu kuark alanını tetikliyor ve karşımızda bu alanların arasında süregelen bir dans başlıyor. Alanların dansı. Bu dans da işte her şeyi harekete geçiriyor.

Bu dans işte evrenle ilgili insanlığın ortaya çıkardığı en kapsamlı teorilerden birini bize anlatıyor.

İsmi çok havalı gelmese de. Standart Model dediğimiz bu işte…

En azından öyle sanıyorduk.

Puzzle’ın bir parçası eksikti.

Maddeye kütlesini kazandıran şey neydi? Onu bilmiyorduk. Alandaki dalgalar elektronu oluşturuyordu ancak kütlesini kazandıran neydi.

İşte bu noktada Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki inanılmaz keşif bizi aydınlattı.

Higgs Alanı… Bol bol konuştuk bunu daha önce. İşte bu bize bir parçacığa kütlesini kazandıranın ne olduğunu açıklıyordu. Standart Modelimizin eksik parçası tamamlanmıştı bir nevi.

Bir alan daha.

Şimdi bu noktada bir formüle bakalım birlikte. Bir melodiye göz atalım.

Anlamamız gerekmiyor.

Ama burada ne var biliyor musunuz?

Bu formül şu anda elimizde “Her Şeyin Teorisi” diyebileceğimiz en başarılı formül.

Dediğim gibi anlamamıza gerek yok. Zaten birçok bilim insanı da anlamıyor. İhtiyacınız olduğunda kullanabiliyorsunuz. Var olması bile müthiş bir şey.

Çünkü. Çok çılgın gelebilir ancak bu formül.

Tarihte. Yaptığımız. Tüm bilimsel deneylerin sonucunu doğru tahmin eden tek bir formül.

Her şey. Hepsi. Bu formülün içinde.

İsterseniz parça parça bir bakalım.

Burada Einstein’ın Kütlkeçekim denklemi var. Yani bu kısmı çözdüğünüzde bir elmanın ağaçtan ne kadar uzağa düşeceğini hesaplayabilirsiniz. Ya da bir kara deliğin nasıl oluştuğunu ve evrene kütleçekim dalgalarını nasıl yaydığını.

Sonra Maxwell geliyor. Elektromanyetizma denklemi ile. Faraday’den Hertz’e. Elektromanyetizma ile ilgili yaptığımız her şey bu kısımda.

Sonra Güçlü ve Zayıf Nükleer kuvvet.

Ardından Paul Dirac geliyor. Maddeyi anlatıyor. Maddeyi oluşturan 12 parçacığı.

Sonra Higgs bozonu geliyor. Maddenin higgs alanı ile nasıl etkileşime girdiğini anlatıyor.

Her şey burada. Tüm bilimsel gelişmeler burada. Herkes burada.

Şu anda insanlığın bildiklerinin sınırı burası.

Mevcut bilgi birikimimizin doruk noktasına hoş geldiniz.

Yani bütün büyük isimlerin elele vermesi ile gelebildiğimiz nokta burası.

Peki son durak burası mı?

Şöyle söyleyeyim. Yakın bile değiliz.

Çünkü.

Şimdi bu noktada son birkaç videoda bahsettiğim konulara tekrar dönmenin vakti. Karanlık madde ve karanlık enerji… Hatta antimadde…

Çünkü. Bu denklemde karanlık madde yok. Karanlık enerji yok.

Olduklarını çok iyi biliyoruz ama göremiyoruz. Oradalar ama gizleniyorlar. İlk saniyeden beri oradalar hem de.

Büyük patlamadan hemen sonra.

Bu fotoğrafı hatırladınız mı? Evrenin bebeklik fotoğrafı demiştik. Evrenin ilk 380.000 yılının resmi.

Bu dönemde her yer alev alevdi. Ama biraz yakınlaştığınızda daha soğuk bazı noktalar göreceksiniz.

İşte buralarda ne var? Evet. Kuantum Dalgaları… Bu alanlar tamamen boşluk. Hiçlik.

Fakat hiçliğin de hiçlik olmadığını biliyoruz. Ama ne?

İşte burası bizim duvarımız. Şu ana kadar aşamadığımız bir duvar.

Neler yapıyoruz peki? Büyük Hadron Çarpıştırıcısında bir ipucu arıyoruz.

Higgs alanını bulduktan sonra 2 yıl ara verildi. Ve 2 kat daha güçlü olarak tekrar açıldı. O günden beri hiçbir şey bulamadık.

Tam olarak ne arıyoruz peki?

Süpersimetriyi.

Ve.

Sicimleri!

Bildiklerimizin sınırına dayandıysak bundan sonra bizi ne bekliyor? Bebarbilim artık bazı videolarda ipleri koparabilir demek oluyor. Daha gidecek çok yolumuz, konuşacak çok şeyimiz var.

Siz de benim gibi heyecanlı mısınız?

Her şeyden öte diyorum ki… İyi ki bilim var…

Ve her zaman olduğu gibi diyorum ki…

İyi ki varsınız!

Tekrar görüşene dek…

Sevgiler…

Kaynaklar:

https://plato.stanford.edu/entries/quantum-field-theory/

https://www.newscientist.com/question/quantum-field-theory/

https://web.physics.ucsb.edu/~mark/ms-qft-DRAFT.pdf

https://medium.com/starts-with-a-bang/this-is-why-quantum-field-theory-is-more-fundamental-than-quantum-mechanics-b37c5e05ed0d

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir