03 Ağustos 2014 Erhan Kılıç

Büyük Birleşim Kuramı – Birleşik Alan Teorisi yazımda, konu Süper Birleşik Alan Teorisine ve big bange geldiğinde bu konudan bahsedeceğimi söylemiştim. Aynı zamanda daha önce anlattığım ama yetersiz olan diğer yazım Kuantum mekaniği ve İzafiyet Teorisinin Bir Araya Gelememe Problemi ‘ni de güncellemiş oluyorum. Ben de gelişen ve öğrenen bir birey olarak aradan geçen zamanda çok yetersiz ve zayıf bir yazı olduğunu görebiliyorum ki bir süredir bu yazıyı yazmak istiyordum bu yüzden. Umarım bu yazılarımın da yetersiz ve zayıf geldiği geliştiğim günleri görürüm.
Bu iki teorinin neden bir araya gelemediğin, neden bir araya gelmesi gerektiğini bu sefer ayrı ayrı başlıklar altında anlatacağım.
 

Genel Görelilik Ve Kuantum Mekaniğini Uyumsuzluğunun Nedenleri

-Kütleçekimi Belirleme Biçimi-

Öncelikle kütleçekiminin her iki teoride ne olduğunu ele alalım Otomatik olarak neden uyumsuz olduğunu anlayabilirsiniz.

Genel Görelilik: Genel görelilikte uzay ve zaman birbirinden ayrılmaz öğelerdir ve enerji ile kütle, uzay-zamanın eğilmesine sebep olur. Kütleçekim bu eğilmenin sonucudur. Kütleçekimden ya da uzay-zamanın eğriliğinden dolayı bir obje yönünü değiştiriyor demek, genel göreliliğe göre o obje en düz çizgide ilerlemeyi, daha doğrusu bir mesafeyi en kısa zamanda almasıdır.

Kuantum Mekaniği: Kuantum mekaniğinde henüz hipotez halinde olsa da, yani ispatlanmamış olsa da, eğer ispatlanırsa kütleçekim şu şekilde olmalıdır: Kuantum mekaniğinin bir ürünü olan Standart Modele göre kütleçekim graviton denilen sanal parçacıklarla iletilen bir enerjidir. Herhangi bir bükülmenin sonucu değildir.

Bu ne gibi sıkıntılara sebep olur? Her iki teori ile birden anlatmaya kalkarsak uzay-zamanın bükülmesi, gravitonların da kaçmasını engelleyerek kütleçekimin bir bakıma oluşmasını engeller.

-Zaman Kavramı-

Genel görelilikte uzay ve zaman birbirinden ayrılmaz kavramlardır demiştik. Oysa kuantum fiziğinde böyle değildir. Hatta kuantum fiziğinde zaman kavramı yoktur; an kavramı vardır. Her olay bir anda oluşur ve bu bakımdan olaylar arası süreklilik bulunmaz. Zaten kuantum tünellemenin ışıktan hızlı bilgi akışı gibi gözükmesinin sebebi budur aslında bana göre.  Hatta bazı durumlarda kuantum mekaniğinde geleceğin geçmişi etkileyebildiği de öngörülmektedir.

-Uzay ve Zamanın Bükülmesi-

Yukarıda da belirttiğimiz gibi genel görelilikte kütle ve enerji, uzay-zamanın bükülmesine sebep olur ve bu durum mutlak zaman kavramını da yıkmıştır. Fakat yukarıda belirttiğimiz kuantum fiziğinde gibi zaman yoktur ve uzay da bükülme de yoktur. Bunun belirsizlik ilkesi ile genel görelilikte neye sebep verdiğini anlatacağım.

-Uzay’ın Yapısı-

Genel görelilikte uzay sadece enerji ve kütle ile bükülebilir, eğilebilir ama düz ve pürüzsüz bir haldedir. Oysa ki kuantum mekaniğinde belirsizlik ilkesinin sebep olduğu kuantum dalgalanmaları nedeniyle planck mesafesinde uzay tamamen parçalanıp tanınmaz hale gelmektedir. Sebebini belirsizlik ilkesinde anlatacağım.

-Belirsizlik İlkesi-

 

Kuantum mekaniğinde belirsizlik ilkesi mevcuttur. Yani bir parçacığın aynı anda hızını ve yerini ölçemezsiniz; size belirli bir oran verir. Hangisini daha kesinlikle ölçerseniz diğerini o kadar kesin olmayan bir değerle ölçmüşsünüz demektir. Ama genel görelilikte böyle bir şey yoktur. Burada artık, uzayın yapısı ve uzay-zamanın bükülmesiyle ilgili bahsettiğim konuları ele alıp toparlama zamanı geldi.

Belirsizlik ilkesi bir parçacığın aynı anda yerini ve hızını bilemeyeceğimiz söyler. Genel göreliliği boş uzayında ise iç parçacık olmadığı anlamı demek bu kuralın ihlali demektir. Bu yüzden kuantum mekaniğinde boş uzay genelin ortalamasıdır. Hangi genelin? Planck mesafesinde yokluktan parçacık ve anti-parçacıklar oluşup sonra birbirlerini yok ederler. Bu devamlı oluşur. Bu var olma/yok olma savaşında uzay parçalanır, tanınmaz hale gelir. Bu genel görelilik ile kuantum mekaniğini birleştirmeye çalışmanın sonucudur. Genel göreliliğin hiçliği kuantum mekaniğinde imkansızdır ve bu var olma/yok olma savaşının ortalamasıdır. Genel görelilikte 0 gözükürken, kuantum mekaniğinde Planck mesafesine inildiğinde, tam bir savaş alanına dönüşüyor genel göreliliğin hiçliği.

-Determinizm-

Genel görelilikte belirsizlik ilkesi ve olasılık dalgaları olmadığından rahatlıkla determinizmden bahsedilebilir. Evrenin bir anda her parçacığının yerini ve hızını bilirseniz geleceği hesaplayabilirsiniz (bunu hesaplayacak işlem gücünü gözardı ediyoruz tabiki). Fakat kuantum mekaniğinde belirsizlik ilkesi nedeniyle hiç bir şeyin aynı anda yerini ve hızını belirleyemeyeceğimizi söyler. Bu yüzden kuantum mekaniğinde determinizm yoktur; olasılıklar vardır. Daha sonra olasılık determinizmi isminde bir kavram ürettiler fakat ne olduğunu henüz araştırmadım.

-Nesnellik-

Genel görelilikte her şey nesneldir ve bağımsızdır. Her şey çevresinden yalıtılarak incelenebilir. Fakat kuantum mekaniğinde bu nesnellik bağımsızlık yoktur. Kuantum mekaniğinde her şey olasılık dalgalarından oluşur ve enerji dalgaları olarak görülür.. Ve olasılık dalgaları tüm evrene yayılır. Bu yüzden de evren bir başlı başına bir bütündür ve bağımsız, nesnel bir yapı düşünülemez. Evrenin herhangi bir yerinde olan bir şey alakasız gözüken başka bir yeri de etkileyebilmektedir. Genel Göreliliğin ışık hızı sabitliği de burada kırılmış oluyor aslında. Bu durum, genel göreliliğin ve kuantum mekaniğinin olguları ele alışlarının farklılığından kaynaklanıyor.

-Gözlemci ve Gözlemlenen-

Genel görelilikte gözlemcilerin gözlemlediği şeyler arasında farklılık olabilir. Örnek olarak zaman ve boyutsal uzunluklar verilebilir. Fakat kuantum mekaniğinde nesnellik olmaması nedeniyle biri diğerini etkileyebildiği için, gözlemci farkı da ortadan kalkmaktadır.

Genel Görelilik Ve Kuantum Mekaniği Neden Birleştirilmeli?

Bu ikisi neden birleştirilmeli. Aslında cevabı basittir. Şu ana kadar bu ikisi birleştirilemediği için son yüzyıl içerisinde bilim insanları makro boyturlar için genel göreliliği mikro boyutlar için ise kuantum mekaniğini kullanarak bu birleştirme zorunluluğundan kaçtılar. Fizikçiler kuantum mekaniği ile Einstein’in kütleçekiminin bulunmadığı özel göreliliği birleştirerek kauntum alan teorisi yani standart modeli oluşturdular. Ama artık kaçabilecekleri bir yer kalmadı. Bazıları bu iki teoriyi birleştirmek için cesaretini toplamalı; bu cesareti gösterip deneyenler de oldu.

Öncelikle big bang anı ve karadelikler gibi mikro boyutlarda makro kütleler yani kuantum mekaniğinin ilgi alanındaki çok küçük mesafelerde genel göreliliği ilgilendiren çok büyük kütleler olduğu durumlar vardır. İşte bu olguları cevaplandırmak istiyorsak bu ikisini birleştirmeliyiz. Ya da ikisini de yıkan yeni bir teori getirmeliyiz. Benim tahminime göre ikinci seçenek olacak gibi.  Aksi takdirde “Kütleçekimi Belirleme Biçimi“ başlığında belirttiğim karadelikteki kütleçekim bilmecesi ortaya çıkar.

Bundan sonra daha önce de belirttiğim üzere bir yazı dizisinin hazırlıklarına başlayacağım. İmkanım olursa kitap haline de getirmeyi düşünüşüyorum. Bu süre içinde farklı yazılarım da olacaktır. Bir sonraki yazımda görüşmek üzere.

---------------------------------------------------------------------------------------

Hepimiz ünlü big bang teorisini biliriz. Ben ne kadar altını çizsem de sonsuz yoğunluktaki hacimsiz bir tekillikte olan evrenin birden genişlemeye başlamasıdır diye ama bir çok kişi yoktan evren var oldu ve patladı vs olarak bilir (!). (Belgesel kanallarına sitemim var buradan)…

Ama bu tek teori değildir ve bir çok teori vardır aslında. Bir tanesi vardı ve 3 boyutlu evrenimizin 4 boyutlu kara deliğin olay ufku olduğunu söylüyordu . Aslına bakarsanız o teori en sevdiklerimin arasındadır. Onun dışın string teorisi vardır ama big bang teorisi yerine söylenmez o teori. Ki her şeyin teorisi gözüyle bakılıyor ona. Burada yazacağım ise ismi de güzel olan gökkuşağı kütle çekimi teorisi. İsmini gökkuşağı olarak almasının sebebi ise gökkuşağında ışığın bir çok rengi yani dalga boyu olması ki asıl konumuz aslında dalga boyları diyebiliriz.

 

Big Bang Anı

Big bang teorisinde bildiğimiz üzere uzay-zamanın oluştuğu başlangıçta tekillik mevcuttur. Makro cisimler için etkili olan genel görelilik teorisi ve mikro yani parçacık dünyası için geçerli olan kuantum fiziği bu anda birbiriyle çatışmakta ve birleşememektedir. Sonuçlar hep sonsuz çıkmaktadır çünkü. Yani o anın öncesinde hiç bir şey yok muydu yoksa başka hipotezlerde belirtiliği gibi paralel evrenlerin çarpışması mı ya da başka bir büyük patlamadan sonra yaşanan büyük çöküş ile oluşan tekillik mi bilinemiyor. Bu teori de 10 sene öncesinde bu iki teorinin anlaşmazlığını çözmek üzere ortaya atılmış.

Genel görelilik teorisine göre kütle uzay-zamanı büker ve oradan geçmekte olan her şeyin yolunu değiştirir buna ışık da dahil olmak üzere. Fakat bu teoriye göre bu uzay-zamanı sadece kütle değil enerji de etkilemektedir. Ve ışığın her dalga boyu farklı bir enerji olduğundan dolayı ışığın her dalga boyu uzay-zamanı ve kütleçekim alanlarını farklı görmektedir. Bu farklı görüş yüzünden farklı zamanlar farklı yollar kurgulanır. Normal ışık için bu farkedilemeyecek kadar az bir fark olsa da gamma ışını patlamaları gibi büyük enerjili patlamalarda fark edilmesi gerekir. Mesela milyarlarca ışık yılı uzaklıkta bir gamma ışını patlamasına sebep olan süpernova patlaması yaşandığında yolculuk eden ve bize varan ışığın her dalga boyu çok az farklı zamanlarda bize ulaşması gerekir. Tabiki de şu anki gözlem araçlarımız böyle bir farkı fark edebilmekten uzak ve bu yüzden doğrulanamıyor ama gelişen teknoloji ile ilerleyen zamanlarda bunların gözlemlenmesi bekleniyor.

Bu teoriye göre iki sonuç bulunuyor ve her iki sonuçta big bang anını yani tekilliği ortadan kaldırıyor.

• İlk sonuca göre zamanda geriye gittiğimizde giderek yoğunlaşan ve küçülen bir evrenimiz oluyor. Ne kadar geriye gidersek o kadar sonsuz yoğunluğa yaklaşıyoruz ama hiç bir zaman sonsuzluğa erişemiyoruz. Aslında bu zamanı sonsuz geçmişe bükmek oluyor. Ama tekilliğe sebep olan sonsuz yoğunluk hiç oluşmuyor çünkü ona ulaşılamıyor.
• İkinci sonuca göre ise bu evrenin yoğunluğu sonlu oluyor ve bir yerde sabitleniyor. Bu durumda da tekillik oluşmuyor.

Her ne kadar bir çok fizikçi tarafından doğru kabul edilmese de ilginç olduğu inkar edilmeyen bir teoridir. İsmi bile yetiyor değil mi? = )

Kaynaklar:

• The Huffington Post – ‘Rainbow Gravity’ Theory Says Our Universe Has No Beginning

• Dailymail – Forget the Big Bang – ‘Rainbow Gravity’ theory suggests our universe has NO beginning and stretches out infinitely

• Scientific American – In a “Rainbow” Universe Time May Have No Beginning

Evet bu ikili birbirini sevemiyor. Her defasında kavga ediyorlar. Oysa biz hep evlensinler çoluk çocuk yapsınlar diye bekliyoruz.
Şaka bir yana büyük patlama teorisinin (isminin patlama olduğuna bakmayın patlama yoktur birden genişlemeye başlayan evren modelidir. O konu hakkında da bir ara yazayım. Yoktan var olan evren ya da patlayan evren olarak bilen insan çok) en bilinemez bölümü big bang anıdır. Bu anda evren bir parçacık büyüklüğünde bir alana sıkışmıştır. Madde yoktur saf enerji vardır, sonsuz kütle vardır ve sonsuz sıcaklık. Tabi ki sonsuz mu değil mi bilinemez ama ölçebileceğimizden fazla olduğu için sonsuz deniliyor işte. Bu noktayı aklınızda tutun. Burayı yazının ilerisinde değineceğim.

Öncelikle şunu aklımızda bulunduralım. İzafiyet teorisi makro evrende yani büyük objelerde kuantum mekaniği ise mikro evrende yani atom altı parçacıklarda işe yarıyor olmasıdır. İzafiyet teorisi atom altı düzeyde kuantum mekaniği ise makro evrende kullanılamıyor.

Örnek verirsek eğer kuantum mekaniğinde atom altı parçacıklar aynı anda evrenin her yerinde olabilirler. Ki öyledir de gerçekten. Mesela hiç bir maddenin olmadığı -havanın bile- hiçlik boşluk olarak nitelendirdiğimiz vakum alanını örnek alalım. Burada yapılan gözlemlerde aslında atom altı düzeyde tam bir hareketlilik olduğu gözlemlendi. Boşluk hiçlik dediğimiz o alanda parçacıklar var oluyor ve tekrar yok oluyordu (buradan iki bilim insanı aslında hiçliğin bildiğimiz gibi olmadığını bir varlık olduğunu ve bu kuantum dalgalanmaları ile yoktan evrenin var olabileceğini -yani o yoktan bizim bildiğimiz yoktan değilmiş- bir görüş oluşturdular ama bazıları evren yoktan var olduya getirip saçmaladılar). Ama daha büyük objelere gelirsek mesela size, bunun pek de öyle olmadığını görürüz değil mi? Yani her an her yerde olamıyoruz sonuçta.

Bunun sebebi şudur. Mesela bir maddenin yok olup ne kadar sürede 1 cm uzaklıkta tekrar var olabilmesini açıklayan bir formül vardır. Objenin kütlesini planck sabitliğine bölüyorsunuz. Planck sabitliği ise 10 üzeri -32’dir. Yani 0, yazın ve virgülden sonra 32 tane sıfır ve bir tane 1 koyun. 0,000000000000000000000000000000001. Sayı budur ve çok ufaktır (planck sabitliğini yanlış da hatırlıyor olabilirim. Sonuçta her fizik teorisine göre farklı yorumlanabiliyor. Bir parçacığın kütlesi de çok küçük olduğu için bu sayıya bölündüğünde çok kısa bir sürede yok olup başka bir yerde var olması gerçekleşir. Ama büyük objelerde kütle miktarı inanılmaz büyük olduğu için bu süre çok büyüktür. Mesela sizin 1 cm uzaklıkta bir anda var olabilmeniz için trilyonlarca yıl gerekmektedir.

İşte bu ve bir çok sebepten dolayı kuantum mekaniği ile izafiyet teorisi bir araya gelemiyor. İzafiyet teorisi ile atom altı dünyayı açıklayamıyor veya kuantum mekaniği ile makro evreni açıklayamıyoruz. Fakat öyle bir an var ki bu ikisini birleştirmek zorunda kalıyoruz. En başta bahsettiğin big bang anı. Big bang anından tüm evren çok küçük bir alana sıkışmıştır. Yani mikro alanda makro boyutlar. Bu yüzden tek birisi ile açıklamak imkansız bu anı. İkisi bir araya da gelemiyor. İşte sıkıntımız burada kaynaklanıyor.

Bir çok kez her şeyin teorisi bulunmaya çabalandı. Einstein bunun üzerine çok çabaladı ama başaramadı. Eğer şimdi olsaydı kesin çok şeyler keşfedebilirdi çünkü kuantum mekaniği şu an çok ilerledi ama onun zamanında ise daha emekleme aşamasındaydı.

Zamanla her şeyin teorisi için bir çok görüş atıldı ortaya. String teorisi, m teorisi ve şu an aklıma gelmeyen bir çok teori. Hepsi de şu an ispatlamaktan uzaktalar. Ama her şey zamanla öğrenilir. Eğer ispatlanamıyor diye kenara atsaydık (ki bilimsellik böyle değildir işte) 50 yıl önce higgs bozonu ortaya atıldığında ispatlanamadığı için rafa kaldırılırdı ve büyük hadron çarpıştırıcısında onu hiç keşfedemezdik. Standart model ise kütleçekim gücünü taşıyan parçacıkları asla keşfedemezdi.

Bunun için biraz gerilere gitmek gerekiyor aslında. Her şeyi sırasıyla anlatmak lazım. Biliyoruz ki evreni yöneten 4 temel kuvvet vardır. Elektromanyetik kuvvet, kütleçekim kuvveti, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Bu dört kuvvet birbirinden farklı bambaşka şeyler gibi gözüküyor. Aslında öyle mi?

 

19 YY’da elektrik ve manyetik kuvvetleri farklı olduğunu düşünülüyordu. Fakat Maxvell elektrik ve manyetik kuvvetlerin aynı şey olduğunu ve elektromanyetik kuvvetin bir alan içerisinde taşıyıcı parçacıklar ile taşındığını buldu. Bunun yanında fotonların her daim saniyede 300.000 km hızla hareket ettiğini buldular. O sırada newton fiziğinde göreceli hareket olduğundan ışığın hızının neye göre 300.000 km hız olduğu düşünülüyordu. Bu hız sabit ise neye göre sabit olmalıydı.

Sonuçta hareket göreceli bir kavramdır. Bunun içinden çıkamadıkları vakit esir diye evrenin tamamını dolduran bir şey olduğunu idda ederek rahat bir nefes aldılar. Bu esirin ne olduğu bilinmese de ışık onun içinde 300.000 km hızla hareket edecekti. Fakat bu şu sorunu doğuruyordu. Biz eğer 250bin km hız ile fotona doğru hareket edersek bu sefer fotonun hızı 550bin km hıza çıkması gerekliydi. Ya da o hızla uzaklaşırsak fotonun bize göre hareketi 50bin km hıza düşmeliydi. Oysaki yapılan ölçümlerde hız ne olursa olsun 300.000 km hız olduğunu ölçülüyordu.

1905 yılında Eintein özel görelilik teorisini ortaya sürerek buna son verdi. Fotonun gözlemci hangi hızda veya hangi yöne doğru hareket ettiği farketmeksizin saniyede 300.000 km hızla hareket ettiğini öne sürdü. Bu sayede arkaplan gereksinimi olan esire ihtiyaç kalmıyordu. İşin ilginci esir çok farklı bir isimde farklı bir şekilde yeniden karşımıza çıktı ama düşünüldüğü gibi değil elbette. Bunu yapabilmek için mutlak zamanı yıkıyor ve herkesin kendi kişisel saati olduğunu ve göreceli zamanı ortaya çıkarıyordu.

Newton mutlak hareketi Eintein ise mutlak zamanı yıkmıştır. Öncelikle bu nasıl diye düşürseniz klasik görüşümüze göre ışık hızına bakarsanız yanılırsınız. Eintein’ın göreceli zaman fikri bizim bakışımızda yoktur çünkü. Neyse konuyu uzatmadan devam edelim. Nasılsa uzatacağım bir yazı dizisi gelecek.

Daha sonra ise Steven Winberg ve Abdus Salam yüksek enerji düzeylerinde zayıf nükleer kuvvetin taşıyıcı parçacıkları w ve z bozonları ile elektromanyetik kuvvetin taşıyıcı parçacığı fotonların aynı parçacık olarak davrandıklarını öne sürdüler. 100 Gev (1 gev= 1milyar elektronvolt) enerji seviyesinde fotonlar ve w, z bozonları aynı şekilde davrandığından bu iki kuvveti birleştirerek elektro-zayıf kuvvet ismini verdiler.

Tek bir kuvvetin iki farklı bakış açısı olmasının sebebi olarak da foton yüksüz bir bozon iken w ve z bozonlarının enerji düştüğünde simetri kırılmasından dolayı kütle kazanarak farklı davranmaya başlamasıdır. Big bangdeki simetri kırılmaları da (sıcaklığın düşmesi sırasındaki simetrinin azalması) evrenin form geçişi olarak öngörülebiliyor.

Daha sonra teorik olarak 10¹⁵ GEV (1 gev= 1milyar elektronvolt) enerji seviyesinde elektro-zayıf kuvvet ile güçlü nükleer kuvvetinde aynı kuvvet gibi davranmaya başladığı tespit edildi. Teorik matematiksel hesaplamalarda elektro-zayıf kuvvetin taşıyıcı parçacıkları ile güçlü nükleer kuvvetin taşıyı parçacıkları gluonların aynı şekilde davrandığını ve aynı kuvvetin farklı görünümleri olduğu anlaşıldı. Tabiki böyle bir enerji düzeyine çıkamayacağımızdan ispatlanması neredeyse imkansızdır.

İşte bu üç kuvvetin tek bir kuvvet olarak birleştirilmesine büyük birleşim kuramı ya da birleşik alan teorisi deniliyor. Bu kısaca kuantum alan teorisi ya da standart model üzerine kurguludur. Fakat bununla da kalmayalım daha ileri gidelim.

Teorik hesaplamaları daha da ileri götürdüklerinde 10¹⁹ GEV enerji seviyesinde en son olarak kütleçekim kuvveti de bu birleşmeye dahil oluyor. Kütleçekim kuvvetinin taşıyıcı parçacıkları olduğu düşünülen gravitonlarında o enerji seviyesinde diğer birleşik kuvvetin taşıyıcı parçacıkları ile aynı davranmaya başlıyor teoride. Fakat bu seviye planck mesafesine sıkışmış evrenin yani big bang anındaki evrenin enerji seviyesi ile aynı.  Buradan nereye yöneleceğimizi tahmin edebilirsiniz.

İşte bu şekilde tüm kuvvetlerin tek bir kuvvetn farklı görünümleri olduğu teorisine süper büyük birleşim kuramı ya da süper birleşik alan teorisi deniliyor. Bu neden önemli diyor olabilirsiniz. Evreni tanımlamak için daha basit bir tanımlama sunmanın yanında big bang anın içinde önem taşıyor. Çünkü çok küçük bir alanda çok büyük bir kütle yığılması nedeniyle kuantum fiziği ile genel göreliliğin birleşmesi gerekiyor fakat bu da yapılamıyor. Bu iki teorinin birleşmesi demek 3 kuvveti barındıran standart modelin yani kuantum alan teorisinin genel görelilikteki kütleçekim kuvvetini kendine dahil edebilmesi demektir. Buna da işte süper büyük birleşim teorisi, birleşik alan teorisi ya da her şeyin teorisi deniliyor. Bu konudaki sıkıntıları, düşünceleri ise bir sonraki yazımda belirteceğim. Zaten kuantum halka teorisi hakkındaki araştırmamı bittiğimde uzun bir yazı dizisine başlayacağım.  Yapabilirsem popüler bilim kitabı haline getirip bastırabilirim. Ama e-kitap olarak ücretsiz internetten sunacağım kesin. Bir sonraki yazımda görüşmek üzere.

 

Çoklu Evrenlere Gelen Destek ve Şişme Teorisi

Aslında çoklu evrenler teorisine genel destek kütleçekim dalgalarından gelmiyor. Bu destek şişme teorisinin kendisinden geliyor. Daha önceki yazımda belirttiğim üzere kütleçekim dalgaları şişme anından sonra olması düşünülüyordu ve bu ispatlandı. Dolaylı olarak şişme teorisi de ispatlandı. Şişme teorisi evrenin big bang anından 10^-32 saniye sonra ışıktan bile çok çok hızlı bir şekilde inanılmaz büyüklüklere genişlemesidir. Bunu biraz daha detaya inerek açıklamak gerekiyor.

Bildiğimiz gibi geçen sene higgs bozonu keşfedildi ve bence bu son kaç yılın bir şey diyemem ama çok önemli bir keşif idi. Higgs alanı higgs bozonlarında oluşan negatif değerde bir alandır. Bildiğimiz üzere evrende 4 temel kuvvet vardır. Kütleçekim, güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve elektromanyetik kuvvet. Ve her kuvvetin kuantum mekaniğinde taşıyıcı parçacıklarından oluşan alanlardan oluşmaktadır. Mesela güçlü nükleer kuvvetin taşıyıcı parçacıkları gluonlardır ve bu alan gluonlardan oluşur. Aynı şekilde zayıf nükleer kuvvet için w ve z bozonları taşıyıcı parçacıklardır ve elektromanyetik kuvvet için ise fotonlardır. Kütleçekim için ise gravitonlar dediğimiz taşıyıcı parçacıklardan söz ediliyor ama henüz keşfedilmedi.  Bu alan standart modeldeki parçacıkların kütlesini nasıl kazandığını açıklayan alan ve taşıyıcı parçacığıdır aslında temelde.

Abdus Salam, Sheldon Glashow, ve Steven Weinberg bu kuvvetlerden zayıf nükleer kuvvet ile elektromanyetik kuvvetin aslında aynı şey olduğunu ortaya koydular ve elektrozayıf kuvveti ortaya çıkardılar. Bu birleştirilmiş kuvvet olan elektrozayıf kuvvet 1979 yılında nobel ödülünü almalarını sağladı. Temelde yüksek sıcaklıklarda (yanlış hatırlamıyorsam 10¹⁸ civarı derecelerde ve bu arada nasıl üssü rakam yazacağımı buldum sonunda) veya 3×10^-13 m mesafede bu iki kuvvetin birbirinden ayırt edilemediğini gösterdiler. Temelde bizim farklı görmemizin tek sebebi taşıyıcı parçacıkların farklı kütleye sahip olmaları. En sonunda bu birleştirilmeye güçlü nükleer kuvvette katıldı. Şu an tek amaç genel göreliliğin kütleçekimini de bu birleşmeye katarak birleşik alan kuramını ortaya çıkarmaktır. Yani kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirebilmek.

Bu arada kendime not: 1. Kuantum mekaniği ile genel göreliliğin bir araya gelememe problemi eksik bilgiler içeriyor. Onları da içeren yeni yaz. 2. Birleşik alan kuramı ile ilgili türkçe kaynak bir tane bile yok. Doğru bilgi verdiğine inanmadığım siteleri dahil etmiyorum buna. Bununla ilgili detaylı bir yazı yaz.

Bu kadar ön bilgiden sonra asıl konuya dönebilirim. Şişme teorisinin oluşma sebepleri arasında öngörülen şey higgs alanı olarak görülüyor. Big bang anında tüm alanlar 0 değerinde iken degesiz olan higgs alanı bu dengesizliğin etkisi olarak negatif bir değere düşecektir. Bu düşme esnasında higgs alanının kütleçekimi negatif basınçtan (bildiğimiz basınç değil pek) dolayı kütleçekim çekici değil itici bir gücü olacağından bildiğimi ışıktan çok çok hızlı genişlemeyi oluşturacaktır. Negatif değere düşünce de bu genişleme enerjisi higgs alanını sıfıra tamamlayan enerjiye yani maddeye dönüşür. Bu birince senaryomuz şişme teorisi ile ilgili. İkinci senaryomuz ise bu genişlemenin aslında halen devam ettiğidir. Temel olarak her iki senaryonun da etkisi şimdiki an için farklı olmayacaktır. Fakat başka bir farklılık doğuruyor ki bu da bizim konumuzu oluşturuyor aslında.

Fizikçi Sean Carroll New York Times gazetesinde yayınladığı makalesinde eğer ikinci senaryo doğru ise bu genişleme enerjisi bazı bölgelerde yerel big bangler oluşturarak çoklu evrenlere sebep olabileceğinden bahsetti.Yazısında şöyle belirtiyor;

“Guth şişmeyi öne sürdükten sonra fizikçi Alexander Vilenkin ve Andrei Linde bu genişleme sürecinin sonsuza dek sürebileceğine dikkat çekti. Genişleme enerjisi bildiğimiz parçacıkları oluştururken tüm evrende bazı bölgelerde yerel big bangler oluşturabilir. Herhangi başka bir yerde genişleme devam ederken sınırsız sayıda başka evrenler oluşturabilir. Bu noktada kozmologlar tek bir evrenden çoklu evrenlere yönelirler.

Kulağa oldukça tuhaf gelebilir. Ama şişme teorisinin kanıtları keşfedilince hem Guth hem de Linde bu keşfin çoklu evrenlere kapı açabileceğini belirttiler.”

Higgs bozonu ve Higgs alanının nasıl ortaya çıktığına dair bir çok tartışma mevcut. Bir çok bilim adamı da bu keşfin kendisine ait olması için uğraşıyor. İşin aslında Higgs bozonuna ve Higgs alanına ismini veren Peter Higgs’den önce de kütle oluşumuna sebep veren mekanizmalar üzerinde çalışan bilim insanları vardı. Bu konuda en çok çalışan ise Robert Brout ve François Engler. 1964 ağustosunda kütle oluşumuna sebep veren mekanizmanın nasıl çalışacağını detaylandırdılar. Aynı zamanda Dick Hagen, Gerald Guralnik ve Tom Kibble benzer düşüncelere sahip mekanizmayı Peter Higgs kendi çalışmasını yayınladıktan kısa bir süre sonra aynı yıl içerisinde kasım ayında paylaştılar. Bu tabiki de Nobel ödülü komitesine bir nobel ödülünün en fazla 3 kişiye verilebileceği kuralından ötürü sorun çıkardı. Ne olursa olsun Peter Higgs, şu an Higgs Bozonu olarak adlandırdığımız parçacığı Ekim 1964’de açıkça tahmin eden ilk kişiydi. Nobel ödülü ise François Englert ve Peter W. Higgs’ın oldu.

Fizikçiler neden bazı parçacıkların diğer parçacıklara göre daha fazla kütleye sahip olduğunu araştırıyordu (ki bu bizi bir başka soruna daha götürür, çünkü normalde parçacıkların neden kütleye sahip olduğunu anlayamıyoruz ve higgs alanı ve bozonu bulunana kadar standart model parçacıkların kütlesiz olması gerektiğine varıyordu). Bu mekanizmanın arkasındaki gücü bilemiyorduk. Burada Peter Higgs devreye girdi. Tüm parçacıkların ve evrenin bir enerji alanı içinde olduğunu ve kütlesi fazla olan parçacıkların bu alanla daha çok etkileşimde olduğunu, kütlesi az olan parçacıkların ise daha az etkileşimde olduğunu öneren bir teori ile geldi.

Higgs alanını okyanus olarak parçacıkları ise balık olarak düşünün. Ringa balığı bu okyanusta çok hızlı hareket eder, hızlı manevralar yapar. Tıpkı çok az kütleli parçacıklar, elektron gibi. Düşük kütleli parçacıklar bu alanla daha az etkileşimdeler. Bunun tam zıttı ise yukarı kuarklar şu ana kadar keşfedilmiş en ağır parçacıklar. Bunu ise güneş balığına benzetebiliriz. Ama balıklarla parçacıklar arasındaki fark ise yukarı kuarklar elektrondan çok fazla ağır olmasına rağmen ondan daha büyük değildir. Hatta aynı büyüklüktedir. (Okyanus balık benzetmesi sadece sizin anlamanız içindi o yüzden fazla takılmayın bu benzetmeye).

Higgs bozonu ise higgs alanının Gauge bozonu (taşıyıcı bozon) tıpkı fotonun elektromanyetik alanın taşıyıcısı, W ve Z bozonlarının zayıf nükleer güç taşıyıcısı ve Gluonların güçlü nükleer gücün taşıyıcısı olması gibi. Daha önceki benzetmeyi yaparsak su moleküllerine denk gelir Higgs bozonu.

--------------------------------------------------------------------

Herhangi bir konuda söylenen bir cümle vardır. “Büyüklük önemli değil” diye. Pekala bir çok şey için doğru olsa bile fizikte geçerli değildir. Özellikle atomaltı dünyasında büyüklük çok önemli bir şeydir.
Elektron ve nötron dışında proton atomun temel malzemelerinden biridir. Ve atom görebildiğim evreni, dünyamızı bizi bir araya gelerek oluştururlar. Bundan dolayı evreni anlamak için atomun bileşenlerini ve yapısını anlamak çok önemlidir.

Geçen sene bir grup bilim insanları protonun büyüklüğünü muonlar ile kıyaslayarak bulmak için bir deney yaptılar. Daha önceki denemeler elektronlarla idi. Ve bu deneyin sonuçları protonun aslında bizim bildiğimiz gibi olmadığını göstermiş. Daha iyi bir tanımla protonun bizim bildiğimiz büyüklükte olmadığını göstermiş ki aslında aynı anlama geliyor. Deneyin sonuçları protonun çapının 0,84087 femtometre (metrenin kattrilyonda biri) olduğunu göstermiş. Fakat sorun burada başlıyor. Normalde elektronlarla yapılan kıyaslamaya göre bu çap %4 oranında daha küçük.

Deneyin yapılış şekli şu şekilde. Bilim insanları bir hidrojen atomunu (1 proton 1 elektron) parçacık hızlandırıcıda muonlarla (elektronların daha ağır kuzenleri) bombardımana tutuyor. Bu bombardıman olurken muonlardan birisi elektronla yer değiştiriyor. Elektron hidrojen atomundan kopuyor ve yerine muon geçiyor. Muonlu hidrojen atomu aşırı hassas lazer ile ölçülüyor. Daha önceki sopnuçlara göre %4 daha küçül bir sonuç çıkıyor. Bir önceki değer yuvarlarsak 087 femtometre. Her ne kadar bu kadar küçük boyutlar bizim açımızdan önemsiz gözükse de atomaltı boyutlarda çok önemli bir değer oluyor aslında.

İki Farklı Boyutun Oluşturduğu Problem

Bir önceki deneyin ölçümlerinin yanlış olması ihtimaline karşın bilim insanları daha önceki deneyi tekrarladılar. Ama birden fazla tekrarlamaya karşın 0,87 femtometre sonucu her zaman doğrulanmış oldu. Başka bir olasılığa göre protonun çapını hesaplarken bazı parçaların eksik olduğu. İsveç fizikçi Aldo Antognini protonun yapısını tam olarak algılayamadığımızı ve bu yüzden dolayı çapını doğru ölçemediğimizi düşünüyor.

Artık bilim insanlarının uğraşacağı yeni bir fizik alanı var. Elbette bu fizik alanı bildiğimiz standart modeli ya da diğer teorileri geçersiz kılmıyor. Bilim her zaman bir önceki bilgilerin geliştirilmesi ve daha da doğruya yönelmesi ile ilerler.

Kaynak ve Referanslar:

1. Antognini, A. et al. Science (2013).

2. Pohl, R. et al. Nature (2010).

3. Bernauer J. C. et al., Phys. Rev. Lett. 105, 242001 (2010)

4. Mohr, P.J. et al. Rev. Mod. Phys. (2008)

Kütleçekim Dalgaları Nedir?

Öncelikle nedir bu kütleçekim dalgası? Einstein özel görelilik teorisini öne sürünce onun Newton’un kütleçekim teorisi ile çeliştiğini farketti. Bunun detayına girmeyeceğim ve Einstein kendi kütleçekim teorisini oluşturmak için çalışmalara başladı ve en sonunda genel görelilik teorisini oluşturdu. Bu teoride bilindiği üzere uzay kütlenin etkisi ile eğilen büzülen bir şey oldu.

Kütleçekim dalgalarında ise uzayı ben suya benzetirim. Fakat bunu 2 boyutlu ve esneyen suya benzetirim. Şöyle bir şey düşünün. Güneş büyük kütlesi ile bizden 150 milyon km uzaklıkta duruyor. Onun kütlesi uzayı eğiyor ama bu eğiklik standart bir hale geliyor. Daha sonra kendinizi bir roketle (çok ağır bir roket) onun kütleçekim alanına girdiğinizde olacak şey sizin roketinizinde uzayı bükeceğinden uzaydaki değişiklik kütleçekim dalgası olacaktır. Şimdi bunu şuna benzetin. Suya atılan taş nasıl bir dalga oluşturursa bunda da böyledir. Ya da güneşin sabit olmadığını (aslında sabit değil de neyse) ve hareket ettiğini hayal edin. Bu durumda uzay devamlı olarak değişecek ve dalga oluşturacaktır. Ama bu dalga nasıl bir şey? Aslında bunu da suda ki dalgaya benzetebiliriz. Suda ki dalgada nasıl (not: resim aradım su dalgası diye saç modeli çıktı iyi mi? Anlamanız açısından dalgalanma aşağıda) normal su seviyesinde gene resimde göreceğimiz üzere üst tepe noktası ve alt çukur noktası vardır. Bunların hareketinde suda normalde hidrojen molekülleri yer değiştirir ama uzayın dalgalanmasında ise uzay gerilir ve büzüşür aslında. Benzetme yaparsak, eğer bu kütleçekim dalgaları size gelirse sizin boyunuz uzayın gerilip büzülmesinden dolayı (aşırı derecede abartıyorum burada) sizin boyunuz bir 2 metre oluyor daha sonra 1 metre oluyor sonra tekrar 2 metre oluyor ve böyle devam ediyor.

Fakat bu kütleçekimsel dalga öyle her hareket eden şeyde olmuyor. Aşırı hızlı ve kütleli objelerde oluşturuyor. Örnek verirsek ikili nötron yıldızının dönerek birbirine yaklaşması. Bu yaklaşımda her defasında daha hızlı dönerler ve kütleçekim dalgaları oluştururlar. Ya da süpernova patlamaları. Bir başkası da ve yazım için önemli bir şey olan şişme teorisi. Evrenin big bangden sonraki 10 üzeri -32 (üstü yapamadım bir türlü  ) zaman sonrası, saniyenin trilyonlarca trilyonlarca trilyonlarca küçük birimi, evren ışık hızından çok çok fazla hızlı bir şekilde genişlemiştir. Böylesine hızda bir genişleme genel göreliliğe göre kütleçekim dalgaları oluşturacaktır.

Şimdi kendi kendinize sorabilirsiniz. Ne olduğunu öğrenmişiz, ne durumlarda oluştuğunu da biliyoruz ama neden şimdi ispatlandı? Her ne kadar bunları bilsek de hepsi matematiksel denklemlerin bize sunduğu bilgilerdir. Ve bu dalgalar öyle bizim gözlemleyebileceğimiz büyüklükte değildir. Bu dalgaların büyüklüklerinin planck uzunluğuna yakın olduğu tahmin ediliyorki bu uzunluk atomun milyarlarca trilyonlarca ve aklıma gelmeyen sayıda trilyonlarca kat küçük mesafesi demektir (zaten stringler de bu yüzden keşfedilemiyor  ). Teknolojimiz böyle küçük değerleri tespit etmede yetersiz ve uzun süre de yetersiz olacak.

Kütleçekim Dalgalarının Keşfi

Şimdi de belki şu soruyu soruyor olabilirsiniz. Madem bu kadar küçük değerlerde nasıl ispat edildi? Değerleri küçük olsa bile belli izler bırakabilir tıpkı deniz dalgalarının deniz kumunda bıraktığı izler gibi (bu daha çok derinliğin az olduğu yerlerde fark edilir). Burada ise iz bırakılan şey ne diyebilirsiniz. Evrenin her yerini doldurak mikrodalga kozmik fon ışımanın ta kendisi.

Eğer şişme teorisi doğru ise kütleçekim dalgalarının oluşturması gerektiğini belirtmiştik. Bu kütleçekimsel dalgalar mikrodalga kozmik fon ışımasında bir iz bırakmış olabileceğini düşünen bilim insanları bu ışımayı en ince detayına kadar inceleyecek bir teleskopla 9 yıllık bir çalışma başlattılar. Ve bu 9 yıllık emeğin sonucu nihayet ortaya çıktı. Mikrodalga kozmik fon ışımasını hepimiz biliriz. Big bang’den sonra ilk 300bin yılında elektronlar ve protonlar çok hareketliydi ve evrenin aşırı sıcağından dolayı nötronlarla bir araya gelip yüksüz atomları oluşturmuyorlardı. 300bin yıl sonra sıcaklık uygun düzeye inince yüksüz atomlar oluşabildi. Ve o anda daha önceki o karmaşada hareket edemeyen ışık (fotonlar) evrenin her yerine saçılmaya başladı. İşte bu mikrodalga kozmik fon ışıması. Işımayı inceleyen bilim insanları şuna dikkat ettiler. Evrenin bu hızlı genişlemesinden sonra oluşan kütleçekim dalgaları evrenin ilk anlarındaki o sıcak radyasyonda belli izler bırakacaktı. Yani radyasyonda belli bükülmeler dönmeler oluşacaktı. Böyle bir detaylı tespit çok zor olsa da yapıldı. Örneğini aşağıda görebilirsiniz.

Keşfin Sonuçları

Bu keşif ile öncelikle genel göreliliğin en zor denklemi ispat edilmiş oldu. Bunun dışında ise şişme teorisi artık büyük bir kesinlikle ispatlanmış oldu. Fakat çürütülmez değil elbette. Kütleçekim dalgalarını başka açıklayabilen ve şişme teorisinin diğer açıklayabildiği şeyleri de açıklayabilen bir teori ortaya sürülebilir elbet ama ben pek olası bakmıyorum.

Diğer yandan ise yinelenen evren teorisi çöktü. Açıkcası bu teori oldukça güzel gözüküyordu ama bilimde teorinin güzelliğinin bir önemi yok işte. Bu teori şişme teorisi ile üretilen evrenin her daim çöküp yeniden big bang olarak genişlediği teorisine karşı oluşturulmuştu. M teorisinden güç alarak uzayın 3 boyutlu bir zar olduğunu ve iki tane 3 boyutlu zarın trilyonlarca yılda bir çarpışarak big bangi ve aşırı hızlı şişmeyi oluşturduğunu iddia eder. Ama bu teoride kütleçekim dalgaları oluşmamaktadır. Bu yüzden de kütleçekim dalgalarının ispatı bu teoriyi çökertti. Tabi bu teoriyi oluşturan bilim insanları buna göre teoriyi geliştirirlerse durum değişebilir.

Aynı zamanda Standford Üniversitesinden Andrei Linde bu keşfin çoklu evrenler için bir kapı açtığına dair bildirisi oldu.

Kaynaklar:
Nature – Telescope captures view of gravitational waves
Space – Cosmic Inflation & Gravitational Waves: Complete Coverage of Major Discovery
Universe Today – Rumors Flying Nearly as Fast as Their Subject: Have Gravitational Waves Been Detected?
Dailygalaxy – Epic Gravitational-Wave Discovery Points to Existence of Multiple Universes

Big bang anını düşünün. İlk başta sadece içinde enerji (karanlık enerji, vakum enerjisi, enflansyon ya da diğer adıyla higgs alanı –bunlar astrofiziğin derin kavramlarındandır–) ile kaynayan vakum vardı. Tencerede kaynayan suda kabarcıkların oluşması gibi kabarcıklar oluştu….

Her bir kabarcık başka bir vakum alanı haline geldi fakat enerjileri daha azdı. Bu enerji kabarcıkların genişlemesine yol açtı. Bazıları diğer kabarcıkları başka kabarcıklara çarpmasına neden oldu. Bazılarının ikinci kabarcıklar oluşturması da muhtemel. Belki parçacıklar azdı ve birbirnden uzaktı belki de çok yakındı. Bu kabarcıklardan her birisi bir evren ve bizim evrenimiz de bu kabarcıklardan birisi olabilir.

Ne kadar çok belki yazdım değil mi? İşte test edilmesi imkansız ve bu yüzden bilimin tam olarak içinde olmayan ve metafizik diyebileceğimiz kabarcık çoklu evren hipotezi budur. Belki beni hayal gücümün kısıtlılığından yere vurmaya çalışacaksınız ama belkilerle gerçeğe varılmıyor. belkiler bir yerde duruyor eğer bir gün test edilebilir olur ya da ispatları ortaya çıkarsa bilime giriyor. Yoksa her belki diyene inanırsak. Neyse konumuza dönelim…

Şişme teorisi denildiği zaman vakum alanı da kaçınılmaz oluyor. Her ne kadar kütleçekim dalgaları ile ispatlanmış olsa da (tabi ki son yazılarımda sallantıda olduğunu da belirtmiştim) kabul etmeyen kesimler de mevcut. Şişme teorisi en kısa hali ile big bangden çok kısa zaman sonra evrenin muazzam hızlarda genişlemesidir. Sayılarla ifade edeceksek eğer nanometre boyutundaki bir uzay-zamanın saniyenin trilyonda trilyonda trilyonda bir kesiminde 250 milyon ışık yılına genişlemesidir. Astrofizikçiler için bir çok şeyi açıklayabilmenin tek yolu şimdilik bu gözüküyor.

Şişme teorisine ilk başta vakum alanında olan higgs alanının sebep olduğu düşünülüyor. Aslında bunu da burada belirteyim. Vakum alanını, negatif basıncını ben daha tam olarak kafamda oturtamadım. Oturtup anlatanı da göremedim. Eğer kafamda tam oturtabilirsem bir gün detaylı bir yazı yazacağım onlar hakkında. Konumuza geri dönelim şimdi. Higgs alanının sıfırdan farklı enerji seviyesinde (0 burada en düşük enerji seviyesi oluyor) negatif basınca sebep veriyor ki bu negatif basınç ters kütleçekimi etkisi oluşturuyor. Yani itici güçteki kütleçekimi. Kütle olmayan yerde kütleçekimi nasıl olur diye düşünmeyin. Negatif basınçta oluşabiliyor. Ve bu ters kütleçekimi higgs alanı 0 enerji düzeyinin de altına düşene kadar devam ediyor. İşte gerisi klasik hikayemiz. Higgs alanı eksi değerde olduğu için bizimle etkileşiyor ve bize kütle kazandırarak kendisini 0 enerji düzeyine tamamlıyor evren oluşuyor filan. Anlamadığınız yer doğal olarak olabilir kolay konular değil. Bana soru sorabilirsiniz istediğiniz vakit. Asla çekinmeyin.

Şimdi vakum alanı kavramının olması sebebini de açıkladığımıza göre neden çoklu evrenlere yol açtığını da belirtmiş oldu. Vakum alanı demek kabarcık evrenler hipotezine yol açmak demek. Fakat test edilemiyor. Bu yüzden metafizik kavramda kalıyor alsında. Ortak Çevre Fakültesinden Matthew Johnson ve takım arkadaşları burada devreye giriyorlar. Kendileri araştırmanın bu resimde neyin nerenin test edilebilir olduğunu bulmak olduğunu ifade ediyorlar. İlk amaçları ise vakum alanında iki tane kabarcık evreni olduğu gibi bilgisayarda çarpışmalarını ve sonra neler olacağını simüle etmek. Tabi burada atomlarına, yıldızlarına, galaksilerine varacak detaylı bir simüle yapmayacaklar. Hatta bunların hiç biri simülasyonda olmayacak. Sadece yer çekimi ve vakum alanında kabarcıkların oluşmasına sebep olan şeyleri kullanacaklarını ve yeterli olacağını öngörüyorlar. Zaten öbürtürlü böyle bir sümilasyona işlem ve maliyet gücünde aşırı zorlanırlardı.  8bin işlemcili süper bilgisayarda bile görülebilir evrenin simülasyonu kaç ay sürmüş.

Normalde eğer iki kabarcık evrenin çarpışması gerçekleşmiş ise ya gökyüzünde ya da mikrodalga kozmik fon ışımasında gözükeceğini düşünüyorlar ve nereye bakacaklarını bu simülasyonla bulmaya çalışacaklar. Yararsız bir çalışma olmayacağı kesin. Gelişmeleri bekleyeceğiz.

Referans ve ileri okumalar;
Matthew C. Johnson, Hiranya V. Peiris, Luis Lehner. Determining the outcome of cosmic bubble collisions in full general relativity. Physical Review D, 2012; 85 (8) DOI: 10.1103/PhysRevD.85.083516
Carroll L. Wainwright, Matthew C. Johnson, Hiranya V. Peiris, Anthony Aguirre, Luis Lehner, Steven L. Liebling. Simulating the universe(s): from cosmic bubble collisions to cosmological observables with numerical relativity. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, 2014; 2014 (03): 030 DOI: 10.1088/1475-7516/2014/03/030
Carroll L. Wainwright, Matthew C. Johnson, Anthony Aguirre, Hiranya V. Peiris. Simulating the universe(s) II: phenomenology of cosmic bubble collisions in full General Relativity. submitted to arXiv, 2014 [link]
Stephen M. Feeney, Matthew C. Johnson, Jason D. McEwen, Daniel J. Mortlock, Hiranya V. Peiris. Hierarchical Bayesian detection algorithm for early-universe relics in the cosmic microwave background. Physical Review D, 2013; 88 (4) DOI: 10.1103/PhysRevD.88.043012

21 Gram….

Eğer 70 kilo iseniz 21 gram vücudunuzdaki tüm elektronların kütlesidir. Bu 21 gram tamamen Higgs mekanizmasından gelmektedir. Bunun anlamı; elektronlarınız uzay ve zamanda hareket ederken higgs alanı ile etkileşime girerler ve bu etkileşimden dolayı kütle kazanırlar. Higgs alanı elektronları yavaşlatır ve ışık hızına ulaşmasını engellerler.

Fakat sizin veya etrafınızdaki her şeyin kütlesinin büyük bir bölümü Higgs mekanizmasından gelmemektedir. Higgs mekanizması, Standart Model dediğimiz parçacık fiziğinde, elektron gibi atom altı parçacıkların kütlesini nasıl kazandıklarını ortaya koyan bir mekanizmadır. Kütle daha farklı bir yerden gelmektedir. Kütlenizin büyük bir kısmı Nötron ve Proton gibi parçacıklardan gelmektedir.

Nötron ve Proton atom altı parçacıklar değildir, kuark denilen atom altı parçacıklardan oluşmuşlardır.

Kuantum Renk Dinamiği (İngilizce: Quantum Cromer Dynamics) teorisine göre kuarklar birbiriyle Gluon denilen başka bir atom altı parçacık aracılığı ile etkileşirler. Cromer antik yunanda renk anlamına gelmektedir. Kuarklar renk denilen bir yüke sahiptirler. Bildiğimiz üç ana renk; kırmızı, mavi, yeşil. Elbette görülebilir ışıkla görülmesi için oldukça küçüktür kuarklar. Bu renkler Güçlü Nükleer Kuvvetin yükleridir. Renklerle isimlendirmemizin sebebi görülebilir ışıktaki ana renklere benzemektedir ve kuarkların birbiri ile etkileşimini anlamamıza yardımcı olur. Bir başka yazımda tetrakuarklardan bahsetmiştim.

Kurallar basit. Kuarklar var olabilmesi için renksiz veya beyaz olmalıdır. Bunu yapabilmek için iki yönteminiz vardır. Üç ana rengi bir araya getirmek ya da bir kuark ile anti-kuarkı bir araya getirmek. Şimdi ise kuarklar bir araya geldiğinde ne olduğunu anlatalım.

Bir çoğunuz belirsiz ilkesini bilmektedir. Belirsizlik ilkesi ile kuantum evreninde boş uzay diye bir şeyin olmadığını anladık. Boş uzayda aslında hiçlikten ödünç enerji alarak bir parçacık ve anti-parçacık ikilisi oluşup kısa sürede bir araya gelerek yok olurlar. Bu yok olma esnasında oluşan enerji ile ödünç aldıkları enerjiyi geri ödemiş olurlar. Kuarklar bu renk sistemi ile bir araya geldiklerinde kendi aralarında gerçekten boş uzay oluşmuş olur. Orada parçacık ve anti-parçacık ikilisinin oluşup yok olması yoktur artık. Burayı aklınızda tutun.

İşin güzel yanına gelirsek kuarklar bu renk kuralından dolayı tek başına bulunamazlar ve biz bir arada olan kuarkları asla ayıramayız. İstersek sonsuz enerjiye sahip olalım. Bunun sebebi ise kuarkları birbirinden uzaklaştırdıkça onları ayırmamız gereken enerji gitgide artacak. Bir noktaya geldiğinde verdiğimiz bu enerji kuark ve anti-kuark ikilisi oluşturmamızı sağlayacak. Bu sefer elimizde ayırmak isteyeceğimiz iki tane kuark grubu bulunacaktır. Bunu anlayabilmek için kuantum belirsizliğine dönelim. Parçacık ve anti-parçacık ikilisinin ödünç enerji alarak ortaya çıktığını söylemiştik. Verdiğimiz enerji ödünç almadan iki parçacık oluşmasını sağlar. Ya da ödünç almış parçacıkların borcunu ödeyerek özgür kalmalarını sağlamış oluruz.

Fakat kuarkların kütlesi, protonun kütlesinin sadece %1’ni oluşturmaktadır. Kuarklar higgs alanı ile olan etkileşimi de biraz kütle kazandırır ama fazla değildir. Peki geri kalan kütle nereden gelmektedir?

Cevap enerjidir. Einstein’in ünlü formülünü bilirsiniz. Kim bilmez ki! Bu formüle göre çok küçük bir kütlede çok büyük bir enerjiye sahibizdir. Fakat bu formüldeki eşitlikte biraz değişiklik yaptığınızda durum netleşir.

E=mc²
‘yi şu şekilde değiştirirsek eğer; m=E/c²; çok fazla enerjiye sahip olursak kütleye de sahip olacağımız anlamındadır. Enerji/Madde ikilemi. Bir madalyonun iki yüzü. Einstein elindeki sıcak çay ile dolu bardağın, soğuk çay ile dolu bardaktan daha faza kütleye sahip olacağını belirtmişti. Bu doğruydu çünkü sıcak çay daha çok enerjiye sahiptir.

Bu protondaki enerji; kuarklar arasındaki Güçlü Nükleer Kuvvet alanındaki yoğun enerjidir. Renk sistemi oluşurken kuarklar arasında hareket eden kütlesiz gluon parçacığı, gerçek boşluğu oluşturmak için çok fazla enerji taşımaktadır. Bu enerji de protonun asıl kütlesini oluşturmaktadır. Yani kütlenizin %99u enerjidir.

İsterseniz buradan atomun %99’u boştur bilgisini de ekleyerek aslında neyiz tartışması yapabilirsiniz ama pek faydalı görmemekteyim ve tavsiye etmemekteyim. Çünkü insan ister mikro evren olsun ister makro evren, mesafeleri gözlerinde canlandıramadığı için kendi büyüklük ölçüsüne göre değerlendirme çalışmaktadır. Bu da onu garip düşüncelere itmektedir. Yakında kuantum fiziğini, klasik fizik bakış açısıyla bakarak anlamaya çalışanlara yazdığım yazımda anlayacaksınız.