Kuantum mekaniği her şeyi değiştirdi. Değiştirmeye de devam ediyor. Değiştirmeye de devam edecek. Etmek zorunda. Çünkü hangi disiplinden, hangi bilim insanına sorarsanız sorun size bilimsel gelişmenin henüz çok ama çok başında olduğumuzu söyleyecektir. Doğru bildiklerimizin aslında “kısmen doğru” olduğunu. Ve hepsinin de bir tür revizyona, bir değişime, belki de bir devrime ihtiyacı olduğunu. Bunun için de yüzyıllardır uğraşıyoruz. Her yere. Ama her yere bakıyoruz. Önce teleskobu aldık elimize. Kozmosun derinliklerine baktık. Çok şey değişti. Daha büyük teleskoplar yaptık. Ama cevaplar yeterli değildi. Sonra mikroskobu aldık elimize. Teleskoptan çok daha fazla şey öğretti bize. En küçük parçacığa doğru yolculuğumuz bize inanılmaz kapılar açtı. Bizim de bu yolculukta aklımız karıştı, şaşırdık, şok olduk, anlamlandıramadık, hayran kaldık, merak ettik. Ediyoruz…
Şu anda elimizdeki resim de şu: Evreni ve içinde olup bitenleri açıklamak istiyorsanız en genel haliyle elinizde iki tane araç var. Kuantum evreninde olup bitenleri, temel parçacıklar arasındaki etkileşimi, elektromanyetizmayı, nükleer kuvvetleri açıklamak istiyorsanız “kuantum alan teorisine” gideceksiniz. Yok benim işim daha büyük cisimlerle diyorsanız “genel görelilik teorisine”.
Bu ikisi sayısız teste tabi tutulmuş ve hepsinden başarıyla geçmiş elimizdeki “her şeyin teorisine” en yakın iki teori. Ama sorun da burada işte. Her şeyin teorisi, iki ayrı teori olamaz… Olmamalı. Olmayacak da…
Neden olmasın ki? Diye sorabilirsiniz. Size iki tane çok geçerli sebep söyleyebilirim.
Kara delikler ve büyük patlama…
Bu ikisinde bizim bir türlü buluşturamadığımız kuantum alan teorisi ve genel görelilik bir arada. Ama nasıl? Bu ikisi bir araya geldiğinde mi işler karışıyor yoksa işler karıştığında mı ancak her şeyin teorisi kendini gösteriyor? Bunun cevabını ise bize ancak bir teori verebilir. Bilim dünyasının rüyalarını süsleyen müstakbel her şeyin teorisi. Kuantum Kütleçekimi.
Öncelikle şundan bahsetmek gerekiyor. Elbette elimizde sadece kuantum alan teorisi ve genel görelilik yok. Haritayı biraz yakınlaştırdığımızda kuantum kütleçekimini açıklamaya çalışan sicim teorisi ve döngüsel kuantum kütleçekimi ile birlikte özel görelilik, elektromanyetizma, Newton mekaniği, klasik fizik veya istatistiksel mekanik de var elimizde. Fakat kuantum alan teorisi ve genel görelilik “en temel” olmaları ve çok kapsayıcı olmaları bakımından en üstte konumlandırılırlar bu açıdan. Ama işte bizim konuşacağımız bu iki ayrı çok başarılı teorinin neden bir türlü bir araya gelmediği.
Kara delikler ve büyük patlamayı örnek vermiştik. Nedeni de şu. Princeton’dan Robbert Dijkgraaf şöyle söylemişti: Doğa, kara delikler yaratmanın bir yolunu buldu. Şimdi doğanın bilip bizim henüz bilmediğimiz şeyin ne olduğunu bulmak bize bağlı.
Gerçekten de durum bu. Kara deliklerin de bu kadar önemli olmasının ve bu kadar araştırılmasının nedeni de bu.
Fakat ne oldu da hala çok yol kat edemedik? Yani Einstein genel göreliliği 1915 yılında yayımlamıştı. Kuantum alan teorisi ise 1920’lerde başlayan çalışmaların sonunda 1970’lerde son halini almıştı. O zamandan beri neden çok da yol kat edemedik? Aslında basit bir nedeni var. Kütleçekimin kendine has özelliği. Çok çok zayıf olması ve sadece makro evrende etkili olması. Yani sizi yeryüzünde tutmak için koskoca bir dünya kütlesinde bir cisme ihtiyacınız var. Ancak asıl sorun bizim gibi ya da dünya gibi büyük kütleli cisimlerde de kuantum mekaniğinin etkileri “fark edilemeyecek” düzeyde maalesef.
O nedenle kuantum kütleçekimini nerede aramanız gerekiyor? Evet. Dev bir kütlenin minicik bir alana sıkıştırıldığı yerlerde. Kara deliklerde. Ama malum. Bir kara deliğe gitmek. Bırakın orada deneyler yapmayı. Şu anda hayal bile edemeyeceğimiz bir macera. Tek çare? Bir karadelik oluşturmak. En azından benzer koşulları sağlamak. Bunun için elimizde şu anda CERN var. Biliyorsunuz. 20 küsür kilometrelik bir tünelde parçacıkları çarpıştırmaya ve bir şeyler öğrenmeye çalışıyor. Ama elimizdeki imkanlarla ulaşabildiğimiz enerji seviyeleri maalesef bize çok az bilgi veriyor. O yüzden daha büyük bir parçacık hızlandırıcıya ihtiyacımız var. Daha büyük derken de yaklaşık Jüpiter boyutlarında. Hatta bazı bilim insanlarına göre güneş sistemini çevreleyecek bir tünelde 100 yıl sürecek bir deney sonucunda ancak gerekli enerjiye yaklaşabiliriz.
O yüzden aslında hiç uğraşmadan doğada oluşmuş deneylere, doğanın bize sunduğu kara deliklere veya en başa, büyük patlamaya bakmalı, bunları daha iyi anlamaya çalışmalıyız.
İşte burada sürekli karşımıza çıkan Kozmik Arka Plan Işıması çok önemli bir role sahip. Evrenin oluşumundan 380.000 yıl sonra ilk ışığın ortaya çıkışından itibaren evrenin haritasından bahsediyoruz. Baktığımızda da ciddi sorunlar görüyoruz aslında. Bu haritada ışık dengeli değil. Bazı yerlerde düzensizlikler var. Belirsizlikler. Bu dalgalanmalar, bu belirsizlikler inanılmaz önemli aslında. Evren bir atom çekirdeğinden daha küçük bir noktayken sahip olduğu kuantum özelliklerinin bir yansıması bunlar. İmzası. Kuantum dalgalanmaları. Aslında tam anlamı ile Heisenberg Belirsizlik İlkesinin fotoğrafı bunlar. Evrenin doğuşundan bize göz kırpan.
Ve haliyle evrende gördüğümüz tüm büyük ölçekli yapılar, galaksi kümeleri ve biz aslında zamanında kuantum yasalarının ördüğü bir tür düzenin ya da kaosun ürünleriyiz. İşte o yüzden kozmik arka plan ışıması kuantum ve genel göreliliğin birleştiği yerleri bize işaret ediyor. Ama nerede? Nasıl? Tam olarak nereye bakmamız gerekiyor? Bu bir define haritası aslında. Bir şeyler anlatıyor ama… Ama ne? Siz bir düzen görebiliyor musunuz? İyi bakın lütfen. Çünkü buradaki gizemi çözebilen insan tarihe adını altın harflerle yazdıracak buna emin olun.
Ama tabi biz düşünürken bilim dünyası da bu konuda teoriler üretmeye, çalışma yapmaya devam ediyor.
Bu çalışmaların en önemlisi de yine birçok kez lafını ettiğimiz kütleçekim dalgaları. Biliyorsunuz. Evrende süpernova veya nötron yıldızlarının çarpışması gibi dev enerjili olayların uzay zaman kumaşında neden olduğu dalgalar. Einstein’ın çok önce teorileştirdiği ama “insanlığın bunu tespit edebileceğine pek ihtimal vermiyorum” dediği ve LIGO isimli projenin ilk kez yakaladığı ve haliyle Nobel ödülü kazandığı olgular. Ama bu deneylerin önünde yeni ve yine büyük konuşmayalım ama neredeyse imkansız yeni bir meydan okuma var. Bu kütleçekim dalgalarının içindeki “graviton”ları bulmak. Graviton. Kütleçekimin parçacığı diyebileceğimiz “teorik bir parçacık”. Kuarkları, fotonları filan unutun. Planck uzunluğunu biliyorsunuz. Evrende ulaşılabilecek en kısa mesafe. İşte ondan bile küçük olması muhtemel bir teorik parçacıktan bahsediyoruz. Yani bu sefer gerçekten mission impossible diyebiliriz. Ama. Ama tabi ki neler gördük. Ne imkansızlıkları aştık.
Gravitonu tespit edebilirsek işte o zaman büyük bir devrim bizi bekliyor olacak. Graviton demişken de kısaca açalım isterseniz. Aslında kütleçekim kuvvetini taşıdığı düşünülen parçacıklar diyebiliriz bunlara. Işığı anlamaya çalışırken fotonu teorileştirmiş ve sonra bulmuştuk ya. Ama işte ışık dalgasını gözlemleyebilsek de bir fotonu gözlemlemek ne kadar zorsa bu parçacığı gözlemlemek bahsettiğimiz gibi imkansıza yakın.
Ama işte bir şekilde, bir yakalayabilirsek bu yolu takip ederek nerelere ulaşabiliriz kim bilir? Mevcut teorilerimizi bayağı bir değiştirmemiz, doğru bildiklerimizin bir kısmını çöpe atmamız gerekebilir. Tam ihtiyacımız olan da bu aslında.
Şimdi isterseniz bu kuantum kütleçekimine yönelik elimizdeki en iyi iki teoriye bakalım. Sicim teorisi ve döngüsel kuantum kütleçekimi.
Şimdi. Hatırlayalım. Kuantum alan teorisi bize ne diyordu? Her bir temel parçacık aslında kendisine ait bir alana sahiptir. Tüm evren örneğin elektron alanı, kuark alanı gibi alanlarla kaplı ve biz mesela ya da bizi oluşturan her bir atom bu alanda belirli noktalarda biriken enerji yumaklarıyız. İplikte atılan düğümler gibi. Genel görelilik ise malum. Uzay zamandaki bükülmeden başka bir şey değil.
Sicim teorisi diyor ki. Uzay zaman dediğimiz şey de aslında bir kuantum alanıdır. Ayrı düşünmemiz mantıksızdır. Tüm kuvvetlerle birlikte uzayzamanı da bir arada hesaplar. Döngüsel kuantum kütleçekimi ise olaya biraz daha farklı yaklaşıp sadece uzayzamanın kuantum özelliklerini anlamaya çalışır.
Yani sicim teorisine göre evrende aslında temel parçacıklar ve bunların özellikleri 11 boyutlu uzayda bulunan tek boyutlu sicimlerin farklı titreşim özelliklerinin karşılığıdır. Titreşen iplikler. Bu modlardan, bu özelliklerden, bu titreşimlerden biri de gravitona karşılık gelir. Yani tüm parçacıkları bir sicime indirger. Farklı parçacıklar yoktur. Tüm parçacıklar müzik notaları gibi titreşimlerin aslında farklı ifadeleridir. O kadar. Yani insanın aklında canlandırması biraz zor biliyorum. Kaldı ki gerçekliği anlatmakta başarısız olduğunu iddia eden bilim insanları da yok değil. Günlük tabirle çok teorik kaldığını.
Döngüsel kuantum kütleçekimine baktığımızda ise aslında evreni bir ekrandaki pikseller gibi resmeder. Bizim henüz görmeye ve gözlemlemeye bile yaklaşamadığımız pikseller. Planck mesafesi ile konuşur. Paketler diyoruz ya. Fotonlar paketler halinde taşınır mesela. Uzay zamanın, evrenin işte genel anlamda bizim henüz gözlemleyemediğimiz paketlerden ibaret olduğunu açıklamaya çalışır. Bu teori ile birlikte ise çok garip bir olasılık karşımıza çıkıyor. Evrenin aslında başlangıcından da önce, yani büyük patlamadan da öncesi olduğu ihtimali. Ama bu ihtimali ayrıca konuşacağız zaten.
Fakat elimizde bir sürü olasılık, bir sürü soru işareti kaldı değil mi? Cevaplara yaklaşamadık bile. Ama bilimin de işi zaten çok nadir cevap bulmaktır. Biz her zaman olduğu gibi doğru soruları sormaya, beyin fırtınası yapmaya ve olasılıkları konuşmaya devam ediyoruz.
Kuantum kütleçekimini bulduğumuzda ne olacak diye sorabiliriz mesela? Günlük hayatımızı ilk etapta etkileyen bir şey olmayacağını söyleyebiliriz. Fakat “kara delikleri” anlamak fena olmazdı değil mi? Nasıl oluştuklarını. İçlerinde ne olduğunu? Belki de içlerinde başka evrenler sakladığını? Ya da başka evrenlere açılan kapılar olduğunu? İçine düşen cisimlerin bilgisine ne olduğunu? Öğrensek? İyi olurdu.
Veya. Daha da önemlisi. Büyük patlamada. Hatta öncesinde. Ne olduğunu?
İşte kuantum kütleçekimi bize bunların cevabını verme potansiyeli taşıyan inanılmaz önemli bir meydan okuma.
Ve anlayacağınız üzere gelecekte sicim teorisi, m-teorisi, döngüsel kütleçekim gibi konuların hikayesini tüm detayları ile konuşmamız gerekiyor. Kuantum evreninin heyecan verici dünyasını keşfimiz devam edecek.
Ve her zaman olduğu gibi.
Tekrar görüşene dek.
İyi ki varsınız.
Sevgiler.
Kaynaklar:
https://plato.stanford.edu/entries/quantum-gravity/
https://www.quantamagazine.org/physicists-find-a-way-to-see-the-grin-of-quantum-gravity-20180306/
https://www.scientificamerican.com/article/is-gravity-quantum/