Evrenin sırları-3 Gizemli Sabitler

‘Evrenin Sırları’ (22-30 Ekim 2014, Şalom) yazı dizisinin bir devamı olarak düşünebileceğiniz bu serinin ilk yazısında, doğanın ‘olmasaydı olmazdık’ sabitlerinden ve tüm bilim insanlarının peşine düştüğü ‘Her Şeyin Teorisi’nden bahsediyoruz. Milyarlarca yıldır Plüton’un meğer bize serenat yaptığını, akıllara durgunluk veren Mars’taki koloni girişimini, Kepler teleskobunun 1.400 ışık yılı uzaklıkta keşfettiği kuzenimizi de dizinin ikinci bölümünde okuyabilirsiniz. Nihayet gözlerini açan Uyuyan Güzel Philae’nin kuyrukluyıldız hikâyesini de unutmadık. Esrarengiz kara delikleri serinin sonunda bulacaksınız. Bilimsel gazetecilik uğruna üç kez Interstellar filmini izledikten sonra hazırladığım analizin içinde MIT Profesörü Edmund Berstchinger’e yönelttiğim soruları da bulacaksınız. Film hakkında yüzlerce yorum yapıldı. Peki, yetiştirdiği öğrencilerden biri Nobel Fizik ödülü alan Prof. Berstchinger film hakkında ne düşünüyor?

Son 25 yıl adeta Galileo devrinde olduğu gibi kozmoloji konusunda sayısız keşfin yapıldığı bir aydınlanma devri oldu. Samanyolu Galaksisi içindeki gezegenimizin, yuvarlak olup, güneşin etrafında döndüğünü nasıl biliyorsak, örneğin atomlardan oluşan bildiğimiz maddenin evrenin yalnızca yüzde beşini oluşturduğundan, kalanıyla (kara madde ve kara enerji) ilgili her gün yeni bir keşfin yapıldığından ve fakat tam bilmekten çok uzak olduğumuzdan haberdar olmamız gerek. Boğaziçi Üniversitesinde Humanities (Kültürel Etkileşimler) dersinin bir saati 2011’den beri kozmolojiye ayrılıyor. Bu yıl dersi vermek üzere Massachusetts Institute of Technology (MIT) Üniversitesi öğretim görevlisi, 2008-2013 yılları arası Fizik Departmanı başkanlığı yapmış Prof. Edmund Berstchinger davet edildi.

Kandiyoti ve Prof. Bertchinger

 BÖLÜMÜ ASTROFİZİK OLMAYAN ÖĞRENCİLERLE GEÇİRECEĞİNİZ TEK BİR SAATİNİZ VAR. EKONOMİ, TARİH, EDEBİYAT, ULUSLARARASI İLİŞKİLER, VS… ÖĞRENCİLERİNİN UZAY HAKKINDA NE BİLMESİNİ İSTİYORSUNUZ?

- Herkesin bilmesi gereken tek bir şey var o da olayların nasıl ve neden olduğunu sorma hakkımız olduğu. Dersime evrenin ne olduğu sorusuyla başlıyorum. Gökyüzünde gördüğümüz güzellik nedir? Sokaktaki adamın bilmesini istediğim şey bilimin bize evrenle ve içindeki yerimizle ilgili derin sorular sormaya izni verdiği. 

Evrenimizin yalnızca yüzde 5'i bildiğimiz maddeden oluşuyor. Geri kalanın ne olduğunu gündelik hayatını idame ettirmeye çalışan ortalama bireyin bilmesi gerektiği tartışılır. Fakat biz ekonomik motorlardan ya da sosyal varlıklardan ötesiyiz. Biz anlayan ve merak eden insanoğullarıyız. Homosapien kelimesindeki sapien öğrenmeye ve sonuç olarak gelişmeye kapasitesi olan anlamına geliyor. Sokaktaki insan evrenle ilgili son buluşları bilmeli ki hayatını zenginleştirsin, hayal gücünün sınırlarını genişletebilsin. Bilim eninde sonunda toplumların hayatını değiştirir aynı yüzyıllar önce defalarca yaşandığı gibi.

Boynuz kulağı geçti

Profesör Bertschinger sunumunda MIT’deki öğrencisi Adam Riess’ın elinde Nobel Ödülüyle fotoğrafını gösterirken gururu gözlerinden okunuyordu. Riess, 2011 yılında iki kişiyle birlikte ‘Hızlanarak Genişleyen Evren Teorisi’ ile Fizik Nobel Ödülünü kazandı. 1990’lardan beri yaptıkları supernova (yıldızların patlaması) gözlemleri sonucunda, supernovaların beklenenin tam tersine bizden hızlanarak uzaklaştığını keşfettiler. Kısaca evrenin yüzde 73’ünü kapsayan, galaksiler arasındaki boşlukta bulunan ve yerçekimine karşı çalışan adeta ittiren bir güç olan ‘Kara Enerji’nin varlığını ispat ettiler. Fakat kara enerjinin kendisi gözlemlenmedi. 

Adam Riess

Felsefe, din, bilim hepsi ayniı soruya yanit ariyor

1917’de Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi’nden “en büyük hatam” diyerek sildiği, fakat aslında haklıymış dedirten, kozmolojik sabiti, kara enerjinin bildiğimiz en basit ve fizik kanunlarına uygun formu. Kozmolojik sabit bir çeşit anti-yerçekimi gibi davranıyor. Bu sabitin tam olarak kaç olduğu biliniyor. Sıfırdan sonra bir virgül 120 tane sıfır ve ardından gelen iki. Bu kadar küçük, bu kadar kesin! Evreni açıklamak için bunun gibi hassas yirmi kadar daha sabit var, fakat kozmolojik sabit bunlar içinde en ekstremi. Sıfıra bu kadar yakın bir rakamın nasıl bir etkisi olabilir ki diye düşünebilirsiniz. Bu etki ancak ve ancak evrenin en büyük ölçeğinde anlaşılabilir. Bu gibi sabitlerin şaşırtıcı derecede kesin oluşuna ‘fine tuning- ince ayar’ deniyor. Bugün yaşama olanak sağlayan evreni açıklamak için, en iyi bilimsel teorilerin bu aşırı derecede ‘ince ayar’ sabitlere ihtiyacı var. Kozmolojik sabit biraz daha yüksek olsa, evrende yerçekimine karşı çalışan bu güç yüzünden atomlar, madde, gezegenler, yıldızlar asla bir araya gelemezdi. Kozmolojik sabit daha düşük olsa bu sefer yerçekimi gereğinden fazla çalışacak ve her şey birbirine çekilecekti, yıldızlar yine oluşamayacaktı ve tabi yaşam da.

Doğanın sabitleri arasında en çok bilineni doğanın dört temel kuvvetinin değerlerini kusursuz şekilde belirleyen sabitler. Bu kuvvetler Güçlü Nükleer Kuvvet, Zayıf Nükleer Kuvvet, Elektromanyetik Kuvvet ve Yerçekimi. Tüm canlı yaşamının en temel yapıtaşı olan karbon atomunun, başta sadece hidrojen ve helyumdan oluşan bir evrende oluşabilmesini mümkün kılan bu temel kuvvetlerin yarattığı enerji seviyeleri. Bu olay Karbon Rezonansı olarak biliniyor. İki farklı cismin frekanslarının (titreşimlerinin) birbirine uymasına rezonans deniliyor. İki helyumun rezonans yaparak birleştiği anda, ortaya çıkan berilyum, 0.000000000000001 saniye içinde dağılmadan bir üçüncü helyumla ikinci bir rezonans yapıp birleşiyor ve karbonu oluşturuyor. Bu, tesadüfen üst üste geldiklerinde 0.000000000000001 saniye içinde birbirini fırlatan iki tuğlanın üzerine bir üçüncü tuğlanın daha aynı koşullarla eklenmesi ve bu şekilde ortaya bir inşaatın çıkması gibi imkansız bir şey. Fakat hiçbir şey imkânsız değilmiş işte.

Nasıl oluyor da oluyor?

Böyle 20 tane olasılığın hepsinin birden aynı anda olması için birbirleriyle çarpılması gerektiğini az buçuk matematikten hatırlarsanız. İşte biz böyle bir evrende yaşıyoruz. Peki, bu sabitler nasıl olur da tam bu değerde? Bu soruya cevap olarak iki teori, üç açıklama, bir yarı açıklama, bir açıklayamama, bir de umut var. 

Teoriler

Akıllı tasarım: Karbon rezonansını ilk kez hesaplayan Fred Hoyle, bu buluşundan sonra Ateizm’i bırakıp fiziğe, kimyaya ve biyolojiye müdahale etmiş üstün bir akla kısaca Tanrı’ya işaret etti: Özel ve üstün bir yaratıcının mükemmel bir evren tasarımı. Hoyle: "Evren, süper hesaplama yapan bir entelektüel güç tarafından yaratılmıştır. Aksi takdirde, bu kadar çok ilgisiz tesadüfün muhteşem bir şekilde bir arada işleyip yaşamı mümkün kılması beklenemezdi."

Çoklu evren: Eğer akıllı bir tasarımcı yoksa hayatı mümkün kılan bir evren oluşması olasılık dışı görünüyor. Ama birden çok evren ve buna bağlı olarak farklı doğa kanunları varsa bunlardan en az birinin akıllı bir tasarımcı olmadan yaşama olanak tanıması ihtimal dâhilinde olabilir.

Açıklamalar

Bu teorilerden dört ayrı açıklama çıkarmak mümkün. Akıllı tasarımlı tek evren, akıllı tasarımlı çoklu evren, akıllı tasarımsız tek evren ve akıllı tasarımsız çoklu evren. Kombinasyonlar arasında akıllı tasarımsız tek evren açıklaması inanılmaz bir tesadüfi kazaya işaret ettiğinden pek kabul görmüyor, bu yüzden ince ayar sabitlerin açıklamasında yalnızca bu üç açıklama kullanılıyor.

Yarım açıklama

‘Evren nasıl var oldu?’ sorusunu sorabilecek varlıklar var olduğuna göre gözlemlediğimiz evren de varlığımızla uyum içindedir. Yani, biz var olalım diye ince dengeler ayarlanmadı, ince dengelerin yaşama izin verdiği yerde canlılık oluştu diyor. Kısaca başka türlü olsaydı onu gözlemleyemezdik deyip işin içinden çıkıyor. Antropik Prensip diye adlandırılan bu açıklama tasarımcının varlığı ile de yokluğu ile de, tek bir evren ya da çoklu evren teorisi ile de uyum içinde olup görüldüğü gibi hiç de tatmin edici değil.

Açıklayamama

İşte karşınızda ‘Her Şeyin Teorisi’. Tüm bilim adamlarının peşinde olduğu, tüm ince ayar sabitlerin neden oldukları gibi olduklarını, bir tasarımcıya gerek bırakmayacak şekilde açıklayacak temel birleştirilmiş bir denklem. Buna daha sonra değineceğim.

Bir umut

Henüz kanıtlanmamış olsa da yalanlanmamış Sicim Teorisi bir umut ışığı olarak karşımıza çıkıyor. Stephen Hawking, One Direction grubundan ayrılan Zayn Malik için üzülen müzikseverleri, “Başka bir evrende Malik hâlâ One Direction’da çalıyor olabilir, o yüzden gençlerin kozmolojik gelişmeleri izlemesinde yarar var” diye teselli ettiğinde bunun arkasında kocaman bir ‘Sicim Teorisi’ yatıyordu. Sicim teorisini hayatınızda duymamış olabilirsiniz ama dünyada Friends dizisinden sonra rating rekorları kıran Big Bang Theory dizisi sayesinde sandığınızdan çok daha fazla insan bu teoriye aşina. Sicim teorisi kısaca bir boyutlu ipliksi sicimlerin doğanın birçok şekilde yaratılabilmesine olanak verecek şekilde dizildiğini söylüyor. Bu açıklama biraz fazla soyut geldiyse sizi aşağıya alayım ama önce Profesör’ün evrenin ince ayarı hakkındaki düşüncesini alalım.

“Bu bilimin ve felsefenin çözemediği çok önemli bir soru. Bilim insanları olarak bu sabitlerin başlangıç noktasını bilmiyoruz. Teorisyenler bu sabitleri anlamamızın mümkün olduğunu ileri sürüyorlar ve teorik çerçeveler çiziyorlar. Açıklamak için benim bir tercihim yok. Şu anki anlayış kapasitemiz bunu doğrudan anlamamız için yeterli değil. Fizik ve kimyanın temel kanunlarını biliyoruz ancak iş doğanın sabitlerine gelince anlamlı hesaplamaları yapamıyoruz. Bu yüzden bu soruya cevabı bilimin verip veremeyeceği belirsiz.”

Sicim Teorisi

Fizik dünyasının kanımca ‘en cool’ teorisine göz atalım. Modern fiziğin iki temel kanunu var. Biri Kuantum Mekaniği (doğadaki aşırı küçük objelerle ilgilenen yasa) diğeri de Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı (aşırı büyük objelerle ilgilenen yasa). Kuantum Mekaniği doğanın dört kuvvetinden üçünü açıklıyor; maddeleri bir arada tutan Elektormanyetizma, Güçlü Nükleer Kuvvet ve Zayıf Nükleer Kuvvet. Genel Görelilik Kuramı ise yerçekimi kuvvetini açıklıyor. Bu iki yasa bir türlü aynı denklemde buluşamıyor. Yerçekimi, gezegenlerin ve galaksilerin hareketini ve öngörülebilirliğini kesin olarak açıklıyor, öte yandan Kuantum Mekaniği’nde atomaltı parçacıkların hareketi sürekli değişim gösteriyor ve olasılıklarla dolu. Dört kuvvet aynı denklemde açıklanamıyor. Örneğin yerçekimi kuvvetine aracılık eden Graviton parçacıklarının arasındaki kuvvet Kuantum mekanizmasına göre sonsuz çıkıyor yani manasız bir durumla karşılaşılıyor. İşte Kütleçekimin Kuantum Teorisi adı da verilen evrende her şeyin nasıl hareket ettiğini bir denklemde açıklayan ‘Her Şeyin Teorisi’ne yakınlaşan fakat henüz ispat edilemeyen bir Sicim Teorisi mevcut.

Atomaltı parçacıkların temel tek bir yapı taşından oluştuğu ve bunun bir boyutlu sicimler olduğu (10-35 mm uzunluğunda 0’dan sonra 35 tane sıfır ve 1) düşünülüyor. Bunlar iki ucu açık, saç gibi ya da kapalı bir çember gibi olabiliyor.

Az önce paranteze aldığım değerin ne kadar bir küçüklüğü ifade ettiğini açıklamama izin verin. Bir sicimin bir atomun büyüklüğüne göre oranı, bir atomun bizim galaksimizin büyüklüğüne olan oranına eşit. Bu sicimler farklı frekanslarda titreşip şekline göre ya bir sayfa gibi ya da bir tüp gibi iz bırakarak değişik parçacıkları oluşturuyor. Teori bir adım ileri götürülüp Süpersicim Teorisi adı altında evrendeki dört kuvvetin yanı sıra, maddelerin de temel taşlarını bu sicimlerin oluşturduğunu söylüyor. Evrenin zengin çeşitliliği işte bu sicimlerden ve farklı titreşimlerinden geliyor.

Fakat sıkıntı şu ki, mevcut Sicim Teorisi denklemi bildiğimiz üç boyutlu evrende çalışmıyor. Dördüncü boyut eklendiğinde de ve hatta beşinci… Fakat gelin görün ki 10. boyuta gelindiğinde teori çalışıyor. Yani dokuz boyutlu bir uzay ve bir boyut da zaman olmak üzere 10 boyut. Bunları göremiyoruz tabi ki. Şöyle bir örnek verelim. Çok uzaktaki bir elektrik teline bakınca bir boyutlu bir çizgi görürüz. Hâlbuki üzerindeki karınca için bu tel üç boyutludur. Yüzeyinde sağa sola, ileri geri; kalınlığında yukarı aşağı hareket edebilir. Göremiyoruz demek orada değil anlamına gelmiyor.

İki boyutlu ipliklerimizin ne şekilde olacağını ve nasıl titreşeceğini bu iç içe geçmiş kıvrık, bükük 10 boyutlu geometri belirliyor. Bu bir atomun içinin resmi olduğu gibi koca evrenin de resmi. Koca evren de bu 10 boyutlu geometrik şekillerin içinde hareket eden sicimlerden oluşuyor. Bu sicimlere nasıl hareket edeceğini resimdeki gibi bir geometrik şekil söylemiş oluyor.

Tanıdık geldi değil mi? Einstein, gezegenlerin, galaksilerin hareketini açıklayan yerçekiminin, evrenin şeklinden, yani uzayzaman ( 3+1 boyut)  örtüsünün bükülmesinden kaynaklandığını söylüyordu. Bu sicimlerin (atomaltı kuantum dünyası) hareketlerini de içinde bulundukları 10 boyutlu şekil belirliyor. 

İki yasa birleşti mi size? Evet! İspat edildi mi? Hayır!

Sicim Teorisi daha evvel konuştuğumuz evrenin var olmasını sağlayan yirmi kadar ince ayar sabitinin neden tam tamına o rakamlarda olduklarını bu ekstra boyutların şeklinin açıklayacağını öne sürüyor. Fransız kornosunu düşünün.

Hava akımlarının enstrümanın yer yer kıvrık, yer yer dönen, yer yer düz şeklinden etkilendiğini fark edersiniz. Sicim teorisinde bu 20 kadar sabit, sicimlerin 10 boyutlu geometri içindeki titreşim biçimlerinin yansıması olarak açıklanıyor. Eğer 10 boyutlu bir geometrinin nasıl olduğunu net bilseydik, çıkacak notaları da yani titreşim düzenlerini de bilirdik. Böylece o 20 ince ayar sabiti hesap edebilir, gözlem ve deneylerimizle kesin olarak elde ettiğimiz 20 rakamla eşleşip eşleşmediğine bakabilirdik. Ve eğer eşitlerse bingo!

Bu ekstra boyutları gözlemleyebilir miyiz? Beş ila on sene içinde olabilir. Nasıl mı? Bu sorunun cevabı ve çok daha fazlası için haftaya bekliyorum.

Bu arada size birkaç tavsiye:

İndirin: SkyView

Seyredin: Youtube: 10. Boyutu Anlamak

Gidin: Bugün ve yarın meteor yağmuru izlemek için şehir ışıklarından uzağa