1–GERÇEKLİĞİNALANI

I.Bölüm-DoğanınArmağanları

Babamıneski,tozlukitaplığındakihiçbirkitapyasakde ğildi.Amagenedeçocukluğumdahiçkimseninoradanbirkitapaldığınıgörmedim.Çoğukapsamlıbiruygarlıktarihi,batıedebiyatınaaitciltciltbüyükeserler ve şimdi hatırlayamadığım diğerleri- zamanla aşağıya doğru bel veren raflara kaynamış gibigörünenkalınciltli,kocamankitaplardı.Amaenüstraftaarasıragözümüntakıldığıincebirkitapvardı.SankidevlerülkesindekiGülüvergibiyerineyabancıdururdu.Şimdidüşününceokitabagözatmakiçinneden o kadar bekle dim, bilmiyorum. Belki de yıllar içinde, kitaplar okunmak için yapılmış nesnelerdeğilde,uzaktanbakılanaileyadigârıeşya largibigörünmeyebaşlamıştı.Sonundaosaygıyerinibiryeniyetmedüşüncesizliğinebıraktı.Kitabauzandım,tozlarınısilke ledimvebirincisayfayıaçtım.İlksatırlar,enhafifindenürkütücüydü.

"Gerçekten felsefi olanyalnızcabir sorunvardır, oda intihar dır."diyebaşlıyordumetin, irkildim."Dünyanınüçboyutuolupolmadığıveyazihindedokuzkategorimiyoksaonikikategorimiolduğudahasonragelir."diyesürüyordu.Metnegöreböylesisorularinsanlığınoynadığıoyununbirparçasıydı,amaancakotekgerçekkonuyerliyerineoturtulduktansonraüzerlerindedüşünülmeyihakediyorlardı.KitapSisyphosSöylen’di.Cezayirdoğumlu,NobelEdebiyatÖdülünükazanmışbirdüşünürolanAlbertCamustarafındanyazılmıştı.Biransonrabubuzgibisözlerkavrayışınsıcaklığıaltındaeridi.Tabii,öyleya,di -yedüşündüm,istersenizçıkmazayınsonçarşambasınakadarşukonuüzerindedüşünüpbukonuyuanalizedebilirsiniz,amaasılsoru,düşüncelerinizinveyaanalizlerinizinsizihayatınyaşanma yadeğerolduğunaiknaedipedememesidir.Herşeyingelipdayandığınoktabudur.Gerikalanherşeyayrıntıdır.

Camus'nün kitabıyla şans eseri karşılaşmam, kolayca etki al tında kaldığım bir döneme rastlamışolmalı,çünküonunbusözleriokuduğumherşeydendahaçokaklımdakaldı.Zamanza man,karşılaştığım,adlarınıduyduğum,televizyondagördüğümçeşitliinsanlarbuentemelsoruyunasılcevaplardıdiyedüşü-nürdüm. Geriye baktığımda, aslında, kitaptaki bilimsel ilerle meye ilişkin ikinci iddianın benim içinözellikleönemliolduğunufarkediyorum.Camus,evreninyapısınınanlaşılmasınınde ğerliolduğunukabulediyordu,amaanlayabildiğimkadarıyla,bukavrayışın,hayatınyaşamayadeğerolupolmadığıkonusun-dakideğerlendirmemizideğiştirebileceğiolasılığınıreddediyor du.Tabiibenimilkgençliğimdevaroluşçufelsefeokumam,BartSimpson'ınromantikdönemşiirleriokumasıgibiydi,amayinedeCamus'nünvardığısonuç bana pek doğru gelmemişti. Tutkulu bir fizikçi adayı olarak bana göre, hayatı bilgiye dayanarakdeğerlendirebilmekiçinöncehayatınyaşandığıalanı,yanievre nitamolarakanlamakgerekirdi.Türümüzeğer yeraltındaki kayalara oyulmuş mağaralarda yaşasaydı ve daha yerkürenin yüzeyini, parlak güneşışığını,okyanusrüzgârlarınıveuzaklarda kiyıldızlarıkeşfetmemişolsaydıveyaevrimfarklıbiryolizle -mişolsaydıdadokunmaduyumuzdışındahiçbirduyumuzge lişmemişolsaydı,bildiğimizherşeysadeceçevremizdeki şeyle re dokunaraköğrendiklerimizle sınırlı olsaydı veya zihinsel geli şimimiz çocukluğunilkevrelerindedurmuşolsaydıdaduygusalveanalitikyeteneklerimizbeşyaşındakibirçocuğunkikadarol saydı-kısacadeneyimlerimizbizegerçekliğinçokeksikbirportresinisunsaydı-hayatıdeğerlendirmebiçimimiz tamamenfarklıolurdu,diyedüşündüğümühatırlıyorum.Sonundayeryüzüneçıktığımızdaveyagörmeye,işitmeye,tatvekokualmayabaş ladığımızdaveyazihnimiznormaldekigibigeliştiğindehayatave evrene toplulukolarakbakışımızmecburenköktendeğişirdi.Çünkügerçekliğe ilişkinönceki sınırlıkavrayışımız,bütünfelse fisorularınentemelineçokfarklıbirışıktutmuşolurdu.

Amanevaryani,diyesorabilirsiniz.Tabiikiaklıbaşındaherdeğerlendirme,evrenhakkındaherşeyi-maddenin nasıl davrandığını veya hayatın nasıl işlediğini- anlamasak bile, doğanın tuvalini süsleyenbetimleyici,genişfırçadarbelerininsırrınaor takolduğumuzsonucunavaracaktır.TabiikiCamus'nünimaettiği gibi, fizikteki gelişmeler, örneğin uzay boyutlarının sayı sının anlaşılması veya nörofizyolojideki

gelişmeler, örneğin beynin düzeninin ve yapısının anlaşılması hatta diğer bütün bilimsel alanlardakigelişmelerönemliayrıntılarıortayaçıkarabilir,amabütünbunlarınhayatıvegerçekliğideğerlendirişimizüzerindekietkisienaltdüzeydeolacaktır.Tabiikigerçeklik,bizneyinger çeklikolduğunudüşünüyorsakodur;gerçeklikbizekendinide neyimlerimizyoluylagösterir.

Gerçekliğebubakış,birçoğumuz tarafındansorgulanmadandaolsaşuyadabuölçüdebenimsenir.Benim kendimi günlük hayatta bu şekilde düşünürken bulduğum kesin; doğanın doğrudan duyularımızagösterdiğiyüzününinsanıkandırmasıkolaydır.AmaCamus'nünmetniyleilkkarşılaşmamdanbuyanage -çen yıllar içindemodern bilimin çok farklı bir öykü anlattığını öğrendim.Geçtiğimiz yüzyılda yapılanbilimsel araştırmalardan çıkan ana ders, insan deneyimlerinin, gerçekliğin gerçek doğası na ulaşmayolundageneldeyanıltıcıbirrehberolduğudur.Günlükhayatınyüzeyininhemenaltındahiçbilmediğimizbir dünya var. Gizemli olaylara ve büyüye inananlar, astroloji düşkünleri, deneyimlerin ötesinde birgerçekliktenbahsedendinselilkeleribenimseyenler,çokfarklıperspektiflerdendeolsaçoktanbenzerbirsonuca ulaşmıştır. Ama benim aklımdaki bu değil. Ben, kozmik soğanı katman katman soyarak, herkatmanda bir gize mi açığa çıkaran ve hem şaşırtıcı, tanıdık olmayan, heyecan ve rici, zarif ve hem dekimsenin beklediği gibi olmayan bir evreni ortaya çıkaran yaratıcı yenilikçilerin ve yorulmak bilmezaraştır macılarınçalışmalarındansözediyorum.

Bu ilerlemeler sadece birer ayrıntıdır. Fizikteki yeni buluş lar evreni kavrayışımızda köklüdeğişiklikleryapmamızanedenolmuşturveolmayadadevamedecektir.Yıllarönceolduğugi bişimdideCamus'nün,nihaisoruolarakhayatındeğeriniseç mektehaklıolduğunudüşünüyorum;amamodernfiziğinkazandırdıkları,beni,hayatıgünlükdeneyimlerinmerceğindenbaka rakdeğerlendirmenin,birvanGoghtablosunaboşbirgazozşi şesinindibindenbakmaktanfarkıolmadığınaiknaetti.Modernbilim,entemelalgılarımızyoluylaeldeettiğimizkanıtlarasaldı rıardındansaldırıgerçekleştirerek,bunlarınçoğunluklayaşadı ğımızdünyaya ilişkinbulanıkbir tahayyüleyol açtığınıgösterdi.BunedenleCamus fizikle ilgilisoruları ikincilolaraknitelediysede,benosorularınbirincilolduğuna iknaoldum.Banagöre, fizikselgerçeklik hem sahneyi belirliyor hem de Camus'nün sorusuyla baş etmek için gerekli ışıklandırmayısağlıyor. Varoluşu modern fiziğin bize kazandırdıklarını benimsemeden değerlendirmeye çalışmak,karanlıkta bilinmeyen bir rakiple güreşmek gibi olurdu. Fiziksel gerçekliğin gerçek doğasınıkavrayışımızı derinleştirerek, kendimize ilişkin algımızı ve evren hakkındaki deneyimlerimizi baştandüzenleyebiliriz.

Bukitabıntemelkaygısı,gerçekliğideğerlendirişimizleilgi libuyenidendüzenlemelerinenparlakveen temel olanlarını açıklamaktır. Bunu yaparken, türümüzün uzayı ve zamanı anlama yolundaki uzundönemliprojelerinietkileyendüzenlemelereodaklanacağız.Aristoteles'tenFinstein'a,usturlaptanHubbleUzay Teleskopu'na, piramitlerden dağ tepelerindeki gözlemevlerine kadar uzay ve zaman, düşünmeninbaşlangıcındanbugünedüşünceninçerçevesiniçizmiştir.Modernbilimçağınınbaş lamasıylabukonularınönemideartmıştır.Sonüçyüzyılboyuncafiziktekigelişmeleruzayınvezamanınenşaşırtıcıveenzor -layıcı, evreni bilimsel olarak çözümlememizdeki en etkili kav ramlar olduğunu ortaya çıkarmıştır.Bilimdeki böylesi gelişme ler uzayı ve zamanı, en son araştırmaların tamamen değiştirdiği yıllanmışbilimselkurgularlistesininentepesineyerleştirmiştir.

Isaac Newton a göre uzay ve zaman vardı, o kadar. Evrendeki olayların sahnelendiği hareketsiz,kozmikbirsahneoluşturuyorlardı.OnunçağdaşıverakibiolanGottfriedWilhelmvonLeibniz'egöreise"uzay" ve "zaman", cisimlerin bulundukları yer ile olayların olduğu zaman arasındaki ilişkilere aitsözcüklerdi. Hepsi bu. Ama Albert Einstein'a göre uzay ve zaman, ger çekliğin altında yatanhammaddeydi.Einsteingörelilikkuramlarıylauzayvezamankonusundakidüşüncelerimizisarstıveuza -yınvezamanınevreninevrimindeoynadığıtemelrolüortayaçı kardı.Ogündenbuyana,uzayvezaman

fiziğinparlayanmücevherleridir.Hemtanıdıkhemdeşaşırtıcıdırlar;onlarıtamola rakanlamakfiziğinengözkorkutanamapeşinedeençokdüşülenkonusuhalinegelmiştir.

Bukitaptaelealacağımızgelişmeler,uzayvezamanındokusunuçeşitli şekillerdeörmektedir.Bazıfikirler, uzay ve zamanın bin yıldır olmasa da yüzlerce yıldır sorgulanamaz görünmüş en temelözelliklerini tartışmaya açacaktır. Bazıları uzay ve zamanı kuramsal olarak kavrayışımız ile geneldeyaşadığımız deneyimler arasındaki bağlantıyı araştıracaktır. Bazılarıysa olağan algı ların dar sınırlarıiçindeakılermeyeceksorularortayaatacaktır.

Felsefedençokazsözedeceğiz(intihardanvehayatınanla mındanhiçsözetmeyeceğiz).Amauzayvezamanınsırlarınıçözmeyolundakibilimselarayıştakendimizisınırlamayacağız.Uzayvezamanıngerçekdoğasını,evreninküçükbirnoktaol duğu ilkanlarından,ulaştığıenuzaknoktayaveenuzakgele ceğinekadar, hem tanıdık hemde alışılmadıkortamlarda azimle araştıracağız.Uzayve zamanınöyküsühenüztamamlanmamış olduğundan, bir sonuca ulaşmayacağız. Ama bize evrenin dokusunu kavramaya vegerçekliğingerçekyapısınanekadaryaklaştığımızıgösterecekgelişmelere-kimisiçoktuhaf,kimisiçoktatminkâr,kimisideneyselolarakkanıtlanmış,kimisidetartış mayaaçık-değineceğiz.

KlasikGerçeklik

Tarihçiler tam olarak ne zaman başladığı konusunda fikir bir liği içinde olmasa da, modern bilimçağınınGalileoGalilei, RenéDescartes ve IsaacNewton düşüncelerini açıkladıkları sırada başlamışolduğukesin.Ogünlerdegökbilimselveyeryüzüyleilgiliverilerdebulunanörüntüler,evrendeolupbitenherşeyindikkatleakılyürüterekvematematikselçözümlemeyoluylaanlaşılabilecekbirdüzeniolduğunugiderek daha açık hale getiri yor, yeni bilimsel düşünce biçimi iyice yerleşiyordu. Modern bi limseldüşüncenin bu ilk öncüleri, doğru biçimde bakıldığında evrendeki olayların yalnızca açıklanabilirolmakla kalmayıp aynı zamanda öngörülebilir olduğunu ileri sürüyorlardı. Bilimin ge leceğin bazıyönleriniöncedenbilmegücü-tutarlıvenicelikselolarak-ortayaçıkıyordu.

İlk bilimsel çalışmalar, günlük hayatta görebileceğimiz ve ya şayabileceğimiz türden şeylereodaklanmıştı.Galileoeğribirkuledenaşağıağırlıkatıyor(efsaneyegöre)veeğikbirdüzlemdenaşağıyayuvarladığı topları gözlüyordu; Newton elmaların düşüşünü (efsaneye göre) ve Ay'ın yörüngesiniinceliyordu.Buaraştırmalarınamacı,yeniyenigelişmekteolan"bilimselkulağı"doğanınarmonilerinegöreakortetmekti.Elbettekideneyiminhammaddesifizikselgerçeklikti,amameseleritminvedüzeninardındakimantığıveanlamı"duyabilmekti."Adlarıduyulmuşveduyulmamışpekçokkahramanbuhızlıve etkileyici ilerlemeye katkıda bulunmuştu, ama Newton rol çaldı. Elindeki az sayıda denklemle,yerdekivegöktekihareketlerleilgilibilinenherşe yibirarayagetirdiveböylecesonradanklasikfizikdenilen eserin fon müziğini bestelemiş oldu. Newton un çalışmasını izleyen yıllarda, onun kullandığıdenklemlerdetaylıbirmatematikselyapıyadönüştürüldü,böylecehemkapsamlarıhemdeuygulamadakikullanımları çokgenişle di.Klasik fizik yavaşyavaşolgunbir bilimsel disiplin halinegel di.Bütünbugelişmelerinortasındaparlayanışık,Newton'unözgünkavrayışlarıydı.Bugün,üçyüzyıldandahauzunbirsüresonrahâlâNewton'undenklemlerini,dünyanınheryerindefizi ğegirişderslerininverildiğisınıflarıntahtalarında, uzay araçla rının yörüngelerinin hesaplandığı NASA uçuş planlarında ve en ileriaraştırmalarınkarmaşıkhesaplarınıniçindesaklıolarakgörebilirsiniz.Newtonçokfazlasayıdafizikselolguyutekbirkuramsalçerçeveiçindebirleştirmiştir.

Ama Newton hareket yasalarını formülleştirirken -bizim öykümüz için de özel bir önemi olan (2.Bölüm)-birengeletakıldı.Nesnelerinhareketedebildiğiniherkesbiliyordu,amayabuha reketiniçindeyeraldığıalan?Hepimizbuna"uzayişte"diyeya nıtveririz.AmaNewton'unyanıtı"Uzaynedir?”olurdu.Uzaygerçekbirfizikselvarlıkmı,yoksaevrenianlamayaçabalayaninsanınortayaattığısoyutbirfikirmi?Newtonbukilitsorununyanıtlanmasıgerektiğinibiliyordu,çünküuzayvezamanınanla mıhakkındabir fikre sahip olmadan hareketi tanımlayan denklemleri anlamsız olacaktı. Bir şeyi anlamak içinbağlamınıbil mekgerekir;kavrayışınbirdayanağıolmalıdır.

BöyleceNewtonPrincipia'dabirikikısacümleyleaçıkvenetbiruzayvezamankavrayışıoluşturdu;uzayınvezamanınevre nindeğişmezalanınıoluşturan,mutlakvedeğişmezvarlıklarol duğunuönesürdü.Newton'a göre uzay ve zaman, evrene biçi mini ve yapısını veren görünmez bir yapı iskelesioluşturuyordu.

Herkes aynı fikirde değildi. Kimileri, son derece ikna edici bir biçimde, hissedemediğimiz,tutamadığımız ve etkileyemedi ğimiz bir şeye varlık atfetmenin anlamı olmadığını öne sürüyordu.AmaNewton denklemlerinin öngörme ve açıklama gücü eleştirileri durdurdu. Sonraki iki yüzyıl boyuncaNewton'unmutlakuzayvezamankavrayışıartıksorgusuzkabuledilenbirilkeydi.

GöreliGerçeklik

Dünyaya klasikNewtoncu bakış iyiydi.Yalnızca doğal olayları şaşırtıcı bir kesinlikle betimlemeklekalmıyor,betimlemeninayrıntılarıda-yanimatematik-deneyimlerleörtüşüyordu.Eğerbirşeyiiterseniz,hızlanır.Bir topunekadarhızlı fırlatırsanız,duvaraçarptığızamanetkisiokadarbüyükolur.Eğerbirşeyebaskıuygularsanız,onundasizebaskıuyguladığınıhissedersi niz.Bircisminkütlesinekadarbüyükisekütleçekimideokadarbüyükolur.Bunlardoğaldünyanınentemelnitelikleriarasında dır.Newtonunkurduğu yapıyı öğrendiğinizde bunların denklemlerde gün gibi açık bir biçimde temsil edildiklerinigörür sünüz. Bir falcının kristal küresinin sorgulanamaz gizeminden farklı olarak, Newton yasalarınınişleyişi,enaltdüzeydemate matikbilgisinesahipherkesinanlayabileceğişekildeortadaydı.Klasikfizikinsansezgileriiçinsağlambirtemeloluşturuyordu.

Newtondenklemlerikütleçekimikuvvetinikapsıyordu,amaklasikfiziğinyapısıelektrikselvemanyetikkuvvetleri de kapsayacak biçimde ancak 1860'ta İskoç bilim insanı James ClerkMaxwell tarafındangenişletildi.Bunu yapabilmek içinMaxwell in yeni denklemlere ihtiyacı vardı.Kullandığımate matiğitamolarakanlamakiçindahayüksekdüzeydebireği timalmışolmakgerekiyordu.AmaMaxwell'inyenidenklemle ri,elektrikselvemanyetikolguları,Newtondenklemlerininha reketiaçıkladığıkadarbaşarılıbir şekilde açıklıyordu. 1800'lerin sonuna doğru artık insan aklının gücünün, evrenin gizleriniçözebileceğiaçıkçagörülmeyebaşlamıştı.

Nitekimelektriğinvemanyetizmanınbaşarılıbirşekildebir leştirilmesiyle,kuramsalfiziğinyakınbirzamandatamamlana cağıduygusugüçleniyordu.Kimilerifiziğinkısabirzamandaar tık tamamlanmışbirkonuolacağınıvefizikyasalarınınkesinbirbiçimdeortayakonacağınıdüşünüyordu.TanınmışdeneyselfizikçiAlbertMichelson1894'te"Entemelilkelerdençoğununke sinbirbiçimde"belirlendiğiniifadeettive"seçkinbirbiliminsa nının"-kiçoğukimsebukişininİngiliz fizikçiLordKelvinolduğunudüşünür-artık geriye sadece bazı sayıların ondalık basa maklarını daha net olarak belirlemenin kaldığınısöylediğindensözetti.Kelvin'inkendiside1900'deufukta"ikibulut"olduğunu,bunlardanbirininışığınhareketinin özellikleri, değerininse cisimlerin ısıtılınca yaydığı ışınımın özellikleri olduğunu söyle di.Amagenelkanı,bunlarındayakınbirzamandakuşkusuzincelenipçözülecekufakayrıntılarolduğuydu.

Onyıliçindeherşeydeğişti.Tahminedildiğigibi,Kelvin'inortayaattığıikiproblemelealındı,amahiç de ufak problemler olmadıkları ortaya çıktı. Her biri bir devrim başlattı ve gene her biri doğayasalarınınyenibaştanyazılmasınıgerektirdi.Kla sikuzay,zamanvegerçeklikkavramları-yüzlerceyılboyunca yalnızca işlerliğini korumakla kalmayan, aynı zamanda dünya ya ilişkin sezgisel algılarımızıdoğrulayankavramlar-tamamendeğişti.

Kelvin'in"bulutlarından"ilkinielealangörelilikdevrimi,1905'tenEinstein'ınözelvegenelgörelilikkuramlarını(3.Bölüm)tamamladığı1915'ekadarsürdü.Einsteinelektrik,manyetizmaveışığınhareketikonularındaki bilmecelerle uğraşır kenNewton'un klasik fizikteki en önemli kilometre taşlarından olanuzayvezamankavramlarınınhatalıolduğunufarketti.1905baharındaçokyoğungeçenbirkaçhaftadauzayveza manınNewton'undüşündüğügibibirbirindenbağımsızvemutlakolmadığını,insanlarınortakdeneyimlerinin tam tersine göreli ve birbirinin içine girmiş olduğunu belirledi. On yıl kadar sonra

kütleçekimifiziğininyasalarınıyenidenyazanEinstein,Newtonfiziğininsonunuhazırlamışoldu.Einsteinbukezyal nızcauzayvezamanınbirbütününparçalarıolduğunugöster meklekalmamış,eğrilipyamularakevreninevriminderolaldıklarınıdagöstermişti.Einstein'ınbakışaçısınagöre,uzayveza manNewton'undüşündüğügibikatıvedeğişmezolmakşöyledursunesnekvedinamiktir.

Her iki görelilik kuramı da insanlığın en değerli kazanımları arasındadır; Einstein bu kuramlarlaNewton'ungerçeklikkavrayışınıalaşağıetmiştir.HernekadarNewtonfiziği fizikseldeneyimlerimizinçoğunumatematikselolarakkapsıyorgibigörünsede,Newton'unbetimlediğigerçekliğinbizimdünya -mızıngerçekliğiolmadığıanlaşılmıştır.Bizimki,görelibirger çekliktir.Amaklasikfizikvegörelifizikarasındakifarkyal nızcauçkoşullarda(çokbüyükhızlarvekütleçekimi)kendi nigösterdiğiiçin,Newtonfiziği ile pek çok koşul altında hâlâ çok kesin ve yararlı yaklaştırımlar yapılabilir.Ama yararlılık vegerçeklikbirbirindençokfarklıstandartlardır.Göreceğimizgibi,uzayvezamanınbizimiçinneredeysealışkanlıkhalinegelmişözellikleri,hatalıbirNewtoncubakışaçısınınparçala rıhalinegelmiştir.

KuantumGerçekliği

LordKelvin'insözünüettiği ikinciaykırılık,modern insankavrayışınınmaruzkaldığıenbüyükaltüstoluşlardan biri olan kuantum devrimine yol açtı. Ateş sönmeye yüz tutup duman da ğıldığında klasikfiziğincilasıdökülmüş,altındanyenikuantumgerçekliğininçatısıortayaçıkmıştı.

Klasik fiziğin temel özelliklerinden biri şudur: Eğer tüm nes nelerin belli bir andaki konumlarını vedoğrusalhızlarınıbiliyor sanızNewtonveMaxwelldenklemlerinikullanarakbunesnele ringeçmişteyadagelecekteherhangibirandakikonumlarımvedoğrusalhızlarınıbulabilirsiniz.Başkabirdeyişleklasikfizik,geçmişinvegeleceğinşimdininiçinekazınmışolduğunusöyler.Buözelliközelvegenelgörelilikkuramlarında da vardır. Her ne kadar görelilik kuramındaki geçmiş ve gelecek kavramları klasikkarşılıklarındandaha zor anlaşılır isede (3. ve5.Bölüm)göreli liğindenklemleri, şimdiyi tamolarakdeğerlendirirvegeçmişvegelecekkavramlarınıdabirokadareksiksizbelirler.

Bununla birlikte, 1930'lara gelindiğinde fizikçiler kuantum mekaniği adı verilen tümüyle yeni birkavramsalşemaönermekzorundakaldılar.Beklenmedikbirbiçimde,yalnızcakuantummekaniğinin,atomveatomaltıdünyasının sunduğuçeşitliyeniverileri açıklamayıvebilmeceleri çözmeyibaşarabildiğinigör düler.Amakuantumyasalarınagöre,nesnelerinşimdinasılol duklarıylailgiliolarakmümkünolanenmükemmelölçümleribileyapsanız,bekleyebileceğinizineniyisi,nesneleringelecektebellibirzamandaşöyle ya da böyle olma olasılığı ya da geçmişte belli bir zamanda şöyle ya da böyle olmuş olmaolasılığıdır. Kuantummekaniğine göre, evren şimdinin içine kazınmamıştır; kuantummekaniğine göre,evrenşansoyunlarıoynar.

Hernekadarbugelişmelerintamolaraknasılyorumlanma sıgerektiğihâlâtartışmalıysada,fizikçilerinçoğuolasılıkkavra mınınkuantumgerçekliğinindokusundaolduğukonusundafi kirbirliğiiçindedir.İnsansezgisiveonunklasikfiziktesomutlaşanhali,şeylerinherzamankesinlikleyaşöyleyadaböyleol duğubirgerçekliktahayyülederken,kuantummekaniğişeyle rinbazenkısmenşöylevekısmendeböyleolmakarasında gi dip geldiği bulanık bir gerçeklik betimler. Şeyler ancak uygun bir gözlem onları kuantumolasılıklarındanvazgeçmeyezorladı ğındakesinleşirvebelirlibirdeğeralır.Amagerçekleşenbude ğeröngörülemez,ancakşeylerinşuveyabudeğerialmaolasılı ğıöngörülebilir.

Bu, düpedüz gariptir. Algılanıncaya kadar belirsiz olan bir gerçekliğe alışık değiliz. Ama kuantummekaniğiningariplikle riburadabitmiyor.Einstein'ın1935yılındakendisindendahagençikibiliminsanıNathanRosenveBorisPodolskyilebirliktekuantumkuramınabirsaldırıolarakkalemealdığımakale desözü edilen bir özellik de bir o kadar şaşırtıcıdır. Daha sonra bilimsel ilerlemede ortaya çıkanbeklenmedik değişiklikler le, şimdi Einstein'ın makalesine kuantum mekaniğinin -ilk ba kışta- buradayaptığınızbirşeyinaynıandaoradaolanbirşeyle,mesafedenbağımsızolarak,bağlantılıolduğunuönesürdüğünedikkatçekenmakalelerarasındabirilkgözüylebakabili riz.Einsteinböyleaynıandabağlantılıhale gelme düşüncesini gülünç buluyor ve kuantumkuramınınmatematiğinden bu sonuçların çıkmasını,

kuramın kabul edilebilir hale gelmeden önce daha çok geliştirilmesi gerektiğinin bir kanıtı olarakgörüyor du.Amahemkuramsalhemdeteknolojikgelişmelerinkuantumkuramınınbusaçmagibigörünenyönleriyleilgilideneyleryapılmasınaolanakverdiği1980'lerde,araştırmacılargerçektendebirbirindençok uzak konumlarda olup biten şeyler arasında aynı anda bir bağlantı olabileceğini kanıtladılar.Einstein'ınsaçmakabulettiğişeylerlaboratuvarkoşullarındagerçektendeolur(4.Bölüm).

Kuantum mekaniğinin bu özelliklerinin gerçeklik tahayyülümüz üzerindeki etkisi, devamlı olarakaraştırılan bir konudur. Benim de aralarında olduğum pek çok bilim insanı bunu uza yın anlamının veözelliklerinin kuantum açısından kökten bir bi çimde güncellenmesinin bir parçası olarak görüyor.Normalde uzamsal ayrıklık fiziksel olarak bağımsızlık anlamına gelir. Eğer bir futbol sahasının öbürucundaolanlarıkontroletmek isterse nizyaorayagitmenizyadaetkinizioraya iletmek içinenazındanorayabirisiniveyabirşeyi(yardımcıantrenör,konuşmayıiletenhavamoleküllerinintitreşimleri,birinindikkatini çekmek için bir ışık çakımı vb.) göndermeniz gerekir. Eğer bunu yapmazsanız -yani eğeruzamsalolarakyalıtılmışkalırsanız- aradakiuzay fizikselbirbağlantınınolmamasını sağlayacağı için,oradabiretkinizolamaz.Kuantummekaniğibubakışaçısına,enazındanbazıkoşullaraltındauzayıaşmakapasitesi olduğunu göste rerek meydan okuyor; uzun erimli kuantum bağlantıları uzamsal ayrıklıksorununu aşabilir. İki cisim uzayda birbirlerinden uzak olabilirler ama kuantum mekaniği göz önünealındığındasankibir tekgibidirler.Dahası,Einstein'ınbulduğuuzayveza manarasındaki sıkıbağlantınedeniyle kuantum bağlantılarının zamansal uzantıları da vardır. Birazdan, kuantum mekaniğiningerektirdiğişaşırtıcıuzam-zamansaliçbağlantılarıaraştıran,ze kicehazırlanmışvegerçektenolağanüstübazıdeneyleritanıta cağızvebunlarınçoğumuzunkabulettiğiklasik,sezgiseldünyagörüşüneçokgüçlübirşekildemeydanokuduğunugöreceğiz.

Bu etkileyici kavrayışlara rağmen, geriye zamanın -ne göreli liğin ne de kuantum mekaniğinin biraçıklama getiremediği- çok temel bir özelliği kalıyor: Zaman geçmişten geleceğe yönlenmiş gibigörünüyor.Bukonudaiknaedicitekgelişmefiziğinkozmolojiadıverilenbiralanındangelmiştir.

KozmolojikGerçeklik

Evrenin gerçek doğasını görmemizi sağlamak her zaman fi ziğin başlıca amaçlarından biri olmuştur.Yaşadığımızgerçekli ğin,aslındagerçekliğinküçükbirparçasındanbaşkabirşeyol madığınıöğrenmekten-geçenyüzyıldaolduğugibi-dahazihinaçıcıbirdeneyimolabileceğinidüşlemekzordur.Amafiziğinay-nıderecedeönemlidiğerbirgörevide,yaşadığımızgerçekliğinöğeleriniaçıklamaktır.Fiziğintarihinehızlıbirbakışatarsak,bugörevsankiyerinegetirilmiş,sankisıradandeneyimlerfiziktekiyirminciyüzyılöncesi ilerlemeler tarafındanelealınmışgibige lebilir.Birdereceyekadarbudoğrudur.Amagündelikdeneyimler söz konusu olduğunda bile tam bir kavrayıştan çok uzağız, tam olarak açıklayamadığımızsıradandeneyimlerinözellikleri arasında,modern fiziğinhenüzçözülmemişenderingizlerindenbiri -BritanyalıbüyükfizikçiSirArthurEddington'unzamanınokuolarakadlandırdığıgiz-yeralır.

Şeylerinzamaniçindegeliştiğibiryönolduğunuhiçsorgula madankabulederiz:Yumurtakırılır,mumerir, ama eski halleri ne geri dönemezler; anılar geleceğe değil geçmişe aittir; insanlar yaşlanır,gençleşmez.Bubakışımsızlıklar(asimetriler)yaşamı mızıyönetir;zamandailerivegeriayrımı,deneyselgerçekliğin hâkim öğesidir. Eğer zamanda ileri ve geri arasında, sağ ve sol, ön ve arka arasındagördüğümüzbakışımolsaydı,dünyatanınmazolurdu.Yumurtalarkırıldıklarıgibiyapışırlardı;geçmişka -dargeleceğeaitanılarımızdaolurdu;insanlaryaşlandıklarıgibigençleşirdi.Böylebirzaman-bakışımlıgerçekliğinbizimgerçekliğimizolmadığıkesin.Amaacabazamanınbubakışımsızlığıne redengeliyor?Zamanınbütünözellikleriarasındakibuentemelolanındansorumluolanne?

Fiziğinbilinenvekabuledilenyasalarıböylebirbakışımsızlıkgöstermez(6.Bölüm):Zamandakibütünyönler,yani ilerivege ri, fizikyasalarıncabir farkgözetmeksizinelealınır.Devbilme ceninbaşlangıçnoktası iştebudur.Temel fizikdenklemlerindekihiçbir şey,zamandabiryönekesinliklediğeryöndenfarklıdavranmazvebudayaşadığımızherdeneyimletabantabanaterstir.

Günlük yaşamın bildik bir özelliğine odaklanmış da olsak, te mel fizik ile en basit deneyimlerarasındakibuuyumsuzluğaeniknaediciçözümün,bizimiçinenbilinmedikolanolayüzerinde-evreninbaşlangıcı- düşünmemizi gerektirmesi şaşırtıcıdır. Bu kavrayışın kökleri büyük on dokuzuncu yüzyılfizikçisiLudwigBoltzmann'ıneserlerindedir;dahasonradapekçokaraştırmacı,enönemlilerindenbiriBritanyalımatematikçiRogerPenroseol maküzere,bukonuüzerindeçalışmıştır.Göreceğimizgibi,ev-reninbaşlangıcındakiözelfizikselkoşullar(BüyükPatlamavesonrasındakiçokdüzenliçevre)zamanabir yön vermiş olabilir. Tıpkı bir saati kurmanın, yani saatin zembereğini çok düzenli bir ilk durumagetirmenin saatin ileri doğru çalışmasını sağlama sı gibi. İleride daha net olarak açıklayacağımız biranlamda, yumurtanın kırılması -tekrar birleşmesinin aksine- evrenin 14 mil yar yıl önce doğumundakikoşullaratanıklıketmektedir.

Günlükdeneyimlerileevreninilkanlarıarasındakibubeklenmedikbağlantı,olaylarınnedenzamandabir yöndeolduğuna -ve asla diğer yöndeolmadığına- dair bir kavrayış getiriyor, ama zamanınokunungizemini tamamen çözemiyor. Tersine, bilme ceyi kozmolojinin -tüm evrenin kökenini ve evriminiaraştıran bilimdalı- alanına kaydırıyor ve bizi evrenin, zamanın okunun bu açıklamasının gerektirdiğigibi,başlangıçtagerçektendeçokdüzenliolupolmadığınıaraştırmayazorluyor.

Kozmolojiinsantürünücezbedeneneskikonulararasında dır.Bundaşaşacakbirşeyyok.Bizleröyküanlatıcılarıyız; hangi öykü yaratılış öyküsünden daha görkemli olabilir? Geçtiğimiz birkaç bin yılboyuncadinselvefelsefigelenekler,herşeyin-ev renin-nasılbaşladığınailişkinçoksayıdaaçıklamaylavarlıkları nı hissettirdiler. Bilim de uzun süren tarihi boyunca kozmolojiyle ilgilendi. Ama modernbilimselkozmolojinindoğuşunubaşla tanolayEinstein'ıngenelgöreliliğikeşfetmesidir.

Einstein genel görelilik kuramını yayımladıktan kısa bir süre sonra hem Einstein hem de başkaaraştırmacılar, göreliliği bir bütün olarak evrene uyguladılar.On beş yirmi yıl içinde bu araştırmalar,gökbilimsel gözlemlerinbirçoközelliğini başarıyla açıklayanbir yaklaşımolan, bugünBüyükPatlamakuramı de diğimiz kuramın, daha tam geliştirilmemiş olsa da çatısının orta ya çıkmasına yol açtı (8.Bölüm).1960'larmortasında,gözlemlerkuramınöngördüğü,uzayıkaplayan,neredeysetekbiçimli-gözlegörülmeyenamamikrodalgadetektörleriylekolaycaölçüle bilen-mikrodalga ışınımınınvarlığınıortayaçıkardığında,BüyükPatlamakozmolojisinidestekleyenkanıtlardahadaarttı.1970'leregelindiğindeiseevrendeki temel bileşenlerin ısı ve sı caklıktaki uç değişimlere nasıl tepki verdiğinin belirlenmesi ko-nusunda on yıl süren araştırmalardanve bunların sonucundayaşanan önemli gelişmelerden sonra artıkBüyükPatlamakura mı,öndegelenkozmolojikuramıolarakyerinisağlamlaştırmış tı(9.Bölüm).

Başarılarına karşın kuramın önemli eksikleri vardı. Uzayın neden ayrıntılı gökbilimsel gözlemlerinortaya çıkardığı şekil de olduğunu açıklayamıyordu.Keşfedildiği andan itibaren dikkatle incelenmekteolanmikrodalga ışınımınınsıcaklığınınne denhernoktadaaynıgöründüğükonusunabiraçıklamageti -remiyordu. Üstelik -anlatmakta olduğumuz öykü açısından asıl önemli olan da bu- Büyük Patlamakuramı,evreninbaşlangıçta,zamanınokuaçıklamasınıngerektirdiğigibi,çokdüzenliolmasıgerektiğinedairiknaedicibirsebepgösteremiyordu.

Bu ve bir sonuca bağlanamayan başka konular, 1970'lerin sonunda ve 1980'lerin başında şişmekozmolojisi adı verilen önemli bir atılıma esin kaynağı oldu (10. Bölüm). Şişme kozmolojisi BüyükPatlama kuramına, evrenin ilk anlarında çok kısa ve çok hızlı bir şişme dönemi ekleyerek kuramıdeğiştiriyordu(buyaklaşımda,saniyenintrilyondabirinintrilyonbirininmilyondabi rindendahakısabirsüredeevreninbüyüklüğümilyonkeretril yonkeretrilyonkatartmıştır).İlerideanlaşılacağıgibi,gençevrenin bu olağanüstü büyümesi, Büyük Patlama modelinin bıraktığı boşlukları doldurmakta -uzayınbiçiminin neden böyle olduğunu, mikrodalga ışınımının neden tekbiçimli olduğunu ve evre nin ilkdönemlerinin neden o kadar düzenli olmuş olması gerektiğini açıklamakta- başarılıdır. Böylece hemgökbilimselgözlemlerinişaretettiğihemdeherkesinkendideneyimlerisonucubil diğizamanınokununaçıklanmasındaönemlibirilerlemesağla mıştır(11.Bölüm).

Bu önemli başarılara karşın, şişme kozmolojisi yirmi yıl rahatsız edici bir sır sakladı.DeğiştirdiğistandartBüyükPatlamakuramıgibişişmekozmolojisideEinstein'ıngenelgörelilikkura mıilekeşfettiğidenklemlere dayanıyor. Her ne kadar ciltler do lusu araştırma makalesi, Einstein'ın denklemlerinin

boyutlarıvekütleleribüyükcisimlerikesinbirbiçimdetanımlamaktaçokba şarılıolduğunuonaylasada,fizikçilerküçükcisimlerin -örneğinhenüzbir saniyeninçokküçükbirkesiriyaşındakihaliyleevre nin-kuramsalolarakçözümlenmesiiçinkuantummekaniğininkullanılmasıgerektiğiniçoktandırbiliyorlardı.Sorun,genelgörelilikdenklemlerikuantummekaniğinindenklemleriylebirara yageldiğindeortayabirfelaket çıkmasındadır.Denklemler tümüyle çöker, bu da evrenin nasıl doğduğunu ve o sırada zama nınokunuaçıklamakiçingereklikoşullarınoluşupoluşmadığı nıbelirlememiziengeller.

Bu durumu bir kuramcının karabasanı olarak tanımlamak abartma sayılmaz: Deneysel olarakerişilemeyen çok önemli bir alanı çözümlemek için gereklimatematiksel araçların olmaması.Uzay vezaman bu özel ve erişilemeyen alanla -evrenin başlangı cıyla- öylesine iç içedir ki, uzay ve zamanıbütünüyle kavrama mız için evrenin ilk dakikalarındaki uç koşullan -devasa bir yoğunluk, enerji vesıcaklık gibi- açıklayabilecek denklemleri bul mamız gerekir. Bu, mutlaka ulaşılması gereken temelamaçtır; birçok fizikçi bu amaca ulaşabilmek için birleşik kuramdenilen bir kuramıngeliştirilmesiningerekliolduğunudüşünüyor.

BirleşikGerçeklik

Geçtiğimizbirkaçyüzyılboyuncafizikçiler,birbirindençokfarklıvegörünüşegörebağlantısızbirçokolayın aslında aynı fi zik yasalarıyla yönetildiğini göstererek doğal dünyayı kavrayışı mızı pekiştirmeyeçalıştı.Einsteiniçinbubirleştirmeamacı-ençoksayıdaolguyuenazsayıdafizikselilkeileaçıklamak-yaşamboyusürenbirtutkuyadönüşmüştür.Einsteinikigörelilikkura mıylauzayı,zamanıvekütleçekiminibirleştirmişti.Amabuba şarıonuyalnızcadahadabüyükdüşünmesi içincesaretlendirdi.Doğanın tümyasalarınıkucaklayan,her şeyikapsayan tekbir çerçevebulmayıdüşledi;buçerçeveyibirleşikkuramolarakad landırdı.ZamanzamanEinstein'ınbirbirleşikkurambulduğusöylentileriyayıldıysadabutüriddialarıntemelsizolduğuortayaçıktı;Einstein'ındüşügerçekleşmedi.

Yaşamının son otuz yılında birleşik kurama odaklanması Einstein'ı dönemin yaygın fizikaraştırmalarındanuzaklaştırdı.Dahagençbirçokbiliminsanı,enbüyükkuramıbulmakiçinyürüttüğüvetek bir amacı olan arayışını, sonradan yanlış yola gir miş büyük bir adamın sayıklamaları olarakdeğerlendirdi. AmaEinstein'ın ölümünden sonraki yıllarda giderek artan sayıda fi zikçi onun bitmemişaraştırmasını ele aldı. Günümüzde birleşik bir kuram geliştirilmesi, kuramsal fiziğin en önemliproblemle riarasındasayılıyor.

Fizikçiler yıllarca birleşik bir kuramortaya çıkarmanın önündeki temel engel olarak yirminci yüzyılfiziğinin enönemli iki atılımıolangenel görelilik vekuantummekaniği arasındaki ça tışmayıgördüler.Hernekadarbuikiyapıçokfarklıalanlarauygulanmaktaisede-genelgörelilikyıldızlarvegalaksilergi bibüyükşeylere,kuantummekaniğiisemoleküllerveatomlargibiküçükşeylere-ikikuramdaevrenseloldukları, yani bütün alanlara uygulanabilir oldukları iddiasındadır. Bununla birlikte yukarıda sözedildiği gibi, bu iki kuram bir arada kullanıldı ğında denklemler bir anlamı olmayan sonuçlar verir.Örneğin,kütleçekimiileilgiliherhangibirsürecingerçekleşmesiolasılı ğınınhesaplanmasındakuantummekaniğigenelgöreliliklebir liktekullanıldığındabulunanyanıtyüzde24veyayüzde63ve yayüzde91gibi bir sayı olmaz; tersine, kullanılan birleşikmate matiğin verdiği sonuç sonsuz olur.Ama bu, çıkandeğer o kadar yüksek ki bütün paranızı buraya yatırın, demek değildir. Yüzde 100'den büyük olasılıkdeğerlerininbiranlamıyoktur.Sonsuzolasılıksonucuverenhesaplamalar,genelgöreliliğinvekuantummekaniğinin denklemlerinin bir arada kullanılmasının her şeyi karman çorman bir hale getirdiğinigösteriyorsadece.

Biliminsanlarıgenelgörelilikilekuantummekaniğiarasındakigeriliminelliyıldanfazladırfarkında,ama uzunca bir süre pek azı bu gerilime bir çözüm aradı. Çoğu araştırmacı, genel göreliliği yalnızcabüyük ve kütleli cisimleri, kuantummekaniğini de küçük ve hafif cisimleri incelerken kullandı. Bunuyaparkendeikikuramı,aralarındakiuyuşmazlığıkontroledebileceklerikadar,birbirindenuzaktutmayıihmal etmediler. Bu yumuşama taktiği yıllar boyunca her iki alanı kavrayışımızda çarpıcı ilerle melerortayaçıkardıysadakalıcıbirbarışsağlanamadı.

Çokazalan-uçlardakifizikselkoşullar,örneğinkendileriçokküçükkütleleribüyükcisimler-aynıandahem genel göreliliğin hem de kuantum mekaniğinin kullanılmasını gerektirerek asker den arındırılmışbölgeyedoğrudangirer.Enbilinenikiörnek,bütünbiryıldızınkendiağırlığıaltındaezilipçökerekçokküçükbirnoktayasıkıştığıbirkaradeliğinmerkezivebütüngözlenebi lirevreninbiratomdançokdahaküçükbir topakbüyüklüğündeve sıkışmışolduğunundüşünüldüğüBüyükPatlama'dır.Genelgöreliliklekuantum mekaniği arasında başarılı bir birlik oluşturulamazsa, çöken yıldızların sonu ve evreninbaşlangıcı sonsuza kadar bir giz olarak kalacaktı. Birçok bilim insanı bu alanları bir kenara koymayıtercihettiyadaenazındandahakolaybaş kaproblemlerçözülünceyekadarbunlarınüzerindedüşünme yierteledi.

Ama bazı araştırmacılar bekleyemedi. Fiziğin bilinen yasala rı arasında bir çatışma olması demek,derinbirgerçekliğikavra yamamakdemektivebubiliminsanlarınırahatsızetmeyeyeterliydi.Bualanaelatanlar suların derin, akıntıların güçlü olduğunu gördü. Uzun bir süre boyunca araştırmalarda çok azilerleme kaydedildi, her şey iç karartıcıydı. Böyle iken bile, yollarına de vam edip genel göreliliklekuantummekaniğini birleştirmek rüyasını gerçekleştirmek kararlığına sahip olanların azmi ve çaba larıödüllendiriliyor. Bugün bilim insanları, bu öncüler tarafından açılan yollarda ilerliyor, büyük şeylerinyasalarıyla küçük şeylerin yasaları arasında uyumlu bir birliktelik oluşturmaya ça lışıyorlar. Pek çokkimseninbuişibaşaracağıkonusundahemfi kirolduğubiradayvar:Süpersicimkuramı.(12.Bölüm).

Göreceğimizgibi,süpersicimkuramı,işeeskibirsoruyaye nibiryanıtönererekbaşlar:Maddeninbölünemeyen, en küçük parçaları nelerdir? Yıllar boyunca klasik yanıt, maddenin nokta olarakmodellenebilecek,büyüklüğüve içyapılarıolmayan,bölünemeyenparçacıklardan-elektronvekuarklar-oluştuğu idi. Geleneksel kuram, bu parçacıkların çeşitli şekillerde birleşerek protonları, nötronları vegördüğümüzherşeyioluşturançokçe şitliatomlarıvemoleküllerioluşturduğunuönesürervedeneylerdebunudoğrular.Süpersicimkuramıisebambaşkabiröyküanlatır.Elektronların,kuarklarınvedeneylerdeortaya çıkan diğer parçacık türlerinin oynadığı kilit rolü inkâr etmez, ama bu parçacıkların noktaolmadığınıönesürer.Süpersicimkuramı nagöreherparçacık,tekbiratomçekirdeğindenyüzmilyarke remilyarkezdahaküçük(günümüzdeinceleyemediğimizka zarküçük)birsicimebenzeyenminikbirenerjiiplikçiğindenoluşmuştur.Nasıl bir keman teli farklı örüntülerle titreşir ve her farklı titreşim farklı birnotaüretirse,süpersicimkuramındakiiplikçiklerdefarklıörüntülerletitreşebilir.Amabutitreşimlernotaüretmez, kuramın öne sürdüğüne göre farklı parçacıkların farklı özelliklerini üretir. Belli bir örüntüyletitreşenminik bir sicim bir elektronun kütlesine ve elektrik yüküne sahip olacaktır; yani kurama göre,böyle titreşenbirsicim,gelenekselolarakelektrondediğimizşeydir.Farklıbirörüntüyle titreşenminikbirsicimisekuark,nötrinoveyaherhangibirbaşkaparçacığıta nımlayanözellikleresahipolacaktır.Herbiri aynı varlığın deği şik örüntülerle titreşmesindenortaya çıktığından, tümparçacık türleri süpersicimkuramındabirleşir.

Noktalardan,çokçokküçükolduklarıiçinnoktagibigörünensicimleregeçiş,bakışaçısındaolağanüstübüyükbirdeği şiklikgibigörünmeyebilir.Amaöyledir.Böylesinemütevazıbirbaşlangıçtanyolaçıkansüpersicimkuramı,öncekibirleştirmegirişimlerininbaşınabelaolansonsuzsayıdaolasılıktehlikesi nisavuşturarak, genel göreliliği ve kuantum mekaniğini tutarlı, tek bir kuramda birleştirmiştir. Bu dayetmezmişgibi,süpersicimkuramıdoğadakitümkuvvetlerinvetümmaddeninaynıkuramsalçerçevedebirleştirilmesi için gerekli olan görüş açılımını ortaya çıkarmıştır. Kısacası, süpersicim kuramıEinstein'ınbir leşikkuramıiçinenönemliadaydır.

Bunlar büyük iddialardır ve eğer doğru iseler, ileri doğru dev birer adımdırlar. Ama süpersicimkuramının en çarpıcı ve eğer yaşıyor olsaydı Einstein'ın da kalbini küt küt attıracağına hiç kuşkuduymadığım özelliği, evrenin dokusunu kavrayışımıza yaptığı büyük etkidir, ileride göreceğimiz gibi,süpersicim kura mının genel göreliliği ve kuantum mekaniğini birleştirme iddia sı, ancak uzay-zaman

kavrayışımızı bir kere daha altüst edersek matematiksel olarak anlamlıdır. Süpersicim kuramı, ortakdene yimleringösterdiğigibiüçuzamboyutuvebirzamanboyutuye rinedokuzuzamboyutuvebirzamanboyutu gerektirir. Süper sicim kuramının M-kuramı olarak bilinen sağlam ve güçlü bir türevinde,birleştirmeonuzamboyutuvebirzamanboyutuge rektirir,yanikozmikaltyapıtoplamonbiruzay-zamanboyutuna sahiptir. Bu fazladan boyutları görmediğimiz için, süpersicim kuramı bize şimdiye kadargerçeğinancakçokküçükbirparça sınışöylebirgördüğümüzüsöyler.

Tabiifazladanboyutlarınvarlığınıkanıtlayangözlenebilirve rilerinolmayışı,buboyutlarınolmadığıvesüpersicim kuramının yanlış olduğu anlamına da geliyor olabilir. Ama hemen bu sonuca varmakacelecilikolur.Süpersicimkuramınınkeşfindenonyıllarcaöncebile,Einstein'ındaaralarındaolduğuilerigörüşlübilim insanları,gördüklerimizinötesindeuzamsalboyutlarola bileceği fikriüzerindeuzunuzadıya düşünmüş ve bu boyutların nerede gizli olabileceği konusunda fikir yürütmüştür. Sicim ku-ramcılarıbufikirleriçokgeliştirmişvebufazladanboyutların,çoksıkışıkolduklarıiçingözümüzleveşuan elimizde olan araç larla göremeyeceğimiz kadar küçük olabileceklerini (12. Bölüm) ya da büyükolabileceklerini ama evreni incelediğimiz yöntemlerle görülemiyor olabileceklerini (13. Bölüm)buldular. Her iki senaryonun da çok önemli sonuçları vardır. Sıkışmış boyutların geometrik şekilleri,sicim titreşimlerinin üzerindeki etkileri ara cılığıyla çok temel soruların, örneğin evrenimizde nedenyıldızlar ve gezegenler olduğu sorusunun yanıtlarını barındırıyor ola bilir. Büyük fazladan boyutlarıngetirdiği olanak isedahadaola ğanüstübir şeyi dikkate almamızı sağlayabilir:Şimdiyekadar tümüylehabersizolduğumuz-bildiğimizuzaydadeğilde,fazla danboyutlardayakınımızdaolan-dünyalar.

Buhernekadarfazlacesurbiriddiaisede,fazladanboyutlargerçekleşmesiolanaksız,kuramsalbirdüşdeğildir.Çokyakındavarlıklarıdeneylerlesınanırhalegelebilir.Fazladanboyutlar,eğervariseler,gelecekkuşakatomçarpıştırıcıları ile ilk insanyapısımikroskobikkaradeliğinoluşturulmasıveyeni,şimdiyekadarkeşfedilmemiş çok sayıdayeniparçacık türününüretilme sigibidikkatedeğer sonuçlarayol açabilir (13. Bölüm). Bunlar ve başka alışılmamış sonuçlar, doğrudan görülebilenlerin ötesindekiboyutlar konusunda ilk kanıtları ortaya koyabilir ve bizi süpersicim kuramının uzun zamandır arananbirleşikkuramolduğusonucunabiradımdahayaklaştırabilirler.

Eğer süpersicim kuramının doğruluğu kanıtlanırsa, bildiği miz gerçekliğin, kalın ve zengin dokulukozmik kumaşın üzeri ne sarılmış ince bir tül olduğunu kabullenmek zorunda kalaca ğız. Camus'nünsöylediklerine rağmen, uzay boyutlarının sayısı nı belirlemek -özellikle de yalnızca üç tane olmadığınıbulmakbilimselolarakilginçamasonuçolarakönemsizbirayrıntıola caktır.Fazladanboyutlarınkeşli,bir bütün olarak insan dene yimlerinin bizi evrenin temel bir niteliğinden tamamen habersiz bıraktığınıgösterecektir.Evrenin insanduyuları tarafındanko layca algılandığını düşündüğümüzözelliklerinin bileöyleolma yabileceğinigösterecektir.

GeçmişveGelecekGerçekliği

Süpersicim kuramının geliştirilmesiyle birlikte, araştırmacı lar nihayet ne kadar aşırı olursa olsunhiçbir koşulda çökmeye cek bir çerçevemiz olduğu, günün birinde denklemlerimizi kul lanarak geriyedoğru bakabileceğimiz ve bildiğimiz evrenin tam oluştuğu anda her şeyin nasıl olduğunuöğrenebileceğimiz konusunda iyimserler.Bu güne kadar hiç kimse süpersicim kuramını tartışmasız biraçıklıkla Büyük Patlamaya uygulayacakmaha reti gösterememiştir, ama kozmolojiyi süpersicim kuramıçerçe vesindekavramakgünümüzaraştırmalarınınenönceliklikonularındanbiriolmuştur.Tümdünyadayürütülensüpersicimkozmolojisiileilgiliyoğunaraştırmaprogramlan,geçtiğimizbirkaçyıliçindeyenikozmolojik çerçeveler ortaya çıkarmış (13. Bölüm), süpersicim kuramının astrofizik gözlemleraracılığıylası nanabilmesi içinyeniyollarönermiş(14.Bölüm)vekuramınza manınokunuaçıklamaktaüstlenebileceğirolkonusundailkkavrayışlarısağlamıştır.

Zamanın oku, günlük yaşamda oynadığı belirleyici rolle ve evrenin başlangıcıyla yakından ilişkiliolması nedeniyle, yaşa dığımız gerçeklik ile en son bilimsel araştırmaların ortaya çı karmaya çalıştığıdaha rafine gerçeklik arasında tekil bir eşikte bulunuyor. Bu haliyle zamanın oku, ileride sözünü

edeceğimiz gelişmelerden birçoğunu birleştiriyor. Bu konu, bundan sonra ki bölümlerde de kendinigösterecek. Çok uygun, çünkü yaşa mımızı biçimlendiren etkenlerin en baskın olanlarından biri za man.SüpersicimkuramınıveonunuzantısıolanM-kuramınıanladıkçakozmolojikkavrayışımızderinleşecek,bu da zama nın kaynağı ve oku konularına bakışımızı giderek netleştirecektir. Hayal gücümüzü serbestbırakırsak,kavrayışımızıngününbirindeuzay-zamaniçindeyolculukyapmamızaveböylecedeşimdiyekadar erişemediğimiz alanları incelememize olanak sağlayacak kadar genişleyeceğini bile tasavvuredebiliriz(15.Bölüm).

Böylesibirgüceerişebilmektabiikiçokbüyükölçüdeolanakdışı.Amauzayıvezamanıkontroletmegücünü hiç kazanamasak bile, derin bir kavrayış kazanmak da bize bir güç verir. Uza yın ve zamanıngerçekdoğasınıanlamak,insanaklınınsınırları nıbelirler.Sonundainsandeneyimininendışsınırlarınıgöste rensessizbirerişaretolanuzayıvezamanıanlayabiliriz.

UzayveZamanÇağınınGelişi

Yıllar önce Sisyphos Söyleni’nin son sayfasını çevirdiğimde, metnin genelindeki iyimserlik havasıkarşısındaşaşırmıştım.Nedeolsa,tekraraşağıyayuvarlanacağınıveherşeyebaştanbaşla yacağınıbilebilebirkayayıtepeyekadariterekçıkarmaklace zalandırılmışbiradamınöyküsününmutlusonlabitmesibeklenmez.AmaCamus,Sisyphosunözgüriradesinikullanıpüs tesindengelinemeyecekengellerekarşıdurarak, o umursamaz evrende saçma bir işle cezalandırmış olsa bile yaşamı sürdürme yi seçmişolmasında umut verici bir şeyler bulmuştur. Camus, Sisyphos'un dolaysız deneyimlerin ötesindeki herşeydenvazge çerekvedahaderinbirkavrayış,dahaderinbiranlamaramayıbırakarakzafereulaştığınıönesürer.

ÇoğukimseninancakumutsuzlukgöreceğiyerdeCamus'nünumuduyakalamayeteneğibanaçokçarpıcıgelmişti. Ama yir mi yaşının altında bir gençken de aradan geçen yıllarda da Camus'nün evreni dahaderinden kavramanın yaşamı daha zengin ve değerli kılmayacağı görüşünü bir türlü tam olarak kabuledemedim. Sisyphos Camus'nün kahramanıydı; bilim insanları nın en büyüklerinden Newton, Einstein,Niels Bohr ve Richard Feynman da benim kahramanlarım oldu. Feynman'ın bir gülü betimleyişiniokuduğumda ona iyice hayran oldum. Feynman, nasıl herkes gibi gülün kokusunu aldığını, güzelliğinigördüğünü ama fizik bilgisi sayesinde o güzelliğin altındaki moleküler, atom ve atomaltı düzeydekimucizevigörkemidekavrayabildi ğiiçinyaşadığıdeneyiminnekadarzenginleştiğinianlatıyordu.BendeFeynman'ın anlattığı şeyi istiyordum: Yaşama değer ver mek ve evreni yalnızca duyularımızlaalgılayabildiğimiz kadarıyla değil de olası bütün düzeylerde kavramak. Evreni olabilecek en derinkavrayışaulaşıncayakadararaştırmakyaşamımınama cıhalinegeldi.

Bugünprofesyonelbirfizikçiolarak,lisedefiziğedelicetutulmamdanaifbirşeylerolduğununuzuncabir süredir farkındaydım. Fizikçiler genellikle çalışma günlerinde vakitlerini kozmik bir hayranlık vesaygı ile çiçekleri seyrederek geçirmez. Zamanlarının çoğunu tahtaya yazılmış karmaşık matematikseldenklemlerlemücadeleederekgeçirirler,ilerlemeyavaşolabilir.Umutverenfikirlerçoğunluklabiryereçıkmaz.Bilimselaraştır manındoğasıbudur.Amailerlemeninenyavaşolduğuzamanlardabile,denklemçözerkenvehesapyaparkenharcadığımça basayesindeevrenledahayakınbirbağımolduğunuhissettim.Evreni anlamanın yolunun yalnızca onun gizlerini çözmek de ğil, bu gizlere kendimizi bırakmak daolabileceğini anladım. Ya nıt bulmak harikadır. Deneyle kanıtlanan yanıtlar daha da ha rikadır. Amasonundayanlışolduğukanıtlananyanıtlarbileevrenlekurulanderinbirilişkininsonucudur;sorularavedolayısı ile evrenin kendisine parlak bir ışık tutan bir ilişkinin. Herhangi bir bilimsel araştırmanın"kayası"gerisingerienbaşadöne cekolsabile,birşeyöğrenmişoluruzveevreneilişkindeneyimlerimizzenginleşir.

Tabiikibilimtarihi,ortakbilimselaraştırmalarımızın-yüzyıllarboyuncafarklıkıtalardansayısızbiliminsanının oluşması na katkıda bulunduğu- "kayasının" dağdan aşağı yuvarlanıp en başa gitmediğinigösterir.Sisyphos'unaksine,bizher şeyesıfır danbaşlamıyoruz.Herkuşakkendindenöncekilerdenbirşeylerdevralır,öncüllerininsıkıçalışmasına,kavrayışınaveyaratı cılığınasaygıduyarve"kayayı"biraz

dahayukarıiter.Yenikuramlarvedahagelişmişölçümlerbilimselilerlemeninişaretidirvebuilerlemekendindenöncekilerinüzerine inşaedilir,hemenhemenhiçbirzamangeçmiş tamamensilinmez.Durumböyle ol duğu için, bizim işimiz hiçbir zaman saçmave amaçsız değildir.Kayayı dağın tepesine doğruiterken görevlerin en zarif ve en asilini yerine getiririz: Evimiz dediğimiz bu yerin gizemini çözmek,keşfettiğimizharikalarıntadınıçıkarmakvebilgilerimiziardımızdangelenlereaktarmak.

Kozmik zaman ölçeğine göre iki ayak üzerinde yürümeyi da ha yeni öğrenmiş bir tür için üzerindedüşündüğü bu konular akıllara durgunluk vericidir. Ama son üç yüzyılda klasikten göreli gerçekliğe,oradan da kuantum gerçekliğine ilerlerken, şimdi de birleşik gerçeklik konusundaki keşiflerleuğraşmaktayken, aklımız ve elimizdeki araçlar uzay ve zamanda büyükmesafe ler kat etmekte ve bizi,büyük bir kılık değiştirme ustası olduğunu kanıtlayan bir dünyaya her zamankinden daha fazla yak-laştırmaktadır. Yavaş yavaş maskesini sıyırdığımız evrenle, ancak gerçeğin kazandırdığı berraklığıngetirebileceği bir yakınlık kurduk. Yapacağımız daha çok keşif var, ama çoğunluk türümüzün nihayetçocuklukdönemininsonunayaklaştığınıdüşünüyor.

Elbette,Samanyolu'nun''dışbölgelerindekiyerimizdebuaşa mayagelişimizuzunzamanaldı.Öyleyadaböylebinlerceyıl dırevrenkonusundadüşünüyorvedünyamızıkeşfediyorduk.Ancakosüreninbüyükkısmında bilinmeyene doğru gitmeyi de niyor ve her seferinde eve daha akıllanmış ama büyük ölçüdedeğişmemişolarakdönüyorduk.Modernbilimselaraştırmanınbayrağınıçekipbirdahageridönmemek,Newton'un atılganlığı sayesinde gerçekleşti. O günden beri hep daha ileriye gidiyoruz. Bütünyolculuğumuzdabasitbirsoruylabaşladı.

Uzaynedir?

II.Bölüm–EvrenveKova

Üçyüzyılsürenbirtartışmadabirkovanınanakarakterolmasıpeksıkrastlananbirşeyolmasagerek.AmaSirIsaacNewton'aaitbirkovasıradanbirkovadeğildir.Newton'un1689'dayaptığıbasitbirdeneyotarihtenberidünyanınenbüyükfizikçilerindenbazılarınıderindenetkilemiştir.Deneyşudur:Sudolubir kovayı alın, sapından bir halatla asın, kovayı döndürerek halatın burulmasını sağlayın ve bırakın.Baş langıçta kova dönmeye başlar ama içindeki su durağandır ve yüzeyi düzdür. Kova hızlandıkçahareketisürtünmeyoluylayavaşyavaşsuyaaktarılırvesudadönmeyebaşlar.Dönerkendesuyunyüzeyi,Şekil2.1'dekigibiiçbükeybirhalalır,yanikenar lardayüksek,ortadadahaalçaktır.

Deneybudur;pekdeinsanınkalpatışlarınıhızlandıracakbirşeydeğil.Amabirazdüşününce,dönmekteolan bu bir kova suyun son derece şaşırtıcı olduğu anlaşılır.Bizi üç yüzyıldır uğraştıran bu problemiçözmeyeçalışmak,evreninyapısınıkavra mayolundaattığımızenönemliadımlararasındadır.Bununne -deninianlamakiçinbirazbilgiyegerekvar,amasonuçbuçaba yadeğer.

Şekil2.1Suyunyüzeyibaşlangıçtadüzdür,kovadönmeyebaşladığındadasuyunyüzeyidüzlüğünükorur.Dahasonra,sudakovailebirliktedönmeyebaşlayıncayüzeyiiçbükeybirşekilalırvesudönmeyedevamettikçe-kovayavaşlayıpdurduğundabile-

yüzeyioşeklikorur.

Einstein’danÖnceGörelilik

"Görelilik'Einstein'laözdeşleştirilenbirsözcüktüramakavramıntarihiçokdahaeskidir.Galileo,Newton ve başkaları doğrusal hızın -yani bir nesnenin hareketinin doğrultusunun ve süratinin- göreliolduğunun farkındaydılar. Günümüzün terimle riyle konuşursak, bir beysbol oyununda vurucunun bakışaçısı nagörebeysboltopusaatte150kilometrehızlayaklaşmaktadır.Beysboltopunagöreysesaatte150kilometrehızlayaklaşanvurucudur.Herikibetimlemededoğrudur;buyalnızcabirbakışaçısısorunudur.Hareketyalnızcagöreli olduğundabir anlam ifadeeder:Birnesnenindoğrusalhızıyalnızcabirbaşkanesneninkine göre belirlenebilir. Büyük olasılıkla bunu yaşamışsınızdır. İçinde bulunduğunuz trenvagonunun yanında bir baş ka vagon varsa ve bu iki vagon birbirlerine göre hareket ediyorsa, raylarüzerindehareketedentreninhangisiolduğunuhemenanlayamazsınız.Galileobuetkiyi,kendizamanınıntaşıt araçları olan tekneleri kullanarak tarif etmiştir. Galileo der ki, düzgünce gitmekte olan birteknedeyken elinizden bıraktığınız para tıpkı kıyıda olacağı gibi ayağınızın dibine düşer. Kendi bakışaçını zagöresizdurağansınızdır,suisegeminingövdesinegörehare ketetmektedir.Bubakışaçısınagöresizhareketsizolduğunuziçinparanınayağınızagörehareketitıpkıgemiyebinmedenöncekigibidir.

Ama biraz düşünürseniz, burada bir gariplik olduğunun far kına varırsınız. Hızdaki değişimleri farketmenizisağlayanşeyesasolaraknedir?Eğerdoğrusalhızyalnızcakarşılaştırmalarsonucunda-bucisimşucismegörehareketediyor-biranlamifadeediyorsa,nasıloluyordadoğrusalhızdakideğişimlerkar -şılaştırma yapmadan da anlamlı olacak şekilde farklı olabiliyor? Aslında acaba bunlar da bir türkarşılaştırma gerektiriyor olabi lir mi? Acaba ivmeli hareketi her yaşadığımızda veya ondan her sözedişimizde açıkça görülmeyen, gizli bir karşılaştırmayapı yor olabilirmiyiz?Yöneldiğimiz temel sorubudur, çünkü bu soru -belki şaşırtıcı ama- uzay ve zamanın anlamını çevreleyen en derin konularlabağlantılıdır.

Galileo'nun hareket konusundaki kavrayışı, en önemlisi de Dünyanın hareket ettiğini söylemesiEngizisyonun gazabına uğramasına neden oldu. Çok daha ihtiyatlı olanDescartes, benzer bir akıbeteuğramamak için ne yapması gerektiğini araştır dı ve Principia Philosophiae adlı eserinde hareketkonusunda ki -otuzyılsonraNewton'undikkatli incelemelerinegöğüsgeremeyecekolan-görüşlerini ikianlama da gelecek şekilde dikkatli bir biçimde ifade etti.Descartes, nesnelerin hareket durumla rınındeğiştirilmesinekarşıdirençgösterdiklerindensözediyor du:Hareketsizbircisim,birisiveyabirşeyonuhareketetmeyezorlamadıkçahareketsizkalır;birdoğruüzerindesabitbirhızlahareketedenbircisim,birisiveyabirşeybunudeğiştirmedikçeyapmaktaolduğuhareketisürdürür.AmaNewton,bu"ha reketsiz"ve "doğru üzerinde sabit bir hız" kavramları gerçekten ne anlama geliyor, diye sordu. Neye göre"hareketsiz"vene yegöre"sabithızlıhareket"?Kiminbakışaçısınagöre"hareketsiz"yada"sabithızlıhareket"?Eğerdoğrusalhızsabitdeğilse,neyegöreyadakiminbakışaçısınagöresabitdeğil?Descarteshareketin bazı özelliklerini doğru bir biçimde saptamıştı, ama Newton'a göre kilit soruları yanıtsızbırakmıştı.

Newton'un-öylesinegerçeğinpeşinedüşmüşbirinsandıki,birkeresindegözanatomisiçalışmakiçinkendigözüylegözke miğininarasınakörbiriğnesokmuştu,sonrakiyıllardaDarpha neMüdürüolduğundadakalpazanlaraenağırcezalarınveril mesinisağlamışveyüzdenfazlakişinindarağacınagitmesinene -denolmuştu-yanlışveeksikakılyürütmeyehiç tahammülüyoktu.Dolayısıylayanlışıdüzeltmeyekararverdi.Kovakonusunudaozamanortayaattı.

Kova

Kovayıbıraktığımızdahemkendisi,hemdeiçindekisudönüyordu,suyunyüzeyiiçbükeydi.Newton’unsorduğusoruşuydu:Suyunyüzeyinedenbuşeklialıyordu?Döndüğüiçin,diyebilir siniz;nasılotomobildebirdönemecidönerkenyanadoğrusavrulduğumuzuhissedersek,sudadönmekteolankovanınkenar larınadoğrusavrulur.Busuyungidebileceğitekdoğrultudayukarıdır.Budüşüncebirdereceyekadarmantıklıve sağlam ol makla birlikte Newton'un sorusunun gerçek amacına ulaşmaktan uzaktır. Newton suyundöndüğünüsöylemeninneanlamageldiğinibilmek istiyordu:Suneyegöredönüyordu?Newton,hareketkonusunun temeliyle uğraşıyordu ve ivmeli bir hareke tin, örneğin dönmenin bir şekilde dışkarşılaştırmalaragereksinmeninötesindeolduğunukabuletmeyehenüzhazırdeğildi.

Kovanın kendisini referans cismi olarak kullanmak doğal bir öneri olurdu. Ama Newton'un ilerisürdüğü gibi bu işe yaramaz. Kova dönmeye başladığında su ile kova arasında kesinlikle göreli birhareket vardır, çünkü su hemen hareket etmeye başlamaz.Ona rağmen suyun yüzeyi düz kalır. Derkenbirazsonra,sudönerkenyanikovailesuarasındagörelihareketyokken,suyunyüzeyiiçbükeyolur.Yanireferans cismimiz kova olursa, beklediğimizin tam tersi bir sonuç ortaya çıkar:Göreli hareket var kensuyunyüzeyidüzdür,görelihareketyokkensuyunyüzeyiiçbükeydir.

AslındaNewton'unkovadeneyinibirazilerigötürebiliriz.Kovadönmeyedevamettikçehalatyenidenburulacak (diğer yönde) ve bu da içindeki su dönmeye devam ederken kovanın dönmesininyavaşlamasınavebiraniçindurmasınanedenolacaktır,amaiçindekisudönmeyedevamedecektir.Bu

noktada su ve kova arasındaki göreli hareket deneyin başındakiyle aynıdır (sonucu etkilemeyen saatyönündedönmevesaatyönünün tersiyöndedönmedışında),amasuyunyüzeyininşekli farklıdır (öncedüzdü,şimdiiçbükeydir);budasuyunyüzeyininaldığışeklingörelihareketleaçıklanamayacağınınetbirbiçimdegösteriyor.

Suyun hareketi için kovanın referans olamayacağı anlaşılınca, Newton cesur bir adım attı. Kovadeneyininbirbenzerininuzak,soğukvetümüyleboşuzaydayapıldığınıdüşleyin,dedi.Suyunyüzeyininşekli kısmen Dünya’nın kütleçekiminden kaynaklandığı ve bu deneyde de Dünya olmadığı için aynıdeneyi yapama yız. O nedenle, uygulanabilir bir örnek olarak boş uzayın karanlığında yüzen dev birkovamızolduğunuvekorkusuzastronotHomer'inbudevkovanıniçyüzünesıkıcabağlıolduğunudüşünün.(Aslında Newton bu örneği vermedi, onun verdiği örnekte birbirine iple bağlı iki taş vardı, amaanlatılmak istenen şey aynıdır.) Homer'in kovaya doğru bastırıldığını hissetmesi, yüzünün derisiningerilmesi, midesinde hafif bir basınç oluşması ve saçlarının (her iki telin de) geriye doğru gitmesikovanındöndüğünün(suyunkovanınçeperinedoğrusavrularakiçbükeybiryüzeyoluşturmasınınbenzeri)işaretidir.Soruşudur:Tamamenboşuzayda-Güneşyok,Dünyayok,havayok,çörekyok,hiçbirşeyyok-kovanın "ona göre" dönmekte olduğunu söyleyebilece ğimiz "o şey" ne olabilir? Uzayın kova veiçindekiler dışında ta mamen boş olduğunu düşündüğümüzden ilk bakışta "o şey" ola rakkullanabileceğimizbirşeyyokmuşgibigörünür.AmaNew tonaynıfikirdedeğildi.

Onun yanıtı, değerlendirme çerçevesi olarak "nihai kabı" yani uzayın kendisini seçmekti. Hepimiziniçindeolduğuvetümha reketleriniçindeyeraldığı-kendisininmutlakuzayadınıverdi ği-saydamveboşalanıngerçekbirfizikselvarlıkolduğunuilerisürdü.Mutlakuzayıtutamayız,tadamayız,koklayamayızveişitemeyiz,amaNewtonmutlak uzayın "bir şey" olduğunu söyledi.Mutlak uzayın, hareketi tanımlamakiçingerekenensağlamde ğerlendirmeçerçevesiolduğunuönesürdü.Bircisimeğermutlakuzayagöredurağansa,gerçektendurağandır.Bir cisimeğermutlakuzayagörehareket ediyorsa,gerçektenharekethalinde dir.Enönemliside,bircisimeğermutlakuzayagöreivmeleniyorsa,gerçektenivmeleniyordur.

Newtonbuönermeyi, yeryüzündeyapılankovadeneyini açıklamak için şu şekildekullandı:Deneyinbaşındakovamutlakuzayagöredönmektedir,amasumutlakuzayagöredura ğandır.Suyunyüzeyinindüzolmasınınnedenibudur.Sukovaylaberaberdönmeyebaşladığındaartıkmutlakuzayagöredönmektedir,yüzeyininiçbükeyolmasınınnedenibudur.Ha latınburulmasınedeniylekovayavaşladığında,sudönmeyede vam eder -mutlak uzaya göre dönmeye devam eder- yüzeyinin içbükey olarak kalmasının nedeni debudur, işte, su ile kova ara sındaki göreli hareket gözlemleri açıklayamazken, su ile mutlak uzayarasındakigörelihareketaçıklamaktadır.Hareketitanımlamakiçingerekliolangerçekreferanssisteminiuzayınkendi sisağlamaktadır.

Kovayalnızcabirörnektir;doğalolarakburadakiakılyürütmeçokdahageneldir.Newton'unbakışaçısına göre, otomobilde bir dönemeci dönerken mutlak uzaya göre ivmelendiğiniz için doğrusalhızınızdakideğişikliğihissedersiniz,içindebulunduğunuzuçakpisttenhavalanmaküzerehızlanırkenmut-lak uzaya göre ivmelendiğiniz için koltuğa doğru bastırıldığını zı hissedersiniz. Buz pateniyle kendiekseniniz çevresinde dönerken mutlak uzaya göre ivmelendiğiniz için kollarınızın dışa rıya doğruaçıldığını hissedersiniz. Eğer siz buzun üzerinde ha reketsiz dururken birisi buz pistini tutupdöndürebilecekolsaydı(idealolarakpatenlerinsürtünmesizolduğunuvarsayıyoruz)-veböylecesizinlebuz pisti arasında aynı göreli hareket ortaya çıksaydı- mutlak uzaya göre ivmelenmeyeceğiniz içinkollarını zındışarıdoğruaçıldığınıhissetmezdiniz.İnsanvücudununkul lanıldığıörneklerinayrıntılarındaboğulmamak için, Newton'un birbirine iple bağlı iki taş örneğini düşünelim. Taşlar dönerken mutlakuzayagöreivmelendikleri içinipgerilir.Hareketetme ninnedemekolduğukonusundasonsözümutlakuzaysöyle mektedir.

Ama mutlak uzay aslında nedir? Bu soruyla uğraşırken New ton biraz kaçamak yanıtlar verdi.Principia'daönce şöyle yazmıştı: "Herkesin bildiği şeyler olduğu için zamanı, uzayı, yeri ve hareketitanımlamıyorum."''Böylecebuterimlerikesinbirbiçimdetanımlamaktankaçınmışoluyordu.Sonrakişusözleriiseünlüolmuştur:"Mutlakuzay,doğasıgereği,herhangibirdışnoktayıreferansalmaksızın,herzaman aynıdır ve hareketsizdir." Yani, mutlak uzay vardır ve ebedidir, nokta. Ama doğrudan

göremeyeceğimiz,ölçemeyeceğimizveüzerindebiretkimi zinolamayacağıbirşeyinvarlığınıveöneminisadece ilan eder ken Newton'un kendini pek de rahat hissetmediğinin bazı işa retleri vardı. Şöyleyazmıştır:

Bazı cisimlerin gerçek hareketlerini keşfetmek ve görünen hareketlerinden etkin bir biçimdeayırmakgerçektensonderecezordur,çünkübuhareketlerinyeraldığıha reketsizuzayınbölümleriniduyularımızlagözlemlemekimkânsızdır.

Böylece Newton bizi biraz sıkıntılı bir durumda bırakıyor. Mutlak uzayı fiziğin en temelunsurlarından birinin hareketin tanımının merkezine yerleştiriyor, ama tanımı belirsiz bırakıyor veböylesine önemli bir konuyu böyle kaçamak bir biçimde ele almaktan duyduğu rahatsızlığı da ifadeediyor.Burahatsızlığıbaşkalarıdapaylaşmıştır.

UzayKarmaşası

BirkeresindeEinstein,birisi"kırmızı","sert"veya"düşkırıklığınauğramış"dediğizamanhepimiznedemek istendiğini anlarız, demişti. Ama "psikolojik deneyimle bağlantısı daha dolaylı olan 'uzay'sözcüğünegelince,etkialanıçokgenişbiryorumbe lirsizliğivardır."5Bubelirsizliğintarihçesioldukçaeskidir.Uza yın anlamını çözmek için verilen uğraş antik çağlara kadar gi der. Çağlar boyuncaUzay'ınanlamınışuyadabunedenlearaş tıranlararasındaDemokritos,Epikuros,Lucretius,Pythagoras,Platon,Aristoteles ve onların birçok takipçisi vardı. Uzay ve madde arasında bir fark var mıdır? Uzayın,maddeselcisimler denbağımsızbirvarlığıvarmıdır?Boşuzaydiyebirşeyvarmı dır?Uzayvemaddekarşılıklıolarakbirbirlerinidışlarmı?Uzaysonlumudur,sonsuzmu?Son bin yılda uzayın felsefi açıdan çözümlenmeye çalışılma sı genellikle dinbilimsel araştırmalarla

birlikteortayaçıkmıştır.BazılarınagöreTanrıheryerdedir,budauzayatanrısalbirka rakterverir.Budüşüncebiçimi,kimilerininNewton'unakılho calarındanbiriolmuşolabileceğinidüşündüğüonyedinciyüzyılfilozofuvedinbilimcisiHenryMoretarafındansavunulmuştur.More,uzayboşolsaydıvarolmazdıdiyedüşünüyordu,amaaynızamandabununçokdaanlamıolmayanbirgözlemolduğunu,çünkümaddeselcisimlerolmasabileuzayınruhladoluolduğunuvehiçbirzamangerçektenboşolmadığınısöylüyordu.New tondabenzerbirfikresahipti,uzayınmaddeselcisimlerkadar"ruhsalmaddeyle"dedoluolduğunukabul ediyordu, ama bu ruhsalmaddenin "maddenin hareketine engel olmadığını" ekle yecek kadar dadikkatliydi.Newton,mutlakuzayınTanrı'nınidrakedilişiolduğunuilerisürüyordu.

Uzaykonusundakiböylesifelsefivedinseldüşünceleriknaedicivekışkırtıcıolabilir,amaEinstein'ınyukarıda aktardığımız uyarıcı yorumunda olduğu gibi, bu düşünceler net bir betimleme özelliğindenyoksundur ki bu da çok önemlidir. Ama böyle söylemlerden ortaya çıkan çok temel ve kesin olaraktanımlanmış bir soru vardır. Uzaya daha sıradanmaddesel cisimlere (örneğin şimdi elinizde tutmaktaolduğunuzkitaba)atfettiğimizgibiba ğımsızbirgerçeklikatfetmelimiyiz,yoksauzayısıradanmadde selcisimlerarasındakiilişkileritanımlamakiçinyalnızcabirdilolarakmıyorumlamalıyız?Newton'un çağdaşı, büyük Alman lilozof GottfriedWilhelm von Leibniz uzayın beylik anlamda var

olmadığından emindi.Uzaydan bahsetmenin, şeylerin birbirlerine göre yerlerini belir lemenin kolay veelverişlibiryolundanbaşkabirşeyolmadığınıiddiaediyordu.İçindecisimlerolmazsauzayınkendisininba ğımsızbiranlamıyadavarlığıolmadığınıilerisürüyordu.İngilizalfabesinidüşünün.Yirmialtıharftenoluşur, harflerin birbirle rine göre belli ilişkileri vardır: a ile b yan yanadır; d ile ı arasında beş harfvardır;xu'danikiharfsonragelirvb.Amaharflerolmazsaalfabenindebiranlamıyoktur;"harfler-üstü"bağımsızbirvarlığıyoktur.Tersine,alfabeharflerlevebuharflerarasındabelirlediğiilişkilerlevarlığakavuşur.Leibniz,aynışeyinuzayiçindegeçerliolduğunuiddiaediyordu:Uzayın,bircisminkonumuylabaşkabircisminkonumuarasındakiilişkiyitartışmakiçindoğalbirdilsağlamanınötesindebiranlamıyoktu. Leibniz'e göre eğer uzaydan bütün cisimler çıkarılacak olsaydı -yani eğer uzay tamamen boşolsaydı-harfleriolmayanbiralfabekadaranlamsızolurdu.Leibniz,göreci adıyakıştırılanbukonumunudesteklemekamacıylabirdizi sav ileri sürdü.Örneğin,

eğer uzay gerçekten bir varlıksa, bir arka planmaddesiyse, Tanrı’nın evreni bumadde içinde nereyeyerleştireceğini seçmiş olması gerektiğini söyledi. Ama hiçbir kararı asla rastgele ve gelişigüzelolmayan, tüm kararları sağlam nedenlere dayanan Tanrı, bir örnek uzay boş luğunun bir köşesini nasıldiğer bir köşesine tercih etmiş olabi lirdi?Bilimsel algıları güçlü olanlara bu sav ucuz gelir. Bununlabirlikte,Leibniz'inilerisürdüğüdiğersavlardayaptığıgibi,busavdandadinbilimselöğelerçıkartılırsagüç sorularla karşı kar şıya kalırız: Evrenin uzaydaki yeri neresidir? Eğer evren, içindeki her şeyinbirbirinegörekonumları aynıkalmakkoşuluyla,birbütünolarakbirkaçmetre sağayada solahareketettirilebilseydi,bununasılanlardık?Evreninuzaymaddesiiçinde kihızınedir?Uzayıveuzayıniçindekideğişiklikleritemelola raksaptayamıyorsak,uzayıngerçektenvarolduğununasıliddi aedebiliriz?İştetamburadaNewtonkovasıylasahneyeçıktıvetartışma nınkarakteriniköktendeğiştirdi.Newtonda

mutlakuzayınbe lirli özelliklerinindoğrudan saptanmasının çokzor, hattaola naksızgöründüğünükabulediyordu,amamutlakuzayınvar lığınıngözlenebilirbazısonuçlarıolduğunukanıtlamayaçalıştı:Dönenkovaörneğindeolduğugibi,bazıivmelenmeler,mutlakuzayagöreivmelenmedir.DolayısıylaNewton’agöre,kovada kisuyunyüzeyininiçbükeyolması,mutlakuzayınvarlığınınbirsonucuydu.Newton'agöre,nekadar dolaylı bir yoldanolsa da, bir şeyinvarlığı konusunda sağlambir kanıt varsa, tartışma sonaererdi. Tek bir zekice darbeyle Newton, uzay konusundaki tar tışmayı felsefi düşüncelerden bilimselolarak kanıtlanabilir veri lere kaydırdı. Bunun yarattığı etki sanki elle tutulabilir gibiydi. FazlagecikmeksizinLeibniz dekabul etmek zorundakaldı: "Bir cisminmutlakgerçekhareketi ile bir başkacismegöreyalnızcakonumunundeğişmesi arasındabir farkolduğunukabul ediyorum."Bu,Newton'unmutlakuzayınaboyuneğmedeğil,görecikonumasıkıbirdarbeydi.

Sonraki iki yüzyıl boyunca Leibniz'in ve başkalarının uzaya bağımsız bir gerçeklik atfeden savlanbilimdünyasındabiryankıuyandırmadı.SarkaçNewton'unuzayanlayışınadoğrukaymıştı;mutlakuzaykavramıüzerinetemellendirdiğihareketya salarıbütündikkatiüzerineçekti.Açıktırkibuyasalarınkabulgörmesinin temel nedeni, hareketi betimlemekteki başarılarıydı. Ancak Newton'un fizikteki tümbaşarılarını, gerçekten önemli tek keşfi olarak gördüğümutlak uzay kavramını destekleyen sağlam birtemelolarakdüşünmesi,çarpıcıdır.Newtoniçinherşeyuzaylailgiliydi

MachveUzayınAnlamı

Büyüme çağlarımda, babamla birlikte Manhattan sokaklarında yürürken bir oyun oynardık. Birimizçevreyebakarveoançevredeolanbirşeyiseçer-hızlageçenbirotobüs,birpence repervazınakonanbirgüvercin,yerebozukparadüşürenbiradam-veoolayınotobüsüntekerleği,uçangüvercinveyayeredüşmekte olan madeni para gibi sıra dışı bir bakış açısından na sıl görüneceğini anlatırdı. Bilmeceyiçözmekiçin"Alçak,dokuluduvarlarıolankaranlıkvesilindirikbiryüzeydeyürüyorumvegöktenkalın,kıvırcık ve beyaz bir nesne yağıyor" gibi tuhaf bir ifadenin, bir sokak satıcısının içine lahana turşusukoymakta olduğu sosisli sandviçin üzerinde yürüyen bir karıncanın ba kış açısı olduğunu bulmakgerekiyordu.Hernekadarbenilkfi zikdersimialmadanyıllarcaöncebuoyunuoynamayıbırakmışolsakda,Newtonyasalarıylailkkarşılaştığımdaçektiğimzorluğunnedenlerindenbiribuoyunolabilir.Buoyundünyayafarklıbakışaçılarındanbakmayıdestekli yorveherbakışaçısınındiğerikadargeçerli

olduğunuvurguluyordu.AmaNewton'agöre,dünyayaistediğinizperspektiftenbakmaktakesinlikleözgürolsanız da, farklı bakış açıları hiçbir biçimde eşit değildir. Buz patencisinin pateninin üzerindeki birkarıncanınbakışaçısından,dönenpistvesalondur;tribündekibirseyircininbakışaçısındanise,dönenpatencidir.Buikiba kışaçısıdaaynıderecedegeçerli,eşitveyerleriherikidönüşünbirbirlerinegöresimetrikolanilişkisiüzerindegibigörünüyor.AmaNewton'agöre,buperspektiflerdenbiridiğerinegöredaha doğrudur. Çünkü eğer gerçekten dönen patenciyse kolları dışa rı doğru açılacaktır, ama eğergerçektendönenpistisepatenci ninkollarıdışarıdoğruaçılmayacaktır.Newton’unmutlakuzaykavramınıkabuletmek,mutlakbirivmekavramınıveözellikledekiminyadaneyingerçektendöndüğükonusundamutlak bir yanıtı kabul etmek anlamına geliyordu. Nasıl olup da bunun doğru olabileceğini anlamayaçalıştım. Başvurduğum her kaynak -ders kitapları da, öğretmenler de- sabit hızlı hareket söz konusuolduğunda yalnızca göreli hareketin önemi olduğu ko nusunda fikir birliği içindeydi. O halde ivmelihareketinnedenokadarfarklıolduğunubirtürlüanlayamıyordum.Hızısabitolmayanhareketgözönüne

alındığında, neden önemli olan tek şey -tıpkı göreli hız gibi- göreli ivme olmuyordu?Mutlak uzayınvarlığıtersiniemrediyordu,amabanabudurumsonderecega ripgörünüyordu.Çok sonra, son birkaç yüzyıl içinde pek çok fizikçinin ve filozofun -kimi zaman yüksek sesle, kimi

zamansessizce-tamdabukonuylauğraştığınıöğrendim.HernekadarNewton'unkova sıbirbakışaçısınıdeğildeöbürünütercihedeninmutlakuzayolduğunukesinolarakgösteriyorgibigörünsede(eğerbiriyada bir şeymutlak uzaya göre dönüyorsa gerçekten dönüyordur, yoksa dönmüyordur) bu konu üzerindedüşünenpekçokkimseiçinbuçözümhiçdoyurucudeğildi.Mutlakuzaykavramı,hiç birbakışaçısınındiğerinden "daha doğru" olamayacağına ilişkin içkin hissin ötesinde, Leibniz'in yalnızca maddeselcisimlerara sındakigörelihareketinbiranlamıolduğuyolundakigayetmantıklıönermesininötesinde,pekçok kişinin, mutlak uzayın nasıl olup da -kova örneğinde olduğu gibi- gerçek ivmeli hareketi be -lirlememize olanak verirken, gerçek sabit hızdaki hareketi tanımlamamıza olanak vermediği sorusunusormasınayolaçmıştır.Nedeolsa,eğermutlakuzaygerçektenvarsa,yalnızcaivmelihare ketiçindeğilher türhareket içinbirölçümreferansısağlamalı dır.Eğermutlakuzaygerçektenvarsa,ozamannedenbulunduğumuz konumu, başka maddesel cisimlere göre değil de mutlak olarak bilmemize olanaksağlamıyor?Eğermutlakuzaygerçektenvarsa,ozamannedenbizgörünüşegöreonahiçbiretkiyapa -mazken o bizi etkileyebiliyor, örneğin kendi eksenimiz çevresinde dönerken kollarımızın dışarı doğruaçılmasınanedenoluyor?

Newton'un çalışmalarından sonraki yüzyıllarda bu konular zaman zaman tartışıldı, ama AvusturyalıfizikçivefilozofErnstMachsahneyeçıkıpuzaykonusundacesur,ileriyigörenvesondereceetkileyiciyenibirkuramönerdiğinde1800'lerinortaları nagelinmişti.Başkaşeylerinyanısıra,bukuramınilerideAlbertEinsteinüzerindederinetkisiolacaktı.Mach'ın kavrayışını anlamak için -daha doğrusu, genellikle Mach'a atfedilen görüşlerin çağdaş bir

yorumu için- kovaya ge ri dönelim. Newton'un savında garip bir yan vardır. Kova dene yi bizi, suyunyüzeyinin neden bir durumda düz, diğer bir durumda ise içbükey olduğunu açıklamaya davet ediyor.Açıklamaararken,ikidurumudainceledikvebunlararasındakienönemlifarkınsuyundönüpdönmemesiolduğunubulduk.Suyunyüze yininşeklinihareketdurumuileaçıklamayaçalışmamızdaşaşır tıcıbiryanyok. Ama işte önemli nokta da burada: Mutlak uza yı öne sürmeden önce, Newton suyun hareketdurumununbelir lenmesiiçinolasıreferanssistemiolarakyalnızcakovayaodaklanmıştı,amagördüğümüzgibibuyaklaşımbaşarısızoluyor.Ancaksuyunhareketinisaptamakiçinkullanabileceğimizbaşkadoğalreferanssistemleridevar,örneğindeneyinyapıldığı laboratuvarınzemini,duvarları, tavanı.Budeneyigüneşli bir günde açık havada yapacak olsaydık, çevredeki binalar veya ağaçlar ya da ayağımızınaltındakitopraksuyundönüpdönmediğinisapta makiçinkullanabileceğimiz"durağan"referansnoktalarıoluş tururlardı.Aynıdeneyiuzaydayapacakolsaydık,uzakyıldızlarıdurağanreferansnoktalarımızolarakkullanabilirdik.Bu da şöyle bir soru doğurur. Newton kovayı kolayca bir ke nara fırlatıp atabilir ve gerçek hayatta

başvurmayameyilliolduğumuz,örneğin suve laboratuvar, suveDünyaveyasuvegökyüzündeki sabityıldızlararasındakigörelihareketihızlıcaatla yıpgeçebilirmiydi?Böylebirgörelihareket,mutlakuzaykavramının kullanılması ihtiyacını ortadan kaldırarak, suyun yüze yinin şeklini açıklayabilir miydi?Mach’ın1870'lerdeortayaattı ğısorgulamamantığıbuydu.

Mach'ın bakış açısını daha iyi anlayabilmek için uzayda ol duğunuzu, kendinizi sakin, hareketsiz veağırlıksız hissettiğini zi hayal edin. Çevrenize baktığınızda görebildiğiniz uzak yıldızlar da tamamenhareketsizgörünüyor.(Bu,gerçekbirZenanı dır.)Tambusıradayanınızdanbirigeçiyor,sizitutupkendiçevrenizde döndürmeye başlıyor, iki şey fark edersiniz. İlki, kol ve bacaklarınız çekiliyormuş gibihissedersiniz ve eğer serbest bırakırsanız dışarı doğru açılırlar, ikincisi, uzak yıldızlara baktı ğınızda,yıldızlar size artık hareketsiz görünmez; uzak gökyüzünde devasa çemberler çizerek dönüyor gibigörünürler.Ya şadığınızbudeneyim,vücudunuzunüzerineetkiyenbirkuvve tihissetmekileuzakyıldızlaragörehareketetanıkolmakarasındayakınbirilişkiolduğunuortayakoyar.Aynıdeneyibuseferfarklıbirortamdatekrarlarkenbunuaklınızdatutun.Şimdidetümüyleboşuzayınsimsiyahboşluğundaolduğunuzuhayaledin:Galaksileryok,yıldızlaryok,

gezegenler yok, hava yok,mutlak siyahlıktan başka hiçbir şey yok. (Gerçek bir varoluşçu an.)Bu kezdönmeyebaşladığınızdabunuhissedebi lirmisiniz?Kolvebacaklarınızdışarıdoğruçekiliyormuşgibihissedermisiniz?Gündelikhayattakideneyimlerimizbizi"evet"demeyeyöneltiyor:Nezamandönmeme

durumundan (hiçbir şey hissetmediğimiz durum) dönme durumuna geçsek, kol ve bacaklarımız dışarıdoğruçekileceği için farkıhissederiz.Amaşusonörnekhiçbirimizinyaşadığıhiçbirşeyebenzemiyor.Bil diğimiz evrende her zaman, çeşitli hareket durumlarımız için re ferans noktası olarakkullanabileceğimizyakınveyauzak(örne ğinuzakyıldızlar)başkamaddeselcisimlervardır.Amaverdi -ğimiz bu örnekte "dönmeme" durumunu "dönme" durumundan diğer maddesel cisimlerle karşılaştırmayaparak ayırt etmenizin olanağı yoktur; çünkü başka maddesel cisimler yoktur. Mach bu gözlemi çokönemsediveçokbüyükbiradımdaha ilerigötürdü.Budurumda,çeşitlidönmedurumlarıarasındabirfark hissedil mesinin de bir yolu olmayabileceğini ileri sürdü. Daha doğrusu,Mach biz hariç boş birevrendedönmevedönmemearasındabir farkolmayacağını -karşılaştırma içinbir referansnoktasıol -madığı zamanhareketve ivmekavramıyoktur-dolayısı iledönmevedönmemeninaynıolduğunu ilerisürüyordu.Mach'agöre,eğerNewtonunbirbirineiplebağlanmıştaşlarıboşuzaydadönüyorolsaydıipgerilmeyecekti.Eğerboşbirevrendedönüyorolsaydınız,kolvebacaklarınızdışarıdoğruaçılmayacak,kulaksıvınızetkilenmeyecek,hiçbirşeyhissetmeyecektiniz.Bu derinliği olan ve kolayca anlaşılmayan bir öneridir. Tam olarak anlamak için, kendinizi verilen

örneğin içinde gerçekten de düşünebilmeniz ve tamamen boş uzayın siyah, tekdüze dur gunluğunu tamolarakhayaletmenizgerekir.Budurum,ayağı nızınaltındazeminihissettiğinizveyagözlerinizinkapıdanyadapenceredensızançokazmiktardakiışığayavaşyavaşuyumsağladığıkaranlıkbirodadaolmayahiçbenzemez.Tersine,çevre dehiçbirşeyolmadığınıhayalediyoruz;onedenlekesinlikleze mindeyoktur,gözlerin uyum sağlayacağı ışık da. Nereye uzandığınıza ya da baktığınıza bağlı olmaksızın, kesinliklehiçbir şey görmez ve hissetmezsiniz. Değişmez siyahlıkta bir koza sizi sar mış durumda, karşılaştırmayapmak için kullanabileceğiniz hiç bir maddesel varlık yok. Mach'ın iddiası şuydu: Karşılaştırmacisimleriolmadanhareketveivmekavramlarıanlamlarınıkaybeder.Konusadecedöndüğünüzdebirşeyhissetmeyecekolma nızlailgilideğil,çokdahatemelbirşey.Boşbirevrendetama menhareketsizolmakvedüzgünbirbiçimdedönmekbirbirindenfarklışeylerdeğildir.

Newtonbunakatılmazdıtabii.O,tamamenboşuzaydabileuzayolduğunuönesürmüştü.Hernekadaruzay dokunulama yan ve doğrudan elle tutulamayan bir şey ise de, Newton'a göre, yine de cisimlerinkendisinegörehareket ettiğini söyleyebilece ğimizbir şey sağlıyordu.AmaNewton'unbu sonucanasılulaş tığını anımsayın:Dönmehareketiüzerindedüşündüve laboratuvardaeldeedilen sonuçların (suyunyüzeyi içbükey bir şekil alır;Homer vücudunun dev kovanın kenarlarına doğru bastırıl dığını hisseder;kendi çevrenizde dönerken kollarınız dışarı doğru açılır; dönmekte olan iki taşı bağlayan ip gerilir)deneylerin boş uzayda yapılması durumunda da aynı kalacağını varsaydı. Bu varsayım,Newton'u boşuzayda hareketin kendisine göre ta nımlanabileceği bir şey aramaya yöneltti; o şeyin de uzayın kendisiolduğunu öne sürdü. Mach, bu kilit varsayıma meydan okudu: Laboratuvarda olanların tamamen boşuzaydaolmayacağı nıönesürdü.Machinbaşlattığıbutartışma,ikiyüzyıldanuzunzamandırNewton'unçalışmalarınayönelikenönemli

meydanokumaydıveyıllarboyuncadafizikdünyasınısarsmayadevametti(da hası,VladimirİliçLeninLondra'dayaşadığı1909yılındayazdı ğı felsefi bir kitapçıktabaşkakonularınyanı sıraMach'ın çalış -masınınbazıyönlerinidetartışmıştır").FakateğerMachhaklıiseveboşevrendedönmekavramıyoksabile -ki buNewton'unmutlak uzay kanıtlamasını boşa çıkarır- yeryüzünde yapılan ve suyun yüzeyininiçbükeyşekilaldığıkovadeneyigeneaçıklama sızkalıyor.Machsuyunyüzeyininaldığışeklimutlakuzaykavramına başvurmadan -eğer mutlak uzay "bir şey" değilse- nasıl açıklayacaktı? Bu sorunun yanıtı,Mach'ınakılyürütmebiçimi neyapılanbasitbiritirazüzerindedüşünürkenortayaçıkıyor.

Mach,HareketveYıldızlar

Mach'ın düşündüğü gibi tamamen boş değil de gökyüzüne saçılmış bir avuç yıldızın olduğu bir uzayhayal edin. Eğer dış uzayda yaptığınız dönme deneyini şimdi yaparsanız, yıldızlar -her ne kadar çokuzaklardaki ışıknoktacıklarıgibigörünüyorlarsada-hareketdurumunuzusaptamaktakullanabileceği nizreferans noktaları haline gelirler. Dönmeye başladığınızda, uzaktaki ışık noktacıkları sizin çevrenizdedönüyor gibi görüne cektir. Yıldızlar dönme durumunu dönmeme durumundan ayı rabilmenizi sağlayangörselreferansnoktalarıolduğundan,aynızamandadöndüğünüzühissetmeyidabeklersiniz.Amauzakta kibirkaçyıldıznasılböylebüyükbirfarkyaratabilir?Varlıkla rıyadayoklukları,dönmehissini(yanidaha

genelolarak,ivmeliharekethissini)nasılolurdabiranahtargibiaçıpkapayabilir?Eğeryalnızcauzaktabirkaçyıldızınolduğubirevrendedönmehareketinihissedebiliyorsanız,bubelkideMach'ıngörüşününhatalı olduğu anlamına geliyordur; belki de Newton'un var saydığı gibi, boş bir evrende de dönmehareketinihissedersiniz.

Machbuna şöyle bir yanıt verdi.Mach'a göre, boşbir evrendedönerseniz hiçbir şeyhissetmezsiniz(daha doğrusu, dönme ve dönmeme kavramları bile yoktur). Spektrumun diğer ucuna gittiğinizde, yaniyıldızlarla ve gerçek evrenimizde var olan diğer maddesel cisimlerle dolu bir evrende gerçektendöndüğünüzde kol ve bacaklarınızda savrulma kuvvetini hissedersiniz. (Deneyin.) Asıl önemli noktaşudur:Machboşolmayanamabi zimkindendahaazmadde içerenbirevrendedönerkenhissede ceğinizkuvvetin, sıfır ile bizim evrenimizde hissettiğinizin ara sında bir yerde olacağını öne sürüyordu. Yani,hissettiğiniz kuvvetle evrendekimaddemiktarı orantılıdır. Eğer içinde tek bir yıldız olan bir evrendedönerseniz,vücudunuzdaçokküçükbirkuvvethissedersiniz,ikiyıldızlıbirevrendebukuvvetbirazda hafazla olur ve bu böyle gider. Sonunda içindekimaddemikta rı bizim evrenimizdekine eşit olan evrenegeldiğinizde, dönerken o bildiğiniz savrulma kuvvetini hissedersiniz. Bu yaklaşımda, ivme sonucuhissettiğinizkuvvet,evrendekitümdiğermaddenintopluetkisiolarakortayaçıkar.

Buönermeyalnızcadönmeiçindeğilbütündiğerivmeliha reketleriçindegeçerlidir.Mach'ıngörüşünegöre içinde bulunduğunuz uçak pistte ivmelenirken, içinde bulunduğunuz otomobil ani bir fren yapıpdurduğunda, içinde bulunduğunuz asansör yükselmeye başlarken hissettiğiniz kuvvet, evreni oluşturanbütünmaddenin birleşik etkisini temsil etmektedir. Daha fazla madde olsaydı, daha büyük bir kuvvethissederdiniz. Daha az madde olsaydı, hissedeceğiniz kuvvet de daha küçük olurdu. Hiç maddeolmasaydı, hiçbir şey hissetmezdiniz.YaniMach'ın düşünüşüne göre yalnızca göreli hareket ve göreliivme önemli dir. İvmelendiğinizi yalnızca evrendeki diğer maddenin ortala ma dağılımına göreivmelendiğinizzamanhissedersiniz-Mach,maddeyoksa-yanikarşılaştırmaiçingereklireferanssistemiyoksa-ivmeyihissetmeninimkânsızolduğunuönesürüyordu.Birçokfizikçiiçinbu,geçenyüzelliyıliçindeevrenkonusundaortayaatılanenbüyüleyiciönermeydi.

Kuşaklarboyuncafi zikçiler,uzayındokunulamaz,yakalanamazdokusunungerçektenbirşey-hareketiçinnihaivemutlakbirreferanssistemisağlayacakkadarsağlambirşey-olduğufikriniheyecanvericibul -muştur.Kimilerihareketkavrayışınıböylesinealgılanamaz,duyularımızınbukadarötesinde,okadarkineredeysemistisizminsınırındakibirşeyüzerinetemellendirmeyisaçmaveyaenazındanbilimselaçıdansorumsuzlukolarakgörmüştür.AynıfizikçilerNewton'unkovasınıbaşkanasılaçıklayabilecekleriniaraş -tırdılar.Mach'ın görüşleri heyecan yaratmıştı, çünkü bu görüş ler yeni bir yanıt olasılığını da peşindegetiriyordu: Uzayın "bir şey" olmadığı bir yanıt, Leibniz'in savunduğu gibi uzayın göreci olarakkavranmasınaişaretedenbiryanıt.Mach'agöreuzay,Leibniz'indehayalettiğineçokbenziyordu;ikiayrıcisminko numlarıarasındakiilişkiyiifadeetmekiçinbirdildi.Amaharfleriolmayanalfabegibiuzayındabağımsızbirvarlığıyoktur.

Mach,Newton'aKarşı

Mach'ın görüşlerini üniversite öğrencisiyken öğrendim, bu benim için lütuf gibi bir şeydi. Yalnızcagörelihareketvegöreliivmeanlamlıolduğuiçin,bütünbakışaçılarınaeşitdavra nanbiruzayvehareketkuramıvardıdemek.Hareketideğer lendirmek içinNewton'undüşündüğü referanssistemi -mutlakuzaydenilen görünmez şey-yerine, Mach'ın önerdiği sis tem -evrene dağılmış olan madde- herkesingörebileceğigibiortadaydı.Mach'ınyanıtınındoğruyanıtolduğunaemindim.Bu tepkiyiveren tekkişiolmadığımı da öğrenmiştim; Mach'ın görüşleriyle ilk karşılaştıklarında hemen ikna olan, aralarındaAlbertEinstein'ındaolduğubirdizifizikçininyolundagi diyordum.Machhaklımı?KovasınıngirdabınakapılanNewton,uzaykonusundazayıfbir sonucamıulaşmıştı?Newton'unmutlakuzayıvarmı, yoksasarkaçaçıkbirbiçimdegörecibakışaçısı nımıişaretediyor?Mach'ıngörüşleriniaçıkladığıilkonbeşyir miyıl boyunca bu sorular yanıtlanamadı.Bununnedeni büyükölçüde,Mach'ın önermesinin tambirkuram ya da tanımlama olmamasıydı; çünkü Mach evrendeki maddenin sözü edilen etkiyi nasıl

gösterdiğini anlatmıyordu. Eğer görüşleri doğru idiyse, kendi çevrenizde döndüğünüzde döndüğünüzühissetmeni zeuzakyıldızlarveyandakievnasılkatkıdabulunuyor? İleri sürdüğüşeyingerçekleşmesinisağlayacak fiziksel birmekanizmaolmadanMach'ın görüşlerini herhangi bir kesinlikle araştır mak çokzordu.Bugünden bakınca yapılacak mantıklı bir tahmin, Mach'ın önermesinde sözü edilen etki ile

kütleçekiminin bir ilintisi olabi leceğidir. Sonraki yıllarda bu olasılık Einstein'ın dikkatini çekmiş vekendi kütleçekim kuramını, genel görelilik kuramını ge liştirirkenMach'ın önermesinden esinlenmiştir.Göreliliğin kal dırdığı toz duman sonunda yatıştığında, uzayın "bir şey" olup ol madığı -mutlakçı ya dagörecibakışındoğruolupolmadığı-sorusu,evrenedahaöncekiyaklaşımlarıntümünüyıkacakbirşe kildedeğişmişti.

III.Bölüm-GörelilikveMutlak

Bazıkeşiflersorularacevapgetirir.Bazıkeşiflerokadarderindirki,sorularayepyenibirışıktutarvedahaöncebizegizemgibigörünenşeylerin,bilgieksikliğinede niyleöylealgılandığınıgösterirler.Tümyaşamınızı -antik çağlarda bazılarının yaptığı gibi-Dünya’nın kenarına vardığınızda ne olacağını veyaDünya'nın altında kimin ya da neyin yaşadığı nı bulmaya çalışarak geçirebilirsiniz. Ama Dünya'nınyuvarlakolduğunuöğrendiğinizde,öncekigizlerinçözülmediğini,geçer sizhalegeldiklerinigörürsünüz.

YirminciyüzyılınilkyirmiyılındaAlbertEinsteinikibüyükkeşifyaptı.Bukeşiflerdenherbiriuzayvezamankavrayışımı zıaltüstetti.EinsteinNewton'undiktiğideğişmezyapılarıyıktıveuzaylazamanıhiçumulmadıkbirbiçimdebirleştirerekkendikulesinidikti, işinibitirdiğindezamanuzaylaokadar iç içegirmiştiki,birininvarlığıolmadandiğeridüşünülemiyordubile.Dolayısıileyirminciyüzyılınüçüncüonyılından başlayarak, uzayın elle tutulabilir olup olmadığı sorusunun modası geçmişti. Birazdan elealacağımızgibi,soruEinstein'ınyaklaşımıylaifadeedilecekolursa"uzay-zamanbirşeymidir"şeklindedeğişmişti. Bu görünüşteki küçük değişiklikle, gerçekliğin alanı konusundaki kavrayışımız tamamendönüştü.

BoşUzayGerçektenBoşmu?

Yirminci yüzyılın başlarında Einstein'ın yazdığı görelilik oyununun başrolündeki oyuncu ışıktı.Einstein'ın görüşleri için sahneyi hazırlayan ise James Clerk Maxwell'in çalışmalarıydı. 1800'lerinortalarındaMaxwellilkkezelektriği,manyetizma yıvebunlarınyakınilişkilerinikavramamızısağlayankuramsalbirçerçeveoluşturandörtdenklemkeşfetti.Maxwellbudenklemleri,1800'lerdeelektriğinvemanyetizmanınozamanaka darbilinmeyenözellikleriniortayaçıkaranonbinlercedeneyya pan İngilizfizikçiMichaelFaraday'ınçalışmalarınıbüyükbirdikkatle inceleyerekgeliştirdi.Faraday'ınenönemliatılımıalankavramıydı.SonralarıMaxwellvebaşkalarıtarafındangenişle tilenbukavram,fiziğinsonikiyüzyıldakigelişimindeçoketki liolmuşturvegünlükhayattakarşılaştığımızpekçokküçükgi zeminaltındayatandabukavramdır.Havalimanındagüvenlikkontrolündengeçerken,nasıloluyordabirmakinesizedokunmadanmadenibireşyataşıyıptaşımadığınızıortayaçıkarabi liyor?MRçektirirkennasıloluyordadışınızdakibiralet,vücudunuzun içininfotoğrafınıçekebiliyor?Pusulanın ibresina sıloluyordahiçbirşeyonuitmediğihaldedönüpkuzeyeyöne liyor?Busonsoruyaverilenyanıthepbununnedenininyerkü-renin manyetik alanı olduğudur, işte bu manyetik alan kavramı önceki iki örneğin de açıklanmasınayardımcıolur.

Manyetik alanın ne demek olduğunu, ilkokullarda yapılan, bir kâğıt parçasının üzerine yerleştirilmişçubukmıknatısınetrafınaserpiştirilmişdemirtozlarınınaldığışekligösterendeneydendahaiyianlatanbaşkabir şeyyoktur.Kâğıdıbirazsallarsa nızdemir tozlarıŞekil3.1'dekigibidüzenlibir şekilalarakmıknatısınkuzeykutbundangüneykutbunauzananyaylaroluşturur.Demir tozlarınınoluşturduğuörüntü,mıknatısın, çevresindeki uzayın her noktasını kaplayan bir şey, örneğin metal tozla rı üzerine kuvvetuygulayabilenbirşeyyarattığınındoğrudankanıtıdır.Bugörünmezşeymanyetikalandır,sezgilerimizegö-reuzayınbirbölgesinidolduranvemıknatısınfizikselvarlığınınötesindebirkuvvetuygulayabilenbirsisya da öz gibi bir şeydir.Manyetik alanmıknatısa, ordunundiktatöre ya da hesapmüfettişlerinin vergidairesineverdiğişeyiverir:Fizikselsınırla rınınötesindebiretki.Böylecekuvvetuzaktaki"alanda"daetkir.Manyetikalanaaynızamandakuvvetalanıdenmesininne denidebudur.

Şekil3.1Birçubukmıknatısınetrafınaserpiştirilendemirtozlarımıknatısınmanyetikalanınıgösterir.

Manyetik alanları o kadar yararlı kılan uzayı dolduran, nüfuz edici özellikleridir. Havalimanlarındakullanılanmetaldetektörlerininmanyetikalanlarıgiysilerinizdengeçerek,üzerinizde kimetalcisimlerinkendi manyetik alanlarının ortaya çıkmasını sağlar; bu manyetik alanlar da gerisin geriye detektörüetkileye rekalarmdüdüğününçalmasınanedenolur.MRcihazınınmanyetikalanıvücudunuzanüfuzedipbelirli atomların belli bir şe kilde dönerek kendi manyetik alanlarını üretmesini sağlar; ma kine de bualanları algılayarak dokuların fotoğraflarına dönüştürür.Yerküreninmanyetik alanı pusulanın kabındangeçerek iğnesini döndürür ve iğnenin, çağlar süren bir jeofiziksel süreç sonunda kuzey-güneydoğrultusundakonumlanmışyerküremanyetikalanınaparaleldurmasınanedenolur.

Manyetikalanlartanıdığımıztürdenalanlardır,amaFaradaybirbaşkaalanıdahaincelemiştir:Elektrikalanı.Yün atkınızın çıtırdamasına, halı kaplı bir odada yürüdükten sonra elinizime tal kapı tokmağınauzattığınızda elinize kıvılcım atlamasına ve gök gürültülü, şimşekli bir fırtına sırasında yüksek birdağdaysanızeğercildinizinkarıncalanmasınanedenolan,iştebualandır.Eğerböylebirfırtınasırasındabirpusulanıniğnesinebaka cakolsaydınız,şimşekçaktıkçayadayakınlarabiryerlereyıldı rımdüştükçeiğnenin bir o yöne bir bu yöne döndüğünü görür dünüz, bu da size elektrik alan ve manyetik alanarasındakiiliş kikonusundaipucuverirdi.BuilişkiyiilkkezDanimarkalıfi zikçiHansOerstedkeşfetmiş,Faraday da özenle hazırladığı de neylerle etraflıca araştırmıştır. Nasıl menkul kıymet borsasındakigelişmelerhissesenetlerinietkiler,budatekrarborsayıetki lerse,bubiliminsanlarıdaaynışekildebirelektrikalandakide ğişikliğinyakındakimanyetikalandadeğişikliğenedenolduğunu,budeğişikliğindeelektrikalandadeğişiklikyapabileceğinibuldular.Maxwellbukarşılıklıilişkininmatematikseltemelle -rinibuldu.Denklemlerielektrikvemanyetikalanlarınayrılmazbiçimdeiçiçegirdiğinigösterdiğiiçindesonundabualanlaraelektromanyetikalanlar,uyguladıklarıetkiyedeelektromanye tikkuvvetadıverildi.

Bugünsüreklibirelektromanyetikalanlardenizindeyüzüyoruz.Cep telefonunuzyadaotomobilinizinradyosu hemen he men her yerde çalışır, çünkü telefon şirketlerinin ve radyo istas yonlarının yaydığıelektromanyetikalanlar,uzaydaçokçokge nişalanlaraulaşıpbualanlarıdoldurur.Aynışeykablosuzin-ternet bağlantıları için de geçerlidir; bilgisayarlar çevremizde -içimizden de geçerek- titreşip duranelektromanyetikalanlar danDünyayıSaranAğ'ıçekipalır.Maxwell'inyaşadığıgünler deelektromanyetikteknolojidahaazgelişmiştitabii,amabiliminsanlarıMaxwell'inüstünbaşarısınıhemenanladıvetakdiretti:Maxwellalanlarındilinikullanarak,dahaönceleribirbirle rindenayrıolarakdüşünülenelektrikvemanyetik alanların, as lında aynı fiziksel varlığın değişik yönleri olduğunu göstermişti. İleride başkaalanlarla da ilgileneceğiz:Kütleçekimi alanla rı, çekirdeksel (nükleer) alanlar,Higgs alanları vb.Alankavra mınınfizikyasalarınınçağdaşformülleştirilmesindemerkezibirkavramolduğugiderekdahaaçıkhalegelecek.Amaşimdilik,öykümüzünbirsonrakiadımıgeneMaxwell'eilişkin.Maxwelldenklemlerinidahaderinlemesine incelediğinde,elektromanye tiketkilerindalgabenzeribirbiçimde,belirlibirhızlayayıldı ğını buldu: Saniyede 300.000 kilometre. Bu değer, ışığın başka deneyler sonucunda bulunanhızıylaaynıolduğundan,Maxwell ışığındabir türelektromanyetikdalgaolmasıgerektiğini tınla dı.Budalgalar, gözümüzdeki ağ tabakasında bulunan kimyasal maddelerle etkileşerek görme duyusunuoluşturmakiçingere kenözellikleresahipti.Bubaşarı,Maxwell'inzatençokbüyükolankeşiflerinidahada önemli hale getirdi:Maxwell, mıknatısın ürettiği kuvveti, elektrik yüklerinin oluşturduğu etkiyi ve

evreni görmemizi sağlayan ışığı birbirine bağlamıştı, ama bu durum aynı zamanda önemli bir de sorudoğurmuştu.

Deneyimlerimizveşimdiyekadartartıştıklarımız,ışığınhı zınınsaniyede300.000kilometreolduğunusöylediğimizde, buhızınneyegöreölçüldüğünübelirtmezsekbu cümlenin anlamsızolduğunu söylüyor.TuhafolanMaxwell'indenklemlerininbusayıyı-saniyede300.000kilometre-böylebirreferanssis temibelirlemeksizinvegörünüşteböylebirreferanssisteminedayanmaksızınvermesiydi.Budurum,birkişiparti vereceği yerin adresini referans noktası belirtmeden, neyin 22 kilometre kuzeyinde olduğunusöylemeden "22 kilometre kuzeyde" di ye vermesine benzer.Maxwell'in de aralarında olduğu çoğu fi -zikçi,denklemlerinverdiğihızışöyleaçıklamayaçalıştı:Bildi ğimizdalgalar,örneğindenizdalgalarıveses dalgaları birmadde, bir ortam tarafından taşınır.Deniz dalgalarını taşıyan, sudur. Ses dalgalarınıtaşıyan, havadır.Budalgaların hızları or tamlarınagörebelirlenir. Sesinoda sıcaklığındaki hızının sa -niyede 330 metre (daha önce tanıştığımız Ernst Mach'a atfen 1 Mach olarak bilinir) olduğunusöylüyorsak,sesdalgalarınındurağanhavaiçindebuhızlailerlediğinisöylemekistiyoruzdur.

O zaman fizikçiler de akla yakın bir tahminde bulundular ve ışık dalgalarının da -elektromanyetikdalgalar- o zamana kadar görülmediği ve varlığı saptanamadığı halde var olması gereken belirli birortam içindehareket ediyorolması gerektiğini düşündüler. Işığı taşıyanbuortamabir de isimverildi:Esir. Bu isimAristoteles'in, gökcisimlerini oluşturduğu düşünülen her şeyi kapsayan gizemli maddeyitanımlamakiçinkullandığıçokeskibirterimdir.Buönermeyisonuçlarlabağdaştırmakiçin,denklemlerinesiregöredurağandurumdakibirininbakışaçısındangeçerliolduğudüşünüldü.Demekki,Maxwell'indenklemlerindençıkansaniyede300.000kilometrelikhız,ışığındurağanhal dekiesiregörehızıydı.

Görüldüğü gibi, esir ileNewton'unmutlak uzayı arasında çarpıcı bir benzerlik vardır. Her ikisi dehareketi tanımlamak içinbir referanssistemiarayışı sonucundaortayaçıkmıştır; ivmelihareketmutlakuzaya, ışığın hareketi de esire yol açmıştır. Aslında pek çok fizikçi esire, Henry More, Newton vediğerle rinin mutlak uzayı kapladığını düşündüğü tanrısal ruhun yeryüzündeki hali olarak bakmıştır.(Newtonveonundevrindeyaşa mışbaşkaları"esir"teriminimutlakuzaytanımlarındabilekul lanmıştır.)Amaesirgerçektenedir?Nedenoluşmuştur?Nere dengelmiştir?Heryerdevarmıdır?

Esire ilişkinbusorular,yüzyıllarboyuncamutlakuzayailiş kinolaraksorulansorularlaaynıdır.AmaMach'ın mutlak uza yın olup olmadığını sınaması tamamen boş uzayda dönmeyi kap samakta iken,fizikçiler esirin gerçekten var olup olmadığını be lirleyebilmek amacıyla "yapılabilir" deneylerönerebiliyordu. Örneğin, suda size doğru gelen bir dalgaya doğru yüzerseniz, dalga size daha çabukulaşır;dalgadanuzağadoğruyüzerseniz,sizeulaşmasıdahauzunzamanalır.Benzerbiçimde,eğervarsa -yılan esir içinde size yaklaşmakta olan bir ışık dalgasına doğru veya ondan uzağa doğru hareketederseniz, aynımantıkladüşününce, ışıkdalgasınınyaklaşmahızı saniyede300.000kilometredendahaçok veya daha az olacaktır. Ama Albert Michelson ve Edward Morley 1887 yılında tekrar tekraryaptıkları deneylerde, ışığın hızının kendilerinin ve ışık kaynağının hareketinden bağımsız olarak herseferinde saniyede300.000kilometreolduğunubuldu.Bu sonuçlanaçıklamak içinpekçokzekice savile ri sürüldü. Bazıları, Michelson ve Morley'in deneyler sırasında fark etmeden esiri de deneydüzeneğiylebirlikte sürüklemişola bileceğini ileri sürdü.Birkaçkişide,deneydüzeneğininesir içindehareket ederken yamulduğunu, bunun da ölçümleri bozduğunu söyledi. Bu konunun açıklanması,Einstein'ındevrimyara tansezgisininortayaçıkışınakadarbekleyecekti.

GöreliUzay,GöreliZaman

Haziran 1905'te Einstein kesin olarak esirin sonunu ilan eden, "Hareket Eden CisimlerinElektrodinamiğiÜzerine"gi bialçakgönüllübirismiolanbirmakaleyazdı.Bumakale,birhamledeuzayve zaman kavrayışımızı da sonsuza kadar de ğiştirdi. Einstein,makaledeki fikirlerini 1905'inNisan veMa yısaylarında,beşhaftalıkçokyoğunbirçalışmasırasındaformülleştirdi,amabukonularüzerineonyıldanuzunbirsüredirkafayoruyordu.Einsteindelikanlılıkyıllarındanberieğerbirışıkdalgasınıtam

olarak ışık hızında izleyebiliyor olsaydık, ışık dalgasının nasıl görüneceği sorusunun yanıtını bulmayauğra şıyordu.Sizveışıkdalgasıesiriçindeaynıhızlahareketediyorolacağınıziçinışığatamanlamıylaayakuydurmuşolacaktınız.DolayısıylaEinstein'agöre,sizinbakışaçınızdanışığınhare ketetmiyorgibigörünmesi gerekiyordu. Yeni yağmış kardan uzanıp bir avuç alır gibi, uzanıp bir avuç hareketsiz ışıkalabil meliydiniz.

Amasorunşu:Maxwell'indenklemleriışığındurağan-yaniyerindeduruyormuşgibi-görünmesineizinvermiyor.Şimdiyekadarkimsenindurağanbir ışıkparçasıyakaladığıdagörülme di.Dolayısıyla,gençEinsteinşunusoruyordu:Görünürdekibuçelişkiyeneanlamvereceğiz?OnyılsonraEinstein,dünyayabusorununyanıtınıözelgörelilikkuramıileverdi.Einstein'ınkeşfinin

entelektüelkökenleriçoktartışılmıştır,amaonunbasitliğeolansarsılmazinancı nınbukonudaönemlibirrol oynadığına hiç kuşku yok. Einste in, esirin varlığının kanıtlanmaya çalışıldığı en azından bazı de -neylerin başarısız olduğundan haberdardı. O zaman deneyler de hata bulmak için uğraşmaya ne gerekvardı?Onun yerine da ha basit olan yaklaşım benimsenmeliydi:Deneylerde esir bulunamıyordu, çünküesir yoktu. Maxwell'in ışığın hareketini -yani elektromanyetik dalgaların hareketini- betimleyendenklemleri böylesi bir ortam gerektirmediği için, hem deney hem de kuram aynı sonuca ulaşıyordu:Bildiğimiztümdiğerdalgalardanfarklıolarak,ışığınonutaşıyacakbirortamaihtiyacıyoktur.Işık,yal nızbiryolcudur.Işık,boşuzaydayayılabilir.

Ama o zaman, ışığın hızını saniyede 300.000 kilometre olarak veren Maxwell denklemlerini neyapacağız?Eğerdurağanre feranssistemiolarakkullanılabilecekesiryoksaışığınhızınınkendisinegöreölçüleceği o şey nedir? Einstein yine genel yakla şımlara karşı geldi ve en basit yanıtı verdi. EğerMaxwelldenklemleriherhangibirdurağanreferanssistemigerektirmiyorsa,bununendoğrudanyorumuböyle bir referansa gerek olmadığı idi. O zaman Einstein ışığın hızının hiçbir şeye ve her şeye göresaniyede300.000kilometreolduğunuaçıkladı.

BukesinliklebasitbirifadedirveEinsteinaatfedilenbirsözedeuyar:"Herşeyimümkünolduğuncabasitleştirin,amafazladadeğil."Sorunşuki,budaçılgıncagörünüyor.Eğeruzaklaşmaktaolanbirışıkdemetininarkasındankoşarsanız,sağduyusizinbakışaçınızdanışığınhızınınsaniyede300.000kilomet-redendahadüşükolmasıgerektiğini söyler.Eğeryaklaşmaktaolanbir ışıkdemetinedoğrukoşarsanız,sağduyu sizin bakış açı nızdan ışığın hızının saniyede 300.000 kilometreden daha yüksek olmasıgerektiğini söyler. Yaşamı boyunca sağduyuya meydan okuyan Einstein için bu durum da bir istisnadeğildi.Eins tein, bir ışıkdemetinenekadarhızlayaklaşıyoryadabir ışıkde metindennekadarhızlauzaklaşıyorolursanızolun,ışığınhızınıtamolaraksaniyede300.000kilometreolarakölçeceğiniziilerisürdü; ne daha az, ne daha fazla. Bu Einstein'ın gençlik dönemlerinde çözemediği açmaza bir çözümgetiriyordu:Maxwell'inkuramıdurağanışıkkavramınaizinvermiyordu,çünküışıkhiç birzamandurağanolamaz. İster ışığa doğru koşun, ister ondan kaçın, ister durun, sizin hareket durumunuzdan bağımsızolarak ışık saniyede300.000kilometrelik sabitvehiçdeğişmeyenhızı nıhepkorur.Amabizdedoğalolarak,ışığınnasılolupdaböylegaripdavranabildiğinisorarız.

Birandurup,hızkonusundadüşünün.Hız,birşeyinkatettiğimesafenin,bumesafekatedilirkengeçenzamanabölünme siyleölçülür.Biruzayölçüsünün(katedilenmesafe)zamanöl çüsüne(yolculuğunsüresi)bölünmesidir. Newton'dan beri uzay mutlak bir şey olarak düşünülmüştür; "herhangi bir dış referansnoktası olmaksızın" vardır. Dolayısıyla uzaya ve uzamsal ayrıl malara ilişkin ölçümler de mutlakolmalıdır: Uzaydaki iki şey arasındaki mesafeyi kim ölçüyor olursa olsun, eğer ölçümler ye terincedikkatliyapılmışsa,cevaplarhepaynıolacaktır.Hernekadarhenüzdoğrudantartışmadıysakda,Newtonaynı şeyin za man için de geçerli olduğunu ileri sürdü. Principia'da yaptığı za man tanımı, uzaydanbahsederkenkullandığıdiliyansıtır:"Za mankendiliğindenvardırveherhangibirdışreferansnoktasıol -maksızın,değişmedenakar."Birbaşkadeyişle,Newton'agöre,heryerdeveherzamanaynıolanmutlakveevrenselbirzamankavramıvardır.Newton'agöre,evrendebirşeyinolması içinge çenzamanıkimölçerseölçsün,eğerölçümlerdikkatleyapılmış sacevaplarhepaynıolacaktır.

Uzayvezamankonusundakibuvarsayımlargünlükhayattakideneyimlerimizlebağdaşırvebunedenlede sağduyumuzla vardığımız, eğer ışığın peşinden gidersek hızının azalmış gi bi görünmesi gerektiğisonucuna temel oluştururlar. Bunu anlamak için, nükleer güçle çalışan yeni bir kaykay alan Bart

Simpson'ın bir ışık demetiyle yarışmaya karar verdiğini düşünelim. Her ne kadar Bart kaykayının enyüksek hızının sani yede 225.000 kilometre olduğunu öğrendiğinde biraz düş kı rıklığına uğramışsa daelinden geleni yapmaya kararlıdır. Kız kardeşi Lisa elinde bir lazerle hazır beklemektedir ve 11 den(kahramanıSchopenhauer'inensevdiğisayı)geriyedoğrusaymayabaşlar.0'ageldiğindelazerışınıveBart aynı anda fır lar. Lisa ne görür? Geçen her saniyede ışık 300.000 kilometre, Bart ise 225.000kilometregittiğiiçin,Lisahaklıolarakışı ğınBart'tansaniyede75.000kilometrehızlauzaklaştığısonu-cunavarır.BuradaöyküyeNewton'ukatalım.Onungörüşleri,Lisa’nınuzayvezamangözlemlerinin-buölçümleri yapan her kesin aynı sonuçları bulması gerektiği için- mutlak ve evrensel olduğunu söyler.Newton için uzayda ve zamanda hareketle il gili bu tip gerçekler, iki kere ikinin dört etmesi kadarnesneldi.O halde,Newton'a göreBart da Lisa ile aynı fikirde olmalı ve ışığın kendisinden saniyede75.000kilometrehızlauzaklaştığı nısöylemelidir.

AmaBart geri döndüğündehiç de aynı fikirdedeğildir.Üzgünbir biçimde, elindengeleni yaptığını,ama kaykayının hız sınırını ne kadar zorlarsa zorlasın, ışığın kendisinden saniyede 300.000 kilometrehızlauzaklaştığınıgördüğünüsöyler.Bart'ainanmıyorsanızda,sonyüzyıldahareketliışıkkaynaklarıvealı cılar kullanılarak büyük bir titizlikle yapılan binlerce deneyin, Bart'ın bulduğu sonuçları büyük birkesinlikledesteklediğiniaklınızdançıkarmayın.

Bunasılolabilir?

Einsteinbununnasılolabildiğinianlamıştı.Bulduğucevap,burayakadaranlattıklarımızınmantıklıveçokderinbiruzantı sıdır.DemekkiBart'ınmesafeve süreölçümleri,yani ışığınkendisindennekadarhızlauzaklaştığınıölçmekiçinkullandığıgir diler,Lisa'nınkilerdenfarklıdır.Birdüşünün.Hızmesafeninza manabölünmesiolduğunagöre, ışığınkendisindenhangihızdauzaklaştığıkonusundaBart'ınLisa'danfarklıbirsonuçbulması nınbaşkabirsebebiolamaz.BuradanEinstein,Newton'unmutlakuzayvemutlakzamankonusundakifikirlerininyanlışolduğusonucunavardı.Einstein,BartveLisagibibirbirlerinegörehareket eden gözlemcilerin, mesafe ve süre ölçümlerinde aynı değerleri bulmayacaklarını anlamıştı.Işığın hızı konusunda kafa karıştıran deney sonuçları, ancak gözlemcilerin uzay ve zaman algılamalarıfarklıiseaçıklanabilir.

AnlaşılmasıZorAmaKötüNiyetliDeğil

Uzay ve zamanın göreliliği şaşırtıcı bir sonuçtur. Bunu yirmi beş yıldan daha uzun süredir biliyorolmamakarşın,nezamanoturupdüşünsem,hayretvericibuluyorum.Işığınhızınınsabitolduğunubelirtenbasmakalıpcümledenyolaçıkıpuzayveza manınonabakangözlemcininnazarındaolduğusonucunavarı -yoruz.Herbirimizkendisaatimizi taşır,zamanınakışınıoradan izleriz.Hersaataynıderecedehassas,amabirbirimizegöreha reketettiğimizzamanaynızamanıgöstermiyorlar.Eşzamanlıol muyorlar;seçilenikiolayarasındageçenzamanıfarklıgösteri yorlar.Aynışey,mesafeiçindegeçerli.Herbirimizkendiölçümaracımızıyanımızdataşır,uzaydamesafeyionunlaölçeriz.Herölçümaracıaynıderecedehassas,amabirbirimizegörehareketettiğimizzamanaynımesafeyigöstermiyorlar.Seçilenikiola yınkonumlanarasındaki mesafeyi farklı ölçüyorlar. Eğer uzay ve zaman böyle davranmasaydı, ışığın hızı sabitolmayacak,gözlemcininhareketdurumunabağlıolacaktı.Amaışığınhızısabit;uzayvezamandaböyledavranıyor. Uzay ve zaman, kendileri ni ışığın hızı -gözlemcinin hızından bağımsız olarak- her zaman,kesinliklesabitolacakşekildeayarlıyorlar.

Uzayvezamanölçümlerinintamolaraknasılfarklılaştığınınsayısalayrıntılarınıneldeedilmesidahakarmaşıktır,amabununiçinlisedüzeyindecebirbilgisiyeterlidir.Einstein'ınözelgöre lilikkuramınıbukadar anlaşılması güç kılan, matematiğinin de rinliği değildir. Öne sürdüğü fikirlerin yabancılığı vegündelik deneyimlerle görünürde uyumsuz olmasıdır. Ama Einstein ana fikri (yani Newton'un uzay vezaman konularına iki yüzyıldan daha eski olan bakışından kendisini kurtarması gerektiğini) bir kezkavradıktansonra,ayrıntılarıyerliyerinekoymakonuniçinartıkzordeğildi.Einstein,ikikişininuzaklıkvesüreölçümleri nin,her ikisininde ışığınhızıolarakaynıdeğeribulmasınısağlayacakbiçimde,nasılfarklıolmasıgerektiğinikesinolarakgös terebiliyordu.

Einstein'ın buluşunu daha derinden algılayabilmek için şimdi Bart Simpson'un istemeye istemeyekaykayının en yüksek hızını saatte 100 kilometre (yaklaşık saniyede 30 metre) olacak şe kildedeğiştirdiğini düşleyelim. Bart -okuyarak, ıslık çalarak, es neyerek ve ara sıra da yola göz atarak- enyüksek hızla önce kuzeye gitse, sonra da kuzeydoğuya giden bir otoyola çıksa, kuzey yönündeki hızısaniyede50metredendahaazolacaktır.Bununnedeniaçıktır.Başlangıçtahızınıntamamıkuzeyyönündeiken, yön değiştirdiğinde bu hızın bir bölümü doğuya kaymış, bu ne denle de kuzey yönündeki hızıazalmıştır. Bu son derece basit örnek, genel göreliliğin temel fikrini kavramamıza yardımcı ola caktır.Şöyle:

Cisimlerinuzaydahareket ettiği fikrine alışmışızdır amaaynı derecedeönemli bir hareket türüdahavardır: Cisimler zamanda da hareket eder. Şu anda, kolunuzdaki ve duvardaki saatler, si zin veçevrenizdekiherşeyin,zamandahiçdurmadanbirbiçimdehareketettiğinizi,hiçdurmadanbirsaniyedendiğerinegitti ğinizigösteriyor.Newton,zamandahareketinuzaydaharekettentümüyleayrıolduğum-buikitür hareketin birbiri ile hiç il gisi olmadığını- düşünmüştü. Ama Einstein, bunların birbirle ri ile çokyakındanilişkiliolduğunubuldu.Aslındaözelgörelili ğindevrimyaratankeşfişudur:Sizegöresabitolan-yaniuzaydahareketetmeyen-birşeye,örneğinparkhalindebirotomobi lebakıyorsanız,otomobilintümhareketi zamandadır. Otomobil, sürücüsü, cadde, siz, giysileriniz, hep birlikte ve eşzamanlı ola rakzamandahareketediyorsunuz:Saniyelersaniyeleridüzgünceizliyor.Amaotomobilsizdenuzaklaşıyorsa,hareketininbirbölümüuzaydakihareketesapmışdemektir.TıpkıkuzeyedoğruhızınınbirbölümüdoğuyasapanBartSimpson'unkuzeyyönündekihızınınazalmasıgibi, zamandakihareketininbirbölümüuzayasapan otomobilin de zamandaki hızı azalır. Bu da, otomobilin zamandaki hareketinin yavaşladığı vedolayısıylahare kethalindekiotomobilvesürücüsüiçinzamanınsiyevedurağanolanherşeyegöredahayavaşgeçtiğianlamınagelir.

Özel görelilik kısaca budur. Aslında, biraz daha kesin davra nabilir ve bu tanımı bir adım ilerigötürebiliriz. Bart Simpson'un hızı saniyede 30 metre ile sınırlıydı. Bu önemli, çünkü eğer BartkuzeydoğuyönünesaptığındaKızınıyeterinceartırabilseydi,hı zınınsapmasınıtelafiedebiliryanikuzeyyönündeki hızının aynı kalmasını sağlayabilirdi. Ama kaykayın motorunu ne kadar zor larsa zorlasın,toplamhızı-kuzeyvedoğuyönlerindekihızları nınbileşkesi-saniyede30metreilesınırlıydı.Bunedenleyönübirazdoğuyasaptığında,kuzeyyönündekihızıazalıyordu.

Özel görelilik, tüm hareketler için benzer bir yasa getirir: Bütün cisimlerin uzaydaki ve zamandakibileşke hızı, her zaman tam olarak ışık hızına eşittir. Bu cümleyi okuduğunuzda içgüdüsel olarakirkilebilirsiniz, çünkü hepimiz ışıktan başka hiç bir şeyin ışık hızıyla hareket edemeyeceği fikrinealışmışızdır.Amaalıştığımızbufikiryalnızcauzaydakihareketiçingeçerli dir.Şimdibununlailişkiliamadahazenginbirşeydensözediyo ruz:Bircisminuzayvezamandakibileşikhareketi.Einstein'ınkeşfettiğitemelgerçek,buikitürhareketinherzamanbirbiri nitamamladığıdır.Baktığınızparkhalindekiotomobiluzaklaş mayabaşladığında,gerçekteolanşudur:Otomobilinzamandayaptığıışıkhızındakihareketinbirbölümü uzayda harekete aktarılır, böylece bileşke hareket sabit kalır. Böylesi bir aktarım, otomobilinzamandakihareketininkaçınılmazolarakyavaşladı ğıanlamınagelir.

ÖrneğineğerLisa,saniyede225.000kilometrehızlauzakla şanBart'ınkolundakisaatigörebilseydi,osaatinkendisaatininyalnızcaüçteikisihızlailerlediğinifarkedecekti.Kendikolsaa tinegöregeçenherüç saat için, Bart'ın kol saatinde yalnızca iki saat geçtiğini görecekti. Bart'ın uzaydaki hızlı hareketi,zamandakihızınıönemlimiktardaazaltmışolacaktı.

Dahası, zamanda ışık hızıyla yapılan hareketin tamamı uzayda ışık hızıyla yapılan hareketeaktarıldığında uzaydaki en yüksek hıza ulaşılır; bu uzayda neden ışıktan daha hızlı gidilemeye ceğinianlamanın bir yoludur. Uzayda her zaman ışık hızıyla ya yılan ışık, her zaman bu aktarımın tamamınıyapıyor olması anlamında özeldir. Tıpkı doğuya doğru yapılan hareketin kuzey yönündeki hareketisıfırlaması gibi, uzayda ışık hızıyla hareket etmek de zamandaki hareketi sıfırlar! Uzayda ışık hızıylahare ket etmekzamanıdurdurur.Bir ışıkparçacığına saat iliştirmekmümkünolsa,o saathiç ilerlemez.Yaniışık,PoncedeLeon'unvekozmetikendüstrisininrüyalarınıgerçekleştirir:Hiçyaşlanmaz.Bu tanımlamadan da açıkça anlaşılacağı gibi özel göreliliğin etkileri, hız (uzaydaki hız) ışık hızına

yaklaştığında belirgin ha le gelir. Ama bizim alışık olmadığımız uzay ve zamandaki hızın birbirlerini

tamamlayıcı doğası her zaman geçerlidir. Hız ne ka dar azalırsa, görelilik öncesi fizikten -yanisağduyudan-sapmadaokadarazalır,amanekadarazalsadasapmaherzaman,ke sinliklevardır.

Gerçekten.Bu,nebirkelimeoyunudur,neelsürçmesi,nedepsikolojikbiryanılsama.Evreninişlemeşeklibudur.

1971 yılında JosephHalele ve RichardKeating, en son teknolojiyle üretilmiş, sezyum ışınlı birkaçatomsaatiniPanAmHavayolları'nınbirjetiyledünyaçevresindeuçurdular.Uçaktakisaatlerleyerdekilerikarşılaştırdıklarında,harekethalinde kisaatlerdedahaazzamangeçtiğinigördüler.Farkçokçokazdı -saniyenin birkaç yüz milyarda biri- ama Einstein'ın keşifleriyle kesin bir biçimde uyuşuyordu. Artıkbundandahafazlaeminolamazdık.

1908'de daha yeni ve hassas deneylerde esirin varlığına da ir kanıtlar bulunduğu yolunda söylentileryayılmayabaşlamış tı.Eğerbusöylentilerdoğruolsaydı,bumutlakbirdurağanlıkstandardıbulunduğuveEinstein'ınözelgörelilikkuramınınhatalıolduğuanlamınagelirdi.Einsteinbusöylentileriduyduğundaşöylededi:"Tanrızoranlaşılır,amakötüniyetlideğil dir.''Doğanın işleyişinidikkatlicegözlemleyerekuzaya ve zama na dair bazı kavrayışlar kazanmaya çalışmak Einstein a kadar hiç kimsenin altındankalkamadığızorbirişti.Amahemböylesi neşaşırtıcıvegüzelbirkuramınvarolmasınaizinvermek,hemde bunun doğanın işleyişiyle ilgisiz olması kötü niyetlilik olurdu. Einstein bunu kabul etmedi, yenideneyleri hiç dikkate almadı. Kendine güveni yersiz değildi. Sonuçta, bu deneylerin hatalı ol duklarıkanıtlandıveesirkavramıbilimselsöylemdenuçupgitti.

PekiyaKova?

Bu,ışıkiçinderleyiptoparlayıcıbiröyküdürelbette.Kuramvedeney,ışığınışıkdalgalarınıtaşımakiçinbirortamagereksi nimiolmadığı,ışıkhızının-ışıkkaynağınınvegözlemcininhare ketindenbağımsızolarak-sabitvedeğişmezolduğukonularındauyuşuyordu.Hergözlemnoktasıdiğeriyleaynıydı.Mutlakveyaayrıcalıklıbirdurağanlıkstandardıyoktu.Güzel.Pekiyakova?

Anımsayalım, pek çokkimse esireNewton'unmutlak uza yını destekleyen fiziksel birmadde gözüylebaktıysadabununNewton'unmutlakuzayınedenortayaattığısorusuylabir ilgisiyoktu.Newton ivmelihareketle,yanidönenkovanınhareketiyleboğuştuktansonra,hareketikesinbirbiçimdeonagöretanımla -yacağı,görülmezbirfonmaddesiortayaatmaktanbaşkabirça rebulamamıştır.Esiriortadankaldırmakkovayıdaortadankal dırmadığınagöre, acabaEinsteinve özel görelilik kuramı bu konuyla nasıl başaçıkmıştı?

Gerçeği söylemek gerekirse, Einstein özel görelilik kuramında özel bir hareket türüne odaklanmıştı:Sabit hızlı harekete. Daha genel ivmeli hareketi ancak on yıl kadar sonra, 1915'te ge nel görelilikkuramındatamolarakelealmışveçözümlemiştir.BunarağmenEinsteinvediğerleri,dönmehareketinitekrartekrarözelgörelilikkavrayışıylaelealmışveNewtongibi(Mach'ınaksine)tamamenboşuzaydabile dönme hareketinden kaynaklanan savrulmanın hissedilebileceği sonucuna varmışlardır. Homerdönmekteolankovanıniçduvarınabastırıldığınıhissede cektir,dönmekteolanikitaşıbirbirinebağlayanipgerilecektir.Newton'unmutlakuzayvemutlakzamankavramlarınıortadankaldıranEinstein,bununasılaçıklamıştı?

Cevap şaşırtıcıdır. Adına rağmen Einstein 'in kuramı her şe yin göreli olduğunu ileri sürmez. Özelgörelilik bazı şeylerin gö reli olduğunu ileri sürer: Hız görelidir, uzaydaki mesafeler görelidir, geçenzaman süreleri görelidir. Ama kuram aslında büyük, yeni ve tamamenmutlak bir kavram ortaya atar:Mutlakuzay-zaman.MutlakuzayvemutlakzamanNewtoniçinneka darmutlaksa,mutlakuzay-zamandaözelgörelilikiçinokadarmutlaktır.KısmenbunedenleEinstein"görelilikkuramı"adınıönermemişvebuaddanhiçhoşlanmamıştır.Ovebaşkafizikçi ler,kuramıntemelindeherkesinüzerindeanlaştığı,göreliolma yanbirşeyolduğunuvurgulamasıbakımındandeğişmezlikkuramıadınıönermişlerdi.

Mutlak uzay-zaman kovanın öyküsünde bir sonraki önemli bölümü oluşturuyor, çünkü her ne kadarmutlak uzay-zaman, hare keti tanımlamak için herhangi bir maddesel ölçüm referansı noktasına sahipolmasada, özelgöreliliğinmutlakuzay-zamanı, ci simlerinonagöre ivmelendiğini söyleyebileceğimizbirşeysağlar.

UzayıveZamanıYontmak

Bunu anlayabilmek için, birlikte kaliteli zaman geçirme ara yışındaki Marge ve Lisa'nın BurnsEnstitüsü'nde verilen kentsel yenileme kursuna kayıt yaptırdığını düşünelim, ilk ödevleri deSpringfield'deki cadde ve bulvarları yeniden tasarlamak ol sun, ama iki koşul var. İlki şu: SoaringNükleer Anıtı caddelerin ve bulvarların oluşturduğu ızgaranın merkezinde, 5. caddeyle 5. bulvarınkesiştiğiyerdeolacak,ikincikoşuldaşu:Tasarımda100metreuzunluğundacaddelervebucaddeleredikolan100metreuzunluğundabulvarlarkullanılacak.MargeveLisasını fagirmedenönceyaptıklarıtasarımları karşılaştırırken bir şeyin fena halde ters olduğunu anlıyorlar.Marge anıtmerkezde ola cakşekildebirtasarımyapmış,amaKwik-E-Mart8.caddeyle5.bulvarın,nükleersantralise3.caddeyle5.bulvarınköşesinde(Şekil3.2 (a)'dagörüldüğügibi).Lisa'nın tasarımında iseadresler tamamenfarklı:Kwik~E-Mart 7. caddeyle 3. bulvarın kö şesine yakın, nükleer santral ise 4. caddeyle 7. bulvarınköşesinde(Şekil3.2(b)'degörüldüğügibi),ikisindenbirininhatayaptığıkesin.

AmaLisabirazdüşününceneolupbittiğinianlar.Ortadahatayoktur.Hemkendisi,hemMargehaklıdır.Yalnızcacaddevebulvar ızgaralarını tasarlarken farklıyönelişlerkullanmışlardır.Marge'ıncaddelerive bulvarları, Lisa'nınkilere göre bir açı yapmaktadır; yani ızgaraları birbirlerine göre dönüktür,Springfield'i caddeler ve bulvarlarla iki farklı yöndedilimlere bölmüşlerdir (Şekil 3.2 (c) ye bakın).Buradançıkandersbasitamaönemlidir.Springfield'i-yadauzayınherhangibirbölgesi ni-caddelervebulvarlarla istediğinizgibibölebilirsiniz. "Mutlak" caddelerveya "mutlak"bulvarlaryoktur.Marge'ınseçimiLisa'nınkikadar,hattaolasıtümdiğeryönelişlerkadargeçer lidir.İşiniçinezamanıkatarkenbufikriaklınızdançıkarmayın.Uzayıevreninalanıolarakdüşünmeyealışmışızdır,amafi zikselsüreçlerbuuzayınbirbölgesindebirzamanaralığısüresindegerçekleşir.Örnekolarak,Şekil3.3'tekigibiItchyveScratchy'nin düelloya tutuştuğunu ve olan biten her şeyin, eski den sayfaları çevrildikçe hareketligörüntüleroynatırgibigörünendefterlerdekigibi(filmdefteridiyelim)anbeankaydedil diğinidüşünün.

Şekil3.2(a)Marge'ıntasarımı(b)Lisa'nıntasarımı

Şekil3.2(c)MargeveLisa'nıncaddevebulvartasarımlarınıngenelgörünüşü.Izgaralarbirbirlerinegöredönük.

Hersayfa-birfilmşeridindekibirkaregibi-za mandabiranda,uzayınbirbölgesindeneolduğunugösterenbir "zamandilimidir".Başkabirandaneolduğunugörmek içinbaş kabir sayfayıçevirirsiniz.(Elbetteuzayüçboyutlu, sayfalarsa ikiboyutludur, amadüşünmeve şekil çizmekolaylığıaçısındanbubasitleştirmeyiyapıyoruz.Eldeedeceğimizsonuçlarbundanetkilenmeyecektir.)Terimlerleifadeedecekolursak,uzayınbel libirzamanaralığındagözönünealınanbirbölgesinebiruzay-zamanbölgesidenir.Biruzay-zamanbölgesini,uzayınbirböl gesindebelirlibirzamanaralığındagerçekleşenbütünolaylarınbirkaydıgibidüşünebilirsiniz.

Şimdi, Einstein'ın matematik hocası Hermann Minkowski'nin (ki bir zamanlar genç öğrencisini"tembel köpek" diye nitelemiş ti) görüşünü izleyerek bir uzay-zaman bölgesinin kendi başına bir varlıkolduğunu düşünün: Defterin tamamını kendi başına bir cisim olarak ele alın. Bunu yapmak için, Şekil3.3b'de olduğu gibi defterin sırtını kalınlaştırdığımızı, sonra da Şekil 3.3c'deki gibi bütün sayfalarınsaydamolduğunudüşünün.

Şekil3.3(a)Düellonunfilmdefteri(b)Sırtıgenişletilmişfilmdefteri

Yanidefterebaktığınızda,verilenbirzamanaralığındaolantümolaylarıkapsayansüreklibirblok

göreceksiniz.Bu bakış açısından, sayfa ların bloğun içeriğini -yani uzay-zamanda gerçekleşen olayla rı-düzenlemek için uygun bir yol sağladığı düşünülmelidir. Na sıl caddelerin ve bulvarların oluşturduğuızgaralarbirşehirdekiyerlerikolaycabulmamızısağlıyorsa,uzay-zamanbloğunusayfalarabölmekdebirolayın(örneğinItchy'ninsilahınıateşleme si,Scratchy'ninvurulması)oluşzamanını-olayıngörüntülendi ğisayfa- ve sayfalarda gösterilen uzay bölgesinin içindeki yerini vererek, o olayı kolayca belirlememizeyardımcıolur.

Şekil3.3(c)Uzay-zamanındüelloyuiçerenbloğu.Sayfalaryani"zamandilimleri”bloktakiolaylarıdüzenler.Dilimlerarasındakiboşluklarsadeceşeklindahakolayanlaşılmasıiçindir;buradazamanınkesikliolduğu(dahailerideelealacağımızbir

konu)söylenmemektedir.

Önemlinoktaşudur:Lisa'nınuzayınbirbölgesinicaddevebulvarlarladilimlerebölmeninbirbirindenfarklıamaaynıde recedegeçerliyollarıolduğunuanlamasıgibi,Einsteindabiruzay-zamanbölgesini-yaniŞekil3.3c'dekigibibirbloğu-belirlianlardauzaybölgelerinebölmeninbirbirindenfarklıamaaynıderecedegeçerliyollarıolduğunuanlamıştı.Şekil3.3a,3.3bve3.3c'dekisayfalar-hersayfayinetekbiranı temsil ediyor- pek çok olası dilimleme biçiminden yalnız birini gösteriyor. Bu, uzay konusundasezgisel olarak bildiğimiz şeylerin sadece önemsiz bir uzantısı gibi görünebilir, ama binlerce yılkoruduğumuz en te mel sezgilerden bazılarının altüst olmasının temelinde yatan budur. 1905'e kadarherkesinzamanıngeçişiniaynışekildealgıla dığı,yaniherkesinverilibirandahangiolaylarınolduğuvedolayısıyla da uzay-zaman defterindeki verili bir sayfanın içeriği nin ne olacağı konusunda hemfikirolduğudüşünülüyordu.AmaEinstein'ınbirbirlerinegöreharekethalindeolanikigözlemci ninsaatlerininzamanı farklı gösterdiğini anlamasıyla her şey de ğişti. Birbirlerine göre hareket halinde olan saatlereşzamanlıol maktançıkarveeşanlılığınfarklıbiryorumunuverirler.Şekil3.3bdekihersayfa,verilibiranda uzayda gerçekleşen olayla rın yalnızca belli bir gözlemci tarafından görülen görüntüsüdür. İlkgözlemciye göre hareket halinde olan bir başka gözlemci, bu sayfalardan herhangi birindeki olaylarıntümününaynızamandagerçekleşmediğinisöyleyecektir.

Bu,eşanlılığıngöreliliğiolarakbilinirvedoğrudangörülebi lir.Şimdi ItchyveScratchy'ninellerindesilahlan, hareket ha lindeki uzun bir tren vagonunun iki ucunda, yüzleri birbirlerine dönük olarakdurduğunudüşünün.Düellohakemlerindenbirivagonda,diğeriperondaolsun.Düellonunolabildiğinceadil ol masını sağlamak için taraflar üç adım kuralından vazgeçiyorlar ve düellocuların ikisine de eşituzaklıkta, yerde duran bir avuç barutun patlamasıyla silahların çekilmesine karar veriliyor. İlk hakemApu fitili ateşler, içkisinden bir yudum alır ve geri çe kilir. Barut patlar, hem Itchy hem de Scratchysilahlarını çe ker ve ateşler. Itchy ve Scratchy barut yığınından eşit uzaklıkta oldukları için Apu,

patlamanın ışığınınher ikisinedeeşanlıolarakulaştığındaneminolduğundan,düellonunadilolduğunugöstermeküzereyeşilbayrağınıkaldırır.Amadüelloyupe rondanizleyenikincihakemMartinbağırarakfaulyapıldığını, patlamanın ışığının Itch'yeScratchy'dendahaönceulaştığını iddia eder.Vagon ileriyedoğruhareketettiği içinItchy'ninışığadoğru,Scratchy'ninseışıktanuzağadoğruhareketettiğinisöyler.Bununanlamışudur:IşığınItchyyeulaşmakiçinokadaryolkatetmesinegerekyoktu,çünküItchyzatenışığa doğru ha reket ediyordu; oysa Scratchy ışıktan uzağa doğru hareket etti ğinden ışığın Scratchy'yeulaşmak içindahauzunbiryolkat etmesigerekiyordu. Işığınhızı -kiminbakışaçısındanolursaol sun,istersağaistersolagitsin-sabitolduğundan,MartinışığınScratchyyeulaşmakiçindahauzağagitmesigerektiğini,bunundadahauzunzamanalacağını,busebepledüellonunadilolma dığınıiddiaetmektedir.

Kim haklı, Apu mu yoksa Martin mi? Einstein'ın beklenme dik yanıtı ikisinin de haklı olduğu. İkihakeminvardığısonuç larfarklıdaolsa,herikisinindegözlemiveakılyürütmesihata sız.Tıpkıbeysbolsopası ve topu gibi, aynı olaylar dizisine farklı bakış açılarından yani perspektiflerden bakıyorlar.Einstein'ın ortaya çıkardığı şaşırtıcışey, iki hakemin farklı bakış açılarının, hangi olayların aynı andaolduğu konusunda farklı ama eşit derecede geçerli sonuçlara yol açmasıdır. Elbette gündelik ha yattakarşılaştığımız hızlar, örneğin bir trenin hızı söz konusu olduğunda bu fark çok küçüktür -Martin,Scratchy'ninışığıItchy'densaniyenintrilyondabirindendahakısabirsüresonragördüğünüiddia,eder-amatrenışıkhızınayakınbirhızlahare ketediyorolsaydı,bufarkçokbüyükolurdu.

Bunun uzay-zamanın bir bölgesini dilimleyen film defleri için ne anlama geldiğini bir düşünün.Birbirinegöreharekethalindeolangözlemcilernelerineşanlıolduğukonusundaanlaşamadı ğıiçin,herbirgözlemcininuzay-zamanbloğunusayfalarhalinde-hersayfa,gözlemcininbakışaçısındanbelirlibiranda olan bütün olayları kapsayacak şekilde- dilimleme şekli de uyuşmayacaktır. Birbirlerine göreharekethalindeolangözlemcilerinuzay-zamanbloğunusayfalara(yanizamandilimlerine)ayırışıfarklıama eşit derecede geçerli olacaktır. Lisa ve Marge'ın uzay için bulduğunu Einstein uzay-zaman içinbulmuştur.

AçılıDilimler

Caddelerin ve bulvarların oluşturduğu ızgarayla zaman di limleri arasındaki benzerlik daha da ilerigötürülebilir. Tıpkı Marge'ın ve Lisa'nın tasarımlarının yönelişlerinin farklı olması gibi, Apu'nun veMartin'inzamandilimlerininde (yani filmdefte ri sayfalarının)yönelişleri farklıolacaktır, amabukezişin içinde hemuzay hemde zamanvardır.BudurumŞekil 3.4a ve 3.4b'de gösterilmiştir. Şekillerde,Martin'in dilimlerininApu'nunkilere göre dönükolduğunu, bunundaMartin'in düellonun adil olma dığısonucunavarmasınayolaçtığınıgörüyoruz.Amabirayrıntı daönemlibirfarkvar;Marge'ınveLisa'nınprojeleri arasındaki dönme açısı bir tasarım seçimi iken, Apu'nun ve Martin'in dilimleri arasındakidönme açısı, ikisinin göreli hızları tarafından be lirleniyor. Çok az bir çaba ile bunun nedeninianlayabiliriz.

Itchy ile Scratchy'nin barıştığını düşünün. Artık birbirlerini vurmaya çalışmak yerine, sadece treninönündeki ve arkasında ki saatlerin tam olarak eşzamanlı çalışıp çalışmadığından emin olmayaçalışıyorlar.Hâlâbaruttaneşituzaklıktaolduklarıiçin,şöylebirplanyapıyorlar:Barutpatlayıncaçıkanışığıgörürgör mezikisidesaatleriniöğlen12'yeayarlamayıkararlaştırıyor.

Şekil3.4BirbirlerinegöreharekethalindeolanApu'nun(a)veMartin'in(b)za mandilimlemeleri.Dilimleruzayvezamandabirbirlerinegöredönük.TrendeolanApu'yagöre,düelloadildir;perondaolanMartinegöreyseadildeğildir.Herikibakışaçısıda

eşitderecedegeçerlidir,(b)'dehakemlerinuzay-zamandakidilimlemelerininarasındakiaçıfarkıvurgulanmıştır.

Onlarınbakışaçılarından, ışıkherbirineulaşmakiçineşitme safekatedecek, ışığınhızıdasabitolduğuiçinherikisineeşanlıulaşacak.Amaöncekimantığagöre,MartinyadaperondakiherhangibiriItchy'ninışığadoğru,Scratchy'ninseışıktanuza ğadoğruhareketettiğinigörecek,bunedenledeItchy'ninişareti Scratchy'den biraz önce alacağını söyleyecektir. Yani peronda ki gözlemciler Itchy'nin saatini12:00'yeScratchy'denönceayar ladığı,dolayısıyladaItchy'ninsaatininScratchy'ninkindenbirazilerideolduğu sonucunavaracaktır.Örneğin,Martin'lebe raberperondaduranbirgözlemci için Itchy'nin saati12:06ikenScratchy'ninsaati12:04olabilir(kesindeğerlertreninuzunluğunavehızınabağlıdır;trennekadaruzunvenekadarhızlıysaaradakifarkdaokadarartar).AmaApu'yavetrendekiherkesegöreItchyveScratchy eşanlılığımükemmelbir biçimdebaşar mıştır.Hernekadar insanınbunukabul etmesi zorolsada,buradabiraçmazyoktur:Birbirlerinegörehareketliolangözlemcilereşanlılıkkonusunda-hangiolaylarınaynıandaolduğukonusunda-anlaşamaz.

Bunun anlamı şudur: Trendeki gözlemcilerin gördüğü haliyle film defterinin bir sayfası (bugözlemcilerin eşanlı olduğunu düşündükleri olayların, örneğin Itchy ve Scratchy'nin saatleriniayarlamasınınolduğusayfa)perondakigözlemcilerinbakışaçı sından farklısayfalardayeralanolaylarıdakapsar.(Peronda kigözlemcileregöreItchysaatiniScratchy'denönceayarlamış tır,bunedenlebuikiolay perondaki gözlemcilerin bakış açısından farklı sayfalarda yer almaktadır). İşte bu kadar.Trendekilerin bakış açısından tek bir sayfa, perondakilerin bakış açısına göre daha önceki ve dahasonrakisayfalardayeralanolaylarıdaiçerir.MartinveApu'nundilimlemelerinin(Şekil3.4)birbirle rinegöredönükolmasınınnedenibudur:Birbakışaçısınagöretekbirzamandilimi,diğerbakışaçısınagörebirçokzamandili minikesebilir.

EğerNewton'un ortaya attığı mutlak uzay vemut lak zaman kavramları doğru olsaydı, herkes uzay-zamanın tek bir şekil de dilimlendiğini konusunda fikir birliğinde olurdu. Her dilim, mutlak zamanınbelirlibiranındagörüldüğübiçimiylemutlakuzayıtemsilederdi.Amadünyaböyledeğil.Newton'unkatıza man kavramından Einstein'ın bulduğu esnek zaman kavramına geçince, kullandığımız benzetmeyi dedeğiştirebiliriz. Uzay- zamanı katı bir film defteri olarak düşünmek yerine, büyük bir ekmek somunuolarakdüşünmekbazendahayararlıolacaktır.Defterioluşturansabitsayfaların-Newtonunsabitzamandilimleriyerine,Şekil3.5adaolduğugibibir somunekmeğinasıl farklı açılarda,birbirlerineparaleldilimlere bölebileceğinizi düşünün. Her ekmek dilimi bir gözlemcinin bakış açısına göre be lirli birandakiuzayı temsileder.AmaŞekil3.5b'degösterildiğigibi, ilkgözlemciyegöreharekethalindeolanbirbaşkagözlemciuzay-zamansomununubaşkabiraçıyladilimleyecektir.Gözlemcileringörelihızlarıne kadar büyükse, kestikleri paralel di limler arasındaki açı da (kitabın sonundaki notlarda belirtildiğigibi, ışığınkoyduğuhızsınırınedeniylebudilimlerarasındaen fazla45°likbirdönmeaçısıolabilir),aynıandaolduğunusöyledikleriolaylararasındakiuyuşmazlıkdaokadarbüyükola caktır.

ÖzelGöreliliğeGöreKova

Zamanınveuzayıngöreliliğidüşünüşümüzdeköktenbirde ğişiklikyapmamızıgerektirir.Amaburada,dahaöncesözüedi len,şimdideekmeksomunuörneğiylegösterilenvesıksıkgözdenkaçanönemlibirnoktavar:Göreliliktekiherşeygörelide ğildir.Eğersizveben,birekmeksomununuikifaklışekildedi -limlemeyidüşünsekbile,üzerindekesinolarakanlaştığımızbirşeyvar:Somununkendisininbütünlüğü.Her ne kadar dilimleri miz farklı olsa da, ben kendi dilimlerimi bir araya getirirsem, siz de kendidilimlerinizi bir araya getirirseniz aynı ekmek somununu yeniden oluştururuz. Başka ne olabilirdi ki?Aynısomunudi limlediğimizidüşündük.

Benzer biçimde, herhangi bir gözlemcinin bakış açısına göre, uzayın ardışık anlardaki dilimleri biraraya gelince (Şekil 3.4'e bakınız) aynı uzay-zaman bölgesi oluşur. Farklı gözlemciler bir uzay-zamanbölgesini farklı şekillerde dilimleyebilir, ama böl genin kendisinin varlığı -tıpkı ekmek somunu gibi-bağımsızdır.YanihernekadarNewtonkesinliklehatalıysada,mutlakbirşe yin,herkesinüzerindefikirbirliğinevaracağıbirşeyinvarol duğuyolundakisezgisiözelgöreliliktarafındantümüyleyıkılmamıştır.Mutlakuzayyoktur.Mutlakzamanyoktur.Amaözelgöreliliğegöremutlakuzay-zamanvardır.Bugözlemiyaptıktansonraşimdikovaproblemineyenidendönelim.

Şekil3.5Birekmeksomununasılfarklıaçılardadilimlenebilirse,biruzay-za manbloğuda,birbirlerinegöreharekethalindeolangözlemcilertarafındanfarklıaçılarda"zamandilimlerine”bölünür.Görelihızarttıkça,açıdaartar(ışıkhızınınsınırladığıen

yüksekhız,buaçınınenfazla45°olmasınaolanakverir).

Bomboşbirevrendekovaneyegöredöner?Newtonagörecevapmutlakuzaydır.Mach'agöre,kovanın

dönmekteolduğunusöylemeninbilebiranlamıyoktur.Einstein'ınözelgöreliliği negöreise,cevapmutlakuzay-zamandır.

BunuanlamakiçinyenidenSpringfieldiçinönerilencaddevebulvarprojelerinedönelim.Marge'ınveLisa'nın, projelerinde ki ızgaralar birbirlerine göre dönük olduğu için Kwik-E-Mart'ın ve nükleersantralin adresleri konusunda anlaşamadıklarını ha tırlayalım. O durumda bile, projelerdeki ızgaralarnasıl yerleş tirilmiş olursa olsun, hâlâ üzerinde kesinlikle fikir birliğine var dıkları bazı şeyler vardır.Örneğin,çalışanlarınöğletatilindekiverimlilikleriniartırmakiçinnükleersantraldenKwik-E-Mart'abiryol çizilirse, Marge ile Lisa bu yolun hangi cadde ve bulvar ları keseceği konusunda, Şekil 3.6'dagöreceğiniz gibi, yine anlaşamayacaktır.Amabuyolun şekli konusundakesinlikle anla tacaklardır:Yoldüzbirçizgidir.Çizilenyolungeometrik şekli,o sıradakullanılancadde-bulvar ızgarasından tamamenba kımsızdır.

Einstein, buna benzer bir şeyin uzay-zaman için de geçerli ol duğunu anlamıştı. Her ne kadarbirbirlerine göre hareket halinde olan iki gözlemci uzay-zamanı farklı şekillerde dilimliyorsa da, hâlâüzerinde anlaştıkları şeyler vardır. Örnek olarak sade ce uzayda değil de uzay-zamanda düz bir çizgidüşünün. Her ne kadar zamanı da işin içine katmak bu yolu bizim için biraz da ha az bilindik halegetiriyorsada,birandüşününcebununanla mınıkavrayabiliriz.Bircisminuzay-zamandaizlediğiyolundüzbirçizgiolmasıiçincisminuzaydabirdoğruüzerindehareketetmesiyetmez,zamandakihareketininde tekbiçimli olması gere kir; yani hem hızı hem de yönü değişmemeli, doğrusal hızı sabit olmalıdır.Şimdi, farklı gözlemciler uzay-zaman somununu farklı açılarda dilimliyor olsalar ve bu nedenle biryörüngeüzerinde kifarklınoktalararasındanekadaryolalındığıvenekadarza mangeçtiğikonularındaanlaşamıyorolsalarbile,MargeveLisagibigözlemcileruzay-zamandaizlenenyolunbirdoğruolupol -madığıkonusundafikirbirliğindeolacaktır.Kwik-E-Mart'açi zilenyolungeometrikbiçiminin,kullanılancadde/bulvardilimlemesindenbağımsızolmasıgibi,uzay-zamandaizlenenyolla rıngeometrikbiçimleridekullanılanzamandilimlemesindenba ğımsızdır.

Bu, basit ama önemli bir kavrayıştır, çünkü özel görelilik bu kavrayışla, bir şeyin ivmelenipivmelenmediği konusunda mutlak bir ölçüt -sabit ve göreli hızlarından bağımsız olarak tümgözlemcilerinüzerindefikirbirliğinevaracağıbirölçüt-sağla mıştır.Bircismin,örneğinŞekil3.7'dekiastronotun(a)uzay-zamandaizlediğiyoldoğrubirçizgiise,ocisimivmelenmiyordur.

Şekil3.6Hangicadde/bulvarızgarasınınkullanıldığındanbağımsızolarak,her kesyolunbuörnektebirdoğruolduğukonusundaaynıfikirdedir.

Bircisminuzay-zamandaizlediğiyoldoğrubirçizgideğildebaşkaherhangibirtüryolise,ocisimivmeleniyordur.Örne ğin Şekil 3.7'deki astronot sırtındaki roketi ateşleyip sürekli bir çember çizerekdönse (b) veya giderek artan bir hızla fırlasa (c) uzay-zamanda izlediği yol eğri olacaktır; bu daivmelenmeninkesinbirgöstergesidir.Böyleceuzay-zamandaizlenenyollarıngeometrikşekillerinin,bircismin ivmelenip ivmelenmediğini be lirlemek içinmutlak bir standart sağladığını görüyoruz. Bu stan-dardıtekbaşınauzaydeğil,uzay-zamansağlıyor.

Şekil3.7Üçastronotunuzay-zamandaizlediğiyollar:(a)astronotuivmelenmediğiiçinuzay-zamandaizlediğiyolbirdoğru,(b)astronotusürekliçemberçizdiğiiçinuzay-zamandaizlediğiyolbirsarmal,(c)astronotuuzayadoğruivmelendiğiiçinuzay-zamanda

eğribiryolizliyor.

Demek ki bu anlamda özel görelilik bize, ivmeli hareket konusunda uzay-zamanın kendisinin hakemolduğunu söylüyor. Uzay-zaman bize bir şeyin -örneğin dönen bir kovanın- uzay bomboş bile olsa,kendisine göre ivmelendiğini söyleyebileceği miz bir referans sistemi sağlıyor. Bu kavrayışınedinilmesiyle bir likte bilimin sarkacı yeniden sallanıyor: Görelilikçi Leibniz'den mutlakçı Newton'a,oradangörelilikçiMach'aveşimdiyenidenözelgörelilikkuramıilebirkezdâhilgerçekliğinalanının-uzay değil uzay-zaman olarak kabul edilen alanın- hareket için bir re ferans sistemi sağlamaya yeterliolduğunusöyleyenEinstein'a.

KütleçekimiveÇokEskiBirSoru

Mach'ınfikirlerigeçerliliğiniyitirdiğineveEinstein,Newton'unmutlakuzayvezamankavramlarınıçoktemelbirbiçimdegüncelleştirerekgününgalibiolduğunagöre,artıkbunoktadakovaöyküsününsonunageldiğimizi düşünebilirsiniz. Aslında gerçek daha ilginçtir ve anlaşılması biraz daha zordur. Eğerşimdiye kadar anlattığımız görüşlerle ilk defa karşılaştıysanız, bu bölümün son kısımlarına geçmedenöncebirazaraverse niziyiolabilir.Tablo3.1'deyenidenbaşlamakistediğinizdebel leğinizitazelemenizisağlayacakbirözetgöreceksiniz.

Tamam.Eğerbusözcükleriokuyorsanız,uzay-zamanınöyküsündeyeralan,birsonrakibüyükadımiçinhazırolduğunuzuvarsayıyorum.BuadımınatılmasınısağlayanErnstMach'ıntakendisidir.Hernekadarözel görelilik, Mach'ın kuramından farklı olarak, bomboş bir evrende dönmekte olan bir kovanın içduvarınabastırıldığınızı hissedeceğinizvedönmekteolan iki ta şın arasındaki ipingerileceği sonucunavarmışolsabile,Einste inhâlâMach'ınfikirlerindenetkileniyordu.Ancakbufikirlerinciddibirbiçimdegöz önüne alınmaları için genişletilmeleri ge rektiğini anlamıştı.Mach hiçbir zaman, kendi çevrenizdedöner ken kollarınızın dışarı savrulmasını ya da dönen bir kovanın iç duvarına bastırıldığınızıhissetmenizi uzak yıldızların nasıl etki liyor olabileceği konusunda bir mekanizma ortaya koymamıştı.Einstein,eğerböylebirmekanizmavarsabununkütleçekimiyleilgiliolabileceğinidüşünmeyebaşladı.

Bunu fark etmek Einstein'a çok çekici geldi, çünkü yaptığı çözümlemenin anlaşılabilir ve yenidenşekillendirilebilir olma sını sağlamak amacıyla kütleçekimini tümüyle göz ardı etmiş ti. Hem özelgöreliliğihemdekütleçekiminiiçerendahasağlambirkuramMach'ıngörüşleriileilgilifarklıbirsonucaulaşılma sını sağlayabilir belki, diye düşündü. Özel göreliliğin kütleçeki mini de kapsayacak şekilde

genelleştirilmişhalibelki,maddenin-hembizeyakınhemdebizdenuzaktakimaddenin-ivmelendiğimizzamanhissettiğimizkuvvettensorumluolduğunugöste rebilirdi.

Einstein'ın dikkatini kütleçekimi üzerinde yoğunlaştırması nın ikinci ve daha acil bir nedeni vardı.Hiçbirşeyinışıktanda hahızlıolmadığınıönesürenözelgöreliliğin,ikiyüzyıldandahauzunbirzamanAy'ın,gezegenlerin,kuyrukluyıldızlarınvegökyüzünedoğru fırlatılanherşeyinhareketini inanılmazbirkesinlikleöngörenNewton'unevrenselkütleçekimiyasasıiletama mençeliştiğinifarketmişti.Newton'unevrensel yasasının de neysel başarısına rağmen, EinsteinNewton a göre kütleçekiminin etkisinin biryerden diğerine, örneğin Güneş'ten Dünyaya, Dünya'dan Ay'a, herhangi bir yerden herhangi bir yereanında,ışıkhızındançokdahahızlıulaştığınıanlamıştı.Bu,özelgöreli likledoğrudançelişiyordu.

Buçelişkiyibirörnekleaçıklayalım:Düşkırıklığıiçindeolduğunuzbirgece(tuttuğunuztakımyenilmiş,hiçkimsedoğumgününüzühatırlamamış,ensevdiğinizpastanınsondiliminibaşkabiriyemiş)kafanızıdinlemekiçinteknenizebinipdenizeaçıldı ğınızıdüşünün.Aytepede,sularyüksek(sularınyükselmesineneden olan kuvvet Ay'ın kütleçekimidir), ay ışığı suyun dalgalı yüzeyinde dans ediyor. Ama zatengecenizin berbat geçtiği yetmiyormuş gibi, düşmanca davranan dünya dışı yaratıklar belirip Ay 'ıbirdenbire galaksinin öbür ucuna gönderiveriyorlar. Ay'ın birdenbire ortadan yok olması her durumdagarip olacaktır, ama eğerNewton'un kütleçekimi yasası doğruysa, çok daha garip bir şey olacaktır.NewtonYasası,Ay'ınkütleçekimininyokolma sınedeniyle,sizAy'ınkaybolduğunugörmedenyaklaşıkbirbuçuk saniye önce suların alçalmaya başlayacağını öngörmektedir. Yanşa tabanca patlamadan öncebaşlayanbiratletgibi,sudabirbuçuksaniyeönceçekilmeyebaşlıyormuşgibigörünecektir.

Newton'agörebununnedeni,Ayortadanyokolurolmazkütleçekiminindeoandayokolacakolması,kütleçekimininyokluğusonucundadasularınKemençekilmeyebaşlayacakolmasıdır.Ama ışığınAy'laDünyaya arasındaki 380.000 kilometre mesa feyi kat etmesi bir buçuk saniye alacağından, siz Ay'ınkaybol duğunuhemengöremezdiniz;birbuçuksaniyesüreyledahaAyherzamankigibigöktepırılpırılparlarkensularçekiliyorgibigörünürdü.YaniNewton'unyaklaşımınagörekütleçekimibi zi ışıktanönceetkiler-kütleçekimiışıktanhızlıdır-amaEinsteinbunundoğruolmadığındanemindi.

1907 yılında, Einstein en az Newton'unki kadar kesin, ama özel görelilikle çelişmeyecek birkütleçekimi kuramı formüle edebilmek için aralıksız çalıştı. Bu iş, her şeyin ötesinde bir meydanokumaya dönüşmüştü. Einstein'ın muhteşem zekâsı sonunda kendine denk bir problem bulmuştu. Odönemden kalan defterleri, yarı formüle edilmiş fikirler, küçük hataların yanlış yönlere götürmesinedeniylekılpayıylaıskalananhedefler,problemçözüldükanısıylakonulmuşişaretlerinhemenyanındayeni bir hata yaptığını fark ettiğini gösteren ünlemlerle doludur. Einstein çalışmasını 1915'te nihayetortayaçıkardı.Hernekadarönemlinoktalarda,baştamatematikçiMarcelGrossmann'danolmaküzereyardımaldıysada,genelgöreliliğinkeşfi, tekbir insanınzihnininevrenianlamaküzereortayakoyduğumuazzam çaba nın en az bulunan örneklerinden biridir. Sonuç ise kuantum öncesi fiziğin en değerlimücevheridir.

Einstein'ın genel göreliliğe yaptığı yolculuk, Newton'un iki yüzyıl önce, biraz utanarak da olsakaçındığı temel bir soru ile başlamıştır. Kütleçekimi, etkisini uzayda çok büyük uzaklıklar da nasılgösteriyor?OkadaruzaktakiGüneş,Dünya'nınha reketlerininasıletkiliyor?GüneşDünyayadokunmadannasıl kuvvet uygulayabiliyor? Kısacası, kütleçekimi işini nasıl yapı yor? Her ne kadar Newton,kütleçekimininetkisinibüyükbirkesinlikletanımlayanbirformülkeşfetmişsede,kütleçekimininaslındanasıl işlediğine ilişkin önemli soruyu yanıtsız bıraktığı nın pekâlâ farkındaydı.Principia adlı eserinde,durumdan kendisinin de hoşlanmadığını belirtir bir ifadeyle şöyle yazmıştır: "Bu soruyu, düşünmeleriiçin okuyuculara bırakıyorum."' Bu problem ile Faraday'ın veMaxwell'in 1800'lerde manyetik alankavramını kullanarak mıknatısların hiç dokunmadıkları cisimle ri etkilemesi olgusunu çözmeleriarasındaki benzerliği görebilir iniz. Dolayısıyla kütleçekimi için de benzer bir yanıt önerilebi lir:Kütleçekimietkisinibirbaşkaalan,kütleçekimialanıyoluylailetir.Genelolarakbudoğrubiröneridir.Amabuyanıtıözelgörelilikleçelişkiyedüşmedenalgılayıpdeğerlendirmekzordur.

Çokzordur.Einstein'ınkendiniadadığıçalışmaiştebuydu.OnyılayakınbirsüreyürüttüğükarmaşıkaraştırmalardansonrageliştirdiğigözkamaştırıcıyapıileNewton'unozamanaka darbüyüksaygıgörenkütleçekimikuramınıyıktı.Aynıderece degözkamaştırıcıolanbirbaşkanoktadaEinstein'ınkilitönemtaşıyan keşfinin,Newton'un kova örneği ile dikkat çektiği konuyla sıkı sıkıya bağlantılı olması, yaniöykününbirdaireçiziptekrarbaşadönmesidir:ivmelihareketingerçekdoğasınedir?

KütleçekimiileİvmeninEşdeğerliği

ÖzelgörelilikteEinstein'ınasılodaklandığıkonusabithızlahareketedengözlemcilerdir,yanihareketihissetmedikleri için kendilerinin sabit olduğunu ve her şeyin onlara göre hareket ettiğini öne süren vebundadahaklıolangözlemciler.TrendekiItchy,ScratchyveApuhiçbirharekethissetmez.Onlarınbakışarısından,Martin ve platformdaki herkes hareket etmektedir.Martin de hiçbir hareket hissetmez. Onagöre hareket eden tren ve içindeki yolculardır. Bu bakış açılarından biri diğerinden da ha doğrudurdiyemeyiz. Ama ivmeli hareket farklıdır, çünkü ivmeli hareketi hissedebilirsiniz.Bir otomobil ileriyedoğru ivmelenirken koltuğun arkalığına doğru bastırıldığınızı, bir tren kes kin bir dönemece girdiğindeyana doğru savrulduğunuzu, yukarı doğru ivmelenen bir asansörde asansörün zeminine doğrubastırıldığınızıhissedersiniz.

Hissedilen bu kuvvetler Einstein'a çok tanıdık gelmiştir. Ör neğin keskin bir dönemece yaklaşırken,dönemeci alırken hisse deceğiniz kuvvet kaçınılmaz olduğundan, yana savrulmaya ha zırlanmak içinkendinizi kasarsınız.Kendinizi bu etkiden korumanın hiçbir yolu yoktur. Bu kuvvetten kurtulmanın tekyolu planınızı değiştirip dönemeci almaktan vazgeçmektir, işte bu, Einstein'ın kafasında bir şimşekçakmasınanedenoldu.Kütle çekimikuvvetinindetamamenaynıözellikleresahipolduğunufarketti.EğerDünya'nın üzerindeyseniz, Dünya'nın kütleçe kimi kuvvetinin etkisi altındasınızdır. Bu, kaçınılmazdır.Başkabiryolyoktur.Kendinizielektromanyetikvenükleer(çekirdek-sel)kuvvetlerdenkoruyabilirsiniz,amakütleçekiminden korunmanın hiçbir yolu yoktur. 1907 yılında bir gün,Einstein bununyalnızca birbenzetme olmadığını anladı. Bilim insanlarının ba zen bir ömür boyu bekledikleri bir içgörü anında,Einsteinkütleçekimininveivmelihareketin,aynıbirmadeniparanınikiyüzügibiolduklarınıanladı.

Einstein,yapmayıplanladığınızhareketideğiştirerek (ivmelenmektenkaçınarak)otomobilkoltuğundaarkalığadoğrubas tırılmaktanveya trendeyana savrulmaktankaçınabileceğinizgi bi, hareketinizi uygunbirbiçimdedeğiştirerekkütleçekimi ile ilgiliobildikduyumdandakaçınabileceğinizibuldu.Bufikir,şaşılacak derecede basittir. Bunu anlamak için Barney'nin bir umut, Springfield'deki bütün göbeklierkeklerinkatıldığı,biraysürecekgöbekeritmeyarışmasınıkazanmayaçalıştığınıdüşüne lim. ikihaftasüreyleyalnızcasıvıylabeslenenBarney,göbeğihâlâengelolduğuiçinbanyodakitartıyıokuyamadığınıgörünce tüm umudunu yitirir. O düş kırıklığıyla, tartı da ayağına yapış mıştır bu arada, banyopenceresinden aşağı atlar. Aşağıya doğru düşerken, komşunun havuzuna dalmadan hemen önce tar tıyabakanBarneyacabanegörmüştür?Osırada tartının sıfı rıgöstereceğini ilkve tamolarakanlayankişi

Einsteinolmuştur.TartıBarneyiletamolarakaynıhızdadüştüğüiçinBarney'ninayaklarıtartıyabasınçyapmayacaktır.SerbestdüşmesırasındaBarney,astronotlarınuzaydayaşadıklarıağırlıksızlıkduygusunuyaşayacaktır.

Gerçektende,eğerBarney'ninpenceredenhavası tamamenalınmışbirboşluğaatladığınıdüşünürsek,dolayısıyla aşağı doğru düşerken yalnızca havanın oluşturduğu direnç ortadan kalkmış olmayacak,Barney'ninvücudundakiheratomaynıhızladüşmekteolduğundanvücudundahissettiğidışetkilerdenkay-naklanan-ayaklarınayakbileklerine,bacaklarınkalçalaravekollarınomuzlarauyguladığı-tümbaskıvegerilmelerdeorta dankalkacaktır.EğerBarneydüşerkengözlerinikapatırsa,uzayınkaranlığındayüzüyorolsaydı hissedeceklerinin aynısını hissedecektir, (içinde insan olmayan örnekleri tercih ediyorsa nız,havasıboşaltılmışbiryerebirbirlerineiplebağlıikitaşatar sanızdasankitaşlaruzaydayüzüyormuşgibiaralarındaki ip ge rilmez, gevşek kalır.) Yani Barney hareket durumunu değiştire rek -kendini tamamen"kütleçekiminebırakarak"-kütleçekimininolmadığıbirortamı taklitetmişolur. (NitekimNASA'dagö-revli astronotlar da dış uzayın kütleçekimsiz ortamına hazırlanmaları için takma adı Vomit Comet(KusturucuKuyrukluyıldız)olanözelbir707ileuçurulur.BuuçuşlardauçaktekrartekrarDünyayadoğruserbestdüşüşhareketiyapar.)

Aynı şekilde, hareket durumunu uygun biçimde değiştire rek, temelde kütleçekimi ile aynı olan birkuvvet yaratabilirsi niz. Örneğin, Barney'nin tartı hâlâ ayağına yapışık vaziyetteyken ve hâlâ sıfırıgösterirken uzay kapsülünde ağırlıksız olarak "yüzmekte olan" astronotlara katıldığını düşünelim. Eğerroketler ateşlenip kapsül yukarı doğru ivmelenirse, her şey tamamen değişecektir. Tıpkı yukarı doğruivmelenen bir asansörün taba nına bastırıldığını hissetmeniz gibi, Barney de kapsülün taba nına doğrubastırıldığını hissedecektir. Artık ayakları da tartı ya bastırdığı için tartı sıfır göstermeyecektir. Eğerroketler tam gereken güçte ateşlenirse tartının gösterdiği rakam banyodayken gösterdiği rakamla aynıolacaktır.Uygunivmelenmehare ketiningerçekleşmesisonucunda,Barneykütleçekimindenayırtedilmesiolanaksızbirkuvvethissetmektedir.

Aynı şey ivmeli hareketin diğer türleri için de geçerlidir. Eğer Barney, dış uzayda dönmekte olankovanıniçindekiHomer'inyanınagidipdeHomer'edikaçıyapacakşekildedursaydı-ya niayaklarıvetartıkovanıniçduvarınabasacakşekildedursaydı-ayaklarıtartıyabastıracağıiçintartısıfırdanfarklıbirsayıgösterirdi.Eğerkovatamgerekenhızdadönüyorolsaydı,tartıBarney'ninbanyodaokuduğurakamıgösterirdi:YanidönmekteolankovanınivmesideDünya'nınkütleçekiminitakliteder.

Tüm bunlar, Einstein'ın kütleçekiminden hissedilen kuvvetle ivmeden hissedilen kuvvetin aynı, yanieşdeğer,olduğusonucunavarmasınanedenoldu.Einsteinbunaeşdeğerlikilkesiadı nıverdi.

Bunun ne anlama geldiğine bir bakalım. Şu anda kütleçekiminin etkisini hissediyorsunuz. Eğerayaktaysanız, ayaklarınızye rinvücudunuzunağırlığınıdesteklediğinihissediyor.Eğeroturuyorsanız,budesteğibirbaşkayerinizlehissediyorsunuz.Eğerbukitabıbirotomobildeyadauçaktaokumuyorsanız,büyük olasılıkla durağan olduğunuzu -yani ivmelenmediğinizi hatta hiç hareket etmediğinizi-düşünüyorsunuz.AmaEinstein'agöreas lındaivmeleniyorsunuz.Hareketsizoturduğunuziçinbusizebi razaptalca gelebilir, ama her zamanki soruyu sormayı ihmal etmeyin: Hangi referans noktasına göreivmeleniyorum?Kiminbakışaçısınagöreivmeleniyorum?

Einsteinözelgöreliliktereferanssisteminimutlakuzay-zamanınsağladığınısöyler,amaözelgörelilikkütleçekimini he saba katmaz. Einstein, eşdeğerlik ilkesi sayesinde kütleçekimini de hesaba katan çokdaha sağlam bir referans sistemi bulmuş ol du. Bu da bakış açısında kökten bir değişikliğe yol açtı.Kütleçe kimiveivmeeşdeğerolduğunagöre,kütleçekimininetkisinihis sediyorsanızivmeleniyorolmanızgerekir. Einstein sadece, kütleçekimi kuvveti de dâhil olmak üzere hiçbir kuvvet hissetmeyengözlemcilerin ivmelenmediklerini söylemekte haklı olacaklarını öne sürdü. Böyle kuvvetten bağımsızgözlemcilerhareketiince lemekiçingerçekreferansnoktalarıoluşturur;iştebukavrayışdaböyleşeylerhakkındaki normal düşünüş biçimimizde çok te mel bir değişiklik gerektirir. Pencereden havasıboşaltılmış bir yere atlayan Barney'nin normalde yere doğru ivmelenerek indiğini söyleriz. Ama bu,Einstein'ınkabuledeceğibir tanımde ğildir.Einstein'agöre,Barney ivmelenmemektedir.Hiçbir kuvvet

hissetmez. Ağırlıksızdır. Boş uzayın karanlığında yüzüyor muş gibi hisseder. Bütün hareketlerinkarşılaştırılacağıstandardıBarneyoluşturmaktadır.Bukarşılaştırmayagöre,şuandaevinizdebukitabıokurkensizde ivmeleniyorsunuzdemektir.Barneydüşerkenpencerenizinönündengeçerveonunbakışaçısına göre -ki Einstein'a göre hareket için gerçek referans noktası budur- siz, Dünya ve normaldedurağanolduğunudüşündüğümüzherşeyyukarıdoğruivmelenmektedir.YaniEinstein,el manınNewton'unkafasınadüşmediğini,Newton'unyükselerekelmayaçarptığınıönesürerdi.

Bunun hareket konusunda tamamen farklı bir düşünme biçi mi olduğu açıktır. En basit algıyla,kütleçekiminin etkisini ancak ona direnirseniz hissedersiniz. Ama kendinizi tümüyle kütleçe kiminebırakırsanız, onu hissetmezsiniz. Başka hiçbir etkiye (ör neğin havanın direncine) maruz kalmadığınızıvarsayarsak, kütleçekimine teslim olur ve kendinizi serbest düşmeye bırakırsa nız, boş uzayda yüzüyorolsaydınız hissedeceğiniz gibi hisseder siniz. Bu durumda sizin bakış açınız, hiç duraksamadan,ivmelenmeyenbirkimseninbakışaçısıolarakdeğerlendirilir.

Toparlayacakolursak,isteruzayınderinliklerindeolsunlaris terbirazdanyereçarpacakşekildeserbestdüşme hareketi ya pıyor olsunlar, yalnızca serbest olarak yüzmekte olan bireyler hiçbir ivmeyaşamadıklarını söylemekte haklıdır. Eğer böyle bir gözlemcinin yanından geçerseniz ve sizinle onunarasındagöre libirivmelenmevarsa,ozamanEinstein'agöresizivmeleniyor sunuzdemektir.

Gerçekten de ne Itchy, ne Scratchy, ne Apu, ne Martin düello sırasında ivmelenmediklerini önesürebilir, çünkü tümü de kütleçekiminin kendilerini aşağıya doğru çektiğini hissetmektedir Bu, öncekitartışmamızı etkilemez çünkü orada sadece yatay ha reketle, yani tüm katılımcıların hissettiği düşeykütleçekiminden etkilenmeyen hareketle ilgilenmiştik. Ama önemli bir ilke olarak tekrar belirtelim,Einstein'ın kütleçekimi ile ivme arasında bul duğu bağ, ancak hiçbir kuvvet hissetmeyen gözlemcileridura ğankabuledebileceğimizanlamınagelir.

KütleçekimiileivmearasındabağkuranEinstein,artıkNewtonuncevapsızbıraktığısoruyuelealmayavekütleçekimininetkisininasıluyguladığınıaraştırmayahazırdı.

Yamulmalar,EğrilerveKütleçekimi

Einsteinözelgörelilikle,hergözlemcininuzay-zamanı,za mandaardışıkolarakbirbiriniizleyenanlardauzayın tümü ola rak kabul ettikleri paralel dilimlere böldüğünü gösterdi. Ama burada beklenmedik birdeğişiklikvardı:Birbirlerinegöresabithızlahareketedengözlemcileruzay-zamanıfarklıaçılarlakese -ceklerdi. Eğer böyle gözlemcilerden biri ivmelenmeye başlarsa, hızındaki ve/veya hareket yönündekianlık değişmelerin, kesti ği dilimlerin açılarının ve yönelişlerinin değişmesiyle sonuçlana cağını tahminedebilirsiniz.Olan,kabacabudur.CarlFriedrichGauss'un,BernhardRiemann'ınvediğerondokuzuncuyüzyıl matematikçilerinin öne sürdüğü görüşlerden yararlanan Einste in, uzay-zaman somununun farklıaçılarda kesilmiş dilimlerinin, git gide eğri dilimlere dönüştüğünü ama bunların, Şekil 3.8'de şematikolarakgösterildiğibiçimde,tıpkıiçiçegeçmişkaşıklargibibirbirlerinetamolarakuyduğunugösterdi.Yaniivmelenenbirgözlemcininkeseceğiuzaydilimleriyamulmuşolacaktı.

Einstein,bukavrayışla,eşdeğerlikilkesindençoketkilibirbi çimdefaydalanmışoluyordu.Kütleçekimive ivmeeşdeğerliol duklarından,Einsteinkütleçekimininuzay-zamanındokusundakiyamulmalardanveeğrilmelerdenbaşkabirşeyolamayaca ğınıanladı.Şimdibununneanlamageldiğinigörelim.

Eğerdüzgünbirahşapyüzeyüzerindebirbilyeyuvarlarsa nız,bilyedoğrubirçizgiüzerindeyolalır.Amaeğerodayıbir süreönce subasmışvezeminkururkenbazıyerleriyamulmuşve eğrilmişsebilyeartıkaynıyoluizlemeyecektir.Yüzeydekiyamulmalarıveeğrilmeleriizleyerekfarklıyönleregidecektir.Einstein iştebubasit fikri evrenindokusunauyguladı.Maddeveenerjininolmadığıbirdurumda -yaniGüneş'in,Dünya'nınveyıldızlarınolmadığıdurumda-uzay-zamandayamulmalarveeğriler(nasıldüzgün

birahşapyüzeydedeyoksa)yoktur.Okoşuldauzay-zamandüzdür.Budurumuzayınbirdilimiüzeri neodaklandığımız Şekil 3.9a'da şematik olarak gösterilmiştir. Elbette uzay aslında üç boyutludur,dolayısıyla Şekil 3.9b'deki gösterim daha doğrudur, ama iki boyutlu çizimleri anlamak da ha kolayolduğundanbunlarıkullanmayı sürdüreceğiz.Einste inmadde ve enerjinin uzayda, su basmasının ahşapzeminüze rindeyarattığıetkiyebenzerbiretkiyarattığınıdüşündü.Maddeveenerji,örneğinGüneş,Şekil3.10a ve 3.10b'de gösterildi ği gibi uzayın (ve uzay-zamanın) yamulmasına ve eğrilmesine neden olur.Einstein,yamulmuşahşapyüzeydeeğribiryolizleyerekyuvarlananbilyegibi,yamulmuşuzaydahareketeden bütün cisimlerin -örneğinGüneş'in yakınlarında hareket edenDünya'nın- Şekil 3.11a ve 3.1lb'degösterildiğigibieğribiryolizleyeceğinigösterdi.

Sankimaddeveenerji,uzay-zamanındokusunungörünmezeliyle,cisimleriyönlendirdiği,kanallardanve vadilerden oluşan bir ağ oluşturuyor gibidir. Einstein'a göre, kütleçekimi etkisini işte böylegöstermektedir. Aynı şey yakın çevremizde de olur: Şu anda vücudunuz, Dünya'nın uzay-zamanındokusundane denolduğubirgirintiyedoğrukaymakistiyor.Amahareketi niz,üzerindedurduğunuzyadaoturduğunuz yüzey tarafından engelleniyor. Yaşamınızın her anında hissettiğiniz o yukarı doğru itme -yürürken olsun, odanızda dururken olsun, koltuğunuzda oturur ya da yatağınızda yatarken olsun- uzay-zamandakibirvadidenkaymanızıengellemeyeyarıyor.Birtramplendenatladı ğınızda,vücudunuzunuzay-zamandaki kanallardan biri boyunca serbestçe hareket etmesine izin vererek kütleçekimine teslimoluyorsunuzdemektir.

Şekil3.8Genelgöreliliğegöre,uzay-zamansomuna, (birbirlerinegörehareketliolangözlemciler tarafından)bellianlardavefarklı açılarda uzay dilimlerine bölünmekle kalmayacak, dilimlerin kendileri de madde ve enerjinin varlığı nedeniyle yamulupeğrilecektir.

Şekil 3.9, Şekil 3.10 ve Şekil 3.11 şematik olarak Einstein'ın zaferle sonuçlanan on yıllıkmücadelesini gösteriyor. Einstein'ın o yıllar boyunca yaptığı çalışmaların büyük bir kısmı, belli mik-tardakimaddeveenerjininnedenolacağıyamulmanınbiçimi nivebüyüklüğünü tamolarakbelirlemeyeyönelikti. Gördüğünüz şekillerin temelinde Einstein'ın bulduğu matematiksel sonuç yatmaktadır ve bumatematiksel sonuç Einstein Alan Denklemleri adı verilen denklemlerde somutlaşır. Bu addan daanlaşıldığıgibi,Einsteinuzay-zamanınyamulmasınabirkütleçekimiala nınınkanıtı-yanigeometrikolaraksomutlaşması- olarak bakı yordu. Einstein problemi geometrik olarak tanımlayarak, Maxwelldenklemlerininelektromanyetizmaiçinyaptığınıkütleçeki miiçinyapandenklemlerbulmayıbaşarmıştı.

Şekil3.9(a)Düzuzay(ikiboyutlu)(b)Düzuzay(üçboyutlu)

Şekil3.10(a)Güneş’inuzayıyamultması(ikiboyutlu)(b)Güneş’inuzayıyamultması(üçboyutlu)

Buaddandaanlaşıldığıgibi,Einsteinuzay-zamanınyamulmasınabirkütleçekimiala nınınkanıtı-yanigeometrikolaraksomutlaşması-olarakbakı yordu.Einsteinproblemigeometrikolaraktanımlayarak,Maxwell denklemlerinin elektromanyetizma için yaptığını kütleçeki mi için yapan denklemler bulmayıbaşarmıştı.

Einstein ve başkaları bu denklemleri kullanarak, şu ya da bu gezegenin, hatta uzak bir yıldızdanyayılanışığıneğrilmişuzay-zamandahareketederkenizleyeceğiyolhakkındaöngörülerdebulunabildiler.Bu öngörüler büyük bir kesinlikle doğrulanmakla kalmadı, Newton'un kuramının öngörüleriylekarşılaştırıldı ğında Einstein'ın kuramının özellikle detaylarda gerçeğe tutarlı bir biçimde uyduğuanlaşıldı.

Şekil 3.11 Dünya, Güneş'in varlığının uzay-zamanın dokusunda neden olduğu eğrileri izlediği için Güneş'in çevresindeyörüngedekalır,(a)ikiboyutlu(b)Üçboyutlu

Kütleçekiminin etkisini hangi mekanizmayla gösterdiğini ayrıntılı olarak betimlediği için, genelgöreliliğinkütleçekimininetkisininekadarhızlıilettiğinibelirlemeküzerebirçerçeveoluşturmasıdaaynıderecedeönemlidir.

Kütleçekimininiletilmesininhızı,uzayınşeklininzamaniçindenekadarhızlıdeğişebileceğisorusunagelip dayanır. Yani, yamulmalar ve dalgacıklar -durgun bir havuza atılan bir çakıl taşının yarattığıdalgacıklara benzer- uzayda bir yerden bir ye re ne kadar hızlı yayılabilir?Einstein bunu hesaplamayıbaşar dı, ulaştığı sonuç son derece sevindiriciydi. Einstein, yamulmanın ve dalgacıkların -yanikütleçekiminin-Newton'unkütleçe kimihesaplarındaolduğugibibiryerdenbiryereanındayayılmadığınıbuldu.Buyamulmalarvedalgacıklartamolarakışıkhızıylayayılır.Nebirazdahaaz,nebirazdahafazla;tamola raközelgöreliliğinkoyduğuhızsınırınauyanbirhızdayayılır lar.EğerdünyadışıyaratıklarAy'ıyörüngesinden çıkarsaydı, sular bir buçuk saniye sonra çekilmeye başlayacaktı, tam da bi zim Ay'ınkaybolduğunugöreceğimizanda.Newton'unkura mınınbaşarısızolduğuyerdeEinstein'ıngenelgöreliliğiüstüngeliyordu.

GenelGörelilikveKova

Genelgörelilikbizematematiksel olarak zarif, kavramsalola rakgüçlüve ilkkez tümüyle tutarlı birkütleçekimi kuramı ka zandırmanın ötesinde, uzay ve zamana bakışımızı da tamamen yenidenbiçimlendirmiştir. HemNewton'un görüşüne, hem de özel göreliliğe göre uzay ve zaman, evrendekiolaylar için değiş meyen bir sahne oluşturmaktaydı. Her ne kadar kozmosu ardı şık anlarda uzaydilimlerinebölmeközelgöreliliğeNewton'unzamanındaaklabilegelmeyecekbiresneklikveriyorsada,uzayvezamanevrendeolupbitenleretepkivermez.Uzay-zaman(yadahepdediğimizgibisomun)artıkverili kabul edilmekte dir.Genel görelilikte bunlar değişir.Uzay ve zaman, evrilmekte olan evrendekioyuncularhalinegelir,canlanırlar.Burada kimaddeoradakiuzayınyamulmasınanedenolur,buyamulmaoradakimaddeninhareketetmesine,budadahauzaktakiuza yındahafazlayamulmasınanedenolurvb.Genel görelilik uza yın, zamanın, maddenin ve enerjinin iç içe geçmiş kozmik dansı nın koreografisiniyapar.

Bu çok çarpıcı bir gelişmedir. Ama şimdi, asıl konumuza ge ri dönmeliyiz: Kovaya ne olur? Genelgörelilik,Einstein'ınumduğugibi,Mach'ıngörelilikçifikirleriiçingerekenfiziktemeli nioluştururmu?

Yıllariçindebusoruçoktartışmayarattı.Einsteinbaşlangıç tagenelgöreliliğin,Mach'ınbakışaçısını-ki Einstein çok önemli bulduğu bu bakış açısına Mach ilkesi adını vermişti- tamamıyla içerdiğinidüşünmüştü.Nitekim1913'tegenelgöreliliğinsonparçalarınıyerliyerinekoymakiçinyoğunbirşekilde

çalışırken, Mach'a, genel göreliliğin Mach'ın Newton'un kova deneyi ile il gili analizini nasıldoğrulayacağını heyecanla anlattığı birmektup yazmıştı. 1918'de, genel göreliliğin ardındaki üç temeltileri sıraladığı birmakale yazdığındada listedeki üçüncü fikirMach ilkesiydi.Amagenel göreliliğinanlaşılmasızordurvebazıözel liklerinintamolarakdeğerlendirilmesi,aralarındaEinstein'ındaolduğufizikçilerin yıllarını almıştır. Bu özellikler daha iyi anla şıldıkça, Einstein Mach ilkesinin genelgörelilikle birleştirilme sinin giderek zorlaştığını anlamaya başlamıştı. Mach'ın fikirleri Einstein içinyavaşyavaşhayalkırıklığınadönüşmüşveömrününilerikiyıllarındabufikirleriterketmiştir.

Daha sonra devam eden yarım yüzyıllık araştırmalar sayesinde ve bugünden geriye bakınca, genelgöreliliğinMach'ın akıl yürütmesine ne derece uyduğunu tekrar gözden geçirebiliriz.Her ne kadar bukonuda hâlâ bazı tartışmalar varsa da, sanırım en doğru ifade şu: Genel görelilik bazı bakımlardanbelirginbirMachçıniteliğesahip,amaMach'ınsavunduğu tamamengöreli likçibakışaçısınauymuyor.Şunudemekistiyorum:

Mach, dönmekte olan suyun yüzeyinin içbükey olmasının, kollarınızın dışarıya doğru savrulduğunuhissetmenizin,ikitaşıbirbirinebağlayanipingerilmesininvarsayımsal-veMach'agöretamamenhatalı-bir mutlak uzay (bugünkü anlayışımıza göre mutlak uzay-zaman) kavramıyla ilgisi olmadığını ilerisürmüş tü.Mach,bütünbunların,kozmosadağılmışbütünmaddeyegöreivmelihareketinkanıtıolduğunusöylüyordu.Maddeolma saydıivmekavramıolmayacaktıveyukarıdasıralananfizikseletkilerin(suyunyüzeyininiçbükeyolması,kollarındışarıdoğrusavrulması,ipingerilmesi)hiçbirigözlenmeyecekti.

Peki,genelgörelilikbukonudanediyor?

Genelgöreliliğegöre,bütünhareketlerinveözellikleivmelihareketinreferanssistemi,serbestdüşmehalindeki -kütleçeki mine tümüyle teslim olmuş ve üzerlerine başka herhangi bir kuvvet etkimeyen-gözlemcilerdir.Şuönemlibirnoktadır:Serbestçedüşmekteolangözlemcininmaruzkaldığıkütleçekimikuvveti, kozmosa dağılmış haldeki bütün maddeden (ve enerjiden) kaynaklanır. Dünya, Ay, uzakgezegenler,yıldızlar,gazbulutla rı,kuazarlarvegalaksiler;hepsi, şuandaoturmaktaolduğunuzyerdekikütleçekimi alanına (geometri dilinde uzay-zamanın eğriliğine) katkıda bulunur.Daha büyük kütleli vedahayakında kişeylerdahabüyükkütleçekimietkisiuygular,amayinedehis settiğinizkütleçekimialanıtümmaddenin toplam etkisini temsil eder.Kendinizi kütleçekiminin etkisine bırakıp da serbest düşmehareketi yapacak olsaydınız -bu durumda başka bir cis min ivmelenip ivmelenmediğine kararverilebilmesi için gereken referans noktası siz olurdunuz- izleyeceğiniz yol kozmostaki bütün madde,göktekiyıldızlarvekomşunuzunevi tarafındanetkilenirdi. İştebunedenle,genelgöreliliktebir cisminivmelendiği söylendiği zaman, o cisim evrene dağılmış maddenin belir lediği referans sistemine göreivmeleniyor demektir. Bu sonuç, Mach'ın savunduğu fikirleri andırmaktadır. Dolayısı ile bu anlamdagenelgörelilikMach'ındüşüncelerindenbazılarınıiçerir.

Yinede, genel görelilikMach'ın fikirlerinin tümüneuymaz.Bunu,bir kezdaha, bomboşbir evrendedönmekte olan kova örneğinde doğrudan görebiliriz. Boş ve değişmeyen bir evrende -yıldızlar yok,gezegenler yok, hiçbir şey yok- kütleçekimi yoktur. Kütleçekimi olmadan da uzay yamulmaz -Şekil3.9b'degösterilenbasit,hiçbireğriliğinolmadığıbirhaldeolur-budaözelgöreliliğinbasityapısınageridöndüğümüz anlamına gelir. (Einstein'ın özel göreliliği geliştirirken kütleçekimini göz ardı ettiğiniunutmayın.Genel görelilik bu eksikliği kütleçekimini işin içine katarak telafi eder, ama evren boş vedeğişmez olduğunda kütleçekimi de yoktur ve bu durumda genel görelilik özel göreliliğe dönüşür.)Kovayışimdibuboşevrenekoyarsak,kütle siçokküçükolduğundanvarlığıuzayınşeklinihiçetkilemez.Bu nedenle daha önce ele aldığımız özel görelilik ve kova tartışma sı, genel görelilik için de aynengeçerliolur.Mach'ınöngörüsününtersine,genelgörelilikdeözelgörelilikleaynıcevabıverirvebomboşbir evrende bile, dönmekte olan kovanın iç yüzüne doğru bastırıldığınızı hissedeceğinizi-, bomboş birevrende, kendi çevrenizde döndüğünüzde kollarınızın dışarıya doğru savrul duğunu hissedeceğinizi-,bomboşbirevrende,dönmekteolan iki taşıbirbirinebağlayan ipingerileceğinisöyler.Buradan, genelgöreliliktebileboşuzay-zamanınivmelihareketiçinbirreferanssistemisağladığısonucunuçıkarırız.

Bunedenle,hernekadargenelgörelilikMach'ındüşünüşündekibazıöğeleri işin içinekatıyorsada,

Mach'ınsavunduğu,ha reketintümüylegöreliolduğufikriyleuyuşmaz.Mach'ınilke si,devrimniteliğindebirkeşfiesinleyenamaokeşfin,kendisi neesinkaynağıolanfikritamameniçermediğikışkırtıcıfikirle reiyibirörnektir.

ÜçüncüBinyıldaUzay-Zaman

Dönenkovanıngeçmişioldukçaeskidir.Newton'unmutlakuzayvemutlakzamanından,Leibniz'inveMach'ıngöreli likçidüşüncelerine,Einstein'ınözelgörelilikleuzayvezama nıngöreliolduğunu,amabiraraya geldiklerindemutlak uzay- zamanı oluşturduklarını fark edişine ve daha sonra genel göreli likleuzay-zamanın sürekli evrilen kozmosta dinamik bir oyuncu olduğunu keşfedişine kadar, kova heporadaydı.Aklıngerisindefırılfırıldönerek,uzayıngörünmez,soyutveelletutulamazözünün-dahagenelolarakuzay-zamanın-hareket içinsağlambir referanssistemioluşturupoluşturmadığınıölçen,basitvesessizbirsınavoluşturuyordu.Karar?Hernekadarbukonuhâlâtar tışılmaktaisede,gördüğümüzgibi,Einstein ve genel göreliliğin en basit yorumu, uzay-zamanın böylesi bir referans noktası sağladığıyolundadır:Yaniuzay-zamanbirşeydir.

Ancakbusonucun,dahagenelbirbiçimdetanımlananbirgörelilikçibakışındestekçileritarafındandasevinçlekarşılandığı nıgözdenkaçırmamakgerekir.Newton'unveardındanözelgöreliliğinbakışaçısınagöre,önceuzaysonradandauzay-zaman, ivmelihareketi tanımlamakiçinbirreferanssistemisağlayanvarlıklarolarakkullanılmıştır.Bubakışaçılarınagöreuzayveuzay-zamankesinlikledeğişmezolduğuiçin,buivmekavramıdamutlaktır.Amagenelgörelilikteuzay-zamanınkarakteritümüylefarklıdır.Genelgörelilikteuzayvezamandinamiktir:De ğişebilirler.Kütleveenerjininvarlığınatepkiverirler:Mutlakdeğildirler. Uzay-zaman ve özellikle de uzay-zamanın yamulması ve eğrilmesi, kütleçekimi alanınınsomutlaşmasıdır. Bu nedenle, genel görelilikte uzay-zamana göre ivme, önceki kuramlar ta rafındankullanılanmutlak kavramdan çok uzaktır. Tam tersi ne, Einstein'ın ölmeden birkaç yıl önce kanıtladığıgibi,genel göreliliğin uzay-zamanına göre ivme görelilikçidir.Burada bahsedilenmaddesel cisimlere,örneğintaşlarayadayıldızlaragö reivmedeğil,amabirokadargerçek,elletutulurvedeğişebilirbirşeye göre ivme: Bir alana, kütleçekimi alanına göre. Bu anlamda, genel görelilikte uzay-zaman -kütleçekiminin somutlaş mış hali olarak- öylesine gerçektir ki, oluşturduğu referans siste mini çoğugörelilikçirahatlıklakabuledebilir.

Bubölümdeele almankonularüzerindeki tartışma,bizuza yın, zamanınveuzay-zamanıngerçekteneolduğunuanlamayaçalıştığımızsürecehiçkuşkusuzdevamedecektir.Kuantumme kaniğiningelişmesiyleişlerbirazdahakarmaşıkhalegelmiştir.Kuantumbelirsizliğisahneyeçıktığında,boşuzayvehiçlikkav -ramları yepyeni anlamlar kazanır. Nitekim Einstein'ın esir kav ramını yok ettiği 1905'ten sonra uzayıngörülemeyen maddeler le dolu olduğu fikri geri döndü. İlerideki bölümlerde göreceğiniz gibi, modernfiziktekiönemlibazıgelişmelerle,esirebenze yenbirşeyindeğişiktürlerininvarolabileceğiönesürüldü.Bunlarınhiçbiriesirgibihareketiçinmutlakbirstandartoluştur muyor,amahepsideuzay-zamanınboşolmasının ne demek ol duğunu cesur bir biçimde sorguluyor. Üstelik şimdi göreceği miz gibi, şaşırtıcıkuantum bağlantıları, klasik bir evrende uza yın -bir cismi diğerinden ayıran ortam olarak, bir cismindiğerbircisimdenayrıkvebağımsızolduğunukesinbirbiçimdesöyleyebilmemizisağlayanortamolarakuzayın-oynadığıentemelrolemeydanokuyor.

IV.Bölüm–DolanıkUzay

Özel ve genel göreliliği kabul etmek, Newton'un mutlak uzay ve mutlak zamanından vazgeçmekdemektir. Kolay olmasa da zihninizi bunu yapmak üzere eğite bilirsiniz. Her hareket edişinizde sizinşimdinizin, sizinle birlikte hareket etmeyenlerin şimdilerinden farklı hale geldiğini hayal edin. Birotoyolda otomobil kullanırken saatinizin, yanlarından hızla geçip geçtiğiniz evlerdeki saatlerden dahafarklıbirhızdaçalıştığınıha3'aledin.Birdağıntepesindençevreyebakarken,dağıneteğindekütleçekimikuvvetinidahakuvvetlihissedenle reoranlazamanınsiziniçinuzay-zamanınyamulmasınedeniyledahahızlıgeçtiğinihayaledin. "Hayaledin"diyorum,çünküböyle sıradandurumlardagöreliliğinetkileriokadar küçüktür ki hiç fark edilmezler. Bu nedenle, gündelik deneyimlerimiz, evrenin gerçekten nasılişlediğinigöstermez.Einstein'danyüzyılsonrahâlâhiçkimsenin,hattaprofesyonelfizikçilerinbilegöre -liliği iliklerinde hissetmemesinin nedeni budur. Bu, hiç de şaşır tıcı değil; göreliliği tam olarakkavramanın insanagetirdiği "ha yatta kalma" avantajının ne olduğunu anlamak zordur.Günde lik hayattabizietkileyenortaderecedekikütleçekimiveşahitol duğumuzdüşükhızlarda,Newton'unaslındahatalıolan mutlak uzay ve mutlak zaman kavramları son derece mükemmel sonuçlar verir; o nedenle deduyularımız,görelilikçibirkavrayışgeliştirmeküzereevrimselbirbaskıaltındadeğildir.Dolayısıyladagöreliliğin tam olarak farkına varmak ve gerçekten kav rayabilmek için çaba gösterip duyularımızınbıraktığıboşluğuzekâmızladoldurmamızgerekir.

Görelilikevreneilişkingelenekselfikirlerimizdençokbüyükbirkopuşutemsilederken,1900ve1930yıllarıarasındabirbaş kadevrimdefiziğinaltınıüstünegetiriyordu.Budevrimyir minciyüzyılınbaşındabiriniMaxPlanck'ın,diğeriniEinstein'ınyazdığıışınımınözelliklerineilişkinikimakaleilebaşlamıştı.İşte bu makaleler yoğun araştırma ile geçen otuz yılın ardından kuantum mekaniğininformülleştirilmesineyolaçtı.Etkileriuçhızvekütleçekimideğerlerindebelirginhalegelengörelilikteolduğugibi,kuantummekaniğininyeni fiziğidekendisiniancakbirbaşkauçdurumdacömertçeortayakoyuyordu: Çok çok küçük şeylerin dünyasında. Ama göreliliğin yol açtığı altüst oluşla kuantummekaniğininyolaçtığıaltüstoluşarasındakeskinbirayrımvardır.Göreliliğingaripolmasınınnedeni,her birimizin kişi sel uzay ve zamandeneyimlerinin başkalarının deneyimlerinden farklı olmasıdır.Bu,karşılaştırmadan doğan bir garipliktir.Ger çekliğe bakışımızın pek çok başka bakış açısından -aslındasonsuz sayıdaki bakış açısından yalnızca biri olduğunu, tüm bu ba kışların da uzay-zamanın kesintisizbütünündebirbirlerineuyduğunukabuletmekzorundakalırız.Kuantummekaniği farklıdır.Garipliği bir karşılaştırmayapmadandaortadadır.Kuantummekaniğine

dairbirsezgiyesahipolmakiçinzihninizieğitmenizdahazordur,çünkükuantummekaniğikendikişisel,bireyselgerçeklikkavramımızıparamparçaeder.

KuantumaGöreDünya

Her çağ, evrenin nasıl oluştuğuna veya yapılandığına ilişkin kendi öykülerini yani metaforlarınıgeliştirir. Eski bir Hint yaratılış efsanesine göre evren, tanrılar Purusa adlı tarih öncesi deviparçaladıkları zaman yaratılmıştır; devin başı gökyüzü, ayakları yeryüzü, nefesi de rüzgâr olmuştur.Aristoteles'e göre evren eşmerkezli elli beş kristal küreden oluşmaktaydı; en dıştaki küre gökyüzünütemsilediyor,gezegenleri,Dünyayıveonunöğe lerini,sonolarakdacehennemitemsiledenyediküreyisarmalıyordu.Newtonlaveonunhareketimatematikselolarakke sinvebelirlenimcibirbiçimdeformüleetmesi sonucunda, ta nım yeniden değişti. Evren çok büyük bir mekanik saate benzetildi: Zembereğikurulupbaşlangıç ayarı yapılmış olan evren, bir andandiğerine tambir düzenlilik ve öngörülebirlikletıkırtı kırilerliyordu.

Özelvegenelgörelilik,mekaniksaatbenzetmesindezorkavranılırbazınoktalaradikkatçekti:Tekveevrensel bir saat yoktur, bir dakikayı ve şimdiyi neyin oluşturduğu konusunda fikir birliği yoktur. Bu

durumda bile hâlâ evrimleşen evren hakkında "bir mekanik saat" öyküsü anlatabilirsiniz. Saat sizinsaatinizdir.Öyküsizinöykünüzdür.Amaevren,Newtoncuçerçeve deolduğugibi,geneaynıdüzenlilikveöngörülebilirlikle evrimleşir. Eğer bir şekilde, evrenin şu andaki durumunu biliyorsanız -yani herparçacığın nerede olduğunu, hangi hızla ve hangi doğrultuda hareket ettiğini biliyorsanız- o zaman,NewtondaEins teindaprensipte fizik yasalarını kullanarak evrendeki her şeyingelecekte herhangi birzamanda nasıl olacağını öngörebileceği niz ve geçmişte herhangi bir zamanda nasıl olduğunu anlayabi -leceğinizüzerindeanlaşır.

Kuantum mekaniği bu gelenekten ayrılır. Tek bir parçacığın bile konumunu ve doğrusal hızını tamolarakaslabilemeyiz.Bı rakın bütün kozmosun evrimini, deneylerin en basitinin bile so nucunu tambirkesinlikle tahminedemeyiz.Kuantummekani ği, ancak bir deneyin şu veya bu sonucu verme olasılığımtahmin edebileceğimizi gösterir. Kuantum mekaniği on yıllar içinde son derece duyarlı deneylerlekanıtlandıkça, Newton'un kozmik sa ati hatta bu saatin Einstein tarafından güncelleştirilmiş hali bilesağlambirbenzetmeolmaktançıkmıştırveaçıkbirşekildeevre ninnasılişlemediğinigöstermektedir.

Ama gelenekten kopuş henüz tamamlanmamıştır. Her ne ka darNewton'un ve Einstein'ın kuramlarıuzayın ve zamanın do ğası konularında birbirlerinden keskin bir şekilde farklı olsa da, bazı temelgerçeklerdevekanıtgerektirmiyorgibigörünenba zıdoğrulardafikirbirliğiiçindedirler.Eğerikicisminarasında uzay varsa -yani havada iki kuş varsa ve biri epey uzakta sağı nızda, diğeri ise epey uzaktasolunuzdaysa- bu iki şeyin birbi rinden bağımsız olduğunu kabul edebiliriz ve ediyoruz. Bunla rıbirbirlerindenayrık,farklıvarlıklarolarakelealırız.Temeldeneolursaolsunuzay,bircismidiğerindenayıran,ayırtedilme sinimümkünkılanortamısağlar.Uzayınyaptığıbudur.Uzaydafarklıkonumlardaolanşeyler, farklı şeylerdir.Dahası, bir cismin diğer bir cismi etkileyebilmesi için ikisini ayıran uzayı birşekildeaşmasıgerekir.Birkuşuçarakdiğerkuşlaarasında kiuzayıkatedipdiğerinigagalayabilir.Birkimse,kuşasapanlabirtaşatıptaşınkuşlaarasındakiuzayıkatetmesinisağlayabiliryadayüksekseslebağırıp çarpışan hava moleküllerinin domino etkisiyle başka bir kişinin kulak zarını titreştirmesinisağlayabi lir.Başkadüzeydebirörnekverecekolursak,birkişidiğerbirkişininüzerindebirlazerdemetigöndererek,yaniaradakiuza yıbirelektromanyetikdalganınaşmasıyla,biretkiuygulayabiliryadadahahırslı biriyse (geçen bölümdeki şakacı uzaylılar gibi) bir noktadan diğerine kütleçekimsel etkilergöndererekbüyükkütlelibircismi (örneğinAy'ı) sallayabiliryadayerinideğiştire bilir.Yaniburadan,olduğumuzyerden,oradakibirinietkileye biliriz,amabununasılyaparsakyapalımdaimabirkişininveyabir şeyin buradan oraya gitmesi gerekir ve ancak o kişi veya şey buradan oraya gittiğinde bir etkiuygulanabilir.

Fizikçiler evrenin bu özelliğine, yalnızca hemen yanınızdaki, yani yerel noktaları doğrudanetkileyebileceğinizivurgulamaküzereyerellikadınıverir.Amaörneğinvudubüyüleri,yerelliğiaykırıdır,çünküodurumdaburadayaptığınızbirşeyle(buradanorayaherhangibirşeygöndermeden)oradakibirşeyi etkileyebilirsiniz. Ama ortak deneyimlerimiz, bize doğrulanabilir ve tekrarlanabilir deneylerinyerelliğeuyacağınısöyler.Veçoğudauyar.Amasonyirmiyirmiceyıldayapılanbazıdeneyler,buradayaptığımızbir şeyin (birparçacığınbelli

özellikleriniölçmekgi bi)buradanorayabirşeygöndermeksizin,oradaolanbirşeyle(uzaktakibirbaşkaparçacığınözelliklerininölçülmesininsonucugibi)kolaycafarkedilmeyecekbirbiçimdebağlantılıola -bileceğinigöstermiştir.Sezgiselolarakşaşırtıcıolsada,buol gukuantummekaniğiyasalarına tamamenuyar; bu deneyin ya pılmasını sağlayacak teknolojinin ortaya çıkmasından ve daha da önemlisi yapılanöngörünündoğruolduğunungözlenmesindençokdahaöncekuantummekaniğikullanılaraköngörülmüş tür.Bu,insanavudubüyüsügibigeliyor.Kuantummekaniğininböylebirözelliğiolabileceğinifarkedenilkfizikçilerden olan -ve bunu eleştiren- Einstein, buna "ürkütücü" demişti. Ama görece ğimiz gibi, budeneylerin doğruladığı uzunmesafeli bağlantılar sonderece zor fark edilebilir bağlantılardır vebizimkontrolye teneğimizintemellidışındalardır.

Bununlabirlikte,hemkuramsalhemdedeneyseldeğerlendir melerdeneldeedilenbusonuçlar,evreninyerelolmayanbağlantılaraolanakverdiği fikrinikuvvetlibirbiçimdedesteklemektedir.Buradanorayabirşeygitmesebile,hattaikiolayarasındaışıkdadahilolmaküzerehiçbirşeyingitmesiiçinyeterliza -manolmasabile, buradaolanbir şeyoradaolanbir şeylebağlantılı olabilir.Bu, uzayınbir zamanlar

düşünüldüğü gibi düşünülemeyeceğini gösteriyor: iki cisim arasında ne kadar uzay bulunursa bulunsun(yaniikicisimbirbirindennekadaruzakolur saolsun),kuantummekaniğiikisininarasındabiretkileşme,bir çeşit bağolmasınımümkünkıldığından, bu iki cisminbirbirinden ayrıkolduğunungarantisi yoktur.Örneğinsizivebenioluş turansayısızparçacıktanbirikaçabilir,amasaklanamaz.Kuantumkuramınaveonunöngörülerinidoğrulayanbirçokdeneyegöre,ikiparçacıkarasında,evreninikiayrıucundaolsalarbile, kuantum bağlantıları bulunabilir. Birbirlerinden trilyonlarca ki lometre uzakta olsalar bile,aralarındakibubağaçısındanüstüs teymişgibidirler.

Gerçeklik kavramımıza modern fizikten çok sayıda saldırı geliyor; bunlardan çoğunu önümüzdekibölümlerde göreceğiz. Ama deneysel olarak kanıtlanmış olanlar arasında benim nere deyse aklımıdurduran,evrenimizinkendisininyerelolmadığı nınanlaşılmasıdır.

KırmızıveMavi

Kuantummekaniğindenkaynaklananyerel olmamadurumununne türbir şeyolduğukonusunda fikirsahibi olmak için, Ajan Scully'nin çoktan hak ettiği tatili yapıp kafa dinlemek ama cıyla ailesininProvence'dakievineçekildiğinidüşünün.Bavul larınıaçmayabilezamanbulamadan telefonçalar.AjanMulderAmerika'danaramaktadır.

"Kırmızıvemavipaketkâğıtlarıylasarılıkutuyualdınmı?"

Posta kutusundan çıkan her şeyi kapının yanına yığmış olan Scully, yığına göz atar ve paketi görür."Mulder,lütfen,oncayoluyenidosyalarlauğraşmakiçintepmedim."

"Hayır, hayır, paketi ben göndermedim. Bana da bir tane gel miş. İçinde 1’den 1000'e kadarnumaralanmış şu küçük, ışık ge çirmeyen titanyum kutulardan var; sana da aynı paketin gönde rildiğinibildirenbirdemektupvar."

"Ee, ne olmuş?" diye yavaşça yanıtlar Scully. Titanyum kutuların tatilini yarıda kesmesine nedenolacağındankorkmayabaş lamıştır.

"Şey" diye devam ederMulder, "mektupta her titanyumkutuda uzaydan gelen bir küre olduğu ve buküreninkutununüze rindekiküçükkapakaçıldığıandakırmızıyadamavibirışıkçı karacağınıyazıyor."

"Mulder,etkilenmemimibekliyorsun?"

"Henüzdeğil,amadinle.Mektupta,bütünkutularıniçinde kikürelerinkutularaçılmadanöncekırmızıyadamavi ışık ver meyeteneğinin olduğu, kürelerin kırmızıya damavi ışık verme yekapak açıldığı andarasgele karar verdiği yazıyor. Ama gariplik şurada. Mektupta bir de, her ne kadar sendeki kutularbendekilerletamolarakaynışekildeçalışıyorsada-yanikutuları mızınherbirindekikürelerkırmızıyadamaviışıkvermeyiras geleseçiyorolsabile-kutularımızın,birşekildebirlikteçalıştığıyazılmış.Mektubagöre,aradagizemlibirbağlantıvar;öyleki,benbirincikutumuaçtığımdamaviışıkçıkarsa,senbirincikutunuaçtığındadamavi ışık çıkacak; eğer ikincikutumuaçtığımdabenkırmızı ışıkgörürsem, sendeikincikutunuaçtığındakır mızıışıkgöreceksinvb."

"Mulder,gerçektençokyorgunum.Bunumaralarbendöne nekadarbekleyemezmi?"

"Scully, lütfen. Tatilde olduğunu biliyorum, ama bekleyeme yiz. Bunun doğru olup olmadığını beşdakikadaanlayabiliriz."

Scullydirenmeninboşunaolduğunuanlarveisteksizcegidipküçükkutularınıaçar.Kutulardakiışıkları

karşılaştırdıklarında, mektupta sözü edilen uyumu görürler. Kutulardaki küreler mavi ya da kırmızıyanmaktadır, ama ikisi de üzerinde aynı numara nın olduğu kutuları açtıklarında hep aynı renk ışıklakarşılaşır lar.UzaydangelenbukürelerMulder'ıheyecanlanmıştır,amaScullyhiçheyecanlanmaz.

"Mulder,asılsenin tatile ihtiyacınvar.Buçoksaçma.Açıkçagörülüyorki,kutularımızdakikürelerinhepsi, içlerindebulunduklarıkutularınkapaklarıaçıldığındakırmızı ışıkvermeküze reyadamavi ışıkvermeküzereprogramlanmış.Bu saçmalığıbi zegönderenherkimse,kutularımızı seninvebenimaynınuma ralıkutularıaçtığımızdaaynırenklerigöreceğimizşekildeprogramlamış."der,Scullysertçe.

"Ama mektupta her kürenin kırmızı veya mavi ışığı kutusunun kapağı açıldığında rasgele seçtiğiyazıyor;kürelerinikiışıktanbiriniseçmeküzereöncedenprogramlandığıyazmıyor.

"Mulder," diye içini çeker Scully, "benim açıklamam akla yatkın ve verilere de uyuyor. Daha neistiyorsun?Birdemektubunsonunabak.İştebuçokkomik."Uzaylıların"zorokunsundiye iyiceküçükharflerle yazdıkları bölümde, kürenin ışığının yanmasına sadece kutunun kapağını açmanın nedenolmadığı, eğer nasıl çalıştığını anlamak için kutuyukurcalarsakda -örneğinkutununkapağını açmadanküreninrenkbileşiminiveyakimya salyapısınıöğrenmeyeçalışırsak-küreninışıkvereceğiyazılı.Başkabirdeyişle,sözderasgelekırmızıyadamaviışıkseçiminianalizetmeyeçalışamayız,çünkübuyapmayaçalıştığımız dene yi bozar. Bu benim aslında sarışın olduğumu, ama ne zaman sen ya da bir başkasısaçlarımabaksayadaherhangibirşekildesaç larımıanalizetmeyekalksasaçlarımınkızıladönüştüğünüsöylememe benziyor. Yalan söylediğimi nasıl kanıtlayabilirsin? Se nin küçük, yeşil adamlar bayağızekiymiş,herşeyihileleriorta yaçıkmayacakşekildeayarlamışlar.Şimdisengidipkutularınlaoyna,bendebirazkafamıdinleyeyim."

Scully her şeyi bilimsel olarak sağlam bir biçimde toparla mış gibi görünüyor. Ama bir de şu var:Kuantummekaniği ile uğraşanlar -uzaylılar değil, bilim insanları- hemenhemen seksenyıldır evrenin,mektupta tanımlanan evrenenasıl bukadar paralel bir şekilde işlediğine ilişkin iddialar ortaya atıyor.Sorun şurada ki, verilerin Mulder'inkine benzer bir bakış açısını -Scully'ninkine değil- desteklediğiyolundagüçlübilimselkanıtlarvar.Örneğin,kuantummekaniğinegörebirparçacık,belir libirözelliğeyadadiğerinesahipolmadurumlarıarasındabe lirsizliktekalabilir-içlerindeolduklarıkutularınkapağıaçılma danöncekırmızıyadamavi ışıkvermeolasılıklarıarasındabe lirsizlikteolan"uzaydangelmiş"küreler gibi- ve yalnızca ona bakıldığı zaman (yani ölçüldüğü zaman), rasgele bir şekilde bel li birözelliğeyadadiğerinesahipolabilir.Sankibuyeterinceacayipdeğilmişgibi,kuantummekaniğibirdeparçacıklar ara sında, tıpkı uzaydan gelmiş küreler arasında olduğu öne sürülen bağlantılara benzerbağlantılarolabileceğiniöngörür.İkiparça cıkkuantumetkilerinedeniylebirbirlerineöyledolanabilirlerki, şuyadabuözelliği rasgele seçmeleribağıntılıolabilir:Yanina sılkürelerkırmızıyadamavi ışıkvermeyi rasgele seçiyorlarsa, ama aynı numaralı kutulardaki kürelerin verdiği ışıklar bir şekil debirbirleriilebağlantılıysa(herikisidekırmızıyadaherikisidemavi),uzaydabirbirlerindençokuzakikiparçacığınrasgeleseçtikleriözelliklerdeaynışekildebirbirleriiletamamenuyumluolabilir.Kabacasöyleyecekolursak,ikiparçacıkbirbirlerindençokuzakolsabile,kuantummekaniği,bunlardanbirineya parsadiğerinindeaynışeyiyapacağınıgösteriyor.

Somut bir örnek verelim: Eğer gözünüzde güneş gözlüğü varsa, kuantum mekaniğine göre, örneğindenizdenveyaasfaltyol dansizedoğruyansıyanbelirlibirfotonungözlüğünüzünparla mayıengelleyen,polarize camlarından geçme olasılığı% 50'dir. Foton cama çarptığı zaman ya geri yansımayı ya dagözlüğünüzün camından geçmeyi rasgele "seçer". Şaşırtıcı olan ise, böyle bir fotonun kilometrelerceuzakta, tersyöndehareketedenbireş fotonuolabilecekolmasıvebaşkabirpolarizegözlükcamındangeçmeolasılığı aynı şekilde%50olsada, o fotonundabir şekilde ilk fotonneyaparsaonuyapacakolmasıdır.Hersonuç rasgelebelirtensede, fotonlaruzaydabirbirlerindençokuzaktaolsada, eğerbirfoton camdan geçerse diğeri de geçecektir. Kuantum mekaniği tarafından öngörülen yerel olmama(dolanıkol ma)durumuiştebudur.

Hiçbirzamankuantummekaniğininbüyükbirhayranıolma yanEinstein,evreninböyleacayipkurallaragöreişliyorolması nıkabuledemiyordu.Parçacıklarınöznitelikleriniveölçüldüklerizamanortayaçıkan

sonuçlarırasgeleseçmelerikavramını içermeyen,çokdahaklasikaçıklamalarıdestekliyordu.Einstein,eğer birbirinden çok uzaktaki iki parçacığın belirli bazı öznitelikleri paylaştığı gözleniyorsa, bunun oparçacıklarınözellikleri nianındabağıntılandırangizemlibirkuantumbağlantısınınka nıtıolamayacağınıönesürüyordu.TıpkıScully'ninkürelerinrenklerirasgeleseçmediğini,gözlendiklerizamanbelirlirenkteışık vermek üzere programlanmış olduklarını iddia etmesi gibi, Einstein da parçacıkların özelliklerinirasgeleseçmediğini,ter sineuygunbirşekildegözlendiklerizamanbelirlivekesinbirözelliksergilemeküzere benzer şekilde "programlanmış" olduklarını iddia ediyordu. Einstein'a göre, birbirinden çokuzaktaki,fotonlarındavranışlarınındolanıkolması,fotonlarınsalındıklarızamanbenzerözellikleresahipolduklarınınkanıtıydı,arala rındauzunmesafeli,tuhafbirkuantumilişkisiolduğunundeğil.

Kiminhaklıolduğuna-Einstein'ınmıyoksakuantummeka niğinidestekleyenlerinmi-elliyılayakınbirsüre boyunca ka rar verilemedi, çünkü göreceğimiz gibi tartışma Scully veMul der arasında yaşanantartışmayabenzemişti:Varolduğuönesürülen,kuantummekaniğineözgü,tuhafbağlantılarınolmadığı nıkanıtlamak ve bu arada da Einstein'ın klasik görüşüne hiç dokunmamak için yapılan her girişim,deneylerinkendilerininölç meyeçalışılanözelliklerikaçınılmazolarakbozduğuiddiasıylakarşıkarşıyakalıyordu.1960'lardaherşeydeğişti.İrlandalıfi zikçiJohnBell,mükemmelbirkavrayışsergileyerekbukonunun deneysel olarak bir çözüme kavuşturulabileceğini göster di ve 1980'lerde de bu gerçekleşti.Verilerin en basit yorumu, Einstein'ın hatalı olduğunu ve hemen buradaki şeylerle uzakta ki şeylerarasındaacayip,tuhaf,"ürkütücü"kuantumdolanıklığıolabileceğinigösteriyordu.

Busonucunaltındayatanmantığınanlaşılmasıokadarzor durki,fizikçilerinbunutamolarakanlamasıotuz yıldan fazla zaman almıştır. Ama kuantum mekaniğinin temel özelliklerini inceledikten sonragöreceğizki,tartışmanınözüaslındaokadardakarmaşıkdeğildir.

BirDalgaYaratmak

Yanmışbir35mm'lik filmparçasıüzerinebirbirineçokyakınveçok ince iki çizikatıp sonra filmparçasına lazerli işaret ka lemi tutarsanız, ışığınbir dalgaolduğunun endoğrudankanıtı nı görürsünüz.Eğerbunuhiçyapmadıysanız,denemeyedeğer(filmyerinebaşkaşeyler,örneğinüsttenbastırmalıkahveservisaletlerininiçindekiincetelsüzgeçgibişeylerdekullanabilirsi niz).Lazerışığıfilminüzerindekiinceyarıklardangeçiparkadaekranadüştüğüzamanortayaçıkangörüntüde(Şekil4.1 'dekigibi)açıkrenklivekoyurenklişeritlerolacaktır.Ekrandakibugörüntü,dalgalarıntemelbirözelliğiyleaçıklanır.Gözdecanlandırılması enkolaydalgalar sudalgalanolduğu için, dalgalarla il gili temelnoktayıöncebüyük,sakinbirgöldekidalgalarlaaçıklayalım,sonradabunuışığauyarlayalım.

Şekil 4.1 Siyah bir Film üzerine kazınan iki ince çizgiden geçen lazer ışığı, ekranda ışığın dalga olduğunu gösteren girişimdesenlerioluşturur.

Birsudalgası,bazılarıherzamankindenalçak,bazılarıdaherzamankindenyüksekbölgeleryarataraksakin bir gölün yüzeyi ni bozar. Bir dalganın en yüksek kısmı tepe, en alçak kısmıysa çukur olarak

adlandırılır.Dalga, periyodik bir ardışıklık göste rir: Tepeyi çukur izler, onu yeniden tepe izler ve buböyle devam eder. Eğer iki dalga birbirine doğru gelirse -örneğin sakin bir gölde, birbirine yakın ikinoktadansuyabirertaşatarakbirbir lerinedoğruyayılandalgalaryaratırsak-karşılaştıklarızamanŞekil4.2a'dagösterilenvegirişimolarakbilinenönemlibiretkiortayaçıkar.Birdalganıntepesiylediğerinintepesikesiştiğizamansuyunyüksekliğiartar,ikitepeninyüksekliğinintoplamıkadarolur.Benzerbiçimdebir dalganın çukuru diğerinin çukuruyla kesiştiğinde, çukurun derinliği artar, iki çukurun derinli ğinintoplamıkadarolur.Enönemlibirleşimiseşudur:Birdal ganıntepesidiğerininçukuruylakarşılaştığındatepe suyu yuka rıya, çukursa aşağıya çekmeye çalışacağı için, tepe ve çukur bir birini yok eder. Eğerdalgalardanbirinintepeyüksekliği,diğe rininçukurderinliğineeşitse,tepeveçukurbirbirinitamolarakyokedeceğiiçinsuyunonoktasıtamamendüzkalır.

Şekil4.2(a)Üstüstebinensudalgalanbirgirişimdesenioluşturur,(b)Üstüstebinenışıkdalgalanbirgirişimdesenioluşturur.

Aynı ilke, iki inceyarıktangeçtikten sonra ışığınortaya çıkar dığı,Şekil 4.1'degörülendesenideaçıklar.Işıkbirelektromanyetikdalgadır;ikiyarıktangeçerkenekranadoğruilerleyenikidalgayaayrılır.Yukarıdatanımlanansudalgalarıgibibuikiışıkdalgasıdabirbirleriylegirişir.Ekrandaçeşitlinoktalaraçarptıklarındabazenikidalgadatepenoktasındaolur.Veekranıaydınlatır,bazendeikidalgadaçukurnoktasındaolurveekranıge neaydınlatır,amabazenbirdalganıntepesidiğerininçukuruylakarşılaşırvebirbirleriniyokeder,böyleceekranınonoktasıka ranlıkkalır.BudurumŞekil4.2b'degörülüyor.

Dalga hareketinin matematiksel ayrıntıları çözümlendiğinde (dalgaların tepeleri ve çukurları

arasındaki çeşitli aşamalarda gerçekleşen kısmi yok etme durumları da dahil), Şekil 4.1'deki şeritleri,karanlıkve aydınlıknoktalarındoldurduğu,gösterilebilir.Karanlıkve aydınlık şeritler ışığınbir dalgaolduğunun açık bir kanıtıdır. Bu konu, Newton'un ışığın bir dalga olmadığını, akan parçacıklardanoluştuğunuönesürmesindenbuyana(bukonuyabirazdangeleceğiz)yoğunolaraktartışılmaktadır.Üste lik,buçözümlemebütündalgatürleriiçin(ışıkdalgası,sudal gası,sesdalgası,neisterseniz)aynengeçerlidirvedolayısıylagi rişimdesenleri,birbenzetmeyapacakolursakhâlâdumanıtütmekteolanbirtabancayabenzetilebilir:Yaniuygunbüyüklükte-kibubüyüklükgelendalganıntepesiyleçukuruarasındakime safetarafından belirlenir- iki yarıktan geçirildikten sonra Şekil 4.1'dekine benzeyen bir ışık güç deseni(aydınlıkbölgeleryüksekışıkşiddetini,karanlıkbölgelersedüşükışıkşiddetinigöste rir)ortayaçıkaranşeymutlakadalgadır.

Şekil 4.3 (a) Klasik fizik, üzerinde iki yarık bulunan bir engele gönderilen elektronların ekranda aydınlık iki şeritoluşturacağınıöngörür,(b)Kuantummekaniğiiseelektronlarınbirgirişimdesenioluşturacağınıöngörür;budaelektronlarındalgabenzeriözelliklertaşıdığınıgösterir.Deneylerdebunudoğrulamaktadır.

1927'deClintonDavissonveLesterGermerbirnikelkrista liparçasınabirelektrondemeti(görünürdedalgalarlahiçilişkisiolmayanparçacıklar)gönderdiler.Deneyinayrıntılarıbiziilgi lendirmiyor,amaşuilgilendiriyor: Bu deney, üzerinde iki yarık bulunan bir engele elektron gönderilmesiyle eşdeğerdir.Deneyciler elektronların yarıklardan geçtikten sonra fosforla kaplı bir ekrana düşmesini sağladılar.Ekrana çarpan elektronlar ekranda küçük birer ışık çakımı olarak iz bırakacaktı (bu ışık çakımlarıtelevizyonunuzun ekranındaki görüntüleri oluşturan ışık çakımlarıyla aynıdır). Sonuç, şaşırtıcıydı.Elektronları küçük mermile re benzetirsek, ekrana çarptıkları noktaların konumlarının Şekil 4.3a'daolduğu gibi, iki yarıkla hizalı olması beklenir. Ama Da visson ve Germer'in bulduğu bu değildi.Deneyleri Şekil 4.3b'de şematik olarak gösterilen sonucu vermişti: Elektronların ekra na çarptıklarınoktalar,dalgalaraözgügirişimdesenleriyaratı yordu.DavissonveGermerhâlâdumanıtütmekteolantabancayı bulmuşlardı. Parçacık özelliğine sahip elektronların bir tür dalga olarak davranmasıgerektiğinigöstermişlerdi,budabeklenmedikbirşeydi.

Siz bunu pek de şaşırtıcı bulmayabilirsiniz. SuH20molekül lerinden oluşmuştur ve birçokmoleküldüzenlibirbiçimdeha reketettiğizamanbirsudalgasıortayaçıkar.BellibirkonumdakibirgrupH20molekülü yükselirken yakınlarda bir başka konumdaki bir grup H20 molekülü alçalır. Şekil 4.3'tegösteri len veriler, elektronların da bazen H20 molekülleri gibi birlikle hareket ettiğini ve toplam,makroskopikhareketlerinindalga yabenzeyenbirdesenortayaçıkardığınıgösteriyorolabilir.İlkbakıştabuaklayakınbirönerigibigelsede,asılöyküçokdahabeklenmedikşeyleranlatır.BaşlangıçtaŞekil4.3'teki elektron tabancasınınkesintisizola rakelektrongönderdiğinidüşünmüştük.Ama tabancayıherge çensaniyegiderekazalansayıdaelektrongönderecekşekildeayarlayabiliriz;hattaher10saniyede1elektrongönderecekşe kildeayarlayabiliriz.Sabırlıdavranırsak,budeneyiuzunbirza manayayabilirveyarıklardangeçenherelektronunekranahanginoktadaçarptığınıkaydedebiliriz.Şekil4.4(a),Şekil4.4(b) ve Şekil 4.4 (c) bir saat sonra, yarım gün sonra ve bir gün sonra biriken verileri gösteriyor.1920'lerde böyle görüntüler fiziği temellerinden sarsmıştı. Parçacık karakterli elektronların, ekra nabirbirlerinden bağımsız, ayrı ayrı, tek tek gönderildiklerinde bile dalgalara özgü girişim deseninioluşturduklarınıgörüyoruz.BusankitekbirH20molekülünün,birsudalgasınabenzerbirşeyiçermesi

gibidir. Ama bu nasıl olabilir ki? Dalga hareke ti, tek tek, ayrı bileşenlerine indirgendiği zaman biranlamıol mayantoplu,ortakbirözelliktir.Eğertribündekiseyircilerbir kaçdakikadabirayrıayrıayağakalkıp yeniden otursa o dalga hareketi oluşmaz.Dahası, dalga girişim deseni oluşması için buradançıkan bir dalganın oradan gelen bir dalga ile kesişmesi ge rekir. Öyleyse tek tek, ayrı ayrı, parçacıkyapısında bileşenlerin girişimle nasıl bir ilgisi olabilir ki? Ama işte Şekil 4.4'teki veri lerin degösterdiği gibi, çok küçük madde parçacıkları olan tek tek elektronların her biri dalga benzeri birözelliğedesahiptir.

Şekil4.4.Yarıklaradoğrugönderilenelektronlarnoktanoktabirgirişimdesenioluşturur.(a)-(c)'dezamanlaoluşandesenlergösterilmiştir.

OlasılıkveFizikYasaları

Eğertekbirelektronaynızamandadalgaise,ozamandal galanannedir?İlktahminiErwinSchreineryaptı:Belkideelektronlarıoluşturanmaddeuzaydadağılmaktadır,dalgalanandaiştebudağılıpyayılmışelektron özüdür. Bu bakış açısına gö re, demek ki bir elektron parçacığı elektron sisinde keskin birçıkıntıdır.Amabuönerinindoğruolamayacağı hemenanlaşıl dı, çünkü çıkıntılı bir dalgabile -örneğindevbirgelgitdalgasıenindesonundayayılır.Eğerçıkıntılıbirelektrondalgasıyayı lacakolsaydı,tekbirelektronunelektrikyükününbirbölümüburada,kütlesininbirbölümüötedeolurdu.Amaöyleolmuyor.Bir elektronunyerini saptadığımızda, daima tümkütlesi ve tümelektrik yüküdeorada, küçücük, noktabenzeri bir bölgede yoğunlaşmış oluyor. 1927'de Max Born farklı bir öneride bulundu. İleride buönerinin, fiziği yepyeni bir alana girmeye zorlayan, belirleyici bir adım olduğu anlaşılacaktı. Bohr,dalganın ne ya yılmış elektron ne de bilimde daha önce karşılaşılmış bir şey ol duğunu öne sürdü.Onagöre,dalgabirolasılıkdalgasıidi.

Bununneanlamageldiğinianlayabilmekiçin,birsudalgası nınyüksekgenliklibölgelerini(tepelerinveçukurlarınyakınlarındakibölgeler)vedüşükgenliklibölgelerini(tepelerveçukurlarınarasındaki,dahadüzgeçişbölgeleri)gösterenbirfotoğrafdüşünün.Genlikbüyüdükçesudalgasınınyakındakige milervekıyıdaki yapılar üzerine kuvvet uygulama potansiye li de o kadar büyür. Born'un öngördüğü olasılıkdalgalarınındayüksekvedüşükgenliklibölgelerivardı,amaonunbudal gaşekillerineyüklediğianlamçokbeklenmedikbir anlamdı:Uzayda, belirli bir yerdeki bir dalganın büyüklüğü, elektronunuzaydaonoktada bulunma olasılığıyla orantılıdır.Olasılık dal gasının büyük olduğu yerler, elektronun bulunmaolasılığının en yüksek olduğu yerlerdir. Olasılık dalgasının küçük olduğu yerler, elektronun bulunmaolasılığınındüşükolduğuyerlerdir.Olasılıkdalgasınınsıfırolduğuyerleriseelektronunbulunama yacağıyerlerdir.

Şekil4.5.Birparçacığın,örneğinbirelektronunolasılıkdalgasıbizeoparçacığıbiryerdebulmaolasılığınıgösterir

Şekil4.5'teBorn'unolasılıkçıyaklaşımınıvurgulayanbirola sılıkdalgasının"fotoğrafı"görülüyor.Sudalgalarınınfotoğrafı nıntersine,şekildekigörüntügerçektebirfotoğrafmakinesiyleçekilmişolamaz.Hiçkimsebir olasılıkdalgasını doğrudangör memiştir, kuantummekaniğininmantığı hiçkimsenindegöre -meyeceğini söyler. Bunun yerine, bir olasılık dalgasının veri li bir durumda nasıl olması gerektiğinigörmekiçin(Schrödinger,NielsBohr,WernerHeisenberg,PaulDiracvebaşkalarıtarafındangeliştirmiş)matematiksel denklemler kullanırız. Daha sonra bu kuramsal hesaplamaları deneysel sonuçlarlakarşılaştı rıp sınarız.Şöyle:Bir elektronunverili bir deneydüzeneğindeki varsayılanolasılıkdalgasınıhesapladıktan sonra, deneyi sıfırdan başlayarak tekrar tekrar yapar ve her seferinde elektronun he -saplanan konumunu kaydederiz.Newton 'un böyle bir durumda bekleyeceğinin aksine, birbirinin eşideneyler ve başlangıç koşulları mutlaka aynı ölçümlerle sonuçlanmaz. Yaptığımız ölçümler farklıkonumlarbelirtir.Elektronubazenburada,bazenbi razötede,bazendeiyiceötedebuluruz.Eğerkuantummekaniğidoğruise,elektronuverilibirnoktadakaçkerebulduysak, işteosayıhesapladığımızolasılıkdalgasınınonoktadakibüyüklüğüileorantılıdır(aslındabubüyüklüğünkaresidir).Seksenyıldıryapılandeneyler,kuantummekaniğinintahminlerininhesapla malarınışaşırtıcıbirdoğruluklaonaylamaktadır.

Şekil 4.5’te elektronunolasılık dalgasınınyalnızcabir bölümügösterilmektedir; kuantummekaniğinegöre, her bir olasılık dal gası, uzayın her tarafına, evrenin tümüne yayılır. Ama pek çok koşulda, birparçacığın olasılık dalgası, küçük bir bölgenin dı şında çabucak sıfıra yakın bir değere düşer; bu da oparçacığınçokamaçokbüyükbirolasılıklaişteoküçükbölgedeolduğunugösterir.Böylesidurumlardaolasılık dalgasının Şekil 4.5'te gös terilmeyen bölümü (evrenin geri kalanına yayılan bölümü) şeklinkenarlarınaçokbenzer:Düzve sıfırayakındeğerde.Bununlabirlikte,Anromedagalaksisininherhangibiryerindekibirola sılıkdalgasınındeğerisıfırdanfarklıolduğusürece,elektronunoradaolmaolasılığınekadarküçükolsadagerçektir(yanisıfır danfarklıdır).

Böylece,kuantummekaniğininbaşarısıbizielektronun(yanimaddeninçokküçükbirparçasıolduğunu,normalde uzayda çok küçük, nokta benzeri bir bölgeyi kapladığını düşündüğümüz elektronun) bütünevreneyayılanbirdalgayıiçerenbirbetimlemesinindeolduğunukabuletmeyezorlar.Dahası,kuantummekaniğinegörebuparçacık-dalgabirleşmesiyalnızcaelektron içindeğildoğanın tümbileşenleri içingeçerlidir:Protonlarda hem parçacığa hem dalgaya benzer, nötronlar da hem parçacığa, hem dalgayabenzer.1900'lerinbaşındayapılande neyler,Şekil4.1'dedalgagibidavrandığıgörülen ışığınbilepar -çacıkla, daha önce sözünü ettiğimiz, foton adı verilen "ışık paketçikleriyle" tanımlanabildiğim ortayakoymuştur.' Örneğin, yüz vatlık bir elektrik ampulünden yayılan elektromanyetik dal galar da ampulün

saniyedeyüzmilyarkeremilyarfotonyaymasışeklindedetanımlanabilir.Kuantumdünyasındaherşeyinhemparçacıkhemdedalgaözniteliğinesahipolduğunuöğrendik.

Geçtiğimiz seksen yıl süresince, kuantum mekaniğine özgü olasılık dalgalarının deney sonuçlarınınöngörülmesindeveaçıklanmasındaherzamanişeyaradığıher türlükuşkununötesindekabulgörmüştür.Ama hâlâ kuantummekaniğine özgü ola sılık dalgalarının aslında ne olduklarını gözümüzde canlandır -mamızı sağlayacak, üzerinde fikir birliğine varılmış evrensel bir fikir yoktur. Elektronun olasılıkdalgasınınelektronunkendisimiolduğunuyoksaelektronlailişkilibirşeymiolduğunuyoksaelektronunhareketini tanımlamak için kullanılan matematiksel bir araç mı olduğunu yoksa elektron hakkındabilebildiğimiz her şeyin somut halimi olduğunu söylememiz gerektiği hâlâ tartışma konusudur. Açıkçabilinenşeyvarki,odaşu:Kuantummeka niğibudalgalaryoluylafizikyasalarına,hiçkimseninbekleme -diği bir biçimde, olasılık kavramını sokmaktadır. Meteorologlar yağış tahmini yaparken olasılıkkavramını kullanır.Kumarhane lermüşterilerin zarda bir bir atma ihtimalini tahmin etmek için olasılıkhesaplarınıkullanır.Amabuörneklerdeolasılığınoyna dığı rol, elimizdekesinöngörülerdebulunmayayetecekkadarbilgiolmamasındankaynaklanıyor.Newton’agöre,eğerçevre nindurumunu(onuoluşturanparçacıklarınherbirininkonumunuvehızını)tümayrıntılarıylabilseydik,ozaman(eğerye terincehesapbecerimizvarsa)yarınöğledensonra4:07'deyağmuryağıpyağmayacağınıöngörebilirdik;zaroyunuileilgili bütün fiziksel ayrıntıları (zarların tam şeklini ve neden yapıldığını, elinizden çıktıkları andakiyönelimlerinivehızlarını,masanınveyüzeyininnedenyapıldığınıvb.)bilseydik,zarınkaçkaçgelece ğinitam olarak hesaplayabilirdik. Pratikte bütün bu bilgiyi bir araya getiremediğimiz için (eğer bir arayagetirebilsekbile,he nüzbu tipöngörülerdebulunmamızı sağlayacakhesaplamalarıyapacakkadargüçlübilgisayarlarımız olmadığı için) daha azıyla yetiniyor ve sahip olmadığımız verilerle ilgili akılcıtahminlerya parak,sadecehavanınyağmurluolmasıveyazarlarınbirbirgel mesiolasılığınıöngörüyoruz.

Kuantum mekaniğinde tanımlanan olasılık kavramının ise da ha farklı, daha temel bir karakteri var.Kuantummekaniğine göre yapabileceğimiz tek şey, veri toplama yöntemlerindeki veya bilgi sayarlarıngücündeki ilerlemelerden bağımsız olarak, şu veya bu sonucun ortaya çıkma olasılığını hesaplamak.Yapabileceğimiztekşeybirelektronun,protonun,nötronunveyadoğadakibileşenler denherhangibirininburada veya şurada olma olasılığını öngör mek.Yanimikro düzeydeki evrenin egemen gücü olasılıktır.Örneğin kuantum mekaniğinin, elektronların Şekil 4.4'te ki aydınlık ve karanlık şeritleri birer birer,zamanlanasıloluş turduğunailişkinaçıklamasıartıkaçıkçaanlaşılmıştır.Herbirelektronkendiolasılıkdalgasıylatanımlanır.Elektronyarıkla radoğrugönderildiğindeolasılıkdalgasıikiyarıktanbirdenge çer.Tıpkıışıkdalgalarındavesudalgalarındaolduğugibi,ya rıklardangeçenolasılıkdalgalarıdabirbirleriileetkileşir.Ekranınbazınoktalarındaikiolasılıkdalgasıbirbirinidesteklediğiiçinoluşangenlikbüyükolur. Başka noktalarda dalgalar birbir lerini kısmen yok ettiği için genlik küçük olur. Başka bazı nok-talarda ise,olasılıkdalgalarının tepeleriveçukurlarıbirbirleri ni tümüyleyokettiği için,dalgagenliğitam olarak sıfır olur.Ya ni ekranda elektronların çarpma olasılığının çok yüksek olduğu noktalar, buolasılığındahaazolduğuvehiçolmadığınoktalarvardır.Zamaniçindeelektronunçarpmanoktalarıbuola sılıkprofilinegöredağılır,bunedenledeekrandaparlak,dahaazparlakvetamamenkaranlıkbölgelerortaya çıkar. Ayrıntı lı çözümlemeler, bu aydınlık ve karanlık bölgelerin aynen Şekil 4.4'teki gibigörüneceğinigösteriyor.

EinsteinveKuantumMekaniği

Kuantummekaniğiiçkinolasılıkçıdoğasınedeniyle,kendindenöncegelentemelevrentanımlamalarınınhepsinden hem ni telik hem de nicelik olarak kesin olarak farklıdır. Geçen yüzyıldaki başlangıcındanitibarenfizikçilerbutuhafvealışılmadıkyapıyı,herkesinbildiğidünyagörüşüilebağdaştırmayaçalıştı,hâlâ da çalışıyorlar. Sorun, günlük hayatın makroskopik dene yimlerini kuantum mekaniğinin ortayakoyduğumikrogerçeklikleuzlaştırmakta.Ekonomikvepolitikkazalarınkaprislerinemaruzkalsadaenazından fiziksel özellikleri göz önüne alındı ğında dengeli ve güvenilir görünen bir dünyada yaşamayaalışı ğız. Şu anda solumakta olduğunuz havayı oluşturan atomların birden dağılarak kuantum dalgasıözellikleri sayesinde Ay'ın ka ranlık yüzünde tekrar ortaya çıkıp sizi havasız bırakacağından endişeetmezsiniz.Çokdahaklısınız,çünkükuantummekaniği negörebununolmaolasılığısıfırdeğilsedeçokamaçokdüşüktür.Amabuolasılığıbukadardüşükyapannedir?

Bunun iki ananedenivardır.Birincisi, atomölçeğindeAyola ğanüstüderecedeuzaktır.Sözettiğimizgibi,pekçokkoşulda(amaherkoşuldadeğil)kuantumdenklemleribirolasılıkdal gasınınuzayınküçükbirbölgesindedikkatealınabilirbirdeğe rivarken,obölgedenuzaklaşıldıkçabudeğerinhızlaneredeysesıfıradüştüğünügösteriyor(Şekil4.5'teolduğugibi).Bunedenle,sizinleaynıodadaolmasınıumduğunuztekbirelektronunbi le -örneğinşuandaverdiğiniz soluğun içindekibirelektronunbir ikidakikasonraAy'ınkaranlıkyüzündeolmaolasılığısıfırdeğilsebilesondereceküçüktür.Okadarküçüktürki,NicoleKidman veya Antonio Banderas'la evlenme olasılığınız bile bunun yanında çok büyük kalır. İkincisi,odanızdakihavayıoluşturançoksayıdaelektron,protonvenötronvardır.Buparçacıkla rınhepsinin, tekbirparçacıkiçinbileçokolasıolmayanbirşeyiyapmaolasılığıokadardüşüktürkiüzerindebiranbiledüşünmeyedeğmez.Buolasılıkancakhayranıolduğunuzfilmyıldızıylaevlenmeklekalmayıpbirdeuzunbirsüreboyunca(örneğin,evreninşuankiyaşınınyanındakozmikbirgözkırpmasüresineeşitolacağıkadarbirsüre)heraypiyangodaenbüyükikrami yeyikazanmaolasılığıilekarşılaştırılabilir.

Bunlar günlük hayatta kuantum mekaniğinin olasılıkçı yönüyle neden doğrudan karşılaşmadığımızkonusundasizebirfi kirverir.Bununlabirlikte,deneylerkuantummekaniğinintemelfiziğitanımladığınıkanıtladığıiçin,kuantummekaniğigerçekli ğinneolduğukonusundakitemeldüşüncelerimizeaçıkbirsal -dırıdır. Özellikle Einstein, kuantum kuramının olasılıkçı özelli ğinden son derece rahatsızdı. Hepvurguladığı gibi fizik, çevre mizdeki dünyadageçmişte neolupbittiğini, şimdineolmaktaol duğunuvegelecekte ne olacağım kuşkuya yer bırakmayacak şe kilde belirlemekle uğraşır. Fizikçiler bahisçiolmadığıgibi,fizikdeolasılıkhesaplamaişideğildir.AmaEinsteinkuantummeka niğinin,hernekadaristatistiksel bir çerçeve içinde de olsa, mikro dünyadaki deneysel gözlemleri öngörmekte veaçıklamaktakiolağanüstübaşarısınıinkâredemiyordu.BuyüzdenEinstein,el deettiğibenzersizbaşarılargöz önüne alındığında akıntıya kar şı kürek çekmeye benzeyeceğinden kuantum mekaniğinin yanlışolduğunu göstermeye çalışmak yerine, kuantum mekaniğinin evrenin işleyişi konusunda son sözolmadığını göstermeye çalış tı. Her ne kadar ne olduğunu tam olarak söyleyemese de, herke si evreninhenüzbulunamamış,dahaderinvebukadartuhafol mayanbirbetimlemesiolduğunaiknaetmekistedi.

Yıllar içinde Einstein, kuantum mekaniğinin yapısındaki boş lukları ortaya çıkarmayı amaçlayan,giderek karmaşıklaşan pek çok fikir ortaya attı. Solvay Enstitüsü’nün 1927'deki Beşinci Fi zikKonferansı'ndasunduğubufikirlerdenbiri,hernekadarbirelektronunolasılıkdalgasıŞekil4.5'tekinebenzese de, yerini he sapladığımız zaman elektronun mutlaka belli bir yerde olduğunu bulmamızailişkindir. Einstein şunu soruyordu:Bu durum, bir elektronun konumunu saptayabilecek daha kesin birbetimlemebulunanakadar,olasılıkdalgasınınsadecegeçicibirşeyolduğunugöstermezmi?Nedeolsaeğer elektronX'te bulunduysa, gerçekte ölçümünyapılmasından bir an önce de tamX'te ve ya ona çokyakın bir yerde olmuş olması gerekmez mi? Eğer öyleyse, Einstein sorgulamaya devam ediyordu,kuantum mekani ğinin olasılık dalgasına -bu örnekte, elektronun X'ten uzakta bulunması olasılığınınolduğunu söyleyendalgadayanıyorolma sı, kuramınalttayatangerçekliği tanımlamaktakiyetersizliğinigöstermezmi?

Einstein'ınbakışaçısıbasitveiknaediciydi.Birparçacığınşuanda,biransonrabulunacağıyerdeyadahiçdeğilseyakınlarındaolmasınıbeklemektendahadoğalneolabilirdi.Eğerdurumbuysa, fiziğidahaderinlemesine kavrayan bir bakış işte bu bil giyi sağlamalı ve daha olasılıklardan oluşan "kaba"çerçeveden kurtulmalıydı. Ama Danimarkalı fizikçi Niels Bohr ve kuantum mekaniğini savunanarkadaşlarıaynıfikirdedeğildi.Bumantı cınköklerinin,elektronunilerigerihareketederkentekvebelir -libiryol izlediğinisavunangelenekseldüşüncebiçimindeyattı ğınıönesürüyorlardı.AmaŞekil4.4budüşünceye açıkçameydan okuyordu. Eğer her elektron tek ve belirli bir yol izliyorsa -bir tabancanınnamlusundan çıkanmermiler gibi- gözlenen gi rişim desenlerini açıklamak son derece zor olurdu:Ne,neyle gi rişiyordu? Tek bir tabancadan sırayla atılan normalmermiler el bette birbirleriyle etkileşmez;eğerelektronlardamermilergibihareketediyorsaŞekil4.4'tekideseninasılaçıklayacaktık?

Bohr'avebaşınıçektiğiKopenhagekolününkuantummeka niğinegöre,birelektronunkonumuölçmedenönce, nerede ol duğunu sormanınbile bir anlamı yoktur.Elektronun belirli bir konumu yoktur.Olasılıkdalgası, elektronun uygun bir şekil de incelendiğinde, burada veya şurada olma olasılığını şifreler; bir

elektronunkonumukonusundasöylenebileceklergerçektenbundanibarettir.Nokta.Elektronun,ancakona"bakıp"ya nikonumunuölçüpyerinikesinliklebelirlediğimizandabildiği miz,sezgiselanlamdabiryerivardır.Amabundanönce(vesonra)varolantekşey,diğertümdalgalargibigirişimeuğrayanbirolasılıkdalgasıylatanımlananpotansiyelkonumlardır.Sankielektronunbirkonumuvardabizölçümyapmadanöncebukonumubilmiyoruzgibidedeğil.Beklenenintersine,ölçümyapıl madanönceelektronunbelirlibirkonumuyoktur.

Bu baştan çok tuhaf bir gerçekliktir. Çünkü bu bakış açısına göre, elektronun konumunu ölçtüğümüzzaman gerçekliğin nes nel, önceden var olan bir özelliğini ölçmüyoruz. Ölçme işi, ölçtüğü gerçekliğinoluşmasıyla tamamen iç içe. Bu konuyu elektron düzeyinden günlük hayat düzeyine çıkararak ele alanEinste in şu espriyi yapıyordu: "Gerçekten bakmadığımız sürece Ay'ın orada olmadığını mıdüşünüyorsunuz?"Kuantummekaniğita raftarlarıdaşöylecevapveriyordu:EğerkimseAy'abakmıyorsa-yanikimse"Ay'ıgörerekkonumunuölçmüyorsa"-Ay'ınoradaolupolmadığınıbilmemizinbiryoluyoktur,dolayısıylabusoruyusormakdaanlamsızdır.Einsteinbucevabıkesinlikletatminedicibulmuyordu.Bu,onun gerçeklik kavramıyla tam bir uzlaşmazlık içindeydi; Einstein bakan olsa da olmasa daAy'ın ke -sinlikle orada olduğunu düşünüyordu. Ama kuantum taraftarla rı ikna olmuyordu. Einstein'in 1930'dakiSolvay konferansında ileri sürdüğü ikinci fikir, birinciye bağlıydı. Einstein varsayımsal bir aygıt ta -nımlıyordu. Zekice bir araya getirilmiş bir tartı, bir saat ve fotoğraf makinelerindekine benzeyen birörtücüdenoluşanbuaygıt,-kuantummekaniğiaksinisöylesedebirparçacığınörne ğinbirelektronun-ölçülmeden ve bakılmadan önce- belirli ba zı özelliklere sahip olması gerektiğini ortaya koyuyor gibigörünüyordu.Konununayrıntılarıönemlideğil,amasonucabağlanmabiçimiçokilginç.Bohr,Einstein'ınbufikrini ilkduyduğundaönceşaşırdı,çünküEinstein'ınfikirlerindebirhatagöremiyordu.AmabirkaçgünsonraEinstein'ıniddialarınıtemeldençürüttü,işteilginçolanda,Bohr'unbulduğucevabınçıkışnok-tasınıngenelgörelilikolmasıydı!Bohr,Einstein'ınkendikeşfiolankütleçekimininzamanıyamulttuğu -saatlerin,etkilendikle rikütleçekiminegörehızlıveyayavaş işlediği-gerçeğinihesabakatmadığını farketmişti. Bu durum da düşünüldüğünde, Eins tein elde ettiği sonuçların kuantum kuramıyla tamamenörtüştüğünükabuletmekzorundakaldı.

İtirazları çürütülmüş olsa bileEinsteinkendini kuantumme kaniği konusunda hep son derece rahatsızhissetti, izleyen yıllar da birbiri ardına yeni fikirler ileri sürerekBohr ve çalışma arka daşlarını dikenüstünde tuttu. En güçlü ve etkili saldırısı, kuantummekaniğinin doğrudan bir sonucu olan ve 1927'deWernerHeisenberg'inaçıkladığıbelirsizlikilkesiolarakbilinenşeyüze rineodaklanmıştı.

HeisenbergveBelirsizlik

Belirsizlik ilkesi, olasılığın kuantum evreninin dokusunun içi ne nasıl derin bir biçimde işlemişolduğununnicelvekesinbirölçüsünüverir.Bunuanlayabilmekiçin,bazıÇinlokantalarındakimenüleridüşünün. Yemekler A ve B sütunları olarak sıra lanmıştır; örneğin A sütunundaki ilk yemeğiısmarlamışsanız, B sütunundaki ilk yemeği ısmarlayamazsınız, A sütunundaki ikinci yemeğiısmarlamışsanız,Bsütunundakiikinciyemeğiısmarla yamazsınızvebukurallisteninsonunakadarböyledevam eder. Böylece lokanta, yemekle ilgili bir ikilik (düalizm), bir tamamla yıcılık (en pahalı anayemeklerinbirkaçınıbirdenısmarlamanı zaengelolmakiçin)kurmuştur.ÖrneğinbumenüdenPekinör -değiyadaKantonıstakozuseçebilirsiniz,amaikisinibirdense çemezsiniz.

Heisenberg'inbelirsizlikilkesidebunabenzer.Kabaca,mikrodünyadakifizikselözellikler(parçacıkkonumları, hızlar, enerjiler, açısal momentumlar vb.) A ve B olarak iki listeye ayrı labilir, der.Heisenberg,Alistesindekiilközelliğeaitbütünbil giyesahipseniz,Blistesindekiilközelliğeaitbilgiyeulaşamaya cağınızıkeşfetmiştir.Aynışekilde,Alistesindekiikinciözelliğeaitbilgi,Blistesindekiikinciözelliğeaitbilgiyeulaşmanızıengeller,listeninsonunakadarbuböyledevameder.Tıpkıhembi razPekinördeğinden hem de biraz Kanton ıstakozundan oluşan bir ana yemek sipariş edebilmeniz, ama bu ikiyemeğin tabakta ki oranına göre belirlenen toplam fiyatın tek bir ana yemek fi yatını aşmaması gibi,listelerden birindeki bir özellik hakkında ki bilginiz kesinleştikçe, diğer listedeki ona karşılık gelen

özellikhakkındakibilginizdahaazkesinhalegelir.Heisenbergilkesi ninortayakoyduğubelirsizlikiştebuikilistedekibütünözellikleriaynıandabelirlemenin-mikrodünyayaözgütümbuözelliklerinhepsinikesinbirşekildebelirlemenin-temelolarakmümkünolmamasıdır.

Örneğinbir parçacığınneredeolduğununekadarkesinbelir lerseniz, hızını belirlemedekikesinlikokadar az olur. Benzer bi çimde bir parçacığın hızını ne kadar kesin belirlerseniz, parçacı ğın neredeolduğu konusundaki bilginiz o kadar az olur. Böyle ce kuantum kuramı kendi ikiliğini kurar: Mikrodünyadaki bazı fiziksel özellikleri kesinlikle belirleyebilirsiniz, ama bunu yapar ken bazı başka,tamamlayıcıözelliklerikesinliklebelirlemeola sılığınıortadankaldırmışolursunuz.

BununnedeninianlamakiçinHeisenberg'inkendisiningeliş tirdiği, ileride tartışacağımızgibibellibazıbakımlardan eksik ol makla birlikte gene de yararlı bir sezgisel kavrayış sağlayan, ka ba bir tanımıizleyelim.Herhangibircisminkonumunuölçtüğümüzde,genellikleonunlabirşekildeetkileşiriz.Karanlıkbirodadaelyordamıylaelektrikdüğmesiniararken,düğmeyedo kunduğumuzdaonubulduğumuzuanlarız.Bir yarasa, tarla fa resi ararken hedefe doğru sonar dalgaları gönderir ve aldığı yansımaları yorumlar.Amaenyaygınolanbirşeyinyerinionugöre rek-yanicisimdenyansıyanışığıngözlerimizegirmesiyle-belir lemektir.Buradaönemliolannoktaşudur:Buetkileşimleryal nızbizideğil,konumubelirlenencismideetkiler.Işıkbile,bircisimdenyansıdığındaküçükbiritmeyaratır.Elinizdekikitap,duvardakisaatgibigündelikhayattasıkkarşılaştığımızcisimlersözkonusuolduğunda,ışığınuyguladığıbuçokamaçokkü-çük itmenin farkedilebilirbir etkisiyoktur.Amaelektronkadarküçükbirparçacığaçarptığındaetkisibüyük olabilir: Tıpkı sert esen bir rüzgârın yürüyüş hızınızı etkilemesi gibi, ışık da elektronun hızınıdeğiştirir. Aslında bir elektronun konumunu ne ka dar büyük bir kesinlikle belirlemek isterseniz,göndermeniz ge reken ışın demetinin de o kadar yüksek enerjili olması gerekir ki, bu da elektronunhareketiüzerindedahabüyükbiretkiyapar.

Bu, bir elektronun konumunu büyük bir kesinlikle ölçerseniz, kendi yaptığınız deneyi mutlakabozuyorsunuz demektir: Elektronun konumunu kesin olarak ölçme eylemi, elektronun hızını değiştirir.Dolayısıylaelektronunneredeolduğunu tamolarakbilebilirsiniz,ama tamoandakihızınıkesinolarakbilemezsiniz.Tersine,elektronunhızınıkesinbirbiçimdeölçebilirsiniz,amabunuyaparkendetamyeriniölçemezsiniz. Doğanın, bu tür bir birini tamamlayan özelliklerin belirlenmesinin kesinlik derecesikonusunda yapısal bir sınırı vardır. Her ne kadar biz elektronlar üzerine odaklandıysak da belirsizlikilkesitümüylegeneldir:Herşeyiçingeçerlidir.

Günlük hayatta, rahat rahat bir otomobilin kırmızı ışıkta (ko num) 145 kilometre hızla (hız) geçtiğinisöyleyebiliriz, bunu söylediğimizde iki fiziksel özellik belirtmiş oluruz. Oysa kuantum mekaniği, bircisminhemkonumunuhemdehızınıaynıandakesinolarakbelirleyemeyeceğiniziçin,böylebirifadeninke sinbiranlamıolmadığınısöyler.Fizikseldünyayailişkinböylesidoğruolmayantanımlamalarlaidareedebilmemizin nedeni, gündelik ölçeklerdeki belirsizliklerin küçük olması ve genel ola rak farkedilmemesidir.Görüldüğügibi,Heisenberg ilkesi sade cebelirsizliğiortayakoymaklakalmaz,herhangibirdurumdakiminimumbelirsizlikmiktarını-tambirkesinlikle-belirler.EğerHeisenberg'informülünü,konumu 1 cm duyarlılıkla bilinen bir trafik lambasının yanından geçmekte olan otomobilinizin hızı nauygularsak, hızdaki belirsizlik saatte 1 kilometreninmilyarda birininmilyarda birininmilyarda birininmilyarda birinden bi raz küçüktür. Bir trafik polisi, kırmızı ışıkta geçerkenki hızını zın saatte144,99999999999999999999999999999999999 ile 14 5,00000000000000000000000000000000001kilometre arasında olduğunu söylerse kuantum fiziği yasalarıyla uyumlu konuş muş olur; işte olası birbelirsizlikilkesisavunmasınakarşıiyibirönlem.Amakütlesibüyükolanotomobilinizinyerine,konumu-nu bir metrenin milyarda biri duyarlılıkla bildiğimiz bir elektron koyarsak, o zaman bu elektronunhızındaki belirsizlik, saatte 160.000 kilometre olur. Belirsizlik her zaman vardır, ama yal nız mikroölçeklerdeönemlihalegelir.

Belirsizliğin, ölçüm sürecinin yol açtığı kaçınılmaz etkiden kaynaklandığı yolundaki açıklama,fizikçilere yararlı bir sezgisel kılavuz sağlamasının yanı sıra bazı özel durumlar için de güçlü biraçıklayıcıçerçeveoluşturur.Bununlabirlikte,bazıdurumlardayanıltıcıdaolabilir.Belirsizliğin,sadecebiz deneycilerin işlere burnumuzu sokmamızdan kaynaklandığı izlenimini vere bilir. Bu doğru değil.Belirsizlik,kuantummekaniğinindalgaya pısınaişlemiştirvebizölçümyapıyorolsakdaolmasakdavar -

dır.Örnekolarakbirparçacığınözelliklebasitleştirilmiş,yumuşakokyanusdalgalarınabenzeyenolasılıkdalgasına bir bakalım (Şekil 4.6). Dalga tepeleri düzgün bir şekilde sağa doğru gittiği için, şekildekidalganındalgatepeleriyleaynıhızdahareketedenbirparçacığıtemsilettiğinidüşünebilirsiniz;deneylerdebunudoğrular.Amaparçacıknerede?Dalgauzayadüzgün,tekbiçimliolarakdağıldığından,elektronunburada veya orada olduğunu söyleyebilmemizin bir yolu yok. Ölçüm yapıldığında, kelimenin tamanlamıylaheryerdebulunabilir.Yani,parçacığınhızını tambirkesinliklebilmekteyken,yerikonusundadev bir belirsizlik var. Gördüğünüz gibi, bu sonuç bizim parçacığa etki etmemize de bağlı değil.Parçacığa hiç dokunmadık. Belirsizlik dalgaların temel bir özelliğine dayanır: Dalgalaryayılabilir. Ayrıntılar önemli olmakla birlikte, benzer bir mantık diğer bütün dalga şekilleri için degeçerlidir, dolayısıyla buradan çı kan genel ders de açıktır. Kuantummekaniğinde belirsizlik var dır, okadar.

Şekil4.6Birbirinidüzgünbirşekildeizleyentepeleriveçukurlarıolanbirolasılıkdalgası,belirlibirhızıolanbirparçacığıtemsileder.Amatepeveçukurlaruzayadüzgünvetekbiçimliolarakyayıldığıiçin,parçacığınkonumutamamenbelirsizdir.Herhangi

birnoktadaolmaolasılığıbütünnoktalariçinaynıdır.

Einstein,BelirsizlikveBirGerçeklikSorusu

Sizin de aklınıza gelmiş olabilecek önemli bir soru, belirsizlik ilkesinin gerçekliğe ilişkin nelerbilebileceğimizlemi yoksa gerçekliğin kendisiylemi ilişkili olduğu sorusudur. Her ne ka dar kuantumbelirsizliği gerçekliğin bu özelliklerini aynı anda bilmemizin, ilkesel düzeyde bile, yeteneğimizinebediyen ötesinde olduğunu söylüyorsa da, evrendeki şeylerin -süzülen bir top, kaldırımda koşan birsporcu,Güneş'ingökyüzündekiyolunuizleyenbirayçiçeği-gerçektenbirkonumuvehızıvarmı?Yadakuantum belirsizliği klasik kalıpları tümden kırarak, klasik sezgimizin gerçekliğe atfettiği özelliklerlistesinin, başındadünyayı oluşturanparçacıklarınkonumvehızlarınınolduğu listeninyanlış olduğunumusöylüyor?Kuantumbelirsizliği,bizesonderecebasitbirbiçimde,belirlibirandaparçacıklarınkesinbirkonumavehızasahipolmadığınımısöylüyor?

Bohr için bu konu Zen Budizm’indeki mantıksal sonucu olma yan problemlere benziyordu. Fizikyalnızcaölçebildiğimizşeylerleilgilenir.Fiziğinbakışaçısınagöregerçeklikbudur.Fizi ği"dahaderin"gerçekliği,yaniölçerekbilemediğimizgerçekli ğiçözümlemekiçinkullanmakfiziğin"çarpantekbirelinsesini"çözümlemesiniistemeyebenzer.AmaEinstein1935'teBorisPodolskyveNathanRosenadlıikimeslektaşıylabirlikte,bukonuyuöylezekiceelealdıki,"çarpantekelinsesi"olarakbaşlayanşey,elli

yılboyuncayankılanarakbirgökgürültüsünedönüştüvegerçekliğikavrayışbiçimimizeEinstein'ınbilehayaletmediğiölçüdebüyükbirsaldırınınhabercisioldu.

Einstein-Podolsky-Rosen makalesinin amacı, kuantum meka niğinin öngörüde bulunmak ve verileriaçıklamaktaki inkâr edi lemeyecek başarısına rağmen, mikro evrenin fiziği ile ilgili son sözolamayacağını göstermekti. Stratejileri basitti: Her parçacı ğın, zamanda verili bir anda belirli birkonumu ve hızı olduğunu göstermek ve buradan da belirsizlik ilkesinin, kuantum me kaniğine özgüyaklaşımdaki temel bir sınırlılığı açığa çıkardığı sonucuna varmak istiyorlardı. Eğer her parçacığınkonumu ve hızı varsa, fakat kuantum mekaniği gerçekliğin bu özellikleri nin üstesinden gelemiyorsa,demek ki kuantum mekaniği evre nin yalnızca kısmen betimleyebiliyor demekti. Dolayısıyla kuantummekaniğinin fiziksel gerçeklikle ilgili tamamlanmamış bir kuram olduğunu ve belki de ileridekeşfedilecek, daha derin bir çerçeveye yönelik bir adımolduğunu göstermek istiyorlardı.As lında çokdaha olağandışı bir şeyin, kuantum dünyasının yerel olmama özelliğinin kanıtlanmasına zeminhazırlamışlardı.

Einstein, Podolski ve Rosen kısmen Heisenberg'in belirsizlik ilkesiyle ilgili henüz ayrıntısınainilmemiş açıklamasından esinlenmişti: Bir şeyin nerede olduğunu ölçerken kaçınılmaz olarak onunlaetkileşir ve o andaki hızını da ölçme işlemini en baştan bozmuş olursunuz. Her ne kadar kuantumbelirsizliği"bozma"açıklamasınıngösterdiğindendahagenelisedeEinstein,PodolskyveRosen,bütünbelirsizlikkaynaklarınıetkisizhalegetiriyormuşgibigörünen,zekiceveiknaedicibirçözümyolubul -muşlardı. "Bir parçacığınhemkonumunuhemdehızını, parça cığınkendisiyledoğrudanhiç etkileşimegirmeden,dolaylıbiryoldanölçebilirsekneolur"diyesoruyorlardı.Klasikbirbenzetmeyebaşvuralım:RodveToddFlanders'ınSpringfield'inye niNükleerÇölü'ndegezintiyapmayakararverdiğinidüşüne -lim.Çölün tam ortasında sırt sırta verip önceden belirledikle ri bir hızda, dümdüz, ters yönlere doğruyürüyecekler.DokuzsaatsonrababalarıNed,SpringfieldDağı'ndayaptığıyürüyüş tendönerkenuzaktanRod'ugörüponadoğrukoşaraktelaşlaToddunneredeolduğunusoruyor.ArtıkTodduzaktadır,amaNedyinedeRod'ugözleyerekveonasorularsorarakToddileilgiliçokşeyöğrenebilir.EğerRodbaşlangıçnoktasındantamolarak45kilometredoğudaysa,Todddabaşlangıçnoktasındantamolarak45kilometrebatıdademektir.EğerRoddoğuyadoğru tamolaraksaatte5kilometrehızlayürüyorsa,Todddaba tıyadoğru tam olarak saatte 5 kilometre hızla yürüyor demektir.Yani 90 kilometre uzaktaysa bile, dolaylıyoldandaolsaNedTodd'unkonumunuvehızınıöğrenmişdemektir.

Einstein vemeslektaşları benzer bir stratejiyi kuantum akınına uyguladı.Özellikleri birbirleriyle birşekilde ilişkili olan (Rod'unveTodd'unhareketlerininbirbirleriyle ilişkili olmasıgibi) iki parçacığınortakbirkonumdaortayaçıktığı, iyibilinenfizikselsüreçlervardır.Örneğintekbirparçacık,kütlelerieşit ve ters yönlere giden iki parçaya bölünürse (patlayıp ikiye ayrılan bir cismin parçalarının tersyönlerefırlamasıgibikibuatomal tıparçacıklarındünyasındaçokyaygınbirşeydir)ikiparçacığınhızıaynıvetersyöndeolur.Dahası,buparçacıklarınkonumlarıdabirbirleriyleyakındanbağlantılıolacaktır,kolaylık olsun di ye bu parçacıkların her zaman ortak başlangıç noktasından eşit uzaklıkta olduğudüşünülebilir.

RodveTodd'la ilgili klasikörnekle, iki parçacığınkuantum tanımı arasındaönemli bir farkvar. İkiparçacığınhızlarıara sındabelirlibirilişkiolduğunukesinbirşekildesöyleyebilsekdeeğerbirininsoladoğrubelirlibirhızlagittiğiölçülmüşse,diğe ridemecburensağadoğruveaynıhızlagidiyordemektir-par çacıklarınhızınıngerçek sayısaldeğeriniöngöremeyiz.Yapabi leceğimizin en iyisi, belirli birhızınparçacığın ulaştığı hız olma olasılığını öngörmek için kuantum fiziği yasalarını kullanmaktır. Aynışekilde,parçacıklarınkonumlarıarasındabelirlibirilişkiolduğunukesinbirşekildesöyleyebilsekde-eğerverilibir andabirparçacığınbelirlibirkonumdaolduğuhesaplanmışsa,diğe ridemecburen tersyönde,başlangıçnoktasındanaynıuzaklıktaolacaktır-herikiparçacığındagerçekkonumlarınıkesinbirşekilde öngöremeyiz. Yapabileceğimizin en iyisi, parçacıklardan birinin, seçilen bir noktada olmaolasılığını öngörmektir. Yani kuntum mekaniği parçacıkların konumları ve hızları konusunda kesincevaplar vermiyorsa da, belli durumlarda, parçacıkla rın hızları ve konumlan arasındaki ilişkilerkonusundakesinifa delerdebulunur.

Einstein,PodolskyveRosenbuilişkilerikullanarak,aslındazamanınveriliheranındaikiparçacığındakesinbirkonumuvekesinbirhızıolduğunugöstermekistiyordu.Şöyle:Sağadoğrugidenparçacığınkonumunuölçtüğünüzüvebuyolla,dolaylıdaolsa,soladoğrugidenparçacığınkonumunuöğrendiğinizidüşünün. Einstein, Podolski ve Rosen sola doğru giden parçacığa kesinlikle hiç ama hiçbir şeyyapmadığınıziçin,parçacığınoko numdaolmasıgerektiğini,bütünyaptığınızın,dolaylıdaolsa,okonumubelirlemek olduğunu ileri sürüyorlardı. Sonra da gayet zekice, sağa doğru giden parçacığın konumuyerine, hızını ölç meyi seçmiş de olabileceğinize işaret ediyorlardı. Bu durumda sola doğru gidenparçacığın hızını, onunla hiç etkileşmeden, dolaylı olarak bulmuş olacaktınız. Einstein, Podolski veRosensoladoğrugidenparçacığakesinliklehiçamahiçbirşeyyapmamışolacağınıziçin,parçacığınohızda olması gerektiğini, bütün yap tığınızın o hızı belirlemek olduğunu ileri sürüyorlardı. Bunları biraraya getirince de -yaptığınız ölçüm ve yapmış olabileceğiniz ̂ ölçüm- sola doğru giden parçacığın,herhangibirveriliandake sinbirkonumuvekesinbirhızıolduğusonucunavarıyorlardı.Buanlaşılmasıbirazzorbirnokta,amaçokönemliolduğuiçinbirkezdahatekrarlayayım:Einstein,PodolskiveRosen,ikiparçacıkbirbirlerindenayrıveuzakvarlıklarolduğuiçin,sağadoğruhareketedenparçacığıölçmeeyleminin sola doğru hareket eden parçacık üzerinde hiçbir etkisi olamayacağı, şeklinde akılyürütüyorlardı.Soladoğruhareketedenparçacıksa ğadoğrugidenparçacığaneyaptığınızdanyadaneyapmış ola bileceğinizden tümüyle habersizdir. Sağa giden parçacık üze rinde ölçüm yaptığınızda, ikiparçacıkbirbirlerindenmetreler ce,kilometrelercehattaışıkyıllarcauzakolabilirvebuyüzdende,yanikısacası sizin ne yaptığınız sola giden parçacığın umurunda değildir. Bu nedenle, sağa giden eşiniinceleyerek sola gi den parçacığa ilişkin gerçekten öğrendiğiniz ya da ilkesel ola rak öğrenebileceğinizherhangi bir özellik, sola giden parçacı mın, yaptığınız ölçümden tümüyle bağımsız kesin, var olan birözelliği olmalıdır. Eğer sağa giden parçacığın konumunu ölç müşseniz sola giden parçacığın konumunuöğreneceğiniz,sağagidenparçacığınhızınıölçmüşsenizsolagidenparçacığınhızı nıöğreneceğiniziçin,demek ki sola giden parçacığın hem ke sin bir konumu, hem de kesin bir hızı vardır. Elbette tüm buçözümlemesağave solagidenparçacıkların rollerideğiştirile rek tekrarlanabilir (aslında,herhangibirölçümyapmadanöncehangiparçacığınsola,hangisininsağagittiğinibilesöyleye meyiz);budabiziherikiparçacığındakesinbirkonumuvehı zıolduğusonucunagötürür.

BöyleceEinstein,PodolskiveRosenkuantummekaniğinin,gerçekliğin eksikbir tanımlamasıolduğusonucunavardı.Par çacıklarınkesinkonumlarıvehızlarıvardır,amakuantumme kaniğineözgübelirsizlikilkesigerçekliğinbuözelliklerininkuramınyapabileceklerininötesindeolduğunugösterir.EğerEins tein,Podolski, Rosen ve diğer fizikçilerin çoğu gibi eksiksiz bir doğa kuramının gerçekliğin bütünözniteliklerini betimlemesi gerektiğini düşünüyorsanız, kuantum mekaniğinin parçacıkla rın hemkonumlarınıhemdehızlarınıtanımlayamamasıbazıöznitelikleriıskaladığıvedolayısıyladasonsözyanisonkuramolmadığıanlamınagelir.İşteEinstein,PodolskyveRosenbunusavunuyordu.

KuantumunYanıtı

Einstein,PodolskiveRosenherparçacığınverilibirandake sinbirkonumuvehızıolduğusonucunaulaştığıhalde,önerdiklerisüreciizlemeklebuöznitelikleribelirleyemeyeceğinizedikkatedin.Yukarıda,sağagidenparçacığınhızınıölçmeyiseçe bileceğinizisöylemiştim.Öyleyapsaydınız,konumunubozmuşolacaktınız;öteyandankonumunuölçmeyiseçmişolsaydınız,hızınıbozmuşyanideğiştirmişolacaktınız.Eğersağagidenpar çacığınbuikiniteliğibirdenelinizdedeğilse,solagidenparçacı ğındabuniteliklerielinizdeolmaz.Demekki,buradabelirsizlik ilkesiylebir çelişkiyok:Einsteinve çalışma arkadaşları,verili bir parçacığın hem hızını, hem de konumunu aynı anda belirleyemeyeceklerinin gayet iyifarkındaydı.AmaEinstein,PodolskiveRosen'inyürüttüğümantık(işteburasıçokönemli)ikiparça cığında hem konumunu hem hızını belirlemeden de her bir par çacığın kesin bir konumu ve hızı olduğunugösteriyor.Onlara görebubir gerçeklik sorunuydu.Onlara görebir kuram,betimleyemediği gerçekliköğeleriolduğusürecetambirkuramolmaiddiasındabulunamazdı.

Kuantum mekaniğinin savunucuları bu beklenmedik gözleme tepki olarak, ünlü fizikçi WolfgangPauli'ninçok iyiözetlediği,herzamankipragmatikyaklaşımlarınıbenimsedi: "İnsanın,hakkındahiçbir

şey bilemediği bir şeyin yine de var olup olmadığı konusunda zihnini yorması, bir iğnenin ucuna kaçmeleğinsı ğacağısorusununcevabınıaramasındandahaanlamlıdeğildir."Geneldefizik,özeldekuantummekaniği yalnızca evrenin ölçülebilir özelliklerini ele alabilir. Bunun dışındaki hiçbir şey fiziğinalanındadeğildir.Eğerbirparçacığınhemkonumunuhemhızı nıölçemiyorsanız,ozamanbuparçacığınhemkonumuhemhızıolupolmadığınıtartışmakanlamsızdır.

Einstein,PodolskiveRosenaynıfikirdedeğildi.Gerçeklik,detektörleringösterdiğindendahafazlabirşeydi;gerçeklik,ve rili bir andayapılan tümgözlemlerin toplamındandaha fazlabir şeydi.Hiçkimse,hiçbiraraç,hiçbircihaz,hiçbirşeyAy'a"bakmasada",Ay'ınhâlâoradaolduğunudüşünüyorlardı.Ayoza mandagerçekliğinbirparçasıydı.

Bir anlamdabu tartışmaNewton'unveLeibniz'in uzayıngerçekliği konusundaki tartışmasınınyankısıgibiydi. Gerçekten dokunamadığımız, göremediğimiz ve bir şekilde ölçemedi ğimiz bir şey gerçeksayılabilirmi?2.BölümdeNewton'unkovasının, dönmekteolan suyun içbükeyyüzeyindeuzayın etki -sinin doğrudan gözlenebileceğini öne sürerek uzay tartışması nın karakterini nasıl değiştirdiğinden sözetmiştim. 1964'te İrlandalı fizikçi JohnBell, bir gözlemcinin "bilimin en büyük keş fi " dediği tek birhamlede,aynışeyikuantumgerçekliğitartış masındayaptı.

Bundansonrakidörtbaşlıkaltında,teknikayrıntılardanmümkünolduğuncauzakdurarakBellinkeşfinitanımlayaca ğız.Yinede,butartışmadazaroyunundakiolasılıklarıhesaplarkenkullanılankadarkarmaşıkolmayan bir akıl yürütme kul lanılıyorsa da, önce tanımlamamız sonra da birbiriyle ilişkilendirmekzorunda olduğumuz birkaç adım var. Ayrıntılardan çok hoşlanmıyorsanız, işin özüne gelmekisteyebilirsiniz. Eğer öyle olursa, Bell in keşfinin doğurduğu sonuçların ve ilgili tartış manın özetinibulacağınız"DumanYok,AteşVar"başlığına(s.137)geçebilirsiniz.

BellveSpin

John Bell, Einstein-Podolsky-Rosen makalesinin ana fikrini felsefi düşünce alanından çıkarıp sağlamdeneyselölçümlecevaplanabilecekbirsoruyadönüştürdü.Şaşırtıcıbirbiçimde,bunubaşarabilmekiçintekyapmasıgereken,kuantumbelir sizliğininaynıandabelirlememiziengellediğiyalnızcaikiözelli ğin-örneğin konum ve hız- olmadığı bir durumu göz önüne al mak oldu. Bell, eğer aynı anda belirsizliğinşemsiyesi altınagi renüçveyadaha fazlaözellikvarsa -birini ölçtüğünüzdediğer lerini bozduğunuzvehaklarındahiçbirşeybilemediğinizüçve yadahafazlaözellik-gerçekliksorusunuelealanbirdeneyol -duğunugösterdi.Böyleenbasitörnek,spin(dönme)olarakbi linenbirşeyleilgilidir.

1920'lerdenberifizikçiler,parçacıklarınspinleriolduğunu,kaleyedoğrugiderkenaynızamandakendiçevresinde dönen bir futbol topuna benzer şekilde döndüklerini biliyordu. Yine de kuantum parçacıkspini,buklasikörnekten temelbirkaçnokta dafarklıdırveşu ikisibizimiçinçokönemlidir:Birincisi,parça cıklar-örneğinelektronlarvefotonlar-herhangibirbelirlieksende,hiçbirzamandeğişmeyenbirhızla, sadece saat yönünde ve saat yönünün tersi yönde dönebilir; bir parçacığın dönme ekseni yöndeğiştirebilir ama dönme hızı artamaz ve azalamaz. İkincisi, kuantum belirsizliğinin spin hareketineuygulanması (nasıl bir parçacığın konumunu ve hızını aynı anda belirleyemiyorsanız) bir parçacığınspinini de birden fazla eksende aynı anda belirleyemeyeceğinizi gösterir. Örneğin, bir futbol topukuzeydoğuyönündekibir eksendedönüyorsa,dönmesikuzeyyönündekivedoğuyönündeki iki eksendepaylaşılıyorde mektirveuygunbirölçümle,herikieksendekidönüşoranlarınıbelirleyebilirsiniz.Amaeğerbirelektronunrasgeleseçilmişbireksendekispininiölçerseniz,hiçbirzamankesirlibirsonuçbu-lamazsınız. Hiçbir zaman. Sanki ölçme işleminin kendisi elektronu, tüm dönme hareketlerini toplayıpsizin üzerine odaklanmış bulunduğunuz eksende, ya saat yönünde ya da bunun ter si yönde dönmeyezorluyorgibidir.Dahası,ölçümünüzünelektronunspiniüzerindekietkisindendolayı,elektronunsizölçümyapmadanönceyatayeksendeyadaileri-gerieksendeyadaherhangibirbaşkaeksendenasıldöndüğünübelirleme yeteneğinizi kaybedersiniz.Kuantummekaniğine özgü spinin bu özellikleri ni tamolarak gözönünde canlandırmak zordur ve bu zorluk kla sik imgelerin kuantum dünyasının gerçek doğasını ortaya

koymaktaki sınırlarını gösterir. Bununla birlikte kuantum kuramı nınmatematiği ve on yıllardır yapılandeneyler,kuantumspinininbuözelliklere sahipolduğunukuşkuyayerbırakmayacakşe kildegösteriyor.Spini işin içine katmamızın sebebi parçacık fiziğinin anlaşıl ması zor dünyasına girmek değil. Tersine,parçacık dönmesi ör neği birazdan gerçeklik sorusuna hiç beklenmedik cevaplar bul mamıza yardımedecekbasitbirlaboratuvargöreviyapacak.Yani,hernekadarbizkuantumbelirsizliğiyüzündenbellibirandasadecetekbireksendekispininibilebilsekbile,birparça cığınherbireksendebelirlibirmiktarspini var mı?Yoksa be lirsizlik ilkesi bize başka bir şey mi anlatıyor? Gerçeklikle ilgili tüm klasikkavrayışların tersine,birparçacığınaynıandaböylenitelikleresahipolmadığınıveolamayacağımımısöylüyor?Her hangibirverilieksendebellibirspiniolmadan,birkuantumtereddüdühalindebekleyenbirparçacığın,birkimseveyabirşeyonuölçtüğüandabirdenbire,seçilenbireksende,seçilmeola sılığıkuantumkuramıtarafındanbelirlenenbellibirspindeğe rine(saatyönündeveyabununtersiyönde)sahipolduğunumusöylüyor?Parçacıklarınkonumlarıvehızları ile ilgiliolaraksor duğumuzsoruyla temeldeaynıolanbusoruylauğraşırken,spinikullanarakkuantumgerçekliğidünyasınagirebilirvespinörne ğinibüyükölçüdeaşancevaplarbulabiliriz.Şimdibunugörelim.

FizikçiDavidBohm tarafından açıkça gösterildiği gibi,Einstein,Podolsky veRosen'in akıl yürütmebiçimi, parçacıkların se çilmiş bütün eksenlerde belli bir spinleri olup olmadığı sorusunu kapsayacakbiçimde rahatça genişletilebilir. Şöyle:Biri laboratuvarın sağ tarafında, diğeri de sol tarafında olmaküzere, bir elektronun spinini ölçebilecek iki detektör kurun. Bu iki detektörün tam ortasındaki, yanidetektörlere eşit uzaklıktaki bir kaynaktan ters yönlere doğru iki elektron çıkmasını sağlayın, öyle ki(dahaöncekiörnekteolduğugibielektronlarınkonumlarıvehızlarıarasındadeğilde)spinleriarasındabirbağıntıbulunsun,bununnasılyapıldığınınayrıntılarıönemlideğil;önemliolanya pılabileceğihattakolaylıklayapılabileceği.Bağıntı,eğersolda kivesağdakidetektörleraynıyöndekieksenlerdekispinleriöl çecek şekilde kurulmuşlarsa, ikisi de aynı sonucu alacak şekil de ayarlanabilir. Eğer detektörlerkendilerine doğru gelen elektronların düşey eksendeki spinlerini ölçecek şekilde ayarlanmış sağ vesoldaki detektör elektronun spinin saat yönünde olduğunu bulmuşsa, sağdaki de kendi yönüne gelenelektronunspinininsaatyönündeolduğunubulacaktır.Eğerdetektörlerdüşeyeksendensaatyönünde60dereceaçıyapanbireksendekispinleriölçecekşekildeayarlanmışsavesoldakidetektörelektronunspi -nin saat yönünün tersinde olduğunu bulmuşsa, sağdaki de aynı sını bulacaktır. Kuantum mekaniğindeyapabileceğimizin en iyi si yine detektörlerin saat yönünde ve saat yönünün tersi yönde spin bulmalarıolasılığınıhesaplamaktır,amadetektörlerdenbi rinebulduysadiğerinindeaynısınıbulacağınıyüzdeyüzkesinliklesöyleyebiliriz.

Einstein,PodolskiveRosentartışmasınaBohm'ungetirdiğiyorum,heranlamdakonumvehızüzerineodaklanmışolanözgüntartışmaylaaynıdır.Parçacıklarınspinleriarasındakibağıntısayesindesolagidenparçacığınherhangibireksendekispininidolaylıyoldan,yanisağadoğrugideneşininaynıyöndekiek-sendekispininiölçerekbulabiliriz.Buölçümlaboratuvarınsağtarafındayapıldığıiçin,soladoğrugidenparçacığı herhangi bir şekilde etkileyemez.Dolayısıyla, sola doğru giden parçacık baş tan beri şimdiölçülen spin değerine sahip olmuş olmalıdır. Bi zim tek yaptığımız dolaylı da olsa bu değeri ölçmekolmuştur.Dahası,buölçümüistediğimizherhangibireksendeyapmayıse çebileceğimiziçin,aynısonuçbütün eksenler için geçerli olma lıdır: Her ne kadar her seferinde yalnızca bir eksendeki spinini netolarakölçebilsekde, solagidenparçacığınbütüneksenlerdebellibir spiniolmalıdır.Elbette solavesağagidenparçacıklarınrollerideğiştirilebilir,budaherparçacığınhereksendebellibirspinesahipolduğusonucunayolaçar.

Buaşamada,konum/hızörneğindenaçıkbirfarkolmadı ğıiçin,sizdePauligibiböylekonularüzerindekafa yormanın John Bell in her şeyi değiştirdiği nokta burasıdır. Bell, bir parçacığın birden çokeksendekispininiaslındabelirleyemesekbile,eğerbütüneksenlerdespinivarsa,ozamanbuspininsına -nabilir,gözlenebilirsonuçlarıolduğunukeşfetti.

GerçeklikSınaması

Bell ingörüşününana fikrini anlamak için tekrarMulderveScully'yedönelimve ikisininde, içindeyinetitanyumkutularolanbirerpaketalmışolduğunudüşünelim.Amabusefertitanyumkutulardeğişik.

Herbirininbiryerineüçkapağıvar:Biriüstte,biriyanda,birideönde.Pakettekimektupta,birkutununüç kapağından herhangi biri açıldığında, o kutunun içindeki kürenin rasgele kırmızıya da maviyanmayacağıseçeceğiyazı lı.Eğerkapaklarındanbiriaçılankutununokapağıdeğildebaş kabirkapağıaçılırsa kürenin rasgele seçeceği renk farklı olabi lir, ama bir kapak açılıp da küre ışığını yaktığında,başka bir ka pak açılmış olsaydı ışığın hangi renk olacağını belirlemenin artık hiç yolu yok. (Fiziğeuygularsakbuözellikkuantumbelirsizliği nekarşılıkgelir:Birözelliğiölçtünüzsediğerözelliklerhakkın-dahiçbirşeybelirleyemezsiniz.Mektuptasonolarak, iki titanyumkutusetiarasındakiyleesrarengizbirbağlantıolduğuyazı lı:Hernekadarbütünküreleriçindebulunduklarıkutununüçkapağındanherhangibiriaçıldığında hangi renk ışık verecekle rini rasgele seçiyorlarsa da, mektup eğer numarası aynı olan ku-tularındaki aynı kapağı açacak olurlarsa hem Mulder'ın hem de Scully'nin aynı renkte ışık çıktığınıgöreceğini öngörüyor.Ya niMulder 1 numaralı kutusunun üst kapağını açıpmavi ışık görürse,mektubagöre Scully de 1 numaralı kutusunun üst kapa ğını açtığında mavi ışık görecek; Mulder 2 numaralıkutusununyankapağınıaçtığındakırmızıışıkgörürse,genemektubagöreScullyde2numaralıkutusununyankapağınıaçtığındakır mızı ışıkgörecek.GerçektenScullyveMulder, telefondahangikutununhangikapağınıaçacaklarınıkararlaştırarak ilkonbeşyirmikutuyuaçtıklarında,mektuptakiöngörülerindoğruolduğunuanlıyorlar.

HernekadarMulderveScullyyeöncekindendahakarma şıkbir problemverilmişsede, ilkbakıştaScully'ninöncekidurumauyguladığıakılyürütmebiçimiburadadauygulanabilirgi bigörünüyor.

Scully "Mulder, bu da dünkü paket kadar aptalca hazırlanmış.Yine ortada gizemli bir şey yok.Herkutununiçindekiküreöncedenprogramlanmışolmalı.Anlamıyormusun?"diyor.

Mulder"Amaşimdiüçkapakvar"diyerekScully'yiuyarı yor,"onedenlekutu,hangikapağıaçacağımızıönceden'bile mez',öyledeğilmi?""Öncedenbilmesigerekmiyor.Bu,programlamanınbirpar çası.Bak,şöylebirörnekvereyim:Henüz

açmadığımız 37 numaralı kutuyu al. Ben de aynısını yapacağım. Şimdi, benim 37 numaralı kutumuniçindekikürenin,kutununüstkapağıaçıl dığındakırmızı,yankapağıaçıldığındamavi,önkapağıaçıldı -ğında da kırmızı ışık verecek şekilde programlandığını varsaya lım. Ben bu programa kırmızı, mavi,kırmızıadınıveriyorum.Ozamanbukutularıbizegönderenherkimse,senin37numaralıkutunudaaynışekilde programlamışsa ve ikimiz de aynı kapa ğı açarsak tabii ki aynı rengi göreceğiz. 'Esrarengizbağlantı'bukadar:Eğersendekivebendekiaynınumaralıkutularaynışe kildeprogramlanmışsa,ozamanaynıkapaklanaçtığımızdaaynırenklerigöreceğizdemektir.Ortadagizemlibirşeyyok”di yecevaplıyorScully. Ama Mulder kürelerin programlandığına inanmıyor, mektuba inanıyor. Kutularından birininherhangibirkapağıaçıldığında,kürelerinkırmızıvemavirenkliışıklardanbirinirasgeleseç tiğinivebunedenledekendisininveScully'ninkutularıarasındauzunerimli,esrarengizbirbağolduğunudüşünüyor.

Kimhaklı?Küreleri,rasgeleyapıldığıvarsayılanrenkseçi mindenönceveseçimsırasındaincelemeninbir yolu olmadığı için (herhangi birmüdahalede bulunulduğunda kürelerin hemen rasgele bir şekildekırmızı veyamavi renklerdenbirini seçeceği ni, böylece kürelerin aslında nasıl çalıştığını araştırmanınolanaksız hale geleceğini hatırlayın) Scully'nin mi yoksa Mulder'ın mı haklı olduğunu kesin olarakanlamakolanaksızgibigörünüyor.

Amabirazdüşününce,Mulder,busoruyukesinolarakce vaplayacakbirdeneyyapabileceklerinianlar.Mulder'ındüşüncesihaylibasitolmaklabirlikteşimdiyekadarelealdığımızkonularıngerektirdiğindenbiraz daha ayrıntılı bir matematiksel akıl yürütme gerektiriyor. Ayrıntıları anlamak için göstereceği nizçababoşagitmeyecek-zatenokadardafazlaayrıntıyokamabirkısmınıanlayamasanızdadertetmeyin,birazdansonucuözetleyeceğiz.

Mulder,kendisininveScully'ninoanakadar,yalnızcaaynınumaralıkutularınaynıkapaklarınıaçarlarsaneolacağıkonusuüzerindedüşündüklerinifarkediyor.HeyecanlıbirşekildeScully’yitekrararayıpherzamanaynıkapaklarıaçmakyerine,kutularınınherbirindekikapaklanrasgelevebirbirlerindenba ğımsızbirşekildeaçmayıseçerlerseçokdahafazlaşeyöğrene ceklerinisöylüyor.

"Mulder,yapma.Bırakdatatiliminkeyfiniçıkarayım.Bunuyaparakneöğrenebilirizki?"

"Seninaçıklamanındoğruolupolmadığınıanlayabiliriz."

"Tamam,anlatozaman."

"Çok basit. Eğer sen haklıysan, şunu anlıyorum: Eğer veri li bir kutunun hangi kapağını açacağımızıbirbirimizden bağımsız ve rasgele seçer ve gördüğümüz ışığın rengini yazarsak, bunu birçok kutu içintekrarladıktan sonra, baktığımız kutuların top lamının yüzde 50'sinden fazlasında aynı rengi gördüğümüzsonucuna ulaşmamız gerekir. Ama öyle olmazsa, kutuların yüzde 50'sinden fazlasında aynı renklerigördüğümüzkonusundaanla şamazsak,ozamansenhaklıdeğilsindemektir''diyedevamedi yorMulder.

"Öylemi,onasıloluyor?''Scully'ninilgisibirazartmıştır.

Mulderbu soruyu "Şöylebir örnekvereyim:Varsayalım senhaklısınveher kürebir programagöredavranıyor. Durumu somutlaştırmak için, belirli bir kutudaki kürenin programınınma vi, mavi, kırmızıolduğunu düşünelim.Her ikimiz de üç kapak arasından seçim yaptığımıza göre, bu kutudaki kapaklarıtoplamdokuzolasıkombinasyondaaçabiliriz.Örneğinbenkendikutumdakiüstkapağıaçmayıseçerken,sen kendi kutundaki yan kapağı açmayı seçebilirsin veya ben ön kapağı seçerken sen üst kapağıseçebilirsin."diyerekcevaplıyor."Evet,elbette"diyesözegiriyorScully."Eğerüstkapağa1,yankapağa2,önkapağa3dersek,ozaman

dokuzolasıkombi nasyondaşöyleolur:(1,1),(1,2),(1,3),(2,1),(2,2),(2,3),(3,1),(3,2),(3,3)"

"Evet,doğru.İşteönemlinoktadaburada.Dikkatedersen,budokuzolasıkombinasyondanbeşi-(1,1),(2,2), (3,3), (1,2), (2,1)-kutularımızdakikürelerdenaynı renkte ışıkçıktığınıgör memizenedenolacak.Bunlarınilküçündeaynıkapağıseçiyo ruz,bildiğimizgibibudaherzamanaynı renkte ışıkgörmemizlesonuçlanıyor.Diğerikikombinasyonda,yani(1,2)ve(2,1)deaynırengigörmemizlesonuçlanıyor,çünküprogram1.ve2.kapaklardanbiriyadadiğeriaçıldığındaaynırenk-mavi-görülecekşekildeyapılmış.5’de 9'un yarısından fazla olduğuna gö re, olası kapak kombinasyonlarının yarısından fazlasında -yaniyüzdeellisindenfazlasında-küreleraynırenkteışıkverecek."diyorMulder.

Scully "Ama bir dakika! Bu örnek yalnızca bir programa,mavi,mavi, kırmızı programına ait. Benaçıklamamdafarklınumaralıkutularınfarklıprogramlarıolabileceğinivegenelolarakdaöyleolacağınısöylemiştim"diyerekitirazediyor."Aslındahiçfarketmez.Busonuç,tümolasıprogramlariçingeçerli.Gördüğün gibi, benimmavi,mavi, kırmızı programıyla ilgili düşünüş şeklim yalnızca programdaki ikirengin aynı ol duğugerçeğinedayanıyor; buyüzden aynı sonuçkırmızı, kırmı zı,mavi ve kırmızı,mavi,kırmızıvb. tümprogramlar içingeçerli.Herprogramda renklerinenazından ikisi aynıolmakzorunda.Gerçekten farklıolanlar,üç rengindeaynıolduğuprogramlar:kırmızı, kırmızı, kırmızıvemavi,mavi,mavi.Amabuprogramlardanherhangibiriyleprogramlanmışkutular için,hangikapa ğıaçarsakaçalımaynı rengi göreceğiz. Dolayısıyla üzerinde fi kir birliği varmamız gereken oran azalmayacak, tersineartacak.Onuniçin,eğerseninaçıklamandoğruysavekutularprogramlanmışsa-buprogramlarbirkutudandiğerine değişse bile- gör düğümüz renklerin aynı olduğu konusunda yüzde 50'den yüksek bir orandaanlaşmamızgerekiyor."

Tartışmabu.Zorkısmınıgeridebıraktık.Temelnokta,Scully'ninhaklıolupolmadığınıveherkürenin,hangikapağınaçıldığınabağlıolarakhangi renkte ışıkçıkacağınıkesinolarakbelirleyenbirprogramagöreişleyipişlemediğinibelirleyecekbirdeneyinbulunması.ScullyveMulder,kutularındakiüçkapak-tan hangisini açacaklarını birbirlerinden bağımsız olarak ve rasgele bir şekilde seçer ve sonra dagördükleri rengikarşılaştırırlarsa,kutularınyüzde50'sinden fazlasındaaynı rengi gördükle ri konusundaanlaşıyorolmalarıgerekir.

Aşağıdakibaşlıktayapacağımızgibibunufizikdilineçevirir sek,Mulder'ınfarkettiğişeyJohnBell'inkeşfettiğişeydir.

MelekleriAçılarlaSaymak

Busonucunfizikdilineçevirisibasittir.Birisilaboratuvarınsağtarafındadiğeriisesoltarafındaolan(dahaöncebahsetti ğimizdeneydedeanlatıldığıgibi)gelenbirparçacığınörneğinbirelektronunspininiölçenikidetektörümüzolsun.Detektör lerspininölçüleceğiekseniseçmenizigerektiriyor(düşey,yatay,öne-arkaya veya bunların arasında kalan sayılamayacak kadar çok eksenden biri). Basit olsun diye,detektörlerimizinyalnızcaüçekseneizinverdiğinidüşünelim.Deneyiheryaptığınızdage lenelektronunseçtiğinizeksendeyasaatyönündeyadasaatyönününtersindedöndüğünübulacaksınız.

Einstein,PodolskyveRosenegöre,gelenherelektrondetektörekendi"programı"diyebileceğimizbirbilgiylegirer:Einste in,PodolskiveRosen,gizliolsabile,ölçemiyorolsanızbile,herelektronunseçilenbütüneksenlerdebellibirmiktarspini-saatyönündeveyasaatyönününtersinde-olduğunuönesürdü.Bunedenle,birelektronbirdetektöregirdiğinde,hangiekseniseç mişolursanızolun,spinininsaatyönündemiyoksa saatyönünün tersindemiolduğunuölçeceğinizikesinolarakbelirler.Ör neğin,üçeksendedesaatyönündedönmekteolanelektronunprogramısaatyönünde,saatyönünde,saatyönünde iken, ilk ikieksendesaatyönünde,üçüncüeksendeisesaatyönününtersindedönemelektronunprogramısaatyönünde,saatyönünde,saatyönününtersindeolacaktır.Einstein,PodolskyveRosen,soladoğrugidenelektronlasağadoğrugidenelektronarasındakibağıntıyıaçıklamakiçinbuelektronlarınspinlerininaynıolduğunu,bu nedenle de detektörlere aynı programlarla girdiklerini öne sürdü.Nitekim eğer soldaki ve sağdakidetektörleriçinaynıeksenlerseçilirse,spindetektörleriaynısonuçlarıbulacaktır.

Dikkat edilirse bu spin detektörleri, Scully ve Mulder'ın uğraştığı konuları aynen ama daha basitbiçimdetekrarlıyor:Ti tanyumkutulardakikapaklardanbiriniseçmekyerinespineksenleriniseçiyoruz;kırmızıveyamaviışıkgörmekyerinesaatyönündeveyasaatyönününtersindespinölçüyoruz.Dolayısıy-la,nasılaynınumarayıtaşıyanikikutudaaynıkapaklarıaçmakaynırenkteışıkgörmeklesonuçlanıyorsa,ikidetektördeaynıekseniseçmekdeaynıspinyönününbulunmasıylasonuçla nır.Gene,nasılbirtitanyumkutudaki belli bir kapağın açılma sı, eğer başka bir kapak açılsaydı hangi renkte ışık görüleceğinibilebilmemiziengelliyorsa,elektronunbellibireksendekispinininbelirlenmeside-kuantumbelirsizliğisayesinde- eğer başka bir eksen seçmiş olsaydık bulacağımız spinin hangi yönde olaca ğını bilmemiziengeller.Tümbuanlatılanlar,Mulder'ınkiminhaklıolduğuyolunda kiçözümlemesinin,Dünyadışındangelen kutulara olduğu ka dar bu duruma da uygulanabileceğini gösteriyor. Eğer Einste in, Podolski veRosenhaklıysa,gerçektenherelektronunüçeksendedebellibirspindeğerivarsa-herelektronun,olasıüç spin ölçümünün de sonucunu kesin olarak belirleyen bir "programı " varsa- o zaman şu öngörüdebulunabiliriz:Deneyinbirçokkez tekrarlanması -herdetektör içineksenlerinbağımsızve rasge le seçilerek tekrarlanması- sonucunda elde edilen verilerin ince lenmesi, elektronların spinlerinin deneylerinyarısından fazlasında -her ikisi de saat yönünde veya her ikisi de saat yönünün ter sinde olmak üzere-uyuştuğunugösterecektir.Eğerelektronla rınspinlerideneylerinyüzde50'sindenfazlasındauyuşmuyorsaEinstein,PodolskyveRosenhaksızdır.

Bell'in keşfi budur.Bu keşif, elektronun birden fazla eksende ki spinini gerçekten ölçemeseniz bile -elektronun detektöre ver diği programı "okuyamasanız" bile- elektronun birden fazla eksende belli birspini olup olmadığını öğrenmeye çalışmanın, bir iğnenin ucundaki melekleri saymakla aynı anlamagelmediğinigösterir.TamaksineBellbirparçacığınbelirlispindeğerlerinesahipolmasınailişkingerçekve sınanabilir bir sonuç olduğunu buldu. Uç açıda, üç ayrı eksen kullanarak Pauli'nin meleklerininsayılabilmesiiçinbiryolbuldu.

DumanYok,AteşVar

Kaçırdığınız ayrıntılar olabilir diye, şimdiye kadar elde ettiklerimizi özetleyelim.Kuantummekaniği

Heisenberg'inbelirsizlik ilkesi yoluyla, dünyadaki bazı özelliklerin -örneğinbir parça cığınkonumuvehızı,birparçacığınçeşitlieksenlerdekispiniaynıandakesindeğerleralamayacağınıönesürer.Kuantumkuramınagörebirparçacık,kesinbirkonumavekesinbirhızasa hipolamaz;birparçacıkbirdenfazlaeksendebellibirspine(saatyönündeveyasaatyönününtersinde)sahipolamaz;birparçacıkbelirsizlikçizgisinin iki ayrı tarafında bulunan şeyler söz ko nusu olduğunda belli özniteliklere aynı anda sahipolamaz.Ter sine, parçacıklar tümolasılıkların belirsiz, şekilsiz ve olasılıksal karışımında yüzer; ancakölçüm yapıldığı zaman, pek çok sonuç arasından kesin bir sonuç seçilmiş olur. Bunun, klasik fizi ğingösterdiğigerçeklikresmindençokfarklıbirgerçeklikres miolduğuaçık.

KuantummekaniğikonusundaherzamankuşkucuolanEins tein,çalışmaarkadaşlarıPodolskyveRosenilebirlikte,kuantummekaniğininbuyönünükuramınkendisinekarşıbirsilaholarakkullanmayaçalıştı.Einstein, Podolski ve Rosen, kuantum mekaniği böylesi özelliklerin aynı anda belirlenmesine izinvermiyorolsabile,parçacıklarınkonumvehızlarınınyinedeke sindeğerlerininolduğunu;parçacıklarınbütüneksenlerdebellispindeğerleriolduğunu;parçacıkların,kuantumbelirsizliğininyasakladığıherşeyiçinkesindeğerleriolduğunuönesürdüler.Yanionlaragörekuantummekaniğifizikselgerçekliğinheryö-nünüelealamadığıniçin-birparçacığınkonumunuvehızınıaynıandaelealamaz;birparçacığınbirdenfazlaeksendekispininielealamaz-tambirkuramdeğildi.

Uzun bir süre boyunca Einstein, Podolski ve Rosen'in haklı olup olmadığı konusu, fizikten çokmetafiziğin sorunu gibi görüldü. Pauli'nin söylediği gibi, eğer kuantum belirsizliğinin ya sakladığıözelliklerigerçektenölçemiyorsanız,buözelliklerger çekliğingizlikatmanlarıarasındavarolsabilenefark eder? Ama Bell, Einstein'ın, Bohr'un ve yirminci yüzyılın tüm diğer kuramsal fizik devleriningöremediğibirşeybulmuştu:Doğrudanölçülemiyorveyabelirlenemiyorolsalarbile,bazışeylerinsırfvarolmasıbilefarkedervebufarkdeneyselolaraksınana bilir.Bell,eğerEinstein,PodolskiveRosenhaklı olsaydı, bir birlerinden çok uzağa yerleştirilmiş ve parçacıkların belli özel liklerini (yukarıdabenimsediğimiz yaklaşıma göre, elektronların rasgele seçilmiş çeşitli eksenlerdeki spinlerini) ölçendetektörle rinbulduğusonuçlarınbirbirleriileyüzde50'denfazlauyuşma sıgerektiğinibuldu.

Bell bubuluşu1964yılındayaptı, amao zamangerekli deneyleri yapacak teknoloji yoktu. 1970’lerinbaşına gelindiğinde ise vardı. Berkeley den Stuart Freedman ve John Clauser'ln baş lattığı, TeksasA&M'denEdwardFry ve Randall Thompson'un sürdürdüğü, 1980'lerin başında da Fransa'da çalışanAlain As pect ve arkadaşlarının yürüttüğü çalışmalarla bu deneylerin gi derek yetkinleşen, etkileyiciörnekleriyapıldı.Aspectdeneyinde,birbirlerinden13metreuzaktakiikidetektörüntamortasınayüksekenerjilikalsiyumatomları içerenbirkaynakyerleştiril di.Fizikkurallarındanbiliyoruzki,herkalsiyumatomununda haazenerjili,normaldurumlarınadönerken iki fotonsalar;bu fotonlar, tersyönleredoğruhareket eder ve spinleri de, biraz önce incelediğimiz örnekteki spinleri bağıntılı elektronlar gibi, ta -mamen bağıntılıdır. NitekimAspect deneyinde de, detektörle rin ayarlan aynı iken iki fotonun ölçülenspinlerininaynıyöndeolduğugörüldü.EğerAspect'indetektörlerinesaatyönündespinbelirlediklerindekırmızı,saatyönününtersindespinbe lirlediklerindeisemaviışıkverecekbirdüzenekeklenseydi,ge lenfotonlarherikidetektöründeaynırenkışıkvermesinene denolacaktı.

Ama ki burası son derece önemli, Aspect defalarca tekrarla nan bu deneyin sonucunda elde edilenverileri -soldakive sağda kidetektörlerinayarlarınınherzamanaynıolmadığı,herdeneyde rasgelevebirbirinden bağımsız olarak değiştirildiği deneyler sonucunda elde edilen veriler- incelediğinde,detektörlerinyüzde50'dentuzluorandauyuşmadığınıbuldu.

Bu, çok çarpıcı bir sonuçtu. Okuduğunuzda nefesinizin kesil miş olması gerekir. Ama öyle olmamışolması olasılığına karşı, biraz daha açıklayayım. Aspect'in sonuçları,Einstein, Podolsky ve Rosen'inhaklı olmadığını deneysel olarak -yani kuramsal ola rak değil, düşünce yoluyla değil, bizzat doğasayesinde- kanıtlı yordu. Bu da Einstein, Podolski ve Rosen'in, parçacıkların kesin değerler almalarıbelirsizlikilkesitarafındanyasaklanmışözel liklerininaslındakesindeğerleri-örneğinbirbirindenfarklıeksenlerdeki spin değerleri- olduğu sonucuna ulaşırken kullandıkları akıl yürütme biçiminin, bir yerdeyanlışolduğuanlamınage liyordu.Nerede yanlış yapmış olabilirlerdi?Einstein, Podolsky veRosen ingörüşlerininşutemelvarsayımadayandığınıhatırlaya lım:Eğerverilibirandabircisminbirözelliğini,

ondanuzaktaolanbirbaşkacisimüzerindeyapılanbirdeneylebelirleyebiliyorsanız,ozamanilkcisimdebaştanberibuözelliğesahiptir.Buvarsayımıngerekçesibasitvesonderecemantıklıydı. İlkci simoradaiken,ölçmeişlemiburadayapılıyordu.İkicisimuzamsalolarakayrıktı,bunedenleölçmeişlemininilkcisimüzerindebiretkisiolmuşolamazdı.Dahadoğrusu,hiçbirşeyışıktanda hahızlıgitmediğiiçin,bircisimüzerindeyaptığınızölçümeğerdiğercisimdebirdeğişikliğe-örneğindiğercisminseçilmişbireksendekendisiyleaynıdönmehareketinebaşlamasına-nedenolacaksaolsaydı,buancakbirgecikmeylegerçekleşebilirdi.Enazındanışığınbuikicisimarasındakiuzaklığıkatetmesiiçinge rekenzamankadarbirgecikme.Amahembizimsoyutakılyürütmemizdehemdegerçekdeneylerde,ikiparçacıkdetektörlertarafından aynı anda ölçülmüştü. Bu nedenle, ikinci parçacığı öl çerek birinci parçacık hakkında neöğrenirseköğrenelim,öğrendiğimizoşeybirinciparçacığın,bizimdeneyyapıpyapmama mızdantümüylebağımsız olarak sahip olduğu bir özellikle ilgili olmak zorundadır. Kısaca, Einstein, Podolsky veRosen'ıniddia sınınmerkezindeoradakibircismin,buradakibircismeneyaptığınızlahiçilgisiolmadığıdüşüncesivardır.

Ama az önce gördüğümüz gibi bu akıl yürütme, detektör lerin ölçümlerin yarısından fazlasında aynısonuçları bulaca ğı öngörüsüne yol açıyor. Ama deneyler bu öngörüyü çürütüyor. Ne kadar mantıklıgörünürsegörünsün,Einstein,PodolskyveRoseninvarsayımının,kuantumevrenininişleyişbiçimiola -mayacağısonucunavarmakzorundakalıyoruz.Böylece,dolaylıamaüzerindedikkatledüşünülmüşbuakılyürütmeyle, deneyler oradaki bir cismin, buradaki bir cisme ne yaptığınızla ilgisi olduğu sonucunavarmamızanedenoluyor.

Kuantummekaniği her ne kadar parçacıkların ölçüldükleri anda rasgele şu veya bu özelliği aldığınıgöstermekteysede,rasgeleliğinuzaydailişkilendirilebileceğiniöğreniyoruz.Uygunbiçimdehazırlanmışparçacık çiftleri -bunlara dolanık parçacıklar denir- ölçülen özelliklerini bağımsız olarak edinmez.Sihirlibirçiftzarabenzerler.BiriAtlanticCity'de,diğeriLasVegas'taatı lır,herbirinderasgelebirsayıgelir, yinedeher seferinde iki zar daki sayılar bir şekildebirbirinin aynı olur.Dolanıkparçacıklar dabenzerşekildedavranır, tekfarklarıortadasihirolmayışıdır.Dolanıkparçacıklar,uzamsalolarakayrıkolsalardakendibaş larınadavranmazlar.

Einstein,PodolskyveRosen,kuantummekaniğiningetirdiğievrentanımınıneksikolduğunugöstermeküzere yola çıkmışlar dı. Bu üçlünün çalışmalarının esinlendiği kuramsal fikirler ve de neysel sonuçlar,yarımyüzyılsonra,onlarınanalizinitepetaklakedip,akılyürütmelerindekientemel,sezgiselaçıdanenmantıklı ve klasik olarak en anlamlı kısmının yanlış olduğu sonucuna var mamıza neden oluyor:Evrenyerel değildir.Bir yerde yaptığınız şeyin sonucu (bu iki nokta arasında herhangi bir şey gitmese bi le;herhangi bir şeyinbu iki nokta arasındaki yolculuğu tamamlayacakkadar vakti olmasabile) başkabiryerdeolanbirşeyleilişkiliolabilir.Eldekiveriler,Einstein,PodolskyveRosen'ınparçacıklarenbaştanbellivebağıntılıözellikleresahipolduğuiçinböyleuzunerimlibağıntılarınortayaçıktığıyolundakiöne -risiniçürütüyor.Tümbunlarıbukadarsarsıcıyapandabu.1997'de Nicolas Gisin ve Cenevre Üniversitesi'ndeki çalışma arkadaşları, Aspect deneyinin bir

benzerini yaptı. İki detektörün birbirinden 11 kilometre uzağa yerleştirildiği bu deneyde sonuç lardeğişmedi.Fotonundalgaboyuolanmikroölçekleregöre11kilometreçokbüyükbiruzaklıktır.Aslındamesafe 11milyon ki lometre veya 11milyar ışık yılı da olsa fark etmezdi.Detektörler birbirinden nekadar uzağa yerleştirilirse yerleştirilsin, fotonların arasındaki dolanıklığın değişmeyeceğini düşünmekiçinçoknedenvar.

Buinsanasondereceacayipgeliyor.Amaartıkkuantumdolanıklığıadıverilenbuolguyudestekleyençok fazla kanıt var. Eğer iki foton dolanıksa, bunlardan birinin bir eksendeki spininin başarıylaölçülmesi, uzakta olan diğer fotonu aynı eksende, aynı spine sahip olmaya "zorluyor". Bir fotonunölçülmesiişlemi,uzaktakifotonuolasılıksisindençıkıpbellibirspindeğeri,uzaktakieşiylekesinlikleaynıolanbirspindeğeriseçmeyemec burediyor.Budainsanınaklınıdurduruyor.

DolanıklıkveÖzelGörelilik:StandartGörüş

"Zorluyor"ve"mecburediyor"ifadelerinitırnakiçinealdım,çünkübuifadelerklasiksezgimizeuygunanlamlariletselerde,bubağlamdakitamanlamlarıdahadabüyükbiraltüstoluşaha zırolupolmamamızbakımındançokönemlidir.Gündelikanlamıylabusözcükler istemlibirnedensellik imgesiaklagetirir:Oradaözelbirşeyolmasınanedenolmakveyazorlamak içinburadabir şeyyapmayı seçeriz.Eğer ikifotonun karşılıklı ilişki sinin doğru tanımı bu olsaydı, özel görelilik zor durumda olur du. Deneylergösteriyorki,laboratuvardadeneyyapankişiaçı sından,birfotonunspinininölçüldüğüandadiğerfotonda aynı spin özelliğini alıyor.Eğer soldaki fotondan sağdaki fotona bir şey gidiyor ve sağdaki fotonusoldakifotonunspinininölçüldüğüyönündeuyarıyorolsaydı,buşeyinfotonlararasındaeşanlıolarakyolalmasıgerekirdikibudaözelgöreliliğinkoyduğuhızlimitiyleçelişir.

Özel görelilikle görünürdeki bu tip çelişkilerin yanılsama ol duğu konusunda fizikçiler arasında fikirbirliği vardır. Bunun sezgisel nedeni şudur: Fotonlar uzamsal olarak ayrık olsa bile, ortak kökenleriaralarında temelbirbağoluşturur.Herneka dar fotonlarbirbirlerindenuzaklaşıpuzamsalolarakayrıkdurumagelselerde,geçmişlerionlarıbirbirinebağlar;birbirlerindenuzakolduklarızamanbilehâlâtekbirfizikselsisteminparçasıdırlar.Yaniaslındauzaktakifotonuburadakifotonlaaynıözelliklerialmayazorlayan ya da mecbur bırakan şey bu foton üzerindeki ölçüm değildir, iki foton birbirine öylesineyakından bağlıdır ki -uzamsal olarak birbirlerinden çok uzak olsalar bile tek bir fiziksel varlığınparçalarıolarakdüşünülebilirler.Oza man,butekfizikselvarlıkla-ikifotoniçerentekvarlık-ilgilibirölçümünvarlığıetkilediğinisöyleyebiliriz;yaniherikifotonudaaynıandaetkiler.

Butanımlamalarikifotonarasındakibağıbirazdahainanılırhalegetiriyorsada,böylesöylendiğindebirazbelirsizdir.Yani,uzamsalolarakbirbirindenayrıolanikişeyintekolduğunusöylemekgerçektenneanlama gelir? Şöyle bir sav biraz daha ke sindir: Özel görelilik hiçbir şeyin ışıktan daha hızlıgidemeyece ğini söylediği zaman, buradaki "hiçbir şey" bildiğimizmaddeve enerji anlamındadır.Amaeldekidurumdahakarışık,çünkügö rünüşegöreburadaikifotonarasındaherhangibirmaddeve yaenerjigitmiyor, yani hızını ölçeceğimiz bir şey yok.Bununla birlikte, özel görelilikle tambir çatışma içindeolupolmadığımı zı öğrenmeninbir yoluvar.Maddeve enerjininortakbir özel liği, bir yerdenbir yeregiderken bilgi iletebilmeleridir. Bir radyo istasyonunda radyonuza gelen fotonlar bilgi taşır. Internetkabloları aracılığı ile bilgisayarınıza gelen elektronlar bilgi taşır. Bu nedenle, herhangi bir şeyin -tanımlanmamışbirşeyolsabile ışıktanhızlıgittiğininönesürüldüğüherdurumda,buşeyinbil gi iletipiletmediğiveyaenazındaniletipiletemeyeceğisorusunusormakbirturnusolkâğıdıgöreviyapar.Cevaphayırisestandartmantıkişler,ışıktanhızlıgidenbirşeyyoktur,özelgöreli liğemeydanokunmamışolur.Pratikte, karışık bir sürecin özel görelilik yasalarını ihlal edip etmediği konusunda fizikçilerin sık sıkbaşvurduğu test budur. (Şimdiye kadar hiçbir süreç bu testten geçemedi.) Bu testi elimizdeki süreceuygulayalım.

Sola giden ve sağa giden fotonların verili bir eksendeki spinlerini ölçerek, bu fotonların birindendiğerine bilgi göndermenin bir yolu var mı? Cevap, hayır. Neden? Hem soldaki hem de sağdakidetektörlerinverdiğisonuçlar,rasgelebirsaatyönündeve yasaatyönününtersiyöndespinlerdizisindenbaşka bir şey de ğildir; çünkü deneyin her yapılışında parçacığın bu yönde ya da diğer yönde dönüyorolmaolasılığıeşittir.Hiçbirölçümünsonucunuhiçbirşekildeöngöremezvekontroledemeyiz.Dolayısıileherikidetektördeneldeedilenrasgelesonuçlarlisteninhiçbirindenebirmesaj,negizlibirşifre,nedeherhangibirbilgivardır.Buikilisteyleilgilitekilginçşeyaynıolmalarıdır,amabudalis telerışıktandahayavaşbiraraçla(örneğinfax,e-posta,telefonvb.)yanyanagetirilipkarşılaştırılmadananlaşılamaz.Böylecestandartsav,hernekadarfotonlardanbirininspinininölçülmesieşanlıolarakdiğerinietkiliyorgibi görünüyorsa da, bir fotondan diğerine hiçbir bilgi iletilmediği ve özel göreliliğin getirdiği hızsınırınıngeçerliolduğusonucunavarır.Fizikçiler-listelerbir birininaynısıolduğuiçin-spinsonuçlarınınbağıntılıolduğunu,amaikiuzakkonumarasındahiçbirşeygelipgitmediğiiçin,bununklasikbirneden-sonuçilişkisinitemsiletmediğinisöylüyor.

DolanıklıkveÖzelGörelilik:KarşıGörüş

Bu kadar mı? Kuantum mekaniğinin yerel olmayışı ile özel görelilik arasındaki potansiyel çatışma

ortadankalktımı?Büyükolasılıkla.Yukarıdakigörüşlertemelinde,fizikçilerinçoğu,Aspect’inbağlantılıparçacıklarla ilgili olarak vardığı sonuçlar ile özel görelilik arasında uyumlu bir birliktelik olduğunusöyleye rek konuyu özetler. Kısacası özel görelilik paçayı sıyırıyor. Bir çok fizikçi bunu ikna edicibuluyor,bazılarıişeişinbaşkayönle rideolduğugibirahatsızedicibirduyguiçinde.

Bensezgiseldüzeydeherzamanbirliktevaroluşgörüşünüpaylaştım,amakonununçokhassasolduğudainkâredilemezbirgerçek.Amasonuçtabütünsellikgörüşünekadarsavunulsada,bilgieksikliğinenekadardikkatçekilsede,kuantummeka niğininraslantısallığıtarafındanyönetilen,birbirindençokuzakikiparçacık biri ne yaparsa diğeri de anında aynı şeyi yapacak kadar "temasta" kalıyor. Bu da, ikisininarasındaışıktanhızlıbirşeyinişlediğinigösteriyor.

Şuandurumumuzne?Sağlam,evrenselolarakkabulgörenbircevapyok.Kimifizikçilervefilozoflar,ilerlemeninşimdiyekadar yaptığımız tartışmanın yanlış yere odaklandığını anlama mıza bağlı olduğunuönesürüyor.Çokhaklıolarak,özelgörelili ğinözününışığınbirhızsınırıkoymasındançok,ışıkhızınınbütün gözlemcilerin kendi hareketlerinden bağımsız olarak üzerinde anlaştığı bir şey olması olduğunaişaret ediyorlar. Daha ge nel olarak, bu araştırmacılar özel göreliliğin temel ilkesinin, hiç bir gözlemnoktasınındiğerindendahafarklıolmamasıolduğunuvurguluyor.Onedenlede,sabithızlahareketedentüm gözlemcilerin eşit olarak ele alınması ile bağlantılı parçacıklar üze rindeki deneysel sonuçlaruyuşursa, özel görelilikle aradaki ger ginliğin çözümleneceğini öne sürüyorlar (pek çok kimse de bunakatılıyor).17Amabuhedefeulaşmakçokdakolaydeğil.Bunusomutolarakgörmekiçin,eskimodelbirkuantummekaniğiderskitabındaAspectdeneyininnasılaçıklandığınıdüşünelim.

Standart kuantum mekaniğinde, ölçüm yaparak bir parçacığın burada olduğunu bulduğumuzda, oparçacığın olasılık dalgasını değiştiririz: Önceki potansiyel sonuçlar aralığı, ölçümümüz sonucundabulduğumuz tekgerçeksonuca indirgenir (Şekil4.7).Fizikçiler,ölçümünolasılıkdalgasınınçökmesineneden olduğunu söyler. Bir yerdeki ilk olasılık dalgası ne kadar büyükse, dalganın o noktada çökmeolasılığının o kadar büyük olduğunu -yani parçacığın o noktada bulunma olasılığının o kadar büyükolduğunu- düşünürler. Standart yaklaşımda çökme tüm ev rende eşanlı olarak gerçekleşir: Bu düşüncebiçiminegöre,par çacığıburadabulduğunuzdabaşkabiryerdebulunmaolasılığıanındasıfıradüşer,budaolasılıkdalgasınınanındaçökmesiyleifadebulur.

Aspectdeneyindesoladoğrugidenfotonunspiniölçülüpdediyelimherhangibireksende,saatyönündeolduğubulunduğunda, fotonun tümuzaydakiolasılıkdalgası çökerve saatyönünün tersinde spinin sıfırolmasınanedenolur.Bu çökmeher yerdeolduğu için, sağadoğrugiden fotonunolduğuyerdedeolur.Öyle görünüyor ki, o zaman sağa giden fotonun olasılık dalgasının saat yönünün tersindeki bölümü deçökereksıfırolur.Bunedenlesağagidenfotonsolagidenfotondannekadaruzakolursaolsun,olasılıkdalgasısolagidenfotonunolasılıkdalgasındakideğişikliktenanındaetkilenirveonunspinideseçilenek-sendesolagidenfotonlaaynıolur.Ozamanstandartkuantummekaniğinegöre,ışıktandahahızlıetkidensorumluolanşeyola sılıkdalgalarındakibuanideğişikliktir.

Kuantum mekaniğinin matematiği bu niteliksel tartışmayı ke sinleştirir. Nitekim çöken olasılık

dalgalarınınyolaçtığıuzunerimlietkiler,Aspect'insoldakivesağdakidetektörlerinin(eksenlerirasgeleve birbirinden bağımsız olarak seçildiğinde) hangi sıklıkta aynı sonucu bulması gerektiği ile ilgiliöngörüleri de ğiştirir. Kesin cevabı bulmak matematiksel hesaplar yapmayı ge rektirir (bu konuylailgileniyorsanıznotlarbölümünebakın),amahesapsonucundadadetektörlerintamolarak%50uyuşmasıgerektiğisonucuçıkar(yanidahaönceEinstein,PodolskiveRosen'inparalelevrenhipotezinikullanarakvardığımız,yüzde50'ninüzerindeuyuşmaöngörüsündenfarklıbirsonuç).Busonuçyani%50uyuşma,Aspect'indeneylerindebulduğusonuçlatamamenaynı.Standartkuantummekaniğiverilerleetkileyicibiruyumgösteriyor.

Buçokbüyükbirbaşarı.Amayinedebirpürüzvar.Yetmişyıldandahauzunbirsüresonrahiçkimsebirolasılıkdalgası nınnasılçöktüğünü,hattagerçektençöküpçökmediğinibilmiyor.Olasılıkdalgalarınınçöktüğü varsayımının, kuantum kura mının öngördüğü olasılıklar ile deneylerin ortaya koyduğu ke sinsonuçlar arasında güçlü bir bağ oluşturduğu yıllar içinde ka nıtlanmıştı.Amabu, bilmecelerle dolu birvarsayımdır.Birke re,çökmekuantumkuramınınmatematiğindenkaynaklanmı yor;bukuramıalıporayabizyerleştiriyoruz,çünkübunuyapmanınüzerindefikirbirliğinevarılmışvedeneylekanıtlanmışbiryoluyok. İkincisi, New York'taki detektörünüzde bir elektron bulmakla bu elektronun Andromedagalaksisindekiolasılıkdalgasınınanındasıfıradüşmesinesebepolmanıznasılmümkünolabilir?ElbetteparçacığıNewYork'tabelirlediğinizdeartıkAndromeda'dadaolamayacağıkesin,amahangibilinmeyenme kanizma bunun böylesi bir etkinlikle gerçekleşmesini sağlayabi lir? Daha serbest bir dille, olasılıkdalgasınınAndromeda'dakivediğerheryerdekiparçalarıeşanlıolaraksıfıradüşmeyina sıl"biliyor"?

Bu kuantum mekaniksel ölçme problemini 7. Bölüm de ele alacağız (ve göreceğiz ki olasılıkdalgalarının çökmesi varsa yımının kullanılmadığı başka öneriler de var). Ama şimdilik 3. Bölüm detartıştığımızgibi,birbakışaçısındaneşanlıolanbir şe yin,hareketetmekteolanbaşkabirgözlemcininbakış açısından eşanlı olmayabileceğini akılda tutmak yeterli, (hareket eden bir trende saatleriniayarlayanItchyveScratchy’yihatırlayın.)Dolayısıileeğerbirolasılıkdalgasıbirgözlemciyegöretümuzayda eşanlı olarak çökecek olsaydı, hareket etmekte olan bir baş ka gözlemciye göre eşanlıçözmeyecektir.Aslında, hareketleri ne bağlı olarak bazı gözlemciler soldaki fotonun önce ölçüldüğünübildirecek, aynı derecede güvenilir olan diğer gözlemciler se sağdaki fotonun önce ölçüldüğünüsöyleyecektir.Bunedenledeolasılıkdalgalarınınçökmesifikridoğruolsabile,hangiöl çümündiğerinietkilediği -soldaki fotonun ölçülmesi mi, sağdaki fotonun ölçülmesi mi- konusunda nesnel bir doğruolmayacaktır. O zaman da olasılık dalgalarının çökmesi, bir bakış noktası nı tercih ediyormuş gibigörünecekti:Çökmeninkendisinegöreuzaydaeşanlıolduğubakışnoktasını, soldakivesağdakiölçüm-lerin kendisine göre aynı anda olduğu bakış noktasını. Ama belli bir bakış noktasının seçimi, özelgöreliliğineşitlikçiözüyleuyuş maz.Buproblemiaşmakiçinbazıyollarönerilmişsede,hangi sinin-oda,eğermümkünse-dahabaşarılıolduğuyönündetar tışmalarsürüyor.Yanihernekadarçoğunluğagöreortadauyumlubirbirliktevarolmadurumuvarsada,bazıfizikçiler

vefilozoflarkuantummekaniği,dolanıkparçacıklarveözelgörelilikarasındaki ilişki nintamolarakneolduğusorusunacevaplanmamışbirsoruola rakbakar.Çoğunluğunbakışaçısınınsonundadeğiştirilmezbirşekilalarakhâkimolmasıelbetteolasıvebanagöremümkün.Amatarih,bazıkarışıkvetemeleilişkinsoruların bazen devrim tohumlan attığını gösteriyor. Bu durumda da, ne olacağını ancak zamangösterecek.

Peki,BütünBuBilgilerleNeYapacağız?

Bell in akıl yürütmesi ve Aspect'in deneyleri, Einstein'ın gözünde canlandırdığı evrenin gerçekliktedeğil,ancakzihinselolarakvarolabileceğinigösterdi.Einstein'ınevreni,buradaya pılanbirşeyin,geneancakburadaolanşeylerlebağlantılıolabi leceğibirevrendi.Onunbakışaçısınagörefiziktamanlamıylayereldi.Amaşimdiverilerbudüşünüşüboşaçıkarıyor,böylebirevrenolamayacağınıgösteriyor.

Einstein'ınevrenibirdecisimlerintümolasıfizikselözniteliklerininkesindeğerleraldığıbirevrendi.Öznitelikler,birdeneycionlarıölçüpde"varedene"kadarvarolmaklayokolmakara sındabeklemezdi.

FizikçilerinçoğunluğuEinstein'ınbunokta dadahatalıolduğunusöyleyecektir.Çoğunluğunbudüşüncesi -ne göre, parçacık özellikleri bir ölçümün onları zorlamasıyla var olur -bu noktayı 7. Bölüm de dahaayrıntılı olarak inceleyeceğiz. Parçacık özellikleri gözlenmedikleri ve çevreyle etkileşmediklerizamanlarda, tek özelliği yalnızca bir ya da diğer potansiyel durumun gerçekleşmesi olasılığı olan,bulutsu, bulanık bir varlığa sa hiptir. Bu fikrin en ateşli savunucuları, bir kimse ve bir şey Ay'a"bakmadığı"veyaherhangibirşekildeonunlaetkileşmediğiza manAy'ıngerçektendeoradaolmadığınıilerisürer.

Bukonudajürikararınıhâlâvermedi.Einstein,PodolskyveRosenölçümyapılmasınınbirbirindençokuzakta bulunan par çacıkların aynı özelliklere sahip olduğunu ortaya çıkarmasının tek anlamlıaçıklamasının, parçacıkların baştan beri o belli özel liklere sahip olması olduğunu öne sürdüler (ortakgeçmişlerine deniyleözellikleribağıntılıydı).YıllarsonraBell inçözümleme leriveAspect'inverileri,sezgiselaçıdangayetkabuledilebilirolanveparçacıklarınherzamankesinözellikleresahipolduğuönkabulünedayananbuönerinin,deneyselolarakgözlenen,ye relolmayanbağıntılarıaçıklamaktayetersizkaldığını kanıtladı. Ama yerel olmayan bağıntıların gizemini açıklayamamak, par çacıkların her zamankesinözellikleresahipolmasıkavramınınkendisinindeyanlışolduğuanlamınagelmez.Verilerevreninyerel olmadığını gösteriyor, ama parçacıkların böyle saklı özel liklere sahip olmasının mümkünolmadığınıgöstermiyor.

Aslında Bohm 1950'lerde yerel olmama özelliğini ve saklı de ğişkenleri birleştiren kendi kuantummekaniği yorumunu geliş tirmişti. Bu yaklaşımda, her ikisini de aynı anda ölçemiyor olsak bile,parçacıklarınherzamanhemkesinbirkonumuhemdeke sinbirhızıvardır.Bohmunyaklaşımıbildiğimizkuantumme kaniğiiletamamenuyuşanöngörülerdebulunuyordu,amaformülasyonuyerelolmayışlailgilidahadacesurbiröğeiçeriyor du:Bellibirkonumdakibirparçacığaetkiyenkuvvetlereşanlıolarakuzakkonumlardaki koşullara bağlıydı.Yani bir anlamdaBohm'un yorumu,Einstein'ın klasik fiziğin sezgiselaçıdan anlamlı -parçacıkların kesin özelliklere sahip olması- ancak kuantum devrimi tarafından terkedilmişözelliklerindenbazılarını tekraryerinekoymaamacınanasılyaklaşabileceğimizigösterir.Amaaynızamandabunuyapmanınyerelolmamaözelliğininda hadadikkatçekicibiryönünükabuletmekgibibir bedeli olduğunu da gösterir. Bu yüksek bedel karşısında, Einstein bu yaklaşımda pek de tesellibulamazdı.

Einstein,Podolsky,Rosen,Bohm,Bell,Aspectvebualandaönemliroloynayanpekçokaraştırmacınınçalışmalarındançıkanenşaşırtıcı sonuçyerelliktenvazgeçmekgerektiğidir.Şuandaevreninçok farklıbölgelerinde bulunan cisimler, geçmiş leri dolayısıyla, kuantummekaniğine özgü, bağlantılı bir bütününparçalarıolabilir.Hernekadarbirbirindençokuzakdaol salarböylecisimlerrasgeleamaeşgüdümlübirşekildedavranı yorolabilir.Uzayın temel özelliklerinden birinin iki cismi birbirinden ayırması, farklı kılması olduğunu

düşünegelmişizdir.Ama şimdi, kuantummekaniğinin bu görüşü kökten değiştirdiğini görüyoruz. İki şeyuzaylabirbirindençokuzakta,tamamenayrıola biliramagenedetamanlamıylabirbirlerindenbağımsızbir var lıkları olmayabilir. Bir kuantum bağlantısı birinin özelliklerini diğerine bağlı kılarak bunlarıbirleştiriyor olabilir.Uzay, böyle si bağlantılı cisimleri birbirinden ayıramaz, bu karşılıklı bağları yokedemez. Bütün bir uzay böyle iki cisim arasındaki kuantum mekaniğine özgü karşılıklı bağlarızayıflatamaz.

Bazıları bunu "her şey diğer her şeye bağlıdır" veya "kuantum mekaniği hepimizi tek bir evrenselbütündedolanıkkılar"şeklindeyorumlamıştır.Çünkünedeolsaakılyürütmemizşöyle:BüyükPatlamadaherşeybiryerdenortayaçıktı(bugünayrıolduğunudüşündüğümüzheryertaenbaştatekbiryerdidi yedüşünüyoruz).Her şey başlangıçtaki o aynı şeyden ortaya çıktığı için de (tıpkı bir kalsiyum atomununsaldığıikifotongi bi),herşeydiğerherşeylekuantummekaniğineözgübirbiçimdebağlantılıdır.

Buhoşumagidiyor olsa da, böyle coşkulu sözler biraz abartılı.Kalsiyumatomundan çıkan iki fotonunarasında kuantum bağlantıları var elbette, ama o kadar hassaslar ki Aspect'in ve baş kalarının yaptığıdeneylerde, fotonların çıktıkları kaynaktan de tektörlere ulaşana kadar kesinlikle hiçbir engellekarşılaşmama sı gerekir. Eğer fotonlar detektörlerden birine ulaşmadan önce civardaki parçacıklarlaçarpışır, deney düzeneğinin başka par çalarına çarparlarsa, fotonlar arasındaki kuantum bağlantılarını

tanımlamakçokamaçokdahazorolur.Çünküodurumda, iki fotonunözellikleri arasındakibağıntılarıaramakyerine,fotonlarveçarpışmışolabilecekleriherşeyarasındakarmaşıkbirbağıntıörüntüsüaramakgerekir.Bütünbuparçacıklaryollarınadevamederkendahadabaşkaparçacıklarlaçarpışacakları için,çevreyle bu etkileşimler sonucunda kuantum bağlantısı o kadar yayıla caktır ki saptanması olanaksızolacaktır.Fotonlararasındakiilkbağlantıhemenhemensilinmişolacaktır.

Yinedebubağlantılarınvarolmasıvedikkatledüzenlenmişlaboratuvarkoşullarındaciddimesafelerdegözlenebiliyor olma ları gerçekten de şaşırtıcıdır. Bunun temel olarak bize gösterdiği şey uzayın birzamanlardüşündüğümüzgibiolmadığıdır.

Yazaman?

2–ZAMANVEYAŞANANLAR

V.Bölüm–DonmuşNehir

Zaman, insanlığın şimdiye kadar karşılaştığı en bilindik ama en az anlaşılmış olan kavramlararasındadır.Zamanınuçarcasınageçtiğinisöyleriz,vakitnakittirderiz,zamandantasarrufetmeyeçalışırızvezamanıboşaharcadığımız zaman üzülürüz.Ama acaba zaman nedir?AzizAugustin ve Justice PotterStewartonuancakgördüğümüzdeanlayacağımızısöylemişolsalarda,üçüncübinyılınbaşlarındakizamankavrayışımız bundan biraz daha derinlikli olmalıdır. Bazı bakımlardan öyledir de. Ama diğer bazıbakımlardan öyle değildir.Yüzyıllar sürengizemdenvederindüşünüşlerden sonra zamanın bazı sırlarıkonusunda epeyce bir şeyler öğrenmiş olsak da pek çoğu hâlâ esrarını koruyor. Zaman nereden geldi?Zamanınolmadığı bir evren ne anlama gelir? Tıpkı uzayın birden fazla boyutu olduğu gibi zamanın dabirdenfazlaboyutuolabilirmi?Geçmişe"yolculuk"yapabilirmiyiz?Eğeryapabiliyorsakyolculuğumuzuizleyenzamandilimindekiolaylarzincirinideğiştirebilirmiyiz?Zamanınenküçük,mutlakbirbirimivarmıdır? Acaba zaman, gerçekten evrenin yapısının temel bir bileşeni midir yoksa algıla rımızı düzenekoymayayaramaklabirlikteevrenintemelyasala rınınyazımındakullanılansözlüktebulunmayanbiryapımıdır?Zaman, henüz keşfedilmemiş olan çok daha temel bir kavramdan kaynaklanan, türev bir kavramolabilirmi?

Busorulara tamvetümüyle inandırıcıyanıtlarbulmak,modernbiliminen temelamaçlanarasındadır.Ama bu önemli sorular, başka sorular da olmadığı anlamına gelmez. Zamana iliş kin gündelikdeneyimlerdebileevreninenkarışıkbilmecelerigizlidir.

ZamanveYaşananlar

Özelvegenelgörelilikzamanınevrenselliğive tekliğinipa ramparçaetti.Bukuramlar,herbirimizin,Newton'un tanımla dığı eski, evrensel zamanın bir parçasını alarak onu kendimizle birlikte taşımaktaolduğumuzugösterdi.Buzaman,bizidurdurakbilmedenbirandandiğerinegötürenkişiselsaatimizdir.Görelilik kuramları bizi şaşırtmıştır çünkü kendi kişisel saatimiz kendi sezgisel zaman kavramımızlauyum içinde, düzgün, tekdüze işliyor olsa da başka saatlerle karşılaştırdığımızda ortaya bir farkçıkmaktadır.Sizinzamanınızlabenimzamanımaynıolmakzorundadeğildir.

Bunuverildiğinikabuledelim,pekiacabazamanınbenimiçingerçekanlamınedir?Başkalarınınzamandeneyimiylebirkar şılaştırmayıodaknoktasınakoymazsak,birbireytarafındanya şandığıvekavrandığıbiçimiyle zamanın tam karakteri nedir? Bu deneyimler acaba zamanın gerçek doğasını kesinlikle yan-sıtabiliyorlarmı?Vebunlarbizegerçekliğindoğasıkonusundanelersöylüyorlar?

Kendideneyimlerimizbize,ezicibirşekilde,geçmişingele cektenfarklıolduğunuanlatır.Gelecek,pekçokolasılıksunuyorgibigörünürsede,geçmiştekbirşey,gerçekleşenşeyol makzorundadır.Geleceğibirdereceye kadar etkileyebileceği mizi, yönlendirebileceğimizi veya belli bir kalıba sokabileceğimi zihissederizamageçmiş,değişmezgibigörünür.Geçmişilege lecekarasında, tıpkıbir filmşeridinin, filmmakinesinin parlak ışığının önünden geçerken anlık olarak ''şimdi"ye dönüşen kare leri gibi kendini birandandiğerine,geçicibirtutunmanoktasıolarakyenidenyaratan,kayganbirşimdikavramıvardır.Sankizaman,trampetçininhervuruşuylaşimdihedefinedoğrusonsuz,tekdüzebirritimlegidiyorgibidir.

Deneyimlerimiz bize aynı zamanda, olayların zaman içinde nasıl geliştiği konusunda apaçık biryönlülükolduğunusöyler.Dökülensütiçinağlamanınbiryararıyoktur,sütbirkezdöküldüyseaslageriyedönüşüyoktur:Yeresaçılmışsütüntopar lanarakyerdenyükseldiğinivemutfaktezgâhınınüzerindeduranbardağın içine dolduğunu hiçbir zaman görmeyiz. Yaşadığı mız dünya tutarlı bir şekilde, olayların herzamanböylebaşlayıpşöylebitebileceği,hiçbirzamanşöylebaşlayıpböylebitemeyeceğikoşulundanaslasapmayan,tekyönlübirzamanokunatakılıkalmışgibigörünmektedir.

Bunedenle,deneyimlerimizbize,zamankonusundabirbiri ninüzerinekapananikişeyöğretir.Birincisi,zaman akmaktaymış gibi görünür. Sanki zaman nehrinin kıyısında oturmuşuz ve çok güçlü bir akıntı,geleceğibizedoğrugetiriyor,zamanbizeulaştığındaşimdioluyorvenehrinaşağısına,geçmişedoğruakı -yorgibidir.Bubenzetmesizeçokedilgengeldiyse,çevirebilir siniz:Acımasızcaileriyedoğruakanzamannehrindesürüklenmekteyizdir,bunehirbizibirşimdianındandiğerinegötürür,geçmiş,akanmanzaraylabirlikte geride kalırken gelecek, nehrin alt tarafında bizi bekler. (Deneyimlerimiz, zamanın bize enduygusal benzetmeler konusunda ilham verdiğini de öğretmiş tir.) İkincisi, zamanın bir oku varmış gibigörünür.Zaman,olaylarınyalnızcabir zamansal sıralamadaolması anlamında tekbir yönevehepaynıyöne doğru akıyor gibidir. Birisi size, içinde bir bardak sütün döküldüğü kısa bir film bulunan amakareleri tek tek kesilip karıştırılmış olan bir kutu vermiş olsa, film yapımcı sının yardımı olmadan bukareleri doğru zaman sıralamasına sokabilirsiniz. Zamanın yapısal bir yönü varmış ve geçmiş adı ve -rilendengelecekadıverileneakmakta,olaylardabuevrensel sı ralamayagöregelişmekte -sütdökülür,yumurtalarkırılır,mumlaryanar,insanlaryaşlanır-gibidir.

Zamanınkolaycaalgılayabildiğimizözellikleri,onunenbüyükbilmecelerindenbazılarınıortayakoyar.Zaman gerçekten akıyormu? Eğer öyleyse gerçekten akan nedir? Ve bu zaman denen şey hangi hızdaakıyor?Zamanıngerçektenbir okuvarmı?Uzay, yapısından ayrılmazbir oka sahip değilmiş gibi du-ruyor.Örneğin,evreninkaranlıkderinliklerindekibirastronotiçinsağ-sol,ileri-geri,aşağı-yukarıyönlerieşitdurumdadır,ozamanbuzamanokuneredengeliyor?Eğerzamanokuvarsa,acabamutlakmı?Yadabazışeylerzamanokunungösteriyor muşgibigöründüğüyönüntersiyöndegelişebilirmi?

Şimdiki kavrayışımızı ilk olarak bu sorulan klasik fizik çer çevesinde düşünerek pekiştirelim. Bubölümün kalan kısmında ve gelecek bölümde (ki o bölümde önce zamanın akışını, sonra da okunuinceleyeceğiz) kuantum olasılığı ve kuantum belirsizliğini göz ardı edeceğiz. Bununla birlikteöğreneceklerimizin büyük bölümü doğrudan kuantum alanıyla bağlantılıdır ve Bölüm 7'de de zamanakuantumkuramınınbakışaçısınıinceleyeceğiz.

ZamanAkarMı?

Hissedebilen varlıklar açısından cevap açıkmış gibi durmaktadır. Bu kelimeleri yazarken zamanınaktığınıaçıkçahissediyorum.Hertuşadokunuşum,birdiğeritarafındanizleniyor.Bukelimeleriokurken,gözlerinizsayfadabirkelimedendiğerinegi derken,hiçkuşkusuz,sizdezamanınaktığınıhissediyorsunuz.Amafizikçilernekadaruğraşırlarsauğraşsınlar,hiçkimsefizikyasalarıiçindezamanınaktığıyönündekisezgisel hissi destekle yen, inandırıcı bir kanıt bulamamıştır.Aslında Einstein'ın özel göreliliğe ilişkingörüşlerindenbazılarınınyenidenyorumlanma sı,zamanınakmadığıyönündekanıtlarortayakoymaktadır.

Bunu anlayabilmek için, Bölüm 3'te kullandığımız, uzay- zamanın ekmek somunu benzetmesine geridönelim.Somunuoluşturandilimlerin,belirligözlemcileraçısından"şimdi"lerol duğunuhatırlayalım;herdilimogözlemcininbakışaçısındanza manınbiranındakiuzayıtemsileder.Dilimleri,gözlemcininonlarıyaşadığısıraylayanyanakoyarakeldeettiğimizbütün,biruzay-zamanbölgesinidoldurur.Eğerbubakışaçısınımantıksalbiruçnoktayataşırveherdiliminbirgözlemcininbakışaçı sındanzamanınverilenbiranındauzayın tümünü tanımladığı nıvarsayarveeğerçokeskigeçmiştenuzakgeleceğekadarolası tümdilimleridüşünürsek,ozamansomun,bütünzamanlariçinevrenintümünü-yaniuzay-zamanınbütününükaplayacaktır.Neredevenezamanolmuşolursaolsun,herolaybusomundabirnoktataralındantemsiledilir.

Şekil5.1'degösterilenbubakışaçısıaklınızıbirazkurcalamışolmalı.Şekildekitümevrene,zamanınher anında uzayın tama mına baktığımız "dış" bakış noktası, hiçbirimizin hiçbir zamanbulunamayacağı,hayalibirnoktadır.Hepimizuzay-zamanın içindeyiz-Sizin veya benimyaşadığımız her şey uzayda biryer de,belirlibirzamandagerçekleşir.Şekil5.1bütünuzay-zamanıtemsiletmeyiamaçladığıiçin,böylesi

yaşantılarınhepsini,sizin,benim,herkesinveherşeyinyaşantılarınıkapsar.Eğerçokyakındanbakarakyerküre gezegeninde tüm olup bitenleri görebilseydiniz, Büyük İskender'i Aristo'dan ders alırken,LeonardodaVinci'yiMonaLisa'nınsonfırçadarbesinivururkenveGeorgeWashingtonuDelaware'dengeçerkengörebilirdiniz.Görüntüleresoldansağadoğrubakmayadevamettiğinizdebüyükanne niziküçükbirkızolduğuzamanlardaoyunoynarken,babanı zıonuncuyaşgününükutlarken,okuldaki ilkgününüzügöre bilirdiniz. Görüntüde daha sağa baktığınızda kendinizi bu kita bı okurken, torununuzun torununudoğarken ve biraz daha sağda da onu başkan olurken, törende görebilirdiniz. Şekil 5.1'in çözünürlüğüdüşükolduğuiçinbuanlarıgerçektengöremezsi nizamabirgazbulutuolarakçöküşlerindenbaşlayarak(şema tikolarak)GüneşveDünya'nın tarihini,Güneş'inbirkırmızıdevhalinegelipDünya'nınölümünenedenoluşunakadargöre bilirsiniz.Bunlarınhepsioradadır.

Şekil5.1Bütünuzayın,bazıilkgalaksilerinoluşumunu,GüneşveDünya’nınoluşumunuveşimdilikuzakbirgelecekteolacağınıdüşündüğümüz,Güneş'inbirkırmızıdevhalinegelmesisonucundaDünya’nınkaçınılmazölümünükapsayan,tüm

zamanlardaki(elbettezamanınbirbölümündeuzayınbirbölümünügösteren)şematikgösterimi.

Şekil5.1'inhayalibirbakışaçısıolduğukuşkusuzdur.Bunokta,uzayvezamanındışındadurmaktadır.Şekildekimanzarahiçbiryerdenvehiçbir zamangörülemeyecekbirmanza radır.Amaböyleolsabile-gerçektenuzay-zamanınötesinebiradımatıpevrenibirbütünolaraktarayamıyorolsakbile-Şekil5.1'inşematiktanımlamasıbize,uzayvezamanıntemelözelliklerininçözümlenmesiveaçıklığakavuşturulmasıiçingüçlübiraraçsağlamaktadır.Önemlibirörnekolarak,zamanınakışınailişkinsezgiselhis,buyapıdafilm projektörü benzetmesindeki bir değişiklikle son derece canlı bir şekilde gösterilebilir. Zamandilimlerinibirbiriardı sıraaydınlatanbir ışığıgözümüzdecanlandırabiliriz.Bu ışıkaydınlattığıdilimianlık olarak canlandırır onu anlık olarak şimdi yapar-ve ışık bir sonraki dilimi aydınlattığında öncekidilimyenidenkaranlığagömülür.Zamanhakkındakibusezgiseldüşünüşbiçiminegöre,şuandaışıksizinDünyagezegenindeoturmuşbukelimeyiokuduğunuzdilimiaydınlatı yor,şimdidebukelimeyiokuduğunuzdilimi aydınlatıyor.Buna rağmen, bu görüntü yaşadıklarımızla örtüşüyor gibi görünüyor olsa da, biliminsanları fizik yasaları içinde böyle hareketli bir ışığı ima eden herhangi bir şey bulamadılar. Bubilimcilermekanizmasürekliolarakgeleceğedoğruakarken,biranıdi ğerindenayıran,onunanlıkolarakgerçek-anlıkolarakşimdi-olmasınısağlayanbirmekanizmabulamadılar.

Tamtersine.Şekil5.1'dekibakışaçısıelbette hayalidir amauzay-zaman somunu -dilimler değil amauzay-zamanınbütünü-gerçektir.Einstein'ınçalışmasınınpekdeyaygınolarakkabulgörmeyenbirsonucu,özel göreliliğin bütün zamanları eşit olarak ele aldığını söyler. Her ne kadar şimdi kavramı dünya yabakışımızda merkezi bir rol oynuyorsa da, görelilik önsezi lerimizi bir kez daha alt-üst ederek bizimevrenimizin,herbir anıdiğerikadargerçekolaneşitlikçibir evrenolduğunubildi rir.Bölüm3'teözelgörelilik bağlamında dönen kova konusunu düşünürken bu fikre şöyle bir dokunup geçmiştik. Orada,Newton'unkine benzeyen dolaylı birmantık yürütmeyle uzay- zamanın, ivmeli hareket için bir referansnoktası oluşturmayayeterli bir şeyolduğu sonucunavarmıştık.Buradabukonuyubir başka açıdan elealıyorvedahailerigötürüyoruz.Şekil5.1'dekiuzay-zamansomunununherparçasınındiğerparçala rıylaeşitolarakvarolduğunu,bunundaEinstein'ıninandığıgi bi,gerçekliğingeçmiş,günümüzvegeleceğieşitolarak kucakladığını ve gözümüzde canlandırdığımız, bir dilimi ışığın altına getirip diğerini karanlığagömenakışınaldatıcıbirgörüntüol duğunutartışıyoruz.

Geçmiş,ŞimdiveGelecekYanılsaması

Einstein'ın perspektifini anlamak için geçerli bir gerçeklik ta nımına, verilen bir anda nelerin varolduğunu belirleyen bir algoritmaya ihtiyaç duyuyoruz. Bu konudaki yaygın bir yaklaşım şudur:Gerçekliği-şuandaneyinvarolduğunu-düşünürken,akılgözümdebirfotoğraf,bütünevreninşuandakidonmuş, zihinsel görüntüsünü canlandırırım. Bu kelimeleri yazarken, şu anda neyin var olduğukonusundaki hissim, gerçeklik hissim tüm şu listeyle -mutfaktaki saatin gece yarısını vuruşu; yerdenpencerepervazınaatlarkenhavadauçankedim;Dublin'iaydınlatan,sa bahınilkışıkları;Tokyoborsasınınuğultusu;Güneş'teikibelirlihidrojenatomununkaynaşması;Orionbulutsusundanbirfotonunsalınması;ölmekte olan bir yıldızın kara deliğe dönüşme den önceki son anı- yani şu andaki donmuş zihinselgörüntüler le aynı şeydir. Bunlar, hemen şimdi olan şeyler oldukları için, şu anda var olduklarını önesürdüğümşeylerdir.ŞuandaŞarlman(Charlemagne)varmı?Yok.ŞuandaNeronvarmı?Yok.ŞuandaLincolnvarmı?Yok.ŞuandaElvisvarmı?Yok.Hiçbi ribenimşuandavarolanlar listemdeyok.Şuanda2300yılındaveya3500yılındaveya57.000yılındadoğmuşolanbirisivarmı?Yok.Bütünbunlarbenimakılgözümünzihinseldonmuşgörüntüleriarasındayok,şuandakizamandilimimdeyokvesonuçolarakhiçbiribenimşuandavarolanlarlistemdeyok.Bunedenlehiçduraksamadanonlarınşuandavarolmadığınısöylüyorum.Benimbelirlibirandagerçekliği tanımlayışımböyledirvebu,varlıkkonusunudüşünürkenüstükapalıbirşekilde,çoğumuzunkullandığısezgiselbiryaklaşımdır.

Şimdi bu kavramı aşağıda kullanacağım ama burada ince bir noktaya dikkat etmelisiniz. Bir şimdi-listesi -bu düşünüş biçi mindeki gerçeklik- tuhaf bir şeydir. Hemen şimdi gördüğünüz hiçbir şey sizinşimdi-listenizdeolamazçünkü ışığıngözlerini zeulaşmasıbir zamanalır.Şuandagördüğünüz şeyolupbitmiş tir.Busayfadakikelimeleri,onlarınşuandaolduklarıgibigör mezsiniz,eğerbukitabıgözünüzden30cmuzaktatutuyorsanız,bukelimelerisaniyeninmilyardabirikadaröncekihalleriylegörürsünüz.Ortaboyutlara sahip olan bir odada etrafınıza bakar sanız, eşyaları saniyenin on milyarda biriyle yirmimilyarda biri kadar önceki halleriyle görürsünüz. Grand Canyon'un karşısına bakarsanız, o tarafısaniyenin on binde biri kadar önceki haliyle görürsünüz,Ay'a bakarsanız onu bir buçuk saniye öncekihaliyle görürsünüz, Güneş'i sekiz dakika önceki haliyle, çıplak gözle görülen yıldızları birkaç yılla10.000yılarasıöncekihalleriylegörürsünüz.Ozaman,hernekadarzihinseldonmuşgörüntülergerçeklikhissimizi, "orada ne var" şeklindeki sezgisel his simizi yansıtıyorsa da, aslında şu andayaşayamayacağımız,etkileyemeyeceğimizhattakaydedemeyeceğimizolaylarıkapsar.Bunedenlegüncelbir şimdi-listesi ancakolaylarolupbittikten sonrayapılabilir.Eğerherhangibir şeyinnekadaruzaktaolduğunubiliyorsanız,o zaman sizin şimdigördüğünüz ışığıonunneza mangönderdiğiniveonun sizinzaman dilimlerinizin hangisinde -geçmişteki hangi şimdi-listesinde- kaydedilmesi gerektiğinibelirleyebilirsiniz.Bununlabirliktekibukilitönemesahipolanbirnoktadır,verilenherhangibirandakişimdi-listesinioluştur makiçinbubilgiyikullanırken,dahauzaktakikaynaklardanışıkaldıkçabulisteyigüncelleriz,listeyekonanlarönsezimizleoandavarolduğunainandığımızşeylerdir.

Bu görünüşte basit düşünüş şeklinin gerçeklik kavramının beklenmedik ölçüde genişlemesine yolaçması dikkat çekicidir.Görüyorsunuzki,Newton'unmutlak uzay vemutlak zamanı na göre verilen birandaherkesinevreneaitdonmuşgörüntüle ritamolarakaynıolaylarıkapsar;herkesinşimdisiaynışimdi -dir,bunedenleherkesinverilenbirandakişimdi-listesibirbiri ninaynıdır.Eğerverilenbirandaherhangibirisiveyaherhangibirşeysizinşimdi-listenizdeyse,ozamanaynıandazorunluolarakbenimdeşimdi-listemdebulunacaktır.Pekçokkimseninönsezilerihâlâbudüşünceşekliylesınırlıdıramaözelgöreliliğinanlattığı öykü bambaşkadır. Şekil 3.4'e yeniden bakın. Birbirle rine göre hareket halinde olan ikigözlemcinin her birinin pers pektifinden, şimdileri -zaman içindeki anları- farklıdır:Bunla rın şimdileriuzay-zamanı farklı açılarda keser. Farklı şimdiler, farklı şimdi-listeleri demektir. Birbirlerine göreharekethalindeolangözlemcilerin,verilenbirandaneyinvarolduğukavramlarıbirbirindenfarklıdırvebunedenledegerçeklikkavramla rıfarklıdır.

Gündelik hızlarda iki gözlemcinin şimdi-dilimleri arasındaki açı çok küçüktür, günlük hayatta bizimşimdi tanımımızlabirbaşkasınınkiarasındaki farkahiçbirzamandikkatetmememizinnedenibudur.Bunedenleözelgöreliliğinçoğutartışmaları,çokyüksekhızlarla-ışığınhızınayakınhızlarla-hareketediyorolsakneolacağıüzerineodaklanır,çünküböylesihızlarlahareketetmek,etkileriçokbüyütecektir.Amaiki gözlemcinin şimdi kavramları arasındaki farkı büyütmenin bir yolu daha vardır ve ben bunun,gerçeklik sorusuna özellikle çok aydınlatıcı bir yaklaşım sağladığını düşünüyorum. Bu yol, şu basitgerçeğe dayanır: Eğer siz ve ben, normal bir somunu çok az farklı açılarda dilimlersek, bunun ortayaçıkandilimlerüzerindekietkisiçokazolur.Amasomundevboyutluysa,sonuçfarklıolur.Nasılçokuzunbir ma kası çok az açtığımız halde uçları arasındaki uzaklık çok büyük olabiliyorsa, dev bir ekmeksomununu çok az farklı açılarda di limlemek de dilimlerin kesişim noktalarının çok farklı yerlerdeolmalarısonucunudoğurur.BunuŞekil5.2'degörebilirsiniz.

Aynı şey uzay-zaman için de doğrudur. Gündelik hızlarda birbirlerine göre hareket halinde olangözlemciler için şimdiyi tanımlayan dilimler, birbirlerinden çok az farklı açılarda bulunurlar. Eğer ikigözlemcibirbirineyakınsa,bununneredeysehiçetkisiolmaz.Amatıpkıekmeksomunundaolduğugibi,etkileri nebüyükuzaklıklardanbakıldığında,küçükaçılar,dilimlerara sındadevasauzaklıklaryaratırlar.Uzay-zamandilimleri için, di limler arasındaki büyükbir açı farkı, her gözlemcinin hangi ola yın şimdiolduğunugözönünealdığıkonusundaçokbüyükfarklılıklarınortayaçıkmasınanedenolur.Birbirlerinegöre hare ket halinde olan bireylerin, eğer birbirlerinden giderek uzaklaşı yorlarsa, sıradan, gündelikhızlarda bile gittikçe daha farklı şimdi kavramlarına sahip olacakları, Şekil 5.3 ve Şekil 5.4'te göste -rilmiştir.

BunudahaiyianlamakiçinChewie'ninçokçokuzaktaki-Dünyadan10milyarışıkyılıuzaktaki-birgalaksidebulunangezegeninde,oturmaodasındasakinceoturmaktaolduğunudüşünelim.Sizin(sakinceoturuyorvebukelimeleriokuyorsunuz)veChewie'ninbirbirinizegörehareketetmediğinizidevarsaya -lım(dahabasitolsundiyegezegenlerinhareketini,evreninge nişlemesini,kütleçekimseletkilerivb.gözardıedelim).Birbirini zegörehareketsizolduğunuziçinsizveChewie,uzayvezamankonularındatamanlamıyla aynı fikirdesiniz: Uzay-zamanı aynı şekilde dilimleyeceğiniz için şimdi-listelerinizçakışacaktır.Kı sabir süresonraChewiekalkarveyürüyüşeçıkar.Ağıradımlarla sizdenuzağadoğruyürümeye başlar. Chewie'nin hareket durumundaki bu değişiklik, onun şimdi kavramının, onun uzay-zamandiliminin sizinkinegöreküçükbir açıyladöneceği anla mınagelir (Şekil5.3'ebakınız).BuçokküçükaçısaldeğişiklikChewie'ninçevresindegözlenebilirbiretkiyaratmaz:Onunye nişimdisiileonunodasındaoturmaktaolanbirininkiarasında kifarkçokküçüktür.Amaaradaki10milyarışıkyıllıkdevasauzaklık nedeniyle,Chewie'nin şimdi kavramındakiminik de ğişiklik çok büyür (Şekil 5.3a'dan 5.3b'yegeçer gibi, ama kahramanlarımız birbirinden çok uzakta olduğu için şimdileri ara sındaki kaymavurgulanır).Osakinbirbiçimdeotururkenaynıolanonun şimdisive sizin şimdiniz,buküçükhareketnedeniylebirbirindenanidenfarklılaşır.

Şekil 5.2 (a) Sıradan bir somunda, çok küçük açı farklarıyla kesilen dilimler birbirinden çok ayrılmaz, (b) Ama somunbüyüdükçe,aynıaçıFarklarınınyarattığıayrılmadahabüyükolur.

Şekil5.3(a)Birbirlerinegörehareketsizolanikibirey,aynışimdikavramlarına,aynızamandilimlerinesahiptir.Eğergözlemcilerdenbiridiğerindenuzaklaşırsa,zamandilimleri-hergözlemcininneyinşimdiolduğukonusundakiyargısı-birbirinegöre

döner;şekildekihareketligözlemcininkarartılmışşimdidilimi,sabitgözlemciningeçmişinedoğrudönmüştür,(b)Gözlemcilerarasındakiuzaklığınartması,dilimlerarasındadahabüyükbirsapmaya,onlarınşimdikavramındadahabüyükbirsapmayayol

açar.

Şekil 5.3 ve 5.4'te bu temel fikir şematik olarak gösterilmiştir. Özel göreliliğin denklemlerinikullanarak şimdilerinizin ne ka dar farklı olacağını hesaplayabiliriz. Eğer Chewie sizden uzağa doğrusaatte yaklaşık 15 kilometrelik bir hızla yürürse (Chewie gerçekten uzun adımlarla yürüyor) onun yenişimdi-listesindekiolaylar,sizegöre150yılönceolmuşolaylarolacaktır.Onunşimdikavramınagöre-kiherbirparçasısizinkikadargeçerli dirvebiranöncesinekadarsizinşimdikavramınızlatambiruyumiçindedir- siz daha doğmamışsınızdır. EğerChewie size doğru aynı hızda yürürse, açısal kayma Şekil5.4'te görüldüğü gibi, öncekinin tersi olacak, onun şimdi kavramı sizin açınızdan 150 yıl sonra olacakolaylarıkapsayacaktır!Şimdi,onunşimdikavramınagöre,sizartıkbudünyanınbirparçasıolamazsınız.EğeryürümekyerineChewie,saatte1500kilometrehızlagiden(Concordeuçağınınhızındandahaaz)birMilleniumFalcon'abinmiş olsaydı, onun şimdisi sizin perspektifinizden, size doğru veya sizden uzağadoğru gidiyor olmasına bağlı olarak 1500 yıl gelecekte veya 1500 yıl geçmişte olan olaylarıkapsayacaktı.Hareketinyönvehızıuygunolarakseçilirse,ElvisyadaCharle magneyadaNeronyadaLincolnveyagelecektedoğacakbirisionunyenişimdi-listesindebulunabilir.

Şekil5.4(a)Şekil5.3a'nınaynısı,tekfark,birgözlemcidiğerinegörehareketettiğindeonunşimdidilimidiğergözlemciningeçmişinedoğrudeğil,geleceğinedoğrudöner,(b)5.3b'ninaynısı-dahabüyükuzaklık,şimdikavramlarıarasında,aynıgörelihız

içindahabüyüksapmayayolaçar-dönmedegeçmişyerinegeleceğedoğruolur.

Şaşırtıcıolsada,bunlarınhiçbiribirkarşıtlıkveyaikilemya ratmaz,çünküyukarıdaanlatıldığıgibi,birşeynekadaruzaktaysa,onunyaydığı ışığınalınmasıvedolayısı ileonunbelirlibir şimdi-listesineaitolduğununbelirlenmesideokadaruzunsürer.Örneğin,kalkıpsaatte14kilometrehızlaDünya'danuzağadoğruyürüdüğündeStateBoxatFord'sTheatreayaklaşmaktaolanJohnWilkesBooth,Chewie'ninşimdi-listesinde olsa da o, Başkan Lincoln ü kurtarmak için bir hareket yapamaz. Böylesi ne devasa biruzaklıktan mesajların alınıp verilmesi de çok uzun zaman alacağı için, ancak milyarlarca yıl sonraChewie'ninsoyundangelenler,Washington'dakiokadergecesindençıkan ışı ğıalabileceklerdir.Önemlinoktaşudurki,Chewie'ninsoyundangelenlergeçmiştekiçokuzunşimdi-listelerinigüncellemek içinbubilgiyikullandıklarında,LincolnsuikastınınChewie'ninkalkıpDünya'danuzağadoğruyürüdüğüzamanaaitşimdi- listesindeyeraldığınıgöreceklerdir.Onlaryine,Chewie'ninyürümeyebaşlamasındanhemenönceki şimdi-listesinin, pek çok başka şeylerin yanı sıra, Dünya'nın yirmi birinci yüzyılında, sa kinceoturmuşbukelimeleriokumaktaolansizidekapsadığınıgöreceklerdir.

Benzerşekilde,2100yılındakiABDbaşkanlıkseçimleriniki minkazanacağıgibi,geleceğimizeaitolanvetümüyleaçıkgi bigörünensorularvardır:Büyükolasılıklaoseçimlerdeyarışa cakadaylarofislerinegitmekşöyledursun,dahadoğmamışlar dırbile.AmaeğerChewiesandalyesindenkalkıpDünyayadoğrusaatte10,2kilometrehızlayürürse,onunşimdi-dilimi-onunneyinvarolduğukavramı,onunneyinolduğukavramı- yir mi ikinci yüzyılın ilk başkanının seçimini de kapsayacaktır. Bi zim için henüzkararlaştırılmamışolanbirşey,onuniçinçoktanolupbitmiştir.Amabizimtelevizyonsinyallerimizinonaulaşma sı milyarlarca yıl alacağı için, Chewie de bu seçimin sonuçlarından milyarlarca yıl boyuncahaberdarolmayacaktır.AmaseçimsonuçlarınailişkinhaberChewie'ninsoyundangelenlereula şıp,onlarda bu bilgiyi kullanarak Chewie'nin tarihsel sinema- defterini, onun geçmişteki şimdi-listesinigüncellediklerizaman,seçimsonuçlarının,Chewie'ninkalkıpDünyayadoğruyürümeyebaşladığızamanaait olan şimdi-listesinde olduğunu bulacaklardır. Chewie'nin soyundan gelenler, bu şimdi-listesinin,Dünya'nınyirmibirinciyüzyılının ilkyıllarında,buparagrafıbi tirensizi içeren listedenbiransonrakilisteolduğunugöreceklerdir.

Buörnek,ikiönemlinoktayıaydınlatıyor.Bunlardanilki,hernekadargöreliliğinetkilerininışıkhızınayakın hızlarda görünür olmaya başladığı fikrine alışmış olsak da, uzayda büyük uzaklıklar göz önünealındığında,düşükhızlardabilegöreliliketkileriçokbüyüyebilir.İkincisi,buörnekuzay-zamanın(somu-nun)gerçektenbirvarlıkmıyoksayalnızcasoyutbirkavram,şimdi ilebirliktegeçmişivegeleceğidekapsayanuzayınsoyutbirbirliğimiolduğukonusundafikirvermektedir.

GördüğünüzgibiChewie'ningerçeklikkavramı,zihinseldonmuş-görüntüsüveyaşimdineyinvarolduğukavramı,onuniçin,bizimgerçeklikkavramımızınbizimiçingerçekolduğuka dargerçektir.Bunedenle

gerçekliğineyinoluşturduğukonusunudeğerlendirirken,onunperspektifinidekapsamamamız,ola ğanüstüdargörüşlülükolurdu.Newtoniçinböylesieşitlikçibiryaklaşımenküçükbirfarkbileyaratmazdı,çünkü,uzayınveza manınmutlakolduğubirevrendeherkesinşimdi-dilimleriçakı şırdı.Amagörelibirevrende,bizimevrenimizde,çokbüyükbirfarkyaratır."Şimdineyinvarolduğu"yolundakialışılmışkavramtekbir şimdi-dilimi olsa da -biz genellikle geçmişe "olupbitmiş", geleceğede "henüzgelmemiş" gözüylebaktığımız için- bu görüntüye, Chewie'nin şimdi-dilimini, yukarıdaki tartışmanın gösterdiği gibi,bizimkinden çok farklı olabilecek olan bir şimdi- dilimini de eklemeliyiz. Dahası, Chewie'ninbaşlangıçtaki konu mu ve hareket hızı rasgele olduğu için, bütün olasılıklarla ilişkili olan şimdi-dilimlerini de eklemeliyiz. Bu şimdi-dilimleri, yukarı da tartışıldığı gibi, Chewie'nin -veya bir başkagerçekyadaha yaligözlemcinin-başlangıçkonumunumerkezalırveseçilenhı zabağlıolanbiraçıyladönerler.(Teksınırlama,ışıktarafındankonanhızsınırıdırveyukarıdaanlatıldığıgibi,bizimkullandığı -mızgrafikgösterimdebu,saatyönündeveyasaatyönününter sine45derecelikbirdönmeaçısınakarşılıkgelir.) Şekil 5.5'te göreceğiniz gibi, bütün bu şimdi-dilimleri toplamı, uzay-zaman somununda oldukçabüyükbirbölgeyidoldurur.Aslında,eğeruzaysonsuzsa-eğerşimdi-dilimlerisonsuzakadaruzanıyorsa-o zaman, dönmüş şimdi-dilimleri rasgele uzaklıktaki bir nokta yı merkez alabilir ve bu nedenle debunlarınbirleşimleri,uzay-zamansomunundakihernoktayısüpürür."

Bu nedenle:Eğer gerçekliğin sizin şu andaki zihinsel donmuş- görüntünüz deki şeylerden oluşmaktaolduğu kavramını kabul ederseniz ve eğer sizin şimdinizin çok uzakta bulunan ve ser bestçe hareketedebilenbirgözlemcininşimdisindendahageçer liolmadığıkonusundahemfikirseniz,ozamangerçeklikuzay-zamandakitümolaylarıkapsar.

Dünyadandeğişikuzaklıklardabulunanvedeğişikhızlarlahareketedençeşitligözlemciler için(gerçekyadahayali)zamandilimleriörneğiSomundaherhangibirnoktayıalın.Bunoktadangeçenvebizimşuandakişimdidilimimizi45derecedendahaküçükbiraçıylakesenbirdilimçizin.Budilim,Chewiegibi,başlangıçtabizeuzakbirnoktadahareketsizolan,amaşimdibizegöre ışıkhızından daha yavaş hareket eden bir gözlemcinin şimdi-dilimi -gerçekliği- olur. Tasarım nedeniy le bu dilim, almış olduğunuzsomundaki(rasgele)noktayıkapsar.

Somunun bütünü vardır. Nasıl bütün uzaya gerçekliğin orada olduğu, gerçekten var olduğu gözüylebakıyorsak, zamanın bütününe de gerçekliğin orada ol duğu, gerçekten var olduğu gözüyle bakmalıyız.Geçmiş, günümüz ve gelecek elbette farklı varlıklarmış gibi görünürler. Ama bir zamanlar Einstein'ınsöylediğigibi,Biziknaolmuşfizikçileriçingeçmiş,günümüzvegelecekarasındakifarkyalnızcaısrarlıbiryanılsamadanibarettir."Gerçekolantekşey,uzay-zamanıntamamıdır.

YaşananlarveZamanınAkışı

Bu düşünüş biçimine göre, olaylar, herhangi bir perspektiften bakıldığında ne zaman olduklarındanbağımsızolarak,öyledir ler.Tamamıvardır.Uzay-zamaniçindekikendibelirlinoktala rınısonsuzakadardoldururlar.Akışyoktur.Eğer1999yılbaşıgeceyarısındaçokeğleniyoridiyseniz,hâlâöylesiniz.Çünkübu uzay-zamanda değişmez bir konumdur. Dünyaya bakışımız ke sin bir şekilde geçmiş, günümüz vegelecekolarakayrıldığıiçinbunukabullenmekgüçtür.Amabuzamansalşemayadikkatlebakarveonumodernfiziğinkatı,soğukgerçekleriylekarşılaştı rırsak,bu,insanaklınınsınırlarıiçindesığınılacaksonnoktagi bigörünmektedir.

İnkar edilemeyecek şekilde, bilinçli yaşantımız dilimleri süpürür gibi görünmektedir. Sanki aklımız,daha önce sözü edi len projektör ışığını sağlamaktadır, öyle ki, zaman anları bilinç gücüyleaydınlatıldıkça hayata gelirler. Bir andan diğerine akma hissi, düşüncelerimiz, hissettiklerimiz vealgıladıklarımızdakideğişikliklerinbilinçli bir şekilde tanınmasından, kabullenilmesindenkaynaklanır.Değişmedizisisüreklibirhareketiçindeymişgibi,tutarlıbiröyküyeaçılıyormuşgibigörünür.Ama-psi -kolojik veya nörobiyolojik kesinlikte herhangi bir hile olmaksı zın- gerçekten böyle bir şeyolmayabileceği halde, böyle bir za man akışını nasıl yaşamış olabileceğimizi göz önünde canlandı -rabiliriz.Nedemek istediğimi anlayabilmek için, rasgele bir ile ri, bir geri atlamalar yapanbozukbirDVDoynatıcıdaRüzgârGibiGeçti filmini izlediğinizi düşünün:Ekranda bir an görüntülenen sabit birfilmkaresinifilminbambaşkabiryerindenbirsa bitfilmkaresitakipediyorolsun.Bukarmakarışıkfilmiizlediği nizdeneolupbittiğinianlamanızçokzorolacaktır.AmaScarlettveRhett'inbirsorunlarıyoktur.Herkarede,okaredeherza manneyapıyorlarsageneaynışeyleriyapmaktadırlar.Eğerbe lirlibirkaredeDVD'yidurduruponlaradüşünceleriniveanıla rınısorabilseydiniz,sorularınızıtıpkıdüzgünçalışanbirDVDoynatıcıdaolacağışekildeyanıtlayacaklardı.EğeronlaraİçSa vaştaoradanorayasıçramanınakılkarıştırıcı olup olmadığını sormuş olsaydınız, size şaşkınlıkla bakacaklar ve içkiyi fazla ka çırmışolduğunuzizleniminiedineceklerdi.Belirliherkarede,okaredeherzamansahipolduklarıdüşüncelereveanılarasahipolacaklar,budüşünceveanılardaonlara,zamanınalışıldığıgibi,düzgünvetutarlıbirbiçimdeakmaktaolduğuhissiniverecekti.

Benzer şekilde, uzay-zamandaki her an -her zaman dilimi- bir film şeridindeki her sabit film karesigibidir.Birışıkonuaydınlatsada,aydınlatmasadavardır.SizegöreböylebirandabulunanScarlettveRhett'egelince,buşimdidir,oandayaşadığı nızandır.Herzamanöyleolacaktır.Dahası,herbirdilimdedüşünce ve anılarınız, zamanın o ana kadar sürekli bir şekilde aktı ğı duygusuna yol açacak derecedezengindir. Zamanın akmakta olduğu duygusu, daha önceki anların -önceki karelerin- "sıraylaaydınlatılmalarını"gerektirmez.

Vebukonudabiraz düşünürseniz, bunun çok iyi bir şeyol duğunu fark edersiniz, çünkübelirli anlarısırayla aydınlatarak hayata getiren projektör ışığı kavramı, çok daha temel bir baş ka nedenden ötürüsorunludur.Eğerprojektör ışığı işini düzgünbir biçimdeyaparakbelirli bir anı -diyelim1999yılbaşıgeceyarısıanını-aydınlatırsa,buankaranlığagömüldüğündeneanla mıolacaktır?Eğerbuanaydınlıksa,o zaman, aydınlatılmışol mak,o anınbir özelliği, o andagerçekleşenbaşkaher şeykadarölümsüzvedeğişmezbirözelliğiolacaktır.

Aydınlatılmayıyaşamak-"hayattaolmak",varolmak,şimdiolmak-vedahasonrakaranlığıyaşamak-uykudaolmak,geç mişolmak,idiolmak-değişimiyaşamaktır.Amadeğişimkavra mı,zamandatekbiranagörebirşeyifadeetmez.Değişimzamaniçindeolmakzorundadır,değişimzamanıngeçişinigösteriramabu zaman kavramı ne olabilir? Tanım gereği, anlar zamanın -en azından bizim haberdar olduğumuzzamanın-geçişiniiçermezler,çünküanlaröyledir,zamanınhammaddesidir,değişmezler.Nasılbelirlibirkonumuzaydahareketedemezse,belirlibirandazamanladeğişemez:Eğerkonumhareketederseoartıkuzaydabaşkabirkonumdur;eğerzamaniçindebirandeğişirse,artıkfarklıbiranolur.Heryenişimdiyihayatagetirenprojektörışı ğınınsezgiselgörüntüsü,dikkatlibirsınavdangeçmemiştir.Heranaydınlatılırveheranaydınlatılmışolarakkalır.Heranöyle dir.Eğerdikkatlibakılırsa,akmaktaolanzamannehri,heranıniçindesonsuzakadardonmuşolarakyeraldığıdevbirbuzbloğunadahaçokbenzer.

Bu zaman kavramı, çoğumuzun içselleştirebildiği kavramdan önemli ölçüde farklıdır. Kendiönsezilerinden doğmuş olsa da, Einstein, perspektifteki böylesi çok derin değişiklikleri tam ola raközümseyebilecekkadarkatılaşmamıştı.RudolfCarnap,bukonudaEinsteinileyapmışolduğuharikabirkonuşmadan şöyle söz ediyor: "Einstein, şimdi probleminin kendisini ciddi şekil de endişelendirdiğinisöylüyordu.Şimdiyiyaşamanınbir insaniçinözelbirşey,geçmişvegelecektentemelolarakfarklıbirşeyolduğunuamabuönemlifarkınfizikiçindeortayaçıkmayacağı nıveçıkamayacağınıaçıklıyordu.Budeneyiminbilimleanlaşılamayacakolması,onaacılıamakaçınılmazbirvazgeçişgibigörünmüştü."

Bu vazgeçiş, çok önemli bir soruyu yanıtsız bırakır: Acaba bilim, insan aklının, ciğerlerin havayıkucaklargibikucakladığızamanıntemelniteliğinikavrayamıyormu,yoksainsanaklıza manakendiyapısıolanbirşeyi,yapayvebuyüzdendefizikya salarındayeralmayanbirşeyimidayatmayaçalışıyor?Busoruyu bana bir iş gününde sormuş olsaydınız, ikinci perspektifi benimserdim ama gece olunca, kritikdüşünceşeklihayatınsı radan,normalakışınadönüştüğünde,ilkbakışaçısınatümgücünüzledirenmenizzordur.Zaman derin bir konudur ve onu tam olarak anlamaktan çok uzağız.Önsezili bir insanın gününbirindezamanayenibirbakışgetirmesiveakanzamanager çekbir temelortayaçıkarmasıolasıdır.Ozaman yine, mantık ve görelilik üzerinde temellenen yukarıdaki tartışmanın, öykünün tamamı olduğuortaya çıkabilir. Elbette, zamanın aktığı duygusu yaşamımızda derinden kökleşmiştir ve hemdüşünüşümüze,hemdedilimizeheranlamdahakimolmaktadır.Okadarki,za manınakışınaatıftabulunantanımlarkonusundadil hatalarına alışkanlıkolarakdüşmüşüzdürvedüşmeyededevamedeceğiz.Amadili gerçeklikle karıştırmayın. İnsan dili derin fiziksel yasa ları ifade etmekten çok insanın günlükyaşantılarınıifadeetme yeçokdahayatkındır.

VI.Bölüm–OlasılıkveOk

ZamanınBirYönüVarmı?

Zaman akmıyor olsa bile, zamanın bir okunun olup olmadığı, olayların zaman içinde geliştiği ve fizikyasalarınca ayırt edilen bir yön bulunup bulunmadığı sorusu hâlâ anlamlıdır. Bu soru, olayların uzay-zaman içinenasıl serpiştirildiğine ilişkin esasbiryönolupolmadığı, olaylarınbirdiziliş şekliyle tersdizilişşekliarasındatemelbirbilimseldeğişiklikolupolmadığısorusudur.Herkesinbildiğigibi,elbettebutürdendevasabirfarkvargibigörünüyor;yaşamıolasıkılanveyaşamayıdokunaklıyapandabudur.Yinede,birazdangöreceğinizgibi,geçmişvegelecekarasındaki farkı ayırt etmek, sandığınızdan dahazordur.Bulacağımızsonuç,evreninortayaçıkışındakiolmadığısorusudur.Herkesinbildiğigibi,elbettebutürdendevasabirfarkvargibigörünüyor;yaşamıolasıkılanveyaşamayıdokunaklıyapandabudur.Yinede,birazdangöreceğinizgibi,geçmişvegelecekarasındaki farkı ayırt etmek, sandığınızdan dahazordur.Bulacağımızsonuç,evreninortayaçıkışındakiolmadığısorusudur.Herkesinbildiğigibi,elbettebutürdendevasabirfarkvargibigörünüyor;yaşamıolasıkılanveyaşamayıdokunaklıyapandabudur.Yinede,birazdangöreceğinizgibi,geçmişvegelecekarasındaki farkı ayırt etmek, sandığınızdandahazordur.Bulacağımızsonuç,evreninortayaçıkışındakikoşullarasıkısıkıyabağlıdır.

Bilemece

Deneyimlerimizbize,gündebelkibindefa,olaylarınzamaniçindebiryoldanveyatersindenoluşumlarıarasındakifarkıgösterir.Domino'sPizza'dandumanıtüterkenaldığınızpizzaevegelirkensoğur,fırındançıkardığınızandanitibarengittikçeısı nanbirpizzayoktur.Kahveyekattığınızsütaçıkkahverengibirsıvıoluşturur, ters yönde karıştırıldığında koyu renkli kahve ve beyaz renkli sütü ayrışan bir sütlü kahvegöremezsiniz.Yumur talar düşer, kırılır vedağılır.Amadağılmış bir yumurtanın tekrar kabuğunun içinetoplanaraksağlambiryumurtaoluşturduğunuhiçbirzamangöremezsiniz.KapağınıaçtığınızdaCocaColaşişe niziniçindekisıkıştırılmışkarbondioksitgazısıvıdankabarcıklarhalindeçıkar,amadağılmışkarbondioksitgazınıntoparlanıpkabarcıklarhalindesıvınıniçinegiriperidiğinihiçbirzamangöremezsiniz.Odasıcaklığındakibirbardaksuyaatılanbuzküp lerierirleramaodasıcaklığındakibirbardaksuyuniçindebirta kımküreciklerinbirarayagelerekbuzoluşturduğunuhiçbirza mangöremezsiniz.Buyaygınolaylardizisi,sayısızbaşkaolaylargibiyalnızcatekbirzamansalsıradaortayaçıkar.Hiçbirzamanterssıradaolmaz, böylece de önce ve sonra kavramlarını oluşturur, bize tutarlı ve görünüşe bakılırsa evrenselgeçmişvegele cekkavramlarısağlarlar.Bugözlemlerbizi,eğeruzay-zamana(Şekil5.1deolduğugibi)dışarıdanbakabilseydik, zamanekseniboyuncaönemlibir asimetriolduğunugöreceğimizyolunda iknaeder. Dünyadaki tüm kırılmış yumurtalar, kırılmamışlara göre gelecek adını verdiğimiz yöndebulunacaklardır.

Belkihepsininarasındakiensivriörnekşudur:Zihnimizgeç mişdediğimizyöneaitpekçokolaya-anılarımız-ulaşabilirgibigörünüyorken,gelecekdediğimizyöneaithiçbirolayıhatırlaya nımızyoktur.Bunedenle geçmiş ve gelecek arasında büyük bir fark varmış gibi göründüğü ortadadır. Olağanüstü çoksayıdaki çeşitli olayların zaman içindeki gelişimlerinin bir şekilde yönlendiği açıktır.Hatırlayabileceğimiz şeylerle (geçmiş) hatırlayama yacağımız şeyler (gelecek) arasında bir yöneliş vargibidir.Za manınbiryönelişi,yönüveyaokuolduğunusöylerkenanlatmakistediğimizşeybudur.

Fizikvedahagenelolarakbilim,düzenliliklerüzerinekuruludur.Biliminsanlarıdoğayıinceler,bazıdesenlerkeşfedervebudesenleriçözerekdoğayasalarınıortayaçıkarırlar.Bunedenle,zamanıngörünürbirokuolduğunualgılamamızanedenolançokbüyüksayıdakidüzenliliklerin, temelbirdoğayasasınınka nıtlarıolduğunudüşünebilirsiniz.Böylebiryasayı formüleetmeninen saçmayolu, sütündöküleceği,aslageritoplanıpbarda ğadolmayacağınıbildirenDökülenSütYasası'nıveyayumurta larınkırılacağıveaslagerisingeriyebütünleşmeyeceğinibildi renKırılanYumurtalarYasası'nıortayaatmaktır.Böylebir

yasabizehiçbirşeykazandırmaz:Yalnızcatanımsaldırveneolduğununbasitçegözlenmesininötesindepek bir açıklama önermez. Ama fiziğin derinliklerinde bir yerde pizzayı, sütü, yumurtala rı, kahveyi,insanları ve yıldızları oluşturan parçacıkların -her şeyin temel bileşenlerinin- hareketlerini veözelliklerini tanımla yan ve olayların neden hep aynı yönde geliştiğini ama hiçbir za man bunun tersiolmadığınıgösterendahaazsaçmabiryasabulunduğunuumuyoruz.Böylebiryasa,gözlenenzamanokunate melbiraçıklamagetirir.

Şaşırtıcı olan şu ki, hiç kimse böyle bir yasa keşfetmemiştir. Dahası,Newton, Maxwell ve Einsteintarafındaneklemeleryapılan fizikyasaları,günümüzekadargeçmişlegelecekara sında tambir simetri*göstermektedir. Bu yasalardan hiçbiri nin hiçbir yerinde zamanın bir yönüne uygulanıp diğerine uy-gulanamayacağı yolunda bir koşul bulamazsınız.Hiçbir yerde bu yasaların, zamanın bir yönüne ya dadiğerineuygulandıklarındanasılgöründükleriveyanasıldavrandıklarıanlamındabirfarkyoktur.Yasalar,geçmişvegelecekadınıverdiğimizyönlereeşitdavranırlar.Deneyimlerimizolaylarınzamaniçindenasılgeliştiğinigösterenbirokolduğunudefalarcagöster mişolsabile,buokfizikyasalarınıniçindebiryerdeyokmuşgibidurmaktadır.

Geçmiş,GelecekveFiziğinTemelYasaları

Bunasılolabilir?Fizikyasalarıgeçmişigelecektenayıranhiç birbelirtisağlamıyormu?Nasılolurdaolaylarınbusıraylage lişeceğini,aslabununtersiolmayacağınıgösterenbirfizikyasa sıbulunmaz?

Durum göründüğünden daha da çapraşıktır. Bilinen fizik ya saları aslında -bizim yaşamdeneyimlerimizin tersine- sütlü kahvedeki sütün kahveden ayrılabileceğini; dağılmış yumurtanın to-parlanıpyenidenyapışankabuğununiçinedolarakhiçkırılma mış,düzgünbiryumurtayadönüşebileceğini;odasıcaklığındakibirbardaksudaerimişolanbuzlarınyenidenbuzhalinegelebi leceğini;koladançıkangazınyenidenşişeniniçindekisıvıdaeri yebileceğimgöstermektedir.Saygıgösterdiğimizbütünfizikya -salarızaman-tersinmesimetrisiolarakbilinendurumutümüyledesteklerler.Bu,eğerbirolaylardizisibirzamansıralamasınagöreoluyorsa(sütvekahvekarışır,yumurtalarkırılır,gazdışa rıkaçar)ozamanbuolaylardizisitersyöndedegelişebilir(sütvekahveayrışır,yumurtatoplanarakyapışır,gazyenidenşişe -yedolar)demektir.Birazdanbukonuyudahadaaçacağımamaeğerbir cümleyleözetlemekgerekirse,bilinen yasalar bazı olayların neden yalnızca belirli bir sırada geliştiğini açıklayamamakla kalmaz,kuramsalolarakbuolaylarınterssıradagelişebilece ğinidesöyler.

Buradaki kritik soru şudur: Böyle olayları neden hiç göre miyoruz? Sanırım hiç kimsenin kırılıpdağılmış bir yumurtanın kendiliğinden tekrar toparlanıp yapıştığını görmediği büyük bir güvenle iddiaedilebilir. Ama eğer fizik yasaları buna izin veri yorsa, üstelik bu yasalar yumurtanın dağılmasına vetoparlanmasınaeşitdavranıyorsa,ozamannedenbunlardanherzamanbirioluyordadiğerihiçbirzamanolmuyor?

ZamanTersinmesiSimetrisi

Bu bilmeceyi çözmeye doğru atılacak ilk adım olarak, bilinen fizik yasalarının zaman tersinmesiaçısından simetrik oldukları nın ne demekolduğunudaha sağlambir şekilde anlamamız ge rekir. Şimdi,yirmibirinci yüzyıldaolduğunuzuveyenigezegenler arası ligde rakibiniz olanCoolstrokeWilliams'latenis oynadı ğınızı hayal edin. Venüs'ün düşük kütleçekimine alışık olmayanCoolstrokemüthiş bir tersvuruşla(backhand)topuuzayınka ranlıkderinliklerinegönderir.Oradangeçmekteolanbiruzaymekiği,yanlarındangeçmekteolantopufilmealırvefilmiyayınlanmaküzereCNN'e(CelestialNewsNetwork,UzayHaberle riAğı)gönderir.Şimdisoruyusoralım:EğerCNNyayınteknis yenleribirhatayapıpfilmitersoynatırlarsabunuanlamanınbiryoluvarmıdır?Elbetteeğerfilmçekilirkenkameranınyönüveduruşşeklini biliyorsanız yayıncıların hatasını ortaya çıkarabi lirsiniz. Ama acaba bu hatayı yalnızca filmi

izleyerek,ekbirbil giolmaksızınortayaçıkarmakolasımıdır?Cevaphayırdır.Eğerdoğru(ileriyönde)zamanyönünde top soldan sağa doğru gidi yorsa, ters zamanyönünde sağdan sola gider.Elbette klasikfizikyasaları tenistoplarınınsoldansağaveyasağdansolagitmeleri neizinverir.Bunedenlefilmilerizaman yönünde veya geri za man yönünde oynatılırken gördüğünüz hareket fizik yasalarıyla tam olarakuyumludur.

Şu ana kadar top üzerinde herhangi bir kuvvet olmadığını, onun için de topun sabit hızla hareketettiğinivarsaydık.Şimdiişiniçinekuvvetleridekatarakdahageneldurumugözönünealalım.Newtonagörekuvvetinetkisi,bircisminhızınıdeğiştir mektir:Kuvvetivmeyaratır.Şimdidebirsüreuzaydasabithızlahareket ettikten sonra topun Jüpiter'inkütleçekimialanı tara lındanyakalandığınıveŞekil6.1ave6.1bdeolduğugibi, topungittikçeartanbirhızlasağadoğrubireğriçizerekJüpiter'inyüzeyinedoğrudüşmeye başladığını hayal edin. Eğer bu filmi ge ri oynatırsanız, tenis topu, Şekil 6.1 c'deki gibi,Jüpiter'inyüze yindensolave yukarı doğru bir eğri üzerinde hareket ediyormuş gibi görünecektir. Yenisorumuzşudur:Klasikfizikyasalarıgerioynatılanfilmingösterdiğiharekete-gerçekfilmingerioyna tılanhali-izinverirmi?Bu,gerçekdünyadaolabilecekbirhare ketmidir?İlkbakıştacevapaçıkbirşekildeevetmişgibigörünür:Tenistoplarısağaveaşağıdoğruveyasolaveyukarıdoğrueğrilerüzerindeveyabu anlamda sayısız başka yörüngeler üze rinde de hareket edebilirler.O zaman buradaki zorluk nedir?Cevaphernekadarevetolsabile,bumantıkaceleciolupsorunungerçekamacınıgözdenkaçırmaktadır.

Şekil6.1(a)Venüs’tenJüpiter’euçanbirtenistopu(b)yakınbirgörünüm(c)Jüpiter’eçarpmadanöncetopunhızıtersçevrildiğindeyaptığıhareket.

FilmigerioynattığınızdatenistopununJüpiter’inyüzeyindenfırladığını,yukarıvesoladoğru,gezegeninyüzeyinedüşerkensahipolduğuylaaynıhızda(amatamtersyönde)hareketettiğinigörürsünüz.Filminbuilkbölümüfizikyasalarıylaelbetteuyumludur:ÖrneğinbirisinintenistopunuJüpiter’inyüzeyindentambuhızlafırlattığınıdüşleyebiliriz.Temelsoru,gerioynatılanfil minkalanbölümünündefizikyasalarıylauyumluolupolmadı ğıdır.Builkhızlafırlatılan-Jüpiter'inaşağıyaçekenkütleçeki mininetkisialtındaki-topgerçektengerioynatılanfilmingöster diğiyörüngedemihareketeder?Aşağıyadoğruolanözgünyö -rüngesinitersyöndemiizler?

Bu çok daha rafine sorunun cevabı evettir. Herhangi bir kafa karışıklığından kaçınmak için yenidenüzerindengidelim.Şekil6.la'daJüpiter'inkütleçekimininhenüzbelirginbiretkisiyokken,topsağadoğrugidiyordu.Sonra,Şekil6.1bdeJüpiter'inbüyükkütleçekimikuvvetitopuyakalayarakgezegeninmerke -zine doğru çekmeye başladı; bu çekimin yönü, şekilde görülece ği gibi, genelde aşağıya doğru olmaklabirlikte,kısmensağadoğrudurda.Buda,topJüpiter'inyüzeyineyaklaştıkçasağadoğruolanhızınınbirmiktar arttığı, ama aşağıya doğru olan hızının çok daha fazla arttığı anlamına gelir. Bu nedenle, gerioynatılan filmde topun Jüpiter yüzeyinden fırlatılma yönü, Şekil 6. l c'de görüldüğü gibi, kısmen soladoğruolmaklabirlikteasılyukarıdoğrudur.BubaşlangıçhızıylaJüpiter'inkütleçekimi,topunsoladoğruolan hızını biraz yavaşlatmakla birlikte, asıl etkisini, lopun yukarı doğru olan hızını gittikçe daha çokyavaşlatarakgös terir.Yukarıdoğruolanhızgittikçeyavaşlarken, topunhareke tisoladoğruolanhızdan

gittikçedahafazlaetkilenerek topunsolaveyukarıyadoğrueğribiryörüngeüzerindehareketetme sinenedenolur.BueğrininsonunadoğrukütleçekimiyukarıyadoğruolanhareketiveJüpiter'inkütleçekiminintopaşağıyagi derkentopaverdiğisağadoğruekhızıtamamendurdurarak,to punbaşlangıçtakiyaklaşırkensahipolduğuhızıyla,tümüylesoladoğrugitmesinenedenolur.

Tümbuçözümlemesayılaradökülebiliramadikkatedilmesigerekennokta,buyörüngenintopunözgünhareketinin tam ter siolmasıdır.TopunhızınıŞekil6.1c'dekigibibasitbirbiçimde tersineçevirerek -aynıhızlaamatersyöndehareketebaşlama sınısağlayarak-topunözgünyörüngesiniaynenamatersyöndeizlemesi sağlanabilir. Filmi tekrar tartışmaya açarsak, sola ve yukarı doğru kıvrılan bu yörünge -Newton'unhareketyasala rıüzerinetemellendirilenmantıksonucuşekillendirdiğimizyörünge-filmigerioynattığımızdagöreceğimizinaynısıolur.Dolayısıyla,geriyedoğruoynatılanbir filmingösterdiğigibi,topunzaman-tersinmehareketi,zamanın ileridoğruaktığıbirhareketkadar fizikyasalarınauyar.Filmigerioynattığımızdagördüğümüzhareketgerçekdünyadagerçektenolabilir.

Hernekadar,sondakinotlardasözünüettiğimbazıkarışıklıklarvarsada,busonuçgeneldir.Hareketeilişkin bilinen ve kabul edilmiş olan bütün yasalar,Newton'un biraz önce tartış tığımız mekaniğindenMaxwell'inelektromanyetikkuramına,Einstein'ınözelvegenelgörelilikkuramınakadar (kuantumme -kaniğini gelecek bölüme kadar bir yana koyduğumuzu hatırla yın) zaman-tersinmesi simetrisinisomutlaştırır:Normaldeolduğugibiileriyedoğruakanzamandaolanhareket,tersyöneakanzamandadaolabilir.Terminolojibirazkafakarıştırıcıolabilece ğiiçin,zamanıtersineçevirmediğimizibirkeredahavurgula mak isterim.Zamanherzamanyaptığınıyapıyor.Buradabul duğumuzsonuçsaşudur:Bir cisminhızını yörüngesinin herhangi bir noktasında tersine çevirerek o cismin yörüngesini tersi ne izlemesinisağlayabiliriz.Eşdeğerolarak,aynısüreç-bircis minhızınıyörüngesininherhangibirnoktasındatersineçevir mek-bucismingerioynatılanbirfilmdegörülenhareketiyapmasınısağlar.

TenisToplarıveDağılanYumurtalar

BirtenistopununVenüs'leJüpiterarasında-herikiyöndede-gitmesiniizlemeninözelolarakilginçbiryanı yoktur. Ama ulaştığımız sonuç geniş bir biçimde uygulanabilir olduğundan, şimdi daha heyecanvericibiryeregideceğiz:Mutfağa.Mutfaktezgâhınınüzerinebiryumurtakoyun,kenaradoğruyuvarlayınvebırakınyeredüşüpkırılsın.Elbettebuolaydizisindepekçokhareketvardır.Yumurtadüşer.Kabukkırılır. Yumurta akı ve sarısı oraya buraya saçılır. Yer döşemesi titrer. Çevredeki hava içinde havaakımları oluşur. Sürtünme ısı üretir, bu da yumurta daki, havadaki ve yerdeki moleküllerin daha hızlıhareketetme lerinenedenolur.Amabirtenistopununyörüngesinitersyöndeizlemesiiçinneyapmamızgerektiğinisöyleyenfizikyasaları,aynızamandaheryumurtakabuğuparçasının,yumurtaakıvesarısınınherdamlasının,döşemeninherbölümününveherhavapaketçiğinin tamtersyörüngeyi izlemesi içinneyapmamızge rektiğinidebildirir."Bütün"yapmamızgereken,dağılanmadde ninherbileşenininhızınıtersyöneçevirmektir.Dahakesinkonuşmakgerekirse, tenis topundakullanılanmantık,varsayımsalolarak,yumurtanındağılmasıyladoğrudanyadadolaylıola rakilişkiliolanbütünatomvemoleküllerinhızlarınıtersçevir meninmümkünolmasıdurumunda,bütünkırılıpdağılmasüre cinintersinedöneceğiniimaeder.

Yine,tenistopundaolduğugibi,eğerbütünbuhızlarıter sineçevirmeyibaşarabilseydik,gerioynatılanfilmebenzeyenbirşeygörürdük.Amatenistopununaksine,kırılanyumurta nıntersinehareketiolağanüstüetkileyici olurdu. Birbirini itekleyen hava moleküllerinden oluşan bir dalga ve minik yer titre şimlerimutlağınheryerindenyumurtanınyereçarptığınokta yaüşüşerekherkabukparçasınınveheryumurtaakıdamlasınınkırılmanoktasınadoğrugitmesinisağlar.Herbileşen,özgünkı rılmaolayındakiileaynıhızdaama tam tersyöndehareketeder.Heryumurtadamlasıküreselbiroluşumakatılmaküzereuçar kenherkabuk parçası da bu kürenin etrafını saran düzgün bir kabuk oluşturmak üzere ilerler. Hava ve yertitreşimleri, birle şen yumurta damlaları kabuk parçalarıyla birlikte çalışarak ye ni oluşan yumurtanınyerdenfırlayarakmutfak tezgâhınınkena rınayavaşçakonmasınıvebirkaçsantimetreyuvarlanarakdur -masını sağlarlar. Eğer tüm- bileşenlerin her parçasının hızları nın tam olarak tersine dönmesinisağlayabilseydik,olupbitenlerbunlarolurdu.

Bunedenleolayisterbirtenistopununbireğriüzerindeha reketikadarbasit,istersekırılanbiryumurta

kadarkarmaşıkol sun,fizikyasalarızamanınbiryönündeolanbirşeyin,enazındanilkeolarak,zamanındiğeryönündedeolabileceğinigösterir.

İlkevePratik

Tenistopununveyumurtanınöyküleridoğayasalarındakizaman-tersinmesisimetrisiningösterilmesininötesindedeişleryaparlar.Bunlaraynızamanda,gerçekyaşamdünyasındane denbirçokşeyinherzamanaynı yönde olduğunu gördüğümüzü, neden hiçbir zaman ters yönde olduğunu görmediğimizi de açıklar.Tenis topununyörüngede tersinehareket etmesini sağlamak zor değildir.Topu tutar ve ters yönde aynıhızla fırlatırız. Bu ka dar. Ama kırılan yumurtanın son derece karmaşık (kaotik) ha reketlerini tersineçevirmekolağanüstüzordur.Herparçayıtutup,eşanlıolaraktersyöndeveaynıhızlafırlatmamızgerekir.Bunun,bizim(vekralınbütünatlarıylabütünadamlarının)ger çektenyapabileceğimizinötesindeolduğuortadadır.

Aradığımız cevabı bulduk mu? Fizik yasaları her iki hareke te de izin verdiği halde, yumurtalarınkırılmalarının ama bütünleşmemelerinin nedeni yalnızca neyin pratik olup neyin olmadı ğı sorunu mu?Cevap,yumurtanıntezgâhtandüşüpkırılmasınınkolayamabütünleşmesininolağanüstüzorolmasındamı?

Eğercevabıbuolsaydı,banainanın,bunubukadarsürdür mezdim.Kolaylıkvezorlukkonusucevabıntemelbirparçasıdıramaolayıniçineoturduğuöykününtamamıdahakarışıkveda hilşaşırtıcıdır.Konuüzerinde derinleşirken buna da değineceğiz ama öncelikle bu bölümdeki tartışmayı biraz dahakesinleştire lim.Butartışmabizisonundaentropikavramınagötürür.

Entropi

Viyana'daBeethoven,Brahms, Schubert ve Strauss'unme zarlarının bulunduğu Zentralfriedhof'taki birmezar taşına, entropi olarak bilinen güçlü bir kavramı ifade eden, S=k logW yazan tek bir denklemyazılmıştır.Bumezarda yatan kişi, ge çenyüzyılın başlarında yaşayanve gelmiş geçmiş en önsezili fi -zikçiler arasındayar alanLudwigBoltzmann'dır. 1906yılındakarısı vekızıyla İtalya'da tatil yaparkensağlığı bozulan ve depresyona girenBoltzmann intihar etmiştir. İronik bir şekil de, yalnızca birkaç aysonra deneyler, Boltzmann'ın yaşam bo yu kararlılıkla savunduğu fikirlerin doğru olduğunu gösterme yebaşlamıştır.

Entropi kavramı ilk olarak endüstri devrimi sırasında, termo dinamik alanının gelişmesine yardımcıolan fırınların ve buharmakinelerinin çalışmasıyla ilgilenen bilim insanları tarafından geliştirilmiştir.Uzun yıllar alan araştırmalar, temel fikirlerin kes kin bir şekilde rafine edilmesiyle sonuçlanmış veBoltzmann’ın yaklaşımında zirveye ulaşmıştır. Onun, kendi mezarında kısa ca bir denklemle gösterilenyaklaşımı, istatistiksel bir mantık yoluyla, bir fiziksel sistemi oluşturan devasa sayıdaki bileşenlerle,sisteminsahipolduğutoplamözelliklerarasındabirilişkikur-maktadır.

Boltzmann’ınyaklaşımıkonusundabirfikirsahibiolabilmekiçinçifttaraflı693yaprağıolanSavaşveBarış romanının tüm yapraklarını tek tek ayırdıktan sonra hepsini birden havaya sa vurup sonra da buyaprakları rasgele toplayıp üst üste koyarak yeniden istif ettiğinizi hayal edin. İstif edilmiş olanyaprakların sayfa numaralarına baktığınız zaman, sayfa sıralarının karışmış olma olasılığı karışmamışolmaolasılığındançokdahayüksektir.Bununnedeniaçıktır.Sayfasıralarınınkarışıkolmasınınçokyoluvarken,düzgünsıralıolmasınınyalnızcatekbiryoluvardır.Elbettesıralıolmasıiçin,sayfalar1,2;3,4;5,6vb.1385,1386şeklindegitmelidir.Başkatürlühersıralamasırasızolur.Basitamatemelbirgözlem,başka bütün koşullar eşit ise, herhangi bir şeyin olması için ne kadar fazla yol varsa, o şeyin olmaolasılığı nındaokadaryüksekolduğudur.Eğeryeredüşenyapraklarınyanlışsayfasırasındaolmasıgibi,bir şeyinolabilmesinindeva sasayıda çokyolu varsa, bununolmaolasılığı dadevasa büyüklükte olur.Bütünbunlarıönsezilerimizlebiliriz.Eğerbirpiyangobiletialırsanız,kazanmanızıntekbiryoluvardır.Eğernuma ralarıbirbirindenfarklıbirmilyontanepiyangobiletialırsanızkazanmanızınbirmilyonyolu

olur,böylecezenginolmaşansınızbirmilyonkatfazlaolur.

Entropi, verilen herhangi bir fiziksel durumun gerçekleşmesi nin fizik yasalarıyla uyumlu yollarınısayarakbufikrikesinleşti renbirkavramdır.Yüksekentropibirçokyololduğunudüşükentropiiseazyololduğunuanlatır.EğerSavaşveBarış'ınyapraklarıdoğrusaylasırasındaisebudüşükentropilibirdüzen-dir; çünkübuölçütükarşılayanbirveyalnızcabirdüzenvardır.Eğer sayfa sırasıkarışıksa,buyüksekentropili bir düzendir çünkü kısa bir hesaplamaile1245521984537783433660029353704988291633611012463890451368876912646868955918529845043773940692947439507996577478902124562796195600187060805768778947870098610692265944872693410000872699876339900302559168582063999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999999 -yaklaşık 101878- farklı sıra sız sayfa düzeni vardır. Eğer yaprakları havaya savurur ve sonra yenidendüzgünce istiflerseniz, sayfaların sırasız olacağı he men hemen kesindir, çünkü böylesi düzenlerinentropisiolağanüstüyüksektir;düzgünsıralısayfadüzenieldeetmeninyalnızcabiryoluvarken,sırasızbirsonuçeldeetmeninpekçokyoluvardır.

İlkeolarak,yaprakyığınıhavayaatıldıktansonra,heryapra ğınnereyedüşeceğiniklasikfizikyasalarınıkullanarak bulabili riz. Dolayısıyla, gene ilke olarak, sonuçtaki sayfa sırası kesin bir biçimdehesaplanabilirve bu yüzden de (gelecek bölüme kadar göz ardı ettiğimiz kuantummekaniğinin aksine)hangi sonucun ortaya çıkma olasılığının diğerine göre fazla ya da az olduğu gibi olasılık düşüncesinedayalıkavramlaragerekyokmuşgibigörünür.Amaistatistikselmantıkhemgüçlühemdeyararlıdır.EğerSavaşveBarışyalnızcabirkaçsayfalıkbirkitapçıkolsaydı,ge reklihesaplançabucaktamamlayabilirdikama gerçek Savaş ve Barış için bu olanaksızdır. Havada uçuşurken kendi yarattıkla rı hava akımlarınedeniylebirbirlerinesürtünen,kayan,çarpışan693kitapyaprağınıntamvekesinhareketleriniizlemek,olağa nüstüzorbirişolupengüçlüsüperbilgisayarınbilekapasitesi ninötesindedir.

Üstelik -ki bu kritiktir- tam sonucun bulunması da o kadar yararlı olmaz. Sonuçta yapraklarabaktığınızda,heryaprağın tamolarakneredeolduğundançok,sayfalarındoğrusıradaolupolmadığıylailgilenirsiniz.Eğerdoğrusıradaysalar,harika.Oturup,AnnaPavlovnaveNikolaiIlychRostovhakkındaher za manolduğugibiokumayı sürdürebilirsiniz.Ama sayfalarındoğru sıradaolmadığınıgördüyseniz,sayfadüzenininayrıntılarıylabüyükolasılıklapekilgilenmezsiniz.Eğerbirtaneyanlışsayfasıralamasıgördüyseniz,hepsinigörmüşsayılırsınız.Eğerbi linmeyen,garipbirnedenlehangiyaprağınistifteneredeolduğunun ayrıntılarına boğulduysanız, başka birisinin, size başlangıçta verilmiş olan yığını tekrarkarıştırıpkarıştırmadığınadikkatbileetmezsiniz.Başlangıçtakiistifsırasızgörünürkensonra danyenidenkarıştırılan istif de sırasız görünür.Dolayısıyla ista tistikselmantık, sadece yürütme açısından kolaylıksağlamakla kalmaz, ortaya çıkardığı cevap da -sıralımı yoksa sırasızmı- bi zim amacımızla daha çokilgilidir.

Böylesibirgenelbakış, entropimantığının istatistiksel teme li içinmerkeziönemesahiptir.Nasılbirpiyangobiletininbüyük ikramiyeyikazanmaolasılığı bir başkabiletinki ile aynıysa,Sa vaş veBarış'ınyapraklarınınherhavayasavruluşundabelirlibirsıradayeredüşmesiolasılığı,başkabirsıradadüşmeolasılığıylaaynıdır. İstatistikselmantığıuçuranşey,yalnızca iki tane il ginçsayfadüzenisınıfı olduğunubiliyorolmamızdır:Sıralıvesı rasız.İlksınıfınbirüyesivarken(düzgünsayfasırası1,2;3,4;vb.)ikincisınıfınüyesayısıçokbüyüktür(tümolasıyanlışsayfasıraları).Buikisınıf,kullanılabilecekanlamlıbirtakımoluş tururlar,çünküyukarıdaolduğugibi,busınıflarverilenherhangibir sayfadüzeninişöylebirkarıştırarakyapacağınızgenelde ğerlendirmeyiyansıtırlar.

Budurumdabile,bu iki sınıfarasındayalnızcabirkaçsayfa nınsırasızolduğubirdüzen,yalnızca ilkbölümünsayfalarınınsırasızolduğubirdüzenvb.gibidaha inceayrımlarönerebilir siniz.Aslındabazıdurumlarda bu ara sınıfları göz önüne almak yararlı olabilir. Bununla birlikte, bu alt sınıfların herbirindeki olası sayfa düzenlerinin sayısı, sayfaları tam anlamıyla düzensiz olan sınıftaki sayıylakarşılaştırıldığında,hâlâsondereceküçüktür.Örneğin,SavaşveBarış'ınsadeceilkbölümününsayfaları -nıkapsayansırasızdüzenlerinsayısı,romanınbütünsayfalarınıkapsayansırasızdüzensayısının10178debiridir. O nedenle her ne kadar kitap yapraklarının havaya ilk fırlatılışlarında ortaya çıkan sayfadüzenleri,büyükolasılıkla,bütünüyledüzensizsı nıfadeğil,buarasınıflardanbirineaitolacaksada,bufırlatılma işinin üst üste defalarca tekrarlanması sonrasında bu sayfa düzeninin belirli bir desensergilemeyeceği hemen hemen kesindir. Sayfa düzeni bütünüyle düzensiz sınıfa doğru evrilir çünkü bu

sınıfagirençoksayıdasayfadüzenivardır.

SavaşveBarışörneğientropininikitemelözelliğiniaydınlatır.Birincisi,entropifizikselbirsistemdekidüzensizliğin bir ölçüsüdür. Yüksek entropi, sistemi oluşturan bileşenlerin birçok yeni dendüzenlenmesiningözdenkaçacağıanlamınagelirkiburadandasonuçtasisteminyüksekölçüdedüzensizolduğu anlamı çıkar. (Savaş ve Barış'ın yaprakları bütünüyle karıştıktan sonra daha fazla karıştırma,sayfaları karışık düzende bırakmaya devam ede ceği için pek dikkat çekmez). İkincisi, çok bileşenlifizikselsis temlerde(örneğinhavayafırlatılançoksayfalıkitaplarınyaprakları)düzensizlik,düzenliliğegöreçokdahafazlasayıdaortayaçı kacağından,dahabüyükdüzensizliğedoğrudoğalbirevrimvar dır.Entropisözlüğündebu,fizikselsistemlerdahayüksekentropilidurumlaradoğruevrilmeeğilimindedirleranlamınagelir.

Elbette entropi kavramını daha kesin ve evrensel hale getirir ken fizikteki tanım, şu veya bu kitabın,görünüşünü aynı bıra kan sayfa düzenlerinin sayılmasını içermez. Bunun yerine fizikteki tanım temelbileşenlerin -atomlar, atomaltı parçacıklar, vb.- verilen fiziksel sistemin toplam, "genel" özelliklerinideğiştirme yen yeniden düzenlenme durumlarını sayar. Savaş ve Barış ör neğinde olduğu gibi, yüksekentropi çok sayıda yeniden düzenlemenin dikkatten kaçacağı, bu da sistemin büyük ölçüde düzensizolduğu anlamına gelirken", düşük entropi az sayıda yeniden düzenlemenin dikkatten kaçacağı anlamınagelirçünküsistemzatenyüksekölçüdedüzenlidir

Yakındakullanışlıolduğudaiyianlaşılacakolanbirfizikör neğiolarak,dahaöncebaşvurduğumuzkolaörneğinidüşüne lim.Başlangıçtaşişeniniçindebulunankarbondioksitgibibirgaz,odayadüzgünşekildedağıldığında,bumoleküllerin farkedilebilirbir etkiyapmadığıçoksayıdayeni düzen vardır.Ör neğin,eğerkollarınızısallarsanız,karbondioksitmoleküllerikonumvehızlarınıdeğiştirerekileri-gerihareketederler. Ama toplamda, düzenlerinde nitel bir değişiklik olmaz. Siz kollarını zı sallamadan öncemoleküller düzenli bir biçimde dağılmışlar dır, siz kollarınızı salladıktan sonra da öyledirler. Düzgündağıl mış gaz düzeni, moleküler bileşenlerinin devasa sayıdaki yeni den düzenlenme durumlarına karşıduyarsızdır, bu nedenle de yüksek entropili bir durumdur. Tersine, eğer gaz, şişe gibi da ha küçük birhacim içine dağılmış durumdaysa veya bir engelle odanın bir köşesine sıkışmış durumdaysa, entropisioldukça düşüktür. Bunun nedeni açıktır.Daha ince kitapların daha az sayı da sayfa düzeni olması gibi,daha küçük hacimlerde de molekül lerin bulunabileceği daha az sayıda yer olacağı için, yeniden dü-zenlenmesayısıdadahaazdır.

Ama şişenin kapağını açtığınızda veya engeli kaldırdığınızda gaz moleküllerine yeni bir evrenaçıyorsunuz demektir, onlar da itişip kakışarak bu yeni evreni keşfetmek üzere dağılırlar. Ne den?Bu,SavaşveBarış'ın sayfalarıyla aynı istatistikselmantığa dayanır.Hiç kuşkusuz bazımolekül itişmeleri,bazıgazmolekül lerini tümüylebaşlangıçtakihacimiçinedoğruhareketetmeyezorlar.Amayenihacim,gazınbaşlangıçtakihacmindenbüyükolduğuiçin,molekülleryenihacminiçinedağıldıklarındakiyeni dendüzenlenmesayısı,özgünhacimdekaldıklarızamankiyeni dendüzenlenmesayısındandahafaylaolur.Ozaman, ortalama olarak gaz molekülleri başlangıçtaki hacimlerinden dışarı sıza rak yavaş yavaş bütünodaya yayılma durumuna yaklaşacaklar dır. Böylece, gazın küçük bir hacme sıkışmış olduğu düşükentropili başlangıç durumu, doğal bir biçimde, gazın daha büyük bir hacme yayıldığı daha yüksekentropili bir duruma doğru ev rilir. Böyle bir duruma bir kere ulaştığında gaz, bu yüksek entropilidurumunukorumaeğilimindedir:İtilme-kakılmahâlâmoleküllerinoraya-burayagitmelerine,birdüzendendiğerine geç melerine neden olur ama bu düzenlerin olağanüstü çoğunluğu gazın genel görünüşünüdeğiştirmez.Yüksekentropiyesahipol masınınanlamıbudur.

İlkeolarak,SavaşveBarışromanınınsayfalarındaolduğugi bi,herkarbondioksitmolekülününverilenbir anda kesinlikle nerede olduğunu klasik fizik yasalarını kullanarak belirleyebi liriz. Ama CO2moleküllerinin devasa sayısı nedeniyle -bir şişe kolada yaklaşık 1024 tane vardır- böylesi hesaplarıyapmakas lındapratikolarakolanaksızdır.Birşekildeyapılabilsebile,mil yonkeremilyarkeremilyartane parçacığın konumu ve hızı, bi ze moleküllerin nasıl dağılmış olduğu konusunda pek de bir fi kirvermez.Genelyapınınistatistikselözelliklerineodaklanmak-gazdağılmışdurumdamıyoksasıkışıkmı,yanientropisiyüksekmiyoksadüşükmü-çokdahaaydınlatıcıdır.

Entropi,İkinciYasaveZamanOku

Fiziksel sistemlerin yüksek entropili durumlara doğru evril me eğilimi termodinamiğin ikinci yasasıolarakbilinir. (ilkya sa, bildiğimiz enerjininkorunumudur.)Yukarıdaolduğugibi buyasanında temeliistatistikselmantıktır:Birsistemindahayüksekentropisahibiolması içinçokdahafazlayolvardırve"da hafazlayol",sisteminbuyüksekentropilidurumlardanbirinedoğruevrilmeolasılığınındahayüksekolduğuanlamınagelir.Amadikkatedilirsebu, alışılmışanlamdabiryasadeğildir, çünkühernekadarböyledurumlarenderolupgerçekleşmeolasılığıdüşüksede,birşeyyüksekentropilibirdurumdandüşükentropili bir duruma gidebilir. Karışık bir kitap yaprağı yığınını önce havaya savurup ve sonra dadüzgünceistiflediğinizzaman,sayfasırasınındüzgünolmaolasılığıdabulunabilir.Buolasılıküze rindeyüksekbiriddiayagirmekistemeyebilirsinizamabuolası dır.Moleküllerarasıitme-kakmadurumlarıdadağılmış bulunan karbondioksit moleküllerinin derlenip toplanarak yeniden açık şişeye dolmalarıylasonuçlanabilir.Busonucunortayaçıkmasınınefesinizitutarakbeklemeyinamabuolabilir.

Savaş ve Barış'taki sayfa sayısının çokluğu ve odadaki gaz moleküllerinin sayısının çokluğu, hemdüzenli ve düzensiz durumlar arasındaki entropi farkının bu kadar büyük olmasına ve hem de düşük-entropili sonuçların ortaya çıkmaolasılığınınbukadar küçükolmasınanedenolur.Eğer çift taraflı ikikitap yaprağını defalarca havaya atarsanız, yere yüzde 12,5 oranında doğru sırada düşmüş olduklarınıgörürsünüz.Üçkitapyaprağındabuyüzde2'ye,dörtyapraktayüzde0,3'e,beşyapraktayüzde0,03'e,altıyapraktayaklaşıkyüzde0,002ye,onyaprakta0,000000027'yedüşer.693yapraktabunlarındoğrusıraylaye redüşmüşolmaolasılığıokadarküçüktürki-noktadansonraokadarçoksıfırvardır-yayıncımbenibusayıyı yeniden yazarak bir sayfa daha harcamamam konusunda uyardı. Benzer biçimde, boş bir kolaşişesinin içine yalnızca yan yana iki gaz mole külü koyarsanız, oda sıcaklığında moleküllerin rasgelehareketlerinin, bunları her birkaç saniyede bir, bir araya (birbirlerinin birkaç milimetre yakınına)getirdiğinibulursunuz.Amaüçmoleküllükbirgrupiçingünlerce,dörtmoleküliçinyıllarcabekle menizgerekir.Milyon keremilyar keremilyarmolekülden oluşan bir başlangıç durumunda, bumoleküllerinrasgelehareketlerininbunlarıküçükvedüzenlibirgruphalinegetirmeleri içingeçmesigerekenzaman,evrenin şimdiki yaşından daha uzundur. Çok bileşenli sistemlerin düzensizliğe doğru evrileceklerineölümünvevergilerinvarlığındandahabüyükbirkesinliklegüvenebiliriz.

Hernekadaranında farkedilmesede,artıkönemlibirnokta yageldik.Termodinamiğin ikinciyasasıbizim, zamanın okunu, yani fiziksel sistemler çok sayıda bileşenden oluştuğunda orta ya çıkan okubulmamızısağlamışgibigörünüyor.Küçükbirkutuyakonmuş(veherbirininhareketlerinin izlenmesinisağlayanbirmaddeeklenmiş)birkaçkarbondioksitmolekülününhare ketlerinigösterenbir film izlemişolsaydınız,filminilerimiyoksagerimioynatıldığınıanlayamazdınız.İkimolekülşurayaburayagiderek,bazenbirarayagelir,bazenseayrılırlaramazamandaileriyönügeriyöndenayırmayayarayacakönemlibirdavra nışsergilemezler.Amabirkutuya(diyelimküçükveyoğunbirmolekültopağıolarak)konmuş1024molekülünfilminiizlemişolsanız,filminilerimiyoksagerimioynatıldığınıkolaycaanlar sınız:ilerizaman yönü, çok yüksek bir olasılıkla, gaz molekülle rinin gittikçe daha fazla düzgün dağılarak vedolaysıyla gittikçe daha yüksek entropiye ulaştığı yöndür. Bunun yerine, eğer film bir örnek olarakdağılmış gaz moleküllerinin bir araya gelerek sıkı bir grup oluşturduğunu gösteriyorsa, filmin gerioynatıldı ğınıhemenanlarsınız.

Aynımantıktemelolarakgündelikhayattasıksıkkarşılaş tığımızherşeye,yanibüyüksayıdabileşendenoluşan her şe ye uygulanır: Zamanın ileri oku entropinin artma yönünü gös terir. Eğer masanın üzerinekonmuşbirbardakbuzlusuyugös terenbirfilmizlerseniz,buzunerimesiniizleyerekhangiyönünzamandaileriyönolduğunuanlayabilirsiniz,H2Omolekülleribardaktadağılarakentropiyiartırır.Eğerkırılanbiryumurta yıgösterenbirfilmizlerseniz,yumurtanınbileşenleriningittikçedahadüzensizolmasınıizleyerekhangiyönünzamandaileriyönolduğunubulabilirsiniz,dağılanyumurtaparçacıktanentropiyiartırır.

Gördüğünüzgibientropikavramı,dahaöncebulduğumuz"kolaymıyoksazormu?"sonucununkesinbiryorumunu sunar. Savaş ve Barış'ın yapraklarının tümüyle sırasız olarak düşmesi çok kolaydır çünküsırasızdüzenlerin sayısı çok fazladır.Yaprakların tam sıralı olarakdüşmesi çok zordur çünküyüzlerce

sayfanın Tolstoy'un düşündüğü doğru sırayla düşmesi gerekir. Yumurtanın kırılması kolaydır çünkükırılmanın pek çok yolu vardır.Kırılmış yumurtanın yeniden toplanması zordur çünkü devasa sayıdakiyumurtabileşenlerinindoğrusıraylabirarayagelipmasanınüzerindedurmaktaolanyepyeni,düzgünbiryumurta oluşturmaları zordur. Çok sayıda bileşenden oluşan şeylerde düşükten yüksek entropiye -düzenden düzensizliğe- gidiş kolaydır, o nedenle her zaman olur. Yüksekten düşük entropiye -düzensizliktendüzene-gidişsezordur,onedenleeniyiolasılıklaenderolarakortayaçıkar.

Ama bu entropi okunun da tam anlamıyla katı olmadığına dikkat edin; zamanın yönünün yüzde 100yanılmazolduğuyolundabiriddiayoktur.Yaklaşım,buvediğersüreçlerintersyöndeortayaçıkmalarınaizinverecekkadardaesnektir.İkinciya saentropiartışınındoğanınihlaledilemezbirgerçeğideğil,yal -nızca istatistiksel bir olasılık olduğunu söylediği için, kitap yapraklarının yere tam sıralı olarakdüşmeleri, gaz moleküllerinin yeniden şişeye dolmaları veya kırılmış yumurtaların yeniden bü-tünleşmelerigibienderolasılıklarada izinverir. İkinciyasa, entropininmatematiğinikullanarak,kesinbir biçimde bu olayların olasılığının ne kadar düşük olduğunu (daha önce verilen deva sa sayıyıhatırlayın)ifadeederamabunlarınolabileceğinideka buleder.

Bu,pek inandırıcıbiröyküymüşgibidurmuyor. İstatistikselveolasılıkçımantıkbize termodinamiğinikinciyasasınısağla mıştır.Karşılıkolarakikinciyasadabizegeçmişdediğimizşeylegelecekdediğimizşeyarasındakisezgiselfarkıortayakoymuş tur.Buyasa,gündelikhayattakişeylerin,tipikolarakdevasasa yıdaçokbileşendenoluşanşeylerinnedenböylebaşlayıpşöylebittiğinin,bunlarınnedenhiçbirzamanşöylebaşlayıpböylebittiğinigörmediğimizinpratikbiraçıklamasınıyapmıştır.Amayıl largeçtikçe-LordKelvin, Josel Loschmidt, Henri Poincare, S. H. Burbury, Ernest Zarmelo ve Willard Gibbs gibifizikçilerin önemli katkıları sayesinde-LudwigBoltzmann zamanın okunun ne kadar şaşırtıcı olduğunutakdiretmiştir.Boltzmann,hernekadarentropibilmeceninönemliyönleriniaydınlatmışolsada,geçmişvegeleceğinnedenbukadarfarklıgöründüğüsorusununcevaplanmadığınıfarketmiştir.Entropi,soruyuönemlibiryolla,beklenmediksonuçlarayolaçanbiryolla,yenidentanımlamıştır.

Entropi:GeçmişveGelecek

Daha önce, geçmişle gelecek arasındaki ikilemi gündelik gözlemlerimizi Newton'un klasik fizikyasalarıyla karşılaştırarak or taya koymuştuk. Sürekli olarak olayların zamanda gelişme yönüne ilişkinolarak açık bir yönün varlığını yaşadığımızı ama ya saların kendilerinin zamanda geçmiş ve gelecekdediğimiz şeyle re tam olarak eşit uzaklıkta durduğunu vurgulamıştık. Fizik ya salarının içinde zamanınyönünübelirtenbirok,"Buyasalarıza manınbuyönündekullanın, tersyöndedeğil"diyenbiryöngös -tericiolmadığıiçinşunusormakdurumundakalmıştık:Eğerbuyasalarherikizamanyönünedesimetrikolarak yaklaşıyorsa, neden yaşananların kendileri hep aynı yönde oluyor da tersinde değil? Zamanıngözlenenveyaşananyönselliğineredengeliyor?

Geçtiğimizaltbölümde,geleceğientropininarttığıyönola rakayırtedentermodinamiğinikinciyasasıaracılığıylabiriler lemekaydetmişizgibigörünüyor.Amabirazdahadüşünülürse,okadardabasitdeğil.Dikkatederseniz,entropiyive ikinciya sayı tartışırkenklasikfiziğinyasalarınıherhangibirşekildede -ğiştirmedik.Bütünyaptığımız,buyasalarıistatistiksel"genel"yapıdakullanmaktı.İnceayrıntılarıgözardıettik (Savaş ve Ba rış romanının dağılmış yapraklarının kesin sırası, kırılan yumur tanın bileşenlerininkesin konum ve hızları, kola şişesindeki CO2 moleküllerinin kesin konum ve hızları) ve bunun yerinedikkati mizi toplam, genel özellikler üzerinde yoğunlaştırdık. (kitap yaprakları sıralı mı sırasız mı,yumurta kırıkmı değilmi, gazmole külleri yayılmışmı yayılmamışmı). Fiziksel sistemlerin yeterincekarmaşık olduğu durumlarda (çok yapraklı kitaplar, kırılıp parçalanabilen kırılgan cisimler, çokmolekülden oluşan gazlar), bunların düzenli ve düzensiz durumları arasında devasa bir entropi farkıvardır. Bu da, bu sistemlerin düşük entropiden yüksek entropiye doğru evrilme olasılıklarının devasaboyuttaolduğuanlamınagelirki,termodinamiğinikinciyasasınınkabacata nımızatenbudur.Amadikkatedilmesi gereken kilit nokta, ikinci yasanın türev olduğudur: Bu yasa yalnızca olasılık mantığınınNewton'unhareketyasalarınauygulanmasınınbirsonucudur.

Bu bizi basit ama hayret verici bir noktaya götürür: Newton yasalarında yapısal bir zaman yönüolmadığı için, sistemlerin ge leceğe doğru düşük entropiden yüksek entropiye evrilecekleri yolundakidüşünüşümüzün tamamı, geçmişe doğru uygulandı ğında da aynı doğrulukla işler. Yine, fiziğin temelyasalarıza mantersinmesiaçısındansimetrikolduğuiçin,buyasalaraçısındanbizimgeçmişvegelecekdediğimiz şeyleri ayırt etmenin bile bir yolu yoktur. Nasıl uzayın derinliklerinde yukarıyı ve aşağıyıgösteren oklar yoksa klasik fiziğin yasalarında da bu yönün ge lecek, şu yönünse geçmiş olduğunubelirleyen hiçbir şey yoktur. Yasalar zamansal bir yönelme önermez; bu, yasaların tümüyle duyarsızolduğubirayrımdır.Hareketyasalarıcisimlerinnasıldeğiştiğindensorumluolduklarıiçin-hemgeçmişdediğimizyönehemdegelecekdediğimizyönedoğru- ikinciyasanınarka sındaki istatistiksel/olasılıkçıdüşünüşbiçimi,herikizamanyö nünedeaynışekildeuygulanır.Bunedenle,fizikselbirsisteminyalnızcagelecekteki entropisinin yüksek olması konusunda ezi ci büyüklükte bir olasılık olmakla kalmaz,geçmiştekientropisi ninyüksekolduğukonusundadaaynıezicibüyüklüktebirola sılıkvardır.BunuŞekil6.2'degösterdik.

Bu,aşağıdakilerin tümü içinkilitnoktaolmaklabirliktealda tıcıbir şekildekarışıkgibidurmaktadır.Termodinamiğin ikinci yasasına göre, eğer entropi geleceğe doğru artıyorsa, o zaman geçmişe doğruzorunlu olarak azalacağı inancı yaygın bir ha tadır. Karışıklığın başladığı yer de burasıdır. İkinci yasaaslındaşunusöyler:Eğerverilenbirandabirfizikselsistemolasıenyüksekentropiyesahipdeğilse,ozamanolağanüstübüyükbirolasılıklagelecektedahayüksekbirentropiyesahipolacaktırvegeçmiştekientropisi de daha yüksektir. Şekil 6.2b'nin içeriği budur.Geçmiş ve gelecek ayrımı olmayan yasalarlaböylesibirsi metrikaçınılmazdır.

Şekil6.2(a)Geneldetanımlandığıgibi,termodinamiğinikinciyasasıentropininverilenbirandangeleceğedoğruartacağınıimaeder.(b)Bilinendoğayasalarıgeçmişvegeleceğeeşitdavrandığıiçin,ikinciyasa,aslındaentropininverilenbirnoktadanhem

geçmişe,hemdegeleceğedoğruartacağınıimaeder.

Temeldersbudur.Butemeldersbizezamanınentropiokunun iki-başlıolduğunusöyler.Entropiartışoku belirlenmiş bir andan geleceği ve geçmişi gösterir. Bu da yaşanılan zamanın tek yönlü oluşununaçıklamasıolarakentropiokunungösterilmesinikesinbirbiçimdezorakoşar.

İkibaşlıentropiokununneimaettiğikonusundasomutterimlerlebirdüşünün.Eğersıcakbirgünsevebirbardaksuyuniçindekısmenerimişbuzparçalarıgörüyorsanız,ozamanbüyükbirgüvenle,yarımsaatsonra buzların daha da erimiş bir durumda olacağını söyleyebilirsiniz çünkü ne kadar fazla erirlerse,entropileri de o kadar yüksek olur. Ama aynı güvenle yarım saat önce de daha erimiş bir şekildeolduklarını söyleyebilirsiniz, çünkü aynı istatistiksel mantık, entropinin geçmişe doğru da artma sıgerektiğiniimaeder.Aynısonuç,hergünkarşılaştığımızsa yısızbaşkaörneğedeuygulanabilir.Entropiningeleceğe doğru artacağı yolundaki inancınız -kısmen yayılmış gazmoleküllerinden daha fazla yayılmışgazmoleküllerine,kısmenkarışmışsaylanumaralarındandahadakarışmışsayfanumaralarına-entropiningeçmiştededahayüksekolduğuinancıylatamolarakörtüşmelidir.

Sorun,busonuçlarınyarısınındüpedüzyanlışgibigörünmekteolmasıdır.Entropimantığızamanınbiryönüne,gelecekadınıverdiğimizyöneuygulandığındadoğruveanlamlısonuçlarve rirken,zamanındiğeryönüne,geçmişadınıverdiğimizyöneuygulandığındayanlışvegörünüşebakılırsagülünçsonuçlarver -mektedir. İçinde kısmen erimiş buz bulunan bir bardak su kendiliğinden, içinde hiç buz olmayan birbardaksuolarakbaşlayıp,yenideneriyipsuyadönüşmeküzere,sumoleküllerininbirbirineyapışıpbuzadönüşmesiyle ortaya çıkmaz.SavaşveBarış'ın da ğılmış yaprakları, tamolarak sırasız olarak başlayıphavaya fırla tıldıkça, giderek daha sıralı hale girip sonra yeniden git gide da ha karışık hale gelmez.Mutfağageridönersek,yumurtalarkı rılmışolarakbaşlayıpönceyapışarakbütünyumurtaoluşturupsonrayenidendağılmazlar.

Yoksaöylemi?

Matematiğiİzlemek

Yüzyıllarsürenbilimselaraştırmalar,matematiğinbizeevre ninçözümlenmesiiçingüçlüvekeskinbirdil sağladığını gös termiştir. Aslında modern bilimin tarihi, matematiğin hem önsezilere hem dedeneyimlereaykırıgibigörünenöngörülerinin(evrendekikaradeliklerinvarlığı,evrendekarşı-maddeninvar lığı, birbirinden uzak parçacıkların bağlantılı olabilecekleri vb.) sonuçta gözlem ve deneylercedoğrulandığı örneklerle doludur. Böylesi gelişmeler, kuramsal fizik kültürü üzerine damgalarını sonderece derin bir şekilde vurmuşlardır. Fizikçiler, yeterince dikkatli kullanıldığında matematiğin,gerçekliğegiden,eminbiryololduğununfarkınavarmışlardır.

Bunedenle,doğayasalarınınmatematikselçözümlemesi,ve rilenbirandangeçmişevegeleceğedoğruentropinin artma sı gerektiğini gösterdiği zaman, fizikçiler bu sonucu göz ardı etmezler. Bunun yerinefizikçilerin Hipokrat yeminine benze yen bir yemin, araştırmacıları insan deneyimlerinin görünürde kigerçekleri konusunda derin ve sağlıklı bir kuşkuculuğu sür dürmeye ve aynı kuşkucu tavra eşlik edenözenlibirçalışmaylamatematiğiizleyipnesonucavardığınıgörmeyeyönlendirir.Ancakozamanfizikselbir yasa ile sağduyu arasında kalan her hangi bir uyumsuzluğu gereği gibi değerlendirebilir ve yorum-layabiliriz.

Busonucaulaşmakiçin,saatingece22:30olduğunu,sonya rımsaattirbardaktakibuzlusuyabaktığınızı(barda sakin bir gece) ve buz küplerinin yavaş yavaş eriyerek küçük, şekilsiz yapılara dönüştüğünügözlediğinizivarsayın.Barmeninyarımsaatöncetamküpşeklindekibuzlarıbardağadoldurduğundanhiçkuşkunuz yok; kuşkunuz yok çünkü belleğinize güveniyor sunuz. Ama eğer bir şekilde, son yarım saatiçindeneolupbitti ğineilişkingüveninizsarsılacakolursa,ozamanbardakarşınızdakitaburedeoturanvebuzların erimesini izleyen arkadaşını za sorabilir (barda gerçekten sakin geçen bir gece) veya barda kigüvenlik kamerasının çektiği filme bakabilirsiniz ki her iki si de belleğinizdekinin doğru olduğunuonaylayacaktır. Bu durumda, eğer kendinize önünüzdeki yarım saat içinde ne olma sını beklediğinizsorusunusorarsanız,büyükolasılıklaerimeyedevamedecekleri sonucunavarırsınız.Eğerartıkentropikavramı size yeterince tanıdık geliyorsa, bu öngörünüzü, şu anda, 22:30'da gördüğünüz durumdangeleceğe doğru entropinin ar tacağı yolundaki ezici büyüklükteki olasılığa başvurarak açıklarsınız.Bunlarıntümüönsezilerimizvedeneyimlerimizaçısındananlamlıdır.

Ama gördüğümüz gibi, böyle entropi mantığı -basit bir biçimde şeylerin git gide düzensiz halegeleceğiniçünküdüzensizol manınpekçokyoluolduğunusöyleyenveolaylarınzamanla,ge leceğedoğrunasılgelişeceğiniaçıklamaktabaşarılıolanmantıkentropiningeçmiştededahayüksekolmaolasılığınınbüyük ol duğunu öne sürer. Bu da, 22:30'da kısmen erimiş olduğunu gör düğünüz buz küplerinin; dahaönceki zamanlarda aslında daha fazla erimiş olduğu; bu buzların gece saat 22:00'da hiç erimemiş buzküpleri olarak başlamadığı, oda sıcaklığındaki sudan yavaş yavaş buza dönüştükleri ve yavaş yavaşerimeye devam ederek saat gece 23:00'da yeniden oda sıcaklığında bir bardak suya dönüşeceklerianlamınagelecektir.

Hiçkuşkusuz,kulağaçokacayipgeliyor,belkidedelilikdi yebilirsiniz.Gerçeği söylemekgerekirse,yalnızcaoda sıcaklığındakibirbardak sudakiH20molekülleri bir arayagelerekkendiliklerindenbuzadönüşmezler,güvenlikkamerasındakisayı salgörüntüler,beyninizdekivekarşıtaburedeoturanarkadaşı -nızınbeynindekinöronlar,hepsidekendilerini,böylebirşeyas laolmamışolsada,22:30'datamoluşmuş

buzküplerinineridiği netanıkolmaküzereayarlamakzorundadır.Kulağaacayipge lenbusonuç,entropimantığının sadık bir uygulamasının -sa at 22:30'da kısmen erimiş olduğunu gördüğünüz buzların neden23:00'a doğru erimeye devam ettiğini açıklamak üzere başvur duğunuz mantık- fizik yasalarıncaemredildiğigibizamansalbirsimetriuygulandığındavardığıyerdir,içindeyapısalbirgeçmişvegelecekayrımıolmayantemelhareketyasalarına,matema tiğinverilenbiranınöncesinevesonrasınadoğruaynışekildedavrandığıyasalarasahipolmanıngüçlüğüburadadır.

Kısa bir süre içinde, eşitlikçi entropi mantığının bizi getirdi ği bu acayip yerden bir çıkış noktasıbulacağımıza emin olabi lirsiniz; sizi belleğinizin ve kayıtların hiç olmamış geçmişe ait olduğuna iknaetmeyeçalışacakdeğilim(Matrixfilmininhayranlarındanözürdilerim).Amaönsezivematematikyasala -rıarasındakiparçalanmışlığınyerinikesinolarakbelirleme ninçokyararlıolduğunugöreceğiz.Ozaman,buyoluizleme yisürdürelim.

ZorBirDurum

Önsezilerinizdahayüksekentropilibir geçmiş karşısında duraklar.Çünkü olayların zamanın normal,ileri yönünde gelişmesi ne bakıldığında, düzenlilikte kendiliğinden bir artış olmasını ge rektirir. Sumolekülleri kendiliklerinden 0 derece Celsius'a ka dar soğuyarak buza dönüşürler, beyinlerkendiliklerinden geç mişte yaşanmamış anılara sahip olurlar, video kameralar kendi liklerinden hiçolmamış olayların görüntülerini üretirler vb. Tümü de son derece olağan dışı görünen ve geçmişiaçıklamaküze reortayaatılanbuönerilerleOliverStonebiledalgageçer.Bunoktadafizikselyasalarlaentropinin matematiği, önsezilerinizle tamamıyla uyuşur. Zamanın ileri yönünde gece saat 22:00'dan22:30'a kadar bakıldığında, böyle bir olaylar dizisi termodinami ğin ikinci yasası tarafından pek hoşkarşılanmaz -entropidebirdüşmeyle sonuçlanır-vebunedenledeolanaksızolmasabile,olasılığı çokdüşüktür.

Tersine, önsezileriniz ve yaşam deneyimleriniz size, çok daha yüksek olasılıklı olan bir olaylardizisinin,gecesaat22:00'datamoluşmuşolanbuzküplerinin,şuanda,22:30dabardağınızdagördüğünüzkısmen erimiş buzlara dönüşmesi olduğunu söyler. Ama bu noktada fiziksel yasalarla entropininmatematiği, beklentilerinizle yalnızca kısmen örtüşür. Eğer saat 22:00'da ger çekten tam oluşmuş buzküpleri olsaydı, o zaman en olası olaylar dizisi 22:30 da bunların kısmen erimiş buzlara dönüşmesiolurduvebu,önsezilerlematematiğintamanlamıylauyuşmasıanlamı nagelirdi:Sonuçtaentropidekiartışhem termodinamiğin ikinci yasasıyla, hem de yaşam deneyimleriyle uyumludur. Ama ma tematikleönsezilerinayrıldığıyer,şuanda,22:30dahiçkuşkusuz,güvenilirbirşekildekısmenerimişbuzküplerigörüyor ol manıza ilişkin bir gözlem verildiğinde, önsezilerimizin, matema tiğin aksine saat 22:00'dagerçektentamoluşmuşbuzküpleriol maveyaolmamaolasılığınıdikkatealmamasıdır.

Bu, kilit öneme sahip bir nokta olduğu için biraz açıklayayım. Termodinamiğin ikinci yasasındançıkarılacaktemelders,fizikselsistemlerin,yüksekentropilidurumlarasahipolmasınınçokyoluolduğuiçin, böyle durumlardabulunmayaolağanüstüyüksekbir eğilimleri olduğudur.Bir kere böylesi yüksekentropili bir duruma geldiğinde, fiziksel sistemlerin bu durumu sürdürme eğilimleri de olağanüstüyüksektir.Yüksekentropi,varlığındoğaldurumudur.Bir fiziksel sisteminyüksekentropilibirdurumdaolması sizi askı şaşırtmamalı veya bu durumu açıklama gereği duymamalısınız. Böyle durumlarnormaldir.Tamtersine,açıklanmagereğiolandurumlar,verilenbirfizikselsisteminnedendüzenli,düşükentropili bir durumdaolduğudur.Budurumlar normal değildir.Elbette gerçekleşebilirler.Ama entropiaçısından, böylesi düzenli durumlar ender görülen ve açıklanması ge reken sapmalardır. Dolayısıyla,incelediğimiz bölümde tartışma sız doğru olarak kabul ettiğimiz olgunun -gece saat 22:30'daki düşük-entropili,kısmenerimişbuzküplerigözleminiz-aslındaaçıklanmayaihtiyacıvardır.

Ve olasılık bakış açısından bu düşük-entropili durumu daha düşük-entropili bir durumla, gece saat22:00'da çok daha düzenli, daha tam buz küplerinin varlığının daha eski, daha düzenli bir ortamdagözlenmesigibiçokdahadüşükolasılıklıbirdurumlaaçıklamaksaçmadır.Bununyerine,olayların tamanla mıylanormal,yüksekentropilibirdurumdaveşaşırtıcıolmayanbir biçimdebaşlamış olması, çokdahaolasıdır:içindekesinliklebuzbulunmayanbirbardaksıvıhalindesu.Dahasonrasonde recedüşük

olasılıklı olmakla birlikte ara sıra gerçekleşen istatis tiksel bir dalgalanma sonucunda termodinamiğinikinciyasasınatersdüşecekşekilde,kısmenoluşmuşbuzküplerininortayaçıktığı,dahadüşükentropilibir durumadoğru evrilmiştir.Her ne kadar ender görülen ve bize pek tanıdık gelmeyenbir süreci ge -rektiriyorsa da, bu evrim, çok daha düşük-entropili, olasılığı çok daha düşük ve hatta çok daha endergörülenbirdurumolantamoluşmuşbuzküplerininolmasıdurumundan tümüyleuzakdur maktadır.Şekil6.3'degöreceğinizgibigece22:00ve22:30ara sındaheran,kulağagaripgelenbuevrim,normalbuzunerime sisenaryosundandahayüksekentropiyesahiptirvebunedenlede22:30'dakikabuledilengözlemi,tam oluşmuş buz küplerinin bulunduğu senaryodan daha olası -çok daha olası- bir senaryoylagerçekleştirir.iştebu,konunundüğümnoktasıdır.

Şekil 6.3: Şimdi, 22:30'da kısmen erimiş halde olan buz küplerinin bu hale nasıl geldiğine ilişkin iki senaryo önerisininkarşılaştırılması. 1. öneri eriyen buz belleğinize paralel olarak ama saat 22:00'da göreli olarak düşük entropili bir başlangıçgerektiriyor.2.öneri,22:30'dagörmekteolduğunuzkısmenerimişbuzunbirbardaksudan,saat22:00'dayüksek-entropili,yüksekolasılıklı,düzensizbirdurumdanbaşlayarakoluştuğunusöyleyerekbelleğinizemeydanokuyor.Gece22:30'adoğrugidenyolunheradımında2.önerininiçerdiğidurumlar1.önerininiçerdiğidurumlaraoranlaçokdahaolasıdır-çünkügrafiktedegördüğünüzgibi,budurumlarınentropisidahayüksektir-vebunedenlede2.öneriistatistikselolarakfavoridir.

BütünevreninaynıçözümlemeyetabiolduğunufarketmekBoltzmanniçinküçükbiradımdı.Evrendeşuançevrenizeba karsanız,gördüklerinizbüyükölçüdebiyolojikbirörgütlenme yi,kimyasalbiryapıyıvefizikseldüzeniyansıtır.Herneka darevren,tümüyledüzensizbirkarmaşaolabilirdiisedeöyledeğildir.Nedenböyle?Düzenneredengeliyor?Buzküple rindeolduğugibi,olasılıkaçısındangördüğümüzevreningeç mişteki çok daha düzenli -ve daha da az olası- bir durumdan yavaş yavaş günümüzdeki durumunaevrilmiş olma olasılığı son derece düşüktür. Evren çok sayıda bileşenden oluştuğu için, düzenli vedüzensiz ölçekleri çok büyümüştür.Dolayısıyla barda doğru olan şey bütün evren için de alabildiğinedoğrudur: Şimdi görmekte olduğumuz evrenin normal, şaşırtıcı olmayan, yüksek entropili, tümüyledüzensizbiryapıdanistatistikselolarakendergörülenbirdalgalanmasonucundadoğmuşolmasıçokdaha-ne feskesiciölçüdeçokdaha-olasıdır.

Şöyle düşünün: Eğer bir avuç bozuk parayı defalarca ha vaya atarsanız, er veya geç hepsi yere turaolarakdüşecektir.EğerSavaşveBarışındağılmışyapraklarınıdefalarcahavayaalacakkadar, sonsuzayakınsabrınızvarsa,yapraklareryadageçyeredoğrusayfasırasıyladüşecektir.Eğeraçılmışvega zıkaçmış bir kola şişesiyle yeterince beklerseniz, itişen karbondioksit molekülleri kendilerini yenidenşişeniniçinehapsede cektir.Boltzmann'ınitirazışuyduki,eğerevrenyeterinceuzunsürebeklerse-belkideneredeysesonsuzayakınbirsüre-nor mal,yüksek-entropili,yüksekolasılıklı,tümüyledüzensizduru-

mu,çarpışarak,itişipkakışarak,parçacıklarınveışınımınrasge leakımıyla,eryadageçhepimizinşimdigörmekteolduğudüzeniortayaçıkaracaktır.Hernekadaryansıtıyorgöründüklerigeçmişgerçektenhiçolmamışolsabile,bedenlerimizvebeyinle rimizbukaostantamoluşmuşolarak-belleklerle,bilgiylevebe cerilerle donanmış olarak- çıkar. Bildiğimiz her şey, değer ver diğimiz her şey, ender ama ara sırabeklenen ve sonsuzmuş gibi görünen düzensizliği bölen istatistiksel bir dalgalanmadan baş ka bir şeydeğildir.Bu,şematikolarakŞekil6.4'tegösterilmiştir.

Şekil6.4Evrenintoplamentropisininzamanladeğişimininşematikgösterimi.Grafik,evreninzamanınınçoğunutümdendüzensiz-bir yüksek entropi durumu- bir durumda geçirdiğini ve ara sıra çeşitli derecelerde düzenlilik durumları, değişik düşük entropilidurumlaryaşadığınıgösteriyor.Entropiderinliğinekadarfazlaysa,dalgalanmaolasılığıdaokadardüşüktür.Evrendegünümüzdekidüzentüründenentropidekiönemliderinliklersonderecedüşükolasılıklıdırlarveenderolarakortayaçıkarlar.

GeriyeBiradımAtmak

Yıllaröncebufikirle ilkkarşılaştığımda,birşokgeçirmiştim.Onoktayakadarentropikavramını iyianladığımıdüşünürdümamaanlaşılanoyduki,okuduğumderskitaplarındanentropininyalnızcageleceğeilişkinöngörülerinigözönünealmıştım.Birazöncegördüğümüzgibi,entropigeleceğedoğruuygulandı -ğında sağduyumuzu ve yaşadıklarımızı doğrulayan sonuçlar ve rirken, geçmişe doğru uygulandığındasağduyumuzla ve yaşa dıklarımızla çelişen sonuçlar ortaya koyuyor. Uzun zamandır ta nıdığınız birarkadaşınızınsizeihanetettiğiniöğrenmenizkadarkötüdeğilamabenimiçinbunayakınbirşeydi.

Bununla birlikte bazen çok çabuk karar vermek pekiyi değil dir, entropinin beklentileri karşılamaktagörünürdekibaşarısızlığıböylebirdurumaiyibirörnektir.Büyükolasılıklasizindedüşündüğünüzgibibirdenbireyoktanvarolmafikrinealışkınolmamız,kolayyutulurbirlokmadeğildir.Evreninbuaçıkla -masınıngerçekveönemlikabulettiğimizherşeyindoğruluğunameydanokuması"sırf"buyüzdenolamaz.Aynı zamanda kritik soruları cevapsız bırakır. Örneğin, günümüzde evren ne kadar düzenli ise -Şekil6.4'tekiderinliknekadarfazlaise-onuvaretmekiçingerekliolanistatistikselsapmanınolasılığıdaokadar düşüktür.Buyüzden eğer evren çevremizde gördüğümüz şeyle ri az çokbudurumagetirmek içingerçekdüzenmiktarındanyanacimrilik etmiş olması gerekiyor idiyse, olasılık düşüncesi ev renin bunuyapmış olduğu sonucuna varır. Ama evreni incele diğimiz zaman bazı fırsatların kaçmış olduğunugörüyoruzçünküetrafta,olmalarıgerekendendahadüzenliolanpekçokşeyvar.EğerMichaelJacksonThriller'ı hiç kaydetmemiş olsaydı ve bu albümün dünyanın her yanına dağıtılanmilyonlarca kopyası,düşükentropiyedoğruolansapkınbirdalgalanmanınbirparçasıolsaydı,yalnızcabirmilyonveyayarımmilyonveyabir kaçkopyaortayaçıktığındasapmaçokdahaazolurdu.Eğerevrimhiçolmamışolsaydıvebizinsanlardahadüşükentropiyedoğrusapkınbirsıçramanınsonucuolarakortayaçıkmışol saydık,o

zamanböylesitutarlıvedüzenlifosilkayıtlarınınolma masıdurumundasapmaçokdahaazolurdu.EğerBüyük Patla ma hiç gerçekleşmemiş ve gördüğümüz 100milyar galaksi, düşük entropiye doğru böylesisapkınbirsıçramasonucuortayaçıkmışolsaydı,ozaman100milyaryerine50milyar,veya5000veyasadecebirkaçtaneveyayalnızcabirgalaksininolmasıdurumundabusapmadahaazolurdu.Dolayısıyla,eğer evrenimi zin istatistiksel bir dalgalanma -mutlu bir rastlantı- olduğu düşüncesinin herhangi birgeçerliliği varsa, o zaman neden ve na sıl evrenin bu kadar düşük entropiye sahip olduğunun da açık-lanmasıgerekir.

Daha da baskılayıcı olarak, eğer gerçekten belleğinize ve ka yıtlara güvenemiyorsanız, o zaman fizikyasalarına da güvene mezsiniz. Fizik yasalarının geçerliliği, olumlu sonuçları aynı bel lek ve kayıtlarcadoğrulanan çok sayıda deneye dayanır. O ne denle, kabul edilmiş fizik yasalarının zaman tersinmesisimetri siüzerindetemellenenbütünmantıksaldüşünüşlertümdensor gulanmayaaçılırkibudaşuandakitartışmamızıntemeliniveentropianlayışımızıbaltalar.Bildiğimizevrenintümdendüzensizbirdurumdanender ama ara sıra beklenebilen bir istatistiksel dalgalanma olduğu sonucunu kabul edersek, süratlebataklığasaplanırızveherşeydenönceböylesituhafbiraçıklamayayolaçanmantıkzincirimizdedahilolmaküzerebütünkavrayı şımızıkaybederiz.

Buyüzden,inançsızlığıaskıyaalıpentropininfizikvemate matikyasalarını-verilenbirandangeçmişeve geleceğe doğru düzensizliğin artma olasılığının ezici bir büyüklükte olduğunu anlatan kavramlar-çalışkan bir tutumla izlemekle kendimizi bo ğazımıza kadar bataklığın içinde bulmuştuk. Kulağa hoşgelme se de, iki nedenden ötürü bu iyi bir şeydir. Birincisi, belleğimize ve kayıtlara güvensizliğin -sezgiselolarakalayettiğimizbirşey-kesinlikleanlamlıolmadığınıgösterir.İkincisi,çözümselyapımı -zınçökmenineşiğindeolduğubirnoktayaulaşarak,mantıksaldüşünüşümüzdengeriyeyaşamsalbir şeybırakmamızgerektiği nietkileyicibirşekildefarkederiz.

Yumurta,TavukveBüyükPatlama

Bunun ne anlama geldiğini görmek için, eski zamana ait, düşük-entropili, tam oluşmuş bir yumurtaörneğini ele alalım. Bu düşük-entropili sistem nasıl varlığa kavuştu? Eğer bellekle rimize ve kayıtlarayenidengüvenmeyebaşlayacakolursak,he pimizcevabıbiliyoruz.Yumurtatavuktançıktı.Otavukdayu-murtadançıktı,oyumurtadatavuktançıktıvb.AmaenetkilişekliyleİngilizmatematikçiRogerPenrosetaralından vurgulandığı gibi, bu yumurta-tavuk öyküsü aslında derin bir şeyler öğretir ve belirli birnoktayaçıkar.

Birtavukveyabuanlamdaherhangibircanlıhayretvericiyüksekliktedüzenlibirfizikselsistemdir.Budüzenlilik nereden gelir ve nasıl sürdürülür? Bir tavuk, yiyerek ve nefes alarak, en azından yeniyumurtalaryumurtlayacakkadaruzunsüreyaşa mınısürdürür.Besinveoksijen,canlıvarlıkların ihtiyaçduydukları enerjiyi ürettikleri hammaddeyi sağlarlar. Ama eğer ne olup bittiğini gerçekten anlamakistiyorsak,buenerjininvurgulanmasıgerekenkritiközelliğinibilmemizgerekir.Sağlıklıbirtavuk,hayatıboyuncabesinlerdenaldığıkadarenerjiyi,çoğunluklaısıvemetabolizmasüreçlerivegünlüketkinliklersonucundaüretilendiğer atıklar şeklinde çevreyegeri verir.Eğergiren enerjiyle çıkanenerji arasındaböylebirdengeyoksatavukgi derekkiloalır.Amaasılnoktaşudurki,bütünenerjibiçimlerieşitdeğildir.Tavuğunçevreye ısı şeklindeverdiğienerjiyüksekorandadüzensizdir-havamoleküllerininnormaldenbirazdahahızlıhare ketedipbirbirleriyleçarpışmalarınanedenolur.Böyleenerjininentropisiyüksektir-dağınıktır ve çevreyle karışır- ve bu nedenle kolaylıkla yararlı bir amaç için kullanılamaz. Tersine,tavuğun yediği şeylerden aldığı enerji düşük entropilidir ve hayatı sürdüren önemli etkinlikler içinkullanılırhalegetirilmiştir.Bunedenletavukveaslındaheryaşamtürü,düşükentropilienerjialıpyüksekentropilienerjiverenbirboruyabenzer.

Bukavrayış, bir yumurtanındüşükentropisininneredenkaynaklandığı sorusunubir adımdahageriyeatar.Nasıloluyordatavuğunenerjikaynağı,besiniböylesinedüşükentropiyesahipolabiliyor?Busapkındüzenkaynağını nasıl açıklarız?Eğerbe sinhayvansalkaynaklı ise, başlangıçtaki, hayvanlarınnasıl bukadar düşük entropiye sahip olduğu sorusuna geri döneriz. Ama eğer besin zincirini izlersek, sonuçta(benimgibi)yalnızcabitkiyiyenhayvanlaraulaşırız.Nasıloluyordabitkilerveonlarınürünüolansebzeve meyveler düşük entropiyi sürdürebiliyor lar? Fotosentez yoluyla bitkiler, güneş ışığını kullanarakçevre de bulunan karbondioksiti oksijene dönüştürür ve çevreye ge ri verirler, karbon ise bitkilerinbüyüyüpgelişmesindekullanı lır.Böylecedüşükentropili,hayvansalkaynaklıolmayanenerjikaynaklarınıgüneşekadarizleyebiliriz.

Bu, düşük entropiyi açıklama sorusunu bir adım daha geriye atar: Yüksek ölçüde düzenli olanGüneş'imiz nereden geldi? Güneş, tüm bileşenlerinin karşılıklı kütleçekimi altında dönmeye vekümelenmeye başlayan, başlangıçta dağınık olan bir gaz bulutundan, 5milyar yıl önce şekillendi.Gazbulutuyoğunlaştıkça,birbölümündiğeriüzerindekikütleçekimseletkisigüçlendi,budabulutungiderekkendiüzerineçökmesineyolaçtı.Kütleçe kimibulutusıkıştırdıkça,sıcaklığıarttı.Sonunda,dışarıyadoğ-ru akan ışınımıüretennükleer (çekirdeksel) süreçleri başlatacakkadar ısındı. Işınım isegazbulutunundahafazlaçökmesiniönledi.Böylecesıcak,dengeli,parlayarakyananbiryıldızdoğdu.Peki,budağınıkgazbulutuneredengeldi?Büyükolasılıklahayatınınsonunaulaşmışvesüpernovaolarakpatlamışveka -lıntılarınıçevreyesaçmışolandahayaşlıyıldızlarınkalıntılarındanoluşmuştu.Builkyıldızlarınoluştuğudağınıkgazneredengeldi?BugazınBüyükPatlamasonrasındaoluştuğunainanıyoruz.Evreninkaynağınailişkinenrafinekuramlarımız-enrafinekozmolojikuramlarımız-bize,BüyükPatlama'danyalnızcabir kaçdakika sonra evrenin, kabaca yüzde 75 hidrojen, yüzde 23 helyum ve küçükmiktarlarda döteryum velityumdan oluşan he men hemen bir örnek sıcak gazla dolu olduğunu söylüyor. Temel nokta, evrenidolduranbugazınolağanüstüdüşükbirentropiyesahipolmasıdır.BüyükPatlamaevrenidüşükentropiliola rak başlattı. Bu durum, şimdi gördüğümüz düzenliliğin kayna ğıymış gibi görünmektedir. Bir başkadeyişle şimdiki düzenlilik, kozmolojik bir kalıntıdır. Bu önemli kavrayışı biraz daha ayrıntılı olarakinceleyelim.

EntropiveKütleçekimi

Kuramvegözlem,BüyükPatlama'dansonrabirkaçdakikaiçinde,ilkelgazıngençevreniniçindetekbiçimli olarak dağıl dığını gösterdiği için, daha önce tartıştığımız kola şişesi ve onun karbondioksitmolekülleri örneğine bakarak, ilkel gazın yüksek entropili, düzensiz bir durumda olduğunudüşünebilirsiniz.Amabudoğruolmaz.Dahaönceentropiyi tartışırken,kütleçekimi ni tümüylegözardıetmiştik.Kolaşişesindenkaçanazmiktar dakigazınüzerindekütleçekimihemenhemenhiçroloynama -dığı için böyle yapmak anlamlıydı. Bu varsayımla, bir örnek ola rak dağılmış olan gazın entropisininyüksekolduğunubulmuş tuk.Amaişiniçinekütleçekimigirdiğindeöykümüzbambaşkabirhalebürünür.Kütleçekimi,evrenselolarakçekicibirkuvvettir;bunedenleeğeryeterincebüyükkütlelibirgazvarsa,buga zınherbölümü,diğerbütünbölümleriniçekeceğiiçingaz,tıpkıyağlıkâğıdınüzerindedamlacıklaraayrılan su gibi kümele nip parçalanacaktır. Kütleçekimi önemli ise ki evrenin yüksek- yoğunluklu ilkdönemlerindeöyleydi,kümelilik-birörneklikyadadüzgünlükdeğil-normaldi;Şekil6.5'tegösterildiğigibibudurum,gazınonadoğruevrilmeeğilimigösterdiğidurumdu.

Şekil6.5Büyükgazhacimleriiçin,kütleçekimiişiniçinegirdiğinde,atomvemoleküllerdüzgündağılmışbirdurumdandahabüyükvedahayoğunkümeleriçerenbirdurumadoğruevrilirler.

Kümeler başlangıçtaki dağınık gazdan daha düzenli gibi görünüyorlarsa da -tıpkı oyuncaklarıngruplanarak birtakım kutula ra konduğu oyun odalarının, bütün oyuncakların ortalığa dağıl mış olduğuoyunodalarındandahadüzenligöründüğügibi-entropiyihesaplarkenbütünkaynaklardangelenkatkılarıalmanızgerekir.Oyunodasında,yerleresaçılmış,darmadağınıkoyuncaklardan,gruplarhalindeayrıayrıkutularadoldurulmuşoyuncaklarageçerkenazalanentropimiktarı,odayısaatlerce temizleyip toplayanveoyuncakları kutulara dolduran anne-babanın yaktığı yağ ve çevreye yaydıkları ısı ile yerine konur.Benzerşe kilde,başlangıçtakidağınıkgazbulutuiçin,gazınsıkışarakkümelenmesiyleazalanentropinin,gazın sıkışmasıyla üretilen ısı tarafından ve en sonunda dil nükleer süreçler başladığında salı nanolağanüstümiktardaısıveışıkilefazlasıylayerinekonduğunubulursunuz.

Bu, bazen gözden kaçırdığımız önemli bir noktadır. Düzensizliğe doğru ezici gidiş, yıldızlar vegezegenler gibi düzenli yapıların veya bitkiler ve hayvanlar gibi düzenli yaşam biçimleri ninoluşamayacağı anlamına gelmez. Oluşabilirler. Açıkça görüldüğü gibi, oluşmaktadırlar da.Termodinamiğinikinciyasası nıngerektirdiğişey,düzenliliğinoluşmasındagenelliklegerekti ğindenfazladengeleyici düzensizlik üretimi olmasıdır.Bazı bi leşenler daha çok düzene girmiş olsalar bile entropidengesindehâlâdüzensizdikağırbasmaktadır.Doğadakitemelkuvvetlerarasındaentropiçetelesininbuözelliğindensonunakadaryarar lanan,kütleçekimidir.Kütleçekimidevasauzaklıklardaetkiliol duğundanveevrenselolarakçekicibirkuvvetolduğundan,gökyüzününaçıkolduğugecelerdeışıklarınıgördüğümüzdüzenligazkümelerinin-yıldızların-oluşmasınaönayakolarakentropiartışınınnetbirbiçimdedengeliolmasınısağlar.

Bir gaz kümesi ne kadar sıkışık, yoğun ve büyük kütleli ise, genel entropisi o kadar büyüktür.Kütleçekimselkümelenmeninve sıkıştırmanınenuç şekliolankaradeliklerbunusınıragötürürler.Birkaradeliğinkütleçekimiokadarkuvvetlidirkihiçbirşey,hattaışıkbilebukütleçekimindenkurtulamazkibudaka radeliklerinnedenkaraolduğunuaçıklar.Buyüzden, sıradanyıldızların aksine,karadeliklerürettikleri entropinin tamamını sonderece inatçıbir şekilde tutarlar:Hiçbirbölümükaradeliğingüçlükütleçekimindenkaçamaz.Gerçekten.Bölüm16da inceleyeceğimizgibi,evrendekihiçbirşey,birkaradelikten daha fazla düzensizlik -daha fazla entropi- barındıramaz. Bu da sezgisel olarak anlamlıdır:Yüksek entropi, bileşenlerin birçok ye niden düzenlenmesinin dikkatten kaçacağı anlamına gelir. Karadeliğin içini göremeyeceğimiz için, bileşenlerinin -bu bileşenler ne olursa olsun-herhangi bir yenidendüzenlenmiş halini sapta mamız olası değildir ve bu yüzden kara deliklerin entropisi en büyüktür.Kütleçekimikaslarınısınırakadaruzattığızamanevrendekibilinenenetkilientropiüreticisihalinegelir.

Şimdi,artıksorumluluğunaslındakiminolduğununbelirle neceğinoktayageldik.Ensondüzenlilikvedüşük entropi üre tim kaynağı, Büyük Patlama’nın kendisi olmalı. İlk dönemle rinde olasılıkçıdüşüncelerden beklediğimiz üzere, kara delikler gibi dev entropi kaynaklarıyla dolu olmak yerine, birnedenle,doğmaktaolanevrensıcak,birörnekvegazyapılıhidrojenvehelyumkarışımıyladoluydu.Herne kadar, yoğunlukların kütleçekimini ihmal edebileceğimiz kadar düşük olduğu bir durum olduğundan

yüksekentropiyesahipisede,ozaman,kütleçekimininihmaledilemeyeceğidurumlardaböylesibirörnekbirgazınentropisidüşükolur.Karadeliklerlekarşılaştırıldığındadağınık,hemenhemenbirörnekolangaz,olağandışıdüşük- entropili birdurumdaydı.Ozamandanbuyana, termodinami ğin ikinciyasasıylauyumlu olarak, evrenin toplam entropisi, yani toplam, net düzensizlikmiktarı yavaş yavaş artmaktadır.Yaklaşık birmilyar yıl ya da dahauzunbir zaman sonra kütleçekimi ilkel gazın kümelenmesinenedenolmuş, kümeler so nuçta yıldızları, galaksileri oluşturmuş, bazı daha hafif küme lerse gezegenleredönüşmüştür.Bu gezegenlerden en az birinin çevresinde ona düşük-entropili enerji sağlayan bir yıldızvardır. Bu enerji düşük-entropili yaşam biçimlerinin evrilmesini sağla mış, böyle yaşam biçimlerininarasında bulunan bir tavuk, mutfak tezgâhınızın üzerindeki yumurtayı yumurtlamış, bu yumur ta da siziüzecek şekilde tezgâhtan yere düşerek kırılmış ve da ha yüksek-entropili bir düzene geçmiştir.Yumurtakırılır takat yeniden toparlanıp yapışmaz çünkü evrenin yaratıldığı olağandışı düşük-entropili durumunbaşlattığıyüksekentropiyegidişisürdürmektedir.Herşeyibaşlatan,başlangıçtakiinanılmazdüzendirveozamandanberidahayüksekdüzensizliğedoğruya vaşyavaşgelişenbirevrendeyaşıyoruz.

Bu,bütünbubölümdekarşılaştığımızenafallatıcıbağlantıdır.KırılanbiryumurtabizeBüyükPatlamahakkında derin bir şeyler anlatır. Bize, Büyük Patlama'nın olağandışı düzenli bir evren doğurduğunuanlatır.

Aynı fikir,diğerbütünörnekleredeuygulanır.Yapraklarıbirbirindenyeni ayrılmışSavaş veBarışınyapraklarının hava ya fırlatılışının yüksek entropili bir düzenle sonuçlanmasının ne deni, son derecedüzenli, düşük entropili bir düzenle başlama sıdır. Sayfaların başlangıçtaki düzenliliği, onları entropiartışı na hazırlamıştır. Tersine, eğer sayfalar başlangıçta karmakarışık olsaydı, havaya fırlatılmaları,entropiaçısındanpekbirfarkya ratmazdı.Buyüzden,soru,birkezdahasoralım,şudur:Busayfalarnasılböyledüzenliolmuşlardır?Tolstoyonlarıbusayfası rasındasunulmalarıiçinyazmış,matbaacıveciltçideonunta limatlarınauymuşlardır.Tolstoy'unvekitapüreticilerinin,böylesiyüksekdüzenliliğesahipbirkitabı yaratmalarını sağlayan yüksek düzenliliğe sahip olan bedenleri ve akılları, yumurtadan BüyükPatlamayagidendüşüncezinciri ile açıklanabilir.Ge ce22:30'dagörmüşolduğunuz,kısmenerimişbuzküplerinden ne haber? Şimdi belleklere ve kayıtlara güvendiğimiz için, saat 22:00'dan hemen öncebarmeninbardağınıza tamoluşmuşbuzküplerikoyduğunuhatırlıyorsunuz.Barmenbubuzları,kendi leride yüksek düzenliliğe sahip yaşam biçimleri olan ve bu ne denle de böylesi yüksek düzenliliğe sahipşeylerüretebilenzekibirmühendisin tasarladığıveyeteneklibirmekanik teknisyeni ninürettiğibirbuzmakinesindenalmıştı.Buradadabudüzenlilikleri,birbiriardısıra,evrenindüzenlikaynağınakadarizle -yebiliriz.

KritikBirGirdi

Vardığımız nokta, eğerBüyükPatlama -evreni varlığa ka vuşturan olay veya süreç- evreni olağandışıdenebilecekölçüdeözel,düşükentropiliyüksekölçüdedüzenlibirdurumdabaşlatmışsa,ancakozamanyüksekdeğil düşük entropili bir geçmi şe ait belleğimizegüvenebileceğimizi gösteriyor.Bukritik gir diolmaksızın, entropinin belirli bir andan hem geçmişe ve hem de geleceğe doğru artması gerektiğiyolundakieskidüşüncemizbizim,gördüğümüztümdüzenin,yüksekentropiyesahip,sıra danbirdurumdanrasgelebirdalgalanmaylaortayaçıktığısonucunavarmamızayolaçarki,busonuçda,görmüşolduğumuzgibi,üzerinetemellendiğimantığatersdüşer.Amaçözümleme mizeevreninolasıolmayan,düşükentropilibaşlangıcını kattı ğımızda görüyoruz ki, doğru sonuç, olasılıkçımantık, o yönde serbestçe, herhangi birkısıtlamaolmaksızın işlediği için, entropiningeleceğedoğruarttığı;olasılığınböyle kullanımı, evreninyüksek değil, düşük entropiyle başladığı yolundaki yeni hükmümüze ters düşeceği için geçmişe doğruartmadığı şeklinde dir. Bu nedenle evrenin başlangıcındaki koşullar, zaman okunun yönlenmesindeönemlidir.Gelecekgerçekteentropininarttığıyöndür.Zamanınoku-olaylarınböylebaşlayıpşöylebittiği,hiçbirzamanşöylebaşlayıpböylebitmediğigerçeği-yolculuğunaevreninbaşlangıçtakiyüksekdüzenli,düşük-entropilihalindebaşlamıştır.

KalanBilmece

Gençevreninzamanokununyönünübelirlediğiyolundakiso nuçmükemmelvetatminedicibirsonuçturamaişimizhenüzbitmedi.Geriyedevbirbilmecekalıyor.Nasıloldudaevren,herşeyinmilyarlarcayılboyuncayavaşyavaşgittikçedahaazdüzenli,dahayüksekentropilidurumlaradoğruevrildiği,çokdü-zenlibirdurumilebaşladı?Bununnekadarolağanüstüolduğunugözdenkaçırmayın.Vurguladığımızgibi,olasılıkçı bakış açı sından, saat 10:30'da kısmen erimiş olarak gördüğünüz buz küplerinin bir bardaksudan istatistikselbir rastlantıylaortayaçıkmışolmaları, tamoluşmuşbuzküplerininerimesiyleortayaçıkmışolmalarındançokdahaolasıdır.Buzküpleriiçindoğruolanşey,evreniçindedoğrudur.Olasılıkaçısındankonuşursak,evrendeşimdigörmekteolduğumuzherşeyintambirdüzensizliktenenderamaarasıra beklenen istatistiksel bir sapmayla ortaya çıkmış olma olasılığı, Büyük Patlama'nın gerektirdiği,olasılığısonderecedüşük,sonderecedüzenliveolağanüstüdüşük-entropilibaşlamanoktasındanyavaşyavaşevrilmişolmasıolasılığındanakıllaradurgunlukverecekkadardahayüksektir.

Amaşansainanırveherşeyinistatistikselbirrastlantıylavarlı ğakavuştuğunudüşlersek,kendimizibirbataklıktabuluruz:Buyol,sorununiçinefizikyasalarınıkatar.BöylecezamanokununaçıklamasıolarakdüşükentropiliBüyükPatlamayıilerisüre riz.Ozamanbilmeceevreninböylesidüşükolasılıklı,yükseköl çüde düzenli bir durumdan nasıl başladığının açıklanmasına dö nüşür. Zaman okunun gösterdiği sorubudur.Herşeykozmolojiyedayanır.

Kozmolojiyiayrıntılıolarak8.ve11.Bölümlerarasındaişle yeceğizamaöncebuincelememizdeciddibir eksiklik olduğuna dikkat edin: Söylediğimiz her şey yalnızca klasik fizik yasa ları üzerindetemelleniyor. Şimdi de zaman anlayışımızı ve za manın okunu izleyişimizi kuantum mekaniğinin nasıletkilediği nigörelim.

VII.Bölüm-ZamanveKuantum

KuantumDünyasındanZamanınDoğasınıÇıkarsamak

Zamangibi,içindeolduğumuz,gündelikvarlığımızlatamamenbütünleşmişolan,ortakdilimizden-biraniçinbileolsa-çıkarılıpatılamayacakkadaryaygınolanbirkavramhakkındadüşünürkenmantığımız,deneyimlerimizin ve yaşantımızın baskısıyla şekillenir. Bu gündelik deneyimler, klasik deneyimlerdir;büyükbirdoğrulukderecesiyleüçyüzyıldandahauzunbirsüreönceNewtontarafındantemelleriatılanfizikyasalarınauyarlar.Amasonyüzyıldafiziktekikeşifleriçinde,klasikfiziğeilişkinbütünkavramsalşemamızıalt-üstettiğiiçin,kuantummekaniğiuzakaraenşaşırtıcıolanıdır.

Onedenleklasikdeneyimlerimizi,kuantumsüreçlerininzamandanasılgeliştiğineilişkin,hayretvericiözelliklerinigözönünealarakgenişletmeksondereceyararlıolacaktır.Bugenişletilmişbağlamda,geçenbölümdeki tartışmamıza devam ederek, zamanın kuantum mekaniğine özgü tanımında zamansal bir okbulunupbulunmadığınısoracağız.Fizikçilerarasındabiletartışmalıolanbircevabaulaşacağız.Bubizibirkeredahaevreninoluşumunagerigötürecektir.

KuantumaGöreGeçmiş

Olasılıkgeçenbölümdeönemlibirroloynuyorduamaoradadabirkaçkerevurguladığımgibi,bununnedenipratikyararıvesağladığıbilgininkullanışlıolmasıydı.Birbardaksuyuniçindebulunan1024H2Omolekülünün tam hareketlerini izlemek, hesaplama kapasitemizin çok çok ötesindedir; bunu yapabilsekbilesonuçtaortayaçıkandağgibiverilerleneyaparız?1024konumvehızdeğerinikullanarak,bardağıniçinde buz olup olmadığını belirlemek çok zor bir iştir. O nedenle hesapları izlenebilir olan, üstelikgenellikle bizim ilgilendiğimiz makroskopik özelliklerle -düzenlilik- düzensizlik, (örneğin buz-su)-uğraşan olasılıkçı mantığa geçtik. Ama unutmamak gerekir ki, olasılık kavramı hiçbir şekilde klasikfiziğindokusunaişlenmişdeğildir.ilkeolarak,bazışeylerinşimdinasılolduğunukesinbirşekildebiliyorolsaydık-evrenioluşturanherparçacığınkonumunuvehızınıbiliyorolsaydık-klasik fizik,bubilginin,bunların gelecekte belirli bir anda nasıl olacağını veya geçmişte belirli bir anda nasıl olduğunuhesaplayabileceğimizisöyler.Evreningerçektenanbeangelişmesiniizliyorolunyadaolmayın,klasikfiziğe göre, ilke olarak, geçmiş ve gelecek konusunda, günümüzdeki gözlemlerinizin doğruluğu veayrıntılarıylabelirlenenbirgüvenlekonuşabilirsiniz.

Olasılıkbubölümdedekilit bir rol oynayacaktır.Amaolasılık, kuantummekaniğininkaçınılmazbiröğesi olduğu için, geçmiş ve geleceği kavramsallaştırma yöntemimizi kökten değiştirir. Kuantumbelirsizliğininkesinkonumlarvekesinhızlarhakkındaeşanlıolarakbilgisahibiolmamızıengellediğinizaten görmüştük. Benzer biçimde kuantum fiziğinin yalnızca geleceklerden biri ya da diğeriningerçekleşmeolasılığınıhesapladığınıdagörmüştük.Buolasılıklaraelbettegüvenirizamabunlarolasılıkolduğuiçin,konugeleceğitahminetmeyegeldiğindekaçınılmazbirşansfaktörüdevardır.

Konugeçmişintanımlanmasıolduğundadaklasikfiziklekuantumfiziğiarasındakritikbirfarkvardır.Zamanın tüm anlarına eşit davranan klasik fizikte gözlediğimiz bir şeye yol açan olaylar, gözleminkendisini tanımlamakta kullandığımız dille, aynı atıflar kullanılarak tanımlanır. Eğer geceleyingökyüzünde büyük bir meteor (akanyıldız) görmüşsek, konumundan ve hızından konuşuruz; eğer oraya

nasılgeldiğinidüşünürsek,göktaşınınDünyayayaklaşırkensahipolduğubirdizikonumvehızdandasözederiz.Amakuantumfiziğinde,birkerebirşeyigözlediğimizde,herşeyiyüzde100kesinliklebildiğimiz,(aletlerin duyarlılığı ve benzeri konuları göz ardı ederek) yoğunluğu azaltılmış bir alana gireriz.Amageçmiş-kiburada,özelolarak"gözlenmemiş"geçmiş,bizdenöncekibirzaman,birisiveyaherhangibirşeyinbelirlibirgözlemiyapmışolduğuzamankastediliyor-olasılıklarınkuantumbelirsizliğininalanındakalır. Eğer bir elektronun konumunu burada ve hemen şimdi ölçsek bile, bir an önce elektronun sahipolduğusöylenebilecekşeyler;yalnızcaelektronunburada,oradaveyaötedeolmaolasılıklarıdır.

Ve görmüş olduğumuz gibi konu, elektronun (veya bu anlamda herhangi bir parçacığın) bu olasıkonumlardanyalnızcabirindebulunduğuamabununhangisiolduğunubizimbilemiyorolmamızdeğildir."Daha çok, bu olasılıklardan her biri -olası geçmişlerden her biri- şimdi gözlediğimiz şeye katkıdabulunduğundan,elektronunbukonumlarınhepsindebirdenbulunduğugibibirduyguvardır.Hatırlarsanız,Bölüm 4'te tanımlanan ve elektronların iki ince yarıktan geçmeye zorlandıkları deneyde bunun kanıtınıgörmüştük. Olayların tek, sıradan geçmişlerinin olduğuna ilişkin yaygın inanca dayanan klasik fizik,ekranaulaşanherhangibir elektronunya sağdakiyada soldaki yarıktangeçtiğini söyler.Amageçmişeböylebakmakbiziyanlışyönegötürür:Bubakışla,Şekil4.3adagösterilensonuçlarınalınacağıtahminediliramabu,gerçekleşenveŞekil4.3b'degösterilensonuçlauyuşmaz.Gözlenengirişimdeseniyalnızcayarıklarınikisindenbirdengeçenbirşeyinüstüstebinmesiyleaçıklanabilir.

Kuantum fiziği böyle bir açıklama sağlar ama böyle yaparken de geçmişe ilişkin öykülerimizi -gözlediğimiz şeylerin nasıl ortaya çıktığı- köklü bir şekilde değiştirir. Kuantum mekaniğine göre, herelektronunolasılıkdalgası ikideliktenbirdengeçerveheryarıktangeçendalganınbölümleribirbirinekarıştığıiçin,ortayaçıkanolasılıkprofilivedolayısıylaelektronlarınekranaçarpmanoktalarıdagirişimdesenisergiler.

Gündelik deneyimlerle karşılaştırılırsa, elektronun geçmişini birbirine çapraz geçen olasılıkdalgalarıylatanımlamakbizeçokyabancıdır.Amaihtiyatıbirkenarabırakarak,kuantummekaniğineözgübutanımıbiradımöteyegötürebilirvekulağaçokdahaacayipgelenbirolasılığayolaçacakbiröneridebulunabilirsiniz.Belkideherelektron,ekranadoğrugiderkengerçektenherikideliktenbirdengeçiyordurve veriler de bu iki geçmiş sınıfı arasındaki girişimden kaynaklanıyordur. Yani, iki yarıktan çıkandalganıntekbirelektronunikiolasıgeçmişini-soldakiyarıktangeçenveyasağdakiyarıktangeçen-temsilettiğini düşünmek çok çekicidir ve ekranda gözlediğimiz şeye her iki dalga da katkıda bulunduğundan,belkidekuantummekaniğibizeelektronunherikipotansiyelgeçmişininkatkıdabulunduğunudasöylüyorolabilir.

Yirminci yüzyılın en yaratıcı fizikçilerinden olan Nobel ödüllü Richard Feynman'ın fikir babalığınıyaptığıbuşaşırtıcıfikirkuantummekaniğihakkındamükemmelbirşekleuygulanabilirbirdüşünüşşeklisağlıyor.Feynman'agöre,belirlibirsonucaulaşılabilecekyolseçeneklerivarsa-örneğinbirelektronunekranda bir noktaya soldaki yarıktan geçerek vurması veya aynı noktaya sağdaki yarıktan geçerekvurması- o zaman, seçenek geçmişlerin hepsinin gerçekleşeceği ve eşanlı olarak gerçekleşeceği kanısıvardır.Feynman,böylesihergeçmişin,ortaksonuçlarıngerçekleşmesiolasılığınakatkıdabulunacağınıveeğer bu katkılar doğru bir şekilde toplanırsa, sonucun kuantummekaniği tarafından hesaplanan toplamolasılıklauyuşacağınıgösterdi.

Feynman,bunakuantummekaniğinegeçmişlerüzerindentoplamayaklaşımıadınıverdi.Buyaklaşım,olasılık dalgasının, verilen bir gözlemin öncesinde yaşanmış olabilecek bütün olası geçmişlerisomutlaştırdığını gösterir ve klasik fiziğin çöktüğü yerde başarılı olabilmek için kuantummekaniğiningeçmişyapısınıgenişletmesigerektiğiniçokiyiaçıklar.

Oz'anoktadaulaşıyorolabilir.Detektörikidalganıntoplamyüksekliğinivebuyolladakarakteristikbirgirişimdesenikaydeder.

Şekil7.1(a)Birdemet-bölücüdeneyinde,lazerışığıdetektörekranınadeğişikyollardangidenikidemeteayrılır,(b)LazeringücütektekFotonlargönderecekşekildeazaltılır;zamanlafotonlarınçarpmanoktalarıbirgirişimdesenisergiler.

Çift yarık deneyinin, ekrana giden iki yol birbirinden daha iyi ayrıldığı için, geçmiş seçenekleriarasındaki girişimin çok daha açık olduğu bir çeşitlemesi daha vardır. Deneyi fotonları kullanarakanlatmakelektronlarıkullanarakanlatmaktanbirazdahakolayolduğundan, işebir fotonkaynağıyla -birlazerle- başlıyor vebu lazer demetini, bir demetbölücüyedoğru tutuyoruz.Bu alet, gözaltı-odalarındakullanılanlargibi,yarı-geçirgenbiraynadanyapılmışolup,üzerinegelenışığınyarısınıgeçirir,yarısınıiseyansıtır.Böylecebaşlangıçtakitekışıkdemetitıpkıçiftyarıkdeneyindekiikiyarığadüştüğündekigibi,soldaki demet ve sağdaki demet olmak üzere ikiye ayrılır. Şekil 7. 1 de görüldüğü gibi, akıllıcayerleştirilmiş tam-yansıtan aynalar kullanılarak detektörün konumunda bu iki demet tekrar bir arayagetirilir.Maxwell'intanımındaolduğugibi,ışığıbirdalgaolarakelealırsak,ekrandabirgirişimdesenigörmeyibeklerizvegerçektendegörürüz.Soldakivesağdakidemetlerinekranakadarkatettikleriyollarbirbirinden çok az da olsa farklı olduğu için soldaki demet ekranda belirli bir noktaya tam tepenoktasında ulaşırken sağdaki demet aynı noktaya tepe, çukur veya arada herhangi bir lazerin şiddetinidiyelim birkaç saniyede bir tek foton gönderecek şekilde azalttığımız zaman klasik / kuantum ayrımıbelirginhalegelir.Tekbirfotondemetbölücüyeçarptığızaman,klasikönsezibufotonunyailetileceğiniyadayansıtılacağınıöngörür.Klasikmantık,herhangibirtürgirişiminipuçlarınabileyervermez,çünküortadagirişecekşeyleryoktur:Elimizdebulunan,kaynaktandetektöredoğru,kimisoldan,kimisağdantektekgidenfotonlardır.Amadeneyyapıldığında,Şekil4.4'tekigibizamanagörekaydedilentektekfotonlar,Şekil 7.1'de görüldüğü gibi bir girişim deseni oluştururlar. Kuantum mekaniğine göre bunun nedeni,ölçülen her fotonun detektöre soldaki yoldan veya sağdaki yoldan ulaşmış olabileceğidir. Bu nedenle,totonun belirlenen bir noktaya veya diğerine çarpma olasılığını belirlemek için, bu iki olası geçmişibirleştirmek zorunda kalıyoruz. Her foton için soldaki ve sağdaki olasılık dalgası bu yollabirleştirildiğinde,dalgagirişiminindalgalananolasılıkdeseniniverir.Bunedenle,Oz'adoğrugideceğiyolugösterentabelanınikiyönübirdengöstermesikarşısındaşaşıranDorothy'denfarklıolarak,veriler,her fotonundetektöredoğrugiderkenhemsoldakihemdesağdakiyollarıkullandığınınvarsayılmasıylamükemmelbirbiçimdeaçıklanabilir.

SeçimYapma

Her ne kadar olası geçmişlerin birleştirilmesini birkaç özel örnek bağlamında tanımlamış olsak da,kuantummekaniğihakkındabudüşünceşekligeneldir.Klasikfizikşimdikizamanıtekbirgeçmişesahipolarak tanımlarken, kuantum mekaniğinin olasılık dalgalan geçmiş arenasını genişletiyor: Feynman'ın

formülleştirmesinegöre,gözlenenşimdikizaman,gördüğümüzlebağdaşacakbütünolasıgeçmişlerinbirkarışım,özelbirçeşitortalamasıdır.

Çift-yarıkvedemet-bölücüdeneylerindefotonunveyaelektronunkaynaktanekranakadargidebileceğiikiyol-soldangidişveyasağdangidiş-vardırveyalnızcaolasıgeçmişleribirleştirerekgördüklerimiziaçıklayabiliriz.Eğerengeldeüçyarıkolsaydı,üççeşitgeçmişigözönünealmakzorundakalırdık;300yarıkla, ortaya çıkan bütün olası geçmişlerin katkılarını hesaba katmak zorunda kalırdık. Bunu sınıragötürürsek -eğer engelin ortadan kalkacağı kadar çok yarık açtığımızı düşünürsek kuantum fiziği herelektronun,ekrandabelirlibirnoktayavarmakiçinolasıheryoldangeçeceğiniveortayaçıkanverileriancak böylesi geçmişlerle ilgili olasılıkları birleştirerek açıklayabileceğimizi söyler. Bu, kulağa garipgelebilir. (Zaten garip.)Ama geçmiş zamanlara böyle garip yaklaşımlar Şekil 4.4'teki, Şekil 7.1 'dekiverilerivemikrodünyaileilgiliöbürdeneyleriaçıklamaktadır.

Geçmişüzerindentoplamtanımınıneölçüdedoğruolarakalmanızgerektiğimerakediyorolabilirsiniz.Detektör ekranına çarpan bir elektron, oraya gerçekten olası bütün yolları izleyerek mi gider, yoksaFeynman'ınreçetesiyalnızcadoğrucevabıbulmakiçinzekiceortayaatılmışmatematikselbiricatmıdır?Bu,kuantumgerçekliğiningerçekdoğasınıdeğerlendirmek içingerekenkilit sorular arasındadır, bununiçin keşke size kesin bir cevap verebilseydim. Ama veremem. Fizikçiler çoğu zaman geçmişlerinbirleştirildiği bakış açısını son derece yararlı bulurlar; bu kavramı kendi araştırmamda o kadar sıkkullanıyorumki,bananeredeysegerçekmişgibigeliyor.Amabu,onungerçekolduğunusöylemekleaynıanlama gelme%. Önemli nokta şudur ki kuantum hesaplamaları bize, elektronun ekranda belirli birnoktaya veya bir başkasına çarpma olasılığını hiç kuşkuya yer kalmayacak şekilde söyler ve buhesaplamalar da verilerle tam bir isabetle uyuşur. Kuramın kanıtlanması ve hesaplamadaki yararlılığıaçısından bakıldığında, elektronun ekrandaki bir noktaya nasıl ulaştığı konusunda anlattığımız öykününfazlabirönemiyoktur.

Ama elbette eğer üstelerseniz, deney düzeneğini değiştirerek, gözlenen şimdiki zamana birleşen,bulanık olası geçmişler karışımını izleyebilmemiz durumunda gerçekten ne olacağı konusunukararlaştırabiliriz. iyibiröneri,amaşimdidenbunun içinbirengelolmasıgerektiğinibiliyoruz.Bölüm4'teolasılıkdalgalarınındoğrudangözlenemediğiniöğrenmiştik;Feynman'ınbirleşengeçmişleriolasılıkdalgaları konusunda düşünmenin özel bir yolundan başka bir şey olmadığı için, onlar da doğrudangözlenemiyorolmalılar.Öyledirlerde.Gözlemlerbireyselgeçmişleriayıramazlar;gözlemler, tümolasıgeçmişlerin ortalamalarım yansıtırlar. Dolayısıyla elektronları yoldayken gözlemek üzere deneydüzeneğini değiştirirseniz, her elektronun şu veya bu konuma yerleştirdiğiniz ek detektörden geçtiğinigöreceksiniz; hiçbir zaman bulanık geçmişler toplamını görmeyeceksiniz. Neden elektronu şu veya bukonumdagördüğünüzüaçıklamaküzerekuantummekaniğinikullandığınızzaman,cevap,buaragözlemeyolaçmışolabilecekbütünolasıgeçmişlerinortalamasınıiçerecektir.Amagözleminkendisi,yalnızcaoana kadar birleşmiş geçmişlere ulaşabilir. Hareket halindeki elektrona bakarak geçmişle kastettiğinizkavramı yalnızca geriye itmiş oldunuz. Kuantum mekaniği katı bir biçimde verimlidir: Gördüğünüzüaçıklaramaaçıklamayıgörmenizeizinvermez.

Dahafazlasınıdasorabilirsiniz:Ozamanhareketitekgeçmişlerveyörüngelerleaçıklayanklasikfizik-sağduyufiziği-evreninasılaçıklayabiliyor?Nedenbeyzboltoplarındangezegenlerevekuyrukluyıldızlarakadar her şeyin hareketini açıklarken ve hesaplarken bu kadar iyi işliyor? Nasıl oluyor da gündelikhayatta acayip bir yolla, geçmişin şimdiki zamana doğru görünüşte geliştiğine ilişkin bir kanıtbulunmuyor? Bunların nedeni, Bölüm 4'te kısaca açıklandığı ve yakında daha büyük bir kesinlikleinceleneceği gibi, beyzbol toplarının, gezegenlerin ve kuyrukluyıldızların, büyük olmaları, en azındanelektron gibi parçacıklarla karşılaştırıldıklarında büyük olmalarıdır. Kuantum mekaniğinde bir şey ne

kadarbüyükse,ortalamaalmaişlemiokadarçarpıkolur:Uçmaktaolanbirbeyzbol topununhareketinebütünolasıyörüngelerkatkıdabulunuramanormalyol-Newtonyasalarıylahesaplanantekyol-tümdiğeryolların toplamından daha fazla katkıda bulunur. Büyük cisimler için klasik yolların, ortalama almasürecindekienbaskınkatkıdabulunan,bunedenledebizetanıdıkgelenyollarolduğuortayaçıkıyor.Amacisimler elektronlar, kuarklar ve fotonlar gibi küçük olduğu zaman, çok sayıda farklı geçmiş, yaklaşıkolarak aynı düzeyde katkıda bulunurlar, bu yüzden de hepsi ortalama alma sürecinde önemli rolleroynarlar.Sonolarakşöylesorabilirsiniz:Gözlemyadaölçümeylemlerininneözelliğivardabütünolasıgeçmişleri birleştirerek tek bir sonuç vermeye zorluyor? Gözlem eylemimiz parçacığa şimdi artıkgeçmişlerinbirlistesiniyapıponlarıbirleştirme,ortalamalarınıalmavekesinbirsonuçvermezamanınıngeldiğininasıl iletiyor?Nedenbiz insanlarınvebizimyaptığımızaletlerinböyleözelbirgücüvar?Buözel bir şeymi?Ya da insanın gözlem eylemi, daha yaygın çevresel etki yapısı kapsamına giriyor veböylece,kuantummekaniğineözgüolarakkonuşursak,bizimhiçdeözelolmadığımızıgösteriyorolabilirmi?Yalnızcakuantumgerçekliğinindoğasıkonusundamerkeziönemesahipolduklarıiçindeğil,kuantummekaniği ve zamanın oku konularında bir düşünce yapısı da oluşturdukları için bu şaşırtıcı ve ihtilaflıkonularıbubölümünikinciyarısındaelealacağız.

Kuantum mekaniğine özgü ortalamaların hesaplanması önemli bir teknik eğitim gerektirir. Ortalamalistelerininnezaman,nasılveneredetutulacağınıtamolarakanlamak,fizikçilerinhâlâformülleştirmeyeçalıştıklarıkavramkırgerektirir.Amatemelbirders,basitbirbiçimdeşöyleifadeedilebilir:Kuantummekaniğisonseçimyapmaarenasıdır;birşeyinburadanorayagiderkenyapabileceğiherolası"seçim",birolasısonuçveyadiğeriyleilişkiliolankuantummekaniğineözgübirolasılıktakapsanır.

Klasikfizikvekuantumfiziğigeçmişeçokfarklışekillerdedavranırlar.

GeçmişiBudamak

Bölünemezbirnesnenin-birelektronveyabirfotonun-eşanlıolarakbirdenfazlayoldahareketettiğinidüşünmek, klasik yetişme tarzımıza tamamen ters düşer. Kendini en iyi kontrol edebilenlerimiz bilegizlicebirgözatmaeğilimineçokzorkarşıkoyar:Elektronyadafotonikiyarıklıekrandanveyademetbölücüdengeçerken,gerçektenhangiyolu izlediğinigörmekiçinnedençabucakbirgözatmıyoruz?Çiftyarıkdeneyindenedenher ikiyarığınönünedeküçükbirerdetektörkoyarakelektronun (ekrandakianadetektöre doğru yoluna devam ederken) bu yarıkların birinden mi, diğerinden mi yoksa her ikisindenbirdenmigeçtiğinianlamayaçalışmıyoruz?Demetbölücüdeneyindenedendemetbölücüdençıkanherikiyolun üzerine küçük detektörler koyarak fotonun (gene ekrandaki ana detektöre doğru yoluna devamederken)soldakiyoldanmı,sağdakiyoldanmıyoksaherikisindenbirdenmigeçtiğinibelirlemiyoruz?

Cevap, bu ek detektörleri yerleştirebileceğiniz şeklindedir ama bunu yaparsanız iki şey bulursunuz.Birincisi, her elektron ve her fotonun daima bu detektörlerden birinden ve yalnızca birinden geçtiğibulunacaktır; yani elektron veya fotonun hangi yoldan geçtiğini belirleyebilirsiniz ve bulacağınız şey,bunların detektörlerin ya birinden ya da diğerinden geçtiği, hiçbir zaman ikisinden birden geçmediğişeklinde olacaktır, ikincisi, ana detektörlerin kaydettiği sonuç verilerinin de değişmiş olduğunubulacaksınız.Şekil4.3bveŞekil7.1b'dekigirişimdesenlerinieldeetmekyerine,Şekil4.3a'dagörüldüğügibi, klasik fizikten beklenecek sonuçlan alacaksınız. Yeni öğeler -yeni detektörler ekleyerek deneyiistemeden de olsa değiştirmiş oldunuz. Değişiklik, ortaya çıkarmak istediğiniz çelişkiyi -şimdi artıkparçacığınhangiyoldangeçtiğinibiliyorsunuz,ozamanparçacığıngeçmediğikanıtlanandiğeryollabirgirişim nasıl olabilir?- ortadan kaldırmış olur. Bunun nedeni son alt-bölümde bulunabilir. Yeni

gözleminiz,kendisininortayaçıkardığışeyherneise,ondanöncegelengeçmişlerdenbiriniseçipayırır.Fotonunhangiyoldangittiğinibelirleyenşeybugözlemolduğuiçin,yalnızcabuyoldangeçengeçmişlerigözönünealırızki,budagirişimolasılığınıortadankaldırır.

Niels Bohr böyle şeyleri kendisinin ortaya koyduğu tamamlayıcılık ilkesini kullanarak özetlemektenhoşlanırdı.Herelektron,herfotonveaslınabakılırsaherşeyhemdalga,hemdeparçacıközelliklerinesahiptir.Bunlarbirbirlerinitamamlayıcıözelliklerdir.Parçacıklarıntekyörüngedehareketettiğiparçacıkyapısıyla düşünmek eksik kalır çünkü bu bakış açısı girişim desenlerinin gösterdiği dalga özellikleriniaçıklayamaz.

Yalnızca dalga yapısıyla düşünmek de eksik kalır çünkü bu bakış açısı konumları belli parçacıklar,örneğin ekranda tek bir nokta olarak kaydedilen parçacıklar bulan ölçümlerin gösterdiği parçacıközellikleriniaçıklayamaz(Şekil4.4'ebakınız).Tambirbakışaçısı,birbirlerinitamamlayanherikiyanındahesabakatılmasınıgerektirir.Verilenherhangibirdurumda,onunlanasıletkileşmeyiseçtiğinizebağlıolarak bu özelliklerden birinin daha baskın olmasını sağlayabilirsiniz. Eğer elektronların kaynaktanekranakadargözlenmedengitmelerineizinverirseniz,elektronlarındalgaözellikleriönplanaçıkar,budagirişimle sonuçlanır.Ama elektronları yoldayken gözlerseniz, hangi yoldan gittiklerini bilirsiniz amaozaman da girişimi açıklamakta zorluklarınız olur. Burada gerçeklik imdada yetişir. Yaptığınız gözlemkuantumgeçmişinindallarınıbudar.Gözleminizelektronuparçacıkolarakdavranmayazorlar;parçacıklardaşuveyabuyoldangittikleriiçin,girişimdesenioluşmaz,ozamandazatenaçıklayacakbirşeyyoktur.

Doğa acayip şeyler yapar. Sınırda yaşar.Amamantıksal çelişkinin öldürücü yumruğundan kaçınmakiçinsonderecedikkatlidir.

GeçmişinBeklenmedikHalleri

Budeneyler önemlidir.Onlar, dünyamızınNewton,Maxwell veEinstein'ın klasik yasalarıyla -şimdiyeterince büyük ölçeklerdeki olayları tanımlamakta kullanılan güçlü ve önsezi dolu yaklaşımlar olarakbildiğimiz yasalar- değil, yirminci yüzyılda yaşayan fizikçilerin bulduğu kuantum yasalarıylayönetildiğinin basit ama güçlü bir kanıtını oluştururlar. Zaten kuantum yasalarının, geçmişte ne olduğuyolundaki bildiğimiz kavramlara -şimdi gördüklerimizden sorumlu olan geçmişteki olaylar- meydanokuduğunugörmüştük.Budeneylerinbazıbasitçeşitlemeleribumeydanokumayı,olaylarınzamandadahayüksek,hattadahaşaşırtıcıbirdüzeyedoğrunasılgeliştiğikonusunakadartaşırlar.

Gecikmiş-seçim deneyi adını alan ilk çeşitleme 1980 yılında ünlü fizikçi John Wheeler tarafındanortayaatıldı.Deney,kulağaürperticiderecedegaripgelenbirsoruyadokunuyor:Geçmişgeleceğebağlımıdır?Amadikkatedersenizbu,geriyegidipgeçmişideğiştiripdeğiştiremeyeceğimizleaynısorudeğil(Bölüm15'te inceleyeceğimizkonu).YapılmışveoldukçaayrıntılıolarakçözümlenmişolanWheeler'indeneyi, geçmişte, hatta uzak geçmişte yer almış olduğunu varsaydığımız olaylarla şimdi olduğunugördüğümüzolaylararasındakikışkırtıcıilişkiyiaçığaçıkarır.

Konununfiziğinianlamakiçin,sanatkoleksiyoncusuolduğunuzuvarsayınveyeniSpringfieldSanatveGüzelleştirmeDerneği’ninbaşkanıolanBaySmithersdasizinsatışaçıkardığınızçeşitliparçalarıgörmeküzere geliyor olsun. Aslında onun gerçekten ilgi duyduğu şeyin, koleksiyonunuza hiç uymadığınıdüşündüğünüz ama size çok sevdiğiniz büyük amcanız Monty Burns'den kaldığı için satıp satmamakkonusundabüyükbirduygusalçatışmayaşadığınızTheFullMontyolduğunubiliyorsunuz.BaySmithersgeldiğinde koleksiyonunuzdan, sonmüzayedelerden,Metropolitan'daki son gösteriden söz ediyorsunuz;

sonra, şaşırtıcı bir şekilde, yıllar önce Bay Smithers in büyük amcanızın başyardımcısı olduğunuöğreniyorsunuz.KonuşmanınsonundaFullMontyilevedalaşmayaistekliolduğunuzakararveriyorsunuz:istediğiniz çok sayıda başka eser var ve eğer kendinize baskı uygulamazsanız, koleksiyonunuzunodaklandığı bir tema olmayacak. Kendinize her zaman söylediğiniz gibi sanat koleksiyonculuğudünyasında bazen fazla, azdır. Bu karar üzerine düşünürken geçmişe baktığınızda zaten Bay Smithersgelmedenöncesatmayakararvermişsinizgibigörünüyor.HernekadarFullMonty'yeötedenberibellibirsevginiz varsa da, epeydir birbiriyle uyumsuz eserleri "yığma" konusunda ihtiyatlısınız, zaten yirminciyüzyılsonununerotik-nükleergerçekçiliğide,yeterinceolgunolmayankoleksiyonculariçinkorkutucubiralandır. Her ne kadar ziyaretçiniz gelmeden önce ne yapacağınızı bilmediğinizi düşündüğünüzühatırlıyorsanızda,şimdi,ogelmedenöncesankineyapacağınızıbiliyormuşsunuzgibigörünü-yor.Bu,tamolarakgeleceğingeçmişietkilemesideğilamaBaySmitherslahoşunuzagidenkonuşmanızvesonrasındasatmaya istekli olduğunuzu bildirmeniz, geçmişi bir anlamda o zaman henüz karar verilmemiş gibigözükenözel şeylerikesinleştirmeyolundaaydınlatmışgibiduruyor.SankiBaySmithers'lekonuşmanızve satma kararını açıklamanız, çoktan verilmiş bir kararı, açıklanması gün ışığını bekleyen bir kararıkabul etmenize yardımcı olmuştur. Gelecek, geçmişte sürmekte olan bir şeyin daha lam bir öyküsünüanlatmanızayardımetmiştir.

Elbettebuörnektegelecektekiolaylaryalnızcasizingeçmişalgınızıyadayorumunuzuetkilemektedir,onedenleşaşırtıcıyadakafakarıştırıcıdeğildir.AmaWheeler'ingecikmişseçimdeneyigeleceklegeçmişarasındakibupsikolojikoyunukuantumdünyasınataşırki,budeneyoradadahakesinvedahaşaşırtıcıbirhalalır.Şekil7.ladagösterilendeneyibirazdeğiştirerekişebaşlayalımöyleki,şiddetiiyiceazaltılanlazer,fotonlarıŞekil7.1b'dekigibitektekgöndermeyebaşlasın.Aynızamandademetbölücününyanınabir fotondetektörüdahakoyalım.Eğeryenidetektörkapatılırsa (Şekil7.2b'yebakınız),ozamanözgündeney düzeneğine geri dönmüş oluruz ve fotonlar ekrandaki fotoğraf plağında girişim desenlerioluştururlar.Amaeğeryenidetektöraçılırsa(Şekil7.2a),bizefotonunhangiyoldangittiğinisöyler:Eğerfotonusaptamışsa,fotonoyoldangitmişdemektir;saptayamamışsa,diğeryoldangitmişdemektir.Böylebir "hangi yoldan" bilgisi, fotonu bir parçacık olarak davranmaya zorlar, o zaman da dalga karakterligirişimdeseniartıküretilmez.

Şekil7.2(a)"Hangiyoldan"detektörleriniaçmaklagirişimdeseninibozarız,(b)YenidetektörlerkapatıldığındaŞekil7.1'dekiözgündeneyegeridönerizvegirişimdeseniortayaçıkar.

Şimdi de düzeneği Wheeler metoduyla, yeni foton detektörünü fotonun izleyeceği yollardan birininüzerinde ekrana doğru kaydırarak değiştirelim. ilke olarak fotonların yolları istediğiniz kadar uzunolabilir, dolayısıyla yeni detektör demet bölücüden epeyce uzakta olabilir. Gene, eğer bu yeni totondetektörü kapatılırsa, fotonlar ekranda bir girişim deseni oluştururlar. Eğer detektör açılırsa, "hangiyoldan"bilgisiverirvebunedenlegirişimdesenineengelolur.

Yenituhaflık"hangi-yoldan"ölçümünün,totonundemetbölücüdeherikiyoldanbirdengidipdalgagibi

davranmakveyayollardanbiriniseçipparçacıkgibidavranmak"kararını"verdiğiyerdençoksonrayeralıyor olmasıdır. Foton demet bölücüden geçerken detektörün açık mı kapalı mı olduğunu "bilemez",aslınabakılırsadetektörünaçık-kapalıanahtarıfotondemetbölücüdengeçtiktensonraaçılıpkapatılacakşekildede ayarlanabilir.Detektörünkapalı olmaolasılığınakarşı hazırlıklı olmak için fotonunolasılıkdalgası ikiye ayrılıp iki detektörden birden geçmek durumundadır, böylece ikisinin karışımı ekrandagözlenengirişimdeseniniyaratır.Amaeğeryenidetektöraçıkdurumdaysa-veyafotondemetbölücüdengeçtiktensonraaçılırsa-ozamanfotonbirkimlikbunalımıylakarşıkarşıyakalacakgibigörünüyor.Demetbölücüden geçerken, iki yoldan birden giderek dalga karakterini ortaya koymuştu, ama şimdi, seçiminiyaptıktanbirsüresonra,parçacıkolmanıngerektirdiğigibi,buyollardanyalnızcabirindengeçmişolmasıgerektiğini"anlamaktadır".

Bütünbunlararağmen,birşekildefotonlarhepdoğrutercihleriyaparlar.Nezamandetektöraçıkolsa-gene,detektörfotonundemetbölücüdengeçmesindensonraaçılmışolsabile-fotontambirparçacıkgibidavranır. Ekrana yalnızca tek bir yoldan gittiği bulunur (eğer her iki yola da foton detektörleriyerleştirirsek, lazerin göndereceği her foton, detektörlerin yalnızca birinde ya da diğerinde saptanır,hiçbirzamanherikisindebirdendeğil);sonuçtakiverilergirişimdesenisergilemez.Yenidetektörkapalıolduğunda -gene, eğer bukarar fotondemet bölücüdengeçtikten sonraverilmiş olsa bile- fotonlar tamolarakdalgagibidavranırveherikiyoldanbirdengittiklerinigösterenünlügirişimdeseninisergilerler.Sanki fotonlar geçmişteki davranışlarını gelecekte yapılacak olan yeni detektörün açılıp açılmamakararınabağlıolarakayarlıyorlarmışgibiduruyor;sankifotonlarsonradankarşılaşacaklarıdeneyselbirdurumun uyarısını önceden alıyor ve ona göre davranıyorlar gibi. Sanki tutarlı ve kesin bir geçmiş,yalnızcaonunyolaçacağıgelecektekiolaylartamamlandıktansonraapaçıkhalegeliyor.

SizinTheFullMonty'yi satmakararınızdadabirbenzerlikvar.BaySmithers'lakarşılaşmadanönce,resmisatıpsatmamakonusundakuşkulu,kararsız,bulanık,karışıkbirhemistekliolmahemdeolmamadurumundaydınız.AmaBay Smithers'la sanat dünyası hakkında konuşup onun büyük amcanıza duyduğusevgiyiöğrenmeniz,satmafikrinedahasıcakyaklaşmanızısağladı.Konuşma,kesinbirkararayolaçtı,budakararıngeçmişininöncekibelirsizliktensıyrılıpberraklaşmasınısağladı.Geçmişebaktığınızdasankikararın o zaman verilmiş olduğunu hissedersiniz. Ama eğer Bay Smithers'tan hoşlanmamış olsaydınız,eğersizeTheFullMonty'mngüvenilirellerdeolacağıduygusunuvermemişolsaydı, satmamakararıdaverebilirdiniz. Bu durumda kolaylıkla geçmişe ait olduğunu söyleyebileceğiniz bir öykü, aslında çokönceden satmama kararı almış olduğunuza dair, resmi satmak ne kadar mantıklı olsa da, içinizdederinlerdebiryerderesmisatmanızaizinvermeyecekkadargüçlü,duygusalbirbağbulunduğuyolundakiitirafınızı da içerebilirdi. Elbette gerçek geçmiş en ufak bir biçimde değişmemiştir. Ama şimdi farklıyaşananlar,farklıbirgeçmişbetimlemenizeyolaçmaktadır.

Psikolojik alanda geçmişi yeniden yazmak veya yeniden yorumlamak yaygındır; geçmiş öykümüzgenellikleşimdikizamandayaşadıklarımızcahaberdaredilir.Amafizikalanında -normalolaraknesnelve kesin olması gerektiğini düşündüğümüz bir alanda- geçmişin geleceğe bağlı olma olasılığı insanınbaşını döndürür. Bu dönmeyi daha da arttıracak şekilde, Wheeler gecikmiş seçim deneyinin, ışıkkaynağının bir laboratuvar lazeri olmayıp uzayın derinliklerindeki güçlü bir kuasar olduğu seçeneğinitartışmaya açıyor. Burada demet bölücü de bir laboratuvar aleti değil, Şekil 7.3'te görüldüğü gibi,kütleçekimigeçenfotonlarıodaklayıponlarıdünyayayönlendirenbirmercekgibidavranan,aradakibirgalaksidir.Hernekadarbudeneyişimdiyekadarhiçkimseyapmamışolsada,ilkeolarak,eğerkuasardanyeteri kadar (oton gelirse, bu fotonların tıpkı laboratuvar deneyinde olduğu gibi, uzun bir poz süresisonundafotoğrafplağındabirgirişimdeseniyaratmalarıgerekir.Amabuyollardanbirininyadadiğerininsonuna bir foton sayacı yerleştirebilseydik, fotonların "hangi-yoldan" bilgisini sağlayarak, girişimdesenini yok etmesi gerekirdi. Deneyin bu biçiminin çarpıcı yönü, fotonların bizim perspektifimizden

milyarlarca yıldır yol alıyor olmalarıdır. Parçacık gibi galaksinin bir yanından ya da öbür yanındandolaşmaveyadalgagibiherikiyanındanbirdendolaşmakararı,detektörün,herhangibirimizinvehattaDünya'nınvaroluşundançokçoköncesindenverilmişgibigörünecektir.Milyarlarcayıl sonradetektöryapılıpfotonlarınDünyayaulaşacağıyollardanbirininüzerineyerleştirilirveçalışırhalegetirilir.Sondönemdeyapılanbu çalışmalar bir şekilde fotonların parçacıkolarakdavranmalarını sağlar.Dünyayadoğru olan uzun yolculuklarında sanki kesinlikle galaksinin bir tarafından ya da öbür tarafındangeçiyormuşgibidavranırlar.Ama,eğerbirkaçdakikasonradetektörükapatırsak, fotoğrafplağınadahasonraulaşan fotonlargirişimdeseni sergilemeyebaşlarlarkibudamilyarlarcayıl boyunca fotonların,hayaletimsiarkadaşlarınınardındangalaksininöbüryanındandolaştıklarınıgösterir.

Şekil7.3Uzakbirkuasardangelenışık,aradakibirgalaksitarafındanbölünüpodaklanarak,ilkeolarak,birgirişimdesenioluşturacaktır.Eğerherfotonunhangiyoldangittiğininbelirlenmesinisağlayanbirdetektörçalıştırılırsa,fotonlarartıkgirişim

desenioluşturmazlar.

Yirmibirinciyüzyıldadetektörükapatmamızınfotonlarınmilyarlarcayılöncekihareketleriüzerindebiretkisiolabilirmi?Elbettehayır.Kuantummekaniğigeçmişinolupbittiğini, tamanlamıylaolupbittiğiniinkaretmez.Gerginlik,kuantumagöregeçmişkavramınınklasikanlayışagöreolangeçmişkavramındanfarklıolmasındankaynaklanıyor.Klasikyetiştirilmetarzımızbelirlibirfotonunşöyleyaptığımveyaböyleyaptığını söylememizi ister. Ama kuantum dünyasında, yani bizim dünyamızda bu mantık, fotona çoksınırlayıcıbirgerçeklik atfeder.Dahaöncegörmüşolduğumuzgibi, kuantummekaniğindenormalolan,pekçokkoldanoluşan,belirsiz,bulanıkvehibridbiryapısıolanveancakuygunbirgözlemyapıldığındadaha tanıdık, daha kesin bir berraklığa kavuşan bir gerçekliktir. Milyarlarca yıl önce galaksinin biryanındanyadaöbüryanındanveyaherikiyanındanbirdendolaşmakararınıverenfotondeğildir.Foton,milyarlarcayıldırkuantumnormalinde,olasılıklarınbirkarışımıolarakvarlığınısürdürmektedir.

Gözlem işlemi bize pek tanıdık olmayan kuantum gerçekliğini gündelik klasik deneyimlere bağlar.

Bugün yaptığımız gözlemler geçmişi yeniden değerlendirirken kuantum geçmişinin bir kolunun belirginhalegelmesinenedenolur.Ozaman,buanlamdahernekadargeçmiştengünümüzekadarolankuantumevrimi şimdi yaptığımız herhangi bir şeyden etkilenmiyorsa da, anlattığımız geçmiş öyküsü bugünyaptıklarımızın izlerini taşıyabilir. Eğer ışığın ekrana ulaşacağı iki yola foton detektörleri koyarsak, ozaman geçmişe ilişkin öykümüz, fotonun hangi yoldan gittiği tanımlamasını kapsayacaktır; fotondetektörlerini koymakla "hangi yoldan" bilgisinin öykümüzün kesin ve temel bir ayrıntısı olmasınıgarantileriz.Ama eğer foton detektörlerini koymazsak, geçmiş öykümüz zorunlu olarak farklı olacaktır.Fotondetektörleriolmaksızın fotonlarınhangiyoldangeçtiklerine ilişkinherhangibir şeyöğrenemeyiz;fotondetektörleriyoksa,hangi-yoldanayrıntılarıdayoktur.Her ikiöyküdegeçerlidir.Her ikiöyküdeilginçtir.Yalnızcafarklıdurumlarıtanımlarlar.

Bugünyapılanbirgözlem,bunedenle,dün,öncekigünveyamilyarlarcayılöncebaşlayanbirsürecinöyküsünü tamamlamamıza yardım eder. Bugün yaptığımız bir gözlem, bugün geçmişi anlatırkenverebileceğimizvevermekzorundaolduğumuzayrıntılarıtanımlar.

GeçmişiSilmek

Bu deneylerde geçmişin herhangi bir şekilde günümüzde yapılanlar tarafından değiştirilmediğini, budeneylerin zekice de hazırlanmış olsa hiçbir türünün bu kaypak amacı gerçekleştiremeyeceğini görmekönemlidir.Budurumdaortayaşöylebirsoruçıkar:Peki,eğerolmuşbirşeyideğiştiremiyorsanız,ozamanyapılabilecekikincieniyişeyiyaparakgeçmişingünümüzüzerindekietkisinisilebilirmisiniz?Bufantezi,bir dereceye kadar gerçekleştirilebilir. Bir kaleci yediği kolay bir goldeki hatasını, çok zor bir topuçıkararaktelafiedebilir.Elbetteböylebirörnekhiçbirşekildegizemlideğildir.Yalnızcageçmiştekibirolay, gelecekteki bir olayın olmasını kesinlikle engelliyor gibi göründüğü zaman (yenen kolay golünkesinliklemükemmelbiroyunortayakonmasınıengellemesigibi),eğerbizesonradan,engellenenolayınaslındagerçekleştiğisöylendiysebirşeylerintersgittiğinidüşünürüz.ilkolarak1982'deMarlanScullyveKaiDrühl taralındanortayaatılankuantumsilicisibunukuantummekaniğindekibir tür tuhaflığın ipucuolarakyorumlamaktadır.

Kuantum silicisi deneyinin en basit versiyonunda, aşağıdaki şekilde değiştirilmiş bir çift yarıkdüzeneğinikullanılır.Heryarığınönünebiretiketlemeaygıtıkonur;buaygıt,dahasonraincelenecekolanfotonlarınhangiyarıktangeçmişolduğunuişaretler.Fotonlarınnasılişaretleneceği-yanisoldakiyarıktangeçeneL,sağdakindengeçeneRkoymayaeşdeğerişleminnasılyapılacağı-sorusuiyibirsoruolmaklabirlikteayrıntılarınözelolarakfazlacabirönemiyoktur.Süreçkabacafotonlarınbiryarıktanserbestçegeçmesineizinverenamaspinekseninibellibiryöndedurmayazorlayanbiraygıtadayanır.Eğersoldakivesağdakiyarıklarınönündeduranaygıtlarfotonspinlerinikendineözgüamafarklıyollarlaetkilerlerse,o zaman, yalnızca fotonların çarpma noktalarını göstermekle kalmayan ama aynı zamanda fotonun spinyönünü de kaydeden, daha gelişmiş bir detektör ekranı, belirli bir fotonun detektöre giderken hangiyarıktangeçtiğinideortayaçıkaracaktır.

Bu etiketlemeli çift-yarık deneyi yapıldığında fotonlar, Şekil 7.4a'da görüldüğü gibi, herhangi birgirişim deseni göstermediler. Açıklamayı şimdiden biliyoruz: Yeni etiketleme aygıtları "hangi-yoldan"bilgisinineldeedilmesinisağlarve"hangi-yoldan"bilgisideşuveyabugeçmişiöneçıkarırveverilerbelirlibirfotonunsoldakiveyasağdakiyarıktangeçmişolduğunugösterir.Soldaki-yarıkvesağdaki-yarıkyörüngelerinin birleşimi olmadan girişen olasılık dalgaları olmayacağı için de girişim desenleriüretilmez.

Şimdi,ScullyveDrühl'ünakıllarınagelensoruşuydu:Eğerfoton,detektörekranınaçarpmadanhemenönceetiketlemeaygıtınınkoyduğu işaretsilinerekfotonunhangiyoldangeçtiğininbelirlenmesiolasılığıortadan kaldırılırsa ne olur? İlke olarak bile, saptanan fotonunhangi-yoldan geçtiği bilgisini veren biraraç olmadan her iki sınıf geçmiş de işin içine girerek girişim desenlerinin yeniden ortaya çıkmasınanedenolurmu?Dikkatedersenizbutürbir"geriyealış",kalecininmutlakgolükurtarmasındançokdahafazla"şokedici"birkategoriyegirer.Etiketlemeaygıtlarıaçıkken,fotonunsoldakiyarıktanveyasağdakiyarıktan geçerek, uysalca, bir parçacık olarak davrandığını varsayıyoruz.Eğer foton ekrana ulaşmadanhemenönce,birşekilde,taşımaktaolduğu"hangi-yoldan"bilgisinisilersek,girişimdesenlerininyenidenoluşmasınaizinvermekiçinçokgeçkalınmışgibigörünüyor.Girişimiçinfotonundalgagibidavranmasıgerekir. iki yarıktan birden geçmelidir ki detektöre giderken kendisiyle etkileşebilsin. Ama fotonubaşlangıçtaki etiketlememizonunbir parçacıkgibi davranmasını garantiliyorve ekranadoğrugiderkensoldakiveyasağdakiyarıktangeçeceğiiçingirişiminoluşmasınaizinvermiyorgibigörünüyor.

Şekil7.4Kuantumsilicideneyindeikiyarığınönüneyerleştirilenaygıtlarherfotonu,sonrakibirincelemedehangiyarıktangeçtiğibelliolacakşekildeişaretler,(a)'daböylesibir"hangi-yoldan"bilgisiningirişimdeseniniyokettiğinigörüyoruz,(b)'de

detektörekranınınhemenönünefotonlardakiişaretlerisilenbiraygıtyerleştirilmiştir."Hangi-yoldan"bilgisiortadankalktığıiçin,girişimdeseniyenidenortayaçıkar.

RaymondChiao,PaulKwiatveAephraimSteinberg tarafındanyapılanbirdeneyde,ekrandanhemenönceyenibirsiliciaygıtınkullanıldığıveşematikolarakŞekil7.4'tegörülendeneydüzeneğikullanıldı.Buradada,ayrıntılarönemliolmamaklabirlikte,özetolarak,silici,fotonunsoldakiveyasağdakiyarıktangeçtiğine bağlı olmaksızın, spininin hep aynı yöne doğru olmasını garantilemeye çalışır. Fotonun spinisonradan incelenerekhangiyarıktangeçtiğibulunamaz,dolayısıyla "hangi-yoldan" işareti silinmişolur.Şurası önemli ki, bu silinmeden sonra ekranda saptanan fotonlar, girişim deseni oluştururlar. Silici,ekranınhemenönüneyerleştirildiğizaman,fotonlarınyarıklarayaklaştığındayapılanişaretlemelerigerialır yani siler. Gecikmiş seçim deneyinde olduğu gibi, ilke olarak böyle bir silme işlemi, engellediğietkidenmilyarlarcayılsonraolabilir,böylecedegeçmişihattaçokeskigeçmişigerialabilir.

Bunanasılbiranlamverebiliriz?Unutmayınkiveriler,kuantummekaniğininkuramsalhesaplarıylatamolarak uyuşuyor. Yaptıkları kuantum mekaniğine özgü hesaplamalar sonucunda bunun işe yarayacağıkonusunda ikna oldukları içinScully veDrühl bu deneyi önerdiler. işe yaradı da.Bu yüzden, kuantummekaniğinde her zaman olduğu gibi, bu bilmece kuramın deneyle boy ölçüşmesini sağlamaz. Deneyledesteklenenkuramınbizimsezgiselzamanvegerçeklikduyularımızlaboyölçüşmesinisağlar.Gerginliğiazaltmaya çalışalım: Dikkat ederseniz, herya- rığın önüne bir foton detektörü koymuş olsanız bile,detektördefotonunsoldakiyarıktanmıyoksasağdakiyarıktanmıgeçtiğikesinolarakbelirlenirveböylesikesin bir bilgiyi silmenin, girişim desenini yeniden oluşturmanın hiçbir yolu yoktur. Ama etiketlemeaygıtlarıfarklıdırçünküyalnızca"hangi-yoldan”bilgisininbelirlenmeolanağınısağlarlarveolanaklardasilinebilir şeylerdir. Bir etiketleme aygıtı, kabaca konuşursak, geçen bir fotonu o şekilde değiştirir ki,fotonhâlâ ikiyoldabirdenhareket eder ama fotonunolasılıkdalgasının soldakikısmı sağdakikısmınagöredahabulanıkolurveyafotonunolasılıkdalgasınınsağdakikısmısoldakikısmınagöredahabulanıkolur.Sonrada,normaldeheryarıktançıkmasıgerekensıralı tepelerveçukurlardizisideŞekil4.2bde

olduğugibi-bulanıklaşır,sonuçtadetektörekranındagirişimdesenioluşmaz.Buradakiönemlikavrayış,hemsoldakihemdesağdakidalgalarınhâlâvarolduğudur.Siliciherikidalgayıdayenidenodakladığıiçin işeyarar.Birgözlükgibibulanıklığıgiderir,her ikidalgayıdanetbirşekildeodaklarvebunlarınyeniden birbirleriyle etkileşerek bir girişim deseni oluşturmalarına izin verir. Sanki etiketlemeaygıtlarının işlerini yapmasından sonra girişim deseni ortadan kaybolmuş ama sabırla bir şeyin veyabirisininonugeridöndürüpyenidenoluşturmasınıbekliyorgibidir.

Buaçıklama,kuantumsilicisinidahaazgizemlihalegetiriyorolabilirama,sıradaalışageldiğimizuzayvezamankavramlarınadahadaçokmeydanokuyan,kuantumsilicideneyininçarpıcıbirçeşitlemesidahavar.

GeçmişiBiçimlendirmek

Budeney,yanigecikmişseçimlikuantumsilicisideneyideScullyveDrühltarafındanönerildi.Şekil7.1 deki demet bölücü aygıtla başlayan bu deney, her bir yola aşağı-değiştirici adı verilen aygıtlaryerleştirilerekdeğiştirilmiştir.Aşağı-değiştiricilergirdiolarakbirfotonalır,çıktıolarakherbiriözgüntotonunyarı enerjisine sahip olan ("aşağı-değiştirilmiş") iki foton üretirler, iki fotondan biri (ki sinyaltotonu olarak adlandırılır) özgün fotonun detektör ekranına doğru izleyeceği yola doğru yönlendirilir.Aşağı-değiştiricitarafındanüretilmişolandiğerfoton(kiişsizfotonolarakadlandırılır)ise,Şekil7.5a'dagörüldüğü gibi, bambaşka bir yoldan gönderilir. Deneyin her tekrarlanışında hangi aşağı-değiştiricininişsiz-foton ortağı çıkardığını gözleyerek sinyal fotonunun ekrana doğru hangi yolu izlediğinibelirleyebiliriz. Bir kere daha, sinyal fotonları hakkında hangi-yoldan bilgisinin toplanma yeteneği -herhangi bir sinyal fotonuyla etkileşmediğimiz için bütünüyle dolaylı olsa da- girişim desenininoluşmasınıengellemeetkisinesahiptir.

Şimdi daha tuhaf bölüme geldik. Verilen bir işsiz fotonun hangi aşağı-değiştiriciden çıktığınıbelirlemeyiolanaksızhalegetirecekşekildedeneyietkilersekneolur?Yaniişsizfotonlardasomutlaşanhangi-yoldanbilgisini silersek ne olur?Çok şaşırtıcı bir şey olur: Sinyal fotonlarına doğrudanbir şeyyapmamış olsak bile, işsiz ortaklarının taşıdığı hangi-yoldan bilgisini silmekle, sinyal fotonlarınınyenidengirişimdesenisergilemesinisağlayabiliriz.Gerçektenönemliolduğu içinbununnasılolduğunugöstereyim.

Şekil7.5(a)Aşağı-değiştiricilerlegüçlendirilmişbirdemetbölücüdeneyi,işsizfotonlarhangi-yoldanbilgisiniverdiğiiçin,birgirişimdesenioluşturmaz,(b)Eğerişsizfotonlardoğrudandetektörlertarafındanbelirlenmezveşekildegösterilenlabirentboyuncagönderilirseişteozamanverilerdenbirgirişimdeseniçıkarılabilir.Detektör2veya3ilebelirlenenişsizfotonlarhangi-yoldanbilgisi

vermediğiiçinsinyalfotonlarıbirgirişimdesenioluşturur.

Bütün temel fikirleri somutlaştıran Şekil 7.5b’ye bir göz atın. Ama gözünüz korkmasın. Aslındagöründüğünden daha basittir ve şimdi üzerinden adım adım gideceğiz. Şekil 7.5b'deki düzenek, Şekil7.5a'dan, salındıktan sonra işsiz fotonları nasıl saptayacağımız konusunda farklılaşıyor. Şekil 7.5a'dafotonları doğrudan saptamıştık ve dolayısıyla her birinin hangi aşağı- değiştiriciden geldiğini, yaniverilenbirsinyalfotonununhangiyoldangeçtiğinihemenbelirleyebilirdik.Yenideneydeherişsiz(otonbir labirentten geçirilir, bu da bizimböylesi bir saptamayapmamızı olanaksız kılar.Örneğin, bir işsizfotonun"L"ileişaretlenenaşağı-değiştiricidensalındığınıvarsayalım.Doğrudandetektöregirmekyerine(Şekil7.5adakigibi)bufotonbirdemetbölücüye("a"ileişaretlenmiş)gönderilirvedolayısıyla,yüzde50 olasılıkla "A" ile işaretlenmiş yoldan, yüzde 50 olasılıkla "B" ile işaretlenmiş yoldan gider. Ayolundan giderse, ("1" ile işaretlenmiş) foton detektörüne girecek ve varışı beklendiği gibikaydedilecektir. Ama eğer işsiz foton B yolundan giderse, başka etkilere maruz kalacaktır. Başka birdemet bölücüye ("c" ile işaretlenmiş) yönlendirilecek, böylece yüzde 50 olasılıkla E yolundan devamederek "2" ile işaretlenmiş detektöre gidecek, yüzde 50 olasılıkla F yolundan devam ederek "5" ileişaretlenmişdetektöregidecektir.Şimdi-dikkatedin,çünkübütünbunlarınyapılmasınınbirnedenivar-aynımantık, "R" ile işaretlenmişaşağı-değiştiricidensalınanbir işsiz totonauygulandığında,eğer işsizfoton D yolundan giderse "4" ile işaretlenmiş detektör tarafından kaydedileceğini, eğer C yolundangidersecdemetbölücüsündengeçtiktensonraizleyeceğiyolabağlıolarakyadetektör5tarafındanveyadetektör2tarafındankaydedileceğinisöyler.

Acabaolayınedenbukadarkarmaşıkhalegetirdik?Dikkatederseniz,eğerbir işsizfotondetektör1tarafındansaptanırsa,Raşağı-değiştiricidensalmanbirişsizfotonundetektöreulaşacakbiryoluolmadığıiçin,bufotonuneşiolansinyalfotonununsoldakiyoldangeçtiğinianlarız.Benzerşekilde,birişsizfotondetektör4tarafındansaptanırsa,onuneşiolansinyalfotonununsağdakiyoldangeçtiğinianlarız.Amaeğerişsizfotondetektör2tarafındansaptanırsa,onuneşiolansinyalfotonununhangiyoldangeçtiğikonusundahiçbirfikrimizolmazçünkübufotonyüzde50olasılıklaLaşağı-değiştiricisitarafındansalınmışolupB-Eyolunu, yüzde elli olasılıkla da R aşağı- değiştiricisi tarafından salınmış olup C-E yolunu izlemiştir.

Benzer biçimde, eğer bir işsiz foton detektör 3 tarafından saptanmışsa, L aşağı-değiştiricisi tarafındansalınmış ve B-F yolunu izlemiş veya R aşağı-değiştiricisi tarafından salınmış ve C-F yolunu izlemişolabilir.Bunedenle,işsizfotonlarıdetektörler1ve4tarafındansaptanmışolansinyalfotonlarınınhangi-yoldanbilgisinesahipoluruzamaişsizfotonlarıdetektörler2ve4tarafındansaptanmışolansinyalfotonlarınınhangiyoldanbilgisisilinmişolur.

Acababubazıhangi-yoldanbilgilerininsilinişi-sinyalfotonlarınadoğrudanhiçbirşeyyapmamışolsakbile-girişimetkileriningerigelişianlamınamıgeliyor?Gerçektenöyleamayalnızca işsizeş-fotonlarıdetektör 2 veya detektör 3 tarafından saptanmış olan sinyal fotonları için. Yani sinyal fotonlarınınekrandaki çarpma noktalarının tamamı Şekil 7.5a'daki veriler gibi görünecek, ya bir yoldan ya dadiğerinden giden fotonların karakteristiği olduğu üzere, en küçük bir girişim deseni ipucugöstermeyecektir.Amadikkatimizibuverinoktalarınınbiralttakımına-örneğinişsizfotonlarıdetektör2veyadetektör3 tarafındansaptanmışolansinyalfotonlarına-yoğunlaştırırsak,bunlarbirgirişimdesenisergileyecektir.İşsizfotonlarıbirnedendenötürühangiyoldanbilgisisağlamayansinyalfotonları,herikiyoldanbirdengeçmişgibidavranırlar.Eğerdeneydüzeneğini,işsizfotonudetektör2tarafındansaptanmışolanhersinyal fotonununkonumuiçinkırmızı,diğerlerinin tamamınınkonumuiçinyeşil renklinoktalargösterecekşekildeayarlamışolsak,ekranabakanrenkkörübirisigirişimdesenigörmezamadiğerherkeskırmızı noktaların parlak ve karanlık şeritler halinde düzenlenmiş olduğunu -yani girişim desenisergilediğini-görür.Aynışeydetektör2yerinedetektör3içindedoğrudur.Amaişsizfotonlarıdetektör1veya detektör 4 tarafından saptanmış olan sinyal fotonlarını ayırmış olsak, bu fotonlar eşlerinin hangi-yoldanbilgisiniverdikleriiçinböylebirgirişimdeseniortayaçıkmaz.

Deneylerce de doğrulanan bu sonuçlar, göz kamaştırıcıdır: Şekil 7.5adaki gibi, hangi-yoldan bilgisisağlama potansiyeli olan aşağı-değiştiriciler koyarak girişim desenini yok ederiz. Girişim deseniolmayıncada,doğalolarakherfotonunyasoldakiyoldanyadasağdakiyoldangeçtiğisonucunavarırız.Ama şimdi, bunun acele varılmış bir sonuç olduğunu görüyoruz. işsiz fotonlardan bazılarının taşıdığıhangi-yoldanbilgisisağlamapotansiyelinidikkatliceyokederekverileritekrargirişimdesenigösterecekşeklegetirebilirizkibudafotonlardanbazılarınıngerçektenherikiyoldanbirdengeçtiğinigösterir.

Belkidesonuçlarınengözkamaştırıcısıolanşunudagözdenkaçırmayın:Fazladanüçdemetbölücüvedört işsiz-foton detektörü laboratuvarın veya evrenin öbür tarafında bulunabilir, çünkü tartışmamızdakihiçbir şey,bunların işsiz fotonlarıeş sinyal fotonlarıekranaçarpmadanönceveyasonrasaptamalarınadayanmıyor.Ozamanbuaygıtlarınbirbirindençokuzakta,örneğinonışıkyılıuzaktaolduklarınıvarsayınve bunun neye yol açacağını bir düşünün. Şekil 7.5b'deki deneyi bugün yaparsınız, çok büyük sayıdafotonunçarpmanoktalarını-birbiripeşisıra-kaydedervegirişimdesenisergilemediklerinigözlersiniz.Eğer birisi sizden verileri açıklamanızı isterse, işsiz fotonlar nedeniyle hangi-yoldan bilgisinin eldeedildiğini ve bu yüzden her sinyal fotonunun kesinlikle bir yoldan veya diğerinden geçtiğini, bunun dagirişim olasılığını ortadan kaldırdığını söylersiniz. Ama yukarıda da değindiğimiz gibi bu, neyin olupbittiğikonusundaacelevarılmışbirsonuç,geçmişinerkenyapılmışbirtanımıolur.

Gördüğünüz gibi, on yıl sonra dört foton detektörü -birbiri peşi sıra- işsiz fotonları alacaktır. Eğerbundansonra,diyelimdetektör2'dehangifotonlarınalındığıkonusunda(yanibirinci,yedinci,sekizinci,onbirinci...işsizfotonlarulaşmış)bilgilendirilirsenizvesonradayıllaröncealdığınızverileredönerekbunlarakarşılıkgelentotonçarpmanoktalarınıekrandaparlatırsanız(yaniulaşmışolanbirinci,yedinci,sekizinci, onbirinci fotonları), parlattığınızveri noktalarının ekrandabir girişimdeseni oluşturduğunu,bunundabu sinyal fotonlarınınher ikiyoldanbirdengeçtiğiniortayaçıkardığınıbulursunuz.Alternatifolarak sinyal fotonları verilerini toplamanızdan 9 yıl 364 gün sonra şakacının biri a ve b demetbölücülerini çıkararak -ertesi gün işsiz fotonlar ulaştığında hepsinin ya detektör 1 'e veya detektör 4'e

gitmelerini garanti ederek, böylece de bütün hangi-yoldan bilgisinin korunmasını sağlayarak- deneyesabotajyaparsa,ozamansizbubilgiyialdığınızda,hersinyalfotonununyasağdakiyadasoldakiyoldangeçtiğini, dolayısıyla sinyal fotonu verilerinden çıkarılacak bir girişim deseni olmayacağı sonucunavarırsınız. Bu yüzden, bu tartışmanın açıkça gösterdiği gibi, sinyal fotonu verilerini açıklamak içinanlatacağınızöykü,verilerintoplanmasındanonyılsonrakiölçümleredayanır.

Gelecekteki ölçümlerin bugün yaptığınız deneyde olup bitenleri herhangi bir şekildedeğiştirmeyeceğini; gelecekteki ölçümlerin bugün aldığınız verileri değiştiremeyeceğini bir kere dahavurgulamak isterim. Ama gelecekteki ölçümler, sonradan bugün olup biteni tanımlarken kullanacağınızbazıayrıntılarıetkilerler.işsizfotonölçümlerininsonuçlarınıalmadanönce,verilenbirsinyalfotonununhangi-yoldan geçmişi konusunda gerçekten hiçbir şey söyleyemezsiniz. Bununla birlikte, sonuçlarıaldığınızda işsiz eşleri başarılı bir şekilde hangi-yoldan bilgisini araştırmakta kullanılan sinyalfotonlarının -yıllar önce- soldan veya sağdan geçmiş olarak tanımlanabilecekleri sonucuna varırsınız.Vardığınız diğer bir sonuç da, işsiz eşlerinin taşıdığı hangi-yoldan bilgileri silinmiş olan sinyalfotonlarının-yıllarönce-kesinlikleyabiryoldanyadadiğerindengeçmişolaraktanımlanamayacaklarıolur(busonucu,yenieldeedilmişişsizfotonverilerinikullanarak,busonsınıfsinyalfotonlarıarasındadaha önceden gizli kalmış olan girişim desenini açığa çıkararak, ikna edici bir biçimdekanıtlayabilirsiniz).Bu anlamdageleceğin, anlattığınız geçmişe ait bir öykününbiçimlenmesine yardımettiğinigörürüz.

Budeneylerbizimsıradanuzayvezamankavramlarımızagörkemlibirmeydanokumadır.Birşeydençok önce ve çok uzakta gerçekleşen başka bir şeyin, bizim o şeyi tamamlamamızda hayati bir önemivardır. Herhangi bir klasik -sağduyusal- bakış açısıyla bu olay, deliliktir. Elbette önemli nokta daburadadır:Klasikbakışaçısı,kuantumevrenindekullanılamayacakbirbakışaçısıdır.Einstein-Podolsky-Rosen tartışmasından kuantum fiziğinin evrende yerel olmadığını öğrendik. Eğer bu dersi tam olaraközümsediyseniz -doğruyu söylemek gerekirse zor bir kavram- uzayla zaman arasında bir tür bağlantıyıkapsayanbudeneyler çok sıradışıgibigörünmeyebilir.Amagündelikhayat standartlarıyla sondereceolağanüstüolduklarıkesindir.

KuantumMekaniğiveYaşananlar

Budeneyleriöğrendiktensonrabirkaçgün içinsevinçliolduğumuhatırlıyorum.Kendimi,gerçekliğingizli yüzüne bir göz atmış gibi hissetmiştim. Gündelik yaşantılar -bu dünyaya ilişkin, sıradan, günlüketkinlikler- birden kuantum dünyamızın gerçek doğasını gizleyen klasik bir bilmecenin parçalan gibigörünmeyebaşlamışlardı.Hergünyaşadığımızdünya,kuantumgerçekliğininşaşırtıcıdoğrularıdoğanınelçabukluğuilegizlenmişolarakbeklerken,dinleyicilerinibildik,herzamankiuzayvezamankavramlarınainanmalarıiçinyatıştıranbirsihirgibigörünmeyebaşlamıştı.

Sonyıllardafizikçiler,doğanınhileleriniaçıklamakiçin-kuantummekaniğiyasalarının,gündelikhayatıson derece başarılı bir şekilde açıklayan klasik yasalarla nasıl bağdaştırılacağını anlamak için- özetolarak, atom ve atom-altı yapıların makroskopik cisimler oluşturmak üzere birleşirken sihirlituhaflıklarındannasılsıyrıldıklarınıanlamakiçinçokçabaharcadılar.Araştırmalarsürüyoramaşimdiyekadarçokşeyöğrenildi.Şimdi,zamanınokunailişkinbazıözelbağlantılarabirgözatalım,amabukezkuantummekaniğininbakışaçısından.

Klasik mekanik 1600'lerin sonuna doğru Newton taralından keşfedilen yasaları temel alır.Elektromanyetizma 1800'lerin sonuna doğru Maxwell'in keşfettiği yasaları temel alır. Özel görelilik

Einstein'ın1905yılındakeşfettiği,genelgörelilikseyineonun1915'tekeşfettiğiyasaları temelalır.Buyasalarınhepsindeortakolanvezamanokuikileminde(geçenbölümdeaçıklandığıgibi)temelolanşey,buyasalarınzamandageçmişvegeleceği tamamıyla simetrikbirbiçimdeelealmalarıdır.Buyasalarınhiçbir yerinde zamanda "ileri" yönünü "geri "yönünden ayıracak herhangi bir şey yoktur. Geçmiş vegelecekeşitolarakelealınır.

Kuantum mekaniği Erwin Schrödinger'in 1926 yılında keşfettiği bir yasayı temel alır.'' Bu yasahakkında,zamanınbiranında,Şekil4.5'tekigibikuantummekaniğineözgübirolasılıkdalgasınınşeklinigirdi olarak alıp daha önceki veya sonraki bir anda bu olasılık dalgasının nasıl göründüğünübelirleyebilmemize olanak verdiği gerçeğinin ötesinde bir şey bilmenize gerek yok. Eğer bu olasılıkdalgası elektron gibi bir parçacıkla ilişkili ise, bu dalgayı, herhangi belirli bir anda bir deneyle buelektronunbelirlibiryerdebulunmaolasılığınıhesaplamak içinkullanabilirsiniz.Newton,MaxwellveEinstein'ınklasikyasalarıgibiSchrödinger'inkuantumyasasıdageçmiş-zamanlagelecek-zamanıeşitbirşekilde ele alır. Böyle başlayıp şöyle biten bir olasılık dalgasını gösteren bir "film", ters yöndeoynatılabilir -yani olasılık dalgası şöyle başlayıp böyle bitebilir- ve bu filmlerden hangisinin doğruhangisinin yanlış olduğunu söylemenin hiçbir yolu yoktur. Her ikisi de Schrödinger denkleminin aynıderecedegeçerliçözümleridir.Herikisideolaylarıngelişebileceğianlamlıyollarıtemsilederler.

Elbette burada sözü edilen "film", geçen bölümde bir tenis topunun veya kırılan bir yumurtanınhareketlerininçözümlendiğifilmlerdençokfarklıdır.Olasılıkdalgalarıdoğrudangörebileceğimizşeylerdeğildir; bir olasılık dalgasını filme alacak bir kamera yoktur. Olasılık dalgalarını matematikseldenklemlerkullanaraktanımlayabilirvebunlarınenbasitlerinizihnimizdeŞekil4.5veŞekil4.6'dakigibicanlandırabiliriz.Amaolasılıkdalgalarınaancakdolaylıolarakbirölçümsüreciyleulaşabiliriz.

YaniBölüm4'teözetlendiğiveyukarıdakideneylerdetekrartekrargörüldüğügibi,kuantummekaniğininstandartformüleedilişiolaylarıngelişiminiikifarklıaşamadatanımlar.Birinciaşamadaelektrongibibirparçacığın olasılık dalgası -ya da alanın daha matematiksel diliyle dalga fonksiyonu- Schrödingertarafındankeşfedilendenklemeuygunolarakevrilir.Budenklemdalgafonksiyonununşeklinin,tıpkıbirsudalgasınıngölünbiryanındandiğerineyayılırkenolduğugibiyavaşvedüzgünbirbiçimdedeğişmesinigarantiler.ikinciaşamanınstandarttanımındaelektronunkonumunuölçerekgözlenebilirgerçeklikletemaskurarız ve bunu yaptığımızda elektronun dalga fonksiyonu aniden ve keskin bir biçimde değişir.Elektronun dalga fonksiyonu çok daha iyi bildiğimiz su dalgaları ya da ses dalgaları gibi değildir:Elektronunkonumunuölçtüğümüzde,dalgafonksiyonusivrilirveyaŞekil4.7'degörüldüğügibiçökerveparçacığın olmadığı yerlerde 0 değeri alırken parçacığın deney sonucunda bulunduğu yerde yüzde 100olasılığafırlar.

Birinci aşama -dalga fonksiyonlarının Schrödinger denklemine göre evrilmesi matematiksel olarakkesin ve tamamıyla kuşkusuz olup fizik camiasınca tam olarak kabul edilmiştir. İkinci aşama -dalgafonksiyonunun ölçüm sonucunda çökmesi- ise, aksine son seksen yıldır, iyi taraftan bakıldığındafizikçilerin zihnini hafifçe karıştırmış, kötü taraftan bakıldığında ise meslek yaşamlarını mahvedensorunlar, bilmeceler ve potansiyel çelişkiler ortaya koymuştur. Bölüm 4 ün sonunda söz edildiği gibigüçlük,Schrödingerdenkleminegöredalgafonksiyonlarınınçökmüyorolmasıdır.Dalgafonksiyonlarınınçökmesi eklentidir. Deneycilerin gerçekte gördüklerini açıklamak amacıyla Schrödinger, denkleminibulduktansonraeklenmiştir.Ham,çökmemişbirdalgafonksiyonuparçacığınoradaveburadaolduğugibiacayip bir fikri temsil ediyorsa da, deneyciler bunu hiçbir zaman görmezler. Onlar parçacığı kısmenorada, kısmenburadadeğil, her zamanbelirli bir konumdaveyadiğerindebulurlar; ölçümaygıtlarınıngöstergeleri hiçbir zaman hem şu değeri hem de bu değeri göstermek gibi hayaletimsi bir karışımsergilemez.

Aynı şey,elbette,çevremizdekidünyadayaptığımız rastgelegözlemlerdedegeçerlidir.Hiçbirzamanbir sandalyenin hem orada hem de burada olduğunu gözlemeyiz; Ay'ın geceleyin gökyüzünün hem biryanındahemdediğer yanındaolduğunugözlemeyiz; bir kedininhemölühemde canlı olduğunuhiçbirzaman görmeyiz.Dalga fonksiyonunun çökmesi kavramı, ölçüm işleminin dalga fonksiyonunun kuantumbelirsizliğini terk ederek pek çok olasılıktan birini seçmesine neden olduğunu ön koşul olarak kabulettiğimizdeyaşadıklarımızlaörtüşür.

KuantumÖlçümüBilmecesi

Ama bir deneycinin ölçüm yapması bir dalga fonksiyonunun çökmesine nasıl neden olur? Aslındaçökmegerçektenolurmu,eğerolursamikroskobikdüzeydeneolupbiter?Herhangibirölçümveyabütünölçümlerçökmeyenedenolurmu?Çökmenezamanolurvenekadarsürer?Schrödingerdenkleminegöredalgafonksiyonlarıçökmediğinegöre,kuantumevrimininikinciaşamasındahangidenklemdevreyegirervebuyenidenklemnasılSchrödingerdenklemininkuantumsüreçleriüzerindekigücünüzorlaalarakonutahtından indirebilir? Ve zamanın okuna ilişkin ilgimiz açısından önemli olarak, ilk aşamayı yönelendenklemolanSchrödingerdenklemi,zamanınilerivegeriyönleriarasındabirayrımyapmazken, ikinciaşamanın denklemi ölçümün yapılmasından önceki ve sonraki zamanlar arasında temel bir asimetriyaratıyorolabilirmi?Yani,kuantummekaniğigündelikdünyaileolanarayüzünüölçümlervegözlemlerleişin içine katarak fiziğin temel yasalarının içine bir zaman oku yerleştiriyor olabilir mi? Ne de olsakuantumun geçmişi ele alışının klasik fizikten nasıl farklı olduğunu ve geçmiş sözcüğüyle belirli birgözlemin veya ölçümün öncesini kastettiğimizi daha önce tartışmıştık. O zaman, ikinci-aşama dalgafonksiyonunun çöküşüyle somutlaşan ölçümler geçmiş ve gelecek arasında, ölçümün öncesi ve sonrasıarasınabirasimetriyerleştiriyorolabilirmi?

Busorular tamçözümeinatçıbirşekildedirençgösterdilervehep tartışmalıkaldılar.Amaonyıllarboyunca, kuantumkuramı tahmingücündenhiç ödünvermedi. İkinci aşama açıklanması zor bir şekildekalmışolsada,kuantumkuramınınbirinciaşama/ ikinciaşamaformülübelirlibirsonucuveyadiğeriniölçmeolasılığınıtahmineder.Butahminlerbelirlibirdeneyitekrartekraryaparakvebirsonucunyadadiğerininbulunmasınınfrekansınıinceleyerekdoğrulanmıştır.Buyaklaşımınolağanüstüdeneyselbaşarısı,ikinci aşamada gerçekten ne olduğunun açık bir biçimde telaffuz edilememesinden kaynaklananrahatsızlığınçokönünegeçmiştir.

Ama rahatsızlık hep vardı ve oradaydı. Bu, dalga fonksiyonunun çökmesinin bazı ayrıntılarının tamolarakbilinmemesi-ninötesindeydi.Kuantum'ölçümproblemiadıverilenproblemkuantummekaniğininsınırlarını ve evrenselliğini ifade edenbir konudur.Bunugörmekkolaydır.Birinci aşama/ikinci aşamayaklaşımıgözlenenle (örneğinbirelektron,protonyadaatom)gözlemişleminiyapandeneyciarasındabirayrımıortayakoyar.DeneyciolayagirmedenöncedalgafonksiyonlarıSchrödingerdenkleminegöre,sonderecemutlubir şekildevedüzgünce evri-lirler.Amadeneyci ölçümyapmaküzere olayaburnunusokunca oyunun kuralları birdenbire değişir. Schrödinger denklemi bir yana bırakılır ve ikinci-aşamaçökmesi olayı devralır. Ama bir deneyciyi oluşturan atomlar, elektronlar ve protonlarla kullandığıaygıtlarınatomları,elektronveprotonlarıileincelediğiatomlar,elektronveprotonlararasındabirfarkolmadığına göre neden kuantum mekaniğinin bunları ele alış biçimleri arasında bir fark olsun? Eğerkuantummekaniğisınırolmaksızınherşeyeuygulanan,evrenselbirkuramise,gözlenenvegözleyentamolarakaynışekildeelealınmalıdır.

NielsBohraynıfikirdedeğildi.Deneycilerinveonlarınkullandıklarıaygıtlarıntemelparçacıklardan

farklı olduklarını iddia ediyordu. Aynı parçacıklardan oluşmuş olsalar bile, onlar temel parçacıkların"büyük ' topluluklarıydılar ve bu yüzden klasik fizik yasaları tarafından yönetiliyorlardı.Atomların veatomaltıparçacıklarınminikdünyası ilebildiğimizinsanlarveonlarınkullandıklarıaraçlardünyasınınarasında bir yerde, boyutlar değiştiği için kurallar da değişiyordu. Bu değişimi ileri sürmenin nedeniaçıktı:Kuantummekaniğinegöreminikbirparçacık,oradaveburadabulunmanınbulanıkbirkarışımındakonumlandırılabiliramagündelik,büyükdünyadaböylebirdavranışgörmüyoruz.Peki,sınır tamolaraknerededir?Vehayatiönemesahipolankonulardanbiride,ölçümgibibirdurumdagündelik,büyükdünyaile atomların minik dünyası bir araya geldiği zaman bu iki kurallar bütününün birbirleri ile nasılbağdaşacağıdır.Bohriknaedicibirşekildebusorularınsınırlarınötesindeolduğunusöylerken,gerçeğisöylemekgerekirse,bunlarınherhangibirinincevaplayabileceğisorularınsınırlarınınötesindeolduğunuöne sürüyordu.Kurambunlarıgözönünebile almadanolağanüstükesinlikte tahminleryapabildiği için,böylekonularuzunbirzamansüresincefizikçilerincevaplamasıgerekenkritiksorularlistesininçokaltsıralarındayeraldı.

Yine de kuantum mekaniğini tam olarak anlamak, gerçeklik hakkında ne söylediğini belirlemek vezamanın okuna bir- yön vermede oynayabileceği rolü saptamak için kuantum ölçüm problemi ileboğuşmakzorundayız.

ÖnümüzdekiikialtbölümdebuamaçlayapılmışenönemliveUmutvericigirişimlerdenbazılarındansözedeceğiz.Eğerherhangibirnoktadakuantummekaniğive zamanınokukonusunaodaklanan sonaltbölüme doğrudan atlamak isterseniz, sonuç şu ki, kuantum ölçüm problemi üzerinde harcanan zekiceçabaların çoğu önemli gelişmeler sağlamış olmakla birlikte, geniş kabul gören bir çözüm hâlâulaşımımızın ötesinde gibi duruyor. Birçokları buna kuantum yasasının formüle edilişindeki tek ve enönemlieksikgözüylebakıyorlar.

GerçeklikveKuantumÖlçümProblemi

Yıllarboyuncakuantumölçümprobleminin çözümü içinpekçoköneri ortaya atıldı.Gariptir, bunlarfarklı gerçeklik kavramlarına yol açmalarına rağmen -bazıları kökten farklı- konu deney sonucundaaraştırmacınınneölçeceğinitahminetmeyegelincehepsifikirbirliğiiçindedirveherbiribirbüyügibiçalışır.Heröneriaynıgösteriyisunaramasahnegerisinebirgözattığınızdaherbirindeçalışmatarzınınönemlibiçimdefarklıolduğunugörürsünüz.

Sahnelenenoyunagelince,kıyıdaköşedeneolduğuylapekilgilenmezsiniz,yalnızcaürüneodaklanmayıyeterlibulursunuz.Ama işevrenianlamayagelince,bütünperdeleri çekip,kapıları açıpgerçekliğinenderinişleyişiniortayakoymayönündedoymakbilmezbiracelecilikvardır.Bohrbuaceleciliğitemelsizveyanlışyönlendirilmişbuluyordu.Onagöregerçeklikoyununkendisiydi.BirSpaldingGraymonologugibi, bütün gösteri bir deneycinin çıplak ölçümleridir. Başka bir şey yoktur. Bohr'a göre sahne gerisiyoktur. Bir dalga fonksiyonunun olasılıkların biri dışındakilerden nasıl, ne zaman ve neden vazgeçipölçümaygıtındatekbirbelirlirakamıürettiğiniçözümlemeyeçalışmak,asılnoktayıgözdenkaçırmaktır.Dikkatedeğertekşey,ölçülenrakamınkendisidir.Onyıllarboyuncabuperspektifhükümsürdü.Bununlabirlikte, bu perspektifin aklın kuantum kuramıyla uğraşması üzerindeki sakinleştirici etkisine rağmen,insan kendini, kuantum mekaniğinin olağanüstü tahmin gücünün, evrenin işleyişinin altında yatan gizligerçekliği ortaya çıkardığını düşünmekten alıkoyamıyor. İnsan, daha ileri gidip, kuantum mekaniğinininsanların yaşadıklarıyla nasıl bağdaştığını, dalga fonksiyonu ile gözlem arasındaki boşluğu nasıldoldurduğunu ve gözlemlerin altında hangi gizli gerçekliğin yattığını anlamak istiyor. Yıllar boyunca

birkaçaraştırmacıbuişegirişti;şimdionlarıngeliştirdiğibazıönerilerigörelim.

KökleriHeisenberg'e kadar giden bir yaklaşım, dalga fonksiyonlarının kuantum gerçekliğinin nesnelöğeleri olduğu perspektifini terk ederek bunları yalnızca gerçeklik konusunda bildiklerimizinsomutlaşması olarak ele almaktır. Bir ölçüm yapmadan önce, elektronun nerede olduğunu bilmeyiz, bubakış açısınagöre elektronunkonumukonusundaki bilgisizliğimiz, elektronundalga fonksiyonununonu,olasılıkla çeşitli yerlerde bulunuyor olarak tanımlamasıyla yansıtılır. Konumunu ölçtüğümüz anda iseelektronunyerikonusundakibilgilerimizanidendeğişir:Artık elektronunkonumunu ilkeolarak tambirkesinliklebiliyoruzdur.(Belirsizlikilkesigereğinceeğerkonumunutamolarakbiliyorsak,hızıhakkındahiçbir şey bilmiyoruzdur ama bunun şu andaki tartışmamızla bir ilgisi yok.) Bu perspektife göre,bilgilerimizdeki bu ani değişiklik, elektronun dalga fonksiyonunda ani bir değişiklik olarak yansır:Aniden çökerek Şekil 4.7'deki sivrilmiş şeklini alır ki bu da elektronun konumunu kesin bir şekildebildiğimizigösterir.Ozaman,buyaklaşımdadalgafonksiyonununaniçöküşüşaşırtıcıdeğildir:Hepimizinyenibirşeyöğrendiğimizdebilgimizdeortayaçıkananideğişikliktenbaşkabirşeydeğildir.

1957'de Wheeler'in öğrencisi olan Hugh Everett tarafından ortaya konulan ikinci yaklaşım, dalgafonksiyonlarınınçöktüğünüreddeder.Dalgafonksiyonununsomutlaştırdığıherpotansiyelsonuçgünışığınıgörür amaherbiriningördüğügün ışığıkendi ayrı evrenineakar.BirçokDünyayorumuadıverilenbuyaklaşımda"evren"kavramısayısız"paralelevrenleri"-evrenimizinsayısızdeğişikbiçimi-kapsayacakşekilde genişletilmiştir öyle ki, kuantummekaniğinin olabileceğini tahmin ettiği herhangi bir şey, çokküçük bir olasılıkla da olsa, bu kopya evrenlerin en azından birinde gerçekleşir. Eğer bir dalgafonksiyonubirelektronunburada,oradaveyaçokuzaktaolabileceğinisöylüyorsa,ozaman,buevrenlerinbirindesizindeğişikbirbiçiminizelektronuburada;evreninbirbaşkakopyasındabaşkabirsizelektronuorada;veüçüncübirevrendebirbaşkasizelektronuçokuzaktabulacaksınız.Buyüzden,herbirimizinbirandan diğerine yaptığımız gözlemler dizisi, her birinde sizin, benim ve belirli gözlemlerin belirlisonuçlara yol açtığı bir evrende yaşayan herkesin kopyalarının bulunduğu bu devasa, sayısız evrenlerağınınbirbölümündeortayaçıkangerçekliğiyansıtır.Böyleevrenlerinbirindesizşuandabukelimeleriokuyorsunuz, bir diğerinde internette dolaşmak için okumanıza ara veriyorsunuz, başka bir evrendeyseküçükbirrolünüzünolduğubirBroadwaygösterisindeendişeiçindeperdeninaçılmasınıbekliyorsunuz.SankiŞekil5.1dekigibi tekbiruzay-zamanbloğuyokmuşda,herbirindeolasıolaylarıngerçekleştiğisonsuzsayıdauzay-zamanbloğuvarmışgibigörünüyor.Budurumda,birçokdünyayaklaşımındahiçbirpotansiyelsonuçyalnızcapotansiyelolarakkalmaz.Dalgafonksiyonlarıçökmezler.Herpotansiyelsonuçparalelevrenlerinbirindeortayaçıkar.

1950'lerdeDavidBohm'un-Bölüm4'teEinstein-Podolsky-Rosenparadoksunuincelerkensözettiğimizfizikçi-geliştirdiğiüçüncüöneritümüylefarklıbiryaklaşımıbenimser.Böhm,elektrongibiparçacıkların,klasik fizikte olduğu gibi ve tam da Einstein'ın umduğu gibi, kesin konumlara ve kesin hızlara sahipolduklarını öne sürmektedir. Ama belirsizlik ilkesiyle uyum sağlamak için bu özellikler ortalıktagözükmezler; bunlar Bölüm 4'te sözü edilen gizli değişkenlerin örnekleridir, ikisini bir den aynı andabelirleyemezsiniz.Bohm için böyle bir belirsizlik, bilebildiklerimizin sınırını gösterirdi, parçacıklarınkendileriningerçekniteliklerihakkındahiçbirşeyimaetmezdi.OnunyaklaşımıBellinsonuçlarıylatersdüşmezdi, çünkü Bölüm 4'tin sonlarına doğru incelediğimiz gibi, kuantum belirsizliğince yasaklananbelirli özellikler dışlanmıyordu, yalnızca yerellik dışlanıyordu ve Bohm'un yaklaşımı yerel değildi."BununyerineBohm,bir parçacığındalga fonksiyonunun, gerçekliğinbir diğer, başkaöğesi, parçacığınkendisine ek olarak var olan bir öğesi olduğunu düşünüyordu. Bohm'a göre parçacıklar veya dalgalardeğil,Bohr'untamamlayıcılıkfelsefesindekigibiparçacıklarvedalgalarvardı.ÜstelikBohm,parçacığındalga fonksiyonunun parçacığın kendisiyle etkileştiğini -parçacığı "yönlendirdiğini" veya "itelediğini"-bir anlamda sonraki hareketini belirlediğini öne sürüyordu. Bu yaklaşım standart kuantummekaniğinin

başarılı tahminleriyle tam olarak uyum içinde olsa da Bohm, bir konumdaki dalga fonksiyonundakideğişikliklerinparçacığıanibirbiçimdeuzakbirkonuma iteleyeceğinibuldu;budaonunyaklaşımınınyerel olmayışını açıkça gösteriyordu. Örneğin çift yarık deneyinde her parçacık ya bir yarıktan ya dadiğerinden geçerken onun dalga fonksiyonları her iki yarıktan birden geçerek girişim sergiler. Dalgafonksiyonu parçacığın hareketini yönlendirdiği için, denklemlerin, parçacığın Şekil 4.4'teki verileriaçıklayacakbiçimde,ekranaçarpmaolasılığınındalga fonksiyonudeğerininbüyükolduğuyerdebüyük,küçük olduğu yerdeyse küçük olduğunu göstermesinin büyük bir sürpriz olmaması gerekir. Bohm'unyaklaşımındadalgafonksiyonununayrıbirçökmeaşamasıyoktur,çünküeğerparçacığınkonumunuölçmüşveburadabulmuşsanız,burasıölçümünyapılmasındanbiranönceparçacığıngerçektenbulunduğuyerdir.

Giancarlo Ghirardi, Alberto Rimini ve Tulio Weber adlı İtalyan fizikçiler tarafından sergilenendördüncü bir yaklaşımda, Schrödinger denklemini tek tek parçacıkların dalga fonksiyonları üzerindehemenhemenhiçetkisiolmayacakamagündelik,"büyük"cisimlereuygulandığındaönemlietkileriolacakşekilde zekice değiştirmek üzere cesur bir atılım yapılmaktadır. Önerilen değişiklik dalgafonksiyonlarınındoğalolarakkararsızolduğunu,herhangibirgirişimolmasadaherdalgafonksiyonununer geç çökerek sivri bir şekil alacağını varsayar. Ghiardi, Rimini veWeber, tek bir parçacığın dalgafonksiyonununortalamaolarakherbirmilyaryıldabirkendiliğinden,rasgelebirbiçimdeçökeceğiniönesürdüler.Buolayokadarazgörülürkiparçacıklarınherzamankikuantummekaniğineözgütanımlarındahemenhemenhiçdeğişikliğenedenolmazvekuantummekaniğimikrodünyayıdahaönceeldeedilememişbir doğrulukla betimlediği için bu iyi bir şeydir. Ama milyarlarca ve milyarlarca parçacıktan oluşandeneyciler ve onların araçları gibi büyük cisimlerde, verilen bir saniyenin küçük bir bölümündekendiliğindenbirçökmeninenazındanbirbileşenparçacığıyoketine,onundalgafonksiyonunuçöktürmeolasılığı yüksektir. Ghirardi, Rimini, Weber ve diğerleri tarafından öne sürüldüğü gibi, büyük bircisimdeki bütün dalga fonksiyonlarının dolanık yapısı, bu çökmenin bir tür kuantum domino etkisiyaratarakcismioluşturanbütünparçacıklarındalgafonksiyonlarınıçöktürmesinigarantiler.Bu,saniyeninküçükbirkesrindeolupbiterken,önerilendeğişimsebüyükcisimlerintemelolarakherzamanbelirlibirkonumda kalmalarını garanti altına alır. Ölçüm aletlerindeki ibreler her zaman belirli bir değerigösterirler;Aygökyüzündeherzamanbelirlibirkonumdadır;deneycilerinbeyinleridaimabelirlibirşeyyaşar;kedilerherzamanyacanlıyadaölüdürler.

Bu yaklaşımların her birini ve burada söz etmeyeceğim diğerlerini destekleyenler ve eleştirenlervardır."Bilgiolarakdalgafonksiyonu"yaklaşımıdalgafonksiyonuçökmesikonusundabirtürkurnazlığabaşvurarak dalga fonksiyonlarının gerçekliğini reddeder ve onları yalnızca bildiklerimizin tarifinedönüştürür.Amaeleştirenlerdenbirişunusorar:Nedentemelfiziğininsanfarkındalığıilebukadaryakınilişkiliolmasıgereksin?Eğerbizdünyayıgözlemeküzereburadaolmasaydıkdalgafonksiyonlarıhiçbirzamançökmezmiydiyadadalgafonksiyonukavramıvarolmazmıydı?Yeryüzügezegenindeinsanbilincievrilmeden önce evren çok farklı bir yer miydi? insan deneycilerin yerine gözlemci olarak yalnızcakarıncalar, fareler, amipler veya bilgisayarlar bulunsaydı ne olurdu? Onların "bilgilerindeki" değişimdalgafonksiyonlarınınçökmesiylebağlantılıolmakiçinyeterliolurmuydu?"

Tersine,birçokdünyayorumu,buyaklaşımdadalgafonksiyonlarıçökmediğiiçin,dalgafonksiyonununçökmesiolayındantümüylekaçınır.Amaödenecekbedelevrenlerinaşırıçoğalmasıdırki,eleştirenlerinçoğubunufazlaabartılıbulmuştur.Bohm'unyaklaşımıdadalgafonksiyonuçökmesindenkaçınır;amabuyaklaşımdahemparçacıklarahemdedalgalarabağımsızgerçeklikatfedildiğiiçineleştirenlerbukuramınekonomik olmadığını öne sürmüşlerdir. Üstelik, eleştirenler doğru bir biçimde Bohm'unformülleştirmesindedalgafonksiyonunun ittiğiparçacıklarla ışıktan-hızlıbirşekildeetkileşebildikleriniiddia etmektedirler. Destekleyenlerse ilk şikâyetin en iyi olasılıkla nesnel olmadığını, ikincisininseBell’in kaçınılmasınınmümkünolmadığını kanıtladığı yerel olmayışa uyduğundan her iki eleştirinin de

iknaediciolmadığınadikkatçekiyorlar.Bununlabirlikte,belkidemazurgörülemezbirşekilde,Bohm'unyaklaşımı hiçbir zaman rağbet görmedi. Ghirardi-Rimini-Weber yaklaşımı dalga fonksiyonununçökmesiyle doğrudan ilgilenir ve bunun için denklemleri yeni bir kendiliğinden çökmemekanizmasınıiçerecek şekilde değiştirir. Ama eleştirenler henüz Schrödinger denklemine önerilen değişikliğidestekleyenenküçükbirdeneyselkanıtbulunmadığınadikkatçekiyorlar.

Kuantummekaniği formülleri ile gerçek hayatta yaşananlar arasında sağlam ve tümüyle saydam birilişki bulmak isteyen araştırmacılar, hiç kuşkusuz bu çabalarını gelecekte de bir süre dahasürdüreceklerdiramabilinenyaklaşımlardanhangisininsonundagenelkabulgöreceğinisöylemekzordur.Eğerşimdifizikçilerarasındabiranketyapılsa,çokoyalanbirfavorininolacağınısanmıyorum.Neyazıkki bu konuda deneysel girdilerin de yardımı sınırlı. Ghirardi-Rimini-Weber önerisi bazı durumlardastandart aşama bir/aşama iki kuantum mekaniğinden farklı olabilen tahminlerde bulunur; sapmalargünümüzünteknolojisiyleölçülemeyecekkadarküçüktür.Diğerüçönerinindurumudahadakötüdürçünküdeneyselhükümlerkarşısındadahakesinbirbiçimdehareketsizkalmışlardır.Standartyaklaşımlatambiruyumiçindeolduklarından,herbirigözlenebilecekveyaölçülebilecekşeylerkonusundaaynıtahminlerdebulunurlar. Yalnızca sahne gerisinde olup bitenler konusunda farklılaşırlar. Yani kuantummekaniğinin,gerçekliğindoğasınınaltındaneyinyattığınıimaettiğikonusundafarklılıklarsergilerler.

Kuantum mekaniği ölçüm problemi çözülmemiş olarak kalmış olsa da, son yirmi-otuz yıldır, henüztamamlanmışolmasabile, uygulanabilir herhangibir çözümünparçasıolabileceğiyaygınolarakdestekgören bir yapı gelişme aşamasındadır. Bu yapının adı dağınımdır (durgun dalga yapısının çevre ileetkileşmeleryüzündenbozulmasıyani'decoherence').

DağınımveKuantumGerçekliği

Kuantummekaniğininolasılıkçıyanıylailkdefakarşılaştığınızdailkdoğaltepki,yazı-turaatarkenveyaruletçevirirkenortayaçıkanolasılıklardandahayabancıl(egzotik)olmadığınıdüşünmektir.Amakuantumgirişimini öğrendiğiniz zaman, olasılığın kuantum mekaniğine çok daha temel bir şekilde girdiğinikavrarsınız. Gündelik örneklerdeki çeşitli sonuçlar -yazımı turamı, kırmızımı siyahmı, bir piyangonumarasımıdiğerimi-birsonucunveyadiğerininmutlakaortayaçıkacağıvehersonucunbağımsız,farklıbir geçmişin ürünü olduğu kavrayışıyla ayrılmış sonuçlardır. Y azı-tura atıldığında p aranın havadadönmesi bazen yazı gelmesine bazen de tura gelmesine yeterli olacak miktarlarda olur. Her sonucaatfettiğimiz 50-50 olasılık yalnızca ortaya çıkan sonuca -yazı mı, tura mı- değil, her sonuca yol açangeçmişleredeilişkindir.Yazı-turaatışlarınınolasısonuçlarınınyarısıyazı,yarısıturaolur.Geçmişlerinkendileri ise tümden ayrı, yalıtılmış seçeneklerdir. Paranın farklı hareketlerinin birbirlerinindesteklemeleriveyayoketmelerininbiranlamıyoktur.Tümüylebağımsızdırlar.

Ama kuantummekaniğinde işler farklıdır.Bir elektronun çift yarıktan detektöre kadar izleyebileceğiseçenekyollarayrı,yalıtılmışgeçmişlerdeğildir.Olasıgeçmişleretkileşerekgözlenensonucuüretirler.Bazı yollar diğerini destekler, bazı yollar diğerleri tarafından yok edilir. Çeşitli olası geçmişlerarasındaki böyle kuantumgirişimi detektör ekranındaki karanlık ve aydınlık şeritlerden oluşan deseninnedenidir. Bu yüzden, kuantum ve klasik olasılık kavramları arasındaki lark, birincinin girişimsergilemesi,İkincininisesergilememesidir.

Dağınım küçük şeylerin kuantum fiziğiyle o kadar da küçük olmayan şeylerin klasik fiziği arasındakuantumgirişiminibastırarak-yaniklasikvekuantumolasılıklarıarasındakitemelfarkıanibirbiçimdeyok ederek- bir köprü oluşturan, yaygın bir kavramdır. Dağınımın önemi kuantum kuramının ilk

zamanlarında anlaşılmış ama ortaya yeniden çıkışı 1970'te Alman fizikçi Dieter Zeh'in özgünmakalesiyle'"olmuşveozamandanberiaralarındageneAlmanolanErichJoosveNewMexico'dakiLosAlamos Ulusal Laboratuvarı'ndan Wojciech Zurek'in de bulunduğu pek çok araştırmacı tarafındangeliştirilmektedir.

Fikirşudur:Schrödingerdenklemiikiyarıklıbirperdedengeçentektekveyalıtılmışfotonlargibibasitbir duruma uygulandığı zaman, ünlü girişim desenine yol açar. Ama bu laboratuvar örneğinin gerçekdünyada olup bitenlerin karakteristiği olmayan iki çok özel niteliği vardır. Birincisi, gündelik hayattakarşılaştığımız şeyler daha büyük ve tek bir fotondan daha karmaşıktır. İkincisi, gündelik hayattakarşılaştığımızşeyleryalıtılmışdeğildir:Bizimleveçevreyleetkileşirler.Şuandaelinizdekikitababirinsan dokunmakta ve çok daha genel olarak kitaba sürekli olarak fotonlar ve hava molekülleriçarpmaktadır.

Üstelikkitabınkendisi debirçokmolekülve atomdanyapıldığı için, sürekli hareket halindeolanbubileşenler birbirleri ile de etkileşmektedirler. Aynı şeyler ölçü aletlerinin göstergeleri, kediler, insanbeyinlerivegündelikhayattakarşılaştığınızherşeyiçindedoğrudur.AstrofizikselölçeklerdeDünya,Ay,asteroidler ve diğer gezegenler, Güneş'ten gelen fotonlarla bombardıman ediliyor. Uzayın karanlıkderinliklerindeki bir toz parçacığına bile, Büyük Patlama'nın hemen ertesinde akmaya başlayan düşük-enerjilimikrodalga fotonları sürekli olarak çarpıyor. Bu nedenle, kuantummekaniğinin ilk laboratuvardeneylerinin tersine, gerçekdünyadaolupbitenler konusundane söylediğini anlamak için, Schrödingerdenkleminiböyledahakarmaşıkdurumlarauygulamamızgerekir.

Özet olarak,Zeh'in vurguladığı buyduve onun çalışması, ardından gelen diğerlerinin çalışmaları ilebirlikte,harikuladebirşeyiortayaçıkardı.Hernekadarfotonlarvehavamoleküllerikitapveyakedigibibüyük cisimler üzerinde önemli bir etkiye sahip olamayacak kadar küçük olsalar da başka bir şeyyapabilirler. Büyük cismin dalga fonksiyonunu "dürterler" veya fizik dilinde onun durağanlığını bozupdağınımınayolaçarlar:Birbiriniizleyentepe,çukur,tepedizisininsırasınıbulanıklaştırırlar.Bukritiktir,çünkübirdalgafonksiyonunundüzenliliği,girişimetkileriüretmesiaçısındançokönemlidir(Şekil4.2'yebakınız). Bu yüzden tıpkı çift yarık deneyinde etiketleme aygıtlarının eklenmesinin sonuçtaki dalgafonksiyonunu bulanıklaştırarak girişim etkilerini yok etmesi gibi, cisimlerin de çevrelerini oluşturanbileşenlertarafındansürekliolarakbombardımanedilmesi,girişimolayıgözlenmesiolasılığınıyokeder.Kuantum girişimi olasılığı bir kere ortadan kalktığında, kuantummekaniğinde yapısal olarak var olanolasılıklar,bütünpratikamaçlariçin,yazı-turaatışlarındaveyaruletteyapısalolarakvarolanolasılıklargibidir.Birkereçevreseldağılmadalgafonksiyonunubulanıklaştırdığındakuantumolasılıklarınınegzotikdoğası, gündelik hayatın daha yakından tanıdığımız olasılıklarına dönüşür. Bu da kuantum ölçümproblemine bir çözüm önerir; öyle ki, bu çözüm eğer gerçekleşirse, bekleyebileceğimiz en iyi şeydir.Bunuönceeniyimserbakışaçısıaltındatanımlayacağımvesonradahâlânelerinyapılmasıgerektiğinivurgulayacağım.

Eğer yalıtılmış bir elektronun dalga fonksiyonu, diyelim yüzde 50 burada, yüzde 50 orada olmaolasılığıgösteriyorsa,buolasılıklarıkuantummekaniğinin tuhaflığınıkullanarakyorumlamamızgerekir.Seçeneklerden ikisidekendilerini etkileşerekvegirişimdeseniortayakoyarakgösterebilecekleri için,ikisini de eşit derecede gerçek olarak düşünmeliyiz. Serbest bir dille söylersek, elektronun her ikikonumdabirdenbulunmasındabiranlamvardır.Eğerşimdielektronunkonumunuyalıtılmamış,gündelikboyutlardaki laboratuvar araçlarıyla ölçersek ne olur? Elektronun kuşkulu yeriyle ilgili olarak, ölçümaracınınibresininbudeğerigöstermeolasılığıyüzde50,şudeğerigöstermeolasılığıyüzde50'dir.Amadağılmanedeniylegösterge,herikideğerinhayaletimsibirkarışımınıgöstermedurumundaolmayacaktır;dağılma nedeniyle bu olasılıkları normal, klasik, gündelik anlamlarıyla yorumlayabiliriz. Tıpkı bir

paranın havaya fırlatıldığında yüzde elli yazı ve yüzde elli tura gelme olasılığı olduğu halde yeredüştüğünde ya yazı ya da tura gelmesi gibi, göstergenin de yüzde 50 bu değeri ve yüzde 50 şu değerigöstermeolasılığıvardıramagöstergekesinlikleyabirdeğeri,yadadiğerinigösterecektir.

Bütündiğerkarmaşık,yalıtılmışolmayancisimleredebenzerbirdüşünüşmantığıuygulanabilir.Eğerbir kuantum hesaplaması kapalı bir kutuda oturmakta olan bir kedinin yüzde 50 canlı, yüzde 50 ölüolacağınıortayakoyuyorsa -çünkübirelektronyüzde50olasılıklabirbubi tuzağını tetikleyerekkediyezehirli gaz verecektir, yüzde 50 olasılıkla ise elektron hedefine isabet etmeyecek ve bubi tuzağınıtetiklemeyecektir-dağılmakedininhemölühemdecanlıolmanınanlamsızbirkarışımındaolmayacağınısöyler.Hernekadaronyıllarboyunca "Birkedi içinhemcanlı, hemdeölüolmakne anlamagelir?","Kutuyuaçarakkediyigözlemeeylemionu seçeneklerdenbirini seçmeye, canlıyadaölüolmayanasılzorlar?" gibi konularda sıcak tartışmalar sürdüyse de, dağılma siz kutuyu açmadan çok önce, çevreninhemenhemensıfırzamandamilyarlarcagözlemitamamlayarakbütüngizemlikuantumolasılıklarınıdahaazgizemliklasikolasılıklaradönüştürdüğünüsöyler.Sizonabakmadançokönceçevrekediyibelirli,tekbir durumu almaya zorlamıştır.Dağınıklık, çevreden çarpan sayısız parçacık kuantum tuhaflığını parçaparçauzaklaştırdığıiçin,kuantumacayipliklerinibüyükcisimlerdendışarı"sızmaya"zorlar.

Kuantumölçümprobleminedahatatminedicibirçözümbulunacağınıdüşünmekzordur.Dahagerçekçiolarak ve çevreyi gözardı eden basitleştirici varsayımdan vazgeçerek -ki bu basitleştirme kuantumalanının ilkyıllardakigelişmesi içinhayatibirönemesahipti-kuantummekaniğininyapısalbirçözümüolduğunugörürüz.insanbilinci,insandeneycilerveinsangözlemleriartıközelbirroloynamazlarçünkübunlar(biz!)havamoleküllerivefotonlargibi,verilenbirfizikselsistemleetkileşen,çevreyeaitöğelerolurlar.Cisimlerinevrimiveonuölçendeneyciarasındadaartıkaşamal/aşama2ayrımıolmaz.Herşey-gözlenen ve gözleyen- eşit durumdadır. Her şey -gözlenen ve gözleyen- kesinlikle Schrödingerdenkleminde verilen aynı kuantummekaniği yasalarına tabi olur.Ölçüm eylemi artık özel değildir; bueylemyalnızcaçevreyletemasınözelbirörneğidir.

Hepsi bu mu? Dağınım kuantum ölçüm problemini çözüyor mu? Dalga fonksiyonlarının, yolaçabilecekleri potansiyel sonuçlardan biri dışında diğerlerine kapıyı kapatmasının sorumlusu dağınımmı?Bazılarıöyledüşünüyor.CarnegieMellon'danRobertGriffiths;Orsay'danRolandOmnes;SanlaFeEnstitüsü’nden nobel ödüllüMurray Gell-Mann; Sanla Barbara'daki Kaliforniya Üniversitesi'nden JimHartlegibiaraştırmacılarbüyükilerlemekaydederekdağınımıkuantumölçümprobleminiçözen,bütüncülbir yapı (tutarlı olmayan geçmişler adı verilen) olarak geliştirdiklerini öne sürdüler. Benim gibidiğerlerinin demerakı uyandı ama henüz tam olarak ikna olmadılar. Gördüğünüz gibi dağınımın gücü,Bohr'unbüyükveküçüksistemlerarasınadiktiğiyapayduvarıbaşarılıbirşekildeyokederekherşeyinaynı kuantum mekaniksel yasalara tabi olmasını sağlamasıdır. Bu önemli gelişmeyi sanırım Bohr damemnunlukvericibulurdu.Hernekadarçözülmemişolankuantummekaniğiölçümproblemifizikçilerinkuramsal hesaplamaları deneysel verilerle bağdaştırma yeteneklerini azaltmamış olsa da, Bohr vearkadaşlarının, bazı sıkıntılı özellikleri olmakla birlikte sonderece anlaşılır olan, kuantummekaniğineözgü bir yapı geliştirmelerine yol açtı. Birçokları bu yapının dalga fonksiyonu çökmesi hakkındakibulanık sözlerini veya klasik fiziğin alanına giren "büyük" sistemler kavramının kesin olmayışını sinirbozucu bulur. Dağınımı göz önüne alan araştırmacılar için böylesi muğlak fikirler büyük ölçüdegereksizdir.

Bununla birlikte, yukarıdaki tanımda kenarından geçip gittiğim temel bir konu, dağınım kuantumgirişimini bastırarak tuhaf kuantumolasılıklarını daha tanıdık klasik olasılıklara dönüş- türse de dalgafonksiyonunda somutlaşan potansiyel sonuçların her birinin hâlâ gerçekleşmek için diğerleriyleyarışmakta olduğudur. Bu yüzden biz de hâlâ pek çok diğer olasılık "giderken" birinin nasıl olup dil

"kazandığını"merak ederiz.Yazı-tura atıldığı zamanklasik fizik benzer bir soruya cevap verir.Klasikfizik, eğer paranın havadaki dönüşünü yeterince duyarlılıkla incelemişsek, ilke olarak, para yeredüştüğünde yazı mı yoksa tura mı geleceğini belirleyebileceğimizi söyler. O zaman, daha yakındanbakarsak, başlangıçta gözden kaçırdığımız ayrıntılar sonucu kesin olarak belirler. Aynı şey kuantumfiziğinde söylenemez. Tutarsızlık kuantum olasılıklarının klasik olasılıklar gibi yorumlanmalarına izinveriramapekçokolasılıktanbiriningerçekleşmeküzerenasılseçileceğininayrıntılarınıvermez.Bohr'undüşündüğügibi,bazıfizikçilertekbirbelirlisonucunnasılortayaçıktığınıaçıklamayaçalışmanınyanlışyolasapmaolduğunainanırlar.Bufizikçiler,dağılmayıdakapsayacakşekildegüncellenmişolankuantummekaniğinin, hesaplamaları laboratuvar ölçüm aygıtlarının davranışını açıklayan, keskin bir biçimdeformülleştirilmişbirkuramolduğunuönesürerler.Bubakışaçısınagöre,biliminamacıbudur.Neyinolupbittiğineilişkinbiraçıklamabulabilmek,özelbirsonucunnasılortayaçıktığınıanlayabilmek,bilgisayarçıktılarının ve detektörlerin okuduğu değerlerin ötesindeki gerçeklik düzeyini yakalamakmantıksız birentelektüelaçgözlülüğünifadesidir.

Aralarında benim de bulunduğum birçokları ise farklı bir bakış açısına sahiptir. Verileri açıklamakbilimingörevidir.Amabirçokfizikçibiliminverilerindesteklediğikuramlardanyararlanmakvedahadaöteye giderek, bunları kullanarak gerçekliğin doğasına ilişkinmümkün olan en çok bilgiyi elde etmekolduğunainanıyorlar.Benimseölçümprobleminintambirçözümüneulaşmayaçalışarakkazanılacakbirkavrayışolduğunailişkingüçlükuşkularımvar.

Bu yüzden, her ne kadar çevreyi de kapsayan dağılmanın kuantum-klasik ayrımını ortadan kaldıranyapınınhayatibirparçasıolduğuyönündeyaygınbiruzlaşıvarsavepekçokkimsebufikirleringününbirinde ikisiarasında tamve iknaedicibirbağlantıoluşturacağıkonusundaumutluysada,buköprününbugüntamolarakinşaedilmişolduğukonusundahenüzçoğukimseiknaolmuşdeğildir.

KuantumMekaniğiveZamanınOku

O zaman, ölçüm probleminin neresindeyiz ve bunun zamanın oku için anlamı nedir? Genel olarak,gündelikyaşananlarıkuantumgerçekliğinebağlamayıhedefleyenikigrupönerivardır,ilkgrupta(örneğinbilgiolarakdalgafonksiyonu;birçokdünya;dağınım)Schrödingerdenklemiöykününherşeyidir;önerilerdenklemlerinfizikselgerçeklikkonusundaneanlamageldiğiniyorumlamanındeğişikyollarınısağlarlar.İkinci grupta (örneğin Bohm; Ghirardi-Rimini-Weber), Schrödinger denklemi başka denklemlerletamamlanmalı (Bohm un yorumunda dalga fonksiyonlarının parçacıkları nasıl itelediğini gösterendenklem) veya değiştirilmelidir (Ghirardi-Rimini-Weber yorumunda yeni ve açık bir çökmemekanizmasınınişiniçinekatılması).Zamanokunaolanetkininbelirlenmesiiçinhayatiönemiolansoru,buönerilerinzamanınbiryönüylediğeriarasındatemelbirasimetrigetiripgetirmediğidir.SchrödingerdenkleminintıpkıNewton,MaxwellveEinstein'ındenklemlerigibizamandailerivegeriyönlerinieşitolarak ele aldığını hatırlayın.Schrödinger denkleminin zamanda evrimyönünügösterenbir okuyoktur.Önerilerdenherhangibiriacababunudeğiştiriyormu?

İlk grup önerilerde Schrödinger yapısı hiç değiştirilmez, bu nedenle zaman simetrisi korunur, ikincigrupta ise ayrıntılara bağlı olarak zaman simetrisi kalabilir veya kalmayabilir. Örneğin, Bohm'unyaklaşımında, önerilen yeni denklem gelecek zamanı ve geçmiş zamanı eşit olarak ele aldığından, birasimetri ortaya çıkmaz. Ama Ghirardi, Rimini ve Weber in önerisi, zamansal yönü olan bir çökmemekanizması getirir; "sivri bir durumdan yayvan bir duruma giden, "çökmeyi geri alan" bir dalgafonksiyonu, değiştirilmiş olan denklemlerle uyum sağlamaz.Bu nedenle, öneriye bağlı olarak, kuantum

ölçümproblemininçözümüylebirliktekuantummekaniği,zamanınherikiyönünüdeeşitbirbiçimdeelealmayısürdürebilirveyasürdürmeyebilir.Şimdiherolasılığınimaettiğisonuçlarabirgözatalım.

Eğerzamansimetrisidevamederse(kiedeceğindenkuşkuluyum),geçenbölümdekidüşünüşmantığıvesonuçların tamamıküçükdeğişikliklerle kuantumdünyasına taşınabilir.Zamanınoku tartışmamızagirençekirdekfizik,klasikfiziğinzamantersinmesisimetrisidir.Kuantumfiziğininyapısıvetemeldiliklasikfiziğinkindenbukadar farklı iken -konumvehızlar yerine dalga fonksiyonları;Newtonyasaları yerineSchrödinger denklemi- kuantum denklemlerinin zaman tersinmesi simetrisi zamanın okunun ele alınışbiçiminindeğişmeyeceğinigarantiler.Parçacıklarıonlarındalga fonksiyonları cinsinden tanımladığımızsürece, kuantum dünyasındaki entropi, klasik fizikteki gibi tanımlanabilir. Entropinin sürekli olarakartmasıgerektiğisonucu-hemgelecek,hemdegeçmişadınıverdiğimizyönedoğruartması-geçerliliğinikoruyacaktır.

Böylece yeniden Bölüm 6'da karşılaştığımız aynı bilmeceye geldik. Eğer dünyaya ilişkin şu andakigözlemlerimizi veri ve inkar edilemeyecek kadar gerçek olarak kabul edersek ve eğer entropi hemgeleceğe hem de geçmişe doğru artmak zorunda ise, dünyanın bu şekilde nasıl var olduğunu ve nasılevrileceğini nasıl açıklarız? Ve aynı iki olasılık yeniden ortaya çıkacaktır: Ya gördüğümüz her şeyzamanın büyük çoğunluğunu tamamen düzensiz olarak geçirmiş olan, sonsuz bir evrende ara sırabeklenebilecek istatistiksel bir dalgalanmayla ansızın ortaya çıkmış, ya da bir nedenle,BüyükPatlamadanhemensonrasonderecedüşükolanentropison14milyaryıldıryavaşyavaşartmışvegelecektedeartışını sürdürecek olabilir. Bölüm 6'da olduğu gibi, hafızalarımıza, kayıtlara ve fizik yasalarınagüvenmeme durumundan kaçınmak için, ikinci seçeneğe -düşük-entropili patlama- odaklanıyor ve herşeyinnedenvenasılolupdaböylesineözelbirdurumdabaşladığınabiraçıklamaarıyoruz.

Diğeryandan,eğerzamansimetrisikaybolursa-eğerölçümproblemininbirgünkabuledilençözümükuantummekaniğinin içindegelecekvegeçmişi temelolarakasimetrikolarakele almayabaşlarsa-bu,zamanın okuna en basit çözümü ortaya koyabilir. Örneğin yumurtaların kırılmalarının ama aslakendiliğindenyapışmamalarının,klasikfizikyasalarındabulduğumuzuntersine,kırılmanınbütünkuantumdenklemlerini çözmesi, yapışmanınsa çözmemesi olduğunu gösterebilir. Kırılan bir yumurtanın tersineoynatılan filmigerçekhayattaolmayacakbirhareketi temsilederkibudaböylebirolayınedenhiçbirzamangözlemediğimiziaçıklar.Durumbukadaraçıktır.

Mümkündür.Amabudünyazamanokunaçokfarklıbiraçıklamasağlıyorgibigörünüyorsada,gerçektegöründüğü kadar farklı olmayabilir. Bölüm 6'da vurguladığımız gibi, Savaş ve Barış'ın sayfalarınıngittikçedüzensizhalegelmesiiçindüzenliolarakbaşlamalarıgerekir.Yumurtanınkırılarakdüzensizbirhalegelmesiiçindüzenli,sağlambiryumurtaolarakbaşlamasıgerekir.Entropiningeleceğedoğruartmasıiçingeçmişteentropinindüşükolmasıgerekirkiheşeygittikçedahadüzensizolmapotansiyelinesahipolabilsin. Bununla birlikte yalnızca bir yasanın geçmişle geleceği farklı olarak ele alması, bu yasanındahadüşükentropilibirgeçmişi imaetmesinigerektirmez.Yasahâlâgeçmişedoğruentropininarttığınıima ediyor olabilir (belki de entropi geçmiş ve geleceğe doğru asimetrik bir şekilde artıyor- dur) vezamanda asimetrik bir yasanın geçmiş hakkında herhangi bir şey söyleyemiyor olması da olasıdır. Busonuncusu, piyasadaki zamanda asimetrik önerilerin yalnızca biri olanGhirardi-Rimini-Weber önerisiiçindoğrudur.Buöneridekiçökmemekanizmasıbirkezişleviniyaptığındaartıkgerialmanınhiçbiryoluyoktur, çökmüş bir dalga fonksiyonuyla başlayıp daha önceki yayılmış haline doğru evrilmesinisağlamanın bir yolu yoktur. Dalga fonksiyonunun ayrıntılı şekli çöküşte kaybolur -sivri bir fonksiyonadönüşür- ve artık dalga fonksiyonunun çöküşten herhangi bir zaman süresi kadar önce nasıl olduğunuortayakoymakolanaksızdır.

Buyüzden, zamanda asimetrikbir yasaher şeyinnedenbir zaman sırasınagöregeliştiği, neden ters

yönde gelişmediği konusuna kısmi bir açıklama getirmiş olsa bile, zamanda simetrik yasalarıngerektirdiğiekleridepekalagerektirebilir:Uzakgeçmişteentropininnedendüşükolduğununaçıklanması.Elbettebu,kuantummekaniğininşimdiyekadarönerilenzamanda.Asimetrikdeğişiklikleriiçindoğrudur.Bu yüzden, gelecekteki bir keşif - benim her ikisini de olanaksız gördüğüm -iki şeyi, kuantum ölçümproblemine,ekolarakentropiningeleceğedoğruazaldığı,zamandaasimetrikbirçözüm-zamanınokunuaçıklama çabalarımız bizi bir kez daha evrenin başlangıcına geri götürür ki bu da kitabın gelecekbölümlerininkonusudur.

Bubölümlerinaçıkçagöstereceğigibi,kozmolojikdüşünceleruzayın,zamanınvemaddeninkalbinedoğruçeşitligizemlerlegiderler.Buyüzdenmodernkozmolojininfikirlerininzamanınokunadoğruolanyolculuğunda,manzarakonusundaaceleetmeden,kozmikgeçmişteiyidüşünülmüşbirgeziyeçıkmalıyız.

3–UZAY,ZAMANVEKOZMOLOJİ

VIII.Bölüm-KarTaneleriveUzay-ZamanHakkında

SimetriveEvreninEvrimi

Richard Feynman bir zamanlar eğer modern bilimin en önemli buluşunu bir cümlede özetlemesigerekseydi"Dünyaatomlardanyapılmıştır"cümlesiniseçeceğinisöylemişti.Ancakevrenikavrayışımızınnekadarbüyükbölümününatomlarınözelliklerivebunlarınarasındakiilişkilereaitolduğunuanladığımızzaman -yıldızların parlamasının ve gökyüzününmavi renginin nedenlerinden bu kitabı niçin ellerinizdehissettiğinizevebukelimelerigözlerinizlegördüğünüzekadar-bilimselmirasımızıözetlemekaçısındanFeynman'ın seçiminidaha iyi takdiredebiliriz.Günümüzünöndegelenbilim insanlarınınçoğunun,eğerikincibircümleseçmeleriistenseydi,bu"Evreninyasalarınıntemelinisimetrioluşturur"cümlesiolurdu.Sonbirkaçyüzyıliçindebilimdepekçokalt-üstoluşyaşanmıştıramaenkalıcıkeşiflerinortakbiryönüvardır: Bunlar, doğanın ne kadar farklı şekilde etkilenmeye çalışılırsa çalışılsın, değişmez kalanözelliklerinibulmuşlardır.Budeğişmezkalanniteliklerefizikçilersimetriadınıverirlervebusimetrilerpekçokbüyük ilerlemedegiderekdahahayati rolleroynamışlardır.Buda simetrinin -bütüngizemlivekarmaşıkkılıklarında-gerçeğinkeşfedilmeyibeklediğikaranlığınüzerinegüçlübir ışık tuttuğuyolundayeterincekanıtsağladığınıgöstermektedir.

Aslında göreceğimiz gibi, evrenin tarihi büyük ölçüde simetrinin tarihidir. Evrenin evrimindeki enönemlianlar,dengeninvedüzeninbirdenbiredeğişerek,öncekidönemlerdennitelikolarakfarklıkozmikarenalarayolaçtığıanlardır.Şuangeçerliolankuram,evrenin ilkdönemlerindeböylesibirdizigeçişevresigeçirdiğinivekarşılaştığımızher şeyin,budaha simetrikkozmikdöneminelle tutulurkalıntılarıolduğugörüşünütaşıyor.Amasimetrininevrilenevreninkalbindeyeraldığıdahagörkemlibiryanvardır.Zamanınkendisi simetri ileyakındanbağlantılıdır.Açıkçagörüleceğigibi, değişiminbirölçüsüolarakzamanın ikinci anlamı ve "bir bütün olarak evrenin yaşı ve evrimi" gibi şeylerden anlamlı olarak sözedebilmemizi sağlayan bir tür kozmik zamanın varlığı, çok hassas biçimde simetrinin özelliklerinebağlıdır.Bilim insanları,uzayınvezamanıngerçekanlamınıbulmakamacıylageriye,başlangıcadoğrubakarakbuevrimiincelediklerinde,simetri,başkatürlüulaşılamayacakolancevaplarvefikirlerverenensağlamkılavuzolmuştur.

SimetriveFizikYasaları

Simetriler çok boldur. Bir bilardo topunu elinizde tutun ve şu veya bu yönde -herhangi bir eksençevresinde- döndürün, kesinlikle aynı görünür. Sade, yuvarlak bir yemek tabağını masaya koyun vemerkezietrafındadöndürün:Tümüyledeğişmezgörünür.Yenioluşmuşbirkarkristaliniyavaşçatutunveherucu,birazöncekomşuucungösterdiğiyönegelecekşekildedöndürün,hiçbirşeyyapmamışsınızgibiolur. "A"harfini alın ve onu tepesindengeçendüşey eksen çevresinde döndürün, özgünharfin aynısınıeldeedersiniz.

Buörneklerinaçıkçagösterdiğigibi,bircisminsimetrileri,uygulandığındacismingörünüşündehiçbiretkisi olmayan gerçek veya hayali değişikliklerdir. Bir cisim görünümünde bir fark olmadan ne kadardeğişikliğikaldırabiliyorsa,okadarsimetriktir.Birküresonderecesimetriktirçünkümerkezindengeçenherhangibireksenetrafında-aşağı-yukarı,sol-sağveyaherhangibiryön-döndürmekgörüntüsününaynı

kalmasıyla sonuçlanır. Bir küp daha az simetriktir çünkü yalnızca yüzlerinin orta noktalarından geçeneksenlerin çevresinde 90° birimlerinde yapılan döndürmeler (ve bunların kombinasyonları) küpüngörüntüsünün aynı kalmasıyla sonuçlanır. Elbette herhangi bir kimse, örneğin Şekil 8.1c'deki gibi birdöndürme yaparsa, küpü hâlâ tanıyabilirsiniz ama birinin onunla oynadığını açıkça fark edersiniz.Simetrilerise,aksine,enbecerikliüçkâğıtçılargibidir,yaptıklarıdeğişikliklergeridehiçbirizbırakmaz.

Bütün bunlar cisimlerin uzaydaki simetrilerinden örneklerdir. Bilinen fizik yasalarının altında yatansimetriler de bunlarla yakından ilişkilidir ama bunlar için daha soyul bir soru sorulması gerekir:Gözlediğiniz fiziksel bir olayı açıklayan yasalarda kesinlikle bir etkisi olmadan, sizin üzerinizde veyaçevrenizde-birkeredaimgerçekveyahayali-negibideğişiklikleryapılabilir?Dikkatedilirse,simetrisayılmakiçinbutürdeğişiklikleringözlemlerinizideğişmezolarakbırakmasıgerekmez.Bizdahaçokbugözlemleri yöneten yasaların değişip değişmemesiyle -değişiklikten önce gördüklerinizi açıklayanyasalarla değişiklikten sonra gördüklerinizi açıklayan yasaların farklı olup olmamasıyla- ilgiliyiz. Butemelfikiretrafındaşimdibazıörnekleriinceleyelim.

Şekil8.1Eğer(a)’dakigibibirküp,(b)'deolduğugibi,karşılıklıyüzlerininortalarındangeçeneksenleretrafında90derecevekatlarındadöndürülürsedeğişmezgörünür.Ama(c)'dekigibiherhangibaşkabirdönme,farkedilir.

Olimpik bir jimnastikçi olduğunuzu ve son dört yıldır Connecticut jimnastik merkezinde çok sıkıçalışmaktaolduğunuzuvarsayın.Görünüşegöre sonsuzkere tekrarlayarakherhareketinizigittikçedahakusursuz hale getirmişsinizdir; havada yürüme hareketi için denge tahtasını ne kadar hızla itmekgerektiğini, ikili dönme hareketi için ne kadar sıçramanız gerektiğini, ikili parende atmak için paralelbarda vücudunuzu ne kadar hızla fırlatmanız gerektiğini biliyorsunuzdur. Aslında vücudunuzunhareketlerini yönetenler bunlar olduğu için, vücudunuzun Newton yasalarına doğuştan alışık olduğunuhissedersiniz. Şimdi, son gösterinizi Olimpik yarışmaların merkezi olan New York'ta, izleyicilerkarşısında yaparken, aynı yasaların geçerli olduğuna güvenirsiniz, çünkü gösterinizi tıpkıantrenmanlardakigibiyapmayaniyetlisinizdir.Newtonyasalarıhakkındabildiğimizher şeystratejinizegüven verir.Newton yasaları bir konuma veya diğerine özel değildir, Connecticut'ta bir şekilde,NewYork'ta başka bir şekilde işlemezler. Nerede olursanız olun, aynı şekilde işlerler. Yerinizi değiştirmişolsanızbile, vücudunuzunhareketlerini yönetenyasalar, tıpkı döndürülenbir bilardo topunungörüntüsügibi,bundanetkilenmez.

Bu simetri, yer değiştirme simetrisi veya yer değiştirme değişmezliği adını alır. Sadece Newtonyasalarına değil,Maxwell'in elektromanyetik yasalarına, Einstein'ın özel ve genel görelilik yasalarına,kuantummekaniğine ve modern fizikte herhangi bir kimsenin ciddiye alacağı herhangi bir öneriye deuygulanır.

Ama önemli bir noktaya dikkat edin. Gözlemlerinizin ayrıntıları ve yaşananlar bazen bir yerdendiğerinedeğişiklikgösterebilirvegösterecektir.EğerjimnastikgösterileriniziAy'dayapsaydınız,yukarısıçramakiçinbacaklarınızlazemineuyguladığınızaynıkuvvetetepkiolarakvücudunuzunhavadaçizdiği

yol çok farklı olurdu. Ama bu farkı tam olarak anlıyoruz ve bu fark zaten yasalarla bütünleşmişdurumdadır.Ay,Dünya'dandahaküçükkütleli olduğu için, uyguladığı kütleçekimi etkisi dahaküçüktür;sonuçolarakgövdenizfarklıyörüngelerçizer.Bugerçek-bircisminkütleçekimininonunkütlesinebağlıolduğugerçeği-Newton'unkütleçekimiyasasının(veEinstein'ınçokdaharafinegenelgöreliliğininde)ayrılmazbirparçasıdır.Ay'dakiveDünya'dakideneyimlerinizarasındakifark,kütleçekimiyasasınınbiryerdendiğerinedeğiştiğiniimaetmez.Yalnızcakütleçekimiyasasınınzateniçindebarındırdığıçevreselfarkı yansıtır. Bu yüzden, bilinen fizik yasalarının NewYork ve Connecticut'ta -veya şimdi ekleyelimAy'da da- eşit bir biçimde uygulandığını söylediğimizde, bu doğrudur, ama yasaların bağlı olduğuçevresel farklarıbelirlemekzorundakalabileceğiniziaklınızdançıkarmayın.Bununlabirliktekibukilitbirsonuçtur,yasalarınsağladığıaçıklayıcıyapı,konumundeğişmesiyleherhangibirdeğişikliğeuğramaz.Konumdaki bir değişiklik fizikçilerin kara tahtanın başına geçerek yeni yasalar bulmaya çalışmalarınıgerektirmez.

Fiyikyasalarıbuşekildeişlemekzorundadeğildir.Fizikyasalarınındevletlerinyasalarıgibideğişkenolduğubir evrenhayal edebiliriz; bildiğimiz fizikyasalarınınbizeAy'daki,Andromedagalaksisindeki,Yengeç bulutsusundaki veya evrenin öbür yanındaki fizik yasaları hakkında hiçbir şey söylemediği birevrenhayaledebiliriz.Aslındaburadaişleyenyasaların,evreninuzakköşelerindeişleyenyasalarlaaynıolduğundankesinlikleemindeğiliz.Amaeğeryasalaroradabiryerdedeğişiyorsa,bununçokuzakbiryerolması gerektiğini biliyoruz, çünkü gittikçe daha hassas bir şekilde yapılan astronomi gözlemleri,yasaların her yerde, en azından görebildiğimiz uzayda aynı olduğu yolunda gittikçe daha ikna edicikanıtlar ortaya koyuyor. Bu da simetrinin şaşırtıcı gücüne ışık tutuyor. Dünya gezegenine ve yakınçevresine mahkûm olmamıza rağmen, yer değiştirme simetrisi nedeniyle, buradan ayrılmadan bütünevrendeişleyentemelyasalarıöğrenebiliriz,çünkükeşfettiğimizyasalar,oyasalardır.

Dönmesimetrisiveyadönmedeğişmezliğiyerdeğiştirmedeğişmezliğininyakınakrabasıdır.Uzaydakiheryönündiğeriyleeşitolduğudüşüncesinedayanır.Dünyadanbakmakelbettebusonucavarmanızayolaçmaz.Yukarı baktığınızda, aşağı baktığınız zamangördüklerinizden çokdaha farklı şeyler görürsünüz.Ama yine, bu da çevresel ayrıntıları yansıtır; yasaların kendilerinin karakteristik bir özelliği değildir.Eğer Dünyayı terk edip bütün yıldızlardan, galaksilerden ve diğer gökcisimlerinden uzağa, uzayınderinliklerinegitseniz,simetriaçıkçaortayaçıkar:Simsiyahboşluktabiryönüdiğerindenayıracakhiçbirşeyyoktur.Hepsieşittir.Maddeninvekuvvetlerinözellikleriniaraştırmaküzerekurmaktaolduğunuzderinuzaylaboratuvarınınşuyönemiyoksabuyönemibakmasıgerektiğikonusundabiranbiledüşünmezsiniz,çünkü yasalar bu seçime kesinlikle bağlı değildir. Eğer bir gece, bir şakacı laboratuvarın jiroskopayarlarını değiştirse vebelirli bir eksen çevresindebirazdönmesinenedenolsa, bunundeneylerinizdeincelediğiniz fizikyasalarınahiçbiretkisiolmasınıbeklemezsiniz.Yapılanherölçümbubeklentiyi tamolarak karşılar. Bu nedenle, yaptığınız deneyleri yöneten ve bulduğunuz sonuçları açıklayan yasaların,hem nerede olduğunuzdan -ki bu yer değiştirme simetrisidir- hem de uzayda hangi yöne doğrudurduğunuzdan-kibudadönmesimetrisidir-bağımsızolduğunainanırız.

Bölüm 3'te incelediğimiz gibi, Galileo ve diğerleri, fizik yasalarının saygı göstermesi gereken birsimetrinin daha olduğunun çok iyi farkındaydılar. Eğer derin uzay laboratuvarınız sabit hızla hareketediyorsa-oyönedoğruistersaatte5kilometrehızla,istersaatte100.000kilometrehızlagidiyorolun-buhareketin, gözlemlerinizi açıklayan yasalar üzerinde hiçbir etkisi olmaz. Çünkü siz de, sizin sabitolduğunuzu, hareket edenlerin diğer her şey olduğunu iddia eden birisi kadar haklısınızdır. Görmüşolduğumuzgibi,Einsteinbusimetriyisonderecebeklenmedikbirbiçimde,sizinhareketinizdenveyaışıkkaynağının hareketinden etkilenmeyecek gözlemlerin arasına ışığın hızını da katarak genişletmiştir. Bu,şaşırtıcı bir hamleydi, çünkü normal olarak biz bir cismin hızının niteliklerini, gözlenen bu hızıngenelliklegözlemcininhareketinebağlıolduğunubildiğimiziçin,çevreselayrıntılarkutusunaatarız.Ama

doğanınNewtonsalyapısınınçatlaklarından ışığın simetrisininaktığınıgörenEinstein, tıpkıbirbilardotopunundönmedenetkilenmemesigibi ışıkhızınındahareketten etkilenmediğinibildirerek ışığınhızınıdoğanınihlaledilemezbiryasasıdüzeyineyükseltti.

Einstein'ındiğerbüyükkeşfiolangenelgörelilik,dahada fazla simetrikolankuramlaradoğrugidenyolaçokiyibirşekildeuyumsağlar.Nasılözelgöreliliğinbirbirlerinegöresabithızlahareketedenbütüngözlemcilerarasındasimetrikurduğunudüşünüyorsak,genelgöreliliğinde,biradımilerigiderek,bütünivmelenengözlemcilerarasındasimetrikurduğunudüşünebiliriz.Buolağandışıdır,çünküvurguladığımızgibi,hernekadarsabithızlıhareketihissedemiyorolsakdaivmelihareketihissedebiliriz;Dolayısıyla,gözlemlerinizi tanımlayan fizik yasalarının, ivmelendiğiniz zaman hissettiğiniz fazladan kuvvetiaçıklayabilmekiçinfarklıolmalarıgerekirmişgibiduruyor.Newtonunyaklaşımındadadurumböyledir,onun bütün üniversite birinci sınıf fizik kitaplarında yer alan yasalarının, eğer ivmelenen bir gözlemcitarafından kullanmıyorlarsa, değiştirilmeleri gerekir. Ama Bölüm 3'te incelenen eşdeğerlik ilkesigereğince, Einstein, ivmelenme sonucu hissettiğiniz kuvvetin, uygun şiddette bir kütleçekimi alanındahissettiğinizkuvvettenayırtedilemeyeceğinifarketmişti(ivmebüyüdükçekütleçekimialanıdabüyür).Buyüzden Einstein'ın daha rafine perspektifine göre, çevrenizde uygun bir kütleçekimi alanı bulunduğusürece, fizik yasaları siz ivmelendiğinizde de değişmezler.Genel görelilik bütüngözlemcileri; rasgele,sabitolmayanhızlarlahareketedenleribileeşitolarakelealır-bunlar tamimiylesimetriktir-çünküherbiri, hissedilen kuvvetleri farklı kütleçekimi alanlarına atfederek, kendilerinin sabit olduğunu önesürebilir.İvmelenenbirgözlemcininvebirdiğeriningözlemleriarasındakifarklar,buyüzden,jimnastikgösteriniziDünyadaveyaAy'dayaparkengördüğünüzfarklardandahafazlaşaşırtıcıolmadığıgibidoğayasalarındakideğişiklikleriçindedahafazlakanıtsunmaz.

Buörneklerpekçokkimsenin,Feynman'ınhemfikirolacağındançokkuşkuluolduğumşekilde,nedendoğa yasalarının altında yatan çok sayıda simetrinin, bilimsel görüşlerimizin bir özeti olarak, atomhipotezinin hemen ardından geldiğini düşündüklerini gösteriyor. Ama bu öykünün dahası var. Sonyirmibeş-otuz yıldır, fizikçiler simetrileri açıklayıcı merdivenin en üst basamaklarına yükselttiler.Önerilenbirdoğayasasıylakarşılaştığınızda,sorulacakdoğalbirsoruşudur:Nedenbuyasa?Nedenözelgörelilik? Neden genel görelilik? NedenMaxwell'in elektromanyetizma kuramı? Neden Yang-Mills'inzayıfvenükleerkuvvetkuramları(bunlarıyakındainceleyeceğiz)?Önemlibircevap,bukuramlarınçokhassas deneylerce tekrar tekrar doğrulanan öngörülerde bulunduklarıdır. Elbette bu, fizikçilerin bukuramlaraduyduğugüvenintemelidiramaönemlibirşeyidışarıdabırakır.

Fizikçilerbukuramlarındoğruyoldaolduklarınadainanırlar,çünkütanımlamasızorbirşekilde,doğruolduklarını hissederler ve simetri görüşleri bu hissin temelini oluşturur. Evrende hiçbir yerin, birbaşkasıyla karşılaştırıldığında özel olmamasının doğru olduğu hissi vardır, bu yüzden fizikçiler yerdeğiştirmesimetrisinindoğanınsimetrileriarasındaolmasıgerektiğinegüvenduyarlar.Hiçbirsabithızlıhareketindiğeriylekarşılaştırıldığındaözelolmamasınındoğruolduğuhissivardır,buyüzdenfizikçiler,sabit hızla hareket eden bütün gözlemciler arasında tam bir simetriyi kapsayan özel göreliliğin doğayasalarınıntemelbirparçasıolduğunagüvenduyarlar.Bunungibi,herhangibirgözlemselbakışnoktası-olasıbirivmelihareketinkapsanmasındanbağımsızolarak-birdiğerikadargeçerliolmalıdır.Buyüzdenfizikçiler,bu simetriyi işin içinekatanenbasitkuramolangenelgöreliliğin,doğalolaylarıyönetenenderin gerçekler arasında olduğuna inanırlar. Yakında göreceğimiz gibi, kütleçekiminin dışındaki üçkuvvetin kuramları -elektromanyetizma, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler- başka, daha soyut ama aynıderecede zorlayıcı simetri ilkelerini temel almaktadırlar. Bu yüzden doğanın simetrileri yalnızca doğayasalarının sonuçları değildir.Bizimmodernperspektifimizegöre simetriler, yasaların çıktığı kaynağıntemelidir.

SimetriveZaman

Doğanın kuvvetlerini yöneten yasaları biçimlendirmenin öte-sinde, simetri fikirleri zaman konusununkendisi içindehayatibirönemtaşır.Zamanıngeçtiğini,bazışeylerineskisindenfarklıolduğunadikkatederek anlarız. Kol saatimizdeki saat ibresi farklı bir rakam gösterir, Güneş'in gökyüzündeki konumufarklıdır, sayfaları dağınık olan Savaş ve Barışın yapraklan daha düzensizdir, kola şişenizden kaçankarbondioksitmolekülleridahadağılmıştır; tümbunlarbirşeylerindeğiştiğiniaçıkçagösterirveböyledeğişiklikleringerçekleşmepotansiyelinizamansağlar.JohnWheeler'danaktarırsak,zaman,doğanınherşeyinbirandaolupbitmesiniönlemekiçinkullandığıbiryoldur.

Buyüzdenzamanınvarlığıözelbirsimetrininyokluğunabağlıdır:Sezgiselkavramımızaherhangibirbenzerlikgösterenanbeankavramınıtarifetmekiçinbileevrendekişeyleranbeandeğişmelidir.Eğerşeylerinşimdinasılolduklarıylaeskidennasılolduklarıarasındamükemmelbirsimetriolsaydı,anbeandeğişimin bir bilardo topunun döndürülmesiyle ortaya çıkan değişimin ötesinde sonuçları olmasaydı,şimdi algıladığımız biçimiyle zaman olmazdı. Bu, Şekil 5.1 de gösterildiği gibi, uzay-zamanıngenişlemediğini söylemekle aynı şeydeğildir, uzay-zamangenişleyebilirdi.Amazamanekseniboyuncaher şey düzgün, birörnek olacağı için, evrenin evrildiği veya değiştiği bir yön olmazdı. Zaman, bugerçekliğin arenasının soyut bir niteliği olurdu -uzay-zaman sürekli ortamının dördüncü boyutu- aksitakdirde,tanınmasımümkünolmazdı.

Bununla birlikte, zamanın varlığı, özel bir simetrinin yokluğuyla çakışıyor olsa bile, kozmik birölçektekiuygulaması,evreninfarklıbirsimetriyeçoksaygılıolmasınıgerektirir.FikirbasittirveBölüm3'ü okurken sizin de kafanıza takılmış olabilecek bir soruyu cevaplar. Eğer görelilik bize, zamanıngeçişinin,nekadarhızlıhareketettiğimizeveiçindebulunuyorolabileceğimizkütleçekimialanınabağlıolduğunu öğretiyorsa, astronomların ve fizikçilerin evrenin tamamının belirli ve kesin bir yaşta -bugünlerde14milyaryılolarakalınanbiryaş-olduğunusöylemelerininanlamınedir?Kimegöreondörtmilyaryıl?Hangisaategöreondörtmilyaryıl?ÇokuzaklardakiTadpolegalaksisindeyaşayanvarlıklarda evrenin yaşının 14 milyar yıl olduğu sonucuna varırlar mı ve eğer öyleyse, onların saatlerinin debizimkilerleaynıhızdaişlemelerinisağlayanşeynedir?Cevapsimetriye,uzaydasimetriyedayanır.

Eğergözleriniz,dalgaboylarıkırmızıveportakalrengindençokdahauzunolanışıklarıgörebilseydi,yalnızca düğmesine bastığınızda mikrodalga fırınınızın içinin çalışmaya başlayarak ışıkla dolduğunudeğil, herkesin karanlık algıladığı bir gecede, gökyüzünde dağılmış halde bulunan soluk ve yaygın birparlamayı da görebilecektiniz. Kırk yıldan daha uzun bir süre önce bilim insanları, evrenin, BüyükPatlama’nınhemenertesindekibunaltıcıkoşullarınsoğumuşbirkalıntısıolanmikrodalgaışınımıyla-uzundalga boylu ışık- dolu olduğunu keşfettiler. Bu kozmikmikrodalga fon ışınımı tümüyle zararsızdır. İlkzamanlarda çok sıcaktı ama evren evrilip genişledikçe bu ışınım sürekli olarak seyreldi ve soğudu.Bugün,mutlaksıfırınhemenhemen2.7dereceüzerindeolup,önesürülenenbüyükzararı,antenkablosunuçıkarıp yayın yapmayan bir frekansa ayarladığınızda televizyonunuzun ekranında gördüğünüz karlanmagörüntüsüdür.

Amabuhafifparazitastronomlara,bir tyrannosauruskemiğininpaleontologlaraverdiğiniverir:Uzakgeçmişteneolduğunukurgulayabilmek içinhayatiönemiolan,geçmişeaçılanbirpencere.Bu ışınımın,son on yıldaki hassas uydu ölçümlerince ortaya çıkarılan temel özelliği, son derece düzgün, birörnekolmasıdır.Işınımıngökyüzününbirbölümündekisıcaklığı,diğerbirbölümündekisıcaklığındandereceninbindebirindendahaaz farkeder.Dünyadaböylebir simetri,WheatherChannel'i (MeteorolojiKanalı)

çok anlamsız bir hale getirirdi. Eğer sıcaklık Jakarta'da 35 derece ise,Adelaide, Şanghay,Cleveland,Anchorage ve diğer herhangi bir yerde sıcaklığın 34,999 dereceyle 35,001 derece arasında olacağınıhemenanlardınız.Kozmikölçekteise,tersine,ışınımınsıcaklığınınbirörnekliği,ikikritikdüşünceyeyolaçtığıiçininanılmazölçüdeilginçtir.

Birincisi,buışınımevreninilkdönemlerindekaradeliklergibibüyük,yığınsı,yüksek-entropilimaddetopaklarıyla dolu olduğu yolunda gözlemsel kanıtlar sağlar, çünkü böylesi türdeş olmayan bir ortam,ışınımınüzerindedetürdeşolmayanizlerbırakmışolmalıdır.OysaışınımınsıcaklığınınbirörnekolmasıgençevrenintürdeşolduğunuortayakoyarveBölüm6'dagördüğümüzgibi,kütleçekimininönemliolduğudurumlarda -evrenin ilk dönemlerinde olduğu gibi- türdeşlik düşük entropiyi ima eder. Bu da iyi birşeydir çünkü zamanın oku konusundaki tartışmamız, evrenin düşük entropili başlamasına dayanıyordu.Kitabın bu bölümündeki amaçlarımızdan biri, bu gözlemi açıklayabilmek için gidebileceğimiz kadargitmektir.Türdeş,düşük-entropili, çokbüyükölçüdedüşükolasılıklı çevreninnasıloluştuğunuanlamakistiyoruz.Bubizizamanınokununkaynağınıanlamayabüyükbiradımyaklaştıracaktır.

İkincisi,hernekadarevren,BüyükPatlama'danberievriliyorsada,ortalamaolarakbuevrimevreninheryerindehemenhemenaynıolmuşolmalı.Buradaki,Whirlpoolgalaksisindeki,Comakümesindekivediğer her yerdeki sıcaklığın virgülden sonra dördüncü basamağa kadar aynı olması için, uzayın herbölgesindeki fiziksel koşulların Büyük Patlama'dan bu yana temel olarak aynı şekilde evrilmiş olmasıgerekir.Buönemlibirsonuçolmaklabirliktedoğruyorumlanmasıgerekir.Geceleyingökyüzünebirgözatmakelbetteçeşitlenmişbirevrenigözlerönüneserer:Gezegenlerveherçeşityıldızlaruzaydaşurayaburaya serpiştirilmişlerdir. Ama önemli nokta, evrenin bütününün evrimini çözümlediğimiz zaman, bu'küçük'-ölçekli değişiklikler üzerinden ortalama alan bir "makro" perspektiften baktığımız ve büyük-ölçekliortalamalarınhemenhementamolarakbirörnekgöründüğüdür.Birbardaksuyudüşünün.Moleküldüzeyindesuhiçdetürdeşbiryapıyasahipdeğildir:ŞuradabirH20molekülü,aradabiruzayparçası,buradabirH2Omolekülüdahavb.Amaeğerküçükölçeklimolekülerkümeliliküzerindenortalamaalırve suyu gündelik hayatta çıplak gözle gördüğümüz "büyük" ölçeklerde incelersek, bardaktaki su sonderecebirörnekvetürdeşgörünür.Gökyüzünedoğrubaktığımızdagördüğümüzbirörnekolmamahali,tekbirH20molekülününmikroskobikgörüntüsügibidir.Amabirbardaksudaolduğugibi, evrenyeterincebüyükölçeklerde-yüzmilyonlarcaışıkyılımertebesindekiölçeklerde-incelendiğinde,olağanüstütürdeşgörünür.Buyüzden ışınımınbirörnekliğihemfizikyasalarının,hemdeevrendekiortamınayrıntılarınınfosilleşmişbirvasiyetidir.

Budurumunönemlisonuçlarıvardırçünkübirbütünolarakevreneuygulanabilecekzamankavramınıtanımlamamızaolanakverenşey,evreninbirörnekliğidir.Eğerdeğişiminölçüsüolarakgeçerlibirgeçenzaman tanımını alırsak, uzaydaki koşulların birörnekliği, evrendeki değişimin birörnekliğinin ve buyüzden geçen zamanın birörnekliğini de ima eder. Nasıl dünyanın jeolojik yapısının birörnekliği biriAmerika'da,diğeriAfrika'da,birdiğeriiseAsya'dabulunanjeologlarındünyanıntarihiveyaşıkonusundahemfikirolmalarınaolanakveriyorsa,uzayıntamamındakikozmikevriminbirörnekliğidebiriSamanyolugalaksisinde, diğeri Andromeda galaksisinde, bir diğeri ise Tadpole galaksisinde bulunan fizikçilerinevrenintarihiveyaşıkonusundahemfikirolmalarınaolanakverir.Somutlaştıracakolursak,evrenintürdeşevrimi,biriburada,diğeriAndromedagalaksisinde,birdiğeriiseTadpolegalaksisindebulunansaatlerinortalamaolarakhemenhemenaynı fizikselkoşullaramaruzkalacağınıvebuyüzdenhemenhemenaynıhızdaçalışacaklarıanlamınagelir.Böyleceuzayıntürdeşliğievrenselbireşzamanlılıksağlar.

Şimdiye kadar önemli ayrıntıları (bir sonraki alt bölümde işlenecek olan uzayın genişlemesi gibi)atlamış olsam da, tartışma konunun özünü aydınlatıyor: Zaman simetrilerin kavşağında bulunur. Eğerevrende mükemmel bir zamansal simetri olsaydı -tamimiyle değişmez olsaydı- zamanın ne anlama

geldiğini tarif etmek bile zor olurdu. Öte yandan, eğer evren, uzayda simetriye sahip değilse -eğer,örneğin fon ışınımı farklı bölgelerde çok farklı sıcaklıklara sahip olacak şekilde gelişigüzel olsaydı-kozmolojikolarakzamanınpekanlamıolmazdı.Farklıyerlerdekisaatlerfarklıhızlarlaçalışırveböyleceevren 3 milyar yaşındayken nasıl olduğu sorulduğunda, cevap üç milyar yıl geçtiğini kimin saatiylegördüğünüzebağlıolurdu.Budakarmaşıkolurdu.Neysekievrenimizdezamanıanlamsızkılacakkadarçoksimetriyokamaböylesikarmaşıkdurumlardankaçınmamızayetecekkadar,evrenin toplamyaşıvezamaniçindekievrimindensözedecekkadarsimetrivar.

Ozaman,şimdidikkatimizibuevrimeçevirelimveevrenintarihinebirgözatalım.

YapıyıEsnetmek

Evrenin tarihi kulağa büyük ve karmaşık bir konu gibi gelmekle birlikte, genel hatlarıyla şaşırtıcıderecedebasitolupbüyükölçüdebirtemelgerçeğedayanır:Evrengenişliyor.Bugelişenkozmiktarihinenönemliöğesivekesinlikleinsanlığınenbüyükkeşiflerindenbiriolduğuiçin,kısacabununnasılböyleolduğunugörelim.

1929'da Edwin Hubble, Pasadena, Kaliforniya'da bulunan Mount Wilson'daki 2.5 metre çapındakiteleskobu kullanarak, saptayabildiği otuzbeş-kırk galaksinin birbirlerinden uzaklaşmakta olduklarınıbuldu.AslındaHubblebirgalaksinekadaruzaktaysa,uzaklaşmahızınınokadarfazlaolduğunufarketti.Anlamlıbirölçekverelim:Hubble'ınözgüngözlemlerinindaharafineçeşitlemeleri(diğerlerininyanısıraHubble Uzay Teleskobu da kullanılarak binlerce galaksi incelenmiştir) bizden 100 milyon ışık yılıuzaktaki galaksilerin bizden saatte 9milyon kilometre hızla, 200milyon ışık yılı uzaktaki galaksilerinsaatte18milyonkilometrehızla,300milyonışıkyılıuzaktakigalaksilerinsesaatte26.5milyonkilometrehızlauzaklaşmaktaolduklarını göstermiştir.Hubble’ınkeşfi şok ediciydi çünkühâkimolanbilimselvefelsefi önyargılar evrenin en büyük ölçeklerde durağan, sonsuz, sabit ve değişmez olduğunu önesürüyordu. Ama Hubble bu görünümü bir hamlede dağıttı. Einstein'in genel göreliliği, mükemmel birdeneyvekurambirlikteliğisergileyerek,Hubble’ınkeşfinegüzelbiraçıklamagetirdi.

Aslında bir açıklama bulmanın özel bir zorluğu olmadığını düşünebilirsiniz. Sonuçta, eğer birfabrikanın yanından geçerken her çeşit malzemenin hızla her yöne doğru uçtuğunu görürseniz, büyükolasılıkla bir patlama olduğu sonucuna varırsınız. Metal ve beton parçalarının izlediği yolları geriyedoğru izlerseniz bunların bir noktaya doğru gittiğini görür ve burasının da büyük olasılıkla patlamanıngerçekleştiği yer olduğunu bulursunuz. Aynı düşünüş mantığı, yeryüzünden baktığımızda -Hubble'ıngözlemlerinin ve sonradan yapılan gözlemlerin desteklediği gibi- galaksiler bizden uzaklaşıyor gibigöründüklerinden, bizim uzaydaki konumumuzun, yıldızların ve galaksilerin hammaddesini birörnekolarakkusan,çokeskibirpatlamanınyeriolduğunugösterir.Amabukuramınsorunu,uzayınbirbölgesini-bizim bulunduğumuz bölge- diğerlerinden ayırarak, evrenin doğum yeri olarak işaretlemesidir. Eğerdurumböyleolsaydı,derinanlamlarıolanbirasimetriyenedenolurdu:Bupatlamanınolduğuyerden -yanibizden-uzakbölgelerdekifizikselkoşullar,buradakilerdençokfarklıolurdu.Astronomiverilerindeböyle bir asimetrinin ipuçları yoktur. Bunun da ötesinde, Kopernik öncesi düşünce ile karışmış olan"insaniçinci"açıklamalardabüyükölçüdekuşkulanıldığınıntersine,Hubble'ınkeşfinindahaoturmuşbiryorumu,bizimkonumumuzunkozmikdüzendeözelbiryerişgaletmediğibiraçıklamayıgerektirir.

Genelgörelilikböylebiraçıklamasağlar.Einsteinuzayınvezamanınesnek,sabitolmayan,lastikgibi,katı olmayan bir yapıda olduğunu buldu ve uzayla zamanın madde ve enerjinin varlığına nasıl tepkiverdiğini kesin bir biçimde gösteren denklemleri ortaya koydu. 1920'lerde Rus matematikçi ve

meteorolog

Alexander Friedmann ve Belçikalı papaz ve astronom Georges Lemaître birbirlerinden bağımsızolarak,bütünevreneuygulananEinstein'ındenklemleriniçözümledilervebuikisiçarpıcıbirşeybuldular.Tıpkı Dünya'nın kütleçekiminin havaya fırlatılan bir topun ya daha yükseklere çıkıyor olması ya daaşağıyadüşüyorolmasıgerektiğini,havadasabitduramayacağını(enyükseknoktayaulaştığıandışında)ima ettiği gibi, Friedmann ve Lemaître bütün evrene dağılmış bulunanmadde ve ışınımın kütleçekiminedeniyle uzayın yapısının ya daha da gerilmesi ya da büzülmesi gerektiğini, sabit boyutlardakalamayacağınıimaettiğinibuldular.Aslındabu,benzetmeninfiziğinyalnızcaözünüdeğil,matematikseliçeriğini de gösterdiği ender örneklerden biridir çünkü yerden yüksekteki topun yüksekliğini yönetendenklemlerEinstein'ınevreninboyutlarınıyönetendenklemleriylehemenhemenaynıdır.''

Genel görelilikte uzayın esnekliği,Hubble'ın keşfininyorumlanması için esaslı bir yol sağlar.Genelgörelilik,galaksilerindışarıdoğruhareketinifabrikadakipatlamanınkozmikçeşitlemesiolarakaçıklamakyerine,uzayınmilyarlarcayıldırgerilmekteolduğunusöyler.Uzayşiştikçe,tıpkıkabarmaktaolanüzümlübirkekiniçindekiüzümlerinbirbirlerindengittikçeuzaklaşmasıgibi,galaksileridebirbirlerindenuzağadoğru sürüklemektedir. Bu nedenle dışarı doğru hareketin kaynağı uzayda ortaya çıkan bir patlamadeğildir.Dışarıdoğruhareketuzayınkendisininsürekliolarakdışarıdoğruşişmesininsonucudur.

Kilitdüşünceyidahaiyianlamakiçin,çokyararlıbirörnekolduğundanfizikçilerinsıksıkbaşvurduğuşişmekte olan balon örneğini gözünüzün önüne getirin (bu benzetmenin, kitabın sonundaki notlardagöreceğinizgibi,enazından,kozmolojiyeönemlikatkılarıolanbirbiliminsanıolanWillemdeSitter'layapılanbirröportajsonrasında1930'dabirHollandagazetesindeçıkan,eğlencelibirçizgi-öyküyekadarizisürülebilir')-Buörnekteiçindeyaşadığımızüçboyutluuzay,Şekil8.2a'dagörüldüğügibigözönündecanlandırması daha kolay olan ve gittikçe daha fazla şişirilen, iki boyutlu, küresel bir balon yüzeyinebenzetilir.Galaksilerbalonunyüzeyineeşitaralıklarlayapış-tırılmışbozukparalarlatemsiledilir.Dikkatederseniz,balongenişledikçeparalardabirbirlerindenuzaklaşarakgenişleyenuzayınnasılgalaksileridesürükleyerekbirbirlerindenuzaklaştırdığıkonusundabasitbirbenzetmeortayakoyar.

Bu modelin önemli bir özelliği, paralar arasında tam bir simetri olmasıdır çünkü bir paradanbakıldığında ne görülüyorsa diğerinden bakıldığında da aynı şey görülür. Bunu göz önündecanlandırabilmekiçinküçüldüğünüzü,buparalardanbirininüzerindeoturduğunuzuvebalonyüzeyininhertarafına baktığınızı hayal edin (bu benzetmede balonun yüzeyi bütün uzayı temsil ettiği için balonadışarıdanbakmanınhiçbiranlamıyoktur).Negörürsünüz?Balongenişledikçediğerparalarınsizdenheryöne doğru uzaklaştıklarını görürsünüz. Eğer başka bir paranın üzerinde olsaydınız ne görürdünüz?Simetri, aynı şeyi göreceğinizi garantiler: Paralar her yöne doğru uzaklaşmaktadır.Bu somut görüntü -gittikçe daha hassas astronomi gözlemleri tarafından desteklenen- evrendeki 100milyardan daha fazlasayıdakigalaksilerdenherhangibirindebulunanvegüçlübir teleskoplageceleyingökyüzünebakanbirgözlemcinin ortalama olarak bizimle aynı görüntüyü, her yönde birbirlerinden uzaklaşmakta olangalaksilerigöreceğiyolundakiinancımızıçokiyiörnekler.

Ve bu yüzden, dışarı doğru olan hareket önceden var olan bir uzaydaki bir fabrika patlamasınabenzemiyor da, uzayın kendisinin gerilmesinden kaynaklanıyorsa, bu hareketin merkezi olan özel birnoktaya -özel bir paraya veya özel bir galaksiye- ihtiyaç yoktur. Her nokta -her para, her galaksi-diğerleriyle tamolarakeşittir.Herhangibirnoktadangörülenmanzara,patlamanınmerkezindengörülenmanzara gibidir. Her para diğer paraların uzaklaşmakta olduğunu görür, bizim gibi herhangi birgalaksidekibirgözlemci,bütündiğergalaksilerinuzaklaşmaktaolduğunugörür.Bu,bütünkonumlariçindoğruolduğundan,dışarıdoğruolanhareketinyayıldığımerkezolanözel,tekbirkonumyoktur.

Üstelikbu açıklamayalnızcagalaksilerinuzaysal olarak türdeşolandışarı doğruolanhareketlerininnedenininitelolarakıklamaklakalmaz,Hubbletarafındanbulunanvesonrakigözlemlercedahabüyükbirkesinlikledoğrulanannicel ayrıntılarınnedenlerini gösterir.Şekil 8.2b'degösterildiği gibi, eğer balon,verilen bir zaman aralığında şişerek örneğin iki katına çıkarsa, bütün uzaysal uzaklıklar da iki katınaçıkacaktır. Aralarında 1 santimetre olan paraların arasında şimdi 2 santimetre, 2 santimetre olanlarınaralarındaşimdi4santimetre,3santimetreolanlarınsaaralarındaşimdi6santimetrebulunacaktırvb.Buyüzden, belirli herhangi bir zaman aralığında iki paranın arasındaki uzaklık artışı, başlangıçlaaralarındakiuzaklıklaorantılıdır.Verilenbirzamanaralığındauzaklığındahafazlaartmasıdahabüyükhızanlamınageldiğiiçin,başlangıçtabirbirlerindenuzakolanparalarbirbirlerindendahahızlıuzaklaşırlar.Özetolarak,ikiparabirbirindennekadaruzaksa,aralarındaokadarfazlabalonyüzeyivardır,buyüzdendebalonşişerkenbirbirlerindendahahızlıuzaklaşırlar.Budüşünüşmantığınıtamolarakgenişleyenuzayave onun kapsadığı galaksilere uygularsak, Hubble'ın gözlemlerinin bir açıklamasını elde ederiz. İkigalaksibirbirlerindennekadaruzaksa,aralarındaokadarbüyükuzayvardırvebuyüzdenuzaygerilirken(şişerken)birbirlerindenokadarhızlıuzaklaşırlar.

Şekil8.2(a)Eğerbirküreninyüzeyineeşitaralıklarlabozukparalaryapıştırılırsa,herhangibirparadangörülenmanzaradiğeriyleaynıdır.Budaherhangibirgalaksidenbakıldığındagörülenlerin,birbaşkagalaksidenbakıldığındagörüleceklerleaynı

olduğuyolundakiinancımızlaörtüşür.(b)Eğerküregenişlerse,paralararasındakiuzaklıkartar.Üstelik8.2a'dakiikiparabirbirindennekadaruzaksa,8.2b'dekigenişlemesırasındadaaralarındakiuzaklıkokadarçokartar.Budabirgalaksiyebakılannoktanekadaruzakolursa,galaksininonoktadanokadarhızlıuzaklaştığıyolundakiölçümlerimizleparalellikgösterir.Dikkatederseniz,buradahiçbirpara,özelolarakdiğerlerindenayrılmazkibudaevrendekihiçbirgalaksininuzayıngenişlemesinin

merkeziveyaözelbirnoktasıolmadığıinancımızıdestekler.

Genelgörelilik,galaksileringözlenenhareketiniuzayınşişmesinebağlayarakyalnızcauzaydakibütünnoktalarısimetrikolarakelealanbirçözümsağlamaklakalmamış,birhamledeHubble'ınbütünverileriniaçıklamıştır. İştefizikçilerinneredeyse"yanlışolamayacakkadargüzel"diye tanımladıkları,gözlemlerisayısalbirkesinliklevesanatsalbirsimetriylevererekkutudan-yaniuzayınkendisinden-çıkan,böylebiraçıklamadır.Uzayınyapısınıngerilmekteolduğuyolunda,neredeyseevrenselbirfikirbirliğivardır.

GenişleyenEvrendeZaman

Balonmodelininbirazfarklıbirçeşitlemesinikullanarak,uzaygenişliyorolsabile,uzaydakisimetrininnasıl evrenin her tarafına birörnek uygulanan bir zaman kavramına yol açtığını artık daha kesin olarakanlayabiliriz.HerbozukparanınŞekil8.3'tekigibi,birbirinineşiolansaatlerledeğiştirildiğinidüşünün.Görelilikten,birbirinineşiolansaatlerinfarklıfizikseletkilere-farklıhareketlereveyafarklıkütleçekimi

alanlarına-maruz kaldıklarında farklı hızla işleyeceklerini biliyoruz. Basit ama kilit bir gözlem, şişenbalonun üzerindeki paralar arasındaki tam simetrinin saatler arasındaki simetriye dönüşmesidir. Bütünsaatler aynı fiziksel koşullaramaruzkalır, buyüzden aynı hızla işler ve aynımiktarda zamangeçtiğiniölçerler. Benzer biçimde, galaksilerin arasında tam bir simetri bulunan, genişleyen bir evrende, birgalaksiveyadiğeriylebirliktehareketedensaatlerdeaynıhızdaişlemeliveaynıgeçenzamanmiktarımölçmelidirler.Başkatürlünasılolabilir?Hersaatdiğerleriyleaynıdırveortalamaolarak,hemenhemenaynı fiziksel şartların etkisi altındadır. Bu, gene simetrinin şaşırtıcı gücünü gösterir. Herhangi birhesaplama veya ayrıntılı bir çözümleme olmaksızın, fiziksel ortamın birörnekliğinin, mikrodalga fonışınımının birörnekliği ve galaksilerin uzaydaki birörnek dağılımının doğruladığı gibi, zamanınbirörnekliğisonucunuçıkarmamızaolanaksağladığınıanlarız.

Hernekadarburadakidüşünüşmantığıbasitdeolsa,sonuçkafakarıştırıcıolabilir.Uzaygenişledikçegalaksiler de birbirlerinden uzaklaştıkları için, bu galaksilerle birlikte hareket eden saatler debirbirlerindenuzaklaşır.Üstelikbirbirlerinden,aralarındakiçokfarklıuzaklıklarcabelirlenençokfarklıhızlarlauzaklaşırlar.Buhareket,Einstein'ınözelgöreliliğininbizeöğrettiğigibi,saatleriartıkeşzamanlıolmaktan çıkarmaz mı? Birçok nedenden dolayı bu sorunun cevabı hayırdır; bu konuda düşünmeninayrıntılıveyararlıbiryoluşöyledir.

Şekil 8.3 Hareketleri ortalama olarak yalnızca uzayın genişlemesinden kaynaklanan galaksilerlebirliklehareketedensaatlerevrenselkozmikzamanayarıoluştururlar.Birbirlerindenayrılsalarbile,uzaydadeğil,uzaylabirliktehareketettikleriiçin,eşzamanlıolarakkalırlar.

Bölüm3'ten,Einstein'ınuzaydadeğişikşekillerdehareketedensaatlerindeğişikhızlardaçalıştıklarınıkeşfettiğini öğrenmiştik (çünkü zamandaki hareketlerinin farklı miktarlarını uzaydaki hareketlerineaktarırlar;Bart'ınkaykayındaöncekuzeyegittiği,dahasonrahareketininbirbölümünüdoğuyaaktardığıörneği hatırlayın). Ama şimdi söz konusu olan saatler, uzayda hiç hareket etmezler. Tıpkı her paranınbalonüzerindebir noktayayapıştırılması ve balonun şişmesiyle yalnızca diğer paralardanuzaklaşmasıgibi,hergalaksideuzaydabelirlibiryerkaplarveçoğunluklauzayınşişmesinedeniyleyalnızcadiğergalaksilerden uzaklaşır. Bu da, uzayın kendisine göre, bütün saatlerin aslında durağan olduğu ve aynıhızdaçalışacaklarıanlamınagelir.Evreninyaşınıölçmektekullanılacakolaneşzamanlıkozmiksaatler,hareketleriyalnızcauzayıngenişlemesindenkaynaklananbusaatlerdir.

Şekil8.4(a)Sonsuzdüzbiryüzeyüzerindeherhangibirparadanbakıldığındagörülenmanzara,diğerindengörülenlerleaynıdır,(b)Şekli8.4a'dakiparalarbirbirindennekadaruzaksa,yüzeygenişledikçearalarındakiuzaklıklardaokadarartar.

Elbette,dikkatederseniz,saatiniziyanınızaalıpbirroketebinerekuzaydaolağanüstühızlaraulaşabilir,uzayın genişlemesinden gelen kozmik akıştan çok daha büyük hızlarla hareket edebilirsiniz. Eğer bunuyaparsanız,sizinsaatinizfarklıbirhızlaişleyecekveBüyükPatlama'danberifarklıbirzamangeçtiğinibulacaksınız.Bu,sonderecegerçekçibirbakışaçısıdıramatümüylebireycidir:Ölçülmekteolanzaman,özel olarak nerede bulunduğunuzun geçmişine ve hareket durumunuza bağlıdır. Astronomlar evreningeçmişinden söz ettikleri zamansa evrensel bir şey, her yerde aynı anlama sahip olan bir şey ararlar.Uzaydakideğişiminbirörnekliği,bunuyapmanınbiryolunugösterir.

Aslında, mikrodalga fon ışınımının birörnekliği, uzayın kozmik akışı ile birlikte hareket edipetmediğinizisınayan,eldehazırolanbirtestortayakoyar.Gördüğünüzgibi,hernekadarmikrodalgafonışınımı uzayda türdeş ise de, uzayın genişlemesinin getirdiği kozmik akışın ötesinde ek bir hareketyaparsanız,ışınımıntürdeşolduğunugözlemezsiniz.Nasılbirarabanınkornasınınsesiyaklaşmaktaikennormalden ince, uzaklaşmakta iken ise normalden daha kalın duyulursa, bir roketle uzayda hareketettiğinizde de roketin ön tarafına doğru gelen mikrodalgaların tepe ve çukurları, roketin arka tarafınagelenlere göre daha yüksek frekanslarda çarparlar.Mikrodalgalarda daha yüksek frekans, daha yükseksıcaklık demektir, bu yüzden, gittiğiniz doğrultudaki ışınımın arkanızdan gelmekte olan ışınımdan birazdahayükseksıcaklıktaolduğunubulursunuz.Burada,Dünyaadlı"uzaygemisinde"deastronomlar,uzayınbiryönündekimikrodalgalarınsıcaklığını,tersyöndekilerdenbirazdahayüksekolarakölçüyorlar.Bununnedeni yalnızca Dünya'nın Güneş çevresinde, Güneş inse galaksi merkezi çevresindeki hareketi değil,bütün Samanyolu galaksisinin de kozmik genişlemenin üzerinde küçük bir hızla Hydra takımyıldızınadoğruhareketediyorolmasıdır.Ancakastronomlarbugöreceliolarakküçükhareketlerinetkileriniyokedecek düzeltmeleri yaptıktan sonra algıladığımız mikrodalgalar, gökyüzünün bir bölümüyle diğeriarasındakiışınımsıcaklığınınbirörnekliğinisergilerler.İştebütünevrenitarifederkenanlamlıbirşekildezamandan söz edebilmemize olanak veren, bir konum ve diğeri arasındaki bu birörneklik, bu bütünselsimetridir.

GenişleyenEvreninKolaycaFarkEdilmeyenÖzellikleri

Kozmik genişleme konusundaki açıklamalarımızın birkaç ince noktası üzerinde durmaya değer.Birincisi, çevremizdeki uzaya baktığımızda gördüğümüz uzay üç boyutlu iken, balon benzetmesindeherhangi bir rol oynayan tek şeyin yalnızca balonun yüzeyi, yalnızca iki boyutlu bir yüzey (her noktaDünyayüzeyindekienlemveboylamlarabenzeyenikirakamlabelirlenebilir)olduğunuhatırlayın.Gerçek,üçboyutluöyküdekitemelkavramlarıkorumaklabirliktegözönündecanlandırmakçokdahakolayolduğuiçindahadüşükboyutluolanbumodelikullanıyoruz.Bunuakılda tutmakönemlidir, özellikledebalonmodelinde özel bir noktanın bulunduğunu, bunun da balonun şişerken bütün yüzeyinin uzaklaştığı içhacmininortanoktasınınolduğunusöylemeeğilimindeyseniz.Bugözlemdoğruolsada,balonunyüzeyindeolmayan bir noktanın hiçbir rolü olamayacağından, bu benzetmede anlamsızdır. Balonun yüzeyi bütünuzayı temsil eder; balonun yüzeyinde olmayan noktalar yalnızca benzetmenin ilgisiz yan ürünleri olupevrendeherhangibiryerekarşılıkgelmezler.

İkincisi,eğerdahauzaklardakigalaksilerinuzaklaşmahızlarıdadahabüyükse,bu,yeterinceuzakolangalaksilerin bizden ışık hızından daha büyük hızlarla uzaklaşıyor olacakları anlamına gelmiyor mu?Cevap, çok net bir evettir. Ama özel görelilikle bir çelişki yoktur. Neden? Çünkü bu, kozmik akışnedeniyle birbirlerinden uzaklaşan saatlerin eşzamanlı olarak kalmalarıyla yakından ilişkilidir. Bölüm3'tevurguladığımızgibi,Einstein,uzaydahiçbirşeyinışıktandahahızlıhareketedemeyeceğinigösterdi.Ama galaksiler ortalama olarak uzayda hemen hemen hiç hareket etmezler. Galaksilerin hareketi

neredeysetümüyleuzayınkendisiningerilmesiyüzündendir.Einstein'ınkuramı,uzaydakiikinoktanın-ikigalaksinin- birbirlerinden ışık hızından büyük hızlarla uzaklaşacakları şekilde gerilmesini yasaklamaz.Einstein'ın sonuçları, uzayın genişleme hızı çıkarıldıktan sonraki hızlara, uzayın genişlemesindenkaynaklanan hızların ötesindeki hızlara sınırlama getirir. Gözlemler, birbirlerinden uzayın şişmesinedeniyleuzaklaşangalaksilerinhızlarıışıkhızınıgeçebilecekolsada,kozmikakışlahareketedentipikgalaksileriçinböylesifazladanhareketlerin,özelgöreliliğetamolarakuyanbirşekilde,enaltdüzeydeolduğunudoğruluyorlar.

Üçüncüsü, eğer uzay genişliyorsa, bu galaksilerin birbirlerinden uzaklaşmalarının yanısıra, hergalaksininiçindeşişenuzayıngalaksininiçindekiyıldızlarıbirbirlerindenuzaklaştıracağı;heryıldızınvehergezegenin içindeşişenuzayın, sizin,benimveherşeyin içindeşişenuzayınatomlarıbirbirlerindenuzaklaştıracakları; atomların içinde şişen uzayın atom altı parçacıkları da birbirlerindenuzaklaştıracaklarıanlamınagelmezmi?Kısaca,şişenuzaymetreçubuklarımızdaaralarındaolmaküzereher şeyin boyut olarak büyümesine neden olarak, genişlemenin gerçekten olduğunu fark etmemiziolanaksız hale getirmez mi? Cevap: Hayır. Balon ve para modelini yeniden düşünün. Balonun yüzeyişişerkenbütünparalarbirbirindenuzaklaşıramaparalarınkendilerigenişlemez.Elbetteeğergalaksileribalonyüzeyinesiyahdairelerçizmekyoluylagöstermişolsaydık,balonboyutolarakbüyüdüğündeküçükdairelerdebüyürlerdi.Amagerçekteneyinolupbittiğinisiyahdairelerdeğil,paralargösterir.Paralarınboyutusabitkalırçünküiçlerinde-kiçinkovebakıratomlarınıbiraradatutankuvvetlerüzerinetutkallayapıştırıldıkları balonun genişlerken uyguladığı dışarı doğru çekmeden çok daha güçlüdür. Benzerbiçimde atomları bir arada tutan nükleer kuvvetler, kemiklerinizi ve derinizi bir arada tutanelektromanyetik kuvvetler, yıldız ve galaksileri bütün halde ve galaksilerde bir arada tutan kuvvetler,uzayındışarıdoğruşişmesindendahakuvvetliolduğuiçinbunesnelerdenhiçbirigenişlemez.Yalnızcaenbüyükölçeklerde,tektekgalaksilerdençokdahabüyükölçeklerdeuzayıngenişlemesihemenhemenhiçdirençle karşılaşmaz (aralarındaki büyük uzaklıklar yüzünden birbirinden uzakta bulunan galaksilerarasındaki kütleçekimi kuvvetleri göreli olarak küçüktür) ve bu nedenle, böyle süper-galaksilerarasıölçeklerdeuzayınşişmesigökcisimlerinibirbirindenuzaklaştırır.

Kozmoloji,SimetriveUzayınŞekli

Eğer birisi sizi bir gece yarısı derin uykunuzdan uyandırıp da evrenin şeklini -uzayın tam şeklini-kendisineanlatmanızıistese,cevapvermektezorlanırdınız.UykusersemiykenbileEinstein'ınuzayınbirçeşit oyun hamuruna benzediğini gösterdiğini ve bu yüzden, ilke olarak herhangi bir şekli alabilecekolduğunu bilirdiniz. Bu durumda size bu soruyu soran kişiyi nasıl cevaplardınız? Biz, uzayda yüzmilyarlarcabenzeribulunanbirgalaksinindışbölgelerinde,ortalamabüyüklüktebiryıldızınçevresindedolananküçükbirgezegeninüzerindeyaşıyoruz,budurumdabütünevreninşeklihakkındaherhangibirşeybilmeniznasılbeklenebilir?Uyku sersemliğigeçmeyebaşlayıncayavaşyavaşbirkeredaha simetriningücününyardımınızakoştuğunufarkederdiniz.

Eğer bilim insanlarının, büyük ölçekli ortalamalarda evrendeki bütün konumların ve bütün yönlerinsimetrik olarak birbirleriyle bağlantılı olduğu yolundaki yaygın inancını göz önüne alırsanız,soruşturmacınızın size sorduğu soruyucevaplamayayakınsınızdemektir.Bunun sebebi, bütün şekillerinbazıbölgeleridiğerbölgelerindenesaslıbirbiçimdefarklıolduklarıiçin,hemenhemenhiçbirşeklinbusimetri ölçütünü karşılaştırılmamasıdır. Armudun alt tarafı üste göre daha şişkindir; yumurtanın ortataraflarıdahayassı,uçlarıdahasivridir.Buşekillerbirdereceyekadarsimetrigöstersedetamanlamıylasimetrikolmaktanuzaktır.Böyleşekilleridışarıdabırakarakvekendiniziyalnızcaherbölgeninveyönün

diğerleriyleaynıolduğuşekillerlesınırlayarakolasılıklarısonderecedaraltabilirsiniz.

Ölçütü karşılayan bir şekille zaten karşılaşmıştık. Balonun küresel yüzeyi, şişen yüzeydeki paralararasındasimetriyisağlayanentemelşekildivebuyüzdenbuşeklinüç-küreadıverilenbirçeşitlemesi,uzayın şeklini temsil edebilecek olan adaylardan biridir.Amabu da tambir simetri gösteren tek şekildeğildir.Daha kolay göz önüne getirilebilen iki-boyutlumodellerle düşünmeyi sürdürerek, üzerine eşitaralıklarlametalparalaryapıştırılmışolansonsuzgenişliktevesonsuz_uzunluktaolan,dümdüzbirlastikçarşafıdüşünün.Bütünçarşafgenişlerken,tambiruzaysalsimetriveHubble'ınkeşfiyletambirtutarlılıksergiler: Şekil 8.4'te görüldüğü gibi her para, diğerlerinin kendisinden, uzaklıklarıyla orantılı bir hızlauzaklaştıklarınıgörür.Bunedenle,bununüç-boyutlubirçeşitlemesi,yaniiçinegalaksilerinserpiştirildiği,saydamlastiktenyapılmışsonsuzgenişleyenbirküp,uzayınşekliiçinbirbaşkaolasılıktır.(Eğermutfaklailintili benzetmelerden hoşlanıyorsanız, daha önce söz ettiğimiz sonsuz büyüklükteki bir üzümlü kekhamurudüşünebilirsiniz,hamurküpbiçimindeolabiliramasonsuzbüyüklüktedir.Buradaüzümlergalaksirolündedir. Pişen kek kabarır ve üzümler gittikçe birbirlerinden uzaklaşırlar.) Bu şekle düz uzay adıverilir çünkü küresel örnekte olduğu gibi eğriliği yoktur (buradaki "düzgün anlamımatematikçilerin vefizikçilerinkullandığıgibidir,benzetmeolarak"gözlemeşekli''ilepekilgisiyoktur.)

Hemküresel,hemdesonsuzdüzşekillerinarasındaortakolanhoşnokta,herikisindedesonsuzakadaryürümeniz durumunda bile bir kenara ya da sınıra ulaşamamanızdır. Bu, dikenli birtakım sorulardankaçınmanıza olanak sağlaması açısından çekicidir:Uzayın kenarının ötesinde ne var?Uzayın sınırındayürürsenizneolur?Eğeruzayınkenarıveyasınırıyoksasorunundaanlamıyoktur.Amadikkatederseniz,iki şekil bu çekici özelliği farklı yollarla gerçekleştiriyor. Eğer küresel olarak şekillendirilmiş uzaydadosdoğru yürürseniz, tıpkı Magellan gibi, hiçbir kenarla karşılaşmadan er geç başladığınız noktayadönersiniz.Tersine,eğersonsuzdüzuzaydadosdoğruyürürseniz,tıpkıEnergizerBunnygibihiçbirkenaraulaşmazsınız amil bukezbaşladığınıznoktayadahiçbir zamandönmezsiniz.Bu, eğri vedüz şekilleringeometrileri arasında temel bir farkmış gibi görünüyorsa da, bu anlamda düz uzayın küreye şaşırtıcıderecedebenzeyen,basitbirçeşitlemesivardır.

Şekil8.4(a)Sonsuzdüzbiryüzeyüzerindeherhangibirparadanbakıldığındagörülenmanzara,diğerindengörülenlerleaynıdır,(b)Şekli8.4a'dakiparalarbirbirindennekadaruzaksa,yüzeygenişledikçearalarındakiuzaklıklardaokadarartar.

Şekil8.5(a)Birvideooyunuekranıdüzdür("eğriolmama"anlamında)veboyutusınırlıdır,ama"kapandığı"için,birkenarıveyasınırıyoktur.Matematikselolarakböyleşekillereiki-boyutlutorusadıverilir,(b)Üç-boyutlutorusadıverilen,aynışeklinüçboyutluçeşitlemesidedüzdür(eğriolmamaanlamında),sınırlıhacmesahiptiramakapandığıiçinbirkenarıyadasınırıyoktur.Eğerbir

yüzüniçindengeçerseniz,diğeryüzdeniçerigirersiniz.

Bunu göz önünde canlandırmak için, ekranın kenarları varmış gibi gözüken ama kenardan aşağıdüşemeyeceğiniz için gerçekte kenarları olmayan video oyunlarından birini düşünün: Eğer sağdankaybolursanız soldan ortaya çıkarsınız; yukarıdan kaybolursanız aşağıdan ortaya çıkarsınız. Ekran,aşağıyla yukarıyı, sağla solu birleştirerek "kapanır"; bu durumda şekil düzdür (eğri değil) ve sınırlıboyutluduramakenarıyoktur.Matematikselolarakiki-boyutlu torusadıverilenbubiçim,Şekil8.5a'dagösterilmiştir.Buşeklinüç-boyutluçeşitlemesi-üçboyutlutorus-uzayınyapısıiçinolasıbirbaşkaşekilortaya koyar. Bu şekli her üç eksen çevresinde kapanan dev bir küp olarak düşüne-bilirsiniz: Şekil8.5b'de görüldüğü gibi, üstte yürürken altta ortaya çıkarsınız, arkaya doğru yürürken önde, sola doğruyürürkensağdaortayaçıkarsınız.Böylebirşekildüzdür-eğriolmamaanlamında,yassıolmaanlamındadeğil-heryöndesonluduramagenedekenarlarıveyasınırlarıyoktur.

Buolasılıklarınötesinde,Hubble'ınuzayınsimetrikşişmesiaçıklamasıylatutarlıbirbaşkaşekildahavardır.Bunuüçboyuttagözdecanlandırmakhernekadarbirazdahazor isede,küreselörnekteolduğugibi,iyibirikiboyutlubenzerivardır:Pringle'spatatescipsininsonsuzboyutluşekli.Geneldeeyeradıverilenbu şekil, bir tür tersküredir:Küre, dışarı doğru simetrikolarakgenişlerken, eyer,Şekil 8.6'dagörüldüğügibi,simetrikolarakiçeridoğruçökmüştür.Birazmatematikseldilkullanırsak,küreninpozitifeğriliğe sahip (dışarıdoğru şişer), eyerinsenegatif eğriliğe sahip (içeridoğrubüzülür), düzuzayınsa -sonsuzveyasonluolsun-eğriliğesahipolmadığını(şişmezvebüzülmez)söyleriz."

Araştırmacılarbulistenin-birörnekpozitif,negatifveyasıfır-uzaydakibütünkonumlarvebütünyönlerarasında simetri bulunması gerekliliği ile tutarlı, olası eğriliklerinin tamamını oluşturduğunukanıtlamışlardır. Bu gerçekten hayret vericidir. Sonsuz olasılıkların bulunabileceği bir şey hakkında,bütün evrenin şekli hakkında konuşuyoruz. Ama simetrinin büyük gücünü kullanan araştırmacılar,olasılıkları en aza indirebilmişlerdir. Bu yüzden, eğer cevabınıza simetrinin kılavuzluk etmesine izinverirseniz ve eğer gecenin ilerlemiş saatlerinde sizi sorguya çeken kişi bazı tahminlerde bulunmanızaolanaksağlarsa,busoruyudoğrubirşekildecevaplayabilirsiniz.

Tıpkıbirvideooyunuekranınınkenarlarıveyasınırlarıolmayandüzuzayınsonlu-boyutlubirörneğinioluşturması gibi, eyer şeklinin de kenarları veya sınırları olmayan, sonlu-boyutlu çeşitlemeleri vardır.Bunu daha fazla açmayacağım ama her üç tür eğriliğin de (pozitif, negatif veya sıfır) kenarları veyasınırlarıolmayansonlu-boyutluşekillerlegerçekleştirilebileceğinedikkatiniziçekmekisterim.(Ozaman,ilkeolarak,Magellan,yapmışolduğuyolculuğunuzaydakibirbenzerini,eğriliğibuolasılıklarınherhangibiriileverilmişolanbirevrendeyapabilirdi.)

Şekil8.6Uzayiçinikiboyutlubenzetmelerkullanırsak,tamanlamıylasimetrikolan-yanibiryerdengörülenmanzaranındiğeryerlerdegörülenlerleaynıolduğu-üçtüreğrilikvardır.Bunlar(a)küredeolduğugibi,dışarıdoğrubirörnekşişenpozitifeğrilik;(b)sonsuzbirdüzlemveyasonluvideooyunuekranındakigibi,hiçşişmeyensıfıreğrilik;(c)eyerşeklindeolduğugibi,içeridoğru

birörnekbüzülennegatifeğrilik.

Buna rağmen, neden uzayın yapısının olası şekillerinin çeşitlemeleriyle uğraştığımızı merak ediyorolabilirsiniz.Tekbirevrendeyaşıyoruz,ozamannedentekbirşekilbelirleyemiyoruz?

Listesiniyaptığımızşekiller, evrendebulunduklarıyerdenbağımsızolarakhergözlemcinin,enbüyükölçeklerdeaynıevrenigörmelerigerektiğiyolundaki inancımızla tutarlıolanlardır.Amaböylesisimetrigörüşleri, yüksekoranda seçici olsa da, sonunakadar giderek tekbir cevabı bulabilmemiz için yeterliolmazlar.BununiçinEinstein'ıngenelgörelilikdenklemlerineihtiyaçduyarız.

Einstein'ın denklemleri, girdi olarak evrendeki madde ve enerji miktarını alır (simetri görüşleriuyarınca birörnek dağıldığı varsayılmıştır) ve çıktı olarak uzayın eğriliğini verirler. Buradaki güçlük,astronomların on yıllar boyunca, gerçekte ne kadar madde ve enerji bulunduğu konusunda bir fikirbirliğineulaşamamışolmalarıdır.Eğerevrendekibütünmaddeveenerjiuzayabirörnekdağıtılmışolsaveeğer bu yapıldıktan sonra madde yoğunluğunun kritik yoğunluk olarak adlandırılan, metreküpte0,0000000000000000000001(10-23)gramdan-hermetreküpteyaklaşıkbeşhidrojenatomu-dahafazlamadde bulunduğu anlaşılmış olsa ' Einstein'ın denklemleri uzayın eğriliğinin pozitif olduğu sonucunuverir; eğermaddeninyoğunluğukritikyoğunluktanazsa,denklemlernegatif eğrilikverir; eğeryoğunluktamolarakkritikyoğunluğaeşitse,ozamandenklemleruzayıneğriliğininsıfırolduğusonucunuverir.Hernekadarbugözlemselkonuhenüztamolarakçözülmemişolsada,enrafineverileruzayiçinsıfıreğriliği,düz uzayı işaret ediyor. Ama Energizer Bünyenin aynı yönde sonsuza kadar hareket ederse karanlıktakayıpmıolacağı,yoksabirçemberçizereksiziarkadanmıyakalayacağı-uzayınsonsuzakadardevammıettiğiyoksabirvideoekranıgibikapanmaktamıolduğu-sorusutamolarakcevapsızdır.

Günümüzdeevrendemaddeışınımdandahabololduğuiçin,kritikyoğunluğumaddeyledahaçokilişkiliolarakmetreküptegramolarakvermekdahauygundur.Metreküpte10-23gramkulağaçokgibigelmiyorsada, evrendekimetreküp sayısı çok fazladır. Üstelik zamanda geriye doğru baktığınızda, kütle/enerjininsıkışmışolduğuuzaydahaküçükolacağındanevreninyoğunluğudahabüyükolur.

Böyleolsabile,kozmikyapıkonusundanihaicevapolmadanbile,sondereceaçıkolanşey,simetrinin,bir bütün olarak evrene uygulandığında uzayı ve zamanı kavramamıza olanak veren temel düşünceolduğudur.Simetriningücüolmasaydıdahaişinbaşındatakılırdık.

KozmolojiveUzay-Zaman

Artıkkozmikgeçmişi,genişleyenuzaykavramıylaBölüm3'tekiuzay-zamanınekmeksomunutanımınıbirleştirerekaçıklayabiliriz.Hatırlayın,ekmeksomunutanımındaherdilim-hernekadarikiboyutludaolsa-üçboyutluuzayı,zamanıntekbiranında,belirlibirgözlemcininbakışaçısındangöründüğüşekliyle

temsilediyordu.Farklıgözlemcilersomunugörelihareketlerininayrıntılarıylabelirlenenfarklıaçılarladilimliyorlardı. Dahil önce karşılaştığımız örneklerde, uzayın genişlemesini dikkate almamış, evreninyapısınınzamanlasabitvedeğişmezolduğunuvarsaymıştık.Şimdi,kozmikevrimideişiniçinekatarakoörnekleridaharafinehalegetirebiliriz.

Bunu yapmak için, uzaya göre durağan durumda olan gözlemcilerin -yani, tıpkı balona yapıştırılmışolan paralar gibi, hareketleri yalnızca kozmik genişlemeden kaynaklanan-gözlemcilerin perspektifinikullanacağız. Birbirlerine göre hareket ediyor olsalar bile, böyle bütün gözlemcilerin arasında simetrivardır-saatleriuyuşur-vebuyüzdenuzay-zamansomununutamolarakaynışekildedilimlerler.Yalnızcauzayıngenişlemesindenkaynaklananhareketindışındakalangörelihareket,bugözlemcilerinsaatlerininfarklıhızlardaçalışmasınanedenolurvebunlarınuzay-zamansomununufarklıaçılardadilimlemeleriylesonuçlanır. Aynı zamanda uzayın şeklini de belirlememiz gerekir, bu nedenle, karşılaştırma amacıylayukarıdaincelenenolasılıklardanbazılarınıgözönünealacağız.

Enkolayçizilebilecekörnek,düzvesonlubirşekilolanvideooyunuşeklidir.Şekil8.7a'daböylebirevrende bir dilimi, yani şu anda bütün uzayı temsil ettiğini düşünebileceğiniz şematik bir görüntügörüyorsunuz. Basit olsun diye, bizim galaksimizin, Samanyolu'nun şeklin ortasında bulunduğunudüşünelim. Hiçbir konumun ne olursa olsun diğerlerinden hiçbir şekilde farklı olmadığını aklınızdançıkarmayın. Kenarlar bile yanılsamadır. Üst taraf uzayın bittiği bir yer değildir, çünkü üst taraftankaybolduğunuzdaalttaraftayenidenortayaçıkarsınız;benzerşekilde,soltaraftankayboluncasağtaraftanyeniden ortaya çıktığınız için sol taraf da uzayın bittiği bir yer değildir. Astronomi gözlemleriyleuzlaştırmakiçin,herkenarekranınortasındanitibarenenazından14milyaryıluzunluğundaolmalıdıramaherbiriçokdahauzunolabilir.

Dikkat ederseniz biz yıldızları ve galaksileri bu şimdi diliminde çizildikleri gibi göremeyiz, çünküBölüm5'tetartışıldığıgibi,herhangibircisimdenşimdiyayılanışığınbizeulaşmasızamanalır.Havanınaçık olduğu, karanlık bir gecede gökyüzüne baktığınızda gördüğünüz ışıklar çok önce -milyonlarca vehattamilyarlarcayılönce-yayılmayabaşlamışlarveancakşimdiDünyayadoğruolanuzunyolculuklarınıtamamlamış, teleskobumuza girmiş ve uzayın derinliklerinin görkemli görünümüne tanıklık etmemizisağlamaktadırlar.Uzaygenişlediği için, çokuzun zamanönce, bu ışıklar yayılmayabaşladığında evrençokdahaküçüktü.Bunu,somununsağ tarafınaşuandakişimdidilimimizi, soladoğru isezamanındahaönceki anlarındaki evrenimizi gösteren bir dilimler dizisi koyduğumuz Şekil 8.7b de gösterdik.Gördüğünüz gibi, evrenin giderek daha eski zamanlarına baktığımızda hem uzayın tam boyutu, hem degalaksilerarasındakiuzaklıklarazalır.

Şekil8.7(a)Uzayındüzvesonluboyutlu,yanibirvideooyunuekranıgibişekillenmişolduğuvarsayıldığındauzayışimdibetimleyenşematikgörüntü.Sağüsttekigalaksininsoldayenidengöründüğünedikkatedin.(b)Uzayınzamandaevrilmesini

betimleyenşematikgörüntü.Anlatımınaçıkolmasıiçinbirkaçzamandilimiyleyetinilmiştir.Zamandageriyebaktığımızda,uzayıntamboyutununvegalaksilerarasındakiuzaklığınazaldığınadikkatedin.

Şekil 8.8'de, belki de bir milyar yıl önce uzak bir galaksinin yaydığı, Samanyolu'nda bize doğrugelmekte olan ışığın geçmişini de görebilirsiniz. Şekil 8.8a daki başlangıç diliminde ışık yayılmayabaşlıyorveizleyendilimlerdeevrengittikçegenişliyorolsabile,ışığıngittikçeyaklaştığınıveensağdakizamandilimindedesonundabizeulaştığınıgörebilirsiniz.Şekil8.8b'deışığınyolculuğusırasındageçtiğiher dilimdeki bu konumları birbirine bağlayarak, ışığın uzay-zamandaki yolunu gösterebiliriz. Birçokyöndenışıkaldığımızdan,Şekil8.8c'deçeşitliışıkışınlarınınşimdibizeulaşmakiçingeçtikleriyollarınörneklerigörülüyor.

Bu şekiller uzaydan gelen ışıkların dramatik bir biçimde, nasıl zaman kapsülü olarakkullanılabileceğini gösteriyor. Andromeda galaksisine baktığımızda, aldığımız ışık 3 milyon yıl kadarönce yayınlanmıştır, bu yüzden Andromedayı uzak geçmişte olduğu gibi görüyoruz. Coma kümesinebaktığımızzamanaldığımız ışık300milyonyılkadarönceyayınlanmıştırvebuyüzdenComakümesiniçok daha eski bir dönemde olduğu gibi görüyoruz. Eğer şimdi Coma kümesinde bulunan bütüngalaksilerdeki bütün yıldızlar süpernova olsalar, biz bu durumdan 300 milyon yıl boyunca haberdarolamayız;ancakbukadaryıl sonrasüpernovalardanyayılan ışıkbizeulaşacakzamanbulabilir.BenzerbiçimdeComakümesindebulunanvebizimşuankişimdi-dilimimizdeyeralanbirastronomsüper-güçlübirteleskobuDünyayadoğruçevirse,birçokeğreltiotu,eklembacaklıvesürüngenlerinatalarınıgörecekti;Çin Seddini veya Eyfel Kulesini 300 milyon yıl boyunca göremeyecekti. Elbette temel kozmolojikonusunda çok iyi eğitim almış olan bu astronom, gördüklerinin Dünya'nın uzak geçmiş olduğunu farkedecek ve kendi uzay-zaman somununda Dünya’nın ilk bakterilerini ait oldukları zaman dilimineyerleştirecekti.

Şekil8.8(a)Çokuzunzamanönceuzakbirgalaksidenyayınlananışık,sonrakizamandilimlerindegittikçeSamanyolu'nayaklaşıyor,(b)Sonundauzakgalaksiyigördüğümüzde,bizeulaşanışıkçokönceyayımlandığıiçin,galaksiyehemuzayhemdezamanüzerindenbakıyoruzdemektir.Işığınuzay-zamandaaldığıyol,parlatılmıştır,(c)Bugüngördüğümüzçeşitliuzaycisimlerinin

yaydığıışığınuzay-zamandaizledikleriyollar.

Şekil8.9Uzaysalgenişlemedenkaynaklanankozmikakışınötesindeönemlimiktardahareketedenbirgözlemcininzamandilimi

Bunların tümünde hem bizim, hem deComa kümesindeki astronomun yalnızca uzaysal genişlemedenkaynaklanankozmikakışnedeniylehareketettiğivarsayılırçünküböylelikle,onunuzay-zamansomununukesiş şeklinin bizimkiyle çakışmasını garantilenmiş olur; onun şimdi-listesinin bizimkiyle uyuşmasıgaranti altına alınır. Bununla birlikte eğer astronomumuz kozmik akışın ötesinde uzayda büyük hızlarlahareketetmeyebaşlarsa,onundilimleriŞekil8.9'dakigibi,bizimkilerlebiraçıyapacaktır.Budurumda,Bölüm 5'teki Chewie'de bulduğumuz gibi, bu astronomun şimdisi bizim geçmiş veya gelecek olarakgördüğümüzzamanlaçakışacaktır(bu,ekhareketinbizedoğrumuyoksabizdenuzağadoğrumuolduğunabağlıdır).Amadikkatederseniz,onundilimleri artıkuzaysalolarak türdeşolmayacaktır.Şekil8.9'dakiheraçılıdilim,evreni farklızamanlardakeservebuyüzdenbudilimlerbirörnekolmaktanuzaktır.Bu,kozmikgeçmişin tanımlanmasınıoldukçakarmaşıkhalegetirirki, fizikçilerinveastronomlarıngeneldeböylesiperspektifleresıcakbakmamalarınınnedenibudur.Onlarbununyerine,genellikleyalnızcakozmikakış nedeniyle hareket eden gözlemcilerin perspektiflerini göz önüne alırlar, çünkü bu türdeş olandilimlereyolaçar,amatemelde,herbakışnoktası,birdiğerikadargeçerlidir.

Şekil8.10Düzvesonluboyutluolanbirevreninkozmikgeçmişi;uzay-zaman"somunu".Tepedekibulanıklık,evreninbaşlangıçdönemindekikavrayışımızıneksikliğinisimgeliyor.

Kozmikuzay-zaman somununundaha solunadoğrubakarsak, evrendahaküçülür vedahayoğunlaşır.

Nasıl bir bisiklet lastiğine hava basmayı sürdürdüğünüzde lastik gittikçe ısınırsa, uzayın büzülmesisonucundamaddeveenerjidahafazlasıkıştırıldığıiçinevrengitgidedahafazlaısınır.Eğerbaşlangıçtansaniyeninonmilyondabirikadarsonrasınagidebilseydik,evreninyoğunluğuvesıcaklığıöylesineyüksekolurdu ki, bildiğimiz madde doğanın en temel öğelerinden oluşan bir plazmaya dönüşürdü. Eğeryolculuğumuzu sıfır zamanının kendisine -Büyük Patlama anına- kadar sürdürebilseydik, bilinen bütünevren,bucümleninsonundakinoktanınyanındabirdevgibikaldığıbirboyutakadarsıkışırdı.Buerkendönemlerdeki yoğunluklar öylesine yüksekti ve koşullar öylesine uç değerlerdeydi ki, şu anda sahipolduğumuzeniyifizikselkuramlarbileneolupbittiğikonusundabirfikirveremezdi.Gittikçedahaaçıkolarakgörüleceknedenlerdenötürüyirminciyüzyıldageliştirilenveçokbaşarılıolanfizikyasalarıböyleuçkoşullardadağılırvezamanınbaşlangıcınıanlamakiçinyaptığımızyolculuktabizidümen-sizbırakır.Yakında, son gelişmelerin umut verici bir deniz feneri gibi davrandığım ama şimdilik, başlangıçta neolduğukonusundaki eksikkavrayışımızın,kozmikuzay-zaman somunununuzak sol tarafındabulanıkbirbölge bırakmak -eski Dünya haritalarındaki bilinmeyen bölgelerin günümüzdeki türü- olduğunu itirafettiğimizigöreceğiz.Busondokunuşla,Şekil8.10'dakozmikgeçmişingenelbirresminiveriyoruz.

DeğişikŞekiller

Şimdiye kadar uzayın bir video oyunu ekranı gibi şekillendiğini varsaydık ama bu öykü, diğerolasılıklariçindeaynıözelliklerinçoğunasahiptir.Örneğineğerverilersonundauzayınşeklininküreselolduğunugösterirse, zamanda geriye gittikçe kürenin boyutu küçülür, evren gittikçe daha sıcak ve dahayoğunbirhalegelirvesıfıranındabirtürBüyükPatlamabaşlangıcıylakarşılaşırız.Kürelerbirbirlerininyanındadüzgünbirbiçimdesıralanamayacakları için(örneğin,herdiliminöncekiniçevreleyenbirküreolduğu bir "küresel somun düşünebilirsiniz), Şekil 8.10'dakine benzeyen bir resim çizmek zordur amilgrafikkarmaşıklıklarınötesindefizikbüyükölçüdeaynıdır.

Sonlu düz uzayla sonsuz eyer şeklindeki uzayın ortak özellikleri olmakla birlikte bir temel özellikbakımındanbirbirlerindenayrılırlar.KesitlerinsonsuzakadaruzanandüzuzayıtemsilettiğiŞekil8.11’ebirgözatın(elbettebunlarınyalnızcabirbölümünügösterebiliyoruz).Dahaeskizamanlarabaktıkçauzaybüzülür;Şekil8.11’b'dezamandageriyebaktıkçagalaksilergittikçebirbirlerineyaklaşır.Bununlabirlikteuzayıntamboyutuaynıkalır.Neden?Sonsuztuhafbirşeydir.Eğeruzaysonsuzsavesizbütünuzaklıklarıyarıya düşürürseniz, uzayın boyutu sonsuzun yarısı olur ki bu da hâlâ sonsuzdur. Bu yüzden, zamandageriyedoğrubaktıkça,herşeybirbirineyaklaşırveyoğunluklargittikçeyükselirsede,evrenintamboyutusonsuzolarakkalır;her şeysonsuzuzaysalgenişlemesonucundaheryerdeyoğunlaşır.Buda farklıbirBüyükPatlamagörüntüsüneyolaçar.

Normal olarak evrenin kabaca dış uzay ve zamanın olmadığı Şekil 8.10'daki gibi bir nokta olarakbaşladığını varsayarız. O zamanlar bir çeşit patlamayla uzay ve zaman, sıkıştırılmış biçimlerindenaçılmaya başladılar ve genişleyen evren ortaya çıktı. Ama eğer evren, uzaysal olarak sonsuzsa, zatenBüyük Patlama anında sonsuz bir uzaysal genişleme vardı. Bu başlangıç anında enerji yoğunluğupatlarcasına arttı ve hiçbir şeyle karşılaştırılamayacak ölçüde yüksek sıcaklıklara ulaşıldı, ama bu uçkoşullaryalnızcabirnoktadadeğil,heryerdevardı.BudurumdaBüyükPatlamatekbirnoktadaoluşmadı,BüyükPatlamasonsuzuzaysalgenişlikteheryerdebirdenoluştu.Bunuklasik,tekbirnoktadakibaşlangıçilekarşılaştırırsak, sankiuzaysalgenişliğinhernoktasındabirçokBüyükPatlamaolmuşgibidir.BüyükPatlama'dansonrauzayşişmeyebaşladıamatamboyutubüyümediçünküzatensonsuzolanbirşeydahafazlabüyüyemez.Şekil8.1LP’yesoldansağadoğrubaktığınızdagöreceğinizgibi,artanşey,(oluştuktansonra) galaksi gibi cisimlerin arasındaki uzaklıklardı. Sizin ya da benim gibi bir galaksiden veya

diğerindenbakanbirgözlemci,etraftakigalaksilerin,tıpkıHubble'ınkeşfettiğigibiuzaklaştığınıgörürdü.

Şekil8.11(a)Galaksilerindoldurduğudüzuzayınşematikgösterimi,(b)İlkdönemlerdeuzaybüzülür-buyüzdenilkdönemlerdegalaksilerbirbirlerinedahayakındı-amasonsuzuzayıntamboyutusonsuzkalmayadevameder.İlkdönemlerdeneolduğu

konusundakibilgisizliğimizbulanıkbölgeylegösteriliyoramaburadabubölgeuzayınsonsuzgenişliğinceuzanıyor.

Sonsuzdüzuzayınakademikolmanınötesindeolduğunuaklınızdançıkarmayın.Uzayıntamşeklinineğriolmadığı konusunda çokmiktarda kanıt bulunduğunu göreceğiz ve henüz düz uzayın video oyun ekranışeklindeolduğuyolundabirkanıtbulunmadığıiçin,düz,sonsuzbüyüklüktekiuzaysalşekil,uzay-zamanınbüyükölçekliyapısınınöncüsüdür.

KozmolojiveSimetri

Simetridüşüncelerimodernkozmolojikuramınıngelişmesindeaçıkçavazgeçilmezolmuştur.Zamanınanlamı,birbütünolarakevreneuygulanabilirliği,uzayın tamşeklivehattaaltındayatangenelgörelilikyapısı, hepsi de simetri üzerinde temellenir. Bu durumda bile, simetri düşüncelerinin evrilen evrenihaberdar ettiği başka bir yol daha vardır. Tarihi boyunca evrenin sıcaklığı, Büyük Patlama'nın hemenertesindekivahşisıcaklıklardanbugünuzayınderinliklerindeölçebileceğinizmutlaksıfırınbirkaçdereceüzerindeki çok düşük sıcaklıklara kadar devasa miktarlarda değişmiştir. Önümüzdeki bölümdeaçıklayacağım gibi, ısı ve simetrinin kritik karşılıklı bağımlılığı yüzünden, bugün görmekte olduğumuzşeyler,büyükolasılıklaevrenin ilkdönemleriniyapısalolarakkalıbadökmüşolançokdahazenginbirsimetrininsoğumuşkalıntısıolup,evreninentemelveentanıdıközelliklerindenbazılarınıbelirlemiştir.

IX.Bölüm-BoşluğunBuharlaşması

Sıcaklık,HiçlikveBirleşme

Evreningenelyapısıileilgilenenbirhaberci,evrentarihininyüzdedoksanbeşindenfazlasıboyuncaaşağı yukarı aynı haberi geçmeyi sürdürürdü: Evren genişlemeye devam ediyor. Madde genişlemenedeniyleyayılmayı sürdürüyor.Evreninyoğunluğuhâlâazalıyor.Sıcaklıkdüşmeyedevamediyor.Çokbüyükölçeklerdeevrensimetrik,türdeşgörünümünükoruyor.Tümevreniözetlemekherzamanbukadarkolayolmamıştı.İlkaşamalar,telaşlıveheyecanlıbirhabercilikgereklikılardıçünkübudönemdeevrenhızladeğişiyordu.Bizşimdibiliyoruzki,ozamanolupbitenler,bugünyaşadıklarımızdaçokönemlirolleroynamışlardır.

Bubölümde,evrendesomutlaşansimetrininkeskinbirbiçimdedeğiştiğineinanılanveherdeğişiminkozmiktariheyenibirbölümeklediği,BüyükPatlamadansaniyeninbirkesrikadarsonrakikritikanlaraodaklanacağız.Habercimizartıkaynıbirkaçsatırırahatrahat,birkaçmilyaryıldabirfakslıyorolsada,simetrininkeskinbirbiçimdedeğiştiği ilkanlarda işiçokdahazordu,çünkümaddenin temelyapısıveonun davranışını yöneten kuvvetler tam anlamıyla yabancıydı. Bunun nedeni ısı ve simetri arasındakikarşılıklı etkileşime bağlı olup, boş uzay ve hiçlik kavramlarıyla ne demek istediğimizi yeni baştandüşünmemizi gerektirir. Göreceğimiz gibi, bu yeniden düşünme, evrenin ilk anları konusundakikavrayışımızı zenginleştirmekle kalmaz, bizi, geçmişi Newton, Maxwell ve özellikle Einstein'a kadargiden bir rüyayı -birleştirme rüyasını- gerçekleştirmeye bir adım daha yaklaştırır. Bu gelişmelerin, enmodern kozmolojik yapı olan ve en baskıcı soruların bazılarıyla birlikte karşılarında standart BüyükPatlamamodelininbilesessizkaldığıençapraşıkbilmecelerecevapbulanşişmekozmolojisinesahneyihazırlamışolmasıdaaynıderecedeönemlidir.

IsıveSimetri

Bazı şeyler çok ısındıklarında veya soğuduklarında, zaman zaman değişirler. Bazen bu değişim okadarbelirginolurki,başlangıçtakişeylerisonradantanıyamazsınızbile.BüyükPatlamadanhemensonraortaya çıkan kavurucu koşullar ve uzayın genişleyip soğumasıyla ortaya çıkan hızlı sıcaklık düşüşünedeniyle,sıcaklıkdeğişimininnedenlerinianlamak,evreninerkendönemtarihiileuğraşmadahayatibirönemesahiptir.Amaişebasitbiçimdebaşlayalım.Buzdanbaşlayalım.

Eğerçoksoğukbirbuzparçasınıısıtırsanız,başlangıçtaçokfazlaşeyolmaz.Hernekadarsıcaklığıyükselse de, görünümü hemen hemen aynı kalır. Ama sıcaklığını 0 derece Celsius'a kadar yükseltipısıtmayadevamederseniz,anidendramatikbirşeyolur.Katıbuzergimeyebaşlarvesıvısuyadönüşür.Bu geçişin bilindik olması, olayın önemsiz olduğu anlamına gelmez. Daha önce buz ve suyla ilgilideneyimlerimiz olmasa, bunların arasındaki yakın ilişkiyi anlamak çok zor olurdu.Biri kaya gibi sert,diğeriiseakıcıbirsıvı.Basitbirgözlemlebunlarınherikisinindemolekülyapısınınaynıolduğu,H20olduğuyolundadoğrudanbirkanıtaulaşılamaz.Eğerdahaöncedenhiçbuzvesugörmemişolsaydınızvesizeher ikisindendebirermiktarverilseydi,başlangıçtabüyükolasılıklabunlarınbirbirleri ile ilişkiliolmadığını düşünürdünüz.Amabunlardanbiri 0 dereceCelsius sınırını geçtiğinde,mucizevi bir simyasonucundadiğerinedönüştüğünetanıkolurdunuz.

Sıvı suyu ısıtmaya devam ederseniz, gene bir süre sıcaklığın yükselmesi dışında çok fazla bir şeyolmadığınıgörürsünüz.Amasonra,100dereceCelsius'aulaştığınızda,birbaşkakeskindeğişimolur:Sıvısu kaynamaya ve buhara, gene sıvı suyla ve katı buzla bağlantısı pek açık olmayan sıcak bir gazadönüşmeye başlar. Elbette bunların her üçünün demolekül bileşimi aynıdır.Katıdan sıvıya ve sıvıdangazaolandeğişimlerfazgeçişleriolarakbilinirler.Sıcaklıklarıyeterinceyüksekbiraralıktadeğiştirilençoğumadde,benzerdeğişimlergösterirler.

Simetri,fazgeçişlerindetemelbirroloynar.Hemenhemenherdurumda,eğerbirşeyinfazgeçişindenönceki ve sonraki simetri durumlarını uygun bir yöntemle karşılaştırsak, önemli bir değişiklik buluruz.Örneğinmolekülerdüzeydebuz,H2Omoleküllerinindüzenli,altıgenbirkafesüzerindeyeraldığıkristalbir yapıya sahiptir. Şekil 8.1 deki küpün simetrileri gibi, buz moleküllerinin tam deseni bazı özeldeğiştirmeler,örneğinaltıyüzlüyapınınözeleksenlerininetrafındaki60derecelikdönmelerledeğişmezolarak kalır. Tersine, buzu ısıttığımızda kristal yapı ergiyerek, herhangi bir eksen etrafındaki bütündönmelersonucundadeğişmezolarakkalanbirörnekmolekülyığınlarına-suya-dönüşür.Buyüzdenbuzısıtılarakvekatıdansıvıyafazgeçişiyapmasısağlanarakdahasimetrikhalegetirilebilir.(Hernekadarsezgiselolarak,örneğinbuzgibidahadüzenliolanbirşeyindahasimetrikolduğunudüşünürsekde,bununtam tersi doğrudur; herhangi bir şey eğer dönme gibi bir dönüşüme maruz kaldığında görünüşü aynıkalıyorsadahasimetriktir.)

Benzer şekilde, suyu ısıtarak buhara dönüştürdüğümüzde de faz geçişi gene simetri artışıylasonuçlanır. Bir su yığıncığındaH2Omolekülleri ortalama olarak, birmolekülün hidrojen tarafı komşumolekülün hidrojen tarafına gelecek şekilde konumlanırlar. Bir yığındaki bir molekülü veya diğerinidöndürürseniz,molekülerdesenigözlegörünürşekildebozarsınız.Amasukaynayıpbuharadönüştüğündemoleküllerşuradaburadadolaşırlar;artıkH2Omoleküllerininduruşlarındaherhangibirdesenkalmazveböyleceeğerbirmolekülüveyamolekülgrubunudöndürürseniz,gazıngörünümüaynıkalır.Buyüzden,nasıl buzun suya dönüşmesi simetri artışıyla sonuçlanıyorsa, suyun buhara dönüşmesi de aynı şekildesimetride bir artışla sonuçlanır. Çoğu (ama tümü değil) madde, katıdan sıvıya ve sıvıdan gaza fazgeçişlerindesimetriartışısergileyerekbenzerbiçimdedavranır.

Suyuveyaherhangi başkabirmaddeyi soğuttuğumuzdadaöyküneredeyse aynıdır, yalnızcaolaylartersyöndegelişir.Örneğin,gazbiçimindekibuharısoğutursanızbaşlangıçtaneredeysehiçbirşeyolmazama sıcaklık 100 derece Celsius'a düştüğünde buhar ansızın sıvı suya yoğunlaşmaya başlar; sıvı suyusoğuttuğunuzda 0 dereceye ulaşana kadar pek bir şey olmaz, bu anda ise aniden donarak katı buzadönüşmeyebaşlar.Simetrilerleilgiliolarakaynıdüşünüşmantığınıizleyerek-amatersyönde-buherikifazgeçişinedesimetridebirazalmanıneşlikedeceğisonucunavarırız.

Buz,su,buharvebunlarınsimetrilerihakkındasanırımbukadarıyeter.Bütünbunlarınkozmolojiylene ilgisivar?1970'lerdefizikçileryalnızcaevrenin içindekicisimlerindeğil,evreninkendisinindefazgeçişlerisergileyebileceğinifarkettiler.Geçen14milyaryılsüresince,evrensürekliolarakgenişledivebasıncı düştü. Nasıl basıncı düşen bisiklet lastiği soğursa, genişleyen evrenin sıcaklığı da sürekli birbiçimdedüştü.Sıcaklığındüştüğübusüreninçoğundaçokşeyolmadı.Amaevren-suiçin0dereceve100dereceCelsius'akarşılıkgelen-özelkritiksıcaklıklardangeçerkenköktendeğişiklikleremaruzkaldıveçok büyük bir simetri azalması yaşadı. Birçok fizikçi şu anda evrenin "çökelti" veya "donmuş" birevresinde, önceki dönemlerden çok farklı bir evredeyaşadığımıza inanıyorlar.Hernekadar, çokdahabilindik örneklerle birçok nitel benzerlikleri varsa da, kozmolojik faz geçişleri tam olarak bir gazınsıvıya yoğunlaşması veya bir sıvının katıya dönüşmesi şeklinde değildir. Evren soğuyarak özelsıcaklıklardan geçerken çökelekleşen veya donan "madde" bir alandır, daha doğrusu Higgs alanıdır.Bununneanlamageldiğinigörelim.

Kuvvet,MaddeveHiggsAlanları

Modern fiziğin yapısının çoğunu alanlar oluşturur. Bölüm 3'te incelenen elektromanyetik alan,doğadaki alanlar arasındabelki de enbasiti ve değeri en çok anlaşılmış olandır.Radyove televizyonyayınları, hücresel telefon haberleşmeleri, güneşin sıcaklığı ve ışığı arasında yaşarken sürekli olarakelektromanyetikalanlardenizindeyıkanıyoruz.Fotonlarelektromanyetikalanlarıntemelbileşenleridirveelektromanyetikkuvvetinmikroskopikileticileriolarakdüşünülebilirler.Birşeygördüğünüzzamanonu,gözünüzegirerekretinanızıetkileyenbirelektromanyetikdalgaalanıveyagenegözünüzegirerekaynışeyiyapanfotonparçacıklarıolarakdüşünebilirsiniz.Bunedenle,fotonkimizamanelektromanyetikkuvvetinhaberciparçacığıolarakdabilinir.

Kütleçekimi alanını da yakından biliriz çünkü o bizi ve çevremizdeki her şeyi sürekli olarakyeryüzünebağlar.Tıpkıelektromanyetikalanlardaolduğugibi,hepimizbirkütleçekimialanlarıdenizindeyüzüyoruz. Bu alanlar arasında Dünya'nınki başattır ama biz aynı zamanda Güneş'in, Ay'ın ve diğergezegenlerin kütleçekimi alanlarını da hissediyoruz. Nasıl fotonlar elektromanyetik alanı oluşturanparçacıklarsa, fizikçiler gravitonların da kütleçekimi alanını oluşturan parçacıklar olduklarınainanıyorlar. Graviton parçacıkları henüz deneysel olarak keşfedilmedi ama bu şaşırtıcı değil.Kütleçekimi, kuvvetler arasında uzak ara en zayıf olanıdır (örneğin buzdolabına tutturulan sıradan birmıknatıs bir toplu iğneyi çekerek bütün yerkürenin kütleçekimi alanını yenebilir) ve bu yüzdendeneycilerin,kuvvetlerinenzayıfınınenküçükbileşeninihenüzbulamamışolmasıkolaylıklaanlaşılabilir.Deneysel doğrulama olmadan bile çoğu fizikçi, tıpkı fotonların elektromanyetik alanı ilettikleri gibi(bunlar elektromanyetik kuvvetin haberci parçacıklarıdır) gravitonların da kütleçekimi alanınıilettiklerine inanırlar (bunlar da kütleçekimi kuvvetinin haberci parçacıklarıdır). Bir bardağı elinizdendüşürürseniz,buolayıkütleçekimialanınınbardağıçekmesiveyaEinstein'ınçokdaha rafinegeometriktanımını kullanarak, bardağın, uzay-zamanın yapısında Düny’nın varlığı tarafından oluşturulan oluktakaymasıolarakveya-eğergravitonlargerçektenvarsa-gravitonparçacıklarınınbardaklaDünyaarasındadeğiş-tokuş edilerek, bardağa Dünyaya doğru düşmesini "söyleyen" "mesajı" iletmeleri olarakdüşünebilirsiniz.

Buiyibilinenkuvvetalanlarınınötesindedoğanıngüçlünükleerkuvvetvezayıfnükleerkuvvetolarakbilinen iki kuvvet filanı dahavardır vebunlar da etkilerini alanlar yoluyla iletirler.Nükleer kuvvetleryalnızatomveatom-altıölçeklerindeetkiliolduklarıiçinelektromanyetizmavekütleçekiminegöredahaaz tanınırlar. Bu durumda bile, Güneş'in parlamasının nedeni olan nükleer füzyon, nükleer güçreaktörlerindeki nükleer parçalanma (fisyon) ve uranyum ve plütonyum gibi elementlerin radyoaktifbozunması düşünülecek olursa, bu kuvvetlerin gündelik hayatımızdaki etkileri hiçbir şekilde daha azönemlideğildir.Güçlüvezayıfnükleerkuvvetalanları,1950'lerdebunlarınkuramsalyapılarıüzerindeçalışanC.N.YangveRobertMills'eatfenYang-Millsalanlarıolarakbilinirler.Nasılelektromanyetikalanfotonlardanoluşuyorsavekütleçekimialanınıngravitonlardanoluştuğunainanılıyorsa,güçlüvezayıfalanlarındaparçacıkbileşenleri vardır.Güçlükuvvetinparçacıkları gluon, zayıf kuvvetinparçacıklarıiseWveZparçacıklarıolarakbilinirler.Bukuvvetparçacıklarınınvarlığı1970'lerinsonuve1980'lerinbaşındaAlmanyaveİsviçre’deyürütülenhızlandırıcıdeneyleriylekanıtlanmıştır.

Alanyapısımaddeyedeuygulanır.Kabacaifadeedersek,kuantummekaniğininolasılıkdalgalarıbirmaddeparçacığıveyadiğerininbirkonumdaveyadiğerindebulunmaolasılığınıverenveuzayıkaplayanalanlar olarak düşünülebilirler. Örneğin, bir elektron, parçacık olarak -Şekil 4.4'te olduğu gibi fosforekrandanoktaizbırakanbirparçacıkolarak-düşünülebiliramaaynızamandaŞekil4.3b'deolduğugibi,

fosfor ekrandaki girişim desenine katkıda bulunan, dalgalanan bir alan olarak da düşünülebilir (vedüşünülmelidirde).5Aslında,hernekadarburadadahafazlaayrıntıyagirmeyeceksemde,birelektronunolasılıkdalgası,elektronalanı-pekçokbakımdanelektromanyetikalanabenzeyenamaelektronalanınınenküçükbileşeniolarakelektronunfotonabenzerbirroloynadığıalan-ileyakındanbağlantılıdır.Aynıalantanımımaddeparçacıklarınınbütündiğertürlerinedeuygulanır.

Artık hemmadde alanlarını hem de kuvvet alanlarını incelediğimize göre, her şeyi kapsadığımızıdüşünebilirsiniz.Amaşimdiyekadaranlatılanöykününhenüztamamlanmışolmadığıkonusundagenelbirfikirbirliği vardır.Birçok fizikçi, deneyselolarakhiçbir zaman saptanamamışolanama sonyirmibeş-otuzyıldırhemmodernkozmolojidüşüncesinde,hemdetemelparçacıkfiziğindeönemlirolleroynayan,üçüncütürbiralanınvarlığınagüçlübirşekildeinanıyor.BuakınaİskoçfizikçiPeterHiggs'eatfenHiggsalanı adı verilir. Ve eğer önümüzdeki alt- bölümdeki düşünceler doğruysa, bütün evren, sizi, beni vekarşılaştığımızherşeyioluşturanparçacıklarınbirçoközelliğindensorumluolanbirHiggsalanıokyanusu-BüyükPatlama’nınsoğukbirkalıntısı-içindeyüzmektedir.

SoğuyanBirEvrendekiAlanlar

Alanlar sıcaklığa, tıpkı sıradan maddenin verdiği gibi tepki verirler. Sıcaklık ne kadar artarsa, biralanın değeri -tıpkı hızla kaynamakta olan bir kap suyun yüzeyi gibi- o kadar şiddetle dalgalanır.Günümüzdeuzayıntipiksıcaklığıolandondurucusoğukta(mutlaksıfırınüzerinde2.7dereceveyagenelolarak2.7Kelvinolarakgösterilir)yadaDünya'mızdakidahayükseksıcaklıklardaalandalgalanmalarıveya salınımları çok küçüktür. Ama Büyük Patlama'nın hemen ertesinde sıcaklık öylesine yüksekti kiBüyük Patlama’dan 10-43 saniye sonra sıcaklığın 1032Kelvin olduğu düşünülüyor- bütün alanlar sondereceşiddetlibirbiçimdesalınıyordu.

Evren genişleyip soğudukça, başlangıçtaki devasa madde ve ışınım yoğunlukları sürekli olarakazalmaya,evrenindevboyutluboşluklarıgittikçedahaboşalmayavealansalınımlarıgittikçeküçülmeyebaşladı.Pekçokalaniçinbununanlamı,bualanlarınortalamadeğerlerininsıfırayaklaşmasıdır.Herhangibirandabelirlibiralanındeğerisıfırınhafifçeüstüneçıkabilir(tepe)vebiransonrasıfırınbirazaltınadüşebilir(çukur)amaortalamaolarakçoğualanındeğerisıfırayakınkalır,kibizsıfırdeğerinisezgiselolarakyoklukveyaboşluklaözdeşleştiririz.

Higgsalanınınişekarıştığıyer,işteburasıdır.AraştırmacılarHiggsalanınınBüyükPatlama’danhemensonrakikavurucusıcaklıklardadiğeralanlarabenzerözelliklergösteren,şiddetleaşağı-yukarısalınanbirtür alan olduğunu anladılar. Ama araştırmacılar, (nasıl sıcaklığı yeterince düştüğü zaman buhar,yoğunlaşarak sıvı suya dönüşüyorsa) evrenin sıcaklığı yeterince düştüğünde, Higgs alanının da bütünuzaydasıfırdanfarklıdeğerinedoğruçökeldiğineinanıyorlar.FizikçilerbunasıfırdanfarklıHiggsalanıboşlukbeklenti değeri (yaniHiggs çökeleği) oluşması adını verirler, ama teknik dili biraz rahatlatmakiçinbenbunaHiggsokyanusununoluşumuadınıvereceğim.

Şekil9.1(a)Sıcak,metalbirkâseyebırakılankurbağa,aralıksızbirşekildesıçrar,(b)Kâsesoğuduğuzamankurbağasakinleşir,dahaazsıçrarvekâseninortasınakayar.

BubirazŞekil9.la’dakigibi,ortasındakurtçuklarınbulunduğusıcak,küresel,metalbirkâseyedüşenkurbağanın davranışına benzetilebilir. Başlangıçta kurbağa bacaklarını yanmaktan korumak için canhavliyle şurayaburaya sıçrayarakortalamaolarakkâseninortasındanvekurtçuklardanuzakkalır,hattaonlarınoradaolduklarınınfarkınabilevarmaz.Amakâsesoğuyuncakurbağasakinleşir,artıksıçramaz,kâseninortasınadoğrukayarveŞekil9.1b'dekigibi,oradaakşamyemeğinibulur.

Ama eğer kâse, Şekil 9.1c'deki gibi, farklı biçimde olsaydı, her şey daha farklı olurdu. Genebaşlangıçtakâseninçok sıcakolduğunuvekurtçuklarıngenekâseninortasında, amabukezmerkezdekiküçük bir tepenin üzerinde olduğunu varsayın. Kurbağayı içeri bıraktığınızda gene hızla oraya burayasıçrarveortadakitepedebulunanödülündenhabersizkalır.Sonra,kâsesoğuyunca,kurbağasakinleşerekdahaazsıçramayabaşlarvekâsenindüzkenarlarındanaşağıkayar.Amayenibiçimyüzünden,kurbağahiçbir zaman kâsenin merkezine ulaşamaz. Kâsenin vadi bölümüne kayarak Şekil 9. 1d deki gibikurtçuklardanuzakkalır.

Şekil9.1(c)Aynen(a)'dakigibi,amasıcakkâseninbiçimideğişik,(d)Aynen(b)'dekigibi,amaşimdikâsesoğuduğunda,kurbağabirvadiyedoğrukayarkiburasıdakâseninortasından(kurtçuklarınbulunduğuyerden)bellibiruzaklıktadır.

Eğer kurbağayla kurtçukların arasındaki uzaklığın, alanın değerini -kurbağa kurtçuklardan ne kadaruzaksa,alanındeğerideokadarbüyüktür-vekurbağanınyüksekliğininoalandeğerindekienerjiyitemsilettiğinivarsayarsak-kâseniniçindekurbağanekadaryüksekteyse,alandaokadarfazlaenerjiiçerir-ozamanbuörnekler,evrensoğudukçaalanlarınsergiledikleridavranışlarabenzetilebilir.Evrensıcakkenalanlar, tıpkı kâsenin içindeki kurbağanın bir yerden diğerine sıçradığı gibi, şiddetle bir değerdendiğerinesıçrar.Evrensoğudukçaalanlar"sakinleşirler",dahaseyrekvedahasakinsıçramayabaşlarlarvedeğerleriaşağıya,düşükenerjilerekayar.

Önemlinoktaişteburadadır.Kurbağaörneğindeolduğugibi,nitelolarakfarklısonuçlarınortayaçıkmaolasılığı vardır. Eğer alanın enerji kâsesinin şekli -ki buna potansiyel enerji denir- Şekil 9.1a'dakinebenziyorsa, alanın uzaydaki değeri, tıpkı kurbağanın kurtçukların bulunduğu yere kadar kayması gibi,kâseninmerkezinekadar, sıfırakadardüşecektir.Amaeğeralanınpotansiyel enerjisiŞekil9.1c'dekinebenziyorsa,alanındeğerisıfırakadar,enerjikâsesininmerkezinekadardüşmeyecektir.Tıpkıkurbağanınkurtçuklardansıfırdanfarklıbirmiktaruzaklıktakivadiyekaymasıgibi,alanındeğeridevadiye-kâseninmerkezindensıfırdanfarklıbirmiktaruzaklıktadır-kayacaktırkibununanlamıalanınsıfırdanfarklıbirdeğeralacağıdır.BusondavranışbiçimiHiggsalanlarınınkarakteristiğidir.EvrensoğudukçabirHiggsalanının değeri de vadiye takılır ve hiçbir zaman sıfıra düşmez. Bu tarif ettiğimiz şey birörnek bütünuzaydaolacağından,evren,birörnekvesıfırdanfarklıbirHiggsalanı-birHiggsokyanusu-içindeyüzer.

Bunun oluş nedeni, Higgs alanlarının temeldeki tuhaflığına ışık tutar. Uzayın bir bölgesi soğuyupboşaldıkça-maddeveışınımdahadağınıkhalegeldikçe-obölgedekienerjidegiderekazalır.Bunusınırdeğerlerekadargötürürsek,enerjisinidüşürebildiğinizkadardüşürdüğünüzzaman,uzayınolabilecekenboşbölgesineulaşmışsınızdemektir.Uzayınbirbölümünükaplayansıradanalanlariçin,Şekil9.1b'dekigibi, değerleri kâsenin ortasına kadar kaydığı zamanbunların enerji katkısı en düşüktür; yani değerlerisıfırolduğundaenerjileride sıfırdır.Buda iyive sağduyuyauygunbir anlam ifadeeder, çünkübizdeuzayınbirbölümünüboşaltmayı,alandeğerleridebunun içindeolmaküzereherşeyisıfıraeşitlemekleilişkilendiririz.

AmabirHiggsalanıiçinherşeyfarklı işler.NasılbirkurbağaŞekil9.1c'dekigibi,ancakçevredekivadiden sıçrayabilmek için yeterli enerjiye sahip olduğu takdirde merkezi bir düzlüğe ulaşabilir vekurtçuklarla sıfır uzaklığa ulaşabilirse, Bir Higgs alanı da ancak kâsenin merkezindeki tepeyi aşacakkadar enerji taşıdığı takdirde kâsenin merkezine ulaşabilir ve sıfır değerini alabilir. Eğer, tersine,kurbağanınenerjisiçokazsayadayoksa,Şekil9.1ddekigibi,vadiye-kurtçuklardansıfırdanfarklıbiruzaklığa-kadarkayacaktır.Benzerbiçimde,enerjisiçokazveyasıfırolanbirHiggsalanıdakâseninvadibölümüne-kâseninmerkezindensıfırdanfarklıbiruzaklık-kadarkayacakvebuyüzdendesıfırdanfarklıbirdeğeralacaktır.

Bir Higgs alanını sıfır değerini -bölgeden bir alanı tümüyle boşaltmak için yaklaşabilecek gibigöründüğünüz en yakın değer, hiçlik değerine ulaşmak için yaklaşabilecek gibi göründüğünüz en yakındeğer- almaya zorlamak için, enerjisini yükseltmek zorundasınız ve enerji cinsinden konuşursak, budurumda, uzayın o bölgesi olabileceği kadar boş olmayacaktır. Kulağa çelişkili gibi gelse de, Higgsalanınıyoketmek-yanideğerinisıfıradüşürmek-obölgeyeenerjivermekleaynıanlamdadır.Kababirbenzetme olarak, dışarıdan, çevreden gelen ses dalgalarını yok edecek ses dalgalan üreterek kulakzarınıza çarpacak olan seslerin gelmesini engelleyen şu fantezi kulaklıkları düşünün. Eğer kulaklıkmükemmelçalışırsa,osesürettiğindesessizlikoluramakulaklığıkapattığınızdaçevredengelensesleriduyarsınız.Araştırmacılar,tıpkıkulaklığınızınprogramlandığısesleriçıkardığındadahaazsesduymanızgibi; soğuk, bomboş uzayın da Higgs alanı okyanusuyla dolu olduğunda, sahip olabileceği en düşükenerjiyesahipolacağına-olabileceğikadarboşolacağına-inanmadurumunagelmişlerdir.Araştırmacılar,olabilecek en boş uzayı boşluk olarak adlandırırlar ve böylece boşluğun aslında birörnek bir Higgsalanıyladoluolabileceğiniöğreniriz.

Bir Higgs alanının uzayda sıfırdan farklı bir değer alması süreci -bir Higgs okyanusunun oluşumu-kendiliğindensimetrikırılması'olarakadlandırılırveyirminciyüzyılınkuramsalfiziğininsonyirmibeş-otuzyılındaortayaatılanenönemlifikirlerdenbiridir.Nedeninigörelim.

HiggsOkyanusuveKütleninKaynağı

EğerbirHiggsalanınındeğerisıfırdanfarklı ise-eğerhepimizbirHiggsokyanusundayüzüyorsak-ozamanbunuhissetmemiz,görmemizveyabirşekildebundanhaberdarolmamızgerekmezmi?Kesinlikle.Modern kuram haberdar olduğumuzu iddia ediyor. Diğer elinizle kolunuzu tutun ve ileri geri sallayın.Kolunuzun kütlesini ileri-geri hareket ettiren kaslarınızın işleyişini hissedebilirsiniz. Eğer bir bowlingtopunu tutarsanız, kaslarınızın daha çok çalışması gerekir çünkü hareket ettirilen kütle büyüdükçeuygulanmasıgerekenkuvvetdeartar.Buanlamdabircisminkütlesi,onunhareketettirilmeyekarşıolandirencini temsil eder; daha kesin bir dille söylemek gerekirse, kütle bir cismin hareketinindeğiştirilmesine, yani önce sola, sonra sağa, sonra yeniden sola gidişlere -ivmelere- karşı direncinitemsil eder. Ama ivmelenmeye karşı bu direnç nereden geliyor? Veya fizik diliyle ifade edersek, bircismeeylemsizlik(süredurum)özelliğineredengeliyor?

Bölüm 2 ve Bölüm 3'te Newton,Mach ve Einstein'ın bu soruya kısmi cevap olarak öne sürdükleriönerilerigördük.Bubiliminsanları,örneğindönenkovadeneyindeortayaçıkanivmegibiivmelerionagöre tanımlayabilecekleri bir durağanlık standardı belirlemeninpeşindeydiler.Newton için bu standartmutlak uzaydı; Mach için, uzak yıldızlardı ve Einstein için, önceleri mutlak uzay-zaman iken (özelgörelilikte) sonraları kütleçekimi (genel görelilik) oldu. Ama durağanlık standardı ve özel olarakivmelerin ona göre ölçülebileceği bir referans sistemi bir kere tanımlandıktan sonra, bu biliminsanlarındanhiçbiribiradımilerigidipcisimlerinnedenivmelenmeyedirençgösterdiğiniaçıklamadı.Yani hiç kimse bir cismin ivmelere karşı çıkan özelliği olan kütlesini -eylemsizliğini- kazanmamekanizmasınıbelirlemedi.Higgsalanısayesindefizikçilerşimdibusoruyabircevapöneriyorlar.

Kolunuzu ve tutmakta olabileceğiniz bowling topunu oluşturan atomların hepsi proton, nötron veelektronlardan oluşmaktadır. 1960'ların sonlarında yapılan deneyler, proton ve nötronların her birinin,kuark adı verilen, daha küçük üç parçacıktan oluştuğunu ortaya koymuştur. O zaman, kolunuzusalladığınızdabütünbukuarklarıveelektronlarıileri-gerisallıyorsunuzdemektirkibudabiziilginçbirnoktaya götürür. Modern kuramın hepimizin içinde yüzdüğünü öne sürdüğü Higgs okyanusu kuark veelektronlarla etkileşir. Tıpkı bir kaptaki balın, içine daldırılan ping-pong topunun hareketlerine dirençgöstermesi gibi Higgs alanı da bu parçacıkların ivmelenmesine direnç gösterir. Bu direnç, bileşenparçacıklar üzerindeki bu çekme, sizin kolunuzun veya tutmakta olduğunuz bowling topunun veyafırlattığınızbircisminveyabir100metreyarışındabitişçizgisinedoğruilerlerkentümgövdenizinkütlesiolarakalgıladığınızşeyekatkıdabulunur.BuyüzdenbizHiggsokyanusunuhissederiz.Bircisminyadadiğerinin hızını değiştirmek üzere -onlara ivme kazandırmak için- günde binlerce kez uyguladığımızkuvvetler,Higgsokyanusunundirencinekarşısavaşankuvvetlerdir.

Bal benzetmesi Higgs okyanusunun pek çok özelliğini ortaya koyar. Bala batırılmış bir ping-pongtopunuivmelendirebilmekiçin,bodrumdakimasadaping-pongoynarkenuyguladığınızkuvvetlerdençokdahabüyükkuvvetleruygulamanızgerekir;hızınıdeğiştirmekiçinyaptığınızgirişimlere,balabatırılmışolmadığıdurumagöreçokdahafazladirençgösterirvebuyüzden,balabatırılmaksankionunkütlesiniartırmış gibi davranır. Benzer şekilde, her yerde var olanHiggs okyanusuyla etkileşmeleri sonucunda,temel parçacıklar hızlarının değiştirilmelerine direnç gösterirler, kütle kazanırlar. Bununla birlikte balbenzetmesinin,haberdarolmanızgerekenüçyanıltıcıözelliğivardır.

Birincisi, her zaman bala ulaşıp topu baldan çıkararak ivmeye karşı direncinin nasıl azaldığınıgörebilirsiniz.Parçacıklar içinbudoğrudeğildir.Bugün,Higgsokyanusununbütünuzayıdol-durduğunainanıyoruz,bunedenleparçacıklarıonunetkisindenkurtarmanınbiryoluyoktur;bütünparçacıklarneredeolduklarındanbağımsızolarakbirkütleyesahiptir,ikincisi,balbütünhareketleredirençgösterirkenHiggs

alanları yalnızca ivmeli hareketlere direnç gösterirler. Balın içinde hareket eden toptan farklı olarak,uzayda sabit hızla hareket eden bir parçacık, Higgs okyanusundaki "sürtünme" nedeniyle yavaşlamaz.Hareketsabithızladevameder.AncakparçacığıhızlandırmayayadayavaşlatmayaçalıştığımızdaHiggsalanıokyanusu,varlığını,uygulamamızgerekenkuvvetleryoluylaortayakoyar.Üçüncüsü,temelparçacıkyığınlarından oluşan, bilindikmaddeye geldiğimiz zaman, bir başka önemli kütle kaynağı daha vardır.Proton ve nötronları oluşturan kuarklar, güçlü nükleer kuvvet tarafından bir arada tutulur: Gluonparçacıkları (güçlünükleerkuvvetinhaberciparçacıkları)kuarklararasındadeğiş-tokuşedilerekonlarıbirbirlerine 'yapıştırırlar". Deneyler bu gluon parçacıklarının yüksek enerjili olduklarını göstermiştir,Einstein'ın E=mc~ denklemi enerjinin (E), kendisini kütle (m) olarak gösterebileceğini söylediği için,proton ve nötronların içinde bulunan gluonların, bu parçacıkların toplam kütlelerine önemli katkılardabulunduğunuöğreniyoruz.Bunedenle, dahadoğrubir yaklaşım,Higgsokyanusununbalınkinebenzeyendirencinin, elektron ve kuark gibi temel parçacıklara kütlelerini sağladığını düşünmektir ama bu temelparçacıklar,proton,nötron,atomgibibileşikparçacıklaroluşturmaküzerebirarayageldiklerinde,başka(iyibilinen)kütlekaynaklarıdaişiniçinegirer.

Fizikçiler, Higgs okyanusunun bir parçacığın ivmesine gösterdiği direncin derecesinin, parçacığıntürünegöredeğiştiğinivarsayarlar.Bilinentemelparçacıktürlerininhepsininkütlelerifarklıolduğuiçinbuönemlidir.Örneğin,protonvenötronlarikitürkuarktanoluşmaktaiken(bunlarayukarı-kuarkveasağı-kuarkadıverilir:Proton,ikiyukarıvebiraşağı,nötroniseikiaşağıvebiryukarıkuarktanoluşur),yıllarboyuncaatomçarpıştırıcılarıkullanandeneyciler,kütleleriprotonunkinin0,0047'siile189katıarasındabüyükbiraralıktadeğişendörtfarklıkuarkparçacığıdahabuldular.Fizikçiler,kütlelerinbukadarfarklıolmasının nedeninin, farklı parçacıkların Higgs okyanusu ile daha güçlü veya daha zayıf etkileşmesiolduğunainanıyorlar.EğerbirparçacıkHiggsokyanusundadüzgünbirbiçimdehiçetkileşmedenveyaçokazetkileşerekhareketederse,çokazdirençgöreceğiyadahiçgörmeyeceğiiçinparçacığınkütlesideyaçok küçük, ya da sıfır olacaktır. Foton buna iyi bir örnektir. Fotonlar Higgs okyanusundan hiçengellenmedengeçerlervebuyüzdenkütleleriyoktur.Eğer,tersine,parçacıkHiggsokyanusuylaşiddetlibirşekildeetkileşirse,kütlesidebüyükolacaktır.Kütlesielektronkütlesinin350.000katıolanenbüyükkütlelikuark(üst-kuarkadıverilir)Higgsokyanusuilebirelektrondan350.000katdahafazlaetkileşir;Higgsokyanusuiçindeivmelendirilmesidahazordur,kütlesinindedahabüyükolmanedenibudur.Eğerparçacığın kütlesini bir kimsenin ününe benzetirsek,Higgs okyanusu da paparazzi gibidir: Tanınmamışkişiler fotoğrafçı kümesinin içinden kolayca geçerler ama ünlü politikacılar veya film yıldızlarıgidecekleriyereulaşmaktadahafazlazorlanırlar.

Bu da, neden bir parçacığın kütlesinin diğerinden farklı olduğunu düşünmek için uygun bir yapıoluşturur,amabugün,bilinenparçacıktürlerininHiggsokyanusuylakesinetkileşmebiçimlerikonusundatemelbiraçıklamayoktur.Sonuçolarak,nedenbilinenparçacıklarındeneylerleortayakonmuşolanözelkütlelerinesahipolduklarıyolundatemelbiraçıklamayoktur.Bununlabirlikte,çoğufizikçi,eğerHiggsokyanusu olmasaydı, bütün temel parçacıkların fotona benzeyeceğine, hiçbir şekilde kütleleriolmayacağını düşünür. Aslında, şimdi göreceğimiz gibi, evrenin ilk anlarında durum gerçekten böyleolmuşolabilir.

SoğuyanBirEvrendeBirleşme

Nasılbuhar100dereceCelsius'tayoğunlaşaraksıvısuya,sıvısuda0dereceCelsius'tadonarakkatıbuzadönüşürse,kuramsalçalışmalardaHiggsalanınınmilyonkeremilyar(1015)derecedesıfırdanfarklıbirdeğereyoğunlaştığınıgöstermiştir.Bu,hemenhemenGüneş'inçekirdeğindeki sıcaklığın100milyon

katıolup,evreninBüyükPatlamadansaniyeninyüzmilyardabiri(10-11)saniyekadarsonrasıcaklığındüştüğüne inanılan değerdir.BüyükPatlama'dan 10-11 saniye sonrasına kadarHiggs alanı aşağı-yukarısalınmakla birlikte ortalama değeri sıfırdı; suyun 100 derecenin üzerindeki durumu gibi, böylesisıcaklıklarda ortam çok sıcak olduğu için Higgs okyanusu oluşamazdı. Okyanus anında buharlaşmışolurdu. Higgs okyanusu olmadığından ivmeli hareket eden parçacıklara gösterilen bir direnç yoktu(paparazzi ortadan kaybolmuştu), ki bu da, bilinen bütün parçacıkların (elektronlar, yukarı-kuarklar,aşağı-kuarklarvediğerleri)aynıkütleyesahipolduklarıanlamınagelir:Sıfır.

Bu gözlem, neden Higgs okyanusunun oluşumunun kozmolojik bir faz geçişi olarak tarif edildiğinikısmenaçıklar.Buhardansuyavesudanbuzafazgeçişlerinde,başlıcaikişeyolur.Görünüşteönemlibirniteldeğişiklikvardırvefazgeçişlerinesimetridekiazalmaeşlikeder.Higgsokyanusununoluşumundadabu iki temelözelliğigörürüz.Birincisi,önemlibirniteldeğişiklikvardı:Ozamanakadarkütlesizolanparçacıklaranidensıfırdanfarklıkütlelere-buparçacıklarınşimdikikütleleri-kavuşmuşlardı.ikincisi,budeğişikliğe simetride bir azalma eşlik etmişti:Higgs okyanusunun oluşumundan önce bütün parçacıklaraynıkütleye-sıfır-sahiptivebudasimetrikilişkilerdemekti.Eğerbirparçacığınkütlesinidiğerininkiiledeğiştirseniz,bütünkütlelerbirbiriyleaynıolduğuiçin,bundankimseninhaberibileolmazdı.AmaHiggsalanı yoğunlaştıktan sonra, parçacık kütleleri sıfırdan farklı -ve eşit olmayan- değerlere kavuştular vedolayısıilekütlelerarasındakisimetridekayboldu.

Aslında, Higgs okyanusunun oluşumundan kaynaklanan simetri azalması daha da yaygındır. 10-15derecenin üzerinde Higgs okyanusu henüz yoğunlaşmadan önce, kütlesiz olanlar yalnızca temelparçacıkların değişik türleri değildi, Higgs okyanusunun direnci olmadığından kuvvet parçacıklarınınbütüntürleridekütlesizdi.(Bugün,zayıfnükleerkuvvetinWveZhaberciparçacıklarıprotonkütlesinin86ve 97katı kütleye sahip oldukları biliniyor.)Ve1960'larda özgünolarakSheldonGlashow,StevenWeinbergveAbdusSalam tarafındankeşfedildiğigibi,bütünkuvvetparçacıklarınınkütlesizoluşlarınabirbaşka,olağanüstügüzelbirsimetrieşlikeder.

1800'lerinsonlarınadoğruMaxwell,birzamanlartümüyleayrıkuvvetlerolduğudüşünülenelektrikvemanyetizma kuvvetlerinin, aslında aynı kuvvetin -elektromanyetik kuvvetin- iki farklı yüzü olduğunuanlamıştı (Bölüm 3'e bakınız). Onun çalışmaları elektrik ve manyetizmanın birbirini tamamladığınıgösterdi;onlarçokdahasimetrik,birleşikbirbütününyinveyang'ıidiler.Glashow,SalamveWeinbergbu birleşim öyküsünün sonraki bölümünü keşfettiler. Onlar, Higgs okyanusu oluşmadan önce, yalnızcabütün kuvvet parçacıklarının aynı -sıfır- kütleye sahip olmakla kalmadıklarını, fotonlarla W ve Zparçacıklarınındaheranlamdaaynıolduklarınıanladılar.Nasılbirkarkristali,uçlarınınyerdeğiştirdiğidönmelerdenetkilenmiyorsa,Higgsokyanusununyokluğundafizikselsüreçlerdeelektromanyetikvezayıfnükleerkuvvetparçacıklarınındeğiş-tokuşundan,fotonlarınveWveZparçacıklarınındeğiştokuşundanetkilenmezdi. Nasıl bir kar kristalinin dönme hareketinden etkilenmemesi bir simetriyi gösteriyorsa(dönmesimetrisi),süreçlerinbuparçacıklarındeğiş-tokuşundanetkilenmemesidebirsimetriyigösterir,teknik nedenlerden ötürü bu simetriye ayar simetrisi adı verilir. Bunun derin sonuçlan vardır. Buparçacıklaraitolduklarıkuvvetitaşıdıklarıiçin-bunlar,bukuvvetlerinhaberciparçacıklarıdır-bunlarınarasındasimetribulunması,kuvvetlerindesimetrikolduğuanlamınagelir.Buyüzden,yeterinceyükseksıcaklıklarda, günümüzdeki Higgs alanı boşluğunu buharlaştıracak kadar yüksek sıcaklıklarda, zayıfnükleerkuvvetleelektromanyetikkuvvetarasındabirfarkyoktur.Higgsokyanusunubuharlaştıracakkadaryükseksıcaklıklardazayıfnükleerkuvvetleelektromanyetikkuvvetarasındakifarkdabuharlaşır.

Glashow,WeinbergveSalam,elektromanyetikkuvvetlezayıfnükleerkuvvetin,aslındatekbirkuvvetinparçaları olduğunu göstererek Maxwell'in yüz yıllık keşfini genişlettiler. Bu iki kuvvetin tanımlarını,şimdielektrozayıfkuvvetolarakbilinenbirtanımaltındabirleştirdiler.

Elektromanyetik ve zayıf kuvvetler arasındaki simetri günümüzde pek fark edilmez, çünkü evrensoğudukçaHiggsokyanusuoluştuve -burasıönemli- fotonlarlaWveZparçacıkları,yoğunlaşanHiggsalanıyla farklı şekilde etkileşirler. Fotonlar Higgs okyanusundan ünlü olmayan kişilerin paparazzilerarasındangeçtiğikolaylıktageçerlervedolayısıilekütlesizkalırlar.AmaWveZparçacılarıBillClintonveMadonnagibizorluklageçeceklerinden,sırasıylaprotonun86ve97katıkütleyesahiptirler.(Not:Bubenzetmeölçeklideğildir).Etrafımızdakidünyadaelektromanyetikvezayıfnükleerkuvvetlerinbukadarfarklı görünmesinin nedeni budur. Bunların arasındaki simetri, Higgs okyanusu (Higgs çökeleği)tarafından"kırılmıştır"yadagizlenmiştir.

Bu gerçekten nefes kesici bir sonuçtur. Günümüz sıcaklıklarında çok farklı görünen iki kuvvet -elektromanyetikkuvvetışıktan,elektriktenvemıknatısınçekmesinden;zayıfnükleerkuvvetiseradyoaktifbozunmadan sorumludur- esas olarak aynı kuvvetin parçaları olup, yalnızca sıfırdan farklıHiggs alanıaralarındakisimetriyigizlediğindenfarklıgörünmektedirler.Bunedenlenormaldeuzayboşluğu-yokluk,hiçlik- olarak düşündüğümüz şey, dünyadaki her şeyin, olduğu gibi görünmesinde önemli bir rol oynar.Yalnızcaboşluğubuharlaştırarak,sıcaklığıHiggsalanınınbuharlaşacağıkadaryükselterek-yaniuzaydakiortalamadeğerinisıfıryaparak-doğayasalarınınaltındayatantamsimetriortayaçıkarılabilir.

Glashow,WeinbergveSalambudüşüncelerigeliştirirken,WveZparçacıklarıdahadeneyselolarakkeşfedilmemişti.Bu fizikçilere ilerlemeleri için güvenveren, kuramıngücüneve simetrinin güzelliğineduyduklarıkuvvetlisadakatti.Onlarıncesareti,temelsizolmadığınıgösterdi.GeçenzamaniçindeWveZparçacıklarıkeşfedildiveelektrozayıfkuramdeneyselolarakdoğrulandı.Glashow,WeinbergveSalam,doğanındörtkuvvetindenikisinibirbirinebağlayanderinvefarkedilmesigüçsimetriyiortayaçıkarmakiçinyüzeyselgörüntününötesine-hiçliğigizleyensisiniçinedoğru-bakmışlardı.Zayıfnükleerkuvvetveelektromanyetizmayıbaşarılıbirşekildebirleştirdikleriiçin1979'daNobelÖdülünüaldılar.

BüyükBirleşim

Ben üniversite birinci sınıfta iken, her fırsatta danışmanım olan fizikçi Howard Georgi'nin yanınauğrardım. Aslında hiçbir zaman söyleyecek çok fazla şeyim olmazdı ama bunun bir önemi yoktu.Georgi'ninher zaman ilgili öğrencilerleheyecanlapaylaşacağıbir şeylerolurdu.Bir keresindeGeorgiözel olarak heyecanlıydı, bir saatten fazla ateşli bir şekilde konuştu, tahtayı birkaç kere semboller vedenklemlerle doldurdu. Bütün bu süre boyunca ilgili bir şekilde başımı sallayıp durdum. Ama dürüstolmakgerekirse,birkelimebileanlamamıştım.Yıllarsonra,Georgi'ninbanabüyükbirleşmeadıverilenkeşfinisınamaküzereyaptığıplanlarıanlatmışolduğunufarkettim.

Büyük birleşme, elektrozayıf birleşmenin başarısından sonra doğal olarak sorulması gereken soruyuortayaatar:Eğerdoğanınikikuvveti,evreninilkdönemlerindebirleşikbirbütününparçalarıidiyse,dahayüksek sıcaklıklarda ve evrenin daha da erken dönemlerinde üç ya da olasılıkla dört kuvvetin tümüarasındaki farklar benzer şekilde buharlaşarak daha büyük bir simetriyi ortaya koymuş olmazmı?Bu,aslında doğanın tek bir temel kuvveti olduğu, bir dizi kozmolojik faz geçişiyle, bu kuvvetin şimdihaberdarolduğumuz,görünüştefarklıolandörtkuvvetşeklindekristalleşmişolmaolasılığınıortayaatar.1974'teGeorgiveGlashow,butambirleştirmeamacınayönelikilkkuramıilerisürdüler.Onlarınbüyükbirleşik kuramı, Georgi, Helen Quinn, Weinberg'in sonraki görüşleriyle birlikte, sıcaklığın Güneş'inmerkezindekisıcaklığınbinkeremilyarkeremilyarkatüstündeolduğu,BüyükPatlama'dan10-35saniyesonrasınakadarkiuçkoşullarda,dörtkuvvettenüçünün-güçlü,zayıfveelektromanyetikkuvvetler-tekbirbirleşikkuvvetinparçalarıolduğunuilerisürüyordu.Bufizikçiler,busıcaklığınüzerindefotonların,Wve

Z parçacıklarının ve gluonların hepsinin, herhangi bir gözlenebilir sonuç olmaksızın, serbestçebirbirleriyledeğiş-tokuşediliyorolabileceklerini-elektrozayıfkuramınkindendahasağlamvegüçlübirayar simetrisi- ileri sürdüler. Georgi ve Glashovv böylece bu yüksek enerji ve sıcaklıklardakütleçekimselolmayanüçkuvvetparçacıkları arasında,buyüzdendekütleçekimselolmayanüçkuvvetarasındatambirsimetriolduğunuortayaattılar.

Glashovv ve Georgi'nin büyük birleşik kuramı, bu simetriyi çevremizde görmediğimizi -proton venötronları çekirdekte bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet, zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerdentamimiyle farklı görünür- çünkü sıcaklık 1028 derecenin altına düştüğünde Higgs alanının bir başkatürününöyküyegirdiğinisöyleyerekdevametti.BuHiggsalanıbüyükbirleşikHiggsolarakadlandırılır.(Karışabilecekleridurumlardaelektrozayıfbirleşimle ilişkiliolanHiggsalanınaelektrozayıfHiggsadıverilir.)Elektrozayıfakrabasınabenzer şekildebüyükbirleşikHiggs,1028dereceninüzerindeşiddetlesalınıyorduamahesaplamalaronun,evrenin sıcaklığıbudereceninaltınadüştüğünde sıfırdan farklıbirdeğere yoğunlaştığını gösterdi. Elektrozayıf Higgs'de olduğu gibi, bu büyük birleşik Higgs okyanusuoluştuğunda, evren bir faz geçişi yaşadı ve buna simetrideki bir azalma eşlik etti. Bu durumda, büyükbirleşikHiggsokyanusunungluonlarüzerindekietkisi,diğerkuvvetparçacıklarıüzerindekietkilerindenfarklıolduğuiçin,güçlünükleerkuvvetelektrozayıfkuvvettenayrılarak,dahaöncetekolankuvvetyerinekütleçekimselolmayanikifarklıkuvveteyolaçtı.Saniyeninbirkesrikadarvesıcaklığınmilyarlarcavemilyarlarca derece düşmesinden sonra, elektrozayıf Higgs yoğunlaşarak zayıf ve elektromanyetikkuvvetlerindeayrılmasınayolaçtı.

Güzelbirfikirolmaklabirliktebüyükbirleşme(elektrozayıfbirleşmedoğrulanmıştı)deneyselolarakdoğrulanmadı.Tersine,Georgi veGlashow'unözgünönerisi, evrenin ilkdönemlerindeki simetrininbirkalıntısının, protonların ara sıra başka parçacıklara (karşı-elektron ve pion gibi)dönüşmelerine olanaktanıyan ve bugün gözlenmesi gereken bir kalıntısının varlığını öngörmüştü.Amayer altı deneyleriyle -Georgi'nin yıllar önce ofisinde bana heyecanla anlattığı deney- böylesi proton boyanmalarını bulmayaçalışanveyıllarsürenaraştırmalardansonra,böylebirbozunmabulunmadı;budaGeorgiveGlashow'unönerisini geçersiz hale getirdi. Bununla birlikte, fizikçiler o zamandan beri bu özgün model üzerindedeneylercegeçersizkılınmayançeşitlemelergeliştiriyorlarsada,şimdiyekadarbuseçenekkuramlardanhiçbirihenüzdoğrulanmadı.

Büyük birleşmenin fizikteki en büyük ama henüz gerçekleştirilmemiş fikirlerden biri olduğu yolundafizikçilerarasındabirfikirbirliğivardır.Birleşmevekozmolojikfazgeçişlerinin,elektromanyetizmavezayıf nükleer kuvvet için öylesine etkili oldukları kanıtlanmıştır ki, birçokları diğer kuvvetlerin de bubirleşikyapıyakatılmasınınyalnızcabirzamansorunuolduğunudüşünüyorlar.Bölüm12'degöreceğimizgibi,buyöndesonzamanlarda,ilkdefa,aralarındakütleçekimideolmaküzerebütünkuvvetleribirleşikbirkuramdabirarayagetiren,amabukitabınyazıldığızamanbilehâlâgelişmekteolanfarklıbiryaklaşım-süpersicimkuramı-kullanılarakbüyükadımlaratılmıştır.Amayalnızelektrozayıfkuramgözönünealınsabile,şimdigördüğümüzevrenin,ilkdönemlerdekigörkemlisimetrininkalıntılarınısergilediğiaçıktır.

Esir'inDönüşü

Simetri kırılması kavramı ve bunun elektrozayıf Higgs alanı yoluyla gerçekleşmesinin parçacıkfiziğinde ve kozmolojide çok önemli bir rol oynadığı açıktır. Ama tartışma, şunumerak etmenize yolaçmış olabilir: Eğer bir Higgs okyanusu, normalde boş uzay olarak düşündüğümüz yeri dolduran,görünmez bir şeyse, bu, uzun süre önce gözden düşmüş bir kavram olan esirin yeniden canlanması

anlamına gelmezmi? Cevap: Hem evet, Hem hayır. Açıklama: Aslında evet, bazı bakımlardan Higgsokyanusu esirin bir çeşnisidir. Tıpkı esir gibi çökelmişHiggs alanı da uzayı doldurur, hepimizi sarar,maddeselherşeyiniçinesızarveuzayınyokedilemezbirözelliğiolarak(evreniyeniden1015dereceninüzerine kadar ısıtmadıkça ki bunu gerçekte yapamayız) hiçlik kavramımızı yeniden tanımlar. Oysa sesdalgalarını taşıyanhavagibi ışıkdalgalarını taşıyanbirortamolarak ileri sürülenözgünesirin tersine,Higgs okyanusunun ışığın hareketiyle uzaktan yakından ilgisi yoktur. Işığın hızını herhangi bir şekildeetkilemez, bu yüzden de yirminci yüzyılın başında ışığın hareketini inceleyerek esiri bertaraf edendeneylerinHiggsokyanusunakarşıbelirlibirtavrıyoktur.

ÜstelikHiggsokyanusununsabithızlahareketedenherhangibirşeyüzerindebiretkisiolmadığından,esirdeolduğugibiözelbirgözlemselbakışaçısı seçmez.Higgsokyanusunun içindesabithızlahareketeden tüm gözlemciler birbirleriyle eşittirler, bu yüzden Higgs okyanusunun varlığı özel görelilikleçelişmez. Elbette bu gözlemler Higgs okyanusunun varlığını kanıtlamaz; daha çok, esirle belirli bazıbenzerlikleriolsabile,Higgsalanlarınınherhangibirkuramveyadeneyleçelişkiliolmadığınıgösterirler.

EğerbirHiggsalanıokyanusuvarsa,gelecekbirkaçyıl içindedeneyselolaraksınanabilir sonuçlarayolaçmalıdır.Enönemliörnekolarak,nasılelektromanyetikalanfotonlardanoluşuyorsa,Higgsalanıda,şaşırtıcı olmayacak bir şekilde Higgs parçacıkları adı verilen parçacıklardan oluşmaktadır. Kuramsalhesaplamalar, eğer uzayı kaplayan bir Higgs okyanusu varsa, İsviçre'nin Cenevre kentindeki AvrupaNükleerAraştırmalarMerkezi'nde(CentreEuropeenepourlaRecherceNuclaire)(CERN)yapımhalindeolanve2008baharındaişlemeyebaşlayacakolanBüyükHadronÇarpıştırıcısı(LHC)adıverilenatomçarpıştırıcısında yer alacak yüksek enerjili çarpışmalarda ortaya çıkacak parçacıklar arasında Higgsparçacıklarının da olması gerektiğini göstermiştir. Tahminen, son derece yüksek enerjili protonlararasında kafa kafaya gerçekleşecek çarpışmalarHiggs okyanusundan birHiggs parçacığını fırlatabilir,tıpkısualtındakiyüksekenerjiliçarpışmalarınH20molekülleriniAtlasokyanusundanfırlatabileceğigibi.Buarada,budeneylerbize,esirinbumodernbiçimininvarolupolmadığıkonusundabirfikirverecektir.Bu, bir karara bağlanması gereken kritik bir sorudur, çünkü görmüş olduğumuz gibi, Higgs alanlarınınyoğunlaşması,temelfiziğinçağdaşformülleştirilmesindederinvemerkezibirroloynamaktadır.

Eğer Higgs okyanusu bulunamazsa, otuz yıldır yerli yerinde olan kuramsal yapının yeniden gözdengeçirilmesigerekecektir.Amabulunursa,buolaykuramsalfiziğinbirutkusuolacaktır:Bilinmeyenedoğrugiderken kullandığımız matematiksel düşünce mantığını doğru biçimde şekillendiren simetrinin gücünükanıtlayacaktır. Bunun ötesinde, Higgs okyanusunun varlığının doğrulanması, iki şey daha yapacaktır:Birincisi,günümüzevrenindebirbirindenayrıgörünenözelliklerin,simetrikbirbütününparçalarıolduğuçok eski bir dönemin varlığının doğrudan kanıtlarını verecektir, ikincisi, sezgisel uzay boşluğukavramımızın -bir bölgeden her şeyi çıkararak enerji ve sıcaklığının olabildiğince düşürülmesininsonucundaortayaçıkanşey-çokuzunzamandırsergilediğimizbirsafdillikolduğunukanıtlayacaktır.

Şekil9.2KozmolojidekistandartBüyükPatlamamodelinişematikolarakgösterenbirzamançizgisi

Uzayboşluğununenboşubilemutlakbirhiçlikdurumunuiçermekzorundadeğildir.Bunedenle,uzayve zamanı anlamak için yürüttüğümüz bilimsel arayışta Henry More'un düşüncelerini tinsel hiçbirkavramınyardımıolmaksızın (Bölüm2) tazeleyebiliriz.More'agöre,uzayher zaman tanrısal bir ruhladoluolduğuiçin,olağanboşuzaykavramıanlamsızdı.Bizegöreise,boşuzayherzamanbirHiggsalanıokyanusuiledoluolabileceğindenolağanboşuzaykavramıbenzerşekildeelegeçmezolabilir.

EntropiveZaman

Şekil 9.2'deki zaman çizgisi, incelediğimiz faz geçişlerini tarihsel bağlama yerleştirir ve böyleceevrenin Büyük Patlama'dan mutfak tezgâhınızın üzerindeki yumurtaya kadar geçirdiği olaylar dizisikonusundadahanetbir fikiredinmemizeyardımcıolur.Amahayatibilgihâlâbulanıkbölgedegizlidir.Hatırlayın,herşeyinnasılbaşladığınıbilmek-SavaşveBarışınyapraklarınınistiflenmesindekisıra,kolaşişesindekibasınçlıkarbondioksitmolekülleri,BüyükPatlamadaevrenindurumu-evriminnasıldevamedeceğinianlamaktaesastı.Entropi,ancakartmasıiçingerekliyerverilirseartabilir.Entropi,eğerdüşükbaşlamışsaartabilir.EğerSavaşveBarışınyapraklarıadamakıllıkarışıksa,yaprakistifinibirkeredahahavaya fırlatmak, onu gene karışık halde bırakır, eğer evren oldukça düzensiz, yüksek- entropili birdurumdabaşlamışsa,kozmikevrimbudüzensizliğiyalnızcadevamettirebilir.

Şekil 9.2'de gösterilen geçmiş, açık bir şekilde; sonsuz, değişmez bir düzensizliğin kaydı değildir.Kozmik faz geçişlerinde bazı özel simetriler kaybolmuş olsa bile, evrenin toplam entropisi artmayadevametmiştir.Bunedenle,başlangıçta,evrensonderecedüzenliolmalıdır.Bugerçek,zamanda"ileri"yönünü, entropinin arttığı yönle ilişkilendirmemize izin verir, ama hâlâ yeni doğmuş olan evrenin sonderece düşük entropili durumuna -son derece yüksek birörneklik durumuna- bir açıklama bulmakzorundayız.Buda,şimdiyekadargidebildiğimizdendahadagerileregiderekbaşlangıçta-Şekil9.2'dekibulanıkbölgede-neolupbittiğinianlamayaçalışmamızıgerektirir.Şimdibukonuyageliyoruz.

X.Bölüm-Patlama'nınÇözümlenmesi

PatlayanNeydi?

BüyükPatlama’nın kozmikbaşlangıç hakkında bir kuram sağladığı yolunda yaygın bir yanlış anlamavardır. Sağlamaz. Kısmen son iki bölümde anlatılan Büyük Patlama, evreni ortaya çıkaran şey her neidiyse,ondanbirsaniyeninküçükbirkesrikadarkısabirsüresonrakozmikevriminportresiniyapmayabaşlar ama sıfır yamanının kendisi hakkında hiçbir ş ey söylemez. İşte bu yüzden, Büyük Patlamakuramına göre, Büyük Patlama başlangıçta olmuş olması gereken şeydir. Büyük Patlama, patlamanınkendisinidışarıdabırakır.Bizeneyinpatladığını,nedenpatladığını,nasılpatladığınıveyadürüstolmakgerekirse gerçekten patlayıp patlamadığını bile söylemez. Aslında, bir an düşünecek olursanız, BüyükPatlama'nınbizibirbilmeceilekarşıkarşıyabıraktığınıfarkedersiniz.Evreninilkdönemlerindekiçokyoğunveyüksekenerjiliortamındakütleçekimi,uzakaraenbaskınkuvvetti.Ancakkütleçekimiçekicibirkuvvettir.Her şeyi bir araya gelmeye zorlar.O zaman, acaba uzayı dışarı doğru genişlemeye zorlayankuvvetten sorumlu olan neydi?BüyükPatlama anında güçlü bir itici kuvvet kritik bir rol oynamış gibiduruyor,amabu,doğadakikuvvetlerdenhangisiolabilir?

Kozmolojiye ilişkin sorularınbuen temelolanı, onyıllarboyuncacevapsızkaldı.Sonra, 1980'lerinsonunda, Einstein'ın eski bir gözlemi, pırıl pırıl parlayan yepyeni bir biçimde canlanarak şişmekozmolojisiadıverilenkuramınyolunuaçtı.Buyenikeşifle,BüyükPatlama'dansorumluolmanınşerefi,sonundaonuhakedenkuvveteverildi:Kütleçekimi.Bu,şaşırtıcıolabiliramafizikçiler,uygunkoşullaraltındakütleçekimininiticiolabileceğinivekuramagöre,kozmiktarihinilkanlarındabuuygunkoşullarınbulunduğunuanladılar.Yanındananosaniyeninbilesonsuzlukgibikalacağı,çokkısabirzamanaralığındagençevren,kütleçekiminin,iticiyanınıadamakıllıgöstererek,uzayınherbölgesinidiğerlerindenamansızbir şiddetle uzaklaştırdığı bir arena hazırlamıştı. Kütleçekiminin itmesi o kadar güçlüydü ki, yalnızcapatlamasaptanmaklakalmadı,herkesinvar-saydığındandahabüyük-çokdahabüyük-olduğuortayaçıktı.Şişme yapısında genç evren, standart Büyük Patlama kuramının öngördüğüyle karşılaştırıldığında, gözkamaştırıcı ölçüde devasa bir faktörle genişlemiş ve kozmolojikmanzaramızı, geçen yüzyıldaki, bizimgalaksimizinyüzmilyarlarcagalaksidenyalnızcabirioluğununfarkedildiğikavrayışıbilecücebırakacakölçüdegenişletmiştir.

Bubölümdevegelecekbölümde,şişmekozmolojisiniinceleyeceğiz.Göreceğizkibu,standartBüyükPatlamamodeli içinbir"önkenar"oluşturmaktadırveevreninilkanlarındakiolaylarhakkındastandartkuramın iddialarında kritik değişiklikler önermektedir. Bunu yaparken de şişme kozmolojisi, standartBüyükPatlamakuramınınerişimininötesindekisorunlarıgiderir,birkısmıdeneyselolaraksınanmış,birkısmıdayakıngelecektesınanmayadevamedecekolanbazıöngörülerdebulunurvebelkideençarpıcısı,kuantumsüreçlerininkozmikgenişlemeyoluylauzayındokusundakiminikkırışıklıkları ütüleyereknasılgece gökyüzünde görülebilen parmak izlerini bıraktıklarını gösterir. Bu kazanmaların ötesinde, şişmekozmolojisi,gençevrenin, sergilediğiolağanüstüdüşükentropiyenasıl sahipolmuşolabileceğivebizinasılzamanınokununaçıklamasınaşimdiyekadarolmadığıbiçimdeyaklaştırdığıkonularındadaönemligörüşlerilerisürer.

EinsteinveİtimselKütleçekimi

1915'te genel göreliliğin son rötuşlarını yaptıktan sonra Einstein, kütleçekimine ilişkin bu yenidenklemleri bir dizi probleme uyguladı. Bunlardan biri, uzun zamandır çözülemeyen, Merkür'ünyörüngesinin günberi noktasının Newton denklemleriyle açıklanamayan presesyonu -Merkür Güneşçevresindeki her turunda aynı yörüngeyi izlemez: Her yörünge, bir öncekine göre hafitçe kayar-bilmecesiydi. Yörünge hesaplarını yeni denklemlerle yapan Einstein, gözlenen günberi presesyonunuhassasbirbiçimdebuldu.ÇokheyecanlandıranbusonuçkarşısındaEinsteininkalpçarpıntısıhissettiğibiliniyor.Einsteingenelgöreliliği,uzakbiryıldızdanDünyayadoğrugelen ışığınyörüngesinin,Güneşyakınından geçerken uzay-zamandaki eğrilik nedeniyle ne kadar sapacağı problemine de uyguladı.1919'dabiriAfrika'nınbatıkıyısınınaçıklarındakiPrincipeadasında,diğeriiseBrezilya'dabulunanikigrup astronom, Güneş tutulması sırasında, Güneş diskinin kenarından ilk görünen yıldız ışığı (bunlarGüneş'in varlığından en çok etkilenen ışınlar olup yalnızca Güneş tutulması sırasında görülebilirler)gözlemlerinikarşılaştırarakgenelgöreliliğinbukonudakiöngörüsünüsınadılar.Güneş'inkütleçekimininyıldızdangelenışıkışınıüzerindekietkisiniortadankaldırmakamacıyla,Dünyayörüngesindedolanırkentam aynı yıldızlarla Güneş arasındayken fotoğraflar çekildi. Karşılaştırmalar, ışık ışınlarının bükülmemiktarıkonusundabirkeredahaEinstein'ınhesaplarınıdoğruladı.BasınbuhaberiduyarduymazEinsteinbir gecede bütün dünyanın tanıdığı bir şöhret oluverdi. Einstein, genel görelilikle gümbür gümbürgeliyordu.

Amagenelgöreliliğinolağanüstübaşarılarınarağmen,denklemleriniilkkezsınavlarınenzoruna-bütünevreni anlamaya- uyguladıktan sonra Einstein, yıllarca hesaplardan ortaya çıkan sonucu kabul etmeyikesinlikle reddetti. Friedmann ve Lemaitre'ın Bölüm 8'de incelenen çalışmalarından önce Einstein dagenelgörelilikdenklemlerinin, evrenindurağanolamayacağınıgösterdiğinin farkındaydı;uzayındokusugerilip büzülebilirdi, ama aynı boyutta kalmayı sürdüremezdi. Bu durum, evrenin dokusunun en çokbüzülmüş olduğu, belirli bir başlangıcı olabileceğini ve hatta belirli bir sonu olabileceğine işaretediyordu.Einsteingenelgöreliliğinbusonucukarşısındainatçıbirşekildedurduveilerlemeyireddetti,çünküoveherkesevreninsonsuzolduğuna,enbüyükölçeklerdesabitvedeğişmezolduğuna"emindi".Buyüzden,genelgöreliliğingüzelliğivebaşarısınarağmenEinsteindefteriniyenidenaçtıvedenklemlerde,hâkimolanönyargıyaizinverecekbirdeğişiklikyapıpyapamayacağınıaramayabaşladı.Buarayışçokuzunsürmedi.1917degenelgörelilikdenklemlerineyenibirkavramsokarakamacınaulaştı:Kozmolojiksabit.

Einstein'ınbudeğişikliğiyapmaktakistratejisinianlamakzordeğildir,ikinesnearasındakikütleçekimikuvveti;bunlaristerbeyzboltoplanolsunistersegezegenlerveyayıldızlar,çekicidir;sonuçtakütleçekimi,nesneleri birbirlerine doğru çekmeye çalışır. Dünya ile yukarıya doğru sıçrayan bir dansçı arasındakikütleçekimi, dansçının yavaşlamasına, en yüksek noktasına ulaştıktan sonra da geriye, Dünyaya doğrudüşmesinenedenolur.Eğerbirkoreograf,dansçınınhavadadurduğubirgösteriplanlamakisterse,Dünyaile dansçı arasında, ikisinin arasındaki kütleçekimi kuvvetini tam olarak dengeleyen bir itme kuvvetiolmasıgerekir:Budurumancakçekmeveitmekuvvetleriarasındatambirdengevarsagerçekleşebilir.Einsteinaynımantığınbütünevreniçindegeçerliolduğunuanlamıştı.Kütleçekimikuvvetinasıldansçınınyükselmesini yavaşlatıyorsa, uzayın genişlemesini de yavaşlatırdı. Kütleçekimini dengeleyen itici birkuvvet olmaksızın nasıl dansçı havada duramazsa, evren de sabit bir boyutta kalamazdı. Einsteinkozmolojik sabiti ortaya attı, çünkü bu terim denklemlere girdiği zaman, kütleçekiminin böyle itici birkuvvetsağladığınıbulmuştu.

Acababumatematiksel teriminfizikselanlamınedir?Kozmolojiksabitnedir,yapısınasıldır,normalkütleçekimine karşı koyarak itici bir kuvvet uygulamayı nasıl başarır? Einstein'ın çalışmasınınmodernmetni -Lemaitre'a kadar giden bir metin- kozmolojik sabiti, birörnek ve türdeş olarak bütün uzayıdolduran,egzotikbirenerjitürüolarakyorumluyor."Egzotik"diyorumçünküEinstein'ınçözümlemesibu

enerjinin nereden gelebileceğini belirlemiyor ve kısa bir süre sonra göreceğimiz gibi, kullanılanargümanların matematiksel tanımları, bunun proton, nötron, elektron ya da toton gibi tanıdıkparçacıklardanoluşmayacağınıkesinliklebelirtiyor.Einstein'ınkozmolojiksabitininanlamınıtartışırkengünümüzünfizikçileri"uzayınkendienerjisi"veya"karanlıkenerji"deyimlerinikullanıyorlar,çünküeğerbirkozmolojiksabitolsaydı;uzay,doğrudangöremeyeceğimiz,saydamveamorfbirşeyledoluolurdu;kozmolojiksabitledoluolanuzay,hâlâkaranlıkgörünürdü.(Bu,eskininesirkavramınıveuzaydasıfırdanfarklı bir değer alan, daha yeni Higgs alanı kavramını andırıyor. Kozmolojik sabitle Higgs alanlarıarasında yakında inceleyeceğimiz yakın bir bağlantı olduğundan, bu ikinci benzerlik yalnızca rastlantıolamaz.) Yine de, kozmolojik sabitin kaynağını ve kimliğini belirlemeden bile, Einstein bununkütleçekimselsonuçlarınıortayakoyabildiveçokönemlibirsonucaulaştı.

Bu sonucu anlamak için, genel göreliliğin henüz üzerinde durmadığımız bir özelliğinden haberdarolmanız gerekir. Kütleçekimine Newton'un yaklaşımında iki cisim arasındaki kuvvet yalnızca iki şeyebağlıdır: Kütleleri ve aralarındaki uzaklık. Cisimler ne kadar büyük kütleli ve birbirine yakınsa,aralarındaki kütleçekimi kuvveti de o kadar büyüktür.Genel görelilikteki durumda çok benzerdir amaEinstein'ın denklemleri, Newton'un kütleye odaklanmasının çok sınırlı olduğunu gösteriyor. Genelgöreliliğe göre, kütleçekimi alanının şiddetine katkıda bulunan faktör, yalnızca cisimlerin kütlesi (vearalarındakiuzaklık)değildir.Enerjivebasımcındakatkılarıvardır.Bu,önemliolduğundanbirandurupneanlamageldiğinianlamayaçalışalım.

Yirmibeşinci yüzyılda olduğunuzu ve beyaz-yakalı suçluları disiplin altında tutmaya yönelik olarakbeceriyedayalıbiryaklaşımıdeneyen,enyeniDüzeltmelerBölümünün,AkılSalonuadıverilendeneyodasında tutulduğunuzu varsayın. Mahkûmların yeniden özgürlüklerine kavuşmalarının tek yolu,kendilerine verilen bulmacaları çözmek. Komşu hücredeki mahkûm, Gilligan Adası'nın yeniversiyonlarının neden yirmi ikinci yüzyılda sürpriz bir şekilde geri geldiğini ve o zamandan beri çokpopüler olduğunu bulmaya çalışıyor. Bu yüzden burada daha epeyce kalacak gibi. Sizin bulmacanızsadaha basit. Size iki tane altın küp verilmiş. Boyutları aynı olan bu küpler tam olarak aynı miktardaaltından yapılmış. Sizin yapmanız istenen şey, bunları çok hassas bir teraziye koyduğunuzda farklıağırlıkta olmalarını sağlamak. Küplerdeki altınmiktarını değiştirmenize kesinlikle izin yok, o nedenlekazıma,yontma,lehimlemegibiişlemleryapamazsınız.EğerbubulmacayıNewtonasormuşolsaydınız,anında bir çözümü olmadığını söylerdi. Newton yasalarına göre, aynı altın miktarları aynı kütlelerekarşılıkgelir.Herikiküpdeaynıterazininüzerindeolduğundan,üzerlerineetkiedenkütleçekimikuvvetiaynıolacaktır.Newton,budurumdaküplerinağırlığınınaynıolduğusonucunavaracaktır.Bundaherhangibir"eğer","ve","ama"olamaz.

Amasiz,yirmibeşinciyüzyıllisegenelgörelilikbilginizlebirçıkışyolubuluyorsunuz.Genelgörelilik,iki cismin arasındaki kütleçekimi kuvvetinin yalnızca cisimlerin kütlesine (ve aralarındaki uzaklığa)değil,herikicismintoplamenerjisineolanbütünkatkılaradabağlıolduğunugöstermiştir.Şimdiyekadaraltın küplerin sıcaklığından hiç söz etmedik. Sıcaklık, ortalama olarak, her küpü oluşturan altınatomlarının ne kadar hızla sağa-sola hareket ettiklerinin -atomların ne kadar enerjik olduklarının- birölçüsüdür (atomların kinetik enerjilerini verir). Bu nedenle, eğer küplerden birini ısıtırsanız, atomlarıdahaenerjikolacağıiçin,soğukküpeoranlabirazdahaağırgeleceğinifarkediyorsunuz.Bu,Newton'unhaberdar olmadığı bir gerçekti (sıcaklıkta 10 derece Celsius'luk bir artış, 1 kilogramlık bir küpünkütlesini bir kilogramın milyon kere milyarda biri kadar artırır, yani artış çok küçüktür), bu çözümleözgürlüğünüzekavuşuyorsunuz.

Yani,neredeysekavuşuyordunuz.Sizinsuçunuzbirazağırcaolduğundan,sondakikadakurulsizinikincibir bulmaca çözmeniz gerektiğine karar veriyor. Size birbirinin eşi olan iki tane eski moda, kapağı

açılınca içinden yaya bağlı bir bebek fırlayan kutu veriliyor. Şimdi de yapmanız gereken, bu ikisininağırlıklarının farklı olması için bir yol bulmak. Ama bu sefer, hem nesnelerdeki madde miktarınıdeğiştirmenizyasak,hemdeherikisinitamolarakaynısıcaklıktatutmakzorundasınız.EğerNewton'abubulmacaverilmişolsaydı,ömrününsonunakadarburadakalırdı.Oyuncaklarınkütlesiaynıolduğu için,ağırlıklarının da aynı olacağı ve bulmacanın çözümsüz olduğu sonucuna varırdı. Ama genel görelilikbilginiz bir kere daha imdadınıza yetişiyor: Oyuncaklardan birindeki yayı sıkıştırarak bebeği kutuyasokuyor,diğerinde iseyayıgevşek,bebeğiysedışarıdabırakıyorsunuz.Neden?Elbettesıkıştırılmışyaysıkıştırılmamış olana oranla daha fazla enerjiye sahiptir; yayı sıkıştırmak için kuvvet uygulamakzorundasınız ve sıkıştırılmış yayın kutunun kapağına basınç yaparak kapağı hatifçe yukarı doğrukaldırmasıharcadığınızçabanınbirkanıtıdır.Gene,Einstein'agöre,fazladanherhangibirmiktarenerji,kütleçekiminietkilervefazladanağırlıkyapar.Buyüzdenyayısıkıştırılmışdurumdaolankapağıkapalıoyuncak,yayıgevşekvekapağıaçıkoyuncağagörebirazdahaağırgelir.Newtonbunu farkedemezdi.Sonundagerçektenözgürlüğünüzekavuşuyorsunuz.

İkinci bulmacanın çözümü, genel göreliliğin peşinde olduğumuz, zor fark edilen ama kritik birözelliğinin ipucunu verir. Genel göreliliği anlattığı makalesinde Einstein, matematiksel olarak,kütleçekimininyalnızcakütleyeveyalnızcaenerjiye(ısıgibi)değil,uygulanabilecekherhangibirbasıncadabağlıolduğunugöstermişti.Eğerkozmolojiksabitianlamakistiyorsak,ihtiyacımızolantemelfizikiştebudur. Nedeni şöyle. Sıkıştırılmış yayın uyguladığı gibi dışarı doğru yönlenmiş olan basınca pozitifbasınçdenir.Pozitifbasınç,doğalolarak,kütleçekiminepozitifkatkıyapar.Amakritiknoktaşudurki,birbölgedekibasıncın,kütleve toplamenerjiden farklıolaraknegatifolduğudurumlarvardır,yanibasınçdışarı doğru itmekyerine içeri doğruemer.Hernekadarkulağaözelolarakegzotikgibigeliyorsada,negatif basınç, genel göreliliğin bakış açısından olağanüstü bir şeyle sonuçlanır: Pozitif basınç,bildiğimiz, çekici kütleçekimine katkıda bulunurken, negatif basınç "negatif kütleçekimine yani iticikütleçekiminekatkıdabulunur!

Busersemleticikavrayış,kütleçekimininherzamançekicibirkuvvetolduğuyolundaki ikiyüzyıldandahaeskiinançtabiryaraaçtı.Gezegenler,yıldızlarvegalaksiler,elbetteNewton'undoğrubirbiçimdegösterdiğigibiçekicikütleçekimiuygularlar.Amabasınçönemliolduğunda(gündelikkoşullaraltındakisıradanmaddedebasıncınkütleçekiminekatkısı ihmaledilebilirdüzeydedir)veözelliklebasınçnegatifolduğunda (proton ve elektronlardan oluşan normal maddede basınç pozitiftir, kozmolojik sabitinbildiğimizbirşeydenoluşamamasınınnedenibudur)kütleçekimineNewton'aşokgeçirtebilecekbirkatkıyapar,iticidir.

Bu sonuç, bundan sonra anlatılacakların çoğu için çok önemli olduğu ve kolaylıkla yanlışanlaşılabileceğiiçin,bir temelnoktayıvurgulamakisterim.Kütleçekimivebasınç,buöyküdebirbirleriile ilişkili ama farklı iki karakterdir. Basınçlar, ya da daha doğru bir deyişle basınç farkları,kütleçekimsel olmayankendi kuvvetlerini uygulayabilirler.Suyadaldığınızdakulak zarlarınızdışarıdanitensuylaiçeridenitenhavanınbasınçlarıarasındakifarkıalgılayabilir.Butümüyledoğrudur.Amaşimdikütleçekimivebasınçhakkındasöyleyeceklerimizbunlardançokfarklıdır.Genelgöreliliğegöre,basınçdolaylıyoldanbirkuvvetdahauygulayabilir-kütleçekimikuvvetiuygulayabilir-çünkübasınçkütleçekimialanınakatkıdabulunur.Basınçdamaddeveenerjigibibirkütleçekimikaynağıdır.Önemliolanşuki,eğer bir bölgede basınç negatifse, bölgeyi kaplayan kütleçekimi alanına çekme yönünde değil de, itmeyönündekatkıdabulunur.

Bununanlamıdabasınçnegatifolduğundanormalkütleveenerjidenkaynaklanançekicikütleçekimiilenegatifbasınçtankaynaklananegzotik,iticikütleçekimiarasındabirrekabetinortayaçıkacağıdır.Eğerbirbölgedekinegatif basınçyeterincenegatifse, itici kütleçekimiüstüngelecektir; her şeyi birbirinedoğru

çekmek yerine birbirinden uzaklaştırmak için itecektir. İşte kozmolojik sabitin öyküye girdiği yerburasıdır.Einstein'ıngenelgörelilikdenklemlerineeklediğikozmolojik terim,uzayınbirörnekenerjiyledoluolduğuanlamınageliramaçokönemliolarak,denklemlerbuenerjininbirörnek,negatifbirbasıncasahip olduğunu gösterirler. Dahası, kozmolojik sabitin negatif basıncının kütleçekimsel itmesi, pozitifenerjisindengelen kütleçekimsel çekmeyi yener ve böylece itici kütleçekimi bu rekabetten üstün çıkar:Kozmolojiksabititicikütleçekimikuvvetiuygular.'

Bu,Einstein'ıntamdaistediğişeydi.Evrenedağılmışhaldebulunansıradanmaddeveışınım,çekicikütleçekimi kuvveti uygulayarak uzayın her bölgesinin diğerlerini çekmesine neden olur. Einstein'ınevrene birörnek dağıldığını düşündüğü yeni kozmolojik terim itici kütleçekimi uygulayarak uzayın herbölgesinindiğerbölgeleriitmesinenedenolur.Einstein,yeniteriminboyutunudikkatliceseçereknormal,çekicikütleçekimi ileyenikeşfedilen iticikütleçekimini çokhassasbir şekildedengeleyebileceğiniveortayadurağanbirevrençıkarabileceğinibuldu.

Üstelikyeni,iticikütleçekimiuzayınkendisininenerjivebasıncındankaynaklandığıiçinEinsteinbununşiddetininbirikiciolduğunubuldu;büyükuzaysaluzaklıklardabukuvvetdahagüçlenir,çünküaradadahabüyük bir uzay bölgesinin bulunması, daha fazla itme demektir. Einstein, Dünyamızın ve bütün Güneşsistemininuzaklıkölçeklerindebuyeniiticikütleçekimikuvvetininçokküçükolduğunugösterdi.Buyenikuvvet,ancakçokbüyükkozmolojikuzaklıklardaönemlihalegelir,böyleceyakınçevreyeuygulandığındahem Newton kuramı hem de Einstein'ın genel görelilik kuramı başarılı olmayı sürdürür. Kısacası,Einstein'ınbukonudakibaşarısıkatmerlioldu:Hemgenelgöreliliğin cazipvedeneylercedoğrulanmışolanözelliklerininkorunmasınısağladı,hemdehiçgenişlemeyenvebüzülmeyen,değişmeyenbirevreninebedihuzurununkeyfiniçıkarmasımümkünhalegeldi.

Bu sonuçla hiç kuşkusuz Einstein derin bir nefes almış olmalı. Eğer genel göreliliğinformülleştirilmesineadadığıveonyılsürenyorucuaraştırmaların,gecegökyüzünebakanbirininçokaçıkolarakgördüğüdurağanevrenletutarlıolmadığıortayaçıksaydı,busondereceüzücüolurdu.Amagörmüşolduğumuz gibi, hikâye on yıl sonra bambaşka bir şekil aldı. 1929'da Hubble üstünkörü gecegözlemlerinin yanıltıcı olabileceğini gösterdi. Hubble'ın sistematik gözlemleri evrenin durağanolmadığını, genişlediğini ortaya koydu. Eğer Einstein genel göreliliğin özgün denklemlerine güvenmişolsaydı, evrenin genişlemekte olduğunu, gözlemsel olarak keşfedilmesinden on yıldan daha uzun birzamanöncekuramsalolarakbulmuşolacaktı.Elbettebu,tümzamanlarınenbüyükkeşiflerindenbiri-hattaenbüyükkeşfi-olabilirdi.Hubble'ıneldeettiği sonuçlarıöğrendiktensonraEinstein,kozmolojik sabitidüşündüğügüniçinpişmanolduvebusabitigenelgörelilikdenklemlerindenbüyükbirdikkatleçıkardı.Herkesinbuhazinolayıunutmasınıdilediveonyıllarboyuncaherkesunuttuda.

Ama 1980'lerde kozmolojik sabit şaşırtıcı, yepyeni bir biçimde geri dönüş yaptı ve insanlarınkozmolojiyle ilk uğraşmaya başladığı günden beri, kozmoloji düşüncesindeki en büyük altüst oluşunhabercisioldu.

SıçrayanKurbağalarveSüperSoğumaÜzerine

Eğeryukarıyadoğruyükselmekteolanbirbeyzbol topugördüyseniz,Newton'unkütleçekimiyasasını(veyaEinstein'ındaharafinedenklemlerini)kullanaraktopundahasonrakiyörüngesinibelirleyebilirsiniz.Eğergereklihesaplarıyaparsanız,topunhareketinisonderecesomutbirşekildekavrarsınız.Amageriyehâlâcevaplanmamışbirsorukalır:Herşeydenöncebutopuyukarıyafırlatankimdirveyanedir?Sonrakigelişimini matematiksel olarak değerlendirdiğiniz, yukarı doğru olan bu hareketi top başlangıçta nasıl

kazanmıştır?Buörnekte,cevabıbulmak içingerekenşey,birazcıkdahaaraştırmaktır (tutkulubüyük-ligoyuncuları biraz önce vurdukları topun, park halindeki bir Mercedes'in ön camına doğru gittiğinianlamadıkları sürece). Ama bu sorunun daha zor bir benzeri, genel göreliliğin evrenin genişlemesinegetirdiğiaçıklamayızordurumdabırakır.

ÖzgünolarakEinstein,Hollandalı fizikçiWillemdeSittervedaha sonralarıFriedmannveLemaîtretarafındangösterildiğigibi,genelgöreliliğindenklemlerievreningenişlemesinimümkünkılar.AmatıpkıNewton denklemlerinin topun yukarı doğru olan hareketinin nasıl başladığı konusunda hiçbir ipucuvermemesi gibi, Einstein'ın denklemleri de evrenin nasıl genişlemeye başladığı konusunda bir ipucuvermez.Kozmologlar yıllar boyuncauzayınbaşlangıçtaki genişlemesini, açıklanamayanbir veri olarakaldılarvedenklemlerioradanbaşlayarakuyguladılar.DahaönceBüyükPatlama'nın,patlamanınkendisikonusundasessizkaldığınısöylerkenbunukastetmiştim.

1979Aralık ayında, her şeyin değiştiği o geceye kadar durum böyleydi.O gece, StanfordDoğrusalİvmelendirici Merkezi'nde (Stanford Linear Accelerator Center) fizik konusunda doktora sonrasıçalışmalarıyapanAlanGuth(şimdiMIT'deprofesördür),bundandahaiyisininyapılabileceğinigösterdi.Çokdaha iyisininyapılabileceğini.Hernekadarbugün,neredeyseyirmibeşyıldandahauzunbir süresonra bile henüz tam olarak çözülmemiş olan ayrıntılar varsa da, Guth, Büyük Patlamaya herkesinbeklediğindendahabüyükbirpatlamasağlayarakkozmolojiksessizliğebirsonverdi.

Guthkozmolojieğitimialmamıştı.Uzmanlıkalanıparçacıkfiziğiydive1970'lerinsonlarındaCornellÜniversitesi'ndenHenryTyeilebirliktebüyükbirleşikkuramlardakiHiggsalanlarınınçeşitliözellikleriüzerindeçalışıyordu.Geçenbölümdeki,Higgsalanınındeğerisıfırdanfarklı,özelbirsayıya(potansiyelenerjikâsesininayrıntılışeklinebağlıolanbirsayı)oturduğunda,uzayınbirbölgesindekiolasıendüşükenerji düzeyine katkıda bulunduğu, kendiliğinden simetri kırılması tartışmasını hatırlayın. Evrenin ilkanlarında, sıcaklık olağanüstü yüksekken, Higgs alanının değerinin, tıpkı sıcak bir kâsenin içinedüştüğündebacaklarıyandığı içincanhavliylesıçrayanbirkurbağagibibirdeğerdendiğerineşiddetlesıçradığını,amaevrensoğurkenHiggs'indekâsenindibinedoğrukayarakenerjisininasılendüşükdeğereindirdiğinigörmüştük.

GuthveTye,Higgsalanınınendüşükenerjiliduruma(Şekil9.1c'dekikâseninvadisi)ulaşmaktanedengeç kalmış olabileceği sorusu üzerinde çalışıyorlardı. Eğer kurbağa benzetmesini Guth ve Tye'ınsorduklarısoruyauyarlarsakşöyleolur:Eğerkâsesoğumayabaşlamadanöncekisıçramalarındanbirinde,kurbağakendinimerkezdekidüzlüküzerindebulsaydıneolurdu?Kâsesoğumayadevamederkenkurbağakâsedekivadiyekaymakyerinemerkezdekidüzlükteoturuyor(vesakinbirşekildekurtlarıyiyor)olsaydıneolurdu?Veyafiziğindiliylesöylersek,dalgalananHiggsalanınındeğeri,enerjikâsesininmerkezdekidüzlüğüneoturmuşolsaydıveevrensoğumayadevamederkenoradakalsaydıneolurdu?Eğerbuolursa,fizikçilerHiggs alanının süper soğumuş olduğunu söylerler ki, bu da, evrenin sıcaklığıHiggs alanınındüşük-enerjilivadiyeyaklaşmasınıbeklediğiniznoktanınaltınadüşmüşbileolsa,dahayüksek-enerjilibirdurumdayakalanmışolarakkaldığıanlamınagelir.(Bu,yüksekderecedesaflaştırılmışsuyundavranışınabenzer.Sıfırdereceninaltınasüpersoğutulursasafsudonmazvesıvıhaldekalmayısürdürür,çünkübuzunoluşması,çevresindekristallerinbüyüyebileceğiküçüksafsızlıklargerektirir.)

Guth ve Tye bu olasılıkla ilgileniyorlardı, çünkü hesapları bu olasılığın, araştırmacıların büyükbirleşme konusundaki çeşitli girişimlerde karşılaştıkları bir problemle (manyetik tek kutup problemi)ilgiliolabileceğinigösteriyordu.AmaGuthveTyebununbaşkabir sonucuolabileceğini farkettilerkiçalışmalarını çok önemli kılan da bu oldu. Süper soğumuş Higgs alanıyla ilişkili olan enerjinin -hatırlarsanız, alanın yüksekliği enerjisini temsil ediyordu, buyüzdenyalnızca değeri kâsenin vadisindeolduğunda alanın değeri sıfır oluyordu- evrenin genişlemesi üzerinde bir etkisi olabileceğinden

kuşkulandılar.1979AralığınınilkgünlerindeGuthbuönsezisiniizledi.Bulduğuşuydu.

DüzlüktekalmışolanbirHiggsalanıyalnızcauzayıenerjiyledoldurmaklakalmaz.Guth,hayatiönemesahipolacakşekildebualanın,birörnekbirnegatifbasıncakatkıdabulunduğunufarketti.Aslında,enerjive basınç göz önüne alındığında, düzlükte kalmış olan bir Higgs alanının, kozmolojik sabit ile aynıözelliklere sahip olduğunu buldu: Böyle bir alan, uzayı enerji ve negatif basınçla doldurur ve bunukozmolojik sabit ile aynı oranlarda yapar. Böylece, Guth süper soğumuş bir Higgs alanının uzayıngenişlemesi üzerinde önemli bir etkisi olduğunu ortaya koydu:Higgs alanı kozmolojik sabit gibi uzayıgenişleten,iticibirkütleçekimiuygular.

Bunoktada, zaten negatif basınç ve itici kütleçekimini bildiğinizden, şöyle düşünebilirsiniz:Tamam,Guth'unEinstein'ınkozmolojiksabitrüyasınıgerçekleştirmekiçinfizikselbirmekanizmabulmuşolmasıgüzel bir şey, ama ne olmuş yani? Bunun neresi büyük iş? Kozmolojik sabit kavramı uzun süre önceterkedilmişti. Fiziğe sokulması Einstein'ın bir utancıdır. Altmışyıl önce gözden düşmüş olan bir şeyinyenidenkeşfedilmesiyüzündenduyulanbuheyecanneden?

Şişme

Nedeni şu. Her ne kadar süper soğumuş bir Higgs alanı, koz-molojik sabitle bazı özellikleripaylaşıyorsada,Guthbunlarıntamolarakaynıolmadıklarınıfarketti.Aralarındaikikilitfarkvardıvebunlardafarkyaratanfarklardı.

Şekil10.1(a)SüpersoğumuşbirHiggsalanı,tümsektekikurbağagibi,enerjikâsesininyüksek-enerjidüzlüğündekalmışbiralandır,(b)Tipikbirbiçimde,süpersoğumuşbirHiggsalanı,tıpkıtepedensıçrayanbirkurbağagibi,biryolunubulup,dahadüşük

birenerjideğerinedüşecektir.

Birincisi,kozmolojiksabitbirsabitken-zamanladeğişmez,buyüzdendışarıdoğrudeğişmeyenbiritmeoluşturur-süpersoğumuşbirHiggsalanısabitolmakzorundadeğildir.Şekil10.ladakitümsekteoturanbirkurbağaolduğunuvarsayın.Kurbağaoradabirsüreoturabiliramaergeçşuveyabuyönedoğrubirsıçrama-busıçramakâsesıcakolduğuiçinyapılanbirsıçramadeğildir(çünküartıkkâsesıcakdeğildir),ama kurbağa bir süre sonra huzursuzlanacaktır- kurbağayı tümsekten öteye yöneltecek, sonra da Şekil10.1b'deki gibi kâsenin en alçak noktasına doğru kayacaktır. Bir Higgs alanı da buna benzer şekildedavranabilir.Sıcaklık,önemlibirısılçalkalanmayaratamayacakkadaralçalmışkenHiggsalanınınbütünuzaydaki değeri enerji kâsesininmerkezindeki tümsek üzerinde kalmış olabilir.Ama kuantum süreçlerinedeniyle Higgs alanının değerinde rasgele sıçramalar olacaktır ve yeterince büyük bir sıçrama onutümsekten uzaklaştıracak, enerjisi ve basıncının sıfıra düşmesine neden olacaktır. Guth'un hesapları,kâsenin tümseğinin tam şekline bağlı olarak, bu sıçramanın çok kısa bir sürede, belki de

0,00000000000000000000000000000001 (10-35) saniyede olmuş olabileceğini gösterdi. Sonra, ozamanlarMoskova'dakiLebedevFizikEnstitüsü'nde çalışmaktaolanAndreiLindevegeneo zamanlaröğrencisiAndreasAlbrecht ile birlikte PennsylvaniaÜniversitesi'nde çalışmakta olan Paul Steinhardt,Higgsalanınınsıfırenerjiyedüşmesivebütünuzaydakibasıncındahaetkilivebirhaylidahabirörnekolmasınınbiryolunukeşfettiler(aynızamandaGuth'unözgünönerisininbazıtekniksorunlarınıdaçözmüşoldular"). Potansiyel enerji kâsesinin Şekil 10.2'deki gibi daha düzgün ve daha az eğimli olmasıdurumunda,kuantumsıçramasınagerekolmadığınıgösterdiler:Higgsalanınındeğeritıpkıtepedenaşağıyuvarlananbirtopgibivadidenaşağıyuvarlanacaktı.Uzunsözünkısası,eğerHiggsalanıbirkozmolojiksabitgibidavranmışolsabile,bunukısabirsüreiçinyapmıştı.

Şekil10.2Dahadüzgünvedahaazeğimlibirtümsek,Higgsalanınınuzaydadahakolayvedahabirörnekbirşekildesıfır-enerjiyedüşmesineolanakverir.

İkincifark,Einsteinkozmolojiksabitindeğerini-uzayınherhacminekatkıdabulunanenerjimiktarıvenegatif basınç- bundan kaynaklanan itme kuvveti evrendeki normal madde ve ışınımdan kaynaklanançekmekuvvetinidengeleyecekşekildedikkatleveistediğigibiseçtiğihalde,Gulh,kendisininveTye'ınüzerinde çalıştıkları Higgs alanının katkıda bulunduğu enerji ve negatif basıncı hesaplayabiliyordu.Bulduğu cevap Einstein'ın seçtiği değerden 10000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000 (10100) kattan dahabüyüktü.Açıkçagörüldüğügibibu,devbirsayıdır,buyüzdenHiggsalanınıniticikütleçekimininyarattığıdışarı doğru itme, Einstein'ın kozmolojik sabit ile gözünde canlandırdığı değerle karşılaştırıldığındadevasaboyutlardadır.

Şimdi,eğerbuikigözlemi-yaniHiggsalanınınyalnızcaçokkısasüreleriçinortadakitümsekte,yüksekenerjili,negatif-basınçlıdurumdakalacağıvetümsekteikenyarattığı itmekuvvetininçokbüyükolduğuyolundakigözlemleri-birleştirecekolursak,ortayaçıkannedir?Guth'ındafarkettiğigibi,ortayaolgusal,kısa süreli, dışarı doğru bir patlama çıkar. Başka bir deyişle, tam olarak Büyük Patlama kuramındaolmayanşeyibuluruz:Birpatlamaveüstelikbüyükbirpatlama.Guth'ınkeşfininheyecanuyandıracakbirşeyolmasınınnedenibudur.

Guth'ınbüyükkeşfindensonraortayaçıkankozmolojimanzarası şöyleydi.Uzunzamanönce, evreninyoğunluğuolağanüstüyüksekken,enerjisinitaşıyanşey,potansiyelenerjikâsesininendüşüknoktasındanuzakbirdeğerdekalmışolanbirHiggsalanıydı.BuözelHiggsalanınıdiğerlerinden (bilinenparçacık

türlerininkütlelerinden sorumluolanelektrozayıfHiggsalanıveyabüyükbirleşmekuramlarındaortayaçıkanHiggsalanlarıgibi)ayırtedebilmekiçin,bualangenellikleinflaton(şişmeparçacığı)alanıolarakadlandırılır. Negatif basıncı nedeniyle inflaton alanı, uzayın her noktasını diğerlerinden uzağa doğrusürükleyen devasa bir kütleçekimsel itme yarattı; Guth'ın diliyle söylersek, inflaton evreni şişmeyezorladı.İtmeyalnızca10-35saniyesürdüamaöylesinegüçlüydüki,bukısacıkandaevrendevbirorandaşişti.İnflatonalanınınpotansiyelenerjisinintamşeklininayrıntılarınabağlıolarakevren,kolayca11030,1050veya10100katgenişlemişolabilir.

Bunlar,akıllaradurgunlukvericisayılardır.1030katdeğerindekibirgenişlemefaktörü-kibu, tutucubir tahmindir- bir DNA molekülünün yaklaşık olarak Samanyolu galaksisinin boyutlarına gelmesidemektirvebugenişleme,birgözkırpmasüresininmilyarkeremilyarkeremilyardabirindendahakısabirzamandagerçekleşmiştir.Birkarşılaştırmayapmakistersek,bututucugenişlemefaktörübile,standartBüyükPatlamakuramınagöreaynısüredeortayaçıkangenişlemedenmilyarlarcavemilyarlarcakatdahabüyüktür ve sonraki 14 milyar yılda ortaya birikici bir biçimde çıkan toplam genişleme faktörünü degeçer!Hesaplanangenişleme faktörünün1030’dandahabüyükolduğupek çok şişmemodelindeortayaçıkanuzaysalgenişlemeokadarbüyüktürki,engüçlü teleskoplarlabileolsagörebildiğimizevren, tümevreninyalnızcaçokküçükbirbölümüdür.Bumodelleregöreevreninçokbüyükçoğunluğundanyayılanışınlar henüz bize ulaşmış olamaz, çoğu da Güneş ve Dünya’nın ölümlerinin çok çok sonrasına kadarulaşamayacaktır.EğerbütünevrenDünya’nınboyutlarınakadarküçültülebilseydi,bizimulaşabileceğimizbölgeninboyutlarıbirkumtanesininkinigeçmezdi.

Patlamanınbaşlamasındankabaca10-35saniyesonraalantümsektenkaydıveuzaydakideğerikâsenindibineulaşarakiticikuvvetidurdurdu.İnflatondeğeriaşağıyakayarken,hapsolanenerjisidegenişleyenuzayı birörnek dolduran, sıradan madde parçacıkları ve ışınım -otların üzerinde yoğunlaşarak sabahşebneminedönüşenpuslu sis gibi- üretiminegitti.Bunoktadan sonraöykü, esas olarak standartBüyükPatlama kuramınınki ile aynıdır: Patlamanın yan etkisi olarak uzay genişlemeye ve soğumaya devametmiş, parçacıklar da kümelenerek galaksi, yıldız, gezegen gibi yapılara dönüşmüş ve Şekil 10.3'tegösterildiğigibi,şimdigördüğümüzevrenortayaçıkmıştır.

Guth'ın keşfi -şişme kozmolojisi- Linde, Albrecht ve Steinhardt'ın önemli katkılarıyla uzayı neyingenişlettiği sorusunabircevapvermiştir.SıfırenerjisininüzerindebirdeğereyerleşenbirHiggsalanı,uzayın şişmesine neden olan patlamayı tetikleyebilir. Guth, Büyük Patlama'nın patlamasını ortayaçıkarmıştı.

ŞişmeselFormülasyon

Guth'ın keşfi hızla, büyük bir ilerleme olarak kabul gördü ve kozmoloji araştırmalarının en büyükdemirbaşıhalinegeldi.Amabukeşifte iki şeyedikkatetmekgerekir.Birincisi, standartbüyükpatlamamodelindepatlamanın sıfır anında, evrenin enbaşlangıcındagerçekleştiği varsayılır, buyüzdendeona"yaratanolay"gözüylebakılır.Amanasılbirdinamitçubuğu,fitiliancakuygunbirbiçimdetutuşturulduğuzaman patlarsa, şişme kozmolojisinde de patlama, koşullar uygun hale geldiğinde -değeri, iticikütleçekiminin dışarı doğru patlamasını tetikleyen enerji ve negatif basıncı sağlayan bir inflaton alanıolduğunda ortaya çıkmıştır ve evrenin "yaratılması" ile çakışıyor olmak zorunda değildir. Bu nedenle,şişmepatlamasınınmutlakaevreniyaratanolayolmakzorundaolmadığını,öncedenvarolanbirev-rendegerçekleşmiş olduğunudüşünmekdaha doğrudur.BunuŞekil 10.3' te gösterdik.Asıl kaynakkonusundahâlâsürmekteolanbilgisizliğimizisimgelemeküzere:Özellikle,eğerşişmekozmolojisidoğruise,neden

bir inflatonalanınınvarolduğunu,nedenpotansiyelenerjikâsesininşişmeninortayaçıkması içinuygunşekle sahip olduğunu, neden tüm bu tartışmaların içinde yer aldığı uzay ve zamanın var olduğunu veLeibniz'indeyimiylenedenhiçbirşeyyerinebirşeylerolduğunubilmediğimiziçin,Şekil9.2'dekibulanıkalanınbirbölümünükoruduk.

Şekil10.3(a)Şişmekozmolojisievrentarihininilkdönemlerinehızlı,devasabirgenişlemepatlamasıekler,(b)Buhızlıgenişlemedensonraevreninevrimi,BüyükPatlamamodelininöngördüğüstandartevrimedönüşür.

Bununlailgiliikincibirgözlemde,şişmekozmolojisinintekvebenzersizbirkuramolmadığıdır.Şişmekozmolojisi, kütleçekiminin itici olabileceği ve böylece uzayı genişletebileceği kavrayışının çevresineinşa edilmiş olan kozmolojik bir yapıdır. Patlamanın kesin ayrıntıları -ne zaman oldu, ne kadar sürdü,itmenin şiddeti, patlama sırasında evrenin genişleme faktörü, patlama yaklaştığında şişmenin bilinenmaddeyedepoladığıenerjimiktarıvb.-inflatonalanınınpotansiyelenerjisinin,şuandayalnızcakuramsalyaklaşımlarlabilebileceğimizinötesindeolanboyutuveşeklininayrıntılarınabağlıdır.Buyüzdenyıllarboyuncafizikçilerherolasılığıincelediler-potansiyelenerjininçeşitlişekilleri,birbiriardısıraişleyeninflaton alam değerleri vb. ve hangi seçimlerin astronomi gözlemleri ile tutarlı kuramlar ortayaçıkardığını belirlediler. Önemli olan, şişme kozmolojisi kuramlarının, ayrıntıların üstüne çıkan ve buyüzdendeesasolarakherkavrayıştaortakolanözelliklerininvarolmasıdır.Patlamanınkendisi, tanımgereği böyle bir özelliktir ve bütün şişme kuramları patlama içerir. Ama standart Büyük Patlamakozmolojisinemeydanokuyanönemliproblemleriçözdükleri için,bütünşişmemodellerindeortakolanbirdizibaşka,hayatiözellikdahavardır.

ŞişmeveUfukProblemi

Buproblemlerdenufukproblemi olarak bilinen biri, daha önce rastlamış olduğumuzmikrodalga fonışınımının birörnekliği ile ilgilidir. Bize uzayda herhangi bir yönden ulaşan mikrodalga ışınımınınsıcaklığının, bir başka yönden gelenle olağanüstü bir hassasiyetle (bir derecenin binde birinden dahaküçük) aynı olduğunu hatırlayın. Bu gözlemsel gerçeklik çok önemlidir, çünkü uzaydaki türdeşliğikanıtlayarak evrenin kuramsal modellerinde inanılmaz bir basitleştirme olanağı sağlar. Daha öncekibölümlerdebutürdeşliği,uzayınolasışekillerininsayısınıazaltmakvebirörnekkozmikzamanıtartışmakamacıyla kullanmıştık. Problem, uzayın nasıl bu kadar birörnek olduğunu açıklamaya çalıştığımızdaortaya çıkar. Uzayın birbirinden bu kadar uzak bölgeleri kendilerini nasıl sıcaklıkları böylesine aynıolacakşekildeayarlamışolabilirler?

Eğergeride,Bölüm4'teanlatılanlarıdüşünürseniz,olasılıklardanbiri,tıpkıyerelolmayanbirkuantumbağlantısının,birbirindençokuzaktabulunanparçacıkların spinlerinibirbirlerineuydurduğugibi,belkibirbirindençokuzakuzaybölgelerininsıcaklıklarınıdabirbirineuydurmuşolmasıolabilir.Builginçbiröneri olsa da, o bölümün sonunda tartışıldığı gibi, en kontrollü ortamların dışındakilerde bağlantınınolağandışızayıflaması,bunuolanaksızhalegetirir.Tamam,belkidedahabasitbiraçıklamavardır.Nasılaralarındaki kapı bir süre açık tutulduğunda sıcak bir mutfakla serin bir oturma odası aynı sıcaklığageliyorsa, çok eskiden bu bölgeler birbirine çok yakınken sıcaklıkları yakın temas sonucunda daeşitlenmişolabilir.AmastandartBüyükPatlamakuramındabuaçıklamadabaşarısızoluyor.Bukonudaaşağıdakigibidüşünülebilir.

Başlangıcındanbugünekadar kozmik evrimin tamamını gösterenbir film izlediğinizi varsayın.Filmirasgelebirzamandadurdurunvekendinize şunusorun:Uzayda iki farklıbölge, tıpkımutfakveoturmaodasıgibi,birbirininsıcaklığınıetkilemişolabilirmi?Aralarındaışıkveısıalışverişiyapmışolabilirlermi?Cevap, iki şeyebağlıdır:Bubölgelerinarasındakiuzaklıkvepatlamadanoanakadargeçmişolanzaman. Eğer aralarındaki uzaklık ışığın Büyük Patlama'dan o ana kadar geçen süre içinde kat etmişolabileceğinden azsa, bu bölgeler birbirlerini etkilemiş olabilir; fazlaysa, olamaz. Şimdi, gözlenebilirevrendeki bütün bölgelerin başlangıcın hemen sonrasında birbirleri ile etkileştiğini düşünebilirsiniz,çünküfilminekadargeriyesararsakbölgelerbirbirineokadaryaklaşırveetkileşmelerideokadarkolayolur. Ama bu çok acele verilmiş bir hükümdür; bu bölgelerin birbirine yakın olmakla birlikte,haberleşebileceklerizamanındadahaazolduğugerçeğinigözönünealmaz.

Gerçek bir çözümleme yapabilmek için, kozmik filmi geriye doğru oynatırken şu anda gözlenebilirevrenin birbirlerine çok uzak yerlerindeki iki bölgeye -birbirlerine şu anda etkileşiyor olamayacaklarıkadaruzakikibölgeye-odaklandığınızıvarsayın.Bubölgelerinarasındakiuzaklığıyarıyadüşürebilmekiçin, filmi başlangıcadoğruyarıdan çok sarmak zorundayız.O zamanbuuzaybölgeleri birbirinedahayakınolmaklabirliktearalarındakihaberleşmegenedeolanaksızolurdu:Uzaklıklarıyarıya inerdiamaBüyükPatlama'danoanakadargeçensüredegünümüzekadargeçensüreninyarısındandahaazolurdu,ışıkdaşimdiyekadaraldığıyolunyarısındandahaazyolalırdı.Benzerbiçimde, filmdekibunoktadanbaşlangıca doğru yarıdan daha fazla geriye sararak bu bölgeler arasındaki uzaklığı yeniden yarıyaindirdiğimizde,haberleşmeleridahadagüçleşir.Butürbirkozmikevrimle,bölgelergeçmiştebirbirinedahayakınolsabile,sıcaklıklarınıbirşekildeeşitlemişolmalarıdahafazla-dahaazdeğil-şaşırtıcıhalegeliyor.Bubölgelerizamandagittikçedaha fazlageriyedoğru izlediğimizde, ışığınkatedebildiğiyolagöre,bölgelerinhaberleşmesigitgideolanaksızhalegeliyor.

StandartBüyükPatlamakuramındaolupbitentamolarakbudur.StandartBüyükPatlamadakütleçekimiyalnızca çekici bir kuvvet olarak davranır, bu yüzden başlangıçtan beri uzayın genişlemesini

yavaşlatmaktadır. Şimdi, bir şey eğer yavaşlıyorsa, belirli bir uzaklığı kat etmesi için gereken zamanuzayacaktır.Örneğin, bir yarış atının çok hızlı çıkış yaparak yarış parkurunun ilk yarısını iki dakikadatamamladığını ama iyi gününde olmadığı için yarışın ikinci yarısında önemli oranda yavaşlayarakbitirmesininüçdakikadahaaldığınıvarsayın.Yarışınfilminiterstenizlerken,atıyarışparkurununyarısınıgösteren işareti geçerken görmek için filmi yarıdan daha fazla geriye doğru izlememiz gerekir (beşdakikalıkfilmiikincidakikayakadargerioynatmamızgerekir).Benzerbiçimde,standartBüyükPatlamakuramında kütleçekimi uzayın genişlemesini yavaşlattığı için, iki bölge arasındaki uzaklığı yarıyadüşürmek için, kozmik filmdeki herhangi bir noktadan geriye doğru yarıdan fazla sarmak zorundayız.Yukarıda olduğu gibi, uzaydaki bölgeler daha önceki dönemlerde birbirlerine daha yakın olsalar da,birbirlerini etkilemeleri daha zordu. Bu nedenle bir şekilde aynı sıcaklığa ulaşmış olmaları dahaşaşırtıcıdır.

Fizikçilerbirbölgeninkozmikutkunu(veyakısacautkunu)verilenbölgeyleBüyükPatlama'danbugünekadar ışıkalışverişindebulunmuşolabilecekolan,çevredekienuzakuzaybölgeleriolarak tanımlarlar.Yeryüzünde belirli bir noktadan görebileceğimiz en uzak yerler olarak tanımlanabilecek olan ufuklakozmikufukarasındaböylebirbenzerlikvardır.Budurumdagözlemlerinayrılmazbirparçasıolanufukproblemi, ufukları her zaman birbirinden ayrı olmuş olan bölgelerin -birbirleriyle asla etkileşmiş,haberleşmişveyabirbirleriüzerinebiretkiuygulamışolamayacakolanbölgelerin-nasılolupdahemenhemenaynısıcaklıklaragelmişolduğubilmecesidir.

Ufukproblemi standartBüyükPatlamamodelininyanlışolduğunugöstermez, amabir açıklama ister.Şişmekozmolojisidebiraçıklamasunar.

Şişme kozmolojisinde kütleçekiminin itici olduğu ve bunun uzayı gittikçe daha hızlı genişlemeyezorladığıkısabirdönemvardı.Kozmikfilminbudönemindeuzayınikibölgesiarasındakiuzaklığıyarıyadüşürmek için filmi yarıdan daha az geriye sarmak zorundasınızdır. Biraz önceki yarış atımızın yarışparkurunun yarısını iki dakikada koştuğunu ama hayatının yarışını çıkararak hızlanıp, parkurun ikinciyarısınıbirdakikadakoştuğunudüşünün.Atınparkurunyarısınıgösterenişarettengeçişinigörüntülemekiçin, üç dakikalık yarış filminin yalnızca üçte birini, yani yarısından azını geriye sarmak zorundakalırsınız.Benzer şekilde, şişmedenkaynaklanangenişlemesırasında,uzayın ikibölgesininbirbirindenuzaklaşmalarınıngiderekhızlanması,kozmikfilmdebunlarınarasındakiuzaklığınyarıyadüşürülmesiiçingeriyesarılmasıgerekenfilmmiktarınınyarıdanaz-çokdahaaz-olduğunugösterir.Buyüzden,zamandageriye doğru gittikçe iki bölgenin birbirini etkilemesi kolaylaşır, çünkü orantılı olarak,haberleşebilecekleridahafazlazamankalır.Hesaplar,eğerşişmedenkaynaklanangenişlemeevresiuzayı1030kattandahafazlagenişletmişse,kibuşişmekaynaklıgenişlemeninbelirligerçekleşmelerindezatenelde edilmiş olan bir miktardır, uzayın şu anda görmekte olduğumuz bütün bölgelerinin -uzaydakisıcaklığını ölçtüğümüz bütün bölgelerin- yan yana olan mutfak ve oturma odası kadar kolayhaberleşebildiğini ve bu yüzden evrenin ilk dönemlerinde son derece etkili bir biçimde aynı sıcaklığaulaşabildiğinigöstermektedir.Özetolarak,uzaybaşlangıçtabirörneksıcaklıkdağılımınaulaşacakşekildeyavaşça genişler ve sonra, patlamadan kaynaklanan hızlı bir genişlemeyle evren ağır ağır başlangıcınıyaparakbirbirineyakınbölgeleriuzaklarafırlatır.

Şişmekozmolojisi,uzayıdolduranmikrodalgafonunungizemlibirörnekliğiniişteböyleaçıklar.

ŞişmeveDüzlükProblemi

Şişmekozmolojisininkarşılaştığıikinciproblemuzayınşekliyleilgilidir.Bölüm8'debirörnekuzaysal

simetri ölçütünü koymuş ve uzayın dokusunun üç şekilde bükülebileceğini görmüştük. İki boyutlubenzetmelere geri dönersek, olasılıklar pozitif eğrilik (bir topun yüzeyi gibi), negatif eğrilik (bir eyeryüzeyigibi)vesıfıreğrilikti(sınırsızbirmasayüzeyiveyasınırlı-boyutluvideooyunekranıgibi).Genelgöreliliğinilkgünlerindenberi,fizikçileruzayınherhacmindekitoplammaddeveenerjinin-madde/enerjiyoğunluğu- uzayın eğriliğini belirlediğini anlamışlardı. Eğer madde/enerji yoğunluğu yüksekse, uzaykendiniçekerekbirküreşeklinekapanacaktır,yanieğrilikpozitifolacaktır.Eğermadde/enerjiyoğunluğudüşükse, uzay bir eyer şeklinde açılacak, yani eğrilik negatif olacaktır.Veya son bölümde söz edildiğigibi,madde/enerji yoğunluğunun özel bir değeri için -uzayın hermetre küpünde beş hidrojen atomuna(yaklaşık10-23gram)eşitolankritikyoğunluk-uzay,buikiucunarasındabulunacakvesonderecedüzolacaktır:Yanieğriliksıfırolacaktır.

Şimdibilmeceyegelelim.

Standart Büyük Patlama modelinin temelinde yer alan genel görelilik denklemleri, eğer ilkdönemlerdekimadde/enerjiyoğunluğu tamolarakkritikyoğunluğaeşitolsaydı,evrengenişlerkenkritikyoğunluğa eşit kalacağını gösteriyor.Ama eğermad-de/enerji yoğunluğukritik yoğunluktanbiraz küçükveyabirazbüyükidiyse,sonrakigenişlemebuyoğunluğukritikdeğerindençokuzaklaştıracaktı.Sayılarkonusunda bir fikir edinmek için, eğer patlamadan sonra evrenin yoğunluğu kritik yoğunluğun yüzde99,99'ukadarolsa,hesaplar, sonrakigenişlemeninbuyoğunluğukritikdeğerin ,00000000001'inekadardüşüreceğinigösteriyor.Bu,birdağcının,herikitarafıdauçurumolanbıçak-sırtıkeskinliğindebirsırttayürümesinebenziyor.Eğertamyerinebasarsahedefineulaşabilir.Amayanlışyöneçokküçükbiradım,çok farklı sonuçlara yol açabilir. (Ve aşırı benzetme yapmış olma riskini göze alarak, standart BüyükPatlamamodelininbuözelliğibanayıllarönceüniversiteyurdundakiduşuhatırlattı:Eğermusluğu tamolarakayarlarsanıznormalsıcaklıktakisuylarahatbirduşyapabilirdiniz.Amamuslukbuayarınbirazcıkaşağısıveyayukarısındakalmışsa,yahaşlanırveyadonardınız.Bazıöğrencilerbuyüzdenduşyapmaktantümdenvazgeçmişti.)

Onyıllarboyunca fizikçilerevrendekimadde/enerjiyoğunluğunuölçmeyeçalışmışlardır.1980'lerde,her ne kadar ölçümler tam olmaktan uzak olsa da, kesin olan bir şey vardı: Evrendeki madde/enerjiyoğunluğu,kritikyoğunluktanbinlercevebinlercedefaküçükyadabüyükdeğildi;bununsonucundadauzaynepozitif,nedenegatifyönde fazlaeğriydi.BununanlaşılmasıstandartBüyükPatlamamodelininüzerinepekdekullanışlıol-mayanbir ışık tutabilir.Bu, standartBüyükPatlamamodeliningözlemlerleuyumluolmasıiçin,birmekanizmanın-kimseninbilmediğiveaçıklayamadığıbirmekanizmanın-evreninilkdönemlerindekimadde/enerjiyoğunluğunu,kritikyoğunluğaolağanüstüyakınolacakşekildeayarlamışolduğunu gösteriyordu. Örneğin, hesaplar patlamadan bir saniye sonra evrendeki madde/enerjiyoğunluğunun,kritikyoğunluğa,onundeğerininyüzdebirininmilyonkeremilyondabirindendahayakınolması gerektiğini gösteriyor. Eğer madde/enerji yoğunluğu bu kritik değerden çok az daha büyük birsapmabileyapsa,standartBüyükPatlamamodelibugünkümadde/enerjiyoğunluğunun,gözlediğimizdençokfarklıolacağınıöngörüyor.Ozaman,standartBüyükPatlamamodelinegöre,evrenilkdönemlerinde,tıpkı tepenin üzerinde yürüyen dağcı gibi, çok dar bir sırtta kalmış olmalı. Milyarlarca yıl öncekikoşullardaminikbirsapma,günümüzdeastronomlarıngözlemlerininortayakoyduğuevrendençokfarklıbirevreninortayaçıkmasıylasonuçlanabilirdi.Bu,düzlükproblemiolarakbilinir.

Hernekadarburayakadarolan tartışmamız temel fikri açıklamışolsada, düzlükproblemininhangianlamda bir problem olduğunu anlamak önemlidir. Düzlük problemi hiçbir şekilde standart BüyükPatlamamodelininyanlışolduğunugöstermez.Sadıkbirinananın,düzlükprobleminetepkisi,evreninilkdönemlerindeki -standart Büyük Patlama kuramının gözlemleri doğrulayan öngörülere yol açması içingerektirdiği- iyi ayarlanmış madde/enerji yoğunluğunu açıklanamayan bir veri olarak alıp, omuzlarını

silkerek, kısa ve sertçe "O zamanlar öyleydi" şeklinde olur. Ama bu cevap çoğu fizikçiyi tiksindirir.Fizikçiler,eğerbirkuramınbaşarısıbazıözelliklerinaçıklayamadığımızayarlanmaşekillerinesonderecebağlı ise, o kuramın doğal olmadığını kabul ederler. Evrenin ilk dönemlerindeki madde/enerjiyoğunluğununniçinkabuledilebilirbirdeğerebukadarhassasbirşekildeayarlanmışolduğununnedeniniaçıklamadığından, birçok fizikçi standart Büyük Patlama modelinin yüksek ölçüde kurmaca olduğunudüşündü.Bunedenle, düzlükproblemi, standartBüyükPatlamamodelinin, üzerinde çokazbilgi sahibiolduğumuz,uzakgeçmiştekikoşullaraolanolağanüstühassasiyetinedikkatçekiyor;kuramınişlemesiiçinnasılevreniolduğugibivarsaymasıgerektiğinigösteriyor.

Tersine, fizikçileröngörüleriçokuzunzamanönceherşeyinnasılolduğugibibilinmeyenniceliklerebağlıolmayankuramlardanhoşlanırlar.Böylekuramlarsağlıklıvedoğalhissiverirler,çünküöngörüleribelirlenmesiçokzor,hattaolanaksızolanayrıntılarabağlıdeğildir.Şişmekozmolojisininkuramı,böylebirkuramdırvedüzlükprobleminegösterdiğiçözümbununnedeniniortayakoyar.

Şekil10.4Sabitboyutlubirşekil,örneğinNebraskaeyaleti,gittikçedahabüyükçaplıkürelerüzerineoturtulduğundagittikçedahadüzgörünür.Bubenzetmedekürebütünevreni,Nebraskaisegözlenebilirevreni-bizimkozmikufkumuzuniçindekievreni-

simgeliyor.

Temel gözlem, çekici kütleçekimi kritik madde/enerji yoğunluğundan herhangi bir küçük sapmayıbüyütürken, şişmekuramındaki iticikütleçekiminin,bunun tersiniyaptığıyolundadır:Kritikyoğunluktanherhangibirsapmayıküçültür.Bununnedenböyleolduğunuanlamakiçinenkolayıevreninmadde/enerjiyoğunluğuyla, eğriliği arasındaki sıkı ilişkiyigeometrikaçıdan tartışmaktır.Özellikle,dikkat ederseniz,ilk dönemlerde evrenin şekli önemli ölçüde eğri olmuş olsa bile, şişmeye bağlı genişlemeden sonra,günümüzün gözlenebilir evrenini kaplayabilecek kadar büyük bir uzay bölgesi hemen hemen düzgörünüyordu.Bu,geometrininhepimizinbildiğibirözelliğidir:BirbaskettopununyüzeyinineğriolduğuaçıkçagörülüramaDünyanınyüzeyinineğriolduğunuherkesinkabuletmesi içinçokzamangeçmesivebirçokdüşünürünçabasıgerekmiştir.Bununnedeni,diğerherşeyeşitolduğunda,birşeybüyüdüğüzamanalgılanabilireğriliğinazalmasıveyüzeydekibelirlibirbölgenindahadüzgörünmesidir.EğerNebraskaeyaletiniŞekil10.4a'dakigibibirkaçyüzkilometreçaplıbirküreninyüzeyineoturtmayaçalışırsanız,eğrigörünür, amaDünya yüzeyinde, bütünNebraska'lıların fikir birliği içinde olacağı şekilde, düz görünür.EğerNebraska'yıçapıDünya'nınkininbirmilyarkatıolanbirküreninyüzeyineoturtursanız,dahadadüzgörünür.

Şişme kozmolojisinde uzay öylesine devasa bir faktörle gerilmiştir ki, görebildiğimiz kısım, devevrenin yalnızca küçük bir parçasıdır. Bu yüzden, Şekil 10.4b'de görüldüğü üzere, dev bir küreninyüzeyineoturtulmuşolanNebraskagibi,evrenintamamıeğriolsabile,gözlenebilirevrenhemenhemen

düzgörünür.

Bu sanki dar sırtta yürüyen dağcının botlarına ve sırtın hemen altına farklı kutupta mıknatıslaryerleştirilmiş olması gibidir. Dağcının adımı sırttan tehlikeli şekilde uzaklaşsa bile, mıknatıslararasındaki güçlü çekim botun güvenli bir şekilde sırta basmasını sağlar. Benzer biçimde, evren ilkdönemlerindekritikmadde/enerjiyoğunluğundanbirazcıkuzaklaşmışolduğuiçindüzolmaktanuzakolsada, şişmeden kaynaklanan genişleme, uzayın ulaşabildiğimiz (görebildiğimiz) bölgelerinin düz şekilalmasınıveölçebildiğimizmadde/enerjiyoğunluğununkritikdeğereyaklaşmasınısağlar.

İlerlemeveÖngörü

Şişmekozmolojisininufukvedüzlükproblemleriyleilgiligörüşlerimüthişbirilerlemeyitemsileder.Kozmolojikevriminmadde/enerjiyoğunluğubugüngözlediğimizevreninkineyakınolan,türdeşbirevrenortayaçıkarabilmesi için, standartBüyükPatlamamodeli,evrenin ilkdönemlerindekikoşullardakesin,açıklanamayan, neredeyse esrarengiz bir hassas ayar olmasını gerektirir. Bu ayar, standart BüyükPatlama'nınsadıksavunucularınınyaptığıgibivarsayılabiliramabiraçıklamanınolmayışıkuramınyapaygörünmesine neden oluyor. Tersine, evrenin ilk dönemlerindeki madde/enerji yoğunluğundan bağımsızolarak, şişme kozmolojik evrimi, görebildiğimiz kısmın hemen hemen düz olması gerektiğini öngörür;yani,gözlediğimizmadde/enerjiyoğunluğunun,kritikyoğunluğunneredeyseyüzde100'üneyakınolmasıgerektiğiniöngörür.

Evrenin ilkdönemlerindeki ayrıntılı koşullarabağlı olmamak şişmekuramınınharikabir özelliğidir,çünkü bu durum çok önceki koşullar hakkındaki bilgisizliğimizden bağımsız olarak tanımlayıcıöngörülerde bulunabilmemizi sağlar. Ama şimdi sormamız gerekir: Bu öngörüler, ayrıntılı gözlemlerenasıl karşı koyuyor?Veriler şişme kozmolojisininmadde/enerjide kritik yoğunluğa sahip olan, düz birevrengörmemizgerektiğiyolundakiöngörüsünüdestekliyormu?

Yıllar boyunca cevap "Tam değil" gibi görünmüştü. Birçok astronomi araştırmasında evrendegörülebilen madde/enerji miktarı dikkatlice ölçülmüş ve cevap, kritik yoğunluğun yaklaşık yüzde 5'iolarak ortaya çıkmıştı. Bu, standart Büyük Patlama kuramının doğal olarak -yapay ayarlamalarolmaksızın- yol açtığı çok büyük ya da çok küçük yoğunluklardan uzaktır ve daha önce, gözlemlerinevrendeki madde/enerji yoğunluğunun kritik değerden binlerce kat büyük veya küçük olmadığınıgösterdiğinden söz ederken kısaca söz etmiş olduğum şey budur. Böyle olsa bile yüzde 5, şişmeninöngördüğü yüzde 100'den epeyce küçük kalıyor. Ama fizikçiler verilerin değerlendirilmesinde çokdikkatli olunması gereğinin uzun süredir farkındalar. Yüzde 5 değerinin bulunduğu astronomiaraştırmalarınınçoğu,yalnızcaışıkverenvebuyüzdenastronomlarınteleskoplarıylagörülebilenmaddeveenerjiyikapsar.Onyıllarboyunca,hattaşişmekozmolojisininkeşfindenöncebile,evreninönemlibirkaranlıktarafıolduğuyolundaçokfazlakanıtvardı.

KaranlıkÖngörüsü

1930'larınbaşında,KaliforniyaTeknolojiEnstitüsü'ndeastronomiprofesörüolanFritzZwicky(simetrikonusundaki takdiri arkadaşlarınaküreselpiçlerdemesineyolaçmışolanvebunu"neredenbakarsanızbakın,piçgibigörünüyorlar"diyeaçıklayan,iğneleyiciliğiileünlübiliminsanı),Dünyadan370milyonışık yılı uzaklıktaki binlerce galaksiden oluşan Coma kümesinin dış bölgelerindeki galaksilerin, ışık

yayanmaddenin yaratabileceği kütleçekimi ile açıklanamayacakkadar hızlı hareket ettiklerini fark etti.Zwicky'ninçözümlemesi, tıpkıhızladönenbirbisiklet lastiğindenetrafa sıçrayan sudamlalarıgibi, enhızlı hareket eden galaksilerin kümeden dışarıya fırlamaları gerektiğini gösterdi. Ama hiçbirifırlamıyordu.Zwicky,kümedeışıkyaymayanamakümeyibiraradatutmakiçingerekliolankütleçekiminisağlayan fazladanmadde olabileceğini tahmin etti.Hesapları da, eğer bu açıklama doğru ise, kümeninkütlesinin büyük çoğunluğunun bu ışık saçmayan madde olması gerektiğini gösterdi. 1936'da MountWilson gözlemevinde Başak (Virgo) kümesini inceleyen ve benzer bir sonuca ulaşan Sinclair Smithtarafından destekleyici kanıt bulundu.Ama her iki bilim insanının ve sonraki birkaçının da gözlemleriçeşitli belirsizlikler içerdiğinden, birçok kimse, kütleçekimi galaksi gruplarını bir arada tutan,görülemeyenbüyükmiktardamaddeninvarlığıkonusundaiknaolmadı.

Sonraki otuz yıl boyunca, ışık yaymayanmadde konusundaki kanıtlar birikmeye devam etti, ama bukonuyukökündenhalledenWashington'dakiCarnegieEnstitüsü'ndenVeraRubinilebirlikteKentFordvediğerlerinin çalışmaları oldu. Rubin ve çalışma arkadaşları birçok dönen galaksideki yıldızlarınhareketlerini incelediler ve eğer gördükleri madde orada bulunanın tümü ise, birçok galaksidekiyıldızların düzenli olarak dışarıya doğru fırlatılmaları gerektiği sonucuna vardılar. Gözlemleri,galaksilerdeki görülebilen maddenin, en hızlı hareket eden yıldızların galaksiden kurtulmasınıengelleyebilecek kütleçekimini üretemeyeceğini net bir biçimde ortaya koyuyordu. Bununla birlikte,yaptıkları ayrıntılı çözümlemeler, içlerinde bulundukları galaksilerin de, kütleleri galaksinin ışık yayanmaddesininkatkatüzerindeolan,devbirışıkyaymayanmaddetopununiçindeolmalarıdurumunda(Şekil10.5'tegörüldüğügibi)buyıldızlarınkütleçekimselolarakgalaksilerebağlıkalabileceğinidegösterdi.Böylece,tıpkıseyircilerinaydınlatılmamışbirsahnedeyalnızcabeyazeldivenliellergördüğühaldesiyahgiysili bir insanınvarolduğu sonucunuçıkarması gibi, astronomlarda evreninkaranlıkmadde ile -biraraya gelip kümelenerek yıldız oluşturmayan, ışık yaymayan ama görünmeden kütleçekimi kuvvetiuygulayanmaddeile-doluolmasıgerektiğisonucunavardılar.Evreninışıkyayanbileşenleri-yıldızlar-devkaranlıkmaddeokyanusundakidenizfenerlerigibiydiler.

Ama eğer yıldızların ve galaksilerin gözlenen hareketlerine karanlık madde neden oluyorsa, bumaddeninyapısınedir?Şuanakadar,bunukimsebilmiyor.Hernekadarastronomlarvefizikçilerçeşitliegzotikparçacıklardankozmikminikaradeliklerdenizinekadarpekçokolasıbileşeninvarlığınıönermişolsalarda,karanlıkmaddeninkimliği temel,hayaletimsibirgizemolarakkalmayadevamediyor.Amayapısını belirlemeden bile, kütleçekimsel etkilerini yakından inceleyen astronomlar, evrende dağılmışolaraknekadarkaranlıkmaddeninvarolduğunubüyükbirkesinliklebelirlemeyibaşardılar.Bulduklarıcevap,kritikyoğunluğunyaklaşıkyüzde25'inekadarulaşıyordu.Böylece,görünenmaddedekiyüzde5ilebirliktekaranlıkmadde,şişmekozmolojisininöngördüğümiktarınyüzde30'unuaçıklıyor.

Şekil10.5Birkaranlıkmaddetopununiçinegömülüolanbirgalaksi(şekildegörülmesinisağlamakiçinkaranlıkmaddeyapayolarakışıklandırılmıştır)

Buelbettebirilerlemedir,amauzunbirsüreboyuncabiliminsanları,eğerşişmekozmolojisidoğruise,bulunmayı bekleyen yüzde 70 maddeden neyin sorumlu olduğunu düşünerek kafalarını kaşıdılar. Amasonra,1998'deikigrupastronomaynışokeedicisonucavardılarki,budabizibaşladığımızyere,AlbertEinstein'ınönsezilerinegerigötürüyordu.

KaçakEvren

Nasıl tıbbi bir tanıyı doğrulamak için bir başka doktordan ikinci bir görüş almaya çalışırsanız,fizikçilerdeverilervekuramşaşırtıcıbirsonucuişaretettiğizamanbaşkagörüşlerdealmayaçalışırlar.Bu başka görüşler arasında en ikna edici olanlar, olaya özgün çözümleme ile çok farklı bir bakışaçısındanbakarakaynısonucaulaşanlardır.Çözümoklarıfarklıaçılardanaynınoktayayöneldiğizaman,hepsinin bilimsel olarak hedefin tam ortasına yönelmiş olma olasılığı çok yüksektir. Doğal olarak, ozaman, şişme kozmolojisi güçlü bir şekilde tamimiyle garip bir şey -evrenin madde/enerjisinin yüzde70'inin henüz tanımlanamadığı ve ölçülemediği gibi- önerdiği için, fizikçiler bağımsız bir doğrulamaarayışınagirdiler.Yavaşlamaparametresininölçümününbuişeyarayabileceğiuzunsüredirbiliniyordu.

Şişme patlamasının hemen sonrasından beri bildiğimiz çekici kütleçekimi evrenin genişlemesiniyavaşlatmaktadır. Bu yavaş-lamanın oranı yavaşlama parametresi olarak adlandırılır. Bu parametreninkesinölçümüevrendekitoplammaddemiktarıkonusundabağımsızbirgörüşortayakoyar:Işıkyaymaktaolsunveyaolmasındahafazlamadde,dahabüyükkütleçekimiveuzayıngenişlemesindedahabelirginbiryavaşlamaanlamınagelir.

Onyıllarboyuncaastronomlarevreningenişlemesindekiyavaşlamayıölçmeyeçalışmışlardır,amabuher ne kadar kuramsal olarak kolay olsa da pratikte zordur. Galaksiler veya kuasarlar gibi uzak gök

cisimlerini gözlediğimiz zaman, onları çok eskiden oldukları gibi görürüz: Ne kadar uzağa bakarsak,zamanda da o kadar geçmişe bakıyoruz demektir. Bu yüzden, eğer bizden hangi hızla uzaklaşmaktaolduklarınıölçebilirsek,evreninuzakgeçmiştehangihızlagenişlediğiniölçebiliyoruzdemektir.Üstelikeğer bu ölçümleri çeşitli uzaklıklardaki gök cisimleri için yapabilirsek, geçmişteki çeşitli zamanlardaevrenin genişleme hızını ölçmüş oluruz. Bu genişleme hızlarını karşılaştırarak uzayın genişlemesininzamanlanasılyavaşladığınıveburadandayavaşlamaparametresinibulabiliriz.

Yavaşlamaparametresiniölçmekiçinbustratejiyikullanmak,bunedenleikişeyigerektirir:Verilenbirgökcismininuzaklığınısaptamakiçinbiryöntem(kizamandanekadargeriyebaktığımızıbilebilelim)vecismin bizden hangi hızla uzaklaştığını saptamak için bir yöntem (ki böylece, geçmişte o anda uzayıngenişlemehızınıbulabiliriz).Bunlardanikincisinibulmakkolaydır.Nasılbirpolisaracınınsireni,bizdenuzaklaşırken daha pes tonlara kayarsa, bir gök cisminin yaydığı ışığın frekansı da, cisim bizdenuzaklaşıyorsa,azalır.Yıldızların,galaksilerinvekuasarlarınbileşenleriolanhidrojen,helyumveoksijenatomlarının yaydıkları ışıklar, laboratuvar koşullarında çok dikkatli bir biçimde incelendiklerinden,aldığımızışığılaboratuvardagörülenlekarşılaştırarakgökcismininkesinhızıbulunabilir.

Amailkini,yanigökcisminintamolaraknekadaruzaktaolduğununbelirlenmesinin,astronomlarınbaşağrısı olduğukanıtlanmıştır.Bir şeynekadaruzaktaysaokadar sönükgörünmesini beklersiniz amabubasitgözleminicelbirölçümedönüştürmekzordur.Bircisminuzaklığını,görünürparlaklığınıkullanarakölçmek için, onun gerçek parlaklığını -hemen yanınızda olsa ne kadar parlak olacağını- bilmekzorundasınız. Milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki bir cismin gerçek parlaklığını saptamak zordur. Genelstrateji, temelastrofizikselnedenlerleherzamanaynı,güvenilebilirparlaklıktaolangökcismi türleriniaramaktır.Eğeruzaydaçeşitliuzaklıklardaparlayan100wattlıkelektrikampulleriolsaydı,işimizkolayolurdu,çünküverilenbirampulünparlaklığını,nekadarsönükgöründüğünebakarakkolaycabulabilirdik(hernekadar100wattlıkbirampulüoldukçabüyükuzaklıklardangörmekzorolsada).Amauzayböyledeğil, o zaman, standart parlaklıktaki ampullerin yerini ne tutabilir, ya da astronomi diliyle konuşacakolursak, standart ışık kaynaklarının yerini ne tutabilir? Yıllar boyunca astronomlar çeşitli olasılıklarıinceledileramaşimdiyekadarbulunanenbaşarılıaday,süpernovapatlamalarınınbelirlibirtürüdür.

Yıldızlarnükleeryakıtlarınıbitirdiklerizaman,dışarıyadoğruolanveyıldızınçekirdeğindekinükleerfüzyondankaynaklananbasınçazalırveyıldızkendiağırlığıaltındaçökmeyebaşlar.Yıldızınçekirdeğikendikendiniezerkensıcaklığıaniolarakyükselir,budakimizamanyıldızındışkatmanlarınıparlakbirgöksel havai fişek gösterisiyle dışarı püskürten devasa bir patlamayla sonuçlanır. Böylesi bir patlamasüpernova patlaması olarak bilinir; patlayan tek bir yıldız, haftalar süresince bir milyar güneşparlaklığında ışık verir. Bu, gerçekten akıllara durgunluk vericidir: Hemen hemen tüm bir galaksiparlaklığında ışıkveren tekbiryıldız!Farklıyıldız türleri -farklıboyutlarda, farklıatombolluklarındavb.- farklı süpernova türlerine yol açabilir ama yıllar boyunca astronomlar belirli bazı süpernovapatlamalarının her zaman aynı gerçek parlaklıkla ışıdığını fark ettiler. Bunlar Ia türü süpernovapatlamalarıdır.

Ia türü süpernovada, bir beyaz cüceyıldız -nükleeryakıt stoğunubitirmişolan amakendi süpernovapatlamasını başlatamayacak kadar küçük kütleli olan bir yıldız-yakınındaki yoldaş yıldızından kendinemaddeçeker.Cüceyıldızınkütlesiözelbirkritikdeğere,Güneş'inkütlesinin1.4katınaulaştığında,yıldızısüpernovayadönüştürenkaçakbirnükleerreaksiyonbaşlar.Böylesüpernovapatlamaları,beyazcüceaynıkritikdeğereulaştığızamanortayaçıktığından,patlamanınkarakteristiği, tümparlaklığıdadahilolmaküzere, bir olaydan diğerine aynıdır. Üstelik 100 wattlık ampullerin tersine süpernovalar öylesinegüçlüdürler ki, yalnızca standart, güvenilir parlaklıklara sahip olmakla kalmazlar, onları evrenin hertarafındagörebilirsiniz.Buyüzdenstandartışıkkaynaklarınınenönemliadaylarıdırlar.

1990'larda, biri LawrenceBerkeleyUlusal Laboratuvarı'ndan Saul Perlmutter, diğeri iseAvustralyaUlusal Üniversitesi'nden Brian Schmidt tarafından yönetilen iki grup astronom, la türü süpernovalarınuzaklaşmahızlarınıölçmekyoluylaevreninyavaşlamasını-veböyleceevrendekitoplammadde/enerjiyi-belirleyebilmekiçinçalışmayabaşladılar.Patlamalarıylaortayaçıkanışığınşiddetiöncehızlaartıpdahasonra yavaş yavaş azalarak belirgin bir fark sergilediği için, bir süpernovanın Ia türü olduğununbelirlenmesioldukçakolaydır.Amala türübirsüpernovayıgerçektenpatlamasırasındayakalamakçokbüyük bir olaydır, çünkü bu tür süpernovalar tipik bir galakside birkaç yüz yılda bir patlarlar. Bunarağmen, binlerce galaksinin aynı anda gözlenebilmesini sağlayan geniş açılı ve yüksek teknoloji ürünüolanteleskoplarsayesindebugruplar,Dünya’dançeşitliuzaklıklardaellikadarlatürüsüpernovabulmayıbaşardılar.Uzunuğraşlarsonucuherbirininuzaklığınınveuzaklaşmahızınınbelirlenmesindensonra,herikigrupda tamanlamıylahiçbeklenmedikbirsonucaulaştı:Evreninyaklaşık7milyaryaşındaolduğuzamandangünümüzekadar,genişlemehızıazalmıyordu.Tamtersine,genişlemehızıartıyordu.

Gruplar, tıpkı otoyol gişelerine yaklaşan bir aracın yavaşlaması gibi, evrenin genişleme hızının ilkpatlamadansonraki7milyaryılboyuncaazaldığısonucunavardılar.Bubeklenenbirşeydi.Amaveriler,otoyolgişesindengeçensürücününgazabasarakhızlanmasıgibi,evreningenişlemesinindeozamandangünümüze kadar hızlandığını ortaya koydu. Uzayın patlamadan 7 milyar yıl sonraki genişleme hızı, 8milyar yıl öncekinden, o da 9 milyar yıl önceki genişleme hızından daha azdı vb. Bunların tümü degünümüzdekigenişlemehızındandahaazdı.Uzayıngenişlemesindebeklenenyavaşlama,beklenmedikbirivmelenmeyedönüşmüştü.

Ama bu nasıl olabilirdi? İşte cevap, fizikçilerin bulmaya çalıştığı, eksik olan yüzde 70'likkütle/enerjiyeilişkin,odestekleyiciikincigörüşüortayakoymaktadır.

KayıpYüzde70

Eğer zihinsel olarak geriye, 1917 yılına veEinstein'ın kozmolojik sabiti ortaya atmasına giderseniz,evrenin nasıl ivmelenmekte olduğu konusunda bir öneride bulunmak için yeterli bilginiz var demektir.Bildiğimizmadde ve enerji uzaysal genişlemeyi yavaşlatan, çekici kütleçekimine yol açar.Ama evrengenişleyipherşeygiderekbirbirindenuzaklaşmayabaşlayınca,bukozmikkütleçekimi,genişlemeyihâlâyavaşlatmaktaolsada,zayıflar.Budabizi,beklenmedikbirdurumlakarşıkarşıyagetirir.Eğerevrendebir kozmolojik sabit varsa -ve bunun değeri, küçük ve tam olması gerektiği kadar ise- patlamadan 7milyar yıl sonrasına kadar patlamanın kütleçekimsel itmesi bildiğimiz maddenin çekici kütleçekimitarafındanyenilirvebudaverilerletambiruyumiçinde,genişlemedenetbiryavaşlamayayolaçar.Amadahasonra,bildiğimizmaddedağılıpkütleçekimizayıflayınca,kozmolojiksabitinitmesi(kibunungücümaddenin dağılmasıyla zayıflamaz), yavaş yavaş üstün gelir ve uzayın yavaşlayan genişleme dönemi,yeriniivmelenengenişlemedöneminebırakır.

1990'ların sonunda, bu düşünüş mantığı ve verilerin derinlemesine çözümlenmesi, hem PerlmuttergrubununhemdeSchmidtgrubunun,80yılkadarönceEinstein'ınkütleçekimseldenklemlerekozmolojiksabitisokarkenhaksızolmadığısonucunavarmalarınayolaçtı.Bugruplar,evrendebirkozmolojiksabitinbulunduğunu ileri sürdüler.Kozmolojik sabitin değeri Einstein'ın bulduğu gibi değildir, çünküEinsteinkütleçekimsel çekmenin itmeyle birbirlerini dengelediği, durağan bir evrenin peşindeydi. Buaraştırmacılarmilyarlarca yıl boyunca itmenin daha üstün olduğunu buldular.Ama bu ayrıntı bir yana,eğerbugruplarınkeşifleri,dikkatliincelemelervehalenyoldaolanizleyiciçalışmalardansonradadoğrukalmayadevamederse,ozamanEinsteinbirkezdahaevrenintemelbirözelliğini,bukezdeneyselolarak

kanıtlanmasından80yılöncegörmüşolacak.

Bir süpernovanınyavaşlamahızı,bildiğimizmaddeninkütle-çekimselçekmesi ilekozmolojiksabitinsağladığı "karanlık enerjinin" kütleçekimsel itmesi arasındaki farka bağlıdır. Hem görülen hem dekaranlık maddenin toplam miktarını kritik yoğunluğun yaklaşık yüzde 30'u kadar alan süpernovaaraştırmacıları, gözledikleri ivmeli genişlemenin, karanlık enerjisi kritik yoğunluğun yüzde 70'i kadarkatkıyapanbirkozmolojiksabitindışarıdoğruitmesinigerektirdiğisonucunavardılar.

Bu,önemlibir sayıdır.Eğerdoğru ise,ozaman,bildiğimizmadde -protonlar,nötronlar, elektronlar-evrendeki kütle/enerjinin yalnızca yüzde 5 gibi önemsiz bir miktarını ve karanlık maddenin sonzamanlarda tanımlanan bazı türleri bunun en azından beş katını oluşturuyor olmakla kalmaz, evrendekimadde/enerjininçoğunluğunauzaydadağılmışbulunan, tamimiylefarklıveoldukçagizemlibirkaranlıkenerjitürününkatkısıvardemektir.Eğerbufikirlerdoğruise,ozamanKopernikdevriminidramatikbirşekildedevamettirmektedirler:Yalnızcaevreninmerkezindeolmamaklakalmıyoruz,oluştuğumuzmaddede kozmik okyanusta yüzen bir eşya gibidir. Eğer proton, nötron ve elektronlar büyük yapının dışındabırakılsalarbile,evrendekitoplammadde/enerjineredeysehiçazalmaz.

Amayüzde70'inönemlibirsayıolmasınınbununkadarönemli,ikincibirnedenivar.Kritikyoğunluğunyüzde 70'i kadar katkıda bulunan bir kozmolojik sabit, bildiğimizmadde ve karanlıkmaddeden gelendiğeryüzde30'labirlikte,evrendekitoplammadde/enerjiyişişmekozmolojisininöngördüğüyüzde100'eulaştırır.Buyüzden, süpernovaverileriningösterdiğidışarıdoğru itiş, şişmekozmologlarınınbaşlarınıkaşıyarak aramakta oldukları evrenin görünmeyen yüzde 70'inden sorumlu olan, tam doğru miktardakikaranlık enerji ile açıklanabilir. Süpernova ölçümleri ve şişme kozmolojisi birbirlerini harikulade birbiçimdetamamlarlar.Birbirlerinidoğrularlar.Herbiri,diğeriiçindestekleyicibirikincigörüşoluşturur.

Süpernova gözlemlerinin sonuçlarını şişmenin kuramsal görüşleriyle birleştirerek, kozmik evrimhakkında Şekil 10.6'da özetlenen şöyle bir şemaya ulaşırız. İlk dönemlerde evrenin enerjisi, kendi endüşükenerjidüzeyindenuzaktabulunanbirinflatonalanıtarafındantaşınıyordu.Amasahipolduğunegatifbasınçyüzünden,inflatonalanıbirşişmegenişlemepatlamasıbaşlattı.10-35saniyesonra,inflatonalanıpotansiyelenerjikâsesinindibinekayınca,genişlemepatlamasıbittiveşişme,hapsolmuşolanenerjisini,bildiğimiz madde ve enerji üretimi için serbest bıraktı. Milyarlarca yıl boyunca evrenin bu bilindikbileşenleri, uzaysal genişlemeyi yavaşlatan, çekici kütleçekimsel kuvvetler uyguladılar. Ama evrengenişleyip seyreldikçe kütleçekimi azaldı. Yaklaşık 7 milyar yıl önce, bildiğimiz kütleçekimi kuvveti,evrenin kozmolojik sabitten gelen kütleçekimsel itmesinden daha zayıf hale geldi ve o zamandangünümüzekadardauzaysalgenişlemesürekliolarakhızlanıyor.

Şekil10.6Kozmikevriminzamançizgisi(a)Şişmepatlaması(b)StandartBüyükPatlamaevrimi(c)ivmeligenişlemedönemi

Günümüzdenyaklaşık100milyaryılkadarsonra,birbirlerineenyakınolanlarındışındakigalaksiler,şişenuzaylabirlikte ışıkhızınıaşanhızlarlauzaklaşacakları içinnekadargüçlüteleskoplarkullanırsakkullanalım,onlarıgörmemizolanaksızhalegelecek.Eğerbugörüşlerdoğruise,uzakbirgelecekleevrendevasa,boşveyalnızbiryerolacak.

Bilmecelerveİlerleme

Bu keşiflerle, sonunda kozmoloji bilmecesinin parçalan açıkça yerlerine oturmaya başlamış gibigörünüyor.StandartBüyükPatlamakuramınıncevapsızbıraktığı sorular -Uzayındışarıdoğru şişmesinibaşlatan nedir? Fon ışınımının sıcaklığı neden böylesine birörnek?Uzay neden düz bir şekle sahipmişgibigörünüyor?- şişmekuramı tarafındanelealındı.Budurumdabile, temelkökene ilişkinzor sorularbirikmeyedevametti:Şişmepatlamasındanöncedebirdönemvarmıydı,varsanasıldı?inflatonalanını,şişme genişlemesini başlatmak üzere en düşük enerji durumundan çıkaran şey neydi?Ve bütün sorulararasında en yenisi, "evren neden böyle azar azar bileşenlerden -yüzde 5 bilindik madde, yüzde 25karanlık madde, yüzde 70 karanlık enerji- oluşmuş gibi görünüyor?" sorusudur. Kozmik reçetenin,şişmenin evrenin kritik yoğunluğunun yüzde 100'üne sahip olması gerektiği yolundaki öngörüsüyle sonderecegüzeluyumunarağmenvehernekadarsüpernovaçalışmalarısonucubulunanivmeligenişlemeyieş zamanlı olarak açıklıyor olsa da, birçok fizikçi bu karmakarışık kompozisyonu son derece iticibuluyorlar.Birçoğuevreninyapısınınnedenbukadarkarmaşıkolduğunusoruyor.Nedengörünüşegöreböyle rasgele bolluklarda bir avuç bileşen var?Kuramsal çalışmaların hâlâ ortaya çıkaramadığı, bellibaşlı,anlamlıbirplanvarmı?

Bu sorulara hiç kimse ikna edici cevaplar ileri süremedi; bunlarmodern kozmoloji araştırmalarınıntemelvebaskılayıcıaraştırmaproblemleriarasındaolupevrenindoğuşunutamolarakanladığımızıiddiaetmedenönceçözmemizgerekenpekçokkarışıkdüğümolduğunuhatırlamamızayardımcıolurlar.Amahâlâ çözülememiş olan zorluklara rağmen şişme, çok ön saflarda yer alan bir kozmoloji kuramıdır.Fizikçilerin şişme kuramına olan inancı, elbette şimdiye kadar incelediğimiz başarılarındankaynaklanmaktadır.Ama şişmekozmolojisineduyulangüveninkökleri çokdahaderinlerdedir.Gelecekbölümdegöreceğimizgibi,birdizibaşkagörüş-bunlarhemkuramsalhemdegözlemselkeşiflerdengelir-bualandaçalışanpekçokfizikçiyi,şişmeyapısının,bizimkuşağımızınkozmolojibilimineolanenönemliveenkalıcıkatkısıolduğunaiknaetmiştir.

XI.Bölüm-ElmaslarlaBezeliGökyüzündekiKuantumlar

Şişme,KuantumTitrenimleriveZamanınOku

Şişmeyapısınınkeşfikuantumaraştırmalarındayenibirdönembaşlattıveozamandangünümüzekadargeçen on yıllar boyunca bu konu üzerinde binlerce makale yazıldı. Bilim insanları, kuramın aklınızagelebilecek her köşe-bucağını, her gediğini yokladılar. Bu çalışmalardan çoğu teknik açıdan önemliayrıntılara odaklanmışken, diğerleri daha ileri giderek, şişmenin standart Büyük Patlama kuramınınerişiminin ötesindeki problemleri çözmekle kalmadığını, aynı zamanda eski sorulara nasıl güçlü, yeniyaklaşımlargetirdiğinigösterdiler.Bunlararasında,içindeşişmeninönemlivegösterişlibirşekildeyeraldığı-galaksigibikümeliyapılarınoluşması;gördüğümüzevreninortayaçıkabilmesiiçingerekenenerjive(öykümüzdebüyükönemesahipolan)zamanınokununkökeniileilgiliolanlar-üçgelişmevardır.

Birgözatalım.

GökyüzüneYazılıKuantum

Şişmekozmolojisininufukvedüzlükproblemlerinebulduğuçözümler,onaünkazandıranilkiddialardıve bu ün haklı olarak kazanıldı. Görmüş olduğumuz gibi, bu çözümler önemli kazanımlardı. Ama ozamandanbuyanageçenyıllariçindebirçokfizikçi,şişmekuramınınenönemlikatkılarıarasındaönemlibirbaşarınındahaolduğunainanmanoktasınageldiler.

Övgüalanbubaşarı,şimdiyekadarüzerindedüşünmemenizitavsiyeettiğimbirkonuylailgilidir:Nasıloluyor da evrendegalaksiler yıldızlar, gezegenler ve diğer kümeli yapılar bulunuyor?Sonüçbölümdeastronominin incelediği büyük ölçekli yapılara odaklanmanızı istedim. Bu ölçekler, evrenin türdeşgöründüğüölçeklerdi,evreninkendisininbirörnekbirbardaksugibi,galaksilerinseH2Omoleküllerigibidüşünülebileceği ölçeklerdi. Ama er veya geç kozmoloji, evren daha "küçük" ölçeklerde incelendiğizaman,galaksilergibikümeliyapılarınkeşfedildiğigerçeğiyleyüzleşmekzorundaydı.Burada,birkeredaha,bubilmeceylekarşılaşıyoruz.

Eğer evren gerçekten büyük ölçeklerde düzgün, birörnek ve türdeş ise -bunlar, bütün astronomiçözümlemelerinin temelinde yer alan ve gözlemlerce desteklenen özelliklerdir- o zaman, daha küçük-ölçekli kümelenmeler nereden geliyor olabilir? Standart Büyük Patlama’nın sadık taraftarları, bir keredaha,omuzsilkerek topuevrenin ilkdönemlerindekiesrarengizbirşekildeayarlanmış,uygunkoşullaraatarlar:Böylebirtaraftar"Başlangıçtanhemensonraherşeybüyükölçüdedüzgünvebirörnektiamatamolarak birörnek değildi. Koşullar nasıl böyle gelişti, bunu bilemem. O zamanlar öyleydi. Zamanla buminikkümelenmelerbüyüdü.Bunlarçevrelerindendahayoğunolmalarıyüzündendahafazlakütleçekimiuyguladıkları için, giderek büyüdüler. Sonunda da yıldızları ve galaksileri oluşturacak kadar büyükkümelenmelerhalinegeldiler."Eğerikieksiğiolmasaydı,bu,inandırıcıbiröyküolabilirdi:Başlangıçtakitamtürdeşlikveyabuönemli,küçükbirörneklikbozukluklarınıntambiraçıklamasınınolmaması.Şişmekozmolojisinintatminedicibirilerlemesağladığıyerişteburasıdır.Şişmeninbüyükölçeklibirörnekliğebir açıklamaönerdiğini zatengörmüştükve şimdiöğreneceğimizgibi,kuramınaçıklayıcıgücüdahadaileri gider. Şişme kozmolojisine göre, yıldızların ve galaksilerin oluşumuyla sonuçlanan, başlangıçtakibirörneklikeksikliğikuantummekaniğindengelir.

Bugörkemlifikir,fiziğingörünüşegörebirbiriyleilişkiliolmayanikifarklıalanıarasındakikarşılıklıetkileşmeden kaynaklanır: Uzayın şişme sonucu genişlemesi ve kuantum belirsizlik ilkesi. Belirsizlikilkesi,evrendekibirbirlerinitamamlayançeşitlifizikselniteliklerinnekadarkesinliklebelirlenebileceğikonusunda her zaman bazı sınırlar olduğunu söyler. En bilindik örnek (Bölüm 4'e bakınız) maddeyleilgilidir: Bir parçacığın konumu ne kadar büyük bir kesinlikle belirlenirse, hızındaki belirsizlik de okadar büyük olur. Ama belirsizlik ilkesi alanlara da uygulanır. Esas olarak parçacıklara uygulanırkenkullandığımız aynı mantıkla, belirsizlik ilkesi bir alanın bir konumdaki değeri ne kadar büyük birkesinlikle belirlenirse, alanın o konumdaki değişme hızındaki belirsizliğin de o kadar büyük olacağınısöyler. (Bir parçacığın bir noktadaki konumu ve hızı, kuantummekaniğinde, bir alanın bir konumdakideğerivedeğişimiylebenzerrolleroynarlar.)

Belirsizlik ilkesini, kuantummekaniğinin her şeyi titrenimli ve çalkantılı hale getirdiğini söyleyereközetleyebiliriz. Eğer bir parçacığın hızı tam bir kesinlikle betimlenemiyorsa, parçacığın bir saniyeninkesri kadar kısa bir süre sonraki yerini de betimleyenleyiz, çünkü sonraki konumu belirleyen şimdikihızdır.Bir anlamda, parçacık şu ya da buhızı almakta ya da dahakesin bir dille konuşmakgerekirse,birçokfarklıhızınbirkarışımınıalmaktaözgürolduğuiçinçılgıncatitreşecekvegelişigüzelolarakşurayaburaya gidecektir. Alanlar için de benzer bir durum söz konusudur. Eğer bir alanın değişme hızı tamolarak belirlenemezse, o zaman herhangi bir noktada, kısa bir süre sonra bile alanın değerinibelirleyemeyiz. Bir anlamda, alan şu veya bu hızla yukarı-aşağı salınacak, daha doğrusu birçok farklıdeğişimhızınınbirkarışımınıalacağıiçin,değeriçılgınca,bulanıkbirtitreşimgösterecektir.

Gündelik hayatta parçacıklar için olsun, alanlar için olsun, bu titrenimler atom-altı ölçeklerdegerçekleştikleri içinbunlardandoğrudanhaberdarolamayız.Amaiştetamburadaşişmeönemlibiretkiyapar. Şişme genişlemesinin ani patlaması uzayı öylesine devasa bir faktörle büyüttü ki, öncelerimikroskopik olan her şey sonradanmakroskopik hale geldi. Önemli bir örnek şunu verebiliriz: Şişmekozmolojisininöncüleri,gelişigüzelkuantumçalkantılarıyüzündenbirkonumdakienerjidiğerindenbirazfarklı olabileceği için, değişik uzaysal konumlardaki kuantum titrenimleri arasındaki rastgele farkların,mikroskopikortamdaküçüktürdeşlikbozukluklarınıyaratmışolabileceğinifarkettiler.Ozaman,uzayındahasonrakişişmesisonucundabuminikdeğişimlerkuantumalanındançokdahabüyükölçeklerekadargerilerek,tıpkıbirbalonunüzerineçizilmişolandalgacıklarınbalonşişirildiğindebüyümesigibi,küçükmiktarlarda kümeliliğe yol açmış olabilir. Fizikçiler, standart Büyük Patlama modelinin sadıkdestekleyicilerinin, kanıtlamadan, yalnızca "o zamanlar öyleydi" şeklinde, ifade etmekle yetindiklerikümeliliğin kaynağının bu olduğuna inanıyorlar. Şişme kozmolojisi, kaçınılmaz kuantum salınımlarınındevasa ölçülerde gerilmesi yolunda bir açıklama getirir: Şişme genişlemesi minik, türdeş olmayankuantumtitrenimlerinigererekgökyüzüneyayar.

Kısaşişmeevresininbitişiniizleyenbirkaçmilyaryılboyuncabuminikkümelenmeler,kütleçekimselkümelenme yoluyla büyümeye devam ettiler. Standart Büyük Patlama kuramında olduğu gibi, kümelerçevreye göre biraz daha fazla kütleçekimine sahip olduğundan, yakındaki maddeyi çekerek daha dabüyüdüler. Zamanla bu kümeler yıldızları ve onların içinde bulundukları galaksileri ortaya çıkardılar.Elbetteminikbirmaddekümesindengalaksiyegidenekadarpekçokayrıntılıadımvardırvebuadımlarınbirçoğununhâlâtambiraçıklamasıyoktur.Amayapınınbütünüaçıktır:Birkuantumdünyasındabelirsizlikilkesinin doğasından gelen titrenimlilik nedeniyle hiçbir şey tam olarak birörnek değildir. Şişmegenişlemesigeçirmişbirkuantumdünyasındaböylesibirörneklikbozukluklarımikrodünyadançokdahabüyükölçeklerekadargerilerek,galaksigibibüyükastrofizikseloluşumlarıntohumunuatmışolabilir.

Temelfikirbudur,onuniçinistersenizbuparagrafıatlayabilirsiniz.Amailgilenenleriçin,butartışmayıbiraz daha netleştirmek isterim. Inflaton alanının değeri potansiyel enerji kâsesinin dibine kaydığında

şişme genişlemesinin bitmiş olduğunu ve alanın bütün enerjisinin ve negatif basıncının serbest kalmışolduğunu hatırlayın.Bunu, uzayın her yerinde birörnek ortaya çıkmış olarak -inflaton değeri her yerdeaynı olarak- tanımlamıştık. Denklemlerden doğal olarak çıkan buydu. Ama bu yalnızca kuantummekaniğinin etkilerini gözardı ettiğimiz zaman tam olarak doğrudur. Eğimli bir yüzeyden aşağı doğruyuvarlanan bilye gibi basit bir cisimden beklenebileceği üzere, inflaton alanının değeri gerçektenortalamaolarak kâsenin dibine kaymıştır.Amakuantummekaniği, tıpkı kâsenin dibine doğru kaymaktaikensağa-solasıçrayanvehuzursuzlananbirkurbağagibi, inflatonalanınındasalındığınıvetitreştiğinisöyler.Aşağıyakayarken,alanındeğerianidenortalamanınbirazüzerineçıkmışveyabirazaltınadüşmüşolabilir.Butitrenimyüzündeninflaton,endüşükenerjideğerinefarklıyerlerdevebirazfarklızamanlardadüşmüştür.Böyleceşişmegenişlemesiuzayındeğişikyerlerinde,çokazfarklızamanlardabitmiş,böylecededeğişikkonumlar-dakiuzaysalgenişleme,çokaz farklıdeğerleralarak,birörneklikbozukluklarına -kırışıklıklara-yolaçmıştır.Pizzacınınhamurunbiryerinidiğerindenfazlauzatarakoradanasılbirtümsekoluşturduğunu gözünüzün önüne getirin. Şimdi, normal önsezi, kuantum mekaniğinden kaynaklanantitrenimlerin,astrofizikselölçeklerlebirilgisiolamayacağıyolundadır.Amaşişmeileevren,boyutlarınıher 10-37 saniyede iki katına çıkararak öylesine devasa ölçülerde genişlemiştir ki, birbirine yakınyerlerde şişme sürelerindeki çok küçük farklar önemli kırışıklıklarla sonuçlanmıştır. Gerçekten belirlişişmehesapları,böyleortayaçıkmışolantürdeşlikbozukluklarınınçokbüyükolmayaeğilimliolduklarınıgöstermiştir. Araştırmacılar, genellikle kuantum titrenimlerinin çok fazla kümeli bir evrene yolaçmamalarınısağlamakiçin,verilenbirşişmemodelindekiayrıntıları(inflatonalanınınpotansiyelenerjikâsesinin tamşeklini)ayarlamakzorundakalırlar.Böyleceşişmekozmolojisi, enbüyükölçeklerdesonderecetürdeşgibigörünenbirevrendeortayaçıkmışolanyıldızlarvegalaksilergibikümeliyapılardansorumlu olan küçük-ölçekli birörneklik bozukluklarını anlayabilmek için hazır bir mekanizma ortayakoymuştur.

Şişmeye göre, göksel mücevherler gibi gökyüzünde parlayan 100 milyardan fazla galaksi, kuantummekaniğinin gökyüzüne yazdığı buyruktan başka bir şey değildir.Bana göre, bununkavranmasımodernbilimselçağınenharikaolgularındanbiridir.

KozmolojininAltınÇağı

Mikrodalga fon ışınımının sıcaklığını ölçmek üzere yapılan titiz uydu gözlemleri, bu fikirleridestekleyençokönemlikanıtlarsunar.Buışınımınsıcaklığınıngökyüzününheryerindebüyükölçüdeaynıolduğunu birkaç kere vurguladım. Ama farklı noktalardaki sıcaklığın, noktadan sonraki dördüncübasamaktan sonra farklılaştığından henüz söz etmedim, ilk olarak 1992 yılında COBE (the CosmicBackground Explorer Satellite) ve daha yakın zamanlarda da WMAP (the Wilkinson MicrowaveAnisotropyProbe),uzaydakibirnoktadasıcaklığın2,7249Kelviniken,başkabirnoktada2,7250Kelvin,birdiğerindeise2,7251Kelvinolduğunubuldu.

Harikulade olansa, bu son derece küçük sıcaklık değişimlerinin gökyüzünde galaksi oluşumlarınıntohumunu attığı söylenen mekanizmayla açıklanabilecek olan bir desen sergiliyor olmasıdır: Şişmeylegerilenkuantum titrenimleri.Temel fikir,minik kuantum titrenimleri uzayayayıldığındabazı bölgelerinbiraz daha sıcak, bazılarının ise biraz daha soğuk olmasına neden olduklarıdır (biraz daha yoğunbölgelerden gelen fotonlar, biraz daha güçlü olan kütleçekimi alanını yenebilmek için biraz daha fazlaenerji harcarlar ve bu yüzden sıcaklıkları, daha az yoğun bölgelerden gelen fotonlara göre biraz dahadüşük olur). Fizikçiler bu öneriyi temel alan hesaplamalar yapmış ve Şekil 11 .la da görüldüğü gibi,mikrodalgaışınımınınsıcaklığınıngökyüzündebirbölgedendiğerinenasıldeğişmesigerektiğinigösteren

tahminlerdebulunmuşlardır.(Ayrıntılarönemliolmamaklabirlikte,yatayeksenikinoktanıngökyüzündekiaçısaluzaklığıile,düşeyeksensebunlarınsıcaklıkfarkıileilintilidir.)Şekil11.lb'debutahminler,küçükdörtgenlerle gösterilen uydu gözlemleri ile karşılaştırılmıştır ve gördüğünüz gibi mükemmel bir uyumvardır.

Şekil11.1(a)Şişmekozmolojisinin,gökyüzündekibirnoktadandiğerinemikrodalgafonışınımınınsıcaklıkdeğişimleritahmini(b)Butahminlerinuydugözlemleriylekarşılaştırılması

Kuramve gözlem arasındaki bu uyumun ayaklarınızı yerden kesmiş olduğunu umuyorum, çünkü eğerkesmediyse,sonucuntümgörkeminisizeaktaramamışımdemektir.Buyüzden,neolurneolmaz,buradaneolupbittiğinibirkeredahavurgulayayım:Uydularayerleştirilenteleskoplar,sonzamanlarda,neredeyse14milyaryıldırengellenmedenbizedoğrugelenmikrodalgafotonlarınınsıcaklıklarınıölçtüler.Uzaydafarklıyönlerdengelenfotonlarınsıcaklığınınbirbirleriilebirdereceninonhindebirindendahabüyükbirkesinlikle aynı olduğunu buldular. Üstelik gözlemler bu minik sıcaklık farklarının gökyüzünde, Şekil11.1b'deki dörtgenlerin düzenli ilerlemelerinin gösterdiği özel bir desen oluşturduğunu gösterdi.Mucizelerinmucizesi,şişmeyapısıkullanılarakbugünyapılanhesaplar,buminiksıcaklıkdeğişimlerinin-neredeyse 14milyar yıl önce ortaya çıkan farklılıklar- sergilediği desenleri açıklayabiliyor ve üstüneüstlük,buaçıklamanınanahtarıdakuantumbelirsizliğindenkaynaklanantitrenimler.Vaycanına.

Bubaşarıbirçokfizikçiyişişmekuramınıngeçerliliğikonusunda iknaetmiştir.Aynıderecedeönemliolanbirbaşkaşeyde,ancaksonyıllardaolasıhalegelenhassasastronomiölçümlerinin,kozmolojininspekülasyon ve tahmine dayalı bir alan olmaktan, gözlemler üzerinde sağlam bir biçimde yükselen biralan olmaya terfi etmesini sağlamasıdır. Bu durum, pek çok kimsenin içinde yaşadığımız dönemikozmolojininaltınçağıolaraknitelendirmesinenedenolmuştur.

BirEvrenYaratmak

Bu ilerlemeler sonucunda fizikçiler şişmekozmolojisinin daha nereye kadar gidebileceğini görmekiçin harekete geçtiler. Örneğin bu kuram, Leibniz'in evrenin neden var olduğu yolundaki sorusuylaözetlenennihaisırrıçözebilirmi?Enazındanşuandakikavrayışdüzeyimizle,buçokfazlaşeyistemekolur.Eğerbirkozmolojikuramıbusorukarşısındabirilerlemesağ-layabilsebile,nedenözelolarakbukuramın-onunvarsayımlarının,bileşenlerinin,denklemlerinin-amacauygunolduğunusorabiliriz,böylecedekökensorusunubiradımdahageriyeatabiliriz.Eğerevreninvarolmasıvebenzersizbileşenleriolantekbiryasatakımıylayönetiliyorolmasıiçin,birşekildegerekliolanşeyyalnızcamantıkolsaydı,belkio

zamaninandırıcıbiröykümüzolurdu.Amaşimdiyekadarbu,boşbirumutolmanınötesinegeçmedi.

Bununlailgiliamadahaaztutkulubirsoru,çağlarboyuncafarkışekillerdesorulagelmişolanbirsorudaşudur:Evrenioluşturanbütünmadde/enerjineredengeldi?Burada,hernekadarşişmekozmolojisitamcevabıvermiyorolsada,busoruyu,merakuyandırıcı,yenibirışıkaltındayenibirşeklesokmuştur.

Nasılolduğunuanlamakiçin,durmaksızınkoşanvezıplayanbinlerceçocukladoluolandevboyutluamaesnekbirkutudüşünün.Kutununduvarlarınıngeçirgenolmadığını,buyüzdenısıveenerjinindışarıkaçamayacağım, amaduvarlar esnekolduğu içindışarı doğruhareket edebileceğini varsayın.Çocuklardurmaksızınkutununduvarlarınaçarptıklarından -heranyüzlercesi-kutusürekliolarakgenişler.Şimdi,kutununduvarlarıgeçirgenolmadığıiçin,çocuklarınenerjisinintümüylegenişlemekteolankutununiçindekalacağınıbekleyebilirsiniz.Sonuçta,çocuklarınenerjisibaşkanereyegidebilir?Bu,mantıklıbirönermeolmakla birlikte tam olarak doğru değil. Enerjinin gidebileceği bir yer var. Çocuklar duvara herçarptıklarında enerji harcarlar ve bu enerjinin çoğu duvarın hareketine aktarılır. Kutunun genişlemesiçocuklarınenerjilerinisoğuraraktüketir.

Hernekadaruzayınduvarlarıyoksada,evrengenişledikçebenzertürenerjiaktarımlarıolur.Tıpkıhızlahareketedençocukların,genişlerkenduvarıniçeridoğruuyguladığıkuvvetekarşıişyapmalarıgibi,evrende hızla hareket eden parçacıklar da, uzayın genişlerken içeri doğru uyguladığı kuvvete karşı işyaparlar: Kütleçekimine karşı iş yaparlar. Tıpkı kutu genişlerken sürekli olarak duvarların enerjisineaktarılmasından dolayı çocukların enerjisinin azalması gibi, evren genişlerken sürekli olarakkütleçekimineaktarıldığıiçinbildiğimizparçacıklartarafındantaşınanmaddeveışınımmiktarıdaazalır.Kısacası, kutunun duvarlarının içeri doğru uyguladığı kuvvetle kütleçekiminin içeri doğru uyguladığıkuvvet arasında bir benzerlik kurarak (bu, matematiksel olarak kurulabilecek bir benzerliktir), uzayşişerken kütleçekiminin de hızlı parçacıkların taşıdığımadde ve ışınımdaki enerjiyi azalttığı sonucunavarırız. Kozmik genişlemeden ötürü hızlı hareket eden parçacıkların enerji kaybettiği, mikrodalga fonışınımıgözlemleriylededoğrulanmıştır.

Şimdi,uzaygenişlerkeninflatonalanınınenerjideğiş-tokuşutarifimizinasıletkilediğikonusundabirfikirsahibiolmakiçin,benzetmemizibirazcıkdeğiştirelim.Çocuklarınarasındabulunanbirkaçşakacının,kutunun dışarı doğru hareket eden duvarlarına, karşılıklı olarak lastik bantlar tutturduklarını varsayın.Lastik bantlar kutunun duvarlarına, çocukların uyguladığı dışarı doğru, pozitif basıncın tam tersi etkiyapan,içeridoğru,negatifbirbasınçuygularlar;kutunungenişlemesineenerjiaktarmakyerine,bulastikbantlarınnegatifbasıncı,genişlemedenenerji"çalar".Kutugenişledikçelastikbantlargiderekgerginleşirvebudabantlardakienerjininarttığıanlamınagelir.

Budeğiştirilmişsenaryokozmoloji ile ilişkilidir,çünküöğrenmişolduğumuzgibi,şakacıların lastikbantlarınabenzerbiçimde,birörnekbirinflatonalanıdagenişleyenevrendenegatifbirbasınçuygular.Buyüzden, tıpkı kutunun duvarlarından enerji aldıkları için, kutu genişledikçe lastik bantlardaki toplamenerjininartmasıgibi,evrengenişlerkeninflatonalanındasomutlaşantoplamenerjideartarçünküalan,kütleçekimindenenerjialır.

Özetleyecek olursak, evren genişledikçe madde ve ışınım enerji kaybeder, oysa inflaton alanıkütleçekimindenenerjikazanır.

Bu gözlemlerin son derece önemli doğası; yıldızları, galaksileri ve evrendeki her şeyi oluşturanmaddeveışınımınkökeniniaçıklamayaçalıştığımızzaman,açıkçaortayaçıkar.StandartBüyükPatlamakuramındamaddeveışınımıntaşıdığıkütle/enerjievrengenişledikçesüreklibirbiçimdeazalmıştırvebuyüzden, evrenin ilk dönemlerindeki kütle/enerji, bugün gözlediğimizden çok daha fazladır. Böylece,

standart Büyük Patlama, evrende şu anda bulunan madde/enerjinin kökenini açıklamaya yönelik biröneridebulunmakyerine,bitmeyecek,zorbir savaşı sürdürür:Kuramnekadargeriyebakarsa,okadarçokkütle/enerjiyibirşekildeaçıklamakzorundadır.

Ama şişme kozmolojisinde çoğunlukla bunun tersi doğrudur. Şişme kuramının, madde ve ışınımın,şişme evresinin sonunda, potansiyel enerji kâsesinin dibine kayan inflaton alanının hapsolmuş olanenerjisininserbestkalmasıylaoluştuğunuönesürdüğünühatırlayın.Buyüzden,şişmeevresisonaererken,kuramın günümüz evrenindeki madde ve ışınımı ortaya çıkarmak için gerekli olan hayret uyandırıcımadde/enerji miktarında somutlaşan inflaton alanını açıklayıp açıklamadığı sorusu daha uygun birsorudur.

Bu sorunun cevabı, kuramın neredeyse hiç zorlanmadan bunu yapabileceğidir. Biraz önceaçıkladığımız gibi, inflaton alanı kütleçekiminin asalağıdır -ondan beslenir- ve bu yüzden, uzaygenişledikçeinflatonalanınıntaşıdığıtoplamenerjiartar.Dahadoğrusumatematikselçözümleme,inflatonalanınınenerjiyoğunluğununhızlıgenişlemeşeklindeortayaçıkanşişmeevresisüresincesabitkaldığınıgösterirkibuda,inflatonalanındasomutlaşantoplamenerjinin,doldurduğuuzayhacmiyleorantılıolarakarttığı anlamına gelir. Bir önceki bölümde, şişme sırasında evrenin boyutunun en azından 1030 katarttığını görmüştük ki bu, evrenin hacminin de (1030)3 = 1090 kat büyümesi demektir. Sonuç olarak,inflatonalanındasomutlaşanenerjideaynıorandaartmıştır.Şişmeevresibiterken,yanibaşlamasındanyalnızca10-35saniyesonra,inflatonalanınıntaşıdığıenerjienazından1090katartmıştır.Bununanlamı,devasa genişleme taşıdığı enerjiyi çok büyük oranda artırdığı için, şişmenin başlangıcında inflatonalanınınçokfaylaenerjiyeihtiyacınınolmadığıdır.Basitbirhesap,birörnekinflatonalanıyladoluolan-ve yaklaşık on kilogram gelen- 10-26 santimetre çapındaki minik bir külçenin, sonradan gelen şişmegenişlemesisırasındaevrendeşimdigördüğümüzbütünenerjiyiaçıklayabilecekkadarenerjikazanacağınıgösterir.

Böylece,evrenin ilkdönemlerindeki toplammadde/enerjisinindevasaboyutlardaolduğunusavunanstandartBüyükPatlamakuramıylakatıbirçelişkiiçindeolanşişmekozmolojisi,evrendekibütünbilindikmadde ve ışınımı, kütleçekimini "işleyerek", inflaton alanıyla dolu olan 10 kilogramlık bir külçedenüretebilir. Bu, hiçbir şekilde Leibniz'in sorduğu neden hiçbir şey yerine her şey var sorusuna cevapvermez,çünkühenüznedeninflatonolduğunu,hattanedenonunkapladığıbiruzayoluğunuaçıklayamadık.Ama açıklama gerektiren şey her neyse, köpeğim Rocky'den daha hafiftir ve bu da standart BüyükPatlama'dadüşünülendençokdahafarklıbirbaşlangıçnoktasıdır.

Şişme,PürüzsüzlükveZamanınOku

Belkiduyduğumcoşkuönyargımıgizliyorolabiliramagünümüzdebilimineldeettiğibütüngelişmelervekozmolojidekibütünilerlemeler içimihayranlıklakarışıkbirkorkuvealçakgönüllülükledolduruyor.Yıllarönce, genelgöreliliğin temelleriniokuyupuzay-zamandakiküçükköşemizdeEinstein'ınkuramınıuygulayarakbütünevreninevriminiöğrenebileceğimizifarkettiğimzamanhissetmişolduğumaceleciliğihiç kaybetmedim.Şimdi, yirmibeş-otuzyıl sonra, teknolojideki ilerlemeler evrenin ilk anlarındanasıldavrandığıyla ilgili ve bir zamanlar soyut olan önerileri gözlemsel olarak sınıyor ve bu kuramlargerçektenişliyorlar.

Amakozmolojininuzayvezamanınöyküsüyleolanilişkisininyanısıra,6.ve7.Bölümlerdeevreninilkdönemlerinintarihiniincelerkenbelirginbiramacayönelmişolduğumuzuunutmayın:Zamanınokununkökeninibulmak.Obölümlerdenhatırlayacağınızgibi, zamanınokunuaçıklamak içinbulabildiğimizen

inandırıcı yapı, evrenin ilk dönemlerinde son derece düzenli olması, yani, sahneyi gelecekteki entropiartışına hazırlamak üzere, evrendeki entropinin çok düşük olmasıydı. Nasıl Savaş ve Barışınyapraklarınınverilenbirandadüzenliolmadıklarısürece,gittikçedahakarışıkolmagibibirkapasiteleriyoksa,evrendeilkdönemlerindesonderecedüzenliolmadıkça,giderekdahadüzensizolma-sütdökülür,yumurtalarkırılır,insanlaryaşlanır-kapasitesinesahipdeğildir.Karşıkarşıyaolduğumuzbilmece,busonderecedüzenli,düşükentropilibaşlangıçnoktasınınnasılortayaçıktığıdır.

Şişmekozmolojisibukonudaçokbüyükilerlemekaydettiamailgiliayrıntılarınaklınızdakalmamışolmaolasılığınakarşıöncesizebilmeceyitamolarakhatırlatayım.

Evrenin tarihinin ilk dönemlerinde, maddenin uzaya birörnek yayıldığı konusunda güçlü kanıtlarvardır ve bu konuda neredeyse hiç kuşku yoktur. Bu, genellikle yüksek entropili bir durum olaraknitelendirilir-kapağıaçıldığındakolaşişesininiçindençıkıpbütünodayabirörnekyayılankarbondioksitmoleküllerigibi-vebuyüzdençokyaygınolup,biraçıklamagerektirmez.Amabütünevrenigözönünealdığımız zaman, yani işin içine kütleçekimi girdiğinde, birörnekmadde dağılımı ender görülen, düşükentropiliveyüksekölçüdedüzenlibirdurumdur,çünkükütleçekimimaddeyikümeleşmeyezorlar.Benzerbiçimde, pürüzsüz ve birörnek bir uzaysal eğriliğin entropisi de çok düşüktür; inişli-çıkışlı, birörnekolmayan bir uzaysal eğrilikle kıyaslandığında, yüksek ölçüde düzenlidir. (Nasıl Savaş ve Barış ınyapraklarınındüzensizolmasınınpekçokşekli,düzenliolmasınınsayalnıztekbirşeklivarsa,uzayındadüzensiz,birörnekolmayanbirşeklesahipolmasınınbirçokyoluvarken,tamolarakdüzenli,pürüzsüzvebirörnekolmasınınçokazyoluvardır.)Bilmeceşudur:Nedenevreninilkdönemlerindemaddedağınıkkara delikler gibi yüksek entropili (yüksekölçüdedüzensiz) kümeli bir dağılımyerine, düşük entropili(yüksek ölçüde düzenli) birörnek bir dağılım sergiliyordu? Uzayın eğriliği niçin kara deliklerin yolaçtığınabenzerbüyükçarpılmalarveciddieğrilmelergöstermekyerinebüyükölçüdepürüzsüz,düzenlivebirörnekti?

İlkolarakPaulDaviesveDonPagetarafındanayrıntılıolarakincelendiğigibi,şişmekozmolojisibukonulardaönemli görüşlere sahiptir.Bununnasıl olduğunugörmek için, bilmecenin temel varsayımınınşunlarolduğunuaklınızdatutun:Herhangibiryerdebirkümelenmeortayaçıktığında,oradakidahayüksekkütleçekimi alanıdaha fazlamaddeçekervekümelenmeyibüyütür.Benzer şekildeuzaydaherhangibiryerde bir kırışıklık ortaya çıktığında, orada daha büyük olan kütleçekimi, kırışıklığı daha da artırır vedüzensiz, son derece birörnek olmayan bir uzaysal eğrilik ortaya çıkarır. İşin içine kütleçekimi girdiğizaman,sıradan,önemsiz,yüksekentropilidurumlarkümeliveyumruludur.

Amaşunadikkatedin:Budüşünüşmantığıtümüylebildiğimizkütleçekimininçekicidoğasınadayanır.Kümeveyumrularbüyürçünkübunlarçevredekimaddeyiçekerekkendilerinekatarlar.Amakısaşişmeevresi süresince, kütleçekimi iticiydi ve bu her şeyi değiştirdi. Uzayın şeklini ele alalım. İticikütleçekimini dışarı doğru devasa itmesi uzayı o kadar hızla şişirdi ki, tıpkı buruşuk bir balonunşişirildiği zaman yüzeyindeki kırışıklıkların gerilerek kaybolması gibi, başlangıçtaki yumru veçarpıklıklar pürüzsüzce gerildi. Dahası, uzayın hacmi, bu kısa şişme döneminde devasa bir faktörlebüyüdüğü için, tıpkı akvaryumunuzunhacmini olimpikyüzmehavuzukadarbüyütmeniz sonucundabalıkyoğunluğunun azalması gibi,madde kümelerinin yoğunluğu da azaldı. Bu nedenle, her ne kadar çekicikütleçekimi maddenin kümelenmesine ve uzaydaki kırışıklıkların büyümesine yol açmaktaysa da, iticikütleçekimibunun tersiniyapar:Kümelerivekırışıklıklarıküçülterekdahapürüzsüz,dahabirörnekbirsonucunortayaçıkmasınısağlar.

Böylece,şişmepatlamasınınsonunda,evreninboyutudevasabirşekildebüyümüş,uzayıneğriliğindevar olan birörneklik bozuklukları gerilerek giderilmiş ve başlangıçtaki kümelerin tamamı dağılmıştı.Üstelik inflaton alanı potansiyel enerji kâsesinin dibine kayarken şişme dönemini kapatmış, hapsolmuş

enerjisi ise uzayı birörnek dolduran, bildiğimiz parçacıklardan oluşan bir denize dönüşmüştü (kuantumtitreniminden kaynaklananminik ama kritik derecede önemli türdeşlik bozukluklarına kadar birörnek).Toplamda bu, kulağa büyük bir ilerlemeymiş gibi geliyor. Şişme yoluyla ulaştığımız sonuç -neredeysemaddeninbirörnekdağılımınıngözlendiğipürüzsüz,birörnekuzaysalgenişleme- tamolarakaçıklamayaçalıştığımız şeydi. Tam olarak zamanın okunu açıklayabilmemiz için gerekli olan düşük-entropilidurumdu.

EntropiveŞişme

Gerçekten,buanlamlıbirsüreçtir.Amageriyeikiönemlikonukalıyor.

Birincisi, şişme patlamasının her şeyi pürüzsüzleştirerek toplam entropiyi azaltması gibitermodinamiğin ikinci yasasını ihlal ettiği izlenimi veren bir fiziksel süreci -yalnızca istatistiksel birçalkantı değil- andıran bir sonuca ulaşmışız gibi görünüyor. Durum böyle olsaydı, ya ikinci yasayıkavrayışımız,yadaşimdikimantığımızhatalıolurdu.Gerçekteise,buikiseçenektenbiriylekarşıkarşıyakalmak durumunda değiliz çünkü şişmenin sonucu olarak entropi azalmaz. Şişme patlaması sırasındaaslında entropi artar ama artabilecek olduğu miktardan çok daha az artar. Gördüğünüz gibi, şişmedöneminin sonunda uzay pürüzsüzce gerilmişti ve bu yüzden entropiye -uzayın olası kümeli, düzensiz,birörnek olmayan yapısı ile ilgili olan entropi- olan kütleçekimsel katkısı çok azdı. Bununla birlikte,inflaton alanı enerji kâsesinin dibine kayarak hapsolmuş olan enerjisi serbest kalınca, tahminen 1080parçacık ve ışınımüretmiştir.Böylesi devasa sayıdaki parçacık, tıpkı devasa sayıda sayfaya sahip birkitapgibi,devasamiktardaentropibarındırır.Buyüzden,kütleçekimselentropiazalmışolsabile,bütünbu parçacıkların üretilmesinden kaynaklanan entropi artışı, karşılanacak gibi değildir. ikinci yasadanbeklediğimizgibi,toplamentropiartmıştır.

Amakibuönemlibirnoktadır, şişmepatlamasıuzayıpürüzsüzleştirerekve türdeş,birörnek,düşükentropili bir kütleçekimi alanı sağlayarak, kütleçekiminin yaptığı katkıyla yapabileceği arasında çokbüyük bir boşluk yarattı. Şişme sırasında toplam entropi arttı ama artmış olabileceği miktarlakıyaslandığındaönemsizdenebilecekbirmiktardaarttı.İştebuanlamdaşişmedüşükentropilibirevrenortayaçıkarmıştır:Şişmesonundaentropiartmıştıamabuartışhiçbiryerdeuzaysalgenişlemeninarttığıorandaolmamıştı.Eğerentropiarazivergisinebenzetilecekolursa,buNewYorkkentiyleBüyükSahranınkarşılaştırılmasınabenzer.Büyüksahradatoplanacakvergidahaçokolmaklabirlikte,toplamalanınbüyümesiylekıyaslandığındaçokazartmışolur.

Şişmenin bitmesinden bu yana, kütleçekimi entropi farkını kapamaya çalışıyor. Kütleçekimininsonradanbirörnekliktençıkardığı(kuantumtitrenimikökenlibirörneklikbozukluğundangelen)herküme-istergalaksiolsun,istergalaksidebiryıldızveyabirgezegenyadabirkaradelik-entropiyiartırmıştırvekütleçekiminientropiamacınabiradımdahayaklaştırmıştır.Ozaman,buanlamdaşişme,göreceliolarakdüşükentropili,büyükbirevrenle sonuçlanmışolanbirmekanizmadırvebuyolla sahneyi, sonuçlarınaşimdi tanık olduğumuz, milyarlarca yıllık kütleçekimsel kümelenme için hazırlamıştır. Böylece şişmekozmolojisi zamanın okuna, son derece düşük kütleçekimsel entropili bir geçmiş yaratarak bir yönvermiştir;gelecek,entropininarttığıyöndür.

İkincikonuBölüm6'dazamanınokununbiziyönlendirmişolduğuyoldayürümeyedevamettiğimizdegörünür hale gelir. Bir yumurtadan onu yumurtlayan tavuğa, oradan tavuğun yemine, bitkiler alemine,Güneş'inısıveışığına,BüyükPatlama’nınbirörnekdağılmışilkelgazlarınakadar,evreninevrimini,gitgidedahadüzenlihalegelengeçmişedoğruizlemiş,heradımdadüşükentropibilmecesinizamandabir

adımgeriyeötelemiş-tik.Şişmegenişlemesinindahadaerkenbirdöneminin,BüyükPatlama'nınpürüzsüzve birörnek sonucunu doğal bir biçimde açıklayabileceğini ancak şimdi fark ettik. Ama ya şişmeninkendisi? izlediğimiz bu zincirin ilk halkasını açıklayabilir miyiz? Koşulların bir şişme patlamasınınortayaçıkmasıiçinnedenuygunolduğunuaçıklayabilirmiyiz?

Bukonuçokönemlidir.Şişmekozmolojisikuramsalolarakkaçtanebilmeceçözmüşolursaolsun,birşişme genişlemesi dönemi hiçbir zaman olmadıysa, bu yaklaşım ilgisiz olacaktır. Üstelik evrenin ilkdönemlerinegeridönüpşişmeningerçektenolupolmadığınıdoğrudanbelirleyemeyeceğimiziçin,zamanınokununyönünüseçerkengerçekbirilerlemekaydedipetmediğimizindeğerlendirilmesi,şişmepatlamasıiçingerekliolankoşullarınortayaçıkmışolmaolasılığınıbelirlememizigerektirir.YanistandartBüyükPatlama’nın, gözlemsel olarak motive edici olmakla birlikte kuramsal olarak açıklanamayan, çok iyiayarlanmışbirörnekbaşlangıçkoşullarınabağlıolmasıfizikçilerintüylerinidikendikeneder.Evreninilkdönemlerinindüşük-entropilibirdurumdaolduğununbasitçevarsayılmasısonderecerahatsızedicidir;zamanın okunun evrene bir açıklama olmadan, zorla uygulanması bir boşluk hissi doğurur. ilk bakıştaşişme, Büyük Patlama'da standart olduğu varsayılan özelliklerin şişme evriminden kaynaklandığınıgöstererek bir ilerleme önerir. Ama eğer şişmenin başlatılması, çok özel, son derece düşük-entropilibaşka koşulların varlığını da gerektiriyorsa, o zaman başladığımız noktaya döneriz.Büyük Patlama'nınözelkoşullarını,şişmeyibaşlatmakiçingerekliolankoşullarladeğiş-tokuşetmişoluruzvezamanınokubilmecesi,gizeminikorumayısürdürür.

Şişmeiçingerekliolankoşullarnelerdir?Şişmenin,inflatonalanınındeğerinin,biraniçinpotansiyelenerjikâsesininortasındakiyüksek-enerjidüzlüğünde,minikbirbölgeniniçindetakılmasınınkaçınılmazsonucuolduğunugörmüştük.Bunedenlegörevimiz,şişmeiçinbubaşlangıçdurumunungerçektennekadarolasıolduğunubelirlemektir.Eğerşişmeyibaşlatmanınkolayolduğuortayaçıkarsa,çokiyibirdurumdaolacağız.Amagereklikoşullarınortayaçıkmaolasılığısonderecedüşükse,zamanınokusorusunu-topunyuvarlanmasınıbaşlatandüşük-entropiliinflatonalanıdurumunabiraçıklamabulmagörevini-zamandabiradımgeriyeatmışolacağız.

Öncebukonuüzerindekiçağdaşdüşünüşşekliniçokiyimserbir ışıkaltındabetimleyecek,sonradaöykününbulanıkkalantemelöğelerinegeridöneceğim.

Boltzmann'ınDönüşü

Geçenbölümdesözedildiğigibi,şişmepatlamasını,evreninkendiyaratılışıolarakdüşünmekyerinedahaöncedenvarolanbir evrendeyeralanbirolayolarakdüşünmekdahadoğrudur.Hernekadarbuşişme-öncesidönemdeevreninneyebenzediğikonusundaeleştirilemezbirkavrayışımızolmasada,eğerher şeyin son derece sıradan, yüksek entropili bir durumda olduğunu varsayarsak, nereye kadargidebileceğimizibirgörelim.Özelolarak, ilkel, şişmeöncesiuzayınbüzülmevekabarıklıklarladelik-deşikolduğunuveinflatonalanınınsonderecedüzensiz,değerininsesıcakmetalkâseniniçindekikurbağagibiileri-gerisıçramaktaolduğunuvarsayalım.

Şimdi,tıpkıkollubirkumarmakinesindeyeterincesabırgöstererekuzunsüreoynadığımızdarastgeledönen göstergelerin er geç üç pencerede de mücevher resminde durmasını bekleyeceğimiz gibi, ilkelevrenin bu son derece yüksek enerjili, çalkantılı arenasında er geç ortaya çıkacak olan rastgele birdalgalanmanın, uzayın minik bir külçesinde inflaton alanının değerinin doğru, birörnek değerinesıçramasınanedenolarakşişmegenişlemesinindışarıdoğrupatlamasınıbaşlatmasınıbekleriz.Öncekialtbölümde açıklandığı gibi, hesaplar, şimdi gördüğümüz evrenden daha büyük boyutlara kadar gerilen

kozmolojik bir genişlemeyi (şişme genişlemesini izleyen standart Büyük Patlama genişlemesi) ortayaçıkarmakiçinuzaykülçesininsondereceminik-yaklaşık1026santimetreboyutlarında-olmasınınyeterliolduğunu gösteriyor. Bu yüzden, evrenin ilk dönemlerindeki koşulların, şişme genişlemesinin ortayaçıkması için uygun olduğunu varsaymak veya basit bir biçimde bildirmek yerine, bu düşünme şeklinegöre,sıradan,önemsizbirdüzensizlikortamındaoluşanveyalnızca10kilogramgelenultramikroskopikbirdalgalanma,gereklikoşullarıortayaçıkarır.

Dahası,tıpkıkollubirkumarmakinesinin,kazandırmayanpekçoksonuçdaürettiğigibi,ilkeluzayınbaşkabölümlerindebaşkatürinflatonalanıdalgalanmalarıdaortayaçıkmışolabilirdi.Bunlarınçoğunda,yadalgalanmalardoğrudeğere sahipdeğillerdi yada şişmegenişlemesininortaya çıkamayacağıkadarbirörnektiler. (Yalnızca 1026 santimetre boyutlarındaki bir bölgede bile bir alan, çok farklı değerleralabilir.) Ama bizi ilgilendiren şey, düşük-entropi zincirinin ilk halkasını sağlayan ve sonuç olarakbildiğimizevrenlesonuçlanan,uzay-pürüzsüzleştiricibirşişmepatlamasınayolaçmışolanbirkülçeninbulunmasıydı.Yalnızcatekvebüyükevrenimizigördüğümüziçin,kozmikkumarmakinesineyalnızcabirkereödemeyapmakzorundayız.

Evreni ilkel karmaşadaki istatistiksel dalgalanmaya kadar izlediğimiz için, zamanın okunagetirdiğimiz bu açıklama Boltzmann'ın özgün önerisiyle bazı ortak özelliklere sahiptir. Bölüm 6'danBoltzmann'ın, şimdi gördüğümüz her şeyin, tam düzensizlikten ender ama ara sıra beklenebilecek birdalgalanma sonucunda ortaya çıktığını ileri sürdüğünü hatırlayın. Ama Boltzmann'ın özgünformülleştirmesindeki sorun, rastgele bir dalganın nasıl olup da bu kadar ileri giderek, bildiğimizkadarıyla hayatı ortaya çıkarmak için gerekli olandan bile çok daha fazla düzenli bir evren ortayaçıkardığını açıklayamamasıydı. Neden evren kestirmeden giderek birkaç tane, hatta tek bir galaksiyesahipolabilecekken,milyarlarcavemilyarlarcagalaksiye,bugalaksilerinherbirindedemilyarlarcavemilyarlarcayıldızasahipolacakkadarbüyüktür?

İstatistikselbakışaçısından,şimdigörmekteolduğumuzkadardeğilde,birazdahaazbirdüzenortayaçıkaracak,dahamütevazıbirdalgalanmanınolasılığıçokdahayüksekti.Üstelikortalamaolarakentropiyükselmekte olduğundan, Boltzmann’ın mantığı, bugün görmekte olduğumuz her şeyin, daha düşükentropiye istatistikselbirsıçramanınsonucuolduğunusöyler.Bununnedeninihatırlayın:Dalgalanmanekadar eskiden olmuşsa, ulaşmış olması gereken entropi o kadar düşük olur (entropi, Şekil 6.4' tegörüldüğü gibi, en düşük entropili noktadan sonra yükselmeye başlar, bu yüzden eğer dalgalanma dünolduysa,entropidünendüşüknoktasındadır,eğerdalgalanmabirmilyaryılönceolduysa,odöneminendüşükentropideğerindedemektir).Bunedenle,zamandanekadargeriyegidilirse,gerekendalgalanmaokadarşiddetliveolasılığıdaokadardüşükolur.Böylece,sıçramanınyakındaolmuşolmasınınolasılığıçokyüksektir.Amaeğerbusonucukabuledersek,belleklere,kayıtlaravetartışmanınkendisininaltındayatanfizikyasalarınagüvenemeyizvebu,tamolarakhoşgörülemezbirkonumolur.

Boltzmann'ın fikrinin şişmedeki somut örneğinin büyük avantajı, ilk dönemlerdeki küçük birdalgalanmanın -uzaydaki minik bir külçenin içinde, uygun koşullara doğru mütevazı bir sıçramanın-kaçınılmaz olarak, şu an gördüğümüz devasa boyutlardaki ve düzenli evrene yol açmasıdır. Şişmegenişlemesi bir kere başladığında, küçük külçe amansızca en azman şimdi görmekte olduğumuz evrenölçeklerine kadar gerildi, işte bu yüzden ortada evrenin neden kestirmeden gitmediğine ilişkin bir sıryoktur; evreninnedenbukadarbüyükveböylesine çok sayıdagalaksi iledoluolduğubir sır değildir.Başlangıçtan bu yana, şişme evrene çok şey vermiştir.Uzaydakiminik bir külçenin içinde daha düşükentropiye doğru olan bir sıçrama, şişme genişlemesinin yarattığı kaldıraç etkisiyle evrenin devasauzaklıklarınadönüşmüştür.Enönemlisi,şişmesonucugerilmeherhangi,eskibirevreneyolaçmadı.Bizimbüyük evrenimize yol açtı; şişme uzayın şeklini açıklar, büyük-ölçekli birörnekliği açıklar, hatta

galaksilerin varlığı ve fon ışınımının sıcaklığındaki değişiklikler gibi "daha küçük-ölçekli" türdeşlikbozukluklarınıdaaçıklar.Şişme,büyükbiraçıklamave tahmingücünü,düşükentropiyedoğruolanbirsıçramanıniçindeambalajlar.

Ve böylece belki deBoltzmann'ın haklı olabileceği ortaya çıkar.Görmekte olduğumuzher şey, sonderece düzensiz olan ilkel karmaşadan rastlantısal bir dalgalanmayla ortaya çıkmış olabilir. Onungörüşlerininbukavrayışıylakayıtlarımızavebelleklerimizegüvenebiliriz:Dalgalanmahemenbirazönceolmadı.Geçmiş,gerçektenvardı.Kayıtlarımız,gerçekleşmişolanşeylerinkayıtlarıdır.Şişmegenişlemesievreninilkdönemlerindevarolandüzenliveminikbirkülçeyibüyüttü-evreniendüşükentropiyledevbirbüyüklüğekadar"kurdu"-buyüzden,sonraki14milyaryılboyuncasürençözülme,galaksiler,yıldızlarvegezegenlerbiçimindekikümelenmeartıkbirbilmeceolmaktançıktı.

Aslındabuyaklaşımbizebirazdahafazlabirşeylerbilesöyler.TıpkıBellagio'nunzeminkatındakibirkaç kumar makinesinde birden, bir numara ile büyük ikramiyeyi kazanma olasılığının olması gibi,yüksekentropilive tambirkarmaşaolan ilkeldurumda, şişmegenişlemesi içingerekliolankoşullarınyalnızcatekbiruzaysalkülçedebulunmasıiçinhiçbirnedenyoktu.AndreiLinde,şurayaburayasaçılmışdurumda bulunan birçok külçede birden uzay-pürüzsüzleştirici şişme-genişlemenin gerçekleşmişolabileceğiniilerisürdü.Eğerdurumböyleise,evrenimiz,rasgeledalgalanmalar,koşullarıŞekil11.2'degösterildiği gibi, şişme patlaması için uygun hale getirdiğinde tomurcuklanan -ve belki detomurcuklanmayısürdüren-pekçokevrendenyalnızcabiridir.Budiğerevrenlerinsonsuzakadarbizimevrenimizden ayrı olmaolasılığı yüksekolduğu için, bu "çoklu evren" resminin doğruolupolmadığınınasıl anlayabileceğimizi göz önüne getirmek zordur. Bununla birlikte, kavramsal bir yapı olarak hemzengin, hem de umut vericidir. Diğer şeylerin yanısıra, kozmoloji hakkında nasıl düşüneceğimizkonusunda olası bir değişiklik önerir: Bölüm 10'da şişmeyi, standart Büyük Patlama kuramının,patlamanın hızlı bir genişleme ile tanımlandığı "ön kenarı" olarak betimlemiştim. Ama eğer Şekil11.2'dekiheryenievreninşişmetomurcuklanmasını,kendipatlamasıolarakdüşünürsek,ozamanşişmeninkendisinigözdecanlandırmanıneniyiyolu,bunları içlerindeBüyükPatlamabenzerievrimlerinolduğu,üst üste kapanan soğan kabuğu gibi kozmolojik yapılar olarak düşünmektir. Böylece, bu yaklaşımdaşişmenin standart Büyük Patlamaya katılması değil, standart Büyük Patlama'nın şişmeye katılması sözkonusudur.

Şekil11.2Şişme,eskievrenlerdenyenilerinitomurcuklandırmakşeklindetekrartekrarortayaçıkabilir.

ŞişmeveYumurtalar

Ozamannedenbiryumurtanınkırıldığınıgörüyoruzdayapıştığınıgörmüyoruz?Hepimizinsonuçlarınıgördüğüzamanınokuneredengeliyor?Buyaklaşımınbizigetirdiğiyerşu:Başlangıçtakiyüksekentropilidurumdan,ender fakat zamanzamanbeklenebilecekbirdalgalanmasonucunda,yaklaşıkonkilogramlıkminikbiruzaykülçesihızlıbirşişmegenişlemesiiçingerekliolankoşullarakavuştu.Dışarıdoğruolanbu inanılmaz şişme, uzayın devasa boyutlarda gerilmesi ve pürüzsüzleşmesiyle sonuçlandı ve şişmebiterken, inflaton alanı çok yükselmiş olan enerjisini serbest bırakarak uzayı hemen hemen birörnekmaddeve ışınımladoldurdu.Inflatonuniticikütleçekimiazalırkenbildiğimiz,çekicikütleçekimibaskınhale geldi. Görmüş olduğumuz gibi, çekici kütleçekimi kuantum titrenimi sonucunda oluşan türdeşlikbozukluklarınıkullanarakmaddeninkümeleşmesinenedenoldu,galaksileri,yıldızlarıvesonundaGüneş'i,Dünyayı, güneş sisteminin kalanını ve gözlenebilir evrenin diğer özelliklerini ortaya çıkardı.(incelediğimizgibi,BüyükPatlama'danmilyaryılyadabirazdahasonra,iticikütleçekimibirkeredahabaskın hale geldi ama bu kez en büyük kozmik ölçeklerle ilişkiliydi, bildiğimiz kütleçekiminin hâlâegemenolduğugalaksivegüneş sistemigibigöreliolarakdahaküçük sistemlerüzerindedoğrudanhiçetkisi olmadı.)Dünyadaki düşük-entropili bitkiler ve hayvanlarGüneş'in göreli olarakdüşük-entropilienerjisinikullanarakbaşkadüşük-entropilihayatbiçimleriortayaçıkararak toplamentropiyi ısıveatıküretimi yoluyla artırdılar. Sonunda bu zincir, yumurtayı yumurtlayan tavuğu ortaya çıkardı, öykününgerisinizatenbiliyorsunuz:Mutfaktezgâhınınüzerindeyuvarlanarakevrenindahayüksekentropiyedoğruamansızcagidişininbirparçasıolarakyeredüşüpkırıldı.Bütünsayfalarıyerliyerinde,sıralıolanSavaşveBarış'a benzeyen, şişmeyebağlı gerilme sonucuortaya çıkan, uzayındüşük-entropili, yüksekölçüdedüzenli ve birörnek şekilde pürüzsüz olan dokusudur. işte evreni sonraki, daha yüksek entropiye doğruevrime hazırlayan ve böylece hepimizin bildiği zamanın okunu ortaya koyan, bu ilk düzenli -ciddiyumruların,büzülmelerinvedevkaradeliklerinolmadığı-durumdur.Şuandakikavrayışımızlazamanınokunagetirilmişolanentamaçıklamabudur.

EksikKalanNokta?

Ben, bu şişme kozmolojisi ve zamanın oku öyküsünü çok güzel buluyorum. Vahşi ve enerjik ilkelkarmaşa ortamında, ağırlığı uçak yolculuğunda izin verilen bagaj ağırlığından daha az olan birörnekinflaton alanınınmikroskopik-ötesi bir salınımıortaya çıktı.Bu, zamanınokununyönünübelirleyenbirşişmegenişlemesibaşlattı.Gerisitarihtir.

Ama bu öyküyü anlatırken, henüz doğrulanmamış olan çok önemli bir varsayım yaptık. Şişmeninbaşlamışolmaolasılığınıdeğerlendirirken,içindenşişmegenişlemesininçıktığınıönesürdüğümüzşişme-öncesi ortamın niteliklerini belirlemiş olmak zorundaydık. Zihnimizde canlandırdığımız özel ortam -vahşi, karmaşık, enerjik- kulağamantıklı geliyor amabu tanımımatematiksel bir kesinlikle tarif etmekzordur. Dahası, bu yalnızca bir tahmin olur. Varlığı ileri sürülen şişme öncesi ortamdaki, yani Şekil10.3'te görülen bulanık bölgedeki koşulların nasıl olduğunu bilmiyoruz. Bu bilgi olmaksızın şişmeninbaşlamış olma olasılığını inandırıcı bir şekilde değerlendiremeyiz; oysa herhangi bir olasılığınhesaplanmasıyaptığımızvarsayımlarasonderecehassasbirşekildebağlıdır.

Kavrayışımızdaki bu eksiklikle yapılabilecek en anlamlı özet şudur: Şişme, görünürde birbirleriylebağlantısız problemleri -ufuk problemi, düzlük problemi, yapının kökeni problemi, evrenin ilk

dönemlerindeki düşük-enerji problemi- bir araya getiren güçlü, açıklayıcı bir yapı ortaya koyar vebunlarınhepsineortakbirçözümönerir.Bu,doğruolduğuduygusuuyandırıyor.Amadiğeradımageçmekiçin,bulanıkbölgeninkarakteristiğiolanuçkoşullarla-çokyükseksıcaklıkveyoğunluk-başaçıkabilecekbir kurama ihtiyacımız vardır.Ancak bu şekilde evrenin ilk dönemlerine ilişkin kesin ve kuşkusuz birgörüşesahipolmaşansımızolur.

Önümüzdekibölümdeöğreneceğimizgibi,bubelkidesonseksenyıldırkuramsalfiziğinkarşılaştığıenbüyük engeli, genel görelilikle kuantummekaniği arasındaki temel çatışmayı giderebilecek bir kuramıgerektirir.Birçokaraştırmacı,süpersicimkuramıadıverilenyeniyaklaşımınbunubaşarmışolabileceğineinanıyor, ama eğer süpersicim kuramı doğru ise, evrenin dokusu kimsenin tahmin edemeyeceği kadartuhaftır.

4–KÖKENLERVEBİRLEŞME

XII.Bölüm-BirSiciminÜzerindekiDünya

SicimKuramınaGöreDoku

Anlamanız gereken her şeyi anladığınız bir dünyada yaşamakta olduğunuzu varsayın. Bir gezegeninnedenbiryıldızınetrafındadolandığı,birbeyzboltopununnedenbelirlibiryörüngedehareketettiği,birmıknatısyadapilinnasılçalıştığı,ışıkvekütleçekimininnasılişlediğikonularındabirşeysöylemekiçin-herhangibirşeyüzerindeherhangibirşeysöylemekiçin-entemelyasalarıortayaçıkarmanızvebunlarınmaddeninenküçükbileşenleriüzerindenasıletkiyaptığınıbelirlemenizgerekenbirevren.Neysekibuevrenbizimevrenimizdeğil.

Eğer bizim evrenimiz böyle olsaydı, bilim herhangi bir ilerleme kaydedemezdi. Yüzyıllar boyuncailerlemesağlayabilmişolmamızınnedeni,küçükparçalarüzerindeçalışabiliyorolmamızdır;sırları,heryeni keşfin bir öncekindendahaderine indiği, adımadımçözmeyeteneğimizdir.Newton'unhareket vekütleçekimi konularında dev adımlar atmak için atomlar hakkında bir şey bilmesi gerekmemişti.Maxwell'in güçlü bir elektromanyetizmakuramı geliştirebilmek için elektronlar ve diğer elektrik yüklüparçacıklarkonusundabilgisahibiolmayaihtiyacıyoktu.Uzayvezamanınkütleçekimininetkisialtındanasıl eğrildiği konusunda bir kuram ortaya koyabilmek için Einstein'ın, bu kavramların en başta nasılortayaçıktığındanhaberdarolmasıgerekmemişti.Bukeşiflerinvemodernevrenkavrayışımızınaltındayatan diğer keşiflerin her biri kaçınılmaz olarak arkalarında cevapsız sorular bırakarak sınırlı birbağlamda ilerlemişti. Hiç kimse bilmecenin parçaları birleştiğinde ortaya çıkacak büyük resmin neolduğunubilmediğihalde-hâlâbilmiyoruz-herkeşifbilmeceninbirparçasınıdahayerinekoyabilmişti.

Bununlayakındanbağlantılıbirgözlem,hernekadarbilimbugünelliyılöncekindenbilesonderecefarklıolsada,bilimsel ilerlemeninherkuramınkendindenöncegeleni çöpeatmasıolaraközetlemeninyüzeyselkalacağıdır.Dahadoğrubirtanımlama,heryenikuramındahakesinvedahagenişetkilibiryapıoluşturarakkendindenöncegelenkuramlarırafineettiğidir.Einstein'ıngenelgöreliliğiNewtonkuramınıaşmıştıramaNewtonkuramınınyanlışolduğunusöylemeksaflıkolur. IşıkhızınayakınhızlardahareketetmeyenvekaradeliklerinkikadargüçlükütleçekimialanlarıüretmeyencisimlerindünyasındaNewtonkuramısonderecedoğrudur.Amabu,Einstein'ınkuramınınNewton'unkininküçükbirdeğişiklikyapılmışbir hali olduğu anlamına gelmez; Newton'un kütleçekimine yaklaşımını geliştirirken Einstein uzay vezamankavramlarımızıköktendeğiştiren,yepyenikavramsalbirşemayaratmıştır.AmaNewtonkuramınınhedeflediğialandaki(gezegenlerinhareketi,geneluzaysalhareketler,vb.)gücü,kesinliklesarsılmazdır.

Biz her yeni kuramın, bizi gerçek adını verdiğimiz elle tutulamaz amacımıza yaklaştırdığınıdüşünüyoruzama,nihaibirkuramın-evreninişleyişiniolabilecekenderindüzeydeortayakoyduğuiçindaha fazla rafine edilemeyen bir kuramın- bulunup bulunmadığı hiç kimsenin cevaplayamayacağı birsorudur.Böyleolsabile,sonüçyüzyıldakikeşiflerinizlediğidesen,böylebirkuramıngeliştirilebileceğiyolundaçarpıcıkanıtlarortayakoyuyor.Aşağıyukarıheryeniatılım,dahagenişbirolaylardizisinidahaaz sayıdaki kuramsal şemsiye altında açıklayabiliyor. Newton un keşifleri gezegenlerin hareketleriniyöneten kuvvetlerin,Dünya yüzeyine düşmekte olan cisimlerin hareketlerini yönetenlerle aynı olduğunuortayakoydu.Maxwell'inkeşiflerielektrikvemanyetizmanınbirmadeniparanınikiyüzügibiolduğunugösterdi. Einstein'ın keşifleri uzay ve zamanın, Midas'ın dokunuşu ve altın kadar ayrılamaz olduğunugösterdi.Yirminciyüzyılınbaşlarındabirfizikçikuşağınınkeşifleri,mikrofiziğinpekçoksırrınınkuantummekaniği kullanılarak tam olarak çözülebileceğini ortaya koydu. Çok daha yakın zamanlarda Sheldon,

GlashowveSalam'ınkeşiflerielektromanyetikvezayıfnükleerkuvvetlerintekbirkuvvetin-elektrozayıfkuvvetin- ikiayrıgörünümüolduğunuvedahagenişbirsentezdegüçlünükleerkuvvetindeelektrozayıfkuvvete katılabileceği yolunda deneysel ve ayrıntılı kanıtlar bulunduğunu gösterdi. Tüm bunlarıbirleştirdiğimizde karmaşıklıktan basitliğe, çeşitlilikten tekliğe giden bir desen görüyoruz. Açıklayıcıoklar,doğadakibütünkuvvetlerivebütünmaddeyi,bütünfizikselolaylarıaçıklamayeteneğinesahipolan,güçlüamahenüzkeşfedilmemişolantekbiryapıdabirleştirecekbirkuramadoğruyönelmişgibiduruyor.

30 yıldan daha uzun bir süre boyunca elektromanyetizma ile genel göreliliği tek bir kuram altındabirleştirmeyeçalışmışolanEinstein,haklıolarakçağdaşbirleşikkuramaraştırmalarınınöncüsüsayılır.BuyıllarboyuncauzunsürelerleEinstein,birleşikkuramkonusundakiaraştırmalarıtekbaşınasürdürdü,buaradatutkulufakatyalnızmücadelesionufiziktoplumunungerikalanındankopardı.Aslındasonyirmiyıldabirleşikkuramaraştırmalarındabircanlanmaoldu;Einstein'ınyalnızrüyasıtümbirfizikçikuşağınıniticigücühalinegelmişti.AmaEinstein'ınzamanındangünümüzedoğruaraştırmalardabirodakkaymasıoldu. Henüz güçlü nükleer kuvvetle elektrozayıf kuvveti birleştiren başarılı bir kurama sahip olmasakbile, bu kuvvetlerin her üçü de (elektromanyetik, zayıf, güçlü) kuantum mekaniğine dayanan tek vebirörnekbirdilletanımlanmıştır.Amadördüncükuvvetinenrafinekuramıolangenelgörelilik,buyapınındışındakalmıştır.Genelgörelilikklasikbirkuramdır:Kuantumkuramınınolasılıkiçerenkavramlarındanherhangibiriyleişbirliğiiçinegirmez.Buyüzdenmodernbirleşmeprogramınınenönemlihedeflerindenbiri,genelgöreliliğikuantummekaniğiilebirleştirmekvedörtkuvvetidekuantummekaniğineözgütekyapıiçindetanımlamaktır.Bunundakuramsalfiziğinşimdiyekadarkarşılaştığıengüçproblemlerdenbiriolduğukanıtlanmıştır.

Bununnedenböyleolduğunugörelim.

KuantumTitrenimleriveBoşUzay

Eğer kuantummekaniğinin en akılda kalıcı tek bir özelliğini seçmem gerekseydi, belirsizlik ilkesiniseçerdim.Olasılıklarvedalgafonksiyonlarıelbetteyepyenibiryapıortayakoyarlaramaklasikfiziktenkopuşu temsil eden kavram belirsizlik ilkesidir. Hatırlarsanız, on yedinci ve on sekizinci yüzyıllardabilim insanları, fiziksel gerçekliğin tam olarak tanımlanmasının ancak evreni oluşturan maddenin herbileşeninin, her parçacığının konum ve hızının belirlenmesiyle mümkün olacağına inanıyorlardı. Ondokuzuncu yüzyılda alan kavramının ortaya çıkması ve sonra da elektromanyetik ve kütleçekimikuvvetlerine uygulanmasıyla birlikte bu görünüm, uzayın her noktasında her alanın değerini -yani heralanın şiddetini- ve gene her alanın değerinin değişim hızını kapsayacak şekilde zenginleşti. Ama1930'lardabelirsizlikilkesiuzaydakibirnoktadabirparçacığınhemkonumunu,hemdehızınıyadabiralanınhemdeğerinihemdedeğişmehızınıaynıandahiçbirzamanbilemeyeceğimizigöstererekbuyapıyıdağıttı.Kuantumbelirsizliğibunuyasaklar.

Son bölümde tartıştığımız gibi, bu kuantum belirsizliği mikro dünyanın çalkantılı ve titrenimli birgerçeklik olmasına neden olur. Daha önceleri inflaton alanı için belirsizlikten kaynaklanan kuantumtedirginlikleri üzerine odaklanmıştık olsak da, kuantum belirsizliği bütün alanlara uygulanır.Elektromanyetik alan, güçlü ve zayıf elektromanyetik kuvvet alanları ve kütleçekimi alanlarının hepsimikroskopik ölçeklerde çılgın kuantum titre- nimlerine uğrarlar.Gerçekte, normal olarak boş olduğunudüşündüğünüz uzayda, hiçbirmadde veya alan içermiyor gibi görünen uzayda bile bu alan titrenimlerivardır. Bu, kritik derecede önemli bir fikirdir, ama eğer daha önce bu fikirle hiç karşılaşmadıysanız,şaşırmanız doğaldır. Eğer bir uzay bölgesi hiçbir şey içermiyorsa -boşluksa- o zaman bu, titrenecek

herhangi bir şey olmayacağı anlamına gelmez mi? Hiçlik kavramının tanımlanması zor bir kavramolduğunu zaten öğrenmiştik. Modern kuramın boş uzayı doldurduğunu öne sürdüğü Higgs okyanusunudüşünün.Şimdisözettiğimkuantumtitrenimleri"hiçbirşey"kavramınıdahadagizemlibirhalegetirmeyeyarıyor.Şunudemekistiyorum.

Kuantumöncesi(veHiggsöncesi)fizikteuzayınbirbölgesinin,ancakhiçbirparçacıkiçermiyorsaveher alanın değeri birörnek olarak sıfırsa, tamolarak boş olduğunu kabul etmiştik. Şimdi klasik boşlukkavramıhakkındakuantumbelirsizlikilkesiışığındadüşünelim.Eğerbiralanyokolanbirdeğeresahipseve bunu sürdürürse, o zaman bu alanın değerini -sıfır- ve değişim hızını -o da sıfır- biliriz. Amabelirsizlikilkesinegörebuikiniteliğinbirdenbelirliolmasımümkündeğildir.Eğerbiralanınbirandakideğeribelirliyse,elimizdekiörnektesıfır,belirsizlikilkesibizebualanındeğişimhızınıntümüylerasgeleolduğunu söyler. Rasgele bir değişim hızı da, normal olarak boş olduğunu düşündüğümüz uzayda bile,sonrakianlardaalanındeğerininrasgeleolarakyukarı-aşağısalınacağıanlamınagelir.Ozaman, içindebütünalanlarınhemsıfırdeğerinesahipolduğu,hemdebunusürdürdüğüsezgiselboşlukkavramıkuantummekaniğiylebağdaşmaz.Biralanınsıfırdeğerietrafındatitrenimsergileyebiliramabirbölgedekideğeri,kısabirandışındabirörnekolaraksıhrkalamaz.Teknikdille, fizikçileralanlarınboşluk titrenimlerinemaruzkaldığınısöylerler.

Boşluk alan titrenimlerinin raslantısal doğası, en mikroskopik alanlar dışındaki bütün alanlarda nekadar "yukarı" salınım varsa o kadar da "aşağı" salınım olmasını, böylece de ortalama değerin sıfırolmasını sağlar. Bu, tıpkı çıplak gözle son derece pürüzsüz görünen mermer bir yüzeyin elektronmikroskopuyla bakıldığı zaman girinti ve çıkıntılarla dolu olduğunun görülmesine benzer. Bununlabirlikte,doğrudangöremiyorolsakda,kuantumalantitrenimleriningerçekliğiyarımyüzyıldandahauzunbirsüreönce,boşuzaydabile,birdizibasitamaesaslıkeşideortayakonmuştu.

1948'de Hollanda'lı fizikçi Hendrik Casimir elektromanyetik alanın boşluk titrenimlerinin deneyselolaraknasılsaptanabileceğinibuldu.Kuantumkuramıboşuzaydakielektromanyetikalan titrenimlerininŞekil 12.1a'daki gibi değişik şekiller alacağını söyler. Casimir'in atılımı, boş bir bölgeye Şekil 12.1bdeki gibi iki tane sıradanmetal plaka yerleştirerek, bu kuantum titrenimlerinin değişik bir türünü eldeedebileceğini fark etmiş olmasıydı. Yani, kuantum denklemleri plakalar arasındaki bölgede daha azsalınımolacağınıgösteriyor (yalnızcaherplakanınbulunduğuyerdedeğerisıfıragidenelektromanyetiktitrenimlere izinvar).Casimirbualan titrenimlerindeki azalmanın sonuçlarını çözümlediveolağandışıbir şey buldu. Tıpkı bir bölgedeki havamiktarındaki azalmanın bir basınç dengesizliği yaratması gibi(örneğin yüksek yerlerde daha seyrelmiş olan havanın kulak zarlarınıza dışarıdan daha az basınçuyguladığını fark edersiniz), plakalar arasında kuantum alan titrenimlerinin azalması da bir basınçdengesizliğiyaratır.Plakalararasındakikuantumalan titrenimleri,plakalarındışındakilereoranlabirazdahazayıfkalırvebudengesizlik,plakalarınbirbirinedoğruçekilmesinenedenolur.

Şekil12.1(a)Elektromanyetikalanınboşluktitrenimleri(b)İkiplakanınarasındakiveplakalarındışındakiboşluktitrenimleri

Bunun ne kadar garip olduğunu bir düşünün. Uzayın boş bir bölgesine üzerlerinde elektrik yükübulunmayan iki tane sıradan metal plakayı birbirlerine bakacak şekilde yerleştiriyorsunuz. Plakalarınkütleleri çok minik olduğundan, aralarındaki kütleçekimi kuvveti tümüyle göz ardı edilebilecek kadarküçüktür.Çevredebaşkabirşeyolmadığıiçinbuplakalarındoğalolarakkoyduğunuzyerdekalmalarınıbeklersiniz. Ama Casimir'in hesaplarının olacağını gösterdiği şey bu değil. Casimir, plakalarınhayaletimsiboşlukalantitrenimleritarafındanetkilenerekyavaşçabirbirlerinedoğruhareketedeceklerisonucunavarmıştı.

Casimir bu kuramsal sonuçları ilk kez duyurduğunda, bu öngörüleri sınayacak hassaslıkta deneyselaraçlarhenüzyoktu.Amaonyıl içindebirbaşkaHollanda'lı fizikçiolanMarcusSpaarnay,buCasimirkuvvetininilkbasittestlerinebaşlayabildiveozamandangünümüzekadargittikçedahahassassınamalargerçekleştirildi. Örneğin 1997'de o zamanlar Washington Üniversitesi’nde çalışan Steve Lamoreaux,Casimir'inhesaplarınıyüzde5'likbirhatapayıyladoğruladı.(Birbirlerindensantimetreninonbindebirikadaruzağayerleştirilenoyunkartıbüyüklüğündekiplakalarınarasındakikuvvet,yaklaşıkolaraktekbirgözyaşıdamlasınınağırlığınaeşittir.BudaCasimirkuvvetiniölçmeninnekadarzorolduğunugösteriyor.)Şimdiartıksezgiselboşuzaykavramınındurağan,sakinveolaysızbirbölgeolduğuyolundabazıkuşkularvar.Kuantumbelirsizliğinedeniyleboşuzaykuantumetkinliğiylekaynıyor.

Bilim insanlarının elektromanyetik, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetlerin böylesi kuantum etkinliklerinitanımlayacakmatematiğitamolarakgeliştirmeleri,yirminciyüzyılınbüyükbirbölümünüaldı.Amabütünçabalara değdi:Bumatematiksel yapı kullanılarak yapılan hesaplar deneysel bulgularla şimdiye kadarelde edilememiş büyük bir kesinlikle örtüşüyor (örneğin elektronlarınmanyetik özelliklerindeki boşluktitrenimlerietkisi,deneyselsonuçlarlamilyardabirhatapayıylaaynı).

Amabütünbubaşarılararağmen,onyıllarboyuncafizikçilerkuantumtitrenimlerininfizikyasalarındabirhoşnutsuzlukortayaçıkardığınındafarkındaydılar.

TitrenimlerveYarattıklarıHoşnutsuzluk

Şimdiye kadar, yalnızca uzayın içinde var olan alanların kuantum titrenimlerini inceledik.Ya uzayınkendisinin kuantum titrenimleri? Bu kavram kulağa gizemli gibi geliyorsa da, aslında kuantum alantitrenimlerininbirbaşkaörneğidir, amabuörneğin sorunluolduğubiliniyor.GenelgörelilikkuramındaEinsteinkütleçekimikuvvetininuzayındokusundakibazıeğrilmelervebükülmelerletanımlanabileceğinikanıtlamış; kütleçekimi alanlarının kendilerini uzayın (ve daha genel olarak uzay-zamanın) şekli ya dageometrisiolarakortayakoyduklarınıgöstermişti.Şimdi, tıpkıherhangibirbaşkaalangibikütleçekimialanıdakuantumtitrenimlerininetkisialtındadır:Belirsizlikilkesiminikuzaklıkölçeklerindekütleçekimialanınınyukarı-aşağısalınmasınanedenolur.Kütleçekimialanıuzayınşekliyleaynıanlamageldiğiiçin,böylesi kuantum titrenimleri uzayın şeklinin rasgele dalgalandığı anlamına gelir. Bütün diğer kuantumbelirsizlik örneklerinde olduğu gibi, gündelik uzaklık ölçeklerinde de titre- nimler doğrudanalgılanamayacakkadar küçüktür ve çevredeki ortampürüzsüz, sakin ve öncedenhesaplanabilirmiş gibigörünür.Amagözlemölçeğiküçüldükçebelirsizlikgiderekbüyürvekuantumtitrenimleridahafırtınalıbirhalalır.

Şekil12.2Uzayınardışıkbüyütmeleri,Planckuzunluğununaltındauzayınkuantumtitrenimlerinedeniyletanınamayacakkadarkarmaşıkolduğunuortayakoyar.(Bunlar,herbiri10milyonile100milyonkezarasındabüyütmesağlayanhayalibüyüteçlerdir.)

Şekil12.2'degösterilenbudurumdauzayındokusunugittikçebüyüterekgiderekdahaküçükölçeklerdeyapısını ortaya koyduk. Şekildeki en alt düzey, bilindik ölçeklerde uzaydaki kuantum salınımlarınıgösteriyorvekolaylıklagörebileceğinizgibi,ortalıktagörülecekbirşeyyok;salınımlargözlenemeyecekkadar küçük olduğundan uzay sakin ve düz görünüyor. Ama bölgeyi büyüterek yaklaşınca uzayınsalınımlarınıngiderekarttığınıgörüyoruz.UzayındokusunuPlanckuzunluğundan(Planckmesafesinden)-bir santimetrenin milyon kere milyar kere milyar kere milyarda biri (10-35)- daha küçük ölçeklerdegösteren şekildeki en yukarıdaki düzeyde uzay fokurdayan, kaynayan titre- nimlerle dolar. Bu şeklinaçıkçagösterdiğigibi,olağansağa/sola,ileri/geri,yukarı/aşağıkavramlarımikroskopikötesikarışıklıktao kadar birbirlerine girerler ki, tümü de anlamını kaybeder. Uzay-zaman somunundan ardışık dilimleralmakla açıklayageldiğimiz, olağan önce/sonra kavramları bile, Planck zamanından, yani yaklaşık birsaniyeninmilyonkeretrilyonkeretrilyonkeretrilyondabirinden(10-43)(kibu,ışığınPlanckuzunluğunukatetmesiiçingerekensüredir)dahakısazamanölçeklerindekikuantumtitrenimleritarafındananlamsızhalegetirilir.Bulanıkbir fotoğrafgibi,Şekil12.2'dekivahşi titrenimler, aralarındaPlanckzamanındandaha kısa süre olan zaman kesitlerini birbirlerinden hiç kuşkuya yer bırakmayacak bir şekildeayırabilmeyi olanaksız kılar. Sonuç, Planck uzunluğu ve zamanından daha kısa ölçeklerde kuantumbelirsizliği uzayın dokusunu o kadar eğrilmiş ve bükülmüş hale getirir ki, artık olağan uzay ve zamankavramlarıuygulanabilirolmaktançıkar.

Ayrıntıdaegzotikolsada,Şekil12.2'dengenelolarakçıkacakders,aslındabildiğimizbirderstir:Bir

ölçekleilişkilikavramvesonuçlarbütünölçeklerdeuygulanabilirolmayabilirler.Bu,fiziktekilitönemdebirilkeolup,dahayavan,düzbağlamlardabilesıksıkkarşımızaçıkar.Birbardaksuyuelealalım.Suyugündelikölçeklerdepürüzsüz,birörnekbirsıvıolarak tanımlamakhemyararlı,hemdeamacauygundurama eğer suyu mikroskopik altı bir hassasiyetle çözümlersek, bu bir yaklaştırımdır.Minik ölçeklerdepürüzsüz görüntü, yerini birbirinden epeyce uzak molekül ve atomlardan oluşan, tamamıyla farklı biryapıya bırakır. Benzer bir biçimde, Şekil 12.2'de Einstein'ın pürüzsüz, yumuşak bir şekilde eğrilengeometrik uzay ve zaman kavramı, her ne kadar evreni büyük ölçeklerde tanımlamakta güçlü ve kesinsonuçlar vermekle birlikte, evreni çokkısa uzaklık ve zamanölçeklerinde çözümlemeye çalıştığımızdadağılır.Fizikçiler,suörneğindeolduğugibi,uzayvezamanınportresininpürüzsüzolarakçizilmesininde,mikroskobik-ötesi ölçeklerde incelendiğinde yerini çok daha temel olan bir başka yapıya bırakan biryaklaştı-rımolduğunainanırlar.Buyapınınneolduğu,uzayvezamanın"moleküllerini"ve"atomlarını"neyin oluşturduğu, son zamanlarda cevabı büyük çabalar harcanarak aranan bir soru olup henüzçözülememiştir.

Bu durumda bile, Şekil 12.2'de açıkça ortaya çıkan şey, uzay ve zamanın genel görelilik tarafındanortaya konan pürüzsüz karakterinin, kuantum mekaniğinin titrenimli, salınındı yapısına dönüştüğüdür.Einstein'ın genel göreliliğinin, uzay ve zamanın yumuşakça bükülen bir geometrik şekil ortaya koyduğuyolundakitemelilkesi,kuantummekaniğininenminikölçeklerdefırtınalıveçalkantılıbirortamöngörentemel ilkesiyle, belirsizlik ilkesiyle çatışır. Genel görelilik ve kuantum mekaniğinin temel ilkeleriarasındaki şiddetli çatışma, bu iki kuramı birleştirmeyi, fizikçilerin son seksen yılda karşılaştıkları ençetingörevlerdenbirihalinegetirir.

FarkEderMi?

Pratikte genel görelilik ve kuantummekaniği arasındaki bağdaşmazlık, kendini çok özel bir şekildegösterir.Eğergenelgörelilikvekuantummekaniğininbirleşikdenklemlerinikullanırsanız,hemenhemenherzamanaynı sonucubulursunuz:Sonsuzluk.Zaten sorundabudur.Bu, saçmalıktır.Deneycilerhiçbirzaman hiçbir şeyin sonsuz bir miktarını ölçmezler, ibreler sonsuzu göstermez. Metreler hiçbir zamansonsuza uzanmaz. Hesap makineleri sonsuzluğu almaz. Sonsuz cevabı hemen hemen her zamananlamsızdır.Bizetümanlattığı,genelgörelilikvekuantummekaniğidenklemlerininbirleştirildiklerindezıvanadançıktıklarıdır.

Dikkatedersenizbu,Bölüm4'te incelediğimizkuantumunyerelolmayışıkonusundaortayaçıkanözelgörelilikvekuantummekaniğiarasındakigerilimehiçbenzemez.Orada,özelgöreliliğinilkeleriyle(özelolarak, sabit hızla hareket eden bütün gözlemciler arasındaki simetri) bağlantılı parçacıklarındavranışlarını bağdaştırmanın, kuantum ölçüm probleminin o zamana kadar ulaşılandan daha geniş birkavrayışına sahip olmayı gerektirdiğini görmüştük. Ama tam olarak çözüme kavuşturulmamış olan bukonu,matematikseltutarsızlıklaraveyaanlamsızsonuçlarortayakoyandenklemlereyolaçmaz.Tersine,özel görelilik ve kuantum mekaniğinin birleşik denklemleri bilim tarihindeki en büyük kesinlikledoğrulanan hesapları yapmakta kullanılmıştı. Özel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki sessizgerilim, kuramsal olarak daha çok geliştirilme ihtiyacındaki bir alanı işaret eder, ama bu geriliminbirleşik hesaplamagücüüzerindeneredeysehiç etkisi yoktur.Oysagenel görelilikle kuantummekaniğiarasındaki,bütünhesaplamagücününkaybolduğupatlayıcıbirlikteliktedurumhiçdeböyledeğildir.

Bununla birlikte, yine de genel görelilikle kuantum mekaniği arasındaki bağdaşmazlığın gerçektenönemli olup olmadığını sorabilirsiniz. Birleşik denklemlerden saçmalık çıkıyor olabilir ama bu

denklemleri bir arada kullanmaya gerçekten ne zaman ihtiyaç duyuyoruz? Yıllar süren astronomigözlemleri genel göreliliğin yıldızların, galaksilerin ve hatta evrenin makro dünyasını etkileyici birkesinlikle betimlediğini göstermiştir; on yıllarca süren deneylerde kuantum mekaniğinin aynı şeyimoleküllerin,atomlarınveatomaltıparçacıklarınmikrodünyasıiçinyaptığıbulunmuştur.Herikikuramdakendialanlarındaharikabirşekilde işlediğinegöre,nedenbunlarıbirleştirmeyeçalışıyoruz?Onlarınedenbirbirlerindenayrıtutmuyoruz?Nedenbüyükboyutluvebüyükkütlelicisimleriçingenelgöreliliği,küçük ve hafif şeyler için kuantum mekaniğini kullanarak insanlığın birbirlerinden böylesine farklıolaylarıbaşarılıbirşekildekavramışolmasınınkeyfiniçıkarmıyoruz?

Aslına bakarsanız, yirminci yüzyılın başlarından beri pek çok fizikçinin yaptığı da bu ve bunun daverimlibiryaklaşımolduğunukimseinkâretmiyor.Biliminbubirbirindenayrıyapılaraltındaçalışarakelde etmiş olduğu ilerleme gerçekten etkileyicidir. Ama yine de genel görelilikle kuantum mekaniğiarasındakiuzlaşmazlığıngiderilmeyeçalışılmasınınbirdizinedenivardır.Bunlardanikisişöyledir.

Birincisi, temel düzeyde, evrenin en derinden kavranmasının birbirleriyle bağdaşmayan iki güçlükuramsalyapınınrahatsız, tedirginbirbirliğinigerektirdiğineinanmakgüçtür.Evrendegenelgörelilikleuygunbiçimdeaçıklanabilecekolaylarlakuantummekaniğiyleuygunbirbiçimdeaçıklanabilecekolaylararasındakumaçizilmişbirçizgiyebenzerbirayrımolmasıpekmantıklıgörünmüyor.Evreniikiayrıalanabölmekhemyapayhemdebiçimsiz duruyor.Birçoklarına göre bu, genel görelilikle kuantummekaniğiarasındakiçatlağıkapatacakveherşeyeuygulanabilecekolan,dahaderinvebirleşikbirkuramınolmasıgerektiğinin kanıtıdır. Tek bir evrenimiz olduğu için çoğu kimse tek bir kuramımız olması gerektiğineyürekteninanıyor.

İkincisi,hernekadarcisimleryabüyükveağıryadaküçükvehafifolduğuiçingenelgörelilikleveyakuantum mekaniğiyle betimlenebilirse de, bu her şey için doğru değildir. Buna en iyi örnek karadeliklerdir. Genel göreliliğe göre, kara deliği oluşturan maddenin tamamı, kara deliğin merkezindekiminikbir noktaya sıkışmıştır.Budakaradeliğinmerkezininhemdevasakütleli, hemdeminikboyutluolmasıdemektir;buyüzdendeherikikuramıbirdenilgilendirir:Büyükkütleönemlibirkütleçekimialanıyarattığıiçingenelgöreliliğikullanmakzorundayız,amabütünkütleminikbirnoktayasıkıştığıiçinaynızamanda kuantum mekaniğini de kullanmamız gerekir. Ama birleştirildiğinde, denklemler çöker, bunedenlehiçkimsebirkaradeliğinmerkezindeneolupbittiğinitamolarakbelirleyememiştir.

Buiyibirörnektiramaeğergerçekbirkuşkucuysanız,bununinsanıgeceuykusuzbırakmasıgerekenbirşeyolupolmadığınıdüşünebilirsiniz.İçineatlamadığımızsürecebirkaradeliğiniçinigöremeyeceğimiziçin,üstelikgörebilsekbilegözlemlerimizidışarıdakidünyayabildiremeyeceğimiz için,karadelikleriniçikonusundakieksikkavrayışımızsizefazlaendişevericibirdurumgibigörünmeyebilir.Amafizikçileriçin, bilinen fizik yasalarının çöktüğü bir ortamın varlığı -bu ortam ne kadar içine kapalı görünürsegörünsün-kırmızıuyarıışıklarınınyanmasınanedenolur.Eğerbilinenfizikyasalarıherhangibirkoşuldaçöküyorlarsa, bu, olası en derin kavrayışa henüz ulaşamamış olduğumuzun açık bir işaretidir. Sonuçtaevren işliyor; bilebildiğimiz kadarıyla evren çökmüyor. Evrenin doğru kuramının da, en azından aynıstandardıkarşılamasıgerekir.

Bu son derece mantıklı görünüyor. Ama genel görelilikle kuantum mekaniği arasındaki çatışmanınaciliyetibirbaşkaörnekledeortayakonabilir.YenidenŞekil10.6yabakın.Görebileceğinizgibi,kozmikevriminöngörülebiliröyküsünüderleyiptoplamaktaönemliaşamalarkaydetmişolmaklabirlikte,evreninbaşlangıcısırasındakibulanıkbölgeyüzündenresmihenüztamamlayamadık.ilkdönemlerisarmalayanbupuslusisiniçindesırlarınbuençarpıcısınınipuçlarıbulunur:Uzayvezamanınkökenivetemeldoğası.Ozaman bizi bu sis perdesini aralamaktan alıkoyan nedir? Suç, tam karşıdaki genel görelilikle kuantummekaniğiarasındakiçatışmayaatılır.Büyükveküçüğünyasalarıarasındakidüşmanlık,bulanıkbölgenin

öyle kalmasının ve evrenin başlangıcında ne olup bittiğini hâlâ bilemiyor olmamızın nedeni olarakgösterilir.

Bununnedenolduğunuanlamakiçin,Bölüm10'daolduğugibi,genişleyenevrenfilminigeriye,BüyükPatlamaya doğru oynattığımızı varsayalım.Bu filmde, birbirlerinden uzaklaşan her şey birbirine doğruhareketeder,buyüzdenfilmtersineoynatılmayadevamettikçeevrenküçülür, ısınırveyoğunlaşır.Sıfırzamanının kendisine yaklaştıkça bütün gözlenebilir evren önce Güneş boyutlarına, daha sonra Dünyaboyutlarınakadar sıkışır;daha sonradabirbowling topu,birbezelye,birkum tanesiboyutlarına iner,filmin ilk karelerine doğru geriye gittikçe evren git gide daha çok büzülür.Geriye oynatılan bu filmdebilinen evrenin Planck uzunluğu -santimetrenin milyon kere milyar kere milyar kere milyarda biri-boyutlarına yaklaştığı bir an gelir ki, bu anda genel görelilik ve kuantummekaniği kendilerini kavgalıbulurlar.Buandabilinenevrenintohumlanmasındansorumluolanbütünmaddeveenerji,tekbiratomunyüzdebirininmilyardabirininmilyardabirindendahaküçükbirnoktayasıkışmıştır.

Bu yüzden, tıpkı kara deliğinmerkezinde olduğu gibi, evren de ilk anlarında bu bölünmenin her ikiyanındabirdenbulunur: ilkelevrenindevasayoğunluğugenelgöreliliğinkullanılmasınıgerektirir, ilkelevrenin minik boyutları ise kuantum mekaniğinin kullanılmasını gerekli kılar. Ama bir kere daha,birleştiklerindebuyasalarçöker.Projektörsıkışır,kozmikfilmyanarvebuyüzdenevreninilkanlarınaulaşamayız.Genel görelilikle kuantummekaniği arasındaki bu çatışma yüzünden başlangıçta ne olduğukonusundabilgisizkalırveŞekil10.6'dakibulanıkbölgeyiçizeriz.

Evrenin kökenini -bütün bilimlerdeki en derin sorulardan biri- eninde sonunda anlamayı umutedebilmemiz için genel görelilikle kuantum mekaniği arasındaki çatışmanın ortadan kalkması gerekir.Büyüklerin yasasıyla küçüklerin yasası arasındaki farkları uzlaştırmamız ve ikisini uyumlu tek birkuramdabirleştirmemizgerekir.

ÇözümüVermeyecekYol

NewtonveEinstein'ınçalışmalarınınörneklediğigibi,bilimsel atılımlarbazenbirdâhininkafasındasatvebasitbirbiçimdedoğar.Amabuenderdir.Geneldeisebüyükatılımlarbirçokbiliminsanınıntopluçabasını temsil eder.Bunlardan her biri, hiçbir bireyin tek başına elde edemediği şeyleri başkalarınınfikirleriüzerindeşekillendirir.Biraraştırmacı,birbaşkaarkadaşınıdüşündürenbirfikrekatkıdabulunur,bu düşünce bir gözleme yol açar, bu gözlem önemli bir gelişme sağlayan bir ilişkiyi açığa çıkarır, bugelişme ise yeni bir keşif çevrimi başlatır.Geniş bilgi, teknik altyapı, düşünce esnekliği, beklenmedikbağlantılaraaçıkolmak,dünyaçapındakidüşüncehareketlerindenhaberdarolmak,sıkıçalışmaveşans,bilimsel keşfin önemli parçalarıdır. Son zamanlarda belki de bunu süpersicim kuramın dan daha iyiörnekleyenbirbaşkaatılımdahayoktur.

Süpersicim kuramı birçok bilim insanının genel görelilikle kuantum mekaniğini başarıylabirleştirdiğineinandığıbiryaklaşımdır.Göreceğimizgibi,dahafazlasınıbeklemekiçinnedenlerimizdevardır.Hernekadarhâlâgelişmekteolanbirçalışmaisede,süpersicimkuramırahatçabütünkuvvetlerinvemaddenintamanlamıylabirleşikbirkuramıolabilir.Einstein'ınrüyasınavehattaötelerineuzananbirkuramolabilir.Benimve başkalarının da inandığı gibi, bizi günün birinde evrenin en derin yasalarınagötürecekolanyolunbaşlangıcınıgösteriyorolabilir.Doğrusu,süpersicimkuramıbuasilveuzun-erimlihedeflereulaşmakamacıylatasarlanmamıştır.Süpersicimkuramınıngeçmişirastlantısalkeşiflerle,yanlışbaşlangıçlarla, kaçmış fırsatlarla ve neredeysemahvolmuşmesleki yaşamlarla doludur.Aynı zamanda,kesinanlamdayanlışproblemiçindoğruçözümünkeşfininöyküsüdür.

1968'deCERN'deçalışangençbirdoktorasonrasıaraştırmacısıolanGabrieleVeneziano,dünyanınhertarafındaki atom çarpıştırıcılarında gerçekleştirilen yüksek-enerjili parçacık çarpıştırma deneylerininsonuçlarını inceleyerekgüçlünükleerkuvvetianlamayaçalışanbirçok fizikçidenbiriydi.AylarcasürenverilerdekidesenlerivedüzenlilikleriçözümlemeçalışmalarındansonraVenezianomatematiğinçoközelbirdalıileşaşırtıcıvebeklenmedikbirbağlantıolduğunufarketti.Veneziano,İsviçreliünlümatematikçiLeonhardEulertarafındanikiyüzyılöncekeşfedilenbirformülün(Eulerbetafonksiyonu)güçlünükleerkuvvetverileriyleuyuşurgibigöründüğünübuldu.Bu,kulağaözelolarakolağandışıgibigelmiyorsada-kuramsal fizik sürekli olarak giz dolu formüllerle uğraşır- bu, arabanın atın kilometrelerce önünebağlandığı durumların çarpıcı bir örneğiydi. Genellikle fizikçiler çalıştıkları konuda önce bir önsezi,zihinsel bir tablo ve konuyla ilgili fizik ilkeleri konusunda geniş bir kavrayış geliştirirler, ancak buaşamadan sonra önsezilerini matematiksel kesinliğe dönüştürecek formülleri ararlar. Bunun tersineVenezianodoğrudandenkleminüzerineatladı; zekâsıverilerdekiolağandışıdesenleri anlamasınıvebudesenlerle yüzyıllarca önce sadece matematiksel bir ilgiyle ortaya konmuş olan bir formül arasındabeklenmedikbirbağlantıolduğunufarketmesinisağlamıştı.

AmaformülVeneziano'nunelindeolmasınarağmen,verilerinnedenbuformüleuyduğuyolundahiçbiraçıklaması yoktu. Euler'in beta fonksiyonunun birbirleriyle güçlü nükleer kuvvet aracılığıyla etkileşenparçacıklarla neden ilişkili olması gerektiği yolunda fiziksel bir kavrayıştan yoksundu. İki yıl içindedurum tümüyle değişti. 1970'te Stanford'dan Leonard Susskind'in, Niels Bohr Enstitüsü’nden HolgerNielsen'in ve Chicago Üniversitesi'nden Yoichiro Nambu'nun makaleleri Veneziano'nun keşfinintemellerini ortaya koydu. Bu fizikçiler, ancak iki parçacık arasındaki güçlü nükleer kuvvetin, buparçacıkları birbirinebağlayanminik, sonderece incevehemenhemen lastik bant gibi bir iplikçiktenkaynaklanıyor olması durumunda Veneziano ve diğerlerinin üzerinde çalıştıkları kuantum süreçlerininmatematiksel olarak Euler'in formülüyle tanımlanabileceğini gösterdiler. Bu küçük, elastik iplikçikleresicimadıverildiveartıkat,olmasıgerektiğigibiarabanınönünekoşularaksicimkuramıresmendoğdu.

Bu araştırmada yer alanlar için Veneziano'nun kavrama yeteneğinin fiziksel kökenlerini anlamakmemnuniyet vericiydi, çünkü fizikçilerin güçlü nükleer kuvveti çözme konusunda yol aldıklarınıgösteriyordu. Ama bu keşif evrensel bir heyecanla karşılanmadı. Hem de hiç. Aslında Susskind'inmakalesi,yayımlanmaküzeregönderildiğidergitarafındangeriçevrilmiş,nedenolarakdaçalışmanınilgiuyandırmadığı bildirilmişti. Susskind bu değerlendirmeyi şöyle anlatıyor: "Afallamıştım; neredeysesandalyemdenyuvarlanıyordum,depresyonagirdim,evegittimvesarhoşoldum."Sonundaonunmakalesivesicimkavramınıortayaatandiğerlerininhepsiyayımlandı,amaçokgeçmedenkuramikitahripedicidarbeyledahakarşıkarşıyageldi.1970'lerinbaşındagüçlünükleerkuvveteilişkintoplanandaharafineveriler üzerinde yapılan çok daha ayrıntılı bir araştırma, sicim yaklaşımının yeni sonuçları kesin birbiçimde betimlemekte başarısız olduğunu gösterdi. Üstelik kökleri sağlam bir biçimde gelenekselparçacıkvealanbileşenlerindebulunankuantumrenkdinamiğiadıverilenyenibiröneri-sicimolmadan-verileriinandırıcıbirşekildeaçıklayabilmişti.Buyüzden1974'tebir-ikitanedeviriciyumrukyemişolduveyaöylegöründü.

JohnSchwarzsiciminilktaraftarlarındanbiriydi.Birzamanlarbanabukuramınenbaştanberi temeldüzeydederinveönemliolduğuduygusunasahipolduğunusöylemişti.Schwarzyıllarcakuramınçeşitlimatematikselyönleriniçözümlemekleuğraştı;diğerşeylerinyanısırabu,süpersicimkuramınınkeşfinedeyol açtı; göreceğimiz gibi bu, özgün sicim önerisinde önemli bir değişikliktir. Ama kuantumkromodinamiğinin yükselişi ve sicim yapısının güçlü nükleer kuvveti betimlemede başarısız olmasıylabirlikte sicim kuramı üzerinde çalışmayı sürdürme nedenleri zayıflamaya başladı. Bu arada sicimkuramıyla güçlü nükleer kuvvet arasında Schwarz'ı sürekli olarak rahatsız eden bir uyumsuzluk vardı.Schwarzbununböyleolmayacağınakararverdi.Sicimkuramınınkuantummekaniğineözgüdenklemleri,

atomçarpıştırıcılarındagerçekleştirilenyüksek-enerjiliçarpışmalardaözelbirparçacığın,olağandışıbirbiçimde, çok bol sayıda üretilmesi gerektiğini öngörüyordu. Parçacığın kütlesi foton gibi sıfır olacaktıamasicimkuramındabuyeniparçacığınspinini ikiolarakhesaplanıyordukibudaparçacığınfotondantahminen iki kat daha hızlı döndüğünü gösteriyordu. Deneylerin hiçbirinde böyle bir parçacıkbulunmamıştı,onedenlebu,sicimkuramınınyanlışöngörülerindenbiriymişgibigörünüyordu.

Schwarz ve çalışma arkadaşı Joel Scherk bu kayıp parçacık konusunda meraklanmışlardı, ta kigörkemlivedevbiradımataraktümüylefarklıbirproblemlebirbağlantıkuruncayakadar.Hernekadarhiçkimsegenel göreliliklekuantummekaniğini birleştirmektebaşarılı olmadıysada, fizikçiler başarılıbir birleşmeden çıkacak bazı özellikleri belirlemişlerdi. Bölüm 9'da belirtildiği gibi, bulduklarıözelliklerden biri, nasıl elektromanyetik kuvvet mikroskobik olarak fotonlarla iletiliyorsa, kütleçekimikuvvetinindemikroskobikolarakbirbaşkatürparçacıkla,gravitonla(kütleçekimininenküçükkuantummekaniğine özgü paketçiği) iletildiğiydi. Gravitonlar henüz deneysel olarak saptanmış olmasa da,kuramsal çözümlemeler gravitonların şu iki özelliğe sahip oldukları konusunda fikir birliği içindeydi:Kütlesiz ol-malıydılar ve spinleri de iki olmalıydı. Bu, Schwarz ve Scherk'in beyinlerinde zillerçalmasına neden oldu -bunlar, sicim kuramı tarafından öngörülen utangaç parçacığın özellikleriydi- veonlarıcesurbiradımatmayayönlendirdi.Buadımsicimkuramınınbaşarısızlığınıçarpıcıbirbaşarıyadönüştürecekti.

Schwarz ve Scherk sicim kuramının güçlü nükleer kuvvetin kuantum mekaniksel kuramı olarakdüşünülmemesigerektiğiniönesürdüler.Hernekadarkuramgüçlünükleerkuvvetianlamakiçinyapılanbir girişimde keşfedilmiş olsa da, aslında bu kuramın farklı bir problemin çözümü olduğunudüşünüyorlardı.O,aslındakütleçekimikuvvetininkuantummekaniğineözgüilkkuramıidi.Sicimkuramıtarafından varlığı öngörülen kütlesiz, iki spinli parçacığın graviton olduğunu ve sicim kuramınındenklemlerinin zorunlu olarak kütleçekiminin kuantum mekaniğine özgü betimlemesini içindebarındırdığınıilerisürdüler.

SchwarzveScherk,önerilerini1974'teyayımladılarve fizikdünyasındanbüyükbir tepkibeklediler.Amaçalışmalarıgözardıedildi.Şimdigeriyebakıldığındabununnedeninianlamakzordeğil.Bazılarınasicimkavramıuygulamaarayışındaolanbirkuramhalinegeliyorgibigörünmüştü.Sicimkuramınıngüçlünükleer kuvveti açıklama girişiminin başarısız olmasından sonra, sanki kuramın taraftarları yenilgiyikabul etmiyormuş da, bunun yerine kurama başka bir yerde uygulama bulmaya çalışıyorlarmış gibiydi.Graviton adaylarının ilettiği kuvvetin kütleçekiminin bilinen kuvvetine eşit olması için Schwarz veScherk'in kuramlarındaki sicimlerin boyunu kökten bir biçimde değiştirmek zorunda oldukları açığaçıkınca,bubakışaçısınasahipolanlarınekmeğineyağsürülmüşoldu.Kütleçekimininsonderecezayıfbirkuvvet olması* ve sicim uzadıkça ilettiği kuvvetin de artacağının ortaya çıkmış olması nedeniyle,Schwarz ve Scherk sicimlerin kütleçekiminin son derece zayıf olan kuvvetini iletmek için çok küçükolmalarıgerektiğinibulmuşlardı.Öncedendüşünüldüklerindenyüzmilyarkeremilyarkeredahaküçük,yaklaşıkPlanckuzunluğuboyutlarındaolmalıydılar.Kuşkucularınyüzleriniekşiterekyazdığıgibisicimlero kadar küçüktü ki, onları görebilecek herhangi bir araç yoktu, bu da kuramın deneysel olarakdoğrulanmayacağıanlamınageliyordu.

Tersine,1970'lerparçacıklarvealanlarlatanımlanansicim-dışı,dahasıradankuramlarınbirbiriardısıra gelen başarılarına tanıklık etti. Kuramcıların ve deneycilerin kafaları ve elleri benzer şekildearaştırılmayı bekleyen sağlam fikirlerle ve sınanmayı bekleyen hesaplarla doluydu. Denenmiş vedoğruluğugörülmüşbiryapıiçindeyapılabilecekbuncaheyecanvericiişvarkendoğruluğukuşkulusicimkuramıylauğraşmanıngereğineydi?Aynıdüşüncetarzıyla,hernekadarfizikçilerinzihinlerininbiryanıgenel görelilikle kuantum mekaniğinin bilindik yöntemlerle birleştirilmesinin hâlâ mümkün olmadığı

konusuilemeşgulisede,bufazladikkatedeğerbirsorundeğildi.Hemenhemenherkesbununönemlibirkonuolduğunuvebirgünenindesonundabukonuylauğraşılmasıgerekeceğinikabulediyorduamahâlâkütleçekimidışındakikuvvetlerleyapılacakçokişolduğuiçin,kütleçekimininkuantumlaştırılması iyicegeriplana itilmişti.Sonuçta,1970'lerinortaları ile sonuarasındasicimkuramı tamamlanmışbirkuramolmaktan uzaktı. Graviton için bir adayı olması bir başarıydı ama pek çok kavramsal ve teknik sorunhenüzelealınmamıştı.Kuramınbusorunlarınbirininveyadahafazlasınınüstesindengelebilmesipekaklayakın görünmüyordu, bu nedenle sicim kuramıyla uğraşmak bazı ciddi riskleri göze almak anlamınageliyordu.Birkaçyıliçindekuramölmüşolabilirdi.

Schwarzazimliduruşunukaybetmedi.Onagörekütleçekiminikuantummekaniğinindiliylebetimleyenilkmantıklıyaklaşımolansicimkuramınınkeşfiönemlibiratılımdı.Eğerkimsebunudinlemekistemiyoridiyse, tamam. Çalışmaya ve kuramı geliştirmeye devam edecekti, böylece insanlar dinlemeye vedikkatlerini vermeye hazır olduğunda sicim kuramı önemli bir yol kat etmiş olacaktı. Schwarz'ın bukararlılığınıngüçlübirönsezidenkaynaklandığıortayaçıktı.

1970'lerin sonu ve 1980'lerin başında Schwarz, o zamanlar Londra'daki Queen Mary College'deçalışmaktaolanMichaelGreen'lebirekipoluşturduvesicimkuramınınkarşısındakibazıteknikengellerüzerinde çalışmaya başladı. Bunlar arasında önde gelenlerden biri kural dışılıklar (anomaliler)problemiydi.Ayrıntılarönemliolmamaklabirliktekuraldışılıklar,örneğinenerjininkorunumugibiçokönemlibazıilkeleriihlalederekbirkuramınyıkılmasınazeminhazırlayabilecekolankuantummekaniğineözgüetkilerdir.Uygulanabilirolmakiçinbirkuramınbütünkuraldışılıklardanarınmışolmasıgerekir.Onaraştırmalarsicimkuramınınbazıkuraldışılıklarbarındırdığınıortayakoymuştu,budurumkuramınfazlaheyecanyaratmaktabaşarısızolmasınıntemeltekniknedenlerindenbiriydi.Hernekadarsicimkuramıbirkuantum kütleçekimi kuramı ortaya koyuyor gibi görünüyorsa da, kural dışılıkların varlığı, yakındanbakıldığındakuramınkendimatematikseltutarsızlıklarınedeniylesıkıntıdaolduğunugösteriyordu.

Bununla birlikte Schwarz durumun tam açık olmadığının farkındaydı. Tam bir hesaplamanın, sicimkuramını kötü etkileyen kural dışılıklara olan çeşitli katkıların, doğru şekilde bir çıraya getirildiğinde,birbirlerini yok edeceğini gösterme olasılığı -zayıf da olsa- vardı.Green'le birlikte Schwarz bu kuraldışılıkları hesaplamak üzere sıkı bir şekilde çalışmaya başladı ve 1984 yazında bu ikili çabalarınınkarşılığınıaldı.FırtınalıbirgecedeColorado'dakiAspenFizikMerkezi'ndeçalışırkenalanınenönemlihesaplarındanbirini,bütünpotansiyelkuraldışılıklarınneredeysemucizevîbir şekildebirbirleriniyokettiğini kanıtlayan hesabı tamamladılar. Sicim kuramının bütün kural dışılıklardan kurtulduğunu ve bunedenle hiçbir matematiksel tutarsızlığı olmadığını ortaya çıkarmışlardı. Schwarz ve Green, sicimkuramının kuantum mekaniğine özgü bir biçimde uygulanabilir olduğunu inandırıcı bir şekilde ortayakoymuşlardı.

Bu kez fizikçiler dinledi. 1980'lerin ortasıydı ve fizikte ildim gözle görülür şekilde değişmişti.Kütleçekimselolmayanüçkuvvetinpekçok temelözelliğikuramsalolarakortayakonmuşvedeneyselolarak doğrulanmıştı. Her ne kadar bazı önemli ayrıntılar çözümlenmemiş olsa da -bazıları hâlâçözümlenmemiştir-fizikçilertopluluğuartıkdiğerönemliproblemielealmayahazırdı:Genelgöreliliklekuantummekaniğininbirleştirilmesi.Bu sırada fiziğin azbilinenbir köşesindenGreenveSchwarz, bunoktadan sonra nasıl ilerlenmesi gerektiği yolunda kesin, matematiksel olarak tutarlı ve estetik olarakhoşa giden bir öneriyle sahneye çıktılar. Neredeyse bir gece içinde sicim kuramı üzerinde çalışanaraştırmacılarınsayısıikidenbinlereyükseldi,ilksicimdevrimiyolaçıkmıştı.

İlkDevrim

1984'ün sonbaharındaOxfordÜniversitesi’nde yüksek lisans öğrenimine başladım.Birkaç ay içindekoridorlar fizikte bir devrime ilişkin fısıltılı konuşmalarla dolup taşmaya başlamıştı. Henüz Internetyaygınolarakkullanılmadığıiçin,bilgininhızlayayılmasınınenönemliyolusöylentiydivehergünyeniatılımların haberleri geliyordu.Araştırmacılar atmosferin kuantummekaniğinin ilk günlerindeki havayabenzediği yorumlarını yapıyorlardı ve kuramsal fiziğin artık sonuna yaklaşıldığı ciddi bir biçimdekonuşulmayabaşlanmıştı.

Sicimkuramıhemenherkesiçinyeniydiveilkgünlerdeayrıntılarherkesçebilinmiyordu.BizOxford'daözelolarakşanslıydık:MichaelGreenyakınbirzamandasicimkuramıhakkındakonuşmaküzeregelmişti,oyüzdençoğumuzkuramıntemelfikirleriveiddialarıkonusundafikirsahibiolmuştuk.Bunlaretkileyiciiddialardı.Kısaca,kuramşunusöylüyordu:

Birmaddeparçası alın -birbuzküpü,birkayaparçası, demirbir levha-vebunu ikiyeböldüğünüzüvarsayın,sonraparçalardanbiriniyineikiyeböldüğünüzü,tekrartekrarikiyebölmeişinisürdürdüğünüzüvarsayın.2500yılkadarönceeskiYunanlılarböylesibirbölmesürecininensonundaortayaçıkacakolanenküçük,kesilemezvebölünemezbileşenibelirlemeproblemiyleuğraşmışlardı.Çağımızdabuyollaerya da geç atomlara ulaşacağımızı öğrendik, ama atomlar eski Yunanlıların sorusunun cevabı değildirçünkü atomlar da dahaküçükparçalara bölünebilir.Atomlar parçalanabilir.Atomların, kendilerinin deproton ve nötron adı verilen daha küçük parçacıklardan oluşan, merkezdeki çekirdeklerin çevresindedolanan bir elektron bulutlarından oluştuğunu öğrendik. 1960'ların sonunda Stanford DoğrusalHızlandırıcısı nda yapılan deneyler, nötron ve protonların da üç temel bileşenden oluştuğunu ortayakoydu:Herprotonvehernötron,Bölüm9'dasözedildiğiveŞekil12.3adagösterildiğigibi,kuarkadıverilenüçparçacıktanoluşur.

Şekil12.3(a)Klasikkurammaddenintemelyapıtaşlarınınelektronvekuarklarolduğunukabuleder.(b)Sicimkuramıiseherparçacığınaslındatitrenimdekibirsicimolduğuteziniilerisürer.

Önemli deneylerle desteklenen klasik kuram elektronları ve kuarkları uzaysal boyutları olmayannoktalarolarakelealır;bunedenle,bubakışaçısınagöre,bunlaryolunsonunu-maddeninmikroskobikyapılanmasındakimatruşkabebeklerinsonuncusunu-işaretederler.

İşte sicim kuramının fark yarattığı yer burasıdır. Sicim kuramı, elektron ve kuarkların sıfır-boyutluparçacıklarolmadığınıönesürerekklasikbakışaçısınameydanokur.Sicimkuramınagöre,klasiknokta-parçacıkmodelisadecebiryaklaştırımdır.Herparçacık,aslındaŞekil12.3bdegörüldüğügibi,sicimadıverilen,minik ve titrenim gösteren bir enerji iplikçiğidir. Bu titreşen enerji iplikçiklerinin kalınlıklarıolmadığı,yalnızcauzunluklarıolduğuiçintek-boyutluvarlıklarolarakkabuledilirler.Amasicimlerçokküçük,tekbiratomçekirdeğindenyüzmilyonkeremilyonkat(10-33cm)küçükolduğundan,engelişmişatomçarpıştırıcılarındaincelendiklerizamanbilenoktaolarakgörünürler.

Sicim kuramı konusundaki kavrayışımız tam olmaktan uzak olduğu için, öykünün burada bitip

bitmediğini -eğerkuramdoğruysa, sicimleringerçektensonmatruşkabebeklerimi temsiletliğiniyoksaonlarındadahaküçükyapıtaşlarındanmıoluştuğunu-hiçkimsetamolarakbilmiyor.Bukonuyayenidendöneceğizamaşimdilikkonununtarihselgelişiminiizleyelimvesicimleringerçektensonnoktaolduğunu;sicimlerinevrendekientemelyapıtaşlarıolduğunuvarsayalım.

SicimKuramıveBirleştirme

Sicimkuramıkısacabudur,amabuyeniyaklaşımıngücünüaktarabilmekiçin,klasikparçacıkfiziğinibiraz daha fazla anlatmamgerekiyor.Geçtiğimiz yüz yıl boyunca, fizikçiler evrenin temel yapıtaşlarınıararkenmaddeyisıkıştırdılar,tartakladılarvetozhalinegetirdiler.Aslında,herkesinkarşılaştığıherşeyintemel yapıtaşlarının biraz önce sözü edilen elektronlar ve kuarklar -daha doğrusu, Bölüm 9'da olduğugibi, elektronlarla birlikte kütle ve elektrik yükü olarak birbirlerinden farklı olan yukarı- kuarklar veaşağı-kuarklar adı verilen iki çeşit kuark- olduğunu buldular.Ama deneyler evrenin, sıradanmaddedegörünmeyen, daha egzotik, başka parçacıkları da barındırdığını ortaya koydu. Yukarı-kuark ve aşağı-kuarklaraekolarakdeneycilerdörtkuarktürüdaha(cazibe-kuarkı,acayip-kuark,altkuarkveüstkuark)veelektronabenzeyenamaondandahaağırolanikiparçacıktürüdaha(müonlarvetaular)buldular.BuparçacıklarbüyükolasılıklaBüyükPatlama’nınhemensonrasındaçokbolmiktardabulunuyorlardıamagünümüzdeyalnızcadahabilindikparçacıktürleriarasındakiyüksekenerjiliçarpışmalarsırasındaortayaçıkıyorlar.Sonolarak,deneycilernötrinoadıverilenvetrilyonlarcakilometrelikkurşununiçindenbizimhavanıniçindengeçtiğimizkolaylıklageçen,hayaletimsiüçtürparçacıkdaha(elektron-nötrinosu,müon-nötrinosuvetau-nötrinosu)ortayaçıkardılar.Buparçacıklar-elektronveondandahaağırolanikikuzeni,altıtürkuarkveüçtürnötrino-eskiYunanlılarınmaddeninyapısıkonusundakisorusunagünümüzparçacıkfizikçilerinincevabıdır."

Bu parçacık türleri Tablo 12.1de görüldüğü gibi, üç parçacık "ailesi" veya "kuşağı" şeklindedüzenlenebilir.Herailedekuarklardanikisivenötrinolardanbiriilebirliktebirtanedeelektronbenzeriparçacık yer alır; her ailedeki birbirlerine karşılık gelen parçacıklar arasındaki tek fark, her ailedekütleleringiderekartmasıdır.Ailelerebölmeişidoğalolarakbirtemeldesengerektiriramabuparçacıkyağmuru kolaylıkla başınızı döndürebilir (veya daha kötüsü, gözlerinizi kamaştırabilir). Ama birazdayanın,sicimkuramınınengüzelözelliklerindenbiri,görünürdekibukarmaşıklığıdüzenesokmakiçinbiryöntemsağlamasıdır.

Sicimkuramınagöre,yalnızcabir temelyapıtaşıvardır -sicim-vefarklıparçacık türlerininçokluğu,sicimin gösterebileceği farklı titrenim desenlerini simgeler. Bu tıpkı bir keman telinde olup bitenlerebenzer.Birkeman teli çok farklı şekillerde titrenebilirvebizherdeseni farklıbirmüziknotasıolarakalgılarız.Böylecebirkemantelibirdizifarklısesüretebilir.Sicimkuramındakisicimlerdebunabenzerşekilde davranırlar:Onlar da farklı desenlerde titrenebilirler. Ama farklımüzik notaları yerine, sicimkuramındaki farklı titrenim desenleri, farklı parçacık türlerine karşılık gelir. Buradaki kilit anlayış,siciminayrıntılıtitrenimdesenlerindenherbirinin,birparçacıktürünüdiğerindenayıranbirdiziözellik-özelbirkütle,özelbirelektrikyükü,özelbirspinvb.-üretmesidir.Özelbirşekilde titrenenbirsicim,elektronunözelliklerinesahipolabilir,farklıbirşekildetitrenenbirsicimsebiryukarı-kuarkın,biraşağı-kuarkın veya Tablo 12.1'de ye alan herhangi bir parçacığın özelliklerini sergileyebilir. Yani elektronu"elektronsicimi"veyayukarı-kuarkıbir"yukarı-kuarksicimi"veyaaşağı-kuarkıbir"aşağı-kuarksicimi"oluşturmaz. Tek bir sicim türü, çok farklı titrenim desenleri sergileyerek çok farklı parçacık türlerioluşturabilir.

Tablo12.1Üçtemelparçacıkailesivebunlarınkütleleri(protonkütlesininkatıolarak).Nötrinokütlelerininkütlesininsıfırdanfarklıolduğubilinmeklebirlikte,tamdeğerlerideneyselolarakhenüzbelirlenememiştir.

Görebileceğinizgibibu,potansiyelbirleştirmeyedoğruatılmışdevbiradımıtemsileder.Eğersicimkuramıdoğruise,Tablo12.1'dekibaşdöndürücü,gözkamaştırıcıparçacıklistesi,kendinitekbirtemelyapıtaşınınfarklıtitrenimselrepertuarıolarakgösterir.Benzetmeolarak,tekbirteltürüyleçalınabilecekolan farklınotalar, saptanmışolanbütün farklıparçacık türlerinekarşılıkgelecektir.Mikroskobik-ötesidüzeydeevren,titre-nimleriylemaddeyivarlıkdüzeyinetaşıyanbiryaylıçalgılarsenfonisinebenzer.

Bu,Tablo12.1 'dekiparçacıklarıaçıklayanhoşvezarifbiryapıdıramasicimkuramınınbirleştirmeönerileri dahadaöteleregider.Bölüm9'daveyukarıdaki tartışmamızdadoğadakikuvvetlerinkuantumdüzeyindeki diğer parçacıklarla yani haberci parçacıklarla nasıl iletildiğini incelemiştik. Bu iletişimiTablo12.2'deözetledik.Sicimkuramıhaberci parçacıkları damaddeparçacıklarını açıkladığı şekildeaçıklar.Yani,herhaberciparçacıkdaözelbirtitrenimdesenisergileyenbirsicimdir.Birfoton,özelbirdesen sergileyerek titrenen bir sicimdir, bir W parçacığı farklı bir desende titrenen bir sicimdir, birgluonsabirbaşkadesendetitrenenbirsicimdir.Enönemliside,SchwarzveScherk'in1974'tegösterdiğişeyin, gravitonun bütün özelliklerini gösteren bir titrenim deseni olduğu, bu nedenle de kütleçekimkuvvetinin,sicimkuramınınkuantummekanikselyapısıiçindeyeraldığıdır.Böylecetitrenensicimlerdenyalnızcamaddeparçacıklarıortayaçıkmaklakalmaz,haberciparçacıklarda-hattakütleçekimininhaberciparçacığıda-ortayaçıkar.

Tablo12.2Doğadakidörtkuvvet,ilgilikuvvetparçacıklarıveprotonunkütlesininkatlarıolarakkütleleri.(Aslındabirininelektrikyükü+1,diğerininki-1olanveaynıkütleyesahipolanikiWparçacığıvardır;basitolsundiyebuayrıntıyıgözardıettikve

herbirineWparçacığıadınıverdik).

Ve böylece, kütleçekimi ve kuantum mekaniğini birleştirmeye yönelik ilk başarılı yaklaşımısağlamasının ötesinde sicim kuramı, bütün maddenin ve bütün kuvvetlerin birleşik tanımını yapmakapasitesini de ortaya koydu. 1980'lerin ortasında binlerce fizikçiyi neredeyse şaşkınlıktansandalyelerinden düşüren, bu iddiadır; ayağa kalkıp üst-başlarındaki tozu silkelediklerinde birçoğunungörüşüdeğişmişti.

SicimKuramıNedenİşler?

Sicimkuramınıngeliştirilmesindenönce,bilimselilerlemeninyolukütleçekimiilekuantummekaniğinibirleştirmeyi amaçlayan başarısız girişimlerle doluydu.Acaba sicim kuramının bu kadar ilerlemesininnedeninedir?SchwarzveScherk'innasılkendilerideşaşıraraközelbirsicimtitrenimdeseniningravitonparçacığını temsil edecek, doğru özelliklere sahip olduğunu fark ettiklerini, buradan sicim kuramınınonlara iki kuramı birleştirmek için hazır bir yapı sağladığı sonucuna ulaştıklarını anlatmıştık. Tarihselolarak,gerçektensicimkuramınıngücününvevaatlerininsomutlaşmasıböyleolmuşturamabütündiğergirişimlerbaşarısızlığauğramışkensicimyaklaşımınınnedenbaşarılıolduğunailişkinaçıklamamızdabirşeylereksikkalır.Şekil12.2genelgöreliliklekuantummekaniğiarasındakiçatışmayıözetliyor-ultrakısauzaklık(vezaman)ölçeklerindekuantumbelirsizliğininçılgınlığıokadarşiddetlenirki,genelgöreliliğinaltındayatan,uzay-zamanınpürüzsüzgeometrikmodelitahripolur-ozamansoruşudur:Sicimkuramıbuprobleminasılçözüyor?Sicimkuramıuzay-zamanınmikroskobikötesiuzaklıklardakiçılgınsalınımlarınınasılyatıştırıyor?

Sicim kuramının esas yeni özelliği, temel bileşeninin nokta parçacık -boyutsuz bir nokta- olmayıp,uzayda bir boyutu olan bir nesne olmasıdır. Bu fark, kütleçekimi ile kuantum mekaniğininbirleştirilmesindekilitroloynar.

Şekil 12.2'de gösterilen çılgın salınımlar belirsizlik ilkesinin kütleçekimi alanına uygulanmasınedeniyleortaya çıkar; git gidedahaküçülenölçeklerdebelirsizlik ilkesi kütleçekimi alanındagiderekbüyüyen salınımlar ortaya çıkacağını söyler. Nasıl moleküler düzeyde suyu H2O molekülleriylegösteriyorsak, bu son derece küçük uzaklık ölçeklerinde de kütleçekimi alanını temel bileşenleriyle,gravitonlarlaifadeetmemizgerekir.Buifadebiçimindekütleçekimialanınınçılgınsalınımları,birhortumfırtınasında oraya-buraya savrulan tozlar gibi, büyük miktarlarda gravitonun oraya-buraya salınımlarıolarak düşünülebilir. Şimdi, eğer gravitonlar (genel görelilikle kuantum mekaniğini birleştirmektebaşarısız olan eski girişimlerde düşünüldüğü gibi) nokta parçacıklar iseler, o zaman Şekil 12.2 buparçacıkların toplu davranışını yansıtır: Uzaklıklar küçüldükçe çalkantı artar. Ama sicim kuramı busonucudeğiştiriyor.

Sicimkuramındahergravitonnoktadeğil,yaklaşıkPlanckuzunluğuboyutunda,(10-33cm)titrenenbirsicimdir. Gravitonlar kütleçekimi alanının en temel, en küçük bileşenleri olduklarından, kütleçekimialanlarınınPlanckuzunluğununaltındakiölçeklerdekidavranışlarıüzerindekonuşmakanlamsızdır.Nasıltelevizyonunuzun ekranının çözünürlüğü tek tek piksellerin boyutlarıyla sınırlıysa, sicim kuramındakütleçekimi alanının çözünürlüğü de gravitonların boyutlarıyla sınırlıdır. Bu yüzden, sicim kuramındagravitonların (ve her şeyin) sıfırdan farklı boyutları kütleçekimi alanının çözünürlüğüne kabaca Planckölçeğindebirsınırgetirir.

Bu,çokönemlibirkavrayıştır.Şekil12.2'degösterilen,kontroledilemeyenkuantumtitrenimleri,ancakçok kısa -Planck uzunluğundan daha kısa- uzunluk ölçeklerini göz önüne aldığımız zaman ortaya çıkar.Sıfır-boyutlu, nokta parçacıklara dayanan bir kuramda belirsizlik ilkesinin böyle bir uygulamasının

varlığı kesindir ve Şekil 12.2'de görüldüğü gibi bu, bizi Einstein'ın genel göreliliğinin erişimininötesindeki vahşi bölgelere götürür. Ama sicimleri temel alan bir kuram, yapısal bir hata-bağışıklığınasahiptir. Sicim kuramında sicimler en küçük bileşenlerdir, bu yüzden mikroskobik ötesine olanyolculuğumuz, Planck uzunluğuna -ki bu sicimlerin uzunluğudur- ulaştığımız zaman son bulur. Şekil12.2'de Planck ölçeği en yüksek ikinci düzeyle temsil edilmektedir; görebileceğiniz gibi, kütleçekimialanıhâlâkuantumtitrenimlerinemaruzkalacağından,böyleölçeklerdeuzayındokusundahâlâsalınımlarvardır.Amabutitrenimlergenelgörelilikleonarılamazçatışmalaryolaçmayacakölçüdeılımlıdır.Genelgöreliliğin matematiği, bu kuantum salınımlarını da kapsayacak şekilde değiştirilmelidir. Bunun,matematikhâlâanlamlıkalacakşekildeyapılmasıolasıdır.

Böylece, sicim kuramı ne kadar küçüğe doğru gideceğimizi sınırlayarak, kütleçekimi alanınıntitrenimlerininşiddetinidesınırlarvebusınır,kuantummekaniği ilegenelgörelilikarasındabüyükbirçatışmadankaçınacakkadarbüyüktür.Sicimkuramıbuyollaikiyapıarasındakidüşmanlığınönünegeçerveilkkezbuikiyapınınbirleşmesininönünüaçar.

KüçüğünDünyasındaKozmikDoku

Bunun,dahagenelolarak,uzay-zamanınmikroskobik-ötesidoğasıiçinanlamınedir?Önce,uzayınvezamanındokusununsürekliolduğukavramına-ikinoktaarasındakiuzaklığınveya ikianarasındageçensürenin tekrar tekrar ikiye bölünebileceği, böylece de uzayın ve zamanın sonsuza kadar daha küçükbölümlereayrılabileceğikavramına-güçlübirşekildemeydanokur.Planckuzunluğuna(siciminuzunluğu)vePlanckzamanına(ışığınsiciminuzunluğunukatetmesiiçingerekensüre)ulaştığınızda,eğerhâlâuzayıvezamanıdahaküçükparçalarabölmeyeçalışırsanız,bunuyapamayacağınızıfarkedersiniz.Evreninenküçük bileşenine ulaştığınızda, "daha küçültmek" kavramı anlamını kaybeder. Bu, sıfır-boyutlu noktaparçacıklariçinbirsınırlamagetirmez,amasicimlerinboyutuolduğuiçinbirsınırlamagetirir.Eğersicimkuramı doğruysa, günlükyaşantımızın tamamının içinde yer aldığı olağan uzayve zamankavramlarınınoluşturduğu yapı, en basitinden, Planck ölçeğinden -sicimlerin ölçeği- daha küçük ölçeklerdeuygulanamaz.

Bunların yerini hangi kavramların aldığına gelince, bu konuda henüz bir fikir birliği yok. Sicimkuramının kuantummekaniği ile genel göreliliği nasıl birleştirdiği konusunda yukarıdaki açıklamalarauyanbirolasılıkşudur:Planckölçeğindeuzayındokusubirızgarayabenzetilebiliramaızgaranınçizgileri"arasındaki" uzay fiziksel gerçekliğin sınırları dışında kalır. Nasıl basit bir dokuma parçası üzerindeyürüyenmikroskobikbirkarıncaipliktenipliğeatlamakzorundaise,uzaydamikroskobikötesiölçeklerdehareketdebiruzay"iplikçiğinden"diğerinesayısalbir"atlamayı"gerektiriyorolabilir.Zamandatektekanların birbirine yakın olduğu ama "dikişsiz" bir sürekliliğe ulaşmadığı, tanecikli bir yapıya sahipolabilir. Böyle düşününce, giderek küçülen uzay ve zaman aralıkları Planck ölçeğinde bir sonaulaşacaktır.Tıpkıkuruştanküçükbirparaölçübirimiolmamasıgibi,eğermikroskobikötesiuzay-zamanbirızgarayapıyasahipse,ozamanPlanckuzunluğundankısauzaklıkvePlanckzamanındankısasüredeolmaz.

Birdiğerolasılıkuzayve zamanınçokçokküçükölçeklerde anlamınıbirdenkaybetmemesi, yavaşyavaş diğer, çok daha temel kavramlara dönüşüyor olmasıdır. Planck ölçeğinden daha küçük boyutlarabüzülmekyalnızcatemelızgarayaulaştığımıziçindeğil,"dahaküçükyapmaişi"sırasındauzayvezamankavramları, dokuz rakamınınmutlu olup olmadığını sormak kadar anlamsız bir şeye dönüştüğü için desınırların dışına çıkıyor olabilir. Yani, bilindik makroskobik uzay ve zamanın yavaş yavaş bilindik

olmayan, mikroskobik ötesi şeylere dönüştüğünü, bu durumda -uzunluk ve süre gibi- olağanözelliklerinden çoğunun ilgisiz veya anlamsızolduğunudüşünebiliriz.Nasıl sıvı suyun sıcaklığını veyaakışkanlığını -bu kavramlar sıvının makroskobik özelliklerine uygulanabilir- anlamlı olarakinceleyebileceğiniz halde H20 molekülleri düzeyine indiğinizde bu kavramlar anlamını kaybediyorsa,belki de uzay bölgelerini ve zaman sürelerini gündelik ölçeklerde ikiye bölebildiğimiz halde, Planckölçeğineulaştığımızdaböylesibirbölmeişianlamınıkaybediyorolabilir.

Benimdearalarındaolduğumpekçoksicimkuramcısı,buanlamdabirşeyleringerçektenolduğundankuvvetlibirbiçimdekuşkulanıyorolsakda,dahaileriyegidebilmekiçinuzayvezamanındönüştüğüdahatemelkavramlarınneolduğunubulmamızgerekiyor.Şimdiyekadarbu,cevapsızkalmışbirsoruyduamaileri düzeydeki araştırmalar (son bölümde anlatılacak), geniş anlamları olan bazı olasılıkları ilerisürmektedir.

DahaİnceNoktalar

Şimdiye kadar verdiğim tanımla, herhangi bir fizikçinin sicim kuramının çekiciliğine direnmesişaşırtıcı görünebilir. işte, sonunda Einstein'ın rüyasını ve daha fazlasını gerçekleştirmeyi vadeden birkuram;kuantummekaniğiilegenelgörelilikarasındakidüşmanlığıgiderebilecekolanbirkuram;herşeyititrenensicimlerlebetimleyerekbütünmaddeyivebütünkuvvetleribirleştirmekapasitesinesahipolanbirkuram; bilindik uzay ve zaman kavramlarının çevirmeli telefonlar kadar modası geçmiş kaldığımikroskobik-ötesibirgerçeklik ileri sürenbirkuram;kısacası, evrenhakkındakikavrayışımızıyepyenibir düzeye taşıma sözü veren bir kuram ortaya atılmıştı. Ama unutmayın ki, şimdiye kadar hiç kimsesicimigörmedivegelecekbölümdeanlatılacakolanbazıbağımsızfikirlerdışında,kuramdoğruolsabile,hiç kimse bir sicim görmeyecek. Sicimler o kadar küçüktür ki, doğrudan gözlenmeleri, bu sayfadakiyazıların yüz ışık-yılı uzaktan okunmasına eşdeğerdir: Bu gözlem, çağdaş teknolojinin sağladığıçözünürlük gücünün neredeysemilyar kere milyar katını gerektirir. Bazı bilim insanları, bağıra çağıraböylesi doğrudan sınamadan uzak bir kuramın fiziğin değil felsefenin veya teolojinin alanına girdiğiniilerisürüyorlar.

Bu bakış açısını dar görüşlü veya en azından vakitsiz buluyorum. Sicimleri doğrudan görebilecekteknolojiyehiçbirzamansahipolmasakbile,bilimtarihideneyselolarakdolaylıyollardansınanmışolankuramlarladoludur.13Sicimkuramımütevazıdeğildir.Hedeflerivevaatleribüyüktür.Budahemheyecanverici, hem de yararlıdır çünkü eğer bir kuram, bizim evrenimizin kuramı olma iddiasında ise, gerçekdünyayıyalnızcaşimdiyekadaranlatıldığıgibigeneldüzeydeaçıklamasıyetmez,enküçükayrıntılarıdaaçıklayabilmelidir.Şimdisözedeceğimizgibi,bukonudabazıpotansiyeltestlervar.

1960'lardave1970'lerdeparçacıkfizikçilerimaddeninkuantumyapısınıvedavranışlarınayönveren,kütleçekimselolmayankuvvetlerianlamakyolundadevadımlarattılar.Sonunda,deneyselsonuçlarınvekuramsal fikirlerin onları yönlendirdiği yapı, parçacık fiziğinin standart modeli olup, kuantummekaniğine,Tablo12.1 'dekimaddeparçacıklarınaveTablo12.2'dekikuvvetparçacıklarınadayanırkibunlarınhepsidenokta-parçacıklardır(standartmodelkütleçekiminikapsamadığındangravitonugözardıediyoruz, tablolardayer almayanHiggsparçacığını kapsıyoruz).Standartmodel esasolarakdünyadakiatom çarpıştırıcılarında ortaya çıkan bütün verileri açıklayabiliyor ve yıllar boyunca bu kuramı ortayakoyanlarhaklı olarak enbüyükövgüleri aldılar.Budurumdabile standartmodelinoldukça çok sayıdasınırlılıkları var. Standart kuramın ve sicim kuramından önce gelen diğer kuramların kütleçekimi vekuantummekaniğinibirleştirmektenasılbaşarısızolduklarınızateninceledik.Amabununyanısırabaşka

eksikliklerdevar.

Standartmodel,kuvvetlerinnedentamlistesiTablo12.2'degörülenparçacıklartarafındaniletildiğinive maddenin neden tam listesi Tablo 12.1'de görülen parçacıklar tarafından oluşturulduğunuaçıklayamadı.Nedenüçmaddeparçacığıailesivarvebuparçacıklarnedenbuailelereait?Nedenikiyadayalnızcabiraileyok?Elektronunelektrikyükünedenbiraşağı-kuarkınelektrikyükününtamüçkatı?Neden bir müonun kütlesi bir yukarı-kuarkın kütlesinin 23,4 katı ve neden bir üst-kuarkın kütlesi birelektronunkininyaklaşık350.000katı?Evrennedengörünüşegöre rastgeleolanbu sayılarlaoluşuyor?StandartmodelTablo12.1ve12.2'dekiparçacıkları (gravitonudışarıda tutarak)verikabuledervebuparçacıkların birbirleriyle nasıl etkileşecekleri konusunda kesin öngörülerde bulunur.Ama nasıl hesapmakineniz, sizin son girdiğiniz rakamları açıklayamazsa, standart model de girdileri -parçacıkları veözelliklerini-açıklayamaz.

Buparçacıklarınözelliklerikonusundamerakduymak,şuveyabuayrıntınınnedenöyledeğildeböyleolduğuna ilişkin akademik bir sorun değildir. Geçen yüzyılda bilim insanları, evrenin bildiğimizözelliklere sahip olmasının yalnızca Tablo 12.1 ve 12.2'deki parçacıkların o özelliklere sahipolmalarındankaynaklandığınıfarkettiler.Örneğinbazıparçacıklarınkütlelerindeveyaelektrikyüklerindeortaya çıkabilecek küçük değişiklikler onların yıldızların parlamasını sağlayan nükleer reaksiyonlaragirememeleriyle sonuçlanabilirdi. Yıldızların olmadığı bir evren de bambaşka bir evren olurdu. Buyüzden, temel parçacıkların ayrıntılı özellikleri, birçoklarının tüm bilimdeki en derin soru gözüylebaktıklarışusoruylaiçiçegeçmiştir:Temelparçacıkların,nükleerreaksiyonlaragirmelerini,yıldızlarınparlamalarını, yıldızların çevresinde gezegenlerin oluşmasını ve bu gezegenlerin en azından birindeyaşamınortayaçıkmasınısağlayacak,doğruözellikleresahipolmalarınınnedeninedir?

Parçacıközellikleri gerekli girdininbir parçası olduğu için, standartmodel bu soruyaherhangi bircevap veremez. Parçacık özellikleri belirlenmeden önce kuram yola çıkıp bir sonuca ulaşamaz. Amasicim kuramı farklıdır. Sicim kuramında parçacık özellikleri sicimlerin titrenim desenleri tarafındanbelirlenirvebunedenledebiraçıklamagetirmeiddiasındadır.

SicimKuramındaParçacıkÖzellikleri

Sicim kuramının yeni açıklayıcı yapısını anlamak için, sicim titrenimlerinin parçacık özelliklerininasılürettiğikonusunudahaiyikavramışolmamızgerekir,bunedenlebirparçacığınenbasitözelliğini,kütlesinielealalım.

E=mc2denkütleveenerjininbirbirinedönüşebileceğinibiliyoruz;tıpkıdolarveeurogibibunlardadeğiştirilebilir geçerliktedir (ama paraların aksine, değişim oranları sabit olup ışık hızı, c2 tarafındanbelirlenir).YaşamımızEinstein'ındenkleminedayanırçünküGüneş'inyaşamverenısıveışığı,hersaniye4.3milyontonmaddeninenerjiyedönüştürülmesisonucundaüretilir;eğergününbirindeGüneş'teolagelenreaksiyonların yeryüzünde kontrollü bir şekilde oluşturulması başarılabilirse, Einstein'ın denklemisayesindeinsanlıksınırsızbirenerjipotansiyelinekavuşabilir.

Buörneklerdekütledenenerjieldeediliyor.AmaEinstein'ındenklemidiğeryöndede-enerjidenkütleelde edilen yön- çok iyi işler. Sicim kuramı Einstein'ın denklemini işte bu yönde kullanır. Sicimkuramında bir parçacığın kütlesi titrenen sicimin enerjisinden başka bir şey değildir. Örneğin sicimkuramınınbirparçacığınnedendiğerindendahaağırolduğukonusunagetirdiğiaçıklama,ağırparçacığıoluşturan sicimin hafif parçacığı oluşturan sicimden daha hızlı ve daha şiddetli titrendiği şeklindedir.

Dahahızlıvedahaşiddetlititrenim,dahayüksekenerjianlamınagelir,dahayüksekenerjide,Einstein'ındenklemi yoluyla, daha büyük kütle demektir. Tersine, parçacık hafifledikçe, onu oluşturan sicimintireşimidedahayavaşvedahahafifhalegelir;fotonyadagravitongibikütlesizparçacıklar,olabileceğikadaryavaşvehafiftitrenensicimlerekarşılıkgelirler.

Birparçacığınelektrikyüküvespingibidiğerözellikleri,sicimintitreniminintanımlanmasıdahazor,dahakarmaşıközellikleriileilgilidir.Kütleilekarşılaştırıldığında,buözelliklerinmatematikselolmayanyollarlatanımlanmasıdahazorolmaklabirlikte,anafikiraynıdır:Titrenimdesenleribirsiciminparmakizleridir,birparçacığıdiğerindenayırtetmekiçinkullandığımızbütünözellikler,oparçacığınsiciminintitrenimdesenleritarafındanbelirlenirler.

1970'lerin başlarında, sicim kuramının ilk ortaya çıkışı sırasında -bozonik sicim kuramı- fizikçilerkuramın öngördüğü parçacık özelliklerinin türlerini belirlemek amacıyla titrenim desenleriniçözümlemeye çalışırken beklenmedik bir güçlükle karşılaştılar. Bozonik sicim kuramında her titrenimdeseni tamsayı spine sahipti: spin-0, spin-1, spin-2 vb. Bu bir sorundu, çünkü lıer ne kadar haberciparçacıklar bu tür spinlere sahip olsalar da,madde parçacıkları (elektron ve kuark gibi) kesirli spine(spin-1/2)sahiplerdi.1971'deFloridaÜniversitesi'ndenPierreRamondhuyetersizliğigidermeküzerekollarısıvadı;kısasürededebozoniksicimkuramınındenklemlerindeyarı-tamsayıtitrenimdesenlerineizinverendeğişiklikleryapmanınbiryolunubuldu.

Gerçekten de, yakından bakıldığında, Ramond'ın araştırması, Schwarz ve çalışma arkadaşı AndreNeveu'nun bulduğu sonuçlar ve daha sonraları Ferdinando Gliozzi, Joel Scherk ve David Olive'ınfikirlerinin katkılarıyla, değiştirilmiş sicim kuramındaki farklı spin değerlerine sahip olan titrenimdesenleriarasındamükemmelbirdenge-yenibirsimetri-olduğunuortayakoydu.Buaraştırmacılar,yenititrenimdesenlerininspindeğerleribirbirindenyarımbirimfarklıçiftlerhalindeortayaçıktığınıbuldular.Spini-1/2 olan her titrenim deseni için, spini 0 olan bir titrenim deseni daha vardı. Spini 1 olan hertitrenim deseni için spini-1/2 olan bir titrenim deseni daha vardı vb. Tamsayı ve yarı-tamsayı spindeğerleriarasındaki ilişkiyesüpersimetriadıverildivebusonuçlarlasüpersimetriksicimkuramıveyasüpersicimkuramıdoğdu.HemenhemenonyılsonraSchwarzveGreen,sicimkuramınıtehditedenbütünpotansiyel kural dışılıkların birbirlerini sadeleştirdiklerini gösterdiğinde, aslında süpersicimkuramınınyapısıüzerindeçalışıyorlardıveböylece,hazırladıklarımakaledekidevrim1984'te,dahauygunolarakkonmuşadıylailksüpersicimdevriminiateşledi.(Bundansonrasıksıksicimlervesicimkuramındansözedeceğizamabunlarkısaltmadır;sözetmeyiamaçladığımızşey,süpersicimlervesüpersicimkuramıdır.)

Bu altyapı ile artık sicim kuramının genel özelliklerin ötesine geçerek evreni ayrıntılı olarakaçıklamasınınne anlamageldiğini ifade edebiliriz.Sonunda şunagelir: Sicimlerin sergileyebileceklerititrenim desenlerinin arasında, özellikleri bilinen parçacık türleriyle örtüşen desenler bulunmalıdır.Kuramda spini olan titrenim desenleri vardır ama Tablo 12.1 de özetlendiği gibi, bilinen maddeparçacıklarıyla tamolarak örtüşen, 1/2 spine sahip titrenimdesenleri olmalıdır.Kuramda spini 1 olantitrenimdesenlerivardıramaTablo12.2'deözetlendiğigibi,bilinenhaberciparçacıklarıyla tamolarakörtüşentitrenimdesenleriolmalıdır.Sonolarak,eğerdeneylerdegerçektenHiggsalanlarınınöngördüğügibi, spini 0 olan parçacıklar bulunuyorsa, sicim kuramı bu parçacıkların özellikleriyle de tam olarakörtüşentitre-nimdesenlerinikapsamalıdır.Kısacası,sicimkuramınınuygulanabilirolmasıiçin,titrenimdesenlerininstandartmodeldekipar-çacıklarayervermesiveonlarıaçıklamasıgerekir.

İştesicimkuramınınönündekibüyükfırsatbudur.Eğersicimkuramıdoğruysa,deneycilerinölçtüğüparçacık özellikleri için bir açıklaması vardır ve bu açıklama sicimlerin sergileyebilecekleri titrenimdesenlerinde bulunmalıdır. Eğer bu titrenim desenlerinin özellikleri Tablo 12.1 ve 12.2'deki parçacıközellikleriyleörtüşürse,ozaman isterse siciminyapısınıvevarlığınıhiçkimsegörmemişolsun,bunun

sicim kuramının doğruluğundan en çok kuşku duyanları bile ikna edeceğini düşünüyorum. Kuram iledeneysel veriler arasında böylesi bir uyumla, kendini uzun süredir aranan birleşik kuramolarak kabulettirmesininötesindesicimkuramıherşeyinnedenböyleolduğuyolundailktemelaçıklamayıdasağlamışolacaktır.

Acabasicimkuramıbukritiksınavdaneyapar?

ÇokFazlaTitrenim

İlkbakıştasicimkuramıbaşarısızolur.ilkolarak,sonsuzsayıdafarklısicimtitrenimdesenivardır,busonsuzdizininilkbirkaçtanesiŞekil12.4'tegörülüyor.AmaTablo12.1ve12.2'deyalnızcasınırlısayıdaparçacık vardır, bu nedenle sicim kuramıyla gerçek dünya arasında dev bir uyuşmazlık varmış gibigörünür. Üstelik bu titrenim desenlerinin olası enerjilerini -dolayısı ile de kütlelerini- matematikselolarak incelediğimizde,kuramvegözlemarasındabirbaşkauyumsuzlukladakarşıkarşıyakalırız. İzinverilensicimtitrenimdesenlerininkütleleri,deneyselolarakölçülenveTablo12.1ve12.2'degösterilenparçacıkkütleleriilehiçbirbenzerliktaşımaz.Bununnedenböyleolduğunugörmekse,zordeğildir.

Sicim kuramının ilk günlerinden bu yana, araştırmacılar bir sicimin sertliğinin uzunluğuyla (dahadoğrusuuzunluğununkaresiyle)tersorantılıolduğunuanladılar:Uzunsicimlerkolaycabükülürken,sicimkısaldıkça bükülmesi daha zorlaşır. 1974'te Schwarz ve Scherk, doğru kütleçekimi kuvvetlerini temsiletmeleri amacıyla sicimlerin boyunukısaltmayı ortaya attıklarında, aynı zamanda sicimlerin üzerindekigerilimideartırmayıönermişoldular.Böylecebirsiciminüzerindekigerilimbintrilyonkeretrilyonkeretrilyon (1039) ton, yani ortalama bir piyano teli üzerindeki gerilimin100000000000000000000000000000000000000000(1041)katıdır.Şimdi,çokküçükvesonderecesertbir sicimi bükerek onu Şekil 12.4'teki karmaşık şekillerden biri haline getirmeyi gözünüzdecanlandırırsanız, ne kadar çok sayıda tepe ve çukur varsa, o kadar fazla enerji harcamanız gerektiğinianlarsınız. Tersine, bir sicim böyle bir desen sergileyerek titre- nirse, devasa miktarda bir enerjiyibarındırır.Buyüzden,enbasitleridışındakititrenimdesenleri,çokyüksekmiktardaenerjiyesahiptirveE=mc2formülüyoluyladevasakütleliparçacıklarakarşılıkgelirler.

Şekil12.4Sicimtitreşimşekillerininbirkaçörneği

Ve devasa sözcüğüyle gerçekten devasa bir miktarı kastediyorum. Hesaplar, sicim titrenimlerininkütlelerininmüzikarmonisinebenzerbirdiziizlediğiniortayakoyuyor:Nasılarmoniklertemelbirtonunyada frekansınkatlan ise,kütlelerde temelbirkütlenin,Planckkütlesininkatlarıdır.Parçacık fiziğininstandartlarıylaPlanckkütlesiçokbüyüktür:Protonunkütlesinin10milyarkeremilyar(1019)katı,kabacabirtozzerreciğininveyabirbakterininkütlesidir.Bunedenlesicimtitrenimlerininolasıkütleleri0kerePlanckkütlesi,1kerePlanckkütlesi,2kerePlanckkütlesi,3kerePlanckkütlesivb.şeklindegidervebu

da0-kütlelisicimtitrenimidışındakilerinkütlelerininçokbüyükolduğunugösterir.

Görebileceğinizgibi,Tablo12.1ve12.2'dekiparçacıklardankimilerigerçektenkütlesizdir,amaçoğudeğildir. Tablolardaki sıfırdan farklı kütlelerin Planck kütlesine olan uzaklığı, Brunei Sultanınınborçlanma ihtiyacına olan uzaklığından daha fazladır. Bu nedenle, bilinen parçacık kütlelerinin, sicimkuramı tarafından ileri sürülendesenleuyuşmadığınıaçıkçagörebiliyoruz.Bu,sicimkuramınınsafdışıkaldığını mı gösterir? Öyle düşünüyor olabilirsiniz, ama öyle değil. Kütleleri bilinen parçacıklarınkütlelerindengiderekuzaklaşansonsuzsayıdatitrenimdesenlerilistesinesahipolmak,kuramınüstesindengelmesigerekenbirdurumdur.Yıllarcasürenaraştırmalar,bunuyapmanınumutvericistratejileriniortayakoymuştur.

Başlangıç olarak, bilinen parçacık türleriyle yapılan ve bize ağır parçacıkların kararsız olmaeğiliminde olduğunu öğreten deneylerden söz etmeliyiz; ağır parçacıklar tipik bir biçimde çabucakbozunarakdahahafifparçacıklaraveenindesonundaTablo12.1ve12.2'dekitanıdıktürleredönüşürler.(Örneğinüst-kuarkyaklaşık10-24saniyedebozunur.)Bu tablonun"süperağır"sicimtitrenimdesenleriiçindegeçerliolmasınıbeklerizvebuda, evreninçoksıcakolan ilkanlarındabolmiktardaüretilmişolsalarbile,günümüzdebuparçacıklaranedençokseyrekTasladığımızıaçıklar.Sicimkuramıdoğruolsabile, süper ağır titrenim desenlerini görmek için tek şansımız, bunları parçacık hızlandırıcılarındakiyüksekenerjiliçarpışmalardaüretmektir.Bununlabirlikte,günümüzdekihızlandırıcılaryalnızcaprotonun1000 katına eşdeğer enerjilere ulaşabildikleri için, sicim kuramının en hafif titrenim desenlerini bileortaya çıkaramayacakkadar zayıf kalırlar.Buyüzden sicimkuramının, kütleleri günümüz teknolojisiyleortaya çıkarılabileceklerin milyon kere milyar katından başlayan parçacıkların varlığını öngörmesigözlemlerletersdüşmez.

Bu açıklama aynı zamanda sicim kuramıyla parçacık fiziği arasındaki temasın yalnızca en düşük-enerjili -kütlesiz- sicim titrenimlerini kapsayacağını da ortaya koyar, çünkü diğerleri günümüzteknolojisiyle ulaşamayacağımız kadar uzakta olacaktır. Ama Tablo 12.1 ve 12.2'deki parçacıklardançoğunun kütlesiz olmadığı gerçeğine ne demeli? Bu konu önemli olmakla birlikte ilk bakışta sanıldığıkadarsorunludeğildir.Planckkütlesiçokbüyükolduğuiçin,bilinenenbüyükkütleliparçacıkolanüst-kuarkın kütlesi bile Planck kütlesinin 0,0000000000000000116 (yaklaşık 10-17) katıdır. Elektronagelince, onun kütlesi de Planck kütlesinin 0,000000000000000000000034 (yaklaşık 10"23) katıdır.BunedenleTablo12.1ve12.2'dekiparçacıklarınkütlesi,sicimkuramıtaralından"öngörüldüğü"gibi,10debir hatayla Planck kütlesinin 0 katıdır (tıpkı biz Dünyalılardan çoğunun servetinin Brunei Sultanı'nınservetinin0katıolduğugibi).Amacımızbuyaklaştırımıiyileştirmekvesicimkuramının,Tablo12.1ve12.2'deki parçacıkların tipik özelliği olan Planck kütlesinin 0 katından minik sapmaları açıkladığınıgöstermektir.Amakütlesiztitrenimdesenleri,başlangıçtadüşünmüşolabileceğinizgibi,verilerleçoktersdüşmez.

Bu, cesaret vericidir ama yakından, ayrıntılı bir bakış, başka zorluklar da olduğunu ortaya koyar.Fizikçiler, süpersicimkuramınındenklemlerini kullanarakbütünkütlesiz sicim titrenimdesenlerininbirlistesiniyapmışlardır.Bulistedekilerdenbirispini2olangravitondurvebudayepyenibirkonuyuortayaçıkaranbüyükbirbaşarıdır;çünkükütleçekiminindekuantumsicimkuramınınbirparçasıolmasınısağlar.Ama hesaplar, Tablo I 2.2 deki parçacıklardan çok daha fazla sayıda spini 1 olan titrenim deseniolduğunuveTablo12.1'dekiparçacıklardançokdahafazlasayıdaspini1/2olantitrenimdeseniolduğunuda gösteriyor. Üstelik spini olan titrenim desenlerinin listesinde, Tablo 12.1'deki aile yapısına benzerherhangi bir tekrara ilişkin bir iz de yok. O zaman, daha dikkatli bir inceleme sonucunda sicimtitrenimlerininhangibilinenparçacıktürleriyledenkdüştüğünügörmekgiderekzorlaşıyor.

Buyüzden1980'lerinortalarında,sicimkuramıkonusundahemheyecanhemdekuşkuduymakiçinde

nedenlervardı.Süpersicimkuramı,inkâredilemeyecekbirbiçimde,birleştirmeyedoğruatılancesurbiradımın temsilcisiydi. Kütleçekimi ve kuantum mekaniğini birleştirme yolunda ilk tutarlı yaklaşımısağlayarakRogerBannister'indörtdakikalıkmil içinyaptığınıyaptı:Görünürdeolanaksızgibigörünenbirşeyiolanaklıhalegetirdi.Süpersicimkuramıyirminciyüzyılfiziğininikidireğiarasındakiengelleriyıkabileceğimizikesinbirbiçimdeortayakoydu.

Amafizikçiler,dahailerigitmekvesüpersicimkuramının,maddeninvedoğadakikuvvetlerinayrıntılıözellikleriniaçıklayabildiğimgöstermektegüçlüklerlekarşılaştılar.Buda,kuşkucuların,bütünbirleştirmepotansiyeline rağmen süpersicim kuramının, fiziksel evrenle ilgisi olmayan matematiksel bir yapıolduğunuilerisürmelerineyolaçtı.

Buproblemlebirliktebile,kuşkucularınsüpersicimkuramınıneksikliklerilistesininbaşındahenüzsözetmediğimbirözellikvardı.Süpersicimkuramıgerçektenkütleçekimivekuantummekaniğinibaşarıyla,daha önceki girişimleri başarısızlığa uğratan matematiksel tutarsızlıklardan temizlenmiş bir şekildebirleştirme yolunu açmıştır. Bununla birlikte, kulağa garip gelse bile, keşfedildiği ilk yılların hemenertesinde fizikçiler süpersicimkuramınındenklemlerinin, evreninüçuzaysalboyutuolmasıdurumunda,gerekliolanözellikleresahipolmadığınıbuldular.Süpersicimkuramınındenklemleriyalnızcaeğerevrendokuz uzaysal boyuta sahip ise veya zaman boyutu da katılırsa, on uzay-zaman boyutuna sahip isematematikselolaraktutarlıdır!

Bu kulağa gerçeküstü gibi gelen iddiayla karşılaştırıldığın da, sicim titrenim desenleriyle bilinenparçacık türleriarasındakiuyum, ikincilönemesahipolanbirkonugibigörünüyor.Süpersicimkuramı,şimdiyekadarhiçkimseningörmediğialtıuzayboyutununvarlığınıgerektiriyor.Bu,iyibirşeydeğil;bubirsorun.

Acabaöylemi?

Yirminci yüzyılın ilk çeyreğinde, henüz sicim kuramının sahneye çıkmadığı dönemlerde yapılankuramsal keşifler, fazladan boyutların sorun olmaması gerektiğini göstermişti. Yirminci yüzyılınsonlarındaki güncelleme ile fizikçiler, bu fazladan boyutların sicim kuramının titrenim desenleriyledeneycilerin keşfettiği temel parçacıklar arasındaki boşluğu doldurma kapasitesine sahip olduğunugösterdiler.

Bu,kuramdakiensevindiricigelişmelerdenbiridir;şimdinailişlediğinigörelim.

DahaYüksekBoyutlardakiBirleşme

1919'daEinstein,kolaycasabitfikirlibirisininsayıklamalarıolarakbirkenaraatılabilecekbirmakaleokudu.AdıazbilinenAlmanmatematikçiTheodorKaluza tarafındanyazılmışolanbumakaledebirkaçsayfada,ozamanbilinenkuvvetlerolankütleçekimiveelektromanyetikkuvvetinbirleştirilmesi içinbiryaklaşımanlatılıyordu.BuamacaulaşmakiçinKaluza,ozamanakadartartışılmazbirşekildedoğrukabuledilenvetemelalınanşeylerdenöylesineköktenbirayrılışönermiştiki,bufikirtartışılmayabiledeğmezgibi görünüyordu. Evrenin üç uzay boyutu olmadığını iddia ediyordu. Kaluza Einstein'dan ve diğerfizikçilerden, evrenin dört uzay boyutu olduğunu, zaman da katılırsa, toplam beş uzay-zaman boyutuolduğunukabuletmeleriniistiyordu.

Her şeyden önce, bu ne anlama geliyordu? Uç uzay boyutu olduğunu söylediğimiz zaman, üzerindehareketedebileceğimiz,birbirindenbağımsızüçyönveyaeksenolduğunukastederiz.Bunlarısola/sağa,

ileri/geri ve aşağı/yukarı olarak tanımlayabiliriz; üç uzay boyutuna sahip olan bir evrende yaptığınızherhangibirhareket,buüçyöndekihareketlerinbirbileşimidir.

Bunaeşdeğerşekilde,üçuzayboyutunasahipolanbirevrendebirkonumubelirlemekiçintamolaraküç bilgiye ihtiyacınız vardır. Örneğin bir şehirde, akşam yemeğine çağıracağınız konukların adresibulabilmeleriiçinbinanınbulunduğucaddenin,sokağınadınıvedaireninbinanınhangikatındaolduğunubilmeleri gerekir. Eğer konukların yemekler soğumadan gelmiş olmalarını istiyorsanız, bir bilgi dahavermelisiniz:Zaman,işteuzay-zamanındörtboyutluolduğunusöylerkenkastettiğimizbudur.

Kaluza, sola/sağa, ileri/geri ve aşağı/yukarıya ek olarak, astında bir nedenden ötürü şimdiye kadarkimsenin görmediği daha fazla sayıda uzaysal boyut olduğunu ileri sürüyordu. Eğer doğruysa bununanlamı,üzerindehareketedilebilecek,bağımsızbiryönündahaolduğuveböylece,uzaydabirnoktanınkonumunubelirlemekiçindörtbilgiye,zamanıdabelirlemekistiyorsakbeşbilgiyeihtiyacımızolduğuydu.

Tamam,Einstein'ın1919Nisanındaokuduğumakaleniniddiaettiğişeybuydu.Soruşu:NedenEinsteinbumakaleyi fırlatıp atmadı?Bir başka uzay boyutu görmüyoruz -cadde, sokak ve kat bilgileri yetersizolduğu içinkendimizi sokaklardabaşıboşgezerkenbulmuyoruz-ozamanbuacayip fikirhakkındauzunuzadıya düşünmek neden? Nedeni şu. Kaluza, Einstein'ın genel görelilik kuramı denklemlerininmatematiksel olarak kolayca bir tane daha fazla uzay boyutu olan bir evrene genişletilebileceğinianlamıştı.Kaluzabugenişletilmeyigözönünealdıvedoğalolarak,genelgöreliliğindahayüksek-boyutluversiyonununEinstein'ınözgünkütleçekimidenklemlerinikapsamaklakalmadığını,fazladanuzayboyutunedeniyle fazladan denklemlere de sahip olduğunu buldu. Kaluza, bu fazladan denklemleri incelediğizaman olağandışı bir şey keşfetti: Fazladan denklemler Maxwell'in ondokuzuncu yüzyılda,elektromanyetikalanı tanımlamak içinkullandığıdenklemlerdenbaşkasıdeğildi!Evreninfazladan,yenibir uzay boyutu olduğunu varsayarak, Kaluza, Einstein'ın bütün fizikteki en önemli problemlerden birgözüyle baktığı probleme bir çözüm getirmişti. Kaluza Einstein'ın özgün genel görelilik denklemleriniMaxwell'in elektromanyetik denklemleriyle birleştiren biryapı bulmuştu. İşte Einstein'ın Kaluza'nınmakalesinifırlatıpatmamasınınnedenibuydu.

Sezgiselolarak,Kaluza'nınmakalesikonusundaşöyledüşünebilirsiniz.GenelgörelilikleEinsteinuzayve zamanı uyandırdı. Bunlar gerilip uzarken Einstein, kütleçekiminin geometrik olarak somutlaşmışörneğini bulduğunu anladı. Kaluza'nınmakalesi ise uzay ve zamanın geometrik uzanımının daha büyükolduğunuilerisürdü.Einstein,kütleçekimialanlarınınolağanüçuzayvebirzamanboyutundakieğrilmelervedalgacıklarolarakgösterilebileceğinianlamıştı,Kaluzaisefazladanbiruzayboyutuolanbirevrendefazladaneğrilmelervedalgacıklarolacağınıbuldu.Yaptığıçözümleme,bueğrilmelervedalgacıkların,elektromanyetik alanı tanımlamakta kullanılabileceğini gösterdi.Kaluza'nın ellerindeEinstein'ın evrenekendi geometrik yaklaşımının, kütleçekimi ve elektromanyetizmayı birleştirecek kadar güçlü olduğukanıtlanmışoldu.

Elbette, hâlâ bir sorunvardı.Her ne kadarmatematik işliyorsa da, bildiğimiz üçününötesindeki biruzay boyutu konusunda hiçbir ipucu yoktu, hâlâ da yok. Öyleyse Kaluza'nın keşfi yalnızca bir meraksonucu muydu yoksa bir şekilde evrenimizle bağlantılı mı? Kaluza'nın kurama güveni tamdı -örneğinyüzmeyianlatanbirbroşürüokuduktansonradoğrudandenizeatlayarakyüzmeöğrenmişti-amakuramnekadar çekici olursa olsun, görünmez bir uzay boyutu fikri hâlâ kulağa aykırı geliyordu. Daha sonra,1926'daİsveçlifizikçiOskarKlein,Kaluza'nınfikrinefazladanboyutunneredegizleniyorolabileceğiniönerenyenibiryönverdi.

GizliBoyutlar

Klein'infikrinianlamakiçin,PhilippePetit'ninEverestTepesiileLhotsearasındagerilmişolanlastikkaplı, gergin bir halat üzerinde yürüdüğünü düşünün.Kilometrelerce uzaktan bakıldığında gergin halat,Şekil12.5'tegörüldüğügibi,tekboyutlubirnesne-birçizgi-gibi,yaniyalnızcaboyuyönündeuzayanbirnesne gibi görünür. Eğer bize Philippe'in önünde, halatın üzerinde minik bir solucanın sürünerekilerlemekte olduğu söylenirse, onu çılgınca destekleriz, çünkü felaketten kaçınmak için sürekli olarakPhilippe'inilerisindekalmakzorundadır.Elbettebirandüşününce,doğrudanalgılayabileceğimizsol/sağboyutununötesinde,gerginhalatınbiryüzeyiolduğunuanlarız.Hernekadaruzaktançıplakgözlegörmekzorolsada,gerginhalatınyüzeyininikincibirboyutuvardır:Etrafına"sarılmış"olansaatyönünde/saatyönününtersineboyut.Küçükbirteleskoplabuçemberselboyutgörünürhalegelirvesolucanınyalnızcauzunsol/sağyönündedeğil,kısa,"kıvrılmış",saatyönünde/saatyönününtersineolanboyuttadahareketedebileceğini görürüz. Yani, gergin halatın yüzeyindeki her noktada solucanın, üzerinde hareketedebileceği,birbirindenbağımsızikiyönvardır(gerilihalatınyüzeyininiki-boyutluolduğunusöylerkenkastettiğimizbudur),öyleysegüvendekalmakiçinyabaşlangıçtadüşündüğümüzgibiPhilippe'inönündesürünerek ilerleyebilir ya da minik, çembersel boyut yönünde ilerleyerek halatın alt yüzeyine geçerekPhilippe'inyukarıdangeçmesinisağlayabilir.

Gerili halat, boyutların -herhangi bir şeyin üzerinde hareket edebileceği bağımsız yönler- nitelikselolarakikifarklıtürdeolabileceğinigösteriyor.Buboyutlarhalatyüzeyininsol/sağyönündekiboyutugibibüyük ve görülmesi kolay olabileceği gibi, halat yüzeyinin etrafına dolanan saat yönünde/saat yönününtersineboyutugibiminikvegörülmesizordaolabilirler.Buörnekte,gerginhalatınyüzeyiniçevreleyerekkıvrılançemberselboyutugörmekçokzordeğildir.Bütünsahipolmamızgereken,mantıklıbirbüyütmearacıdır.Ama tahmin edebileceğiniz gibi, kıvrılmış boyut ne kadar küçükse, onu saptamak da o kadargüçleşir.

Birkaç kilometre uzaktan gergin bir halatın yüzeyinde kıvrılmış olan bir boyutu ortaya çıkarmak birşeydir, bir diş temizleme ipinin ya da incecik bir sinir telinin kıvrılmış, çembersel boyutunu ortayaçıkarmaksabaşkabirşeydir.

Şekil12.5Uzaktan,gerginhalattek-boyutlugörünüramayeterincegüçlübirteleskoplaikinci,kıvrılmışboyutugörünürhalegelir.

Klein'ınkatkısı,evreniniçindebulunanbirnesneiçindoğruolanbirşeyin,evreninkendidokusuiçinde doğru olabileceğini ileri sürmekti. Yani, nasıl gergin bir halatın büyük ve küçük boyutları varsa,evrenin dokusunun da olabilir. Belki de bildiğimiz üç boyut -sol/sağ, ileri/geri, aşağı/yukarı- gerginhalatınyatay,uzunlamasınaboyutugibibüyük,görmesikolayboyutlarolabilirler.Amanasılgerginhalatınyüzeyinde fazladan, küçük, kıvrılmış, çembersel bir boyut daha varsa, uzayın dokusunun da küçük,kıvrılmış, çembersel bir boyutu olabilir.Bu boyut, hiç kimsenin onun varlığını ortaya çıkaracak kadargüçlübiraracasahipolmadığıkadarküçükolabilir.Klein,buboyutunminikölçüsünedeniylegizlikalmışolabileceğiniilerisürdü.

Küçük, ne kadar küçüktür? Kuantum mekaniğinin bazı özelliklerini Kaluza'nın özgün makalesineuygulayan Klein'ın matematiksel çözümlemesi, fazladan çembersel uzay boyutunun yarıçapının Planckuzunluğukadarolabileceğiniortayakoydu.Bu,elbettedeneyselerişiminçokuzağındadır(modernaraçlarl)ir atomçekirdeğinin bindebirindendahaküçük şeyleri çözümleyemiyor ki budaPlanckuzunluğununmilyon keremilyar kat uzağında kalmak demek).Ama hayali, Planck boyutlarında bir solucan için buminik, kıvrılmış, çembersel boyut, tıpkı sıradan bir solucanın Şekil 12.5'teki gergin halatın çemberselboyutundahareketetmesigibi,üzerindeilerleyebileceğiyenibiryönsağlayacaktır.Elbettenasılsıradanbirsolucanbuçemberselboyuttasaatyönündehareketederkençokgeçmedenkendiniyenidenbaşladığınoktada bulursa, çembersel boyutta sürünen Planck boyutunda bir solucan da sürekli olarak başladığınoktayadönecektir.Amakatettiğiuzaklığıbiryanabırakırsak,kıvrılmışolanboyut,miniksolucanatıpkıbildiğimizüçboyutgibiüzerindeserbestçehareketedebileceğibiryönsağlar.

Bununneyebenzediğikonusundasezgiselbirhisedinmekiçin,gerginhalatınkıvrılmışboyutuolduğunusöylediğimiz şeyin -saat yönünde/saat yönünün tersine- halatın uzun boyutunun her noktasında varolduğunadikkatedin.Solucan,gerginhalatınuzunboyutunun(ekseninin)hernoktasındabuçember-sel

boyut doğrultusunda hareket edebilir, bu nedenle gergin halatın yüzeyinin, Şekil 12.6'daki gibi, hernoktasındaminik,çemberselbiryönbarındıranbiruzunboyutuolduğusöylenebilir.Bu,akıldatutulmasıyararlıolanbirgörüntüdür,çünküKlein'ınKaluza'nınfazladanuzayboyutununnasılgizlendiğiönerisinedeuygulanır.

Bunugörmekiçin,yineŞekil12.7'dekigibi,uzayındokusunungittikçedahaküçükuzaklıkölçeklerindegösterildiği bir diziyi inceleyelim. ilk birkaç büyütme düzeyinde ortaya yeni bir şey çıkmaz: Uzayındokusuhâlâüçboyutlugörünür(herzamanolduğugibibunusayfaüzerindeikiboyutlubirızgaraşeklindegösteriyoruz). Ama şekildeki en yüksek büyütme düzeyi olan Planck ölçeğine indiğimizde, Klein yeni,kıvrılmışbirboyutungörünürhalegeleceğiniönesürüyordu.

Şekil12.6Gerginhalatınyüzeyi,hernoktasındaçemberselbirboyuttutturulmuşolanbiruzunboyutasahiptir.

Şekil12.7Kaluza-Kleinönerisi,çokküçükölçeklerdeuzayın,bildiğimizhernoktayatutturulmuşolan,fazladançemberselbirboyutasahipolduğuşeklindedir.

Nasılgerginhalatınbüyük,uzunboyutuboyuncahernoktadaçemberselboyutudavarsa,buöneridekiçemberselboyutdagünlükyaşamınbilindiküçuzunboyutununhernoktasındavardır.Şekil12.7'debunu,uzunboyutlarınçeşitlinoktalarındaekçemberselboyutlarçizerekgösteriyoruz(hernoktadaçember-selboyutu gösterirsek şekil ortadan kaybolur). Şekil 12.6'daki gergin halatla olan benzerliği hemen farkedeceksiniz.BuyüzdenKlein'ınönerisindeuzay,hernoktasınafazladan,çemberselbirboyuttutturulmuşolanüçbilindikboyutasahipolarakdüşünülmelidir(şekildebuüçboyuttanikisigösterilmiştir).Çizimdenkaynaklanansınırlılıklarnedeniylesizeöylegibigeliyorolsada,bufazladanboyut,bilindikuzaysalüçboyutuniçindebirtümsekveyahalkadeğildir.Fazladanboyut,bildiğimizüçboyutuntümüyledışındaolanyenibirboyuttur.Bildiğimizüçboyutluuzayınhernoktasındavarolanbuboyutöylesineküçüktürki,engüçlüaraçlarlabilevarlığısaptanamaz.

Kaluza'nınözgünfikrineyaptığıbukatkıylaKlein,nasıluzaydahepimizinbildiğiüçboyutundışında,gizlikalmışbirboyutbulunabileceğisorusunabircevapbulmuşolduki,buyapıozamandangünümüzekadar Kaluza-Klein kuramı olarak biliniyor. Genel görelilikle elektromanyetizmayı birleştirmek içinKaluza'nınihtiyacıolantekşey,fazladanbiruzayboyutuolduğuiçin,Kaluza-KleinkuramıEinstein'ıntamaradığışeygibigörünüyordu.GerçektenEinsteinvebaşkalarıbugizliuzayboyutuüzerindenbirleştirmekonusunda çok heyecanlandılar ve bu yaklaşımın her ayrıntıda işleyip işlemeyeceğini sınamak üzerekollarsıvandı.AmaçokgeçmedenKaluza-Kleinkuramıdekendigüçlükleriylekarşılaştı.Bunlardanençokgözeçarpan,elektronunbufazladan-boyutluresmeyerleştirilmesininmümkünolmamasıydı.Einstein,enazından1940'larınbaşınakadarKaluza-Kleinyapısıylaoynamayısürdürdüamabaşlangıçtakivaatlersomutlaşmadığıiçin,kuramagösterilenilgizamanlaazalarakyokoldu.

Amayirmibeş-otuzyılsonraKaluza-Kleinkuramıgörülmeyedeğerbirgeridönüşyapacaktı.

SicimKuramıveGizliBoyutlar

Kaluza-Kleinkuramınınmikrodünyayıtanımlamayaçalışırkenkarşılaştığıgüçlüklereekolarak,biliminsanlarının bu yaklaşıma karşı duraksamasının bir nedeni daha vardı. Birçokları gizli uzay boyutuvarsaymanınhemkeyfi,hemdeaşırılıkolduğunudüşünüyordu.SankiKaluzafazladanuzayboyutufikrinesağlamvetümdengelimlibirdüşünüşzincirisonundaulaşmamışgibiydi.Sankifikrişapkadançıkarmış,sonuçlarınıçözümlemeyeçalışırkendegenelgörelilikleelektromanyetizmaarasındabeklenmedikbirbağkeşfetmişti.Buyüzdenhernekadarbüyükbirkeşifolsada,kaçınılmazlıkduygusundanyoksundu.EğerKaluza veKlein'a evrende neden dört veya altı veya yedi veya 7000 yerine yalnızca beş uzay-zamanboyutuolduğunusormuşolsaydınız,verecekleri"Nedenolmasın?"dandahainandırıcıbircevapyoktu.

Otuz yıldan daha uzun bir süre sonra, durumkökten değişti. Sicim kuramı genel görelilikle kuantummekaniğini birleştirme yolundaki ilk yaklaşımdır; üstelik bütün kuvvetler ve bütünmadde konusundakikavrayışımızı birleştirme potansiyeline de sahiptir. Ama sicim kuramının kuantum mekaniğine özgüdenklemleri ne dört uzay boyutunda işler, ne de beş, altı, yedi veya yedi bin. Gelecek alt bölümdeinceleyeceğimiznedenlerlesicimkuramınındenklemleriyalnızcaonuzay-zamanboyutundaişler;dokuzuzayboyutuartızaman.Sicimkuramıdahafazlaboyuttalepeder.

Bu, fizik tarihinde daha önce hiç karşılaşılmamış olan, temelden farklı olan bir sonuçtur. Sicimlerinöncesindehiçbirkuramevrendekiuzaysalboyutlarınsayısıhakkındahiçbirşeysöylememişti.NasılyarınGüneş'indoğacağını varsayıyorsak,Newton'danMaxwell'e veEinstein'akadarherkuramdauzayınüçboyutlu olduğunu varsaymıştı. Kaluza ve Klein dört uzay boyutu olduğunu ileri sürerek, köklü birdeğişiklikönerdileramabu,birbaşkavarsayımayolaçtı;farklıbirvarsayımamasonuçtabirvarsayım.Şimdi, ilkkez sicimkuramıuzayboyutlarının sayısınıöngörendenklemlergetiriyordu.Sicimkuramınagöre,uzayboyutlarınınsayısıbirhesap-varsayımdeğil,hipotezdeğil,ilhamyoluylagelenbirtahminhiçdeğil- ile belirlenir ve şaşırtıcı olan, hesaplanan sayının üç değil, dokuz olmasıdır. Sicim kuramıkaçınılmaz olarak altı fazladan uzay boyutuna sahip olan bir evrene yol açar ve böylece Kaluza veKlein'ingörüşlerinizorunluolarakkullanmayahazırbirortamyaratır.

Kaluza veKlein'in özgün önerisi yalnızca bir gizli boyut varsaymıştı ama bu, kolayca ikiye, üçe vehattasicimkuramınıngerektirdiğialtıfazladanboyutakadargenelleştirilebilirdi.Örneğin,Şekil12.8a'da,Şekil12.7'deki tek-boyutlubir şekilolan fazladançemberselboyutu ikiboyutlubir şekilolanbirküreyüzeyi ile değiştiriyoruz (Bölüm 8'deki tartışmalardan, bir konumu belirlemek için iki parça bilgigerektiği için -Dünya yüzeyindeki enlem ve boylam gibi- bir kürenin yüzeyinin iki boyutlu olduğunuhatırlayın).HernekadarŞekil12.8a'dagörüntününaçıkolmasıiçin,yalnızcaızgaraçizgilerininkesiştiğinoktalardakileri çizmiş olsak da, çemberde olduğu gibi, gözünüzde olağan boyutların her noktasınakürelerintutturulmuşolduğunucanlandırmalısınız.Butürbirevrende,uzaydabirkonumubelirlemekiçinbeş parça bilgiye ihtiyaç duyarsınız: Büyük boyutlarda yerinizi belirlemek için üç parça bilgi (cadde,sokakvekatno.)veonoktayatutturulmuşolanküreüzerindekikonumunuzubelirlemekiçinikiparçabilgidaha (enlem, boylam). Elbette, eğer kürenin yarıçapı çok küçükse -bir atomdan milyarlarca kez dahaküçük-göreceliolarakbizimgibibüyükvarlıklariçinsonikiparçabilgifazlaönemlideğildir.Yinedefazladan boyut uzay dokusundaki mikroskobik-ötesi yapının ayrılmaz bir parçasıdır. Doğru akşamyemeğine doğru zamanda katılabilmek için, mikroskobik bir solucanın bu beş parça bilginin hepsineihtiyacıvardır.

Şekil12.8Üçbilindikboyutluevrenin,ızgarailetemsiledilenyakınplangörüntüsüve(a)içiboşkürelerşeklindeikikıvrılmışboyutve(b)katıtoplarşeklindeüçkıvrılmışboyut

Bir boyut daha ilerleyelim. Şekil 12.8a'da kürelerin yalnızca yüzeylerini göz önüne aldık. Şimdi deuzayın yapısının aynı zamanda kürelerin içini de kapsadığını varsayın; tıpkı gerçek elma kurtlarınınelmaların içinegirdiğigibiPlanckboyutundakiminik solucanımızdakürenin içinegirebilirve içerideserbestçehareket edebilir.Solucanınkonumunubelirlemek için artık altı parçabilgiye ihtiyaçduyarız:Bildiğimizuzayboyutlarıiçinüçparça,onoktayatutturulmuşküreniniçindekikonumuiçinüçparçadaha(enlem,boylamvegirmederinliği).Bunedenlezamanlabirliklebu,yediuzay-zamanboyutunasahipolanbirevrenörneğidir.

Şimdisırabüyükadımageldi.Hernekadarçizmekolanaksızolsada,günlükyaşamımızınolağanüçuzunboyutununhernoktasındaevreninyalnızcaŞekil12.7'dekigibibirdeğil,Şekil12.8a'daolduğugibiikideğil,Şekil12.8bdeolduğugibiüçdeğil, tamaltıfazladanuzayboyutunasahipolduğunuvarsayın.Bunuelbettegözümdecanlandıramıyorumveşimdiyekadardacanlandırabilenbirinerastlamadım.Amaanlamı son derece açıktır. Böyle bir evrende Planck boyutunda bir solucanın uzaysal konumunubelirlemekiçindokuzparçabilgigerekir:Üçübildiğimizuzaysalboyutlardakikonumubelirlemekiçin,altısıdabunoktayailiştirilmişolankıvrılmışboyutlardakikonumubelirlemekiçin.Zamandagözönünealındığında bu, sicim kuramının denklemlerinin gerektirdiği gibi, on uzay-zaman boyutlu bir evrendir.Eğerfazladanaltıboyutyeterinceküçükolacakşekildekıvrılmışiselervarlıklarıkolaycabelliolmaz.

GizliBoyutlarınŞekli

Sicim kuramının denklemleri aslında uzaysal boyutların yalnızca sayısını belirlemekle kalmaz.Fazladanboyutlarınalabileceği şekillerin türlerinidebelirler.Yukarıdaki şekillerdeenbasit şekiller -çemberler, içi boş küreler, katı toplar- üzerine odaklandık ama sicim kuramı denklemleri, Calabi-Yauşekilleri veya Calabi-Yau uzayları adı verilen, çok daha karmaşık, altı boyutlu şekilleri seçerler. Buşekiller, sicim kuramı ile olan ilişkileri ortaya çıkmadan çok önceleri, onları matematiksel olarakkeşfedenikimatematikçinin,EugenioCalabiveShing-TungYau'nunadlarıylabilinirler.BunlardanbirininkababirörneğiŞekil12.9a'dagörülüyor.Bununaltıboyutlubir şeklin ikiboyutlubirçizimiolduğunu,bunun da önemli çarpılmalara neden olduğunu aklınızdan çıkarmayın. Bu durumda bile, bu resim,şekillerinneyebenzediğineilişkiniyi-kötübirfikirveriyor.EğerŞekil12.9a'dakiözelCalabi-Yauşeklisicim kuramındaki altı boyutu oluşturuyorsa, uzay mikroskobik-ötesi ölçeklerde Şekil 12.9b dekigörüntüyesahipolacaktır.Calabi-Yauşekli,olağanüçboyutunhernoktasınailiştirilmişolacağıiçinbu,sizin,benimveherkesiniçindeveçevresindebuminikşekillerinbulunduğuanlamınageliyor.Biryerdendiğerine yürüdüğünüz zaman gövdeniz bu dokuz boyutun tamamında hareket eder, hızla ve sürekli bir

biçimde bütün şeklin çevresinde dolanır ve ortalama olarak bu fazladan altı boyutta hiç hareketetmiyormuşsunuzgibibirgörüntüoluşturur.

Şekil12.9(a)Calabi-Yauşeklininbirörneği(b)MinikCalabi-Yauşekilleribiçimindekifazladanboyutlarıileuzayınçokbüyütülmüşbirparçası

Eğer bu görüşler doğru ise, uzayın mikroskobik-ötesi yapısı, dokuların en zengini ile nakış gibiişlenmişdemektir.

SicimFiziğiveFazladanBoyutlar

Genel göreliliğin güzelliği, kütleçekiminin fiziğinin uzayın geometrisi tarafından denetlenmesidir.Doğalolarak,geometrininfiziğibelirlemegücününsicimkuramıtarafındanortayaatılanfazladanuzaysalboyutlarlaartacağınıtahminedersiniz.Artarda.Şimdibunu,şuanakadarhepgözardıettiğimbirsoruyuelealarakgörelim.Sicimkuramınedenonuzay-zamanboyutugerektirir?Bu,matematikdışındakalarakcevaplanmasızorbirsoruduramaöncebunungeometriilefizikarasındakikarşılıklıilişkiyenasılbağlıolduğunuaçıklamayaçalışayım.

Yalnızcadüzbirmasanınüzerindekiikiboyutluyüzeydetitrenecekşekildesınırlanmışolanbirsicimidüşünün. Sicim, çeşitli titrenim desenleri sergileyebilecektir ama bunlar yalnızca masanın yüzeyindesola/sağa ve ileri/geri yönlerindeki titrenimler olacaktır. Eğer sicim sonradan üçüncü boyutta datitrenebilecek şekilde serbest bırakılırsa, masanın yüzeyini terk ederek aşağı/yukarı hareket ederken,başkatitrenimdesenleridesergileyebilir.Şimdi,hernekadarüçtenfazlaboyutugözdecanlandırmakzorisede,busonuç-yaninekadarfazlaboyutvarsaokadarfazlatitrenimdeseniolacağı-geneldir.Eğerbirsicim dördüncü uzaysal boyutta titrenebilirse, yalnızca üç boyutta sergileyebileceğinden daha fazlatitrenim deseni sergileyebilir. Eğer bir sicim beşinci uzaysal boyutta da titrenebilirse, yalnızca dörtboyutta sergileyebileceğinden daha fazla titrenim deseni sergileyebilir vb. Sicim kuramında bağımsıztitrenimdesenleri sayısının çok kesin bir zorlayıcı koşulu karşılamasını gerektiren bir denklemolduğuiçin, bu önemli bir kavrayıştır. Bu zorlayıcı koşul ihlal edilirse, sicim kuramınınmatematiği çöker vedenklemlerideanlamsızhalegelir.Uçuzayboyutunasahipolanbirevrendetitrenimdesenlerininsayısıçok az olup zorlayıcı koşullar karşılanamaz; dört uzay boyutuyla titrenim desenlerinin sayısı hâlâ çokazdır; beş, altı, yedi hatta sekiz boyut da hâlâ çok azdır; ama dokuz uzay boyutuyla titrenim desenleriüzerindeki zorlayıcı koşullar mükemmel bir biçimde karşılanır. Sicim kuramının uzay boyutlarınınsayısını belirleme yöntemi işte budur. *19 Böylece geometri ve fizik arasındaki karşılıklı etkileşimgösterildiyse de sicim kuramındaki birliktelikleri dahil da ileri gider ve aslında, daha öncekarşılaştığımızkritikbirsorunuelealmakiçinbiryolsunar.Sicimtitrenimdesenlerivebilinenparçacık

türleriarasındakiayrıntılıtemasıaçıklamaktafizikçilerinsorunuolduğunuhatırlayın.Fizikçilerçokfazlasayıdakütlesizsicimtitrenimdeseniolduğunu,üsteliktitrenimdesenlerininayrıntılıözelliklerininbilinenmadde ve kuvvet parçacıklarının özellikleriyle uyuşmadığını buldular. Ama henüz fazladan boyutlarfikriniincelememişolduğumuziçinöncedensözetmediğimşey,hernekadarhesaplarfazladanboyutlarınsayısını göz önüne alıyorsa da (neden bu kadar çok sayıda sicim titrenim deseni bulunduğunu kısmenaçıklayarak), bu fazladan boyutların küçük boyutlarını ve karmaşık şekillerini göz önüne almaz -hesaplardabütünuzayboyutlarınındüzvekıvrılmamışolduğuvarsayılır-vebudahatırısayılırbirfarkyaratır.

Sicimler o kadar küçüktür ki, fazladan altı boyut da birCalabi-Yau şeklinin içine hapsedilmiş olsabile,sicimlergenedeoyönleredoğrutitrenirler.İkinedendenötürübusondereceönemlidir.Birincisi,sicimlerinherzamandokuzuzayboyutununtümündetitrenmesinisağlarveböylece,fazladanboyutlarçoksıkı bir şekilde kıvrılmış olsalar bile, titrenim desenlerinin sayısı üzerindeki zorlayıcı koşul, yerinegetirilmeye devam eder. İkincisi, tıpkı bir tubaya üflenen havanın oluşturduğu titrenim desenlerininenstrümanın kıvrımlarından etkilenmesi gibi, sicimlerin titrenim desenleri de, fazladan altı boyutunkıvrımları tarafındanetkilenir.Eğerhavanıngeçtiğibirkanalıdaraltarakyadabirodacığıgenişleterektubanın şeklini değiştirirseniz, havanın oluşturduğu titrenim desenleri ve dolayısı ile enstrümanın sesideğişir. Benzer biçimde, eğer fazladan boyutların şekli ve ölçüleri değiştirilirse, sicimin her olasıtitrenim deseni de önemli ölçüde etkilenir. Sicimin titrenim deseni onun kütlesini ve elektrik yükünübelirlediği için,bu, fazladanboyutlarınparçacıközelliklerininbelirlenmesindeçokönemli rolüolduğuanlamınagelir.

Bu,kilitbirkavrayıştır.Fazladanboyutlarınkesinölçüleriveşekillerinin,sicimtitrenimdesenlerivedolayısı ile parçacık özellikleri üzerinde çok önemli etkileri vardır. Evrenin temel yapısı -galaksi veyıldızlarınoluşumundanbildiğimizyaşamınvarlığınakadar-çokhassasbirşekildeparçacıközelliklerinebağlıolduğuiçin,evreninkodlanCalabi-Yauşekliningeometrisininiçineyazılmışolabilir.

Calabi-YauşeklininbirörneğiniŞekil12.9'dagördükamaenazındanyüzbinlercebaşkaolasılıkdavar.Ozamansoru,eğerdoğruise,hangiCalabi-Yauşeklinin,uzay-zamanındokusununfazladan-boyutlukısmını oluşturduğudur. Sicim titrenim desenlerinin ayrıntılı özellikleri yalnızca belirli bir Calabi-Yauşekliseçimiylebelirlendiği içinbu,sicimkuramınınkarşıkarşıyakaldığıenönemlisorulardanbiridir.Şimdiye kadar bu soru cevapsız kaldı. Bunun nedeni, sicim kuramı denklemlerinin çağdaş kavranışbiçimininbirçoklarıarasındanhangisininseçileceğiyolundabirfikirvermemesidir;bilinendenklemleregöre her Calabi-Yau şekli, herhangi bir başkası kadar geçerlidir. Denklemler fazladan boyutlarınölçülerini bile belirlemezler. Fazladan boyutları görmediğimize göre, küçük olmalılar, ama ne kadarküçükolduklarısorusuhâlâcevaplanmamıştır.

Bu, sicim kuramının ölümcül bir eksikliği midir? Olabilir. Ama ben öyle düşünmüyorum. Gelecekbölümdedahaayrıntılıişleyeceğimizgibi,sicimkuramınınkesindenklemleri,yıllarboyuncakuramcılarınaklınagelmemiştirveçok sayıdaçalışmadayaklaşıkdenklemlerkullanılmıştır.Bunlar sicimkuramınınpekçoközelliğineışıktutmuşolmaklabirlikte-kibunlarınarasındafazladanboyutlarıntamölçüleriveşekilleri de vardır- bazı sorulara yaklaşık denklemler cevap veremez. Matematiksel çözümlememizikeskinleştirdiğimiz ve bu yaklaşık denklemleri geliştirdiğimiz sürece, fazladan boyutların şeklinibelirlemek, en önde gelen -ve benim düşünceme göre erişilebilir- amaçtır. Şimdiye kadar bu amaç,erişiminötesindekalmıştır.

Yine deCalabi-Yau şekillerinden herhangi birinin seçilmesinin, bilinen parçacıkları yaklaşık olaraküretentitrenimdesenlerineyolaçıpaçmayacağınıhâlâsorabiliriz.Cevapdaoldukçasevindiricidir.

Hernekadarherolasılığıaraştırmışolmaktançokuzakolsakda,Calabi-Yauşekillerininörneklerinin,Tablo 12.1 ve 12.2 ile kabaca uyuşan sicim titrenim desenlerine yol açtığı bulunmuştur. Örneğin1980'lerinortalarında,PhilipCandelas,GaryHorowitz,AndrewStromingerveEdwardWitten(Calabi-Yauşekillerininsicimkuramıileolanilişkisinifarkedenfizikçilerekibi),Calabi-Yauşekillerininiçindebulunanherdeliğin-buterimmatematikselolarakkesinbirşekildetanımlanananlamıylakullanılmıştır-birendüşükenerjili sicim titrenimdesenleriailesineyolaçtığınıkeşfettiler.ÜçdeliklibirCalabi-Yauşekli,buyüzden,Tablo12.1'dekitemelparçacıklarınüçaileli,tekrarlayanyapısınabiraçıklamagetirir.Gerçekten,böylebazıüçdelikliCalabi-Yau şekilleribulundu.Üstelik,bu tercihliCalabi-Yau şekilleriarasında Tablo 12.1 ve 12.2'deki doğru sayıda haberci parçacıklarına ve parçacıklarla uyuşan, doğruelektrikyüküvenükleerkuvvetözelliklerineyolaçanşekillerdevardır.

Bu, son derece cesaret verici bir sonuçtur; hiçbir şekilde böyle olması sağlanmaya çalışılmamıştır.Genelgörelilikvekuantummekaniğinibirleştirirkensicimkuramıbilinenmaddevekuvvetparçacıklarınıaçıklamak gibi önemli bir amaca ulaşmanın yanına bile yaklaşamayacağım gösteren bir başka amacaulaşmış olabilir. Araştırmacılar, kuramın düş kırıklığı yaratan olasılıktan uzaklaşmasının yolununbulunmasındancesaretlendiler.Dahailerigiderekparçacıklarınkesinkütlelerinihesaplamakdahazorveheyecanvericiydi. incelediğimizgibi,Tablo12.1ve12.2'dekiparçacıklarınkütleleri,endüşükenerjilisicim titrenimlerinden -sıfır kere Planck kütlesi- milyon kere milyarda bir farklıdır. Bu kadar küçükfarkları hesaplamak, şu andaki sicim kuramı denklemlerini kavrayışımızın çok ötesinde bir kesinlikdüzeyigerektirir.

Aslında,tıpkıdiğerbirçoksicimkuramcısıgibibendeTablo12.1ve12.2'dekiminikkütlelerinsicimkuramında tıpkı standart modeldeki gibi ortaya çıktıklarından kuşkulanıyorum. Bölüm 9'dan, standartmodeldebirHiggsalanınınbütünuzaydasıfırdanfarklıdeğeraldığınıvebirparçacığınkütlesinin,Higgsokyanusunda hareket ederken ne kadar dirençle karşılaştığı ile orantılı olduğunu hatırlayın. Büyükolasılıklabenzerbirsenaryosicimkuramınadauygulanır.Eğerbüyüksayıdasicimhepbirlikteuzaydaeşgüdümlübirşekildetitrenirse,pekçokbakımdanbirHiggsokyanusundanayırtedilemeyecek,birörnekbir arka plan oluşturabilir. Bu durumda başlangıçta sıfır kütleye yol açan sicim titrenimleri, Higgsokyanusunun sicim kuramındaki karşılığının içinde hareket eder ve titrenirken etkisi altında kaldıklarıdirençyoluylaminik,sıfırdanfarklıkütleleredinebilirler.

Ama dikkat edilirse, standart modelde verilen parçacığın etkisi altında kaldığı direnç kuvveti -vedolayısı ileedindiğikütle-deneyselölçümlebelirlenirvekuramdagirdiolarakbelirtilir.Sicimkuramıversiyonunda direnç kuvveti -ve dolayısı ile titrenim desenlerinin kütleleri- sicimler arasındakietkileşmelerden kaynaklanır (Higgs okyanusu sicimlerden yapılmış olacağı için) ve hesaplanabilirolmalıdır.Sicimkuramı,enazındanilkeolarak,bütünparçacıközelliklerininkuramınkendisitarafındanbelirlenmesineizinverir.

Şimdiye kadar bunukimse başaramadı amavurgulandığı gibi, sicimkuramı hâlâ gelişmehalindedir.Araştırmacılar, zamanla, birleştirme yolunda çok büyük potansiyeli olan bu yaklaşımı tam anlamıylagerçekleştirebilmeyi umuyorlar. Potansiyel ödül büyük olduğu için güdü de güçlüdür. Sıkı çalışma vebirazdaşansınyardımıylasicimkuramıgününbirindetemelparçacıközelliklerinivesonuçtadeevreninnedenböyleolduğunuaçıklayabilir.

SicimKuramınaGöreEvreninDokusu

Sicim kuramına ilişkin çoğu şey hâlâ algılamamızın sınırlarının ötesinde olsa da, şimdiden yeni,

dramatik bakış noktaları ortaya koymuştur. En çarpıcı olanı, genel görelilik ve kuantum mekaniğiarasındaki çatlağı tamir etmeye çalışırken sicim kuramının, uzayın dokusunun, doğrudanalgılayabildiklerimizin ötesinde çok daha fazla sayıda boyutu -evrenin en derin sırlarının bazılarınıçözmekte kilit rol oynayabilecek olan boyutlar- olabileceğini ortaya koymuş olmasıdır. Üstelik kurambildiğimizuzayvezamankavramlarınınPlanck-altıortamakadaruzanmadığınıdabildirirkibudaşimdikavradığımız biçimiyle uzay ve zamanın, yalnızca hâlâ onları keşfetmemizi bekleyen çok daha temelkavramlarınyaklaştırımlar!olduğuanlamınagelir.

Evrenin ilk anlarında, uzay-zamanın dokusunun bugün yalnızca matematiksel olarak erişilebilenözellikleriapaçıkortadaolmuşolmalı.Erkendönemlerde,bildiğimizüçuzayboyutudahenüzküçükken,sicimkuramında şimdi bizimbüyükveyakıvrılmış dediğimizboyutlar arasındabüyükolasılıkla hiçbirfarkyoktu.Buboyutlarınşimdikiölçüeşitsizliği,henüzanlamadığımızbirnedenleuzayboyutlarındanüçtanesini özel olarak seçen ve onları 14 milyar yıl boyunca, geçtiğimiz bölümlerde incelediğimizgenişlemeyemaruzbırakankozmolojikevrimdenkaynaklanmışolmalı.Zamandadahadageriyebakacakolursak, bütün gözlenebilir evren Planck-altı bir alana kadar büzülür, öyle ki, (Şekil 10.6'da) bulanıkbölge olarak adlandırdığımız şeyi şimdi bildiğimiz uzay ve zamanın, çağdaş araştırmaların anlamayaçalıştığıçokdahatemelvarlıklardan-herneiseler-doğduğuyerolaraktanımlayabiliriz.

İlkel evreni anlamaya yönelik ilerlemeler ve dolayısı ile uzayın, zamanın ve zamanın okunundeğerlendirilmesi-kibuyakınzamanakadarasilamauzakgörünenbiramaçtı-sicimkuramınıanlamakiçin kullandığımız kuramsal aletleri iyice bilememizi gerektirir. Şimdi göreceğimiz gibi, M-kuramınıngeliştirilmesiyleilerleme,iyimserlerineniyimseröngörülerinibileaşmıştır.

XIII.Bölüm-ZarÜzerindekiEvren

M-KuramındaUzayveZamanÜzerineSpekülasyonlar

Sicimkuramıbütünbilimsel atılımlar içindeendönemeçli tarihe sahipolanlardanbiridir. İlkortayaatılmasındanotuzyıldanfazlabirsüregeçtiktensonrabugünbile,sicimkuramınısavunanlarınçoğunluğu,"sicim kuramı nedir? "temel sorusunun hâlâ kapsamlı bir cevabı olmadığına inanıyorlar. Sicim kuramıhakkında pek çok şey biliyoruz. Temel özelliklerini biliyoruz, kilit önemde başarılarını biliyoruz,vaatlerinibiliyoruz,karşıkarşıyaolduğuzorluklarıbiliyoruz.Sicimkuramınındenklemlerinikullanarakçok çeşitli durumlarda sicimlerin nasıl davranmaları ve etkileşmeleri gerektiğini ayrıntılı olarakhesaplayabiliriz.Amaçoğuaraştırmacısicimkuramınıngünümüzdekiformülleştirilmesinin,diğerbirçokönemliilerlemeninkalbindeyeraldığınıgördüğümüztemelbirilkedenyoksunolduğunuhissediyor.Özelgörelilikte ışık hızının sabitliği var.Genel görelilikse eşdeğerlik ilkesine sahip.Kuantummekaniğindebelirsizlikilkesivar.Sicimkuramcılarıysa,kuramınözünübenzerbütünlükteifadeedebilecek,benzerbirilkeyihâlâelyordamıylaaramayadevamediyorlar.

Bu eksikliğin kökeninde, geniş ölçüde sicim kuramının büyük, bütünlüğe sahip olan bir görüştenkaynaklanmaması,parçaparçagelişmesivardır.Sicimkuramınınamacı-tümkuvvetlerivetümmaddeyikuantummekaniğineözgübiryapıaltındabirleştirmek-yeterincebüyükolmaklabirlikte,kuramıngelişimiaçıkbir şekildebölükpörçükolmuştur.Otuzyıldandahauzunbirzamanöncekikeşfindensonra, sicimkuramı, bir grup kuramcının bu denklemleri inceleyerek kilit özelliklerini açığa çıkarması, bir başkagrubunisebunlarıinceleyerekkritikanlamlarıortayaçıkarmasıyla,parçaparçabirarayagetirilmiştir.

Sicimkuramcıları,yeregömülüolanveayaklarına takılanbiruzayaracınıkazarakortayaçıkarmayaçalışan ilkelbirkabileninüyelerinebenzetilebilir.Kabile, acemicevedeneyip-yanılarakuzayaracınınişleyişininözellikleriniortayaçıkarırvebudabütündüğmelerinvekollarıneşgüdümlüvebirleşikbirşekildebir aradaçalıştığı duygusunubesler.Sicimkuramcıları arasındadabenzerbir duyguhâkimdir.Yıllarsürenaraştırmalarınsonuçlarıbirbirineuymaktavebirnoktayayönelmektedir.Bu,araştırmacılara,sicimkuramınınhenüztamolarakortayaçıkarılmamışamasonundadoğanınişleyişinieşsizbirberraklıkveanlaşılırlık- laortayakoyacakolangüçlü, tutarlıbiryapıoluşturmaktaolduğuyolundagiderekartanbirözgüvenaşılamıştır.

Hiçbirşeybunusonzamanlardaikincisüpersicimdevriminibaşlatankavrayıştandahaiyigösteremez.Budevrim, diğerlerininyanı sıra, uzayındokusuna işlemiş olanbir diğer gizli boyutuortaya çıkarmış,sicim kuramının deneysel olarak sınanması için yeni olasılıklar ortaya koymuş, bizim evrenimizindiğerleriileyanyanaolabileceğiniönermiş,yenikuşakyüksekenerjihızlandırıcılarındakaradeliklerinoluşturulabileceğinigöstermiş,zamanınveonunokununtıpkıSatürn'üngüzelhalkalarıgibi tekrartekrarkıvrılmaktaolabilecekleriyepyenibirkozmolojikuramınayolaçmıştır.

İkinciSüpersicimDevrimi

Sicim kuramı ile ilgili, henüz açıklamadığım, ama Evrenin Zarafeti adlı kitabımı okuyanlarınhatırlayabileceği,sorunlubirayrıntıdahavardır.Geçtiğimizotuzyılsüresincesicimkuramınınbirdeğiltam beş farklı çeşitlemesi geliştirilmiştir. Önemli olmamakla birlikte adları Tür-I, Tür-IIA, Tür-IIB,

Heterotik-O ve Heterotik-E'dir. Tümü, önceki bölümde anlatılan temel özellikleri paylaşırlar -temelbileşenlertitreşenenerjiiplikçikleridir-ve1970'lerdekive1980'lerdekihesaplamalarınortayakoyduğugibi, her kuram fazladan altı uzay boyutu gerektirir; ama bu kuramlar ayrıntılı olarak çözümlendiklerizaman önemli farklar ortaya çıkar. Örneğin, Tür-I kuramı, kapak sicimler adı verilen ve son bölümdetanımlanantitreşensicimhalkalarınıiçerir,amadiğersicimkuramlarındanfarklıolarak,aynızamandaikiucudaaçıktitreşensicimlerolanaçıksicimleridekapsar.Üstelikhesaplarsicimtitreşimdesenlerininveher desenin diğerleriyle etkileşme, onları etkileme biçiminin bir formülleştirmeden diğerine farklıolduğunugösteriyor.

Sicim kuramcılarının en iyimser olanları, bu farkların, bu kuramları günün birindegerçekleştirilebilecekolandeneylerinsonuçları ileayrıntılıbirşekildekarşılaştırarakbeşkuramınbireindirilmesineyardımcıolacağınıdüşünüyorlardı.Amadürüstolmakgerekirse,sicimkuramınınbeşayrıformülleştirmesinin bulunması bile başlı başına bir rahatsızlık kaynağıydı. Birleştirme rüyası, biliminsanlarının tek bir evren kuramına yönlendikleri bir rüyadır. Eğer araştırmalar yalnız bir kuramsalyapının hem kuantum mekaniği, hem de genel göreliliği kapsadığını ortaya koyarsa, kuramcılarbirleştirmenin nirvanasına ulaşmış olacaklardır. Doğrudan deneysel doğrulama olmasa bile, yapınıngeçerliliğikonusundagüçlübirdurumdabulunacaklardır.Neredenbaksanız,hemkuantummekaniğihemde genel görelilik konularında deneysel destek zaten bol miktarda vardır ve evreni yöneten yasalarınbirbirleriylebağdaşmasıgerektiğigüngibiortadadır.Eğerbirkuramyirminciyüzyıl fiziğinindeneyselolarakdoğrulanmışikidevsütununubirleştirentekvematematikselolaraktutarlıbiryapıise,bu,kuramınkaçınılmazlığıkonusundadoğrudanolmasadagüçlübirkanıtolacaktır.

Fakat sicim kuramının yüzeysel olarak birbirine benzeyen ama ayrıntılarda farklı olan beşçeşitlemesininolduğugerçeği,sicimkuramınıntekolmasınavındabaşarısızolacağıanlamınageliyorgibigörünmektedir. İyimserler günün birinde haklı çıksa ve beş sicim kuramından yalnızca biri deneyselolarak kanıtlansa bile neden dört tane daha tutarlı formülleştirme olduğu sorusu tedirgin edicidir.Diğerleri yalnızca matematiksel merak mıdır? Fiziksel dünya için bir önemleri var mıdır? Varlıkları,sonradanzekibiliminsanlarınınaslındasicimtemasıüzerindebeş,altı,yediveyabelkidesonsuzsayıdamatematikselçeşitlemeninolduğunugöstereceklerikuramsalbirbuzdağının suyunüzerindegörünenucuolabilirmi?

1980'lerin sonunda ve 1990'ların başında birçok fizikçi, sicim kuramlarından biri veya diğerinianlamak için sıkı bir çalışma içindeyken beş çeşitlememuamması, araştırmacıların üzerinde gündelikolarakçalıştıklarıbirproblemdeğildi.Herkesinhersicimkuramıkavrayışınındaharafineolacağıuzakbirgelecekteyüzleşeceğinibildiğiosessizsorulardanbiriydi.

Ama1995baharında,neredeysehiçbiruyarıolmadan,bumütevazıumutlarfırtınalıbirşekildeaşıldı.Bazı sicim kuramcılarının (aralarında Chris Hull, Paul Townsend, Ashoke Sen, Michael Duff, JohnSchwarz ve başka birçokları olmaküzere) çalışmalarından sonuç çıkaran -ve yirmi yıldır dünyanın enünlü sicim kuramcısı olan- EdwardWitten, beş sicim kuramını birbirine bağlayan gizli uyumu ortayaçıkardı. Witten beş kuramın birbirinden farklı olmadığını, tek bir kuramın beş ayrı matematikselçözümlemeyoluolduğunugösterdi.Nasıltekdilbilenbirokuyucuyabirkitabınbeşayrıdildekiçevirileribeşayrımetingibigörünürse,beşayrısicimformülleştirmesidehenüzWittenonlarıbirbirineçevirecekbir sözlükyazmamışolduğu için farklıgörünüyordu.Amabirkereortayaçıkınca, sözlük inandırıcıbirşekilde-tıpkıbeşayrıçevirininyapıldığıanametingibi-anakuramınbeşsicimformülleştirmesinindebirbirleriyle bağlantılı olduğunu ortaya koydu. Birleştirici ana kurama geçici olarak M-kuramı adıverildi. M burada Master, Majestic, Mother, Magic, Mystery, Matrix kelimelerinden herhangi birininanlamına geliyor olabilir. M-kuramı,Witten'in güçlü önsezileriyle aydınlanan yeni görüntüsüyle dünya

çapındabaşlamışolanyoğunaraştırmalarlatamamlanmayıbekliyor.

Bu devrimci keşif, ileriye doğru atılmış büyük ve sevindirici bir adımdı.Witten, bu alanda en çoködülü alanmakalesinde (ve PetrHorava'nın önemli tamamlayıcı çalışmasıyla) sicim kuramının tek birkuram olduğunu gösterdi. Artık sicim kuramcıları, Einstein'ın bulmaya çalıştığı birleşik kuram içinönerdikleri adaylarının niteliklerini belirtirken hafif bir rahatsızlıkla, önerilen birleşik yapının tekolmadığını,beşdeğişikçeşitlemesiolduğundansözetmekzorundadeğillerdi.Tersine,birleşikbirkuramiçin uzak-erişimli bir önerinin nasıl uyacağı bir yarı-birleştirmenin konusuydu. Witten'in çalışmasıaracılığıylahersicimkuramındasomutlaşanbirlik,bütünselbirsicimyapılanmasınagenişlemiştir.

Şekil 13.1 'de beş sicim kuramının durumu, Witten'in keşfinden önce ve sonra olmak üzere,özetlenmiştir. Şekil, M-kuramının kendiliğinden, yeni bir yaklaşım olmadığını, bulutların dağılmasınısağlayarak,fizikyasalarının,sicimkuramlarındanherhangibirininsağladığındançokdahaduruvetambirformülleştirilmesini vadettiğini gösteriyor. M-kuramı, her birinin daha büyük bir sentezin parçalarıolduğunugöstererek,beşsicimkuramınıdekapsarvebirbirinebağlar.

ÇevirininGücü

HernekadarŞekil13.1şematikolarakWitten'inkeşfinintemeliçeriğiniveriyorsada,buşekildeifadeedilmesisizebirazçarpıcıgelebilir.Witten'inatılımındanönce,araştırmacılarsicimkuramınınbeşfarklıçeşitlemesi olduğunu düşünüyorlardı; onun keşfinden sonra ise artık böyle düşünmüyorlardı.Ama eğerbirbirlerinden anlam olarak farklı beş ayrı sicim kuramı olduğunu bilmiyor olsaydınız, sicimkuramcılarının en zeki olanının bu kuramların aslında birbirlerinden farklı olmadıklarını göstermesinineden önemseyecektiniz ki? Soru şöyle de sorulabilir: Witten’in keşfi neden daha önceki bir yanlışanlamayıdüzeltenbasitbirdüzeltmedeğildedevrimcibirkeşiftir?

Şekil13.1(a)1995’tenöncebeşsicimkuramınınşematikgörüntüsü(b)M-kuramıtarafındanortayakonanyarı-birleştirmenin

şematikgörüntüsü

Nedeni şu. Geçtiğimiz yirmi beş-otuz yıl boyunca fizikçiler sürekli olarak bir matematik problemitarafından engellenmişlerdi. Bu beş sicim kuramından herhangi birini tanımlayan kesin denklemlerinçıkarılmasıveçözümlenmesininçokgüçolduğunungörülmüşolmasınedeniyle,kuramcılararaştırmalarınıçokdahakolayolanyaklaşıkdenklemleredayandırmışlardı.Yaklaşıkdenklemlerin,pekçokkoşulda,tamdenklemlereyakınsonuçlarverdiğineinanmamıziçiniyinedenlervarsada,yaklaştırımlar-tıpkıçevirilergibi-herzamanbazıbakımlardaneksikkalırlar.Bunedenle,bazıkilitproblemlerinyaklaşıkdenklemlerlematematikselolarakçözülemeyeceğigörüldü,budailerlemeyiönemliölçüdeyavaşlattı.

Metin çevirilerinde çoğu kez görülen anlam kaymaları için okuyucuların anında devreye giren bazıçarelerivardır.Eniyiseçenek,eğerokuyucununyabancıdildüzeyiuygunsa,özgünmetnebaşvurmaktır.Şu anda sicim kuramcıları bu yöntemin bir benzerine sahip değiller. Witten ve diğerleri tarafındangeliştirilen sözlüğün tutarlılığı nedeniyle, beş farklı sicim kuramının tümünün bir ana kuramın, M-kuramının farklı tanımları olduğu yolunda güçlü kanıtlarımız olmasına rağmen henüz araştırmacılar bukuramsalbağkonusundabütünselbirkavrayışgeliştirmediler.SonbirkaçyıldaM-kuramıkonusundaçokşeyöğrendikamakonununuygunbiçimdevetamolarakkavrandığınıönesürebilmekiçinhâlâyapılmasıgerekençokşeyvar.Sicimkuramında,sankihenüzortadaolmayanbirmetninbeşayrıçevirisinesahipgibiyiz.

Özgünmetnesahipolmayan(sicimkuramındaolduğugibi)vemetninyazıldığıdilidebilmeyençeviriokuyucularının da iyi bildiği gibi, bir başka çare, metnin onların bildiği dillere yapılan çevirilerinebaşvurmaktır.Çevirilerinaynı anlamagelenparagraflarıgüvenverir; farklı anlamagelenparagraflarsaanlamkaymalarıveyaçeviridefarklılıklarıgösterir,işteWitten'inbeşsicimkuramınınaynıanakuramınfarklıçevirileriolduğunukeşfetmesininortayakoyduğuyaklaşımbudur.GerçektendeWitten'inkeşfi,eniyiçeviribenzetmesiyleanlaşılabilecekolanbuyaklaşımıniyibirörneğinisergilemiştir.

Anametnin çeşitli kelime oyunlarıyla, kafiyelerle, olağandışı ve kültüre bağlı şakalarla dolu olduğuiçinmetnin tamamının, çevrildiğibeşdildenhiçbirindezarifbirbiçimde ifadeedilemediğinivarsayın.Bazı paragraflar kolayca Swahili diline çevrilebilirken başka bazı paragraflara bu dille hâkim olmakolanaksız olabilir. Bu paragraflardan bazılarını Inuit diline çevirmek fikir verici olabileceği haldebazılarıhiçbiranlamifadeetmeyebilir.BazızorpasajlarınanlamıSanskritdiliyleyakalanabilirken,beşçeviridedehiçbiranlamifadeetmeyenözellikleproblemliolanbazıbölümlerdeyalnızcaanametindeanlamlı olabilir. Beş sicim kuramı ile ilgili durum buna çok yakındır. Kuramcılar bazı özel sorularkarşısında beş kuramdan dördü matematiksel olarak yararlı olamayacak kadar karmaşık iken, birininfiziksel sonuçlarınaçıkve saydam tanımınıverebileceğinibulmuşlardır.Witten'ınkeşfiningücüde işteburadadır.Onunatılımınınöncesindekolaycakontroledemeyeceklerikadarzordenklemlerlekarşılaşansicim kuramı araştırmacıları yolda kalırlardı. Ama Witten'in çalışması, böylesi her sorunun dörtmatematiksel çevirisinin -dört matematiksel yeniden formülleştirmesi- olduğunu ve bazen bu yenidenformülleştirilen sorulardan birinin, diğerlerinden çok daha kolay cevaplandırılabildiğini gösterdi. Buyüzden,beşkuramıbirbirineçevirmektekullanılansözlükbazenolanaksızderecedezorsorularıgöreceliolarakdahilkolaysorularaçevirmekiçinbiryolortayakoyabilir.

Ama kusursuz da değildir. Nasıl ana metindeki bazı pasajların beş dilin tümündeki çevirileri aynıderecede anlamsız olabiliyorsa, bazen beş sicim kuramındakimatematiksel tanımlar da aynı derecedeanlaşılması zor olabilir. Böyle durumlarda tıpkı özgünmetnin kendisine başvurduğumuz gibi, ilerlemekaydetmekiçin,elegeçmesizorM-kuramınıtamolarakanlamamızgerekliolur.Yinede,çoğudurumda

Witten'insözlüğüsicimkuramınıçözümlemekiçingüçlübiraraçsağlar.

Bu nedenle, nasıl karmaşık bir metnin her çevirisi önemli bir amaca hizmet ediyorsa, her sicimformülleştirmesideöyledir.Herperspektiftenkazanılangörüşleribirleştirereksorularıcevaplayabilirvetek bir sicim formülleştirmesinin erişiminin tümüyle uzağında olan özellikleri ortaya çıkarabiliriz.Böylelikle,Witten'in keşfi, sicim kuramının cephesini ilerletmek isteyen kuramcılara beş kat ateş gücüvermiştir.Birdevrimbaşlatmasınınnedeni,büyükölçüdebudur.

OnBirBoyut

Öyleyse, sicim kuramını çözümlemek için yeni kazandığımız gücün ışığında ortaya çıkmış olan yenifikirler nelerdir?Aslında çok fikir var.Ama ben yalnızca uzay ve zamanın öyküsünde en büyük etkisiolanlaraodaklanacağım.

En önemlisi, Witten'in çalışmasının 1970'ler ve 1890'lerde kullanılan sicim kuramının yaklaşıkdenklemlerinin,evrendedokuzuzayboyutubulunmasıgerektiğisonucunavarırkengerçekboyutsayısınıbireksikbırakmışolduklarıdır.Witten'inçözümlemesi,M-kuramınagöreevreninonuzayboyutu,yanionbir uzay zaman boyutu olduğunu gösterdi. Nasıl Kaluza beş uzay zaman boyutlu evrenin,elektromanyetizmavekütleçekiminibirleştirebilecekbiryapıortayakoyduğunubulduysavenasılsicimkuramcılarıonuzayzamanboyutluevreninkuantummekaniğivegenelgöreliliğibirleştirebilecekbiryapıolduğunugösterdilerse,Wittendaonbiruzayzamanboyutunasahipbirevreninbütünsicimkuramlarınıbirleştirebilecek bir yapı ortaya koyduğunu buldu. Tıpkı yer düzeyinden bakıldığında birbirlerindentümüyleayrıgibigörünenbeşköyün,birtepedenbakıldığında-yanidikeydoğrultudayenibirboyutişiniçine girdiğinde- patikalar ve yollarla birbirine bağlı olduğunun görülmesi gibi, Witten'inçözümlemesindençıkanfazladanuzayboyutununda,beşsicimkuramınıntümününaralarındakibağlantıyıgöstermekteyaşamsalönemivardı.

Witten'inkeşfi,dahafazlaboyutüzerindenbirliğisağlamakaçısındantarihselbirdeseneuymuşisede,bulduğu sonucu 1995'teki yıllık uluslararası sicim kuramı konferansında açıkladığı zaman, bu alanıtemelindensalladı.Benimdearalarındaolduğumaraştırmacılar,kullanılanyaklaşıkdenklemlerüzerindeuzunuzunveayrıntılıolarakdüşünmüşlerdiveherkesçözümlemelerinboyutlarınsayısıhakkındasonsözüsöylemişolduğundanemindi.AmaWittenşaşırtıcıbirşeybulmuştu.

Witten, bütün önceki çözümlemelerin, şimdiye kadar bilinmeyen onuncu uzay boyutunun son dereceküçük,bütündiğerlerindençokdahaküçükolduğunuvarsaymayaeşdeğerbirmatematikselbasitleştirmeyaptığını göstermişti. Gerçekten o kadar küçük ki, bütün araştırmacıların kullandığı sicim kuramınınyaklaşıkdenklemleri,buboyutunvarlığınınmatematikselipuçlarınıortayakoyacakçözümlemegücündenyoksundu.Buda,herkesinsicimkuramındayalnızcadokuzuzayboyutuolduğusonucunavarmalarınayolaçmıştı. Ama birleşik M-kuramı yapısının kazandırdığı yeni kavrayışla Witten yaklaşık denklemlerinötesine geçebilmiş, daha derine inebilmiş ve bir uzay boyutunun sürekli olarak gözden kaçırıldığınıanlamıştı.BöyleceWitten,sicimkuramcılarınınonyıldırgeliştirmişolduğu,onboyutlubeşyapınında,aslındaonbir-boyutlutekbiranakuramınbeşyaklaşıktanımıolduğunugöstermişti.

Bubeklenmedikkavrayışınsicimkuramındakidahaöncekiçalışmalarıgeçersizkılıpkılmadığınımerakediyor olabilirsiniz. Büyük ölçüde, geçersiz kılmadı. Yeni bulunan onuncu uzay boyutu kuramabeklenmedikbirözellikkattı,amaeğersicim/Mkuramıdoğruiseveonuncuboyutundadiğerlerindençokdaha küçük olduğu ortaya çıkarsa -uzun bir süre boyunca farkında olmadan varsayıldığı gibi- önceki

çalışmalar geçerli kalacaktır.Yine de bilinen denklemler fazladan boyutların büyüklüğünü veya şeklinitam olarak belirleyemedikleri için, sicim kuramcıları son birkaç yıldır yeni bir -o kadar da küçükolmayan-onuncuuzayboyutuolasılığınıaraştırmayolundaçokçabaharcadılar.Diğerşeylerinyanısırabu çalışmaların geniş erimli sonuçları,M-kuramının Şekil 13.1 de şematik olarak verilen gösteriminisağlambirmatematikseltemeleoturtmuştur.

Onboyuttanonbirboyutayapılangüncellemenin -sicim/M-kuramınınmatematikselyapısıaçısındansahip olduğu önemden bağımsız olarak- kuramın zihninizdeki resmini büyük ölçüde değiştirmemişolduğunu tahmin ediyorum. Hemen hemen herkes için yedi tane kıvrılmış boyutu göz önündecanlandırmayaçalışmak,altıtaneboyutlaneredeyseaynıdır.

Ama ikinci süpersicim devriminden gelen ikinci ve daha yakından ilgili olan bir kavrayış, sicimkuramının temel sezgisel resmini değiştirir. Aralarında Witten, Duff, Hull, Townsend ve diğer pekçoklarının bulunduğu araştırmacıların ortak kavrayışları, sicim kuramının yalnızca sicimlerin kuramıolmadığınıortayakoymuştur.

Zarlar

Geçtiğimiz bölümde aklınıza takılmış olabilecek bir soru şudur: Neden sicimler? Tek boyutlubileşenlernedenbukadarözeldir?Kuantummekaniğivegenelgöreliliğiuzlaştırırken sicimlerinnoktaolmamasının, sıfırdan farklı boyutları olmasının hayati önemi olduğunu bulmuştuk. Ama bu koşul,minyatürdisklerveya frizbiler şeklindeki iki-boyutlubileşenlerceveyabeyzbol toplanyadaçamurdanyapılmış toplar gibi üç boyutlu bileşenlerce de karşılanır. Veya kuramda bu kadar çok uzay boyutubulunduğuna göre, daha çok boyutlu benekler de varsayabiliriz. Neden bu bileşenler temelkuramlarımızdaherhangibirroloynamıyorlar?

1980'lerde ve 1990'ların başında sicim kuramcılarının çoğunun akla yakın bir cevabı var gibiydi.Diğerlerinin yanı sıra -yirminci yüzyıl fiziğininWerner Heisenberg ve Paul Dirac gibi devlerinin deüzerinde çalıştığı, damlaya benzer bileşenlere dayanan bir "maddenin temel kuramı" formülleştirmeçabaları olduğundan söz ediliyordu. Ama onların çalışmaları ve arkadan gelen diğer birçok çalışma,damlabenzeribileşenleredayananveentemelfizikselkoşullankarşılayan,örneğinkuantummekaniğindebütünolasılıkların0ile1arasındaolmasınısağlayan(negatifolasılıklarınveya1'denbüyükolasılıklarınbiranlamıyoktur)veışıktandahahızlıhaberleşmeyiyasaklayanbirkuramgeliştirmeninsonderecezorolduğunu gösterdi. 1920'lerde başlayan ve yarım yüzyıl süren araştırmalar, bu koşulların noktaparçacıklar tarafından (kütleçekiminin göz ardı edilmesi ile) kolaylıkla karşılandığını gösterdi.1980'lerde, Schwarz, Scherk, Green ve diğerlerinin on yıldan fazla süren araştırmaları, diğer çoğuaraştırmacıyı şaşırtarak, bu koşulların tek-boyutlu bileşenler, yani sicimler (ki kütleçekimini zorunluolarakkapsıyordu) tarafındandakarşılandığınıortayakoydu.Amaikiyadadahafazlauzaysalboyutlutemel bileşenlere doğru ilerlemek olanaksız görünüyordu. Bunun nedeni, kısaca, denklemlerdekisimetrinin tek-boyutlu nesneler (sicimler) için en büyük sayıya ulaşması, sonra da çok büyük hızladüşmesiydi.Buradakisimetriler,Bölüm8’dekilerdendahasoyuttur(birsiciminyadadahaçokboyutlubir bileşenin hareketini incelerken, gözlemlerimizin çözümlemesini aniden ve rasgele bir şekildedeğiştirecek şekilde yaklaşıp uzaklaştığımız zaman denklemlerin nasıl değişeceğiyle ilgilidir). Budönüşümlerin fiziksel olarak anlamlı denklem takımları ortaya koymak açısından kritik önemi vardır.Sicimlerinötesindeisegerekliolanbusimetrizenginliğiyokmuşgibigörünüyor.

Bunedenle,Witten'inmakalesininveardındanyağmurgibiyağansonuçların",sicimkuramınınveonun

içindebulunduğuM-kuramsalyapının,sicimlerinyanısırabaşkabileşenlerideolduğununanlaşılmasınayolaçması,sicimkuramcılarıiçinikincibirşokoldu.Çözümlemeler,doğalolarakmembrane(zar)(M-kuramındakiM'ninbirdiğerolasıanlamı)veya(dahayüksekboyutluakrabalarınınadlandırılmasındakisistematiğeuyarak) iki-zaradıverilenikiboyutlubileşenlerinvarlığınıgösterdi.Üç-zaradıverilen,üçuzay boyutuna sahip olan cisimler vardır. Her ne kadar gözde canlandırması giderek zorlaşsa da,çözümlemeler p uzay boyutuna sahip olan ve p-zar (p-brane) adı verilen cisimlerin de olduğunugösteriyor.Buradap10’danküçükherhangibirtamsayıolabilir.Buyüzdensicimler,sicimkuramındakitekbileşenlerolmayıp,sicimkuramınınbileşenleriarasındadırlar.

Budiğerbileşenlerin ilkdönemlerdekuramsalolarakgözdenkaçmışolmalarınınnedenionuncuuzayboyutununkiyle aynıdır: Yaklaşık sicim denklemleri onları ortaya çıkaramayacak kadar kaba yapılıkalmıştır. Sicim araştırmacılarının matematiksel olarak soruşturduğu kuramsal bağlamlarda bütün p-zarlarınsicimlerdenönemliölçüdedahaağırolduklarıortayaçıkıyor.Birşeynekadarbüyükkütleliise,onuüretmekiçinokadarfazlaenerjigerekir.Amayaklaşıksicimdenklemlerindekibirsınırlama-bütünsicim kuramcılarınca çok iyi bilinen ve denklemlerin yapısal olarak içinde olan bir sınırlama-denklemleringitgidedahafazlaenerji içerenvarlıklarıvesüreçleri tanımlarken,giderekkesinliklerinikaybettikleridir.P-zarlarailişkinuçenerjilerdeyaklaşıkdenklemler,gölgelerdekalanzarlarıgünışığınaçıkarmak içingerekliolankesinliktenyoksundular,bunedenledebunlarınvarlığı,onlarcayılboyuncamatematiksel olarak fark edilmedi.AmaM-kuramsal yapının sağladığı çeşitli yeniden ifade edişler veyeniyaklaşımlarlaaraştırmacılar,öncekiteknikengellerdenbazılarınıaşmayıbaşardılarvesonunda,tümmatematikselayrıntılarıylabirliktezırhlarabürünmüşolandahayüksek-boyutlubileşenleribuldular.

Sicim kuramında sicimlerin yanı sıra başka bileşenlerin de ortaya çıkarılması, daha öncekiçalışmaların geçerliliğini, onuncu uzay boyutunun keşfinden daha fazla geçersiz kılmadı. Araştırmalar,eğerdahayüksek-boyutluzarlarsicimlerdençokdahabüyükkütleliiseler-öncekiçalışmalardabilmedenvarsayıldığıgibi-kuramsalhesaplamalardaçokazetkileriolacağınıgösteriyor.Amanasılonuncuuzayboyutudiğerlerindençokdahaküçükolmakzorundadeğilse,yüksekboyutluzarlardaçokbüyükkütleliolmak zorunda değildir.Hâlâ varsayımsal olan ve yüksek boyutlu bir zarın kütlesinin en düşük kütlelisicim titreşimdesenleriyle eşit -olabileceği çeşitlikoşullarvardırveböyledurumlardazar, sonuçtakifizik üzerinde oldukça büyük bir etkiye sahiptir. Örneğin, Andrew Strominger ve David Morrison'labirlikte benim yaptığım çalışma, tıpkı bir greyfurtun çevresine sarılan streç naylon gibi, bir zarınkendisini bir Calabi-Yau şeklinin küresel bölümünün çevresine sarabileceğim gösterdi; eğer uzayın obölgesi büzülürse, çevresine sarılan zar da büzülür ve kütlesi azalır. Kütledeki bu azalmanın, uzaybölgesinin tümüyle çökerekyırtılıp açılmasına nedenolacağını -uzayın kendisi açılabilir- ama çevreyesarılmış durumda olan zar sayesinde fiziksel sonuçlarda bir kargaşa ortaya çıkmayacağını göstermeyibaşarabildik. Bu gelişmeyi ayrıntılı olarak Evrenin Zarafetinde inceledim ve zamanda yolculuğuinceleyeceğimiz Bölüm 15'te konuya tekrar döneceğim, o yüzden burada daha fazla ayrıntıyagirmeyeceğim. Ama bu değinme, yüksek-boyutlu zarların sicim kuramının fiziği üzerinde nasıl önemlietkileryapabileceğiniaçıklığakavuşturuyor.

Şu anda dikkatimizi yoğunlaştırdığımız nokta açısından, sicim/M-kuramına göre zarların evrenmanzaramızıetkilemesininderinbiryoluvardır.Evreninbüyükaçılımının-bilebildiğimizuzayzamanınbütünü-kendisidedevasabirzardanbaşkabirşeyolmayabilir.Yaşadığımızyerbirzardünyasıolabilir.

ZarDünyalar

Sicimlerküçük-ötesiolduklarıiçinsicimkuramınısınamakçokgüçtür.Siciminbüyüklüğünübelirleyenfiziğihatırlayalım.Kütleçekimininhaberciparçacığı-graviton-endüşükenerjilisicimtitreşimdesenleriarasındadır ve taşıdığı kütleçekimi kuvvetinin şiddeti de sicimin uzunluğuyla orantılıdır. Kütleçekimiböylesinezayıfbirkuvvetolduğu için, siciminuzunluğudaçokküçükolmalıdır;hesaplamalar, sicimingravitontitreşimdeseniningözlenenşiddettebirkütleçekimikuvvetitaşımasıiçinPlanckuzunluğununyüzkatıileyüzdebiriarasındaolmasıgerektiğinigösteriyor.

Buaçıklamayagöre,yüksek-enerjilibirsiciminküçükbirboyutlasınırlanamayacağınıgörüyoruz,çünküsicim artık graviton parçacığıyla doğrudan ilişkili değildir (graviton düşük-enerjili, sıfır-kütleli birtitreşim desenidir). Aslında, bir sicime giderek daha fazla enerji yüklendiğinde, önce giderek dahaşiddetle titreşecektir. Ama belirli bir noktadan sonra, fazla enerji farklı bir etki yapacaktır: Siciminboyununuzamasınanedenolacaktırvesiciminbüyümesinindebirsınırıyoktur.Birsicimeyeterlienerjiyükleyerekmakroskopikbirboyutaerişmesibilesağlanabilir.GünümüzteknolojisiylehenüzbunoktayayaklaşamıyoruzamabüyükolasılıklaBüyükPatlamayıizleyençoksıcakveaşırıyüksekenerjiliortamdauzun sicimler ortaya çıkmış olmalı. Eğer bunlardan bazıları günümüze kadar gelmeyi başarmışlarsa,gökyüzünüboydanboyakaplayacakkadarbüyükolmalarıbeklenebilir.Böylesineuzunsicimlerinuzaydanaldığımızverilerüzerindeküçükamabelirlenebilirizlerbırakmışolmalarıbileolasıdır;belkidesicimkuramıböyleceastronomigözlemleriyledoğrulanabilir.

Yüksek-boyutlu p-zarlar da minik olmak zorunda değildir ve bunlar sicimlerden daha fazla boyutasahipoldukları için,nitelolarakyenibirolasılıkortayakoyarlar.Uzun -belkidesonsuzuzunlukta-birsicimigözümüzdecanlandırdığımızda,gündelikyaşamımızınüçuzunboyutundavarolantekboyutlubircisimdüşünürüz.Gözalabildiğineuzananbiryüksekgerilimhattıbuna iyibirörnektir.Benzerbiçimdebüyük -belkide sonsuzbüyüklükte-bir iki-zardüşündüğümüzde,gözümüzdegündelikyaşantımızdakiüçuzunuzayboyutununiçindevarolanikiboyutlubircisimcanlanır.Bunagerçekçibirörnekveremiyorumamasondereceinceolanvegözalabildiğineuzananbirsinemaperdesifikirverebilir.Amasırabüyükbir üç-zara geldiğinde, kendimizi nitel olarak yeni bir durumda buluruz.Üç-zarın üç boyutu vardır, buyüzdeneğerçokbüyükse-belkidesonsuzbüyüklükte-üçuzunuzayboyutununtümünüdoldurur.Yüksekgerilim hattına benzettiğimiz bir-zar ve sonsuz büyüklükteki bir sinema perdesine benzettiğimiz iki-zarbizimüçuzunuzayboyutumuzuniçindevarolabilirken,büyükbirüç-zarbildiğimizbütünuzayıkaplar.

Bu da ilginç bir olasılığa yol açar. Acaba şu anda bir üç-zar içinde yaşıyor olabilir miyiz? Bütündünyası,kendisidahayüksekboyutlubirevrende(sinemasalonununüçuzayboyutu)varolanikiboyutlubirperdede - iki-zarın içinde-varolanPamukPrensesgibi,bildiğimizher şeyin,kendiside sicim/M-kuramınındahayüksekboyutluevrenininiçindebulunan,üçboyutlubirevreniçindevarolmasımümkünolabilir mi? Newton'un, Leibniz'in, Mach'ın ve Einstein'ın üç boyutlu uzay dediği şey, sicim/M-kuramındakiüç-boyutlu,belirlibirvarlıkolabilirmi?Veya,dahagörelibirdille,MinkowskiveEinsteintarafındangeliştirilendört-boyutluuzayzaman,aslındazamaniçindeevrilenbirüç-zarınuyanışıolabilirmi?Kısacası,bildiğimizevrenbirzarolabilirmi?

Bir üç-zar içinde yaşıyor olabileceğimiz olasılığı -zar dünyaları senaryosu- sicim/M-kuramınınöyküsündekiensondönemeçtir.Göreceğimizgibi,budurumsicim/M-kuramıhakkında,çoksayıdauzak-erimlikollaraayrılan,nitelolarakyenibirdüşünüşyoluortayakoyar.Temel fizikolarakzarlarbir türkozmikVelcrogibidir,şimdiinceleyeceğimizözelanlamdaçokyapışkandırlar.

YapışkanZarlarveTitreşenSicimler

"M-kuramı" teriminin ortaya atılmasının arkasındaki itici güçlerden biri, artık "sicim kuramı"nın,kuramınpekçokbileşenlerindenyalnızcabirineışıktuttuğunuanlamışolmamızdır.Kuramsalçalışmalarınbir-boyutlusicimleriortayaçıkarması,dahaileridüzeydekiçözümlemelerindahayüksek-boyutluzarlarıortayaçıkarmasındanonyıllarönceolduğuiçin,"sicimkuramı"tarihselbirsanateserigibidir.AmahernekadarM-kuramı, içindeçeşitliboyutların temsiledildiğibirdemokrasisergilemekteysede,sicimlerşimdiki formülleştirmemizdehalaenönemli rolüoynuyorlar.Buhemenaçıkolarakgörülür.Eğerbütünyüksek-boyutlup-zarlarsicimlerdençokdahaağıriseler,ozamanaraştırmacılarınbilmeden1970'lerdenberiyaptığıgibi, ihmaledilebilirler.Amasicimlerineşitlerarasındabirinciolmalarınındahagenelbirdiğeryoluvardır.

1995'te, Witten in keşfini açıklamasından kısa bir süre sonra Santa Barbara'daki KaliforniyaÜniversitesi’ndenJoePolchinskidüşünmeyebaşladı.YıllarönceRobertLeighveJinDaiileyazdığıbirmakalede Polchinski, sicim kuramının ilginç ama anlaşılması oldukça güç bir özelliğini keşfetmişti.Polchinski'nin itici gücü ve düşünüş şekli teknikti, ayrıntılar konumuz için önemli olmamakla birlikte,ulaştığısonuçlarönemlidir.Polchinskibelirlibazıdurumlarda,açıksicimlerinuçlarının-bunlarınikiucuaçıksicimparçalarıolduğunuhatırlayın- tambir serbestlik içindehareketedemediğinibulmuştu.Nasıltelinüzerindekibirboncukhareketetmekteözgürolduğuhaldeyalnızca teli izleyebilirseveyanasılbirbilardo topumasanın iki boyutlu yüzeyinde hareket ederse, açık bir sicimin uçları da hareket etmekteözgürolmaklabirlikte,uzaydabelirlibazışekillerdehareketedebilir.Polchinskiveçalışmaarkadaşları,sicimin titreşmekte özgür olmakla birlikte uçlarının uzayda bazı bölgelerde "yapışık" veya "hapis"kaldığınıgöstermişti.

Bazıdurumlardabubölgetek-boyutluolabilir,budurumdasiciminuçlarıtıpkıtelinüzerindekayanikiboncuk gibi, sicimin kendisi ise boncukları birleştiren kordon gibi düşünülebilir. Başka durumlarda,bölgeikiboyutluolabilir;siciminuçlarıbirbirinebirkordonlabağlıolanvemasanınyüzeyindehareketedenikibilardotopugibiolabilir.Dahabaşkadurumlardaysa,bölgeüç,dörtveyaondanazolmaküzereherhangibirboyuttaolabilir.PolchinskiveaynızamandaPetrHoravaveMichaelGreen tarafındandagösterilen bu sonuçlar, açık ve kapalı sicimlerin karşılaştırılmasına ilişkin uzun zamandır ortada olanbilmeceninçözülmesineyardımcıoldularamayıllarboyuncabuçalışmaçokazilgiçekti.1995Ekiminde,önceki dönemden kalan bu görüşleri Witten'in yeni keşiflerinin ışığı altında yeniden düşünmeyibitirdiğindebudeğişti.

Polchinski'nin öncekimakalesinin tam bir cevap vermeden bıraktığı bir soru, son paragrafı okurkenbelki sizin de aklınıza gelmiş olabilir: Eğer açık sicimlerin uçları uzayda bazı bölgelerde yapışıksa,acaba bunların yapıştığı yer nedir? Teller ve bilardomasaları, onlar boyunca veya onların yüzeyindehareket eden boncuklardan veya bilardo toplarından bağımsız olarak, algılanabilir varlıklardır. Yasicimlerin uçlarının yapışık olduğu uzay bölgeleri? Acaba bu bölgeler sicimlerin serbest uçlarınınhareketlerini kıskançlıkla kısıtlayan, sicim kuramının bağımsız ve temel bir bileşeni ile mi doludur?Sicimkuramınınyalnızcasicimlerinkuramıolduğunundüşünüldüğü1995öncesindebu iş içinhiçadayyokmuşgibiduruyordu.AmaWitten'ınatılımıveonunesinlendiği,yağmurgibiyağansonuçlardansonraPolchinskicevabıaçıkolarakgördü:Eğeraçıksicimlerinuçlarıuzayınp-boyutlubirbölgesindehareketetmek üzere kısıtlanıyorlarsa, o zaman, uzayın o bölgesi bir p-zar tarafından doldurulmuş olmalıydı.Polchinski'nin hesapları, yeni keşfedilen p-zarların, sicimlerin açık uçlarını kurtulamayacakları şekildeyakalayıp,onlarıdoldurduklarıuzayınp-boyutlubirbölgesindehareketetmeküzerekısıtlamakiçinuygunözellikleresahipolduklarınıgösterdi.

Şekil13.2(a)Uçlarıikiboyutluzarlaratutunmuşaçıksicimler(b)Birikiboyutluzarladiğerbirikiboyutluzararasındagerilmişsicimler(c)İkiboyutlubirzarlatekboyutlubirarasındagerilmişsicimler

Bunun ne anlama geldiğini daha iyi hissetmek için, Şekil 13.2 ye bakın, (a)'da birkaç tane iki-zargörüyoruz, hareket eden ve titreşen sicimlerden hepsinin uçları zarların içinde hareket edecek şekildekısıtlanmış.Hernekadarçizmekgiderekzorlaşsada,dahayüksek-boyutluzarlardadurumaynıdır.Açıksicim uçları p-zarın içinde ve üzerinde hareket edebilir, ama zarı terk edemezler. Zar dışına çıkarakhareket etmeolasılığınagelince, zarlar düşünülebileceğiniz enyapışkan şeylerdir.Açıkbir siciminbirucunun bir p-zarda, diğerinin, ilkiyle aynı boyutta olabilecek (Şekil 13.2b) veya olmayabilecek (Şekil13.2c)birbaşkap-zardaolmaolasılığıdavardır.

Polchinski'ninyenimakalesi,Witten'ınçeşitlisicimkuramlarıarasındakiilişkilerleilgilikeşfine,ikincisüpersicimdevrimi içinbir eşmanifesto sağladı.Yirminciyüzyılkuramsal fiziğininüstünzekâlarındanbazıları, temel bileşenlerinin boyutları noktalarınkinden (sıfır boyut) veya sicimlerinkinden (bir boyut)daha yüksek olan bir kuramgeliştirmeye çalışıp başarısız olurken,Witten'in ve Polchinski'nin bulduğusonuçlar,günümüzünöndegelenaraştırmacılardangelenönemlifikirlerindekatkısıylailerlemeyegidenyoluaçtı.Bufizikçilersicim/M-kuramınındahayüksek-boyutlubileşenler içerdiğiniortayaçıkarmaklakalmadılar, özellikle Polchinski'nin fikirleri bu bile-şenlerin ayrıntılı fiziksel özelliklerini kuramsalolarakçözümlemenindeyolunugösterdi(eğervarlıklarıkanıtlanırsa).Polchinski,birzarınözelliklerininbüyükölçüdeuçnoktalarıbuzarıniçindeolantitreşenaçıksicimlerinözellikleritarafındanbelirlendiğiniileri sürdü.Nasılbirhalının tüyleri -biruçlarıhalınınsırtdokusunabağlıolanyünparçaları-üzerindeelinizigezdirerekohalıhakkındapekçokşeyöğrenebilirseniz,birzarınpekçoközelliğidebiruçlarıbuzarıniçindeolansicimlerincelenerekbelirlenebilir.

Bu, çok önemli sonuçtu. On yıllarca süren araştırmalar sonucunda tek-boyutlu cisimleri -sicimleri-incelemekiçinüretilenkesinmatematikselaraçların,dahayüksek-boyutlucisimleri,p-zarlarıincelemekiçin de kullanılabileceğini gösteriyordu. Bu durumda Polchinski de harika bir şekilde yüksek-boyutlucisimleri çözümlemenin, büyük ölçüde, hâlâ varsayımsal olsa da bilindik sicimlerin çözümlenmesineindirgendiğini ortaya çıkardı. İşte sicimlerin eşitler arasında birinci olmasının anlamı budur. Eğersicimlerindavranışlarınıanlayabilirseniz,ozamanp-zarlarındavranışınıanlamakkonusundadaçokyolkatetmişsinizdemektir.

Bugörüşlerleşimdizardünyalarısenaryosuna-hepimizinbütünhayatımızıbirüç-zarıniçindeyaşıyorolabileceğimizolasılığına-geridönelim.

BirZarOlarakEvrenimiz

Eğer bir üç-zarın içinde yaşıyorsak, eğer dört boyutlu uzay zamanımız üç-zarın zamandasürüklenmesinin tarihindenbaşkabirşeydeğilse,uzayzamanınbirşeyolupolmadığıyolundakiönemlisoruyayeniveparlakbirışıktutulmuşolur.Bildiğimizdörtboyutluuzayzamanbulanıkyadasoyutbirfikirden değil, sicim/M-kuramındaki gerçek, fiziksel bir varlıktan, bir üç-zardan çıkar. Bu yaklaşımdadört boyutlu uzay zamanımızın gerçekliği, bir elektronun veya bir kuarkın gerçekliğiyle eşdeğerdir.(Elbettehâlâiçindesicimlerinvezarlarınvarolduğudahagenişuzayzamanın-sicim/M-kuramınınonbirboyutunun- kendisinin bir varlık olup olmadığını sorabilirsiniz; ama doğrudan yaşadığımız uzay zamanarenasınıngerçekliğiaçıktır.)Amaeğerhaberdarolduğumuzevrengerçektenbirüç-zariseeğer,kısabirgözatışlabilebirşeyiniçindeolduğumuz,birüç-zariçindeolduğumuzortayaçıkmayacakmıdır?

Modernfiziğin,içinegömülüolabileceğimizisöylediğişeyleri-birHiggsokyanusu,karanlıkenerjiyledolu uzay, çok büyük sayıda kuantum alan dalgalanmaları- zaten öğrenmiştik. Bunların hiçbiri insanalgıları tarafından doğrudan fark edilmez. Bu yüzden sicim/M-kuramının, "boş" uzayı doldurmuşolabilecek gözle görülmeyen şeyler listesine yeni bir aday eklediğini öğrenmek sizi şaşırtmasın. Amaşövalyelik yapmayalım. Önceki her olasılığın fizikteki etkisini ve gerçekten var olup olmadığını nasılkanıtlayacağımızı anlıyoruz. Gerçekten, bu üçünden ikisinin -karanlık enerji ve kuantum salınımları-varlığınıdestekleyengüçlükanıtların toplandığınızatengörmüştük;Higgsalanı içinkanıtlardaşuandaçalışmakta olan ve gelecekte planlanan hızlandırıcılarda aranıyor ve aranmaya devam edecek. Acababunlara karşılık bir üç-zar içindeki hayat konusunda durumne?Eğer zar-dünya senaryosu doğru ise, ozamannedenbuüç-zarıgörmüyoruzvevarlığınınasılkanıtlayacağız?

Cevap, zar dünyaları bağlamında sicim/M-kuramının fiziksel anlamının, önceki "zar olmayan"senaryolardanhangitemeldeğişikliklerigösterdiğineışıktutar.Örnekolarakışığınhareketini-fotonlarınhareketini- göz önüne alalım. Sicim kuramında, sizin de bildiğiniz gibi, foton özel bir sicim titreşimdesenidir.Dahaaçıkanlatımla,matematikselçalışmalarzardünyalarsenaryosundafotonlarıkapalısicimtitreşimlerinindeğil,yalnızaçıksicimtitreşimlerininürettiğinigösterdiki,budabüyükbirfarkyaratır.Açıksicimlerinuçnoktalarıeğerbirüç-zar içindehareketedecekşekildesınırlandırılmamışsatümüyleserbesttirler. Bu da fotonların (foton oluşturacak şekilde titreşen açık sicimlerin) üç-zarımızın içindehiçbir engelle karşılaşmadan, hareket edecekleri anlamına gelir. Bu da zarı, içinde bulunduğumuzugörmemiziengelleyecekşekildetümüylesaydam-tümüylegörünmez-yapar.

Aynı derecede önemli bir nokta da şudur: Açık sicimlerin uç noktaları zar dışına çıkamadığından,fazladanboyutlardahareketedemezler.Tıpkıtelin,üzerindehareketedenboncukları;bilardomasasının,üzerinde hareket eden topları sınırladığı gibi, yapışkan üç-zarımız da fotonların yalnızca üç uzaysalboyutumuzda hareket etmelerine izin verir. Fotonlar elektromanyetizmanın haberci parçacıkları olduğuiçin,bununanlamı,elektromanyetikkuvvetin -ışığın-Şekil13.3’tegösterildiğigibi (çizebilmek için ikiboyuttagösterdik)üçboyutumuzahapsolduğudur.

Şekil13.3(a)Zardünyalarsenaryosundafotonlar,uçlarızariçindeolanaçıksicimlerdir,oyüzdenbunlar-yaniışık-zarıterkedemez,(b)Zardünyamız,gördüğümüzışıkbizimzarımızıterkedemediğiiçinbizegörünmeyen,dahagenişbirfazladanboyutlar

ortamındayüzüyorolabilir.Yakınlardayüzenbaşkazardünyalardaolabilir.

Bu, önemli sonuçları olan yoğun bir kavrayıştır. Daha önceleri sicim/M-kuramının fazladanboyutlarının sıkıca kıvrılmış olmalarının gerektiğini söylemiştik. Bunun açık nedeni, bu boyutlarıgöremediğimiz için, gizli olmalarınıngerekmesiydi.Buboyutları gizlemeninbir yoluda, bunları bizimaraçlarımızın göremeyeceği kadar küçültmektir. Ama gelin şimdi zar dünyaları senaryosunu yenidengözden geçirelim. Nesneleri nasıl algılarız? Gözlerimizi kullandığımızda elektromanyetik kuvvetikullanırız;elektronmikroskobugibigüçlüaraçlarıkullandığımızdadaelektromanyetikkuvvetikullanırız;atom çarpıştırıcılarını kullandığımızda, küçük-ötesi şeyleri belirlemek için kullandığımız kuvvet yineelektromanyetik kuvvettir. Ama eğer elektromanyetik kuvvet bizim üç-zarımıza, üç uzay boyutumuzahapsolmuş durumdaysa, büyüklükleri ne olursa olsun fazladan boyutları araştıramaz. Eğer fazladanboyutlarbildiğimizuzayboyutlarıkadarbüyükolsabile,fotonlarınbizimboyutlarımızdankaçıpfazladanboyutlaragirmesi,dahasonragözümüzeveyakullandığımızaracagirerekbizimbuboyutlarınvarlığındanhaberdarolmamızısağlamalarıolasıdeğildir.

Bu yüzden eğer bir üç-zarın içinde yaşıyorsak, fazladan boyutlardan neden haberdar olmadığımızkonusundaalternatifbiraçıklamamızvar.Fazladanboyutlarsondereceküçükolmakzorundadeğil.Büyükolabilirler. Görüş şeklimizden ötürü onları görmüyoruz. Bildiğimiz üç boyutun dışına çıkamayanelektromanyetikkuvvetikullanarakgörüyoruz.Suüstündeyüzmekteolanbiryaprağınüzerindeyürürkengörünenyüzeyinaltındakiderinsulardanhabersizolanbirkarıncaörneği,Şekil13.3b'tegörüldüğügibi,büyük,geniş,dahayüksek-boyutlubiruzaydayüzüyorolabilirizama-sonsuzakadarbizimboyutlarımızahapsolmuşolan-elektromanyetikkuvvetbunuortayaçıkaramaz.

Tamam, diyebilirsiniz, ama elektromanyetik kuvvet doğadaki dört kuvvetten yalnızca biri. Ya diğerüçü? Onlar fazladan boyutlara girerek bu boyutların varlığını ortaya çıkarabilir mi? Güçlü ve zayıfnükleer kuvvetler için cevap yine hayırdır. Hesaplamalar, zar dünyalar senaryosunda, bu kuvvetlerinhaberci parçacıkları olanWveZparçacıklarının da açık-sicim titreşimdesenlerindenkaynaklandığınıgöstermiştir,onedenlebuparçacıklardatıpkıfotonlargibihapsolmuşdurumdadır;güçlüvezayıfnükleerkuvvetleriiçerensüreçlerdefazladanboyutlarakarşıaynıderecedekördür.Aynışeymaddeparçacıklarıiçin de geçerlidir. Elektronlar, kuarklar ve bütün diğer parçacık türleri de uçları hapsolmuş olan açıksicimlerin titreşimlerinden kaynaklanırlar. Bu nedenle; ben, siz ve gördüğümüz her şey bizim üç-zamanımızda kalıcı olarak hapsolmuş durumdadır. Zamanı da göz önüne alırsak, her şey bizim dörtboyutluuzayzamandilimimiziniçinehapsolmuşdurumdadır.

Ya da hemen hemen her şey.Kütleçekimi kuvveti için durum farklıdır. Zar dünyalar senaryosundakimatematiksel çözümlemeler, gravitonların tıpkı daha önce incelediğimiz zar-dışı senaryolarda olduğugibi,kapalısicimlerintitreşimlerindenkaynaklandığınıgösteriyor.Kapalısicimler-uçnoktalarıolmayansicimler- zarlar tarafından hapsedilemez. Bunlar zarları terk edebilir, üzerlerinde veya içlerindeserbestçe hareket edebilir.Bu yüzden, eğer bir zar içinde yaşıyorsak, fazladan boyutlardan tam olarakkopmuş sayılmayız.Kütleçekimikuvveti aracılığıyla fazladanboyutlarıhemetkileyebilir,hemdeonlartarafındanetkilenebiliriz.Böylebir senaryodakütleçekimi,üçboyutumuzunötesiyleetkileşebilmemizintekyoludur.

Fazladan boyutlardan kütleçekimi kuvveti aracılığıyla haberdar olabilmemiz için bu boyutların nekadarbüyükolmalarıgerekir?Bu,ilginçvekritikbirsorudur.Öyleyse,birgözatalım.

KütleçekimiveFazladanBoyutlar

1687'de Newton evrensel kütleçekimi yasasını ileri sürdüğünde aslında uzay boyutlarının sayısıkonusundagüçlübirsaptamayapıyordu.Newtonyalnızcaikicisimarasındakiçekimkuvvetinincisimlerbirbirlerindenuzaklaştıkçaazalacağını söylemeklekalmamıştı, ikicisimbirbirindenuzaklaştıkçaçekimkuvvetininnasılazalacağınıkesinbirşekildetanımlayanbirformül,birterskareyasasıortayakoymuştu.Buformülegöreeğercisimlerarasındakiuzaklıkikikatınaçıkarsaaralarındakiçekimkuvveti4(22)katazalır; eğer uzaklık üç katına çıkarsa çekimkuvveti 9 (32) kat azalır; eğer uzaklık dört katına çıkarsa,çekimkuvveti16(42)katazalır;dahagenelolarakçekimkuvvetiuzaklığınkaresiyleazalır.Sonbirkaçyüzyıldıraçıkçakanıtlandığıgibi,buformülişliyor.

Ama acaba neden kuvvet uzaklığın karesiyle orantılı? Neden kuvvet uzaklığın küpüyle (uzaklık ikikatınaçıktığındakuvvet8katazalır)veyadördüncükuvvetiyle(uzaklıkikikatınaçıktığındakuvvet16katazalır) azalmıyor ya da örneğin kuvvet uzaklığın kendisiyle ters orantılı (uzaklık iki katına çıktığındakuvvetyarıyadüşer)değil?Cevapdoğrudanuzayboyutlarınınsayısınabağlıdır.

Bunugörmeninbiryolu,ikicisimtarafındansalınanvesoğurulangravitonlarınsayısınınbuikicisminarasındakiuzaklığanasılbağlıolduğunuveyaherikicismingördüğüuzayzamaneğriliğininaralarındakiuzaklık arttıkça nasıl azaldığını düşünmektir. Ama gelin, bizi çabucak ve sezgisel bir biçimde doğrucevaba ulaştıracak olan daha basit ve daha eskimoda bir yaklaşım deneyelim. Şekil 3.1'in bir çubukmıknatısın yarattığımanyetik alanı şematik olarak gösterdiği gibi, büyük kütleli bir cismin, diyelim kiGüneş'inyarattığıkütleçekimialanını şematikolarakgösterenbir şekil (Şekil13.4a)çizelim.Manyetikalan çizgileri çubuk mıknatısın kuzey kutbundan güney kutbuna doğru giderken, kütleçekimi alanıçizgilerinin her yönde ışınsal olarak yayıldığına ve yayılmaya devam ettiğine dikkat edin. Belirliuzaklıktakibaşkabircismin-varsayalımyörüngededönmekteolanbiruydunun-hissedeceğikütleçekimikuvveti,ocisminkonumundakialançizgilerininyoğunluğu ileorantılıdır.EğeruyduyaŞekil13.4b'dekigibidahafazlasayıdaalançizgisigirerse,cisminüzerindekikütleçekimikuvvetideoorandaartar.

Şimdi artık Newton'un ters kare yasasının kökenini açıklayabiliriz. Şekil 13.4c'deki gibi, merkeziGüneş'inmerkezindeolanveyüzeyiuydununkonumundangeçenhayalibirküreninyüzeyalanı-üçboyutluuzaydakiherhangibirküreninyüzeyalanıgibi-küreninyarıçapınınkaresiyle,buörnekteGüneş'leuyduarasındakiuzaklığınkaresiyleorantılıdır.Budaküreyüzeyindengeçenalançizgilerininyoğunluğunun-alan çizgilerinin toplam sayısının kürenin yüzey alanına bölümünün- Güneş-uydu uzaklığının karesiyleazalacağı anlamına gelir. Eğer bu uzaklık iki katına çıkarsa, aynı sayıdaki alan çizgileri dört kat dahabüyükbiralanadağılacak,buyüzdendebuuzaklıktakikütleçekimikuvvetidörtkatdahaazolacaktır.Bu

nedenle Newton'un kütleçekimine ilişkin ters kare yasası, üç boyutlu uzaydaki kürelerin geometriközelliklerininbiryansımasıdır.

Şekil13.4(a)Güneş'inuydugibibircisimüzerineuyguladığıkütleçekimikuvvetiaralarındakiuzaklığınkaresiyletersorantılıdır.BununnedeniGüneş'inkütleçekimialançizgilerininbirörnekbiçimde(b)'dekigibidağılmasıvebuyüzdenduzaklığındakiyoğunluğunun,dyarıçaplıbirküreninyüzeyalanıylatersorantılıolmasıdır-bu,şematikolarak(c)'degösterildiğigibi-temel

geometrinind2ileorantılıolduğunugösterdiğibiralandır.

EğerevrendeikiveyayalnızcabiruzayboyutuolsaydıacabaNewton'ınformülünasıldeğişirdi?Şekil13.5a'da iki boyutlu bir güneş ve çevresinde dolanan uydusu görülüyor. Görebileceğiniz gibi, verilenherhangi bir uzaklıkta güneşin kütleçekimi alanının çizgileri, kürenin bir düşük boyuttaki benzeri olançember üzerine dağılıyor.Çemberin çevresi, yarıçapla orantılı olduğundan (yarıçapın karesiyle değil),eğergüneş-uyduuzaklığıikikatınaçıkarsaalançizgilerininyoğunluğu2faktörüyleazalacak(4değil),vebuyüzdendegüneşinkütleçekimikuvvetiyarıyadüşecektir(dörttebiredeğil).Eğerevrendeyalnızcaikiuzayboyutuolsaydı,kütleçekimikuvvetiuzaklığınkaresiyledeğil,uzaklıklatersorantılıolacaktı.

Şekil13.5(a)Yalnızcaikiuzayboyutunasahipolanbirevrendekütleçekimiuzaklıklatersorantılıolarakazalırçünkükütleçekimialançizgileri,çevresiyarıçapıylaorantılıolanbirçemberüzerinedağılacaktır,(b)Biruzayboyutunasahipolanbirevrendekütleçekimialançizgileridağılacakbiryerbulamayacaklarından,kütleçekimi,uzaklıktanbağımsızolaraksabittir.

EğerevrendeŞekil13.5'tegörüldüğügibiyalnızcabiruzayboyutuolsaydı,kütleçekimiyasasıdahadabasit olacaktı. Kütleçekimi alan çizgileri yayılacak alan bulamayacağı için, kütleçekimi uzaklıklaazalmayacaktı. Eğer güneşle uydu arasındaki uzaklığı iki katına çıkarsaydınız (böyle cisimlerinbenzerlerininböylebirevrendevarolduğunuvarsayarak)uyduyagirenalançizgisisayısıdeğişmeyeceğiiçinikicisimarasındakikütleçekimikuvvetideğişmeyecekti.

Hernekadarçizmekolanaksızolsada,Şekil13.4veŞekil13.5'tegösterilendesen,doğrudandört,beş,altı veya herhangi bir sayıda uzay boyutu olan bir evrene genişletilebilir. Uzay boyutlarının sayısı nekadarartarsa,kütleçekimialançizgileridağılacakokadarfazlayerbulur.Nekadarçokdağılırlarsada,kütleçekimiartanuzaklıklaokadarhızlıdüşer.DörtuzayboyutundaNewton'unyasasıbirtersküpyasasıolurdu(uzaklıkikikatınaçıktığındakuvvet8katazalır);beşuzayboyutundatersdördüncükuvvetyasasıolurdu(uzaklıkikikatınaçıktığındakuvvet16katazalır);altıuzayboyutundatersbeşincikuvvetyasasıolurdu(uzaklıkikikatmaçıktığındakuvvet32katazalır);dahafazlaboyutluevrenlerdedebuböylesürüpgider.

Newton yasasının ters kare versiyonunun çok miktardaki veriyi -gezegenlerin hareketindenkuyrukluyıldızların yörüngelerine- açıklamaktaki başarısının, üç boyutlu bir evrende yaşamaktaolduğumuzun bir kanıtı olduğunu düşünebilirsiniz. Ama bu acele varılmış bir karar olur. Ters kareyasasınınastronomiölçeklerindeveyerölçeklerindeişlediğinibiliyoruz,buda,böyleölçeklerdeüçuzayboyutumuzun olduğu gerçeğiyle uyuşuyor. Ama bu yasanın daha küçük ölçeklerde işlediğini biliyormuyuz?Kütleçekimininterskareyasasımikroevreninhangiölçeklerinekadarsınandı?Deneycileryasayımilimetrenin onda birine kadar doğruladılar; eğer iki cisim birbirlerine milimetrenin onda biri kadaryaklaştırılırsa, veriler bunların aralarındaki kütleçekimi kuvvetinin ters kare yasasına uyduğunugösteriyor.Amaşimdiyekadarterskareyasasınıdahakısaölçeklerdesınamanınönemliteknikgüçlükleriolduğuortayaçıktı(kuantumetkilerivekütleçekimininzayıflığıdeneylerikarmaşıkhalegetiriyor).Terskare yasasından sapmalar, fazladan boyutlar konusunda ikna edici bir sinyal olacağından bu, kritik birkonudur.

Bunu açıkça görmek için kolayca çizebileceğimiz ve çözümleyebileceğimiz, daha düşük boyutlu biroyuncaklaçalışalım.Biruzayboyutunasahipbirevrendeyaşadığımızıveyahemyalnızcabirboyutgözlegörülebilir olduğu için, hem de yüzyıllardır yapılan deneyler kütleçekiminin cisimlerin arasındakiuzaklıkla değişmediğini gösterdiği için öyle sandığımızı varsayın. Ama aynı zamanda bütün o yıllarboyunca deneycilerin kütleçekimi yasasını yalnızca milimetrenin onda birine kadar sınayabildiğim devarsayın.Dahaküçükuzaklıklariçinkimseninelindebirveribulunmuyorolsun.Şimdievreninyalnızcabir avuç kuramsal fizikçiden başka kimsenin bilmediği, kıvrılmış, ikinci bir boyutu daha olduğunudüşünün. Bu, evrenimizi Şekil 12.5'te görülen, Philippe Petit'nin gerilmiş halatına benzetir. Bu, acabagelecektekidahahassaskütleçekimseldeneylerinasıletkileyecektir?Şekil13.6yabakarakbusoruyabircevap verebiliriz. İki minik cisim birbirine yeterince -kıvrılmış boyutun çevresinden daha fazla-yaklaştırıldığında,uzayın iki-boyutlukarakterianındaortayaçıkar,çünküoölçeklerdekütleçekimialançizgilerinin dağılacağı yer vardır (Şekil 13.6a). İki cisim birbirine yeterince yaklaştırıldığı zaman,kütleçekimikuvvetiuzaklıktanbağımsızolmakyerine,uzaklığıntersiyleorantılıolarakdeğişir.

Şekil13.6(a)Cisimleryakınolduğundakütleçekimi,ikiuzayboyutunasahipevrendeolduğugibi,değişir,(b)Cisimlerdahauzakolduğundakütleçekimibiruzayboyutunasahipbirevrendekigibidavranır,yanisabitkalır.

Bunedenle,eğerböylebirevrendedeneyciolsaydınızvekütleçekiminiölçmeküzerekesinvehassasyöntemler geliştirmiş olsaydınız, bulacağınız sonuç bu olurdu. iki cisim birbirine çok yakın, kıvrılmışboyutun büyüklüğünden daha yakın olduğu zaman, aralarındaki kütleçekimi kuvveti, tam da iki uzayboyutunasahipolanbirevrendenbekleyebileceğinizgibi,uzaklıklarıylaorantılıolarakazalacaktı.Amaozaman,cisimlerinaralarındakiuzaklık,kıvrılmışboyutunçevresikadarolduğunda,her şeydeğişecekti.Bu uzaklığın ötesinde kütleçekimi alan çizgileri daha fazla dağılamayacaktı. İkinci, kıvrılmış boyuttadağılabilecekleri kadar dağılacaklar ve bir sınıra, bir doyma noktasına ulaşacaklardı. Bu uzaklıktanitibarenkütleçekimiŞekil13.6bdegösterildiğigibiuzaklıklaazalmayacaktı.Budoymanoktasınıeskibirevdeki su tesisatına benzetebilirsiniz. Siz tam banyoda saçınızdaki şampuanı durulayacakken, birisimutfakmusluğunuaçtığında,suikiçıkışadağılacağındansubasıncıdüşebilir.Başkabiriçamaşırhanedekimusluğuaçarsasuüçmusluğadağılacağındanbasınçdahadadüşer.Amaevdekitümmusluklaraçıldıktansonra artık su basıncı sabit kalacaktır. Her ne kadar beklediğiniz rahatlatıcı, yüksek basınçlı duşusağlamasada,sudağılabileceğibütün"fazladan"çıkışlarazatendağılmışolduğundanbasınçdahafazladüşmez. Benzer biçimde, kütleçekimi alanı bir kez fazladan, kıvrılmış boyutlara tümüyle dağıldıktansonra,artıkuzaklıkladahafazlaazalmayacaktır.

Elinizdekiverilerdenikişeyçıkarırdınız.Birincisi,cisimlerbirbirineçokyakınolduğundakütleçekimikuvvetinin uzaklıkla orantılı olarak azaldığı gerçeğinden evrenin bir değil iki uzay boyutuna sahipolduğunu anlardınız, ikincisi, kütleçekimi özel bir uzaklıktan sonra yüzyıllardır yapılan deneylersonucundasabitolarakbulunduğunagöre,buboyutlardanbirininkıvrılmışolduğunavebüyüklüğünündebuözeluzaklıkkadarolduğusonucunavarırdınız.Busonuçladahemenhemenhersorgulamanınüzerindegibigörünen,çok temelbir şeyolanuzayınboyutlarının sayısıkonusundakiyüzlerce,belkidebinlerceyıllık inanışı alt-üst etmiş olurdunuz. Her ne kadar göz önünde canlandırma kolaylığı açısından buöykünün daha düşük-boyutlu bir evrende geçmesini sağladıysam da, durum buna çok benzer olabilir.Yüzlerceyıldıryapılandeneylerkütleçekimininuzaklığınküresiyleazaldığınıgöstermiş,budaüçuzayboyutu bulunduğu konusunda güçlü bir kanıt ortaya koymuştur. Ama 1998 yılına kadar hiçbir deneykütleçekimininmilimetredendahaküçükuzaklıklardakigücünüölçememişti(bugün,sözedildiğigibi,busınırmilimetreninondabirinekadarinmiştir).BudaStanford'danSavaşDimopoulos,şimdiHarvard'daolan Nima Arkani-Hamed ve New York Üniversitesi’nden Gia Dvali'nin, zar dünyaları senaryosundafazladan boyutların milimetrenin onda biri kadar olabileceğini ve yine de saptanamayabileceğini önesürmelerineyolaçtı.Buköktenciöneri,bazıdeneygruplarınınterskareyasasınınihlaledildiğinibulmakümidiylemilimetrealtıuzaklıklardakütleçekiminiincelemeyebaşlamasıiçinesinkaynağıoldu.Şimdiyekadar, milimetrenin onda biri ölçeğine kadar herhangi bir şey bulunamadı. Bu yüzden, günümüzünolağanüstü hassasiyetteki kütleçekimi deneyleriyle bile, eğer bir üç-zar içinde yaşıyorsak, fazladanboyutlarmilimetreninondabirikadarolabilirvebizyinedeonlarıfarketmeyebiliriz.

Bu,sononyıldaulaşılanençarpıcıkavrayışlardanbiridir.Kütleçekimidışındakiüçkuvvetikullanarakbirmetreninmilyarkeremilyardabirine(10-18)kadarinebilirizvehiçkimsefazladanboyutlarailişkinbir ipucu bulamamıştır. Ama zar dünyalar senaryosuna göre, kütleçekimi dışındaki kuvvetler zarınkendisine hapsolmuş durumda olduklarından, fazladan boyutların araştırılmasında rol oynayamazlar.Yalnızcakütleçekimifazladanboyutlarındoğasıkonusundafikirverebilirvefazladanboyutlarbirinsansaçıkadarkalınolabiliramayinedeenhassasaletlerlebilesaptanamayabilirler.Şuandahemensizinyanıbaşınızda,hemenbenimyanıbaşımda,hemenherhangibirisininyanıbaşındabirbaşkauzayboyutu-sol/sağ,ileri/geri,aşağı/yukarınındışında-kıvrılmışolmasınarağmenbusayfayıyutabilecekkadarbüyükbirboyutbulunabilirveyinedetümüylebizimkavrayışımızındışındakalabilir.

BüyükFazladanBoyutlarveBüyükSicimler

Zar dünyalar senaryosu dört kuvvetten üçünü hapsederek fazladan boyutların büyüklüğü üzerindekideneysel sınırlamaları büyük ölçüde serbest bırakmıştır ama, fazladan boyutlar bu yaklaşımın büyükolmalarına izinverdiği tekşeydeğildir.Witten'ıngörüşlerini izleyenJoeLykken,ConstantinBachasvearkadaşları, Ignatos Antoniadis ve Arkani-Hamed, Dimopoulos ve Dvali, zar dünyalar senaryosundauyarılmamış,düşük-enerjili sicimlerinbile,öncedendüşünüldüğündençokdahabüyükolabileceklerinifarkettiler.Gerçektendeikiölçek-fazladanboyutlarınbüyüklüğüvesicimlerinbüyüklüğü-birbirleriyleyakındanbağlantılıdır.

Önceki bölümden, bir sicimin temel büyüklüğünün, onun kütleçekimsel titreşim deseninin gözlenengüçteki bir kütleçekimi oluşturmasını gerektirmesinden hareket ederek belirlendiğini hatırlayalım.Kütleçekimininzayıflığısiciminçokkısa,yaklaşıkPlanckuzunluğunda(10-33cm)olduğuanlamınagelir.Amabusonuç,fazladanboyutlarınbüyüklüğünesıkısıkıyabağlıdır.Bununnedeni,sicim/M-kuramında,üçuzun boyutumuzda gözlediğimiz kütleçekimi kuvvetinin gücünün iki faktöre birden bağlı olmasıdır. Bufaktörlerdenbiriyapısalolup,kütleçekimikuvvetinin temelgücüdür, ikinci faktörse fazladanboyutlarınbüyüklüğüdür. Fazladan boyutlar büyüdükçe bunlar daha fazla kütleçekimi taşıyabilir ve kütleçekimininbildiğimiz boyutlardaki gücü daha az görünür. Tıpkı suyun daha fazla dağılması için yeterince hacimsağlayan büyük borularda su basıncının daha düşük olması gibi, fazladan boyutlar da kütleçekiminindağılmasıiçindahafazlayersağlayarakgücününazalmasınanedenolurlar.

Sicimlerin uzunluğunun hesaplanmasında kullanılan özgün hesaplar fazladan boyutların çok küçük,Planck uzunluğu kadar olduğunu, bu nedenle de bunların fazla kütleçekimi taşıyamayacağınıvarsayıyorlardı. Bu varsayıma göre kütleçekimi zayıf görünür çünkü zayıftır. Ama şimdi, zar dünyalarsenaryosuna bağlı kalarak çalışır ve fazladan boyutların önceden düşünüldüğünden çok daha büyükolmasına izin verirsek, kütleçekiminin gözlenen zayıflığı artık onun yapısal olarak zayıf olduğunugöstermez. Kütleçekimi, göreli olarak güçlü olan ama çok sayıdaki fazladan boyutların, tıpkı büyükborulargibi,onungücünüsankiazmışgibigösterdiğibirkuvvetolabilir.Budüşünüşmantığınıizlersek,eğer kütleçekimi, bir zamanlar düşünüldüğünden çokdaha güçlü ise, o zaman sicimler de bir zamanlardüşünüldüklerindençokdahauzunolabilirler.

Günümüzde,sicimlerintamolaraknekadaruzunolduğusorusununbelirli,tekbircevabıyoktur.Hemsicimlerinbüyüklüğü,hemdefazladanboyutlarınbüyüklüğükonularındaöncedendüşünüldüğündendahafazladeğişiklikyapılabileceğininanlaşılmışolmasıyla,birkaçolasılıkortayaçıkmıştır.Dimopoulosveçalışma arkadaşları, hem parçacık fiziğinden hem de astrofizikten elde edilen sonuçların, uyarılmamışsicimlerin uzunluğunun birmetreninmilyar keremilyarda birinden (10-1B) daha büyük olamayacağınıgösterdiğiniilerisürmüşlerdi.Gündelikstandartlarlabüyükolmaklabirlikte,buPlanckuzunluğununyüzmilyonkeremilyar(1017)katı,öncedendüşünüldüğününnerdeyseyüzmilyonkeremilyarkatdahabüyükolduğuanlamınagelir.Şimdigöreceğimizgibibu,sicimlerinizlerininparçacıkhızlandırıcılarınıngelecekkuşağıtarafındansaptanabileceğibirbüyüklüktür.

SicimKuramıDeneyleYüzleşiyor

Elbettebirüç-zariçindeyaşıyorolabileceğimizolasılığıgerçektenyalnızcaşudur:Birolasılık.Zardünyalar senaryosunda fazladan boyutların bir zamanlar düşünüldüğünden çok daha büyük olabileceğiolasılığı ve buna bağlı olarak, sicimlerin de bir zamanlar düşünüldüğünden daha büyük olabileceği

olasılığı da yalnızca olasılıklardır. Ama bunlar, olağanüstü heyecan verici olasılıklardır. Doğru, zardünyalarsenaryosudoğruolsabile,fazladanboyutlarınvesicimlerinboyutlarıhâlâPlanckölçeklerindeolabilir. Ama sicim/M-kuramında sicimlerin ve fazladan boyutların çok daha büyük -günümüzteknolojisininerişimininbirazcıkötesinde-olmalarıolasılığı fantastiktir.Önümüzdekibirkaçyıl içindesicim/M-kuramının gözlenebilir fizikle en azından bir temasta bulunma ve deneysel bir bilim olmaşansınınolmasıdemektir.

Nekadarlıkbirşans?Bilmiyorumamahiçkimsedebilmiyor.Sezgilerimbuolasılığınküçükolduğunusöylüyor amabu sezgiler onbeş yıldandahauzun süredirPlanckbüyüklüğündeki sicimlerle vePlanckbüyüklüğündeki fazladan boyutlarla çalışmaya koşullanmış durumda. Belki de benim içgüdüleriminmodasıartıkgeçmiştir.Neysekibukonuartıkhiçkimseninsezgileriylebağlantılıolmayacakbirşekildeçözülme yolunda: Eğer sicimler büyükse, veya eğer fazladan boyutların bazıları büyükse, bunungelecektekideneylerüzerindekisonuçlarıgerçektengörülmeyedeğerolacaktır.

Gelecek bölümde, diğer şeylerin yanısıra, göreli olarak büyük sicimlerin ve fazladan boyutlarınbulunma olasılıklarını sınayan bazı deneyleri göz önüne alacağız, bu yüzden iştahınızı şimdiden birazaçayım.Eğersicimlerbirmetreninmilyarkeremilyardabirikadar(10-18)büyükse,Şekil12.4'tekidahayüksek harmonik titreşimlere karşı gelen parçacıkların kütleleri, standart senaryodaki gibi çok büyük,Planckkütlesindendahabüyükolmayacaktır.Bunlarınkütleleribirprotonunkütlesininbinkatıilebirkaçbinkatıarasındaolacaktırvebuda,CERN'deşimdiinşaedilmekteolanBüyükHadronÇarpıştırıcısı'nınerişebileceği kadar düşüktür. Eğer bu sicim titreşimleri yüksek enerjili çarpışmalar tarafındanuyarılıyorlarsa, hızlandırıcıların detektörleri yılbaşı gecesinde Times Meydanındaki kristal küre gibiışıyacaktır.Şimdiyekadarhiçgörülmemişbirdiziparçacıküretilecekvebunlarınkütleleribirbirleriyletıpkı bir viyolonselin çeşitli harmoniklerinin birbirleriyle ilişkili olduğu gibi, ilişkili olacaktır. SicimkuramınınimzasıverilereJohnHancock'ubileetkileyecekbirşekildeatılmışolacaktır.Araştırmacılarınbunugöz-lüksüzbilegözdenkaçırmalarımümkünolmayacaktır.

Üstelik,zardünyalarsenaryosunda,yüksekenerjiliçarpışmalar-bunadikkatedin-minikaradeliklerbile üretebilirler.Her ne kadar normal olarakbiz kara delikleri uzayın derinliklerindebulunandevasayapılarolarakdüşünüyorsakda,genelgöreliliğin ilkgünlerindenberi eğeravucunuzdayeterlimaddeyisıkıştırabiliyorolsaydınızminikbirkaradelikyaratabileceğinizbiliniyor.Buolmuyorçünkühiçkimsenin-vehiçbirmekanikaracın-sıkmasıböylebirsıkıştırmayaratmakiçinyeterlideğil.Karadeliğinoluşmasıiçinkabuledilentekmekanizma,çokbüyükkütlelibiryıldızınnükleerkaynaşım(füzyon)sürecisonucudışarı doğru uyguladığı basıncı yenecek kadar büyük bir kütleçekimi kuvveti uygulayarak yıldızı kendiüzerine çökertmesidir. Ama eğer kütleçekiminin küçük ölçeklerdeki yapısal gücü, öncedendüşünüldüğünden çok daha büyükse, minik kara delikler önceden düşünüldüğünden çok daha küçüksıkıştırmalar sonucunda üretiliyor olabilirler. Hesaplar Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın protonlararasındakiyüksek-enerjili çarpışmalaryoluyla çok sayıdamikroskobikkaradelikyaratmak içinyeterlisıkıştırmayı üretebileceğini gösterdi.BüyükHadronÇarpıştırıcısımikroskobik kara delikler üreten birfabrikayadönüşebilir!Bukaradeliklerokadarküçükolurveöylesinekısasüreyaşarlarki,bizeenküçükbir tehdittebulunamazlar (yıllarönceStephenHawkingbütünkaradeliklerinkuantumsüreçleriyoluyladağıldığınıgöstermişti,büyüklerçokyavaş,küçüklerçokhızlı)amabunlarınüretilmesi,ortayaatılanenegzotikiddialardanbazılarınındoğrulanmasıdemekolacak.

ZarDünyalarıKozmolojisi

Çağdaş araştırmaların dünyanın her tarafındaki bilim insanları (bunların aralarında ben de varım)tarafından sıkı sıkıya izlenen temelbir amacı, kozmolojinin sicim/M-kuramınıngetirdiği yeni fikirlerleuyuşan bir formülleştirmesini yapmaktır. Bunun nedeni açıktır: Kozmoloji yalnızca büyük, boğazdadüğümlenensorularlaboğuşmazvebizdeyalnızca tanıdık şeylerin -zamanınokugibi- evrenindoğumusırasındakikoşullarabağlıolduğunuöğrenmeklekalmadık,kozmolojibirkuramcıya,NewYork'unFrankSinatra ya verdiği şeyi verir: Mükemmel bir kanıtlama arenası. Eğer bir kuram görevini evrenin ilkanlarınınkarakteristiközelliğiolanuçkoşullardayapabiliyorsa,heryerdeyapabilecekdemektir.

Günümüzde, sicim/M-kuramına göre kozmoloji, araştırmacıların iki temel yola yöneldiği, gelişmekteolanbirçalışmadır.İlkvedahagelenekselolanyaklaşım,tıpkışişmeninstandartBüyükPatlamakuramınakısaamaönemlibircephesağladığıgibi,sicim/M-kuramınındaşişmeyebelkidahaeskiamaçokdahaönemlibircephesağladığınıvarsayar.Sicim/M-kuramınınevreninilkanlarınıanlamaktakieksikliğimizigöstermek üzere kullandığımız bulanık bölgenin bulanıklığını gidereceği ve daha sonra da kozmolojikoyunun şişme kuramının çok başarılı senaryosuna göre gelişeceği yolundaki görüş, daha öncekibölümlerdeişlenmişti.

Bu görüşün gerektirdiği özel ayrıntılar konusunda ilerleme varsa da (neden evrendeki yalnızca üçboyutun genişlemeye maruz kaldığını anlamaya çalışmak ve şişme öncesinde yaşanmış olabilecekuzaysız/zamansızortamıçözümlemeyeyarayabilecekmatematikselyöntemlerigeliştirmek),eurekaanlarıhenüz gelmemiştir. Sezgimiz, şişme kozmolojisinin gittikçe daha eski zamanlarda gözlenebilir evreningittikçedahaküçük-buyüzdendedahasıcak,dahayoğunvedahayüksekenerjili-olduğunuvarsayıyorolsa da, sicim/M-kuramının bu dışı (fizik diliyle tekil) davranışı, daha altında yeni ve daha az tekilniceliklerinortayaçıktığıbir"enküçük"ölçü(350-351.cisayfalardakitartışmamızgibi)ortayakoyarakaştığı yolundadır. Bu mantık, sicim/M- kuramının genel görelilikle kuantum mekaniğini başarıylabirleştirmesinin temelinde yer alır ve birçok araştırmacı kısa bir süre sonra, aynı mantığı kozmolojibağlamında nasıl uygulayabileceğimizi bulacağımızı umuyor. Ama şimdilik bulanık bölge hâlâ bulanıkgörünüyorvenezamanberraklaşacağıtamolarakbilinmiyor.

İkinci yaklaşımda zar dünyalar senaryosunu kullanılır ve bunun en köktenci t üründe, yepyeni birkozmolojikyapıilerisürülürler.Buyaklaşımınayrıntılıbirmatematikselçözümlemesonrasındayaşayıpyaşamayacağıhenüzaçıkolmamaklabirlikte,temelkuramdakiatılımlarıniyibilinenbiralandanasılyeniyollarortayakoyduğununiyibirörneğidir.Buönericyclic(yinelenen)kozmolojiadınıalır.

YinelenenKozmoloji

Zaman açısından gündelik yaşantılar bizi iki tür olguyla karşı karşıya getirir: Kesin bir biçimdebelirlenmişbirbaşı,ortasıvesonuolanlar(bukitap,birbeysbolmaçı,insanhayatı)veyinelenen,tekrartekrarolanlar(değişenmevsimler,Güneş’indoğuşvebatışları,LarryKing’inevlenmeleri).Elbettedahayakındanbakıldığındayinelenmelergenelolaraksonsuzakadarsürmediğinden,yinelenenolgularındabirbaşıvebirsonuolduğunuanlarız.Güneş5milyaryıldırhergündoğuyorvebatıyor,yaniDünya5milyaryıldırhemkendiekseniçevresindedönüyorhemdeGüneş’inçevresindedolanıyor.AmabununöncesindeGüneş ve güneş sistemi henüz oluşmamıştı. Bir gün, günümüzden yaklaşık beşmilyar yıl sonra,Güneşkırmızı dev bir yıldıza dönüşecek,Dünya da içinde olmak üzere bütün iç gezegenleri yutacak ve artıkGüneş'indoğmasıyadabatmasıgibibirkavramolmayacak,enazındanburada.

Amabunlarçağdaşbilimselgörüşler.Eskileregöreyinelenenolgularsonsuzakadaryineleniyorgibigörünüyordu.Birçoklarınagöresüresinidoldurupyenidenbaşadönenyinelenenolgulartemelolgulardı.

Günlerin ve mevsimlerin döngüleri çalışmanın ve hayatın ritmini belirler, bu yüzden en eski yazılıkozmolojilerin, Dünyanın gelişmesine yinelenen bir olgu olarak bakmalarına şaşırmamak gerekir.Yinelenenkozmoloji,belirlibirbaşlangıç,ortavesonyerineDünya'nıntıpkıAy'ınevrelerigibiyinelenenevrelerdengeçtiğinivarsayar:Birtamdöngüyüyaşadıktansonrakoşullarherşeyinyenidenbaşlamasıveyenibirdöngüyübaşlatmasıiçinolgunlaşır.

Genelgöreliliğinkeşfindenbuyanabazıyinelenenkozmolojikmodellerortayaatıldı;bunlardaneniyibilineni 1930'larda Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden Richard Tolman tarafından geliştirilmişti.Tolman evrenin gözlenen genişlemesinin yavaşlayabileceğim, bir gün durabileceğini ve bunu, evreningiderek küçüleceği bir büzülme evresinin izleyeceğini öne sürüyordu. Ama kendi üzerine çökerek yokolmakyerineTolmanevreninsekeceğiniönesürüyordu:Evrenbüzülerekküçükbirboyutaulaşabilirvesonraseker,yenibirbüzülmetarafındanizlenecekbirgenişlemeevresiniyenidenbaşlatır.Buçevrimi-genişleme, büzülme, sekme, yenidengenişlemevb.- sonsuzakadar yineleyenbir evren, kökenle ilişkilizorlukonulardanzarifbirbiçimdekurtulmuşolur:Böylebirsenaryodakökenkavramıuygulanamazçünküevrenherzamanvardıveherzamanvarolacaktır.

AmaTolmangünümüzdengeriyedoğrubakıldığındayinelenmelerinbirsüredevametmişolabileceğiniamasüresizolarakdevamedemeyeceğinianlamıştı.Bununnedeni,heryinelenmedetermodinamiğinikinciyasasının entropinin ortalama olarak artacağını söylemesidir. Ve genel göreliliğe göre, her yinelenmebaşlangıcındaki entropimiktarı, oyinelenmeninnekadar süreceğinibelirler.Daha fazla entropi,dışarıdoğru genişleme yavaşlayıp durmadan ve içeri çöküş başlamadan önce daha uzun süreli bir genişlemedönemianlamınagelir.Bunedenleherardışıkçevrimkendindenöncekindenuzunsürer;eşdeğerolarakdaha önceki çevrimler giderek daha kısalır.Matematiksel olarak çözümlendiğinde, çevrimlerin süreklikısalması, bu çevrimlerin geçmişte sonsuza kadar uzanamayacağı anlamına gelir. Tolman'ın yinelenenyapısındabileevreninbirbaşlangıcıolmakzorundadır.

Tolman'ın önerisi küresel bir evren gerektiriyordu ki, bu da, görmüş olduğumuz gibi, gözlemlertaralındanolasılıkdışınaitilmişti.Amasonzamanlardadüzbirevrengerektiren,yinelenenkozmolojininkökten yeni bir türü sicim/M-kuramının içinde geliştirilmişti. Fikir Cambridge Üniversitesi’nden PaulSteinhardt ve çalışma arkadaşıNeilTurok'a (BurtOvrut,NathanSeiberg ve JustinKhoury ile birlikteyaptıkları çalışmanın sonuçlarını yoğunbir biçimdekullanarak) ait vekozmikevrimihareketegeçiren,radikalbirbiçimdeyenibirmekanizmaöneriyor.Araştırmacılar,kısacaherbirkaçtrilyonyıldabir,birbaşka, paralel üç- zarla şiddetle çarpışan bir üç-zar içinde yaşamakta olduğumuzu öne sürüyorlar.Çarpışmasırasındaoluşan"patlama",yenibirkozmolojikdöngüyübaşlatıyor.

Şekil13.7(a)Kısabiraraylaayrılmışikiüç-boyutluzar

ÖnerininŞekil13.7'degörülentemelibirkaçyılöncekozmolojidışıbirbağlamdaHoravaveWittentaralındanortayaatılmıştı.HoravaveWitten,Wittentarafındanilerisürülenbeşsicimkuramıarasındakibirliği tamamlamayaçalışıyorlardı.EğerM-kuramındakiyedifazladanboyuttanbiriçokbasitbirşeklesahip ise -Şekil 12.7'deki gibi bir çember değil, Şekil 13.7'deki gibi küçük bir doğru parçası- ve"dünyanınsonu"adıverilenvekitapkapaklarınabenzeyenzarlartarafındansınırlandırılmışsa,ozaman,Heterotik-E sicim kuramıyla bütün diğerleri arasında doğrudan bir bağlantı kurmak mümkün olur. Bubağlantıyı nasıl kurdukları açık olmadığı gibi önemli de değildir (ilgileniyorsanız, Evrenin Zarafeti,Bölüm12yebakabilirsiniz);buradaönemliolan,bununkuramınkendisindençıkanbirbaşlangıçnoktasıolmasıdır.SteinhardtveTurokbunukozmolojikönerileriiçindestekolarakkullandılar.

ÖzelolarakSteinhardtveTurok,Şekil13.7'dekiherzarınüçuzayboyutuolduğunu,bunlararasındakidoğruparçalarınındadördüncüuzayboyutunuoluşturduğunuvarsayıyorlar.Geriyekalanaltıuzayboyutuda, sicim titreşim desenlerinin bilinen parçacık türlerini açıklayabilmesi için uygun olan Calabi- Yauuzayında(şekildegösterilmemiştir)kıvrılmışdurumdadırlar.Doğrudanhaberdarolduğumuzevrenbuüç-zarlardan birine karşılık gelir; eğer hoşunuza gidiyorsa ikinci üç-zarı bir başka evren olarakdüşünebilirsiniz. Eğer varsa, bu evrende yaşayanlar da, deneysel teknolojileri ve uzmanlıklarınınbizimkinden çok ileri olmadığını varsayarsak, yalnızca üç uzay boyutundan haberdar olacaklardır. Budurumdadiğerüç-zar-diğerevren-hemenyakınımızdademektir.Buevrenmilimetreninküçükbirkesrikadarbiruzaklıktahavadaduruyor(aradakiuzaklık,Şekil13.7'dekigibi,dördüncüuzayboyutudur)amabizim üç-zarımız o kadar yapışkan ve hissettiğimiz kütleçekimi o kadar zayıf ki, ne bizim bu evreninvarlığı konusunda doğrudan bir kanıtımız var, ne de diğer evrenin olası sakinlerinin bizim hakkımızda

doğrudankanıtlarıolabilir.

Şekil13.8Döngüselzar-dünyakozmolojimodelindeçeşitliaşamalar

AmaSteinhardtveTurok'unyinelenenkozmolojikmodelinegöre,Şekil13.7,herşeyinşimdiyekadarnasılolduğunuvebundansonranasılolacağınıgöstermez.Onlarınyaklaşımında,ikitaneüç-zarbirbirinedoğruçekilir-sankiminiklastikbantlarlabirbirlerinebağlanmışlargibi-vebudaherbirinin,diğerininkozmik evrimini etkilediği anlamına gelir: Zarlar sonsuz bir yaklaşma, çarpışma, uzaklaşma, yenidençarpışma çevrimindedirler, sonsuza kadar, genişlemekte olan dünyalarını yeni baştan üretirler. Bununnasılolduğunugörmekiçin,tambirçevrimiadımadımgösterenŞekil13.8'ebakın.1.Evredeikitaneüç-zar birbirlerine doğru çekilmişler, çarpışmışlar ve yeniden uzaklaşmak üzereler. Çarpışmanın devasaenerjisibirbirlerindengerisekenherikiüç-zardadaönemlimiktardayüksek-sıcaklıktaışınımvemaddebirikmesinenedenolurve-önemlinoktaburadadır-SteinhardtveTurokbumaddeve ışınımınayrıntılıözelliklerinin,şişmemodelindeüretilenlerlehemenhemenaynıolduğunuiddiaediyorlar.Hernekadarbukonuüzerinde hâlâ biraz tartışmavar ise de, Steinhardt veTurokbuyüzden iki tane üç-zar arasındakiçarpışmanın, Bölüm 10 da incelenen daha konvansiyonel şişme genişleme patlamasından bir an sonrasahipolacaklarıfizikselkoşullarınçokbenzerlerinesahipolmalarıylasonuçlanacağınıönesürüyorlar.Ozaman, bizim üç-zarımızdaki varsayımsal bir gözlemci için sürpriz olmayacak biçimde, yinelenenkozmolojik modeldeki diğer birkaç evre, temel olarak Şekil 9.2'de gösterilmiş olan standartyaklaşımdakilerle temelde aynıdır (o şekli şimdi iki tane üç-zarın evrimini gösteriyor olarakyorumluyoruz).Yani bizim üç-zarımız çarpışmadan sonra geri sekerken genişler ve soğur, bu arada 2.Evredegörebileceğinizşekilde,ilkelplazmadanyıldızvegalaksigibikozmikyapılaroluşur.Dahasonra,Bölüm 10'da incelenen son süpernova gözlemlerinin verdiği esinle, Steinhardt veTurokmodellerini 7milyar yıl sonra -3. Evre- bildiğimiz madde ve ışınımdaki enerjinin, zarın genişlemesiyle yeterincezayıflayacağı ve bir karanlık enerji bileşeninin baskın geleceği ve onun negatif basıncının ivmeli birgenişleme başlatacağı şekilde kuruyorlar. (Bu, ayrıntıların keyfi olarak ayarlanmasını gerektirir amamodelin gözlemle uyuşmasını sağlar ve bu yüzden de yinelenenmodeli ortaya atanların güdülenmeleriyüksektir.)Yaklaşık7milyaryılsonra,bizinsanlar,enazındanşuandakiçevrimde,kendimiziyeryüzündebulur ve ivmeli evrenin ilk dönemlerini yaşarız. Daha sonra, kabaca gelecek trilyon yılda, bizim üç-zarımızın süren ivmeli genişlemesi dışındayeni pekbir şeyolmaz.Budabizimüç-boyutlu uzayımızın

devasabirfaktörlegerilmesi,buyolladamaddeveışınımınneredeyseyokoluncayakadarseyrelmesivegeriyeneredeysetümüyleboşvetümüylebirörnekgibigörünenbirzardünyasıbırakmasınayetecekkadaruzundur:4.Evre.

Bunoktadaüç-zarımızilkçarpışmasonrasıgerisekmesinitamamlamışvediğerüç-zaradoğruyenidenyaklaşmaya başlamıştır. Diğer çarpışmaya giderek yaklaşırken, bizim zarımıza bağlı olan sicimlerinkuantumtitreşimleri,onunboşluğunuminikdalgacıklarladoldurur,5.Evre.Bizhızlandıkça,dalgacıklardabüyümeyedevameder; sonra şiddetli bir şekildediğer üç-zarla çarpışır vegeri sekeriz, çevrimdeyenidenbaşlar.Kuantumdalgacıkları,çarpışmasırasındaortayaçıkanışınımvemaddedeminiktürdeşlikbozukluklarınanedenolurvetıpkışişmesenaryosundaolduğugibi,bumükemmelbirörnekliktensapışlarkümelenmeleredönüşürvesonuçtayıldızvegalaksilerioluştururlar.

Bunlar, yinelenen modeldeki ana evrelerdir. Ön koşulu -çarpışan zar dünyalar- başarılı şişmemodelininkindençokfarklıdıramayinedeikiyaklaşımarasındaönemlitemasnoktalarıvardır.Butemelbenzerliklerden biri her ikisinin de başlangıçtaki birörneklik bozukluklarının yaratılmasını kuantumçalkantılarına bağlamasıdır. Gerçekten de Steinhardt ve Turok, yinelenen modeldeki kuantumdalgacıklarınıyönetendenklemlerin,şişmemodelindekilerlehemenhemenaynıolduğunu,buyüzdenikikuramınsonuçtaortayaçıkacağınıhesapladıklarıbirörneklikbozukluklarınındaneredeyseaynıolduğunuönesürüyorlar."Üstelik,yinelenenmodeldebirşişmepatlamasıolmasada,trilyonyılsüreli,(3.Evredebaşlayan)dahayumuşakbirivmeligenişlemevardır.Amabugerçektenbiraceleyadasabırsorunudur;şişmemodelininbirpatlamadaeldeettiğiniyinelenenmodelneredeysegöreliolaraksonsuzbirzamandaeldeeder.Yinelenenmodeldekiçarpışmaevreninbaşlangıcıolmadığıiçin,kozmolojiyeilişkinkonuları(düzlük ve ufuk problemi gibi), her önceki çevrimin son trilyon yıllarında yavaş yavaş çözme lüksüvardır.Heryinelenmeninsonundakiuzunsürenyumuşakamasürekliivmeligenişleme,üç-zarımızıgüzelvedüzbirbiçimdegererveminikamaönemlibirkuantumdalgalanmasıdışındaonusonderecebirörnekhale getirir. Her çevrimin sonunda, diğer çevrimin başındaki bir çarparak yamyassı oluş tarafındanizlenenuzun,sonaşaması,şişmeyaklaşımındakikısasürelişiddetligenişlemeninortayaçıkardığınaçokbenzerbirortamayolaçar.

KısaBirDeğerlendirme

Şu andaki gelişme düzeyleriyle hem şişme modeli hem de yinelenen model, kozmolojik yapılarınkavranmasını sağlaramahiçbiri tambirkuramortayakoymaz.Evrenin ilkanlarındakibaskınkoşullarıbilmemek, şişme kozmolojisini önerenleri, kuramsal doğrulama olmaksızın, şişmenin başlamasınıgerektirenkoşullarınortayaçıktığınıvarsaymayazorlar.Eğerbukoşullarortayaçıktıysa,kurampekçokkozmolojikbilmeceyiçözervezamanınokunubaşlatır.Amaböylebaşarılarilkplandaşişmeninolmasınabağlıdır.Üstelikşişmekozmolojisisicimkuramınıniçinedikişsizbirşekildegömülüolmadığıiçin,henüzkuantummekaniğivegenelgöreliliğintutarlıbirbirleşimininbirparçasıdeğildir.

Yinelenen modelin de kendine has eksiklikleri vardır. Tolman’ın modelinde olduğu gibi, entropibirikmesi (ve kuantum mekaniğinin göz önüne alınması) yinelenen modelin yinelenmelerinin sonsuzakadar sürememesine neden olur.Yinelenmeler geçmişte, belirli bir zamanda başlar ve şişmede olduğugibi, ilk çevrimin nasıl başladığını açıklamak zorunda kalırız. Eğer başladıysa, o zaman kuram, yineşişmede olduğu gibi, temel kozmolojik problemleri çözer ve zamanın okunun her düşük-entropiliçarpışmadan başlayarak ileriye, Şekil 13.8’deki evrelere doğru yönlenmesini sağlar. Ama şimdilerdedüşünüldüğü gibi, yinelenen model evrenin neden ve nasıl kendini Şekil 13.8 için gerekli olan bir

durumdabulduğu sorusunabir açıklıkgetirmez.Örneğin, neden fazladanboyutlarınbiri görevini yaparbiçimdeikitaneüç-zarıayıranbiruzaysalparçaşeklinialırkenaltıboyutkendileriniözelbirCalabi-Yauşeklinde kıvırıyor? Nasıl oluyor da dünyanın-sonu üç-zarlar mükemmel bir şekilde hizalanıyor vebirbirlerini tam olması gereken kuvvetle çekerek Şekil 13.8’deki evrelerin anlattığımız gibiilerlemelerinenedenoluyor?Vekritikönemdebirsoruolarak,yinelenenmodelinpatlamasındaikitaneüç-zarçarpıştığındagerçekteneoluyor?

Bu son soruda, yinelenen modeldeki çarpmanın şişme kozmolojisinde sıfır anında karşılaşılantekillikten daha az sorunlu olacağı umudu vardır. Uzayın tümünün sonsuz derecede sıkışması yerine,yinelenenyaklaşımdazarlararasındakitekboyutsıkıştırılır;heryinelenmedezarlarınkendilerisıkışmaz,tam tersine genel olarak genişlerler, işte Steinhardt, Turok ve çalışma arkadaşları bunun, zarlarınkendilerindesonlusıcaklığavesonluyoğunluğasahipolmalarınıgerektirdiğiniönesürüyorlar.Amabu,geçici bir sonuçtur çünkü şimdiye kadar hiç kimse denklemlerden daha iyi bir şey elde edememiş vezarlar birbirleriyle çarpıştığında tamolarakneolduğunuortayakoyamamıştır.Gerçekten, şu anakadartamamlanan çözümlemeler, çarpmanın şişme kuramındaki sıfır anındaki problemin bir benzeriylekarşılaştığınıgösteriyor:Matematikçöküyor.Buyüzden,isterevreningerçekbaşlangıcı,isterseşimdikiyinelenmeninbaşlangıcı olsun, kozmolojinin tekil başlangıç konusunakesin bir çözümgetirmesi gereğivardır.

Yinelenen modelin en zorlayıcı özelliği, karanlık enerjiyi gözlenen ivmeli genişlemeyle birleştirmeyoludur. 1998'de, evrenin ivmelenerek genişlediği keşfedildiğinde, bu, birçok fizikçi ve astronom içinsürprizolmuştu.Karanlıkenerji,evrenintam,doğrumiktardakaranlıkenerjiiçerdiğivarsayılarakşişmekozmolojik yapısının içine katılabilirse de, ivmeli genişleme hantal bir yama gibi duruyor. Yinelenenmodelde,tersine,karanlıkenerjininrolüdoğalveçokönemlidir.Karatahtayısilmek,gözlenebilirevrenihiçliksınırınakadarseyreltmekvekoşullarıgelecekyinelenmeyehazırlamakiçintrilyon-yılsürenyavaşama sürekli ivmelenen bir genişlemenin hayati önemi vardır. Bu açıdan, hem şişme modeli hem deyinelenen model ivmeli genişlemeye dayanır -şişme modeli başlangıca yakın ve yinelenen model herçevrimin sonunda- ama doğrudan gözlemsel kanıtı olan, ikincisidir. (Yinelenen yaklaşımın, bizim tamşimdi trilyon yıllık ivmeli genişleme evresine girmekte olduğumuz şeklinde tasarlandığını, böylesi birgenişlemeninsesondönemdegözlendiğinihatırlayın.)Bu,yinelenenmodelinhanesineyazılmışbirartıdır,ama aynı zamanda, eğer ivmeli genişleme gelecekteki gözlemler tarafından doğrula- namazsa, şişmemodelininyaşayabileceği(hernekadarevreninenerjibütçesininkayıpolanyüzde70'ibilmecesiyenidenortayaçıkacaksada)amayinelenenmodelinvarlığınısürdüremeyeceğianlamınagelir.

UzayZamanaİlişkinYeniAlgılamalar

Zar dünyalar senaryosu ve onun ürettiği yinelenen kozmoloji modeli son derece tartışmaya açıktır.Bunları burada doğru oldukları konusunda emin olduğum için değil, içinde yaşadığımız uzay ve onungeçirdiğievrimkonularındasicim/M-kuramınınesinlendiği,çarpıcıyeniyollarıgöstermekistediğimiçintartışmayaaçtım.Eğerbirüç-zarıniçindeyaşıyorsak,ozamanüçboyutluuzayınfizikselliğineilişkinsoru,enkesincevabınakavuşur:Uzaybirzarolur,böylecedekesinlikle"bir şey"olur.Değişikboyutlarda,sicim/M-kuramınındahayüksek-boyutluaçılımındayeralanpekçokbaşkazarolacağıiçin,özelbirşeydeolmayabilir.Eğerbizimüç-zarımızüzerindekikozmolojikevrim,yakındakibirbaşkazarilesüregidençarpışmalar tarafındanyönlendiriliyorsa,bildiğimizzamanevreninpekçokçevrimindenyalnızcabirinikapsayacak,birbüyükpatlamayıbirdiğeri,sonrabirdiğeriizleyecektir.

Bana göre, bu hem heyecan verici, hem de alçakgönüllü olmamızı gerektiren bir görüştür.Beklediğimizdençokdahauzayvezamanolabilir;eğervarsa,"herşey"olarakgözönünealdıklarımız,çokdahazenginbirgerçekliğinçokküçükbirbölümüolabilir.

5–GERÇEKLİKVEHAYALGÜCÜ

XIV.Bölüm-YukarıdaGöklerdeveAşağıdaYerde

UzayveZamanlaDeneyler

EmpedoclesveAgrigento'nun evreni toprak, hava, ateşve suyla la açıkladığındanbuyana çokyolaldık. Newton'dan yirminci yüzyılın devrimci keşiflerine kadar kaydettiğimiz ilerlemelerin çoğu,gösterişli bir biçimde kesin kuramsal öngörülerin deneylerce doğrulanması şeklinde ortaya çıkmıştır.Ama1980'lerinortalarındanbuyana,kendibaşarımızınkurbanıolduk.Kavrayışımızınsınırlarınıdurmakbilmeksizindahaötelereitmesiylekuramlarımız,çağdaşteknolojimizinerişemediğialanlaragirdiler.

Bununla birlikte, biraz çaba ve şansın yardımıyla, birçok uç fikir önümüzdeki birkaç on yıldasınanabilecektir. Bu bölümde inceleyeceğimiz gibi, planlanan ya da gerçekleşme aşamasında olandeneylerfazladanboyutlar,karanlıkmaddevekaranlıkenerjininbileşimi,kütleninveHiggsokyanusununkökeni,evreninilkdönemlerininkozmolojiközellikleri,süpersimetrininilişkisivebüyükolasılıklasicimkuramınınkendisinindoğruluğukonularındaçokdahafazlafikirvermepotansiyelinesahiptir.Bunedenle,biraz da şansın yardımıyla, birleştirme, uzay ve zamanın doğası ve bizim kozmik kökenimiz belki desonundasınanabilecektir.

SürüklenenEinstein

Genel göreliliği formülleştirmek için on yıl süren savaşımında Einstein, çok çeşitli kaynaklardanesinlendi. Hepsinin en etkilisi, on dokuzuncu yüzyılda aralarında Carl FriedrichGauss, Janos Bolyai,Nikolai Lobachevsky ve Georg Bernhard Riemann'ın da bulunduğu parlak matematikçiler tarafındangeliştirilen,bükülmüşşekillerinmatematiği ile ilgiligörüşlerdi.Bölüm3'te incelediğimizgibiEinstein,ErnstMach'ın görüşlerinden de esinlenmişti.Mach'ın ilişkisel uzay kavramını savunduğunu hatırlayın:Onagöreuzaybircismindiğerinegöreyerininbelirlenmesinisağlayanbirdiloluşturuyorduamakendisibaşlı başına bağımsız bir varlık değildi. Başlangıçta Einstein, Mach'ın bakış açısını heyecanladestekliyordu,çünkügöreliliğibirkuramınolabileceğikadargöreliydi.AmaEinstein'ingenelgörelilikkavrayışı derinleştikçe, göreliliğin Mach'ın fikirlerini tam olarak paylaşmadığını fark etti . Genelgöreliliğegöre,bomboşbirevrendedönmekteolanNewton'unkovasındakisuiçbükeybirşekilalacaktıvebuda,mutlakbirivmekavramıöngördüğüiçinMach'ıntümüyleilişkiselbakışaçısıylaçelişiyordu.Budurumdabile,genelgörelilikMach'ıngörüşlerininbazıyönlerinipaylaşmaktadırvegelecekbirkaçyılda,kırk yıla yakın bir süredir geliştirilmekte olan 500milyon dolarlık bir deney,Mach'ın görüşlerinin enparlaközelliklerindenbirinisınamayahazırlanmaktadır.

İncelenecekfizik,JosephLenseveHansThirringadlıAvusturya’lıaraştırmacıların,genelgöreliliğikullanarakbüyükkütlelibircisminuzayıeğrilttiğini-birtrampolinüzerindeduranbirbowlingtopugibi-vebunedenlededönencisimlerinuzayı(vezamanı),tıpkıbirkovasuyaatılandönmekteolanbirtaşınsuyusürüklediğigibisürüklediğinigösterdikleri1918yılındanberibiliniyor.Buolayyapısürüklenmesiolarakbilinirveörneğinhızladönmekteolanbirnötronyıldızınadoğruserbestçedüşenbirasteroidin,dönmekte olan uzayın yarattığı anafora kapılacağını ve nötron yıldızının yüzeyine doğru yoluna devamederken döneceğini ima eder. Bu etkiye yapı sürüklenmesi adı verilmiştir çünkü asteroidin bakışaçısından bakıldığında asteroid dönerek düşmemektedir. Uzaysal bir ızgara boyunca doğrudandüşmektediramauzaydöndüğüiçin(Şekil14.1'deolduğugibi)ızgaradabükülür,buyüzdende"doğrudanaşağı"nınanlamıuzak,dönmeyenbirperspektiftenbakılanagörefarklılaşır.

Şekil14.1Dönmekteolanbüyükkütlelicisimleruzayı,serbestçedüşmekteolancisimleriçevrelerindedöndürereksürükler.

Mach'aolanbağlantıyıgörebilmekiçin,dönmekteolanbüyükkütlelicisminiçiboşolandevbirküreolduğu bir yapı sürüklenmesini düşünün. Einstein tarafından 1912'de (henüz genel göreliliği biletamamlamadanönce)başlatılan,1965'teDieterBrillveJeffreyCohentarafındansürdürülenvesonunda1985'teHerbertPfisterveK.BraunadlıAlman fizikçiler tarafından tamamlananhesaplar, boşküreniniçindeki uzayın da dönme hareketi sonucunda sürükleneceğini ve anafor benzeri bir dönme hareketioluşturacağınıgöstermiştir.Eğeriçisudoluolandurağanbirkova-uzaktakibirgözlemcininbakışaçısınagöredurağan-dönmekteolanböylebirküreniniçinekonursa,hesaplardönenuzayındurağansuüzerindebir kuvvet uygulayacağını ve suyun kovanın kenarlarında yükseleceğini ve yüzeyinin içbükey bir şekilalacağınıgöstermiştir.

BusonuçMach'ınhoşunagiderdi.Hernekadar"dönenuzay"tanımlamasınıbeğenmesede-çünkübutanımuzayıbir şeyolarakkabulediyor-kürevekovaarasındakigörelihareketinsuyüzeyininşeklinindeğişmesine neden olmasından hoşlanırdı. Gerçekten, yapılan hesaplar bütün evrenin içerdiği kadarkütleyesahipolaniçiboşbirküreiçin,küreninmikovanındışındadöndüğünüyoksakovanınmıküreniniçindedöndüğünüdüşünmenizinbirönemiolmadığınıgösteriyor.Mach'ınsavunduğugibi,önemliolantekşeyikisininarasındakigöreliharekettir.Sözünüettiğimhesaplargenelgöreliliktekullanılanlardanbaşkasıolmadığı için bu, Einstein'ın kuramının Mach'çı yanını gösteren açık bir örnektir. (Bununla birlikte,standart Mach'çı düşünüş, kovanın sonsuz, boş bir evrende dönüyor olması halinde su yüzeyinin düzkalacağınıönesürersedegenelgörelilikbugörüşekatılmaz.PfisterveBraun'unsonuçlarınıngösterdiğişey, dönmekte olan yeterince büyük kütleli bir kürenin, dışarıdaki uzayın etkilerini tümüyleengelleyebildiğiyolundadır.)

1960'ta, Stanford Üniversitesi'nden Leonard Schiff ve A.B.D Savunma Bakanlığı'ndan Goerge Pughbirbirlerindenbağımsızolarakgenelgörelilikteki"uzaysürüklenmesi"fikrininDünya'nındönmehareketikullanılarak deneysel olarak doğrulanabileceğim öne sürdüler. Schiff ve Pugh, Newton fiziğine göre,Dünya'nın yörüngesinde dolanan, dönmekte olan bir jiroskopun -belirli bir eksen çevresinde dönenbirtekerlek- sabit bir yönü göstereceğini anlamışlardı.Ama genel göreliliğin hesaplarına göre jiroskopunekseni, Dünya'nın dönerken çevresindeki uzayı sürüklemesi nedeniyle hafifçe yön değiştirecekti.Dünya'nın kütlesi, Pfister ve Braun'un hesaplarında kullandıkları varsayımsal, içi boş kürenin kütlesi

yanındaçokküçükolduğundan,Dünya'nındönmesindenkaynaklananuzaysürüklenmesiçokçokküçüktür.Ayrıntılıhesaplargösterdiki,eğerjiroskopuneksenibaşlangıçtabiryıldızıgösterecekşekildeayarlanmışolsa, bir yıl sonra yavaşça sürüklenen uzay, ekseni bu yönden bir derecenin yüz binde biri kadarsaptırabilecekti.Budabirsaatyelkovanınınmilyondaikisaniyedesüpüreceğibiraçıolduğuiçin,bizeönemlibirbilimsel,teknolojikvemühendislikproblemisunar.

KırkyıllıkgelişmeveyaklaşıkyüzdoktoraçalışmasısonrasındaFrancisEveritttarafındanyönetilenvemaliolarakNASAtarafındandesteklenenbirStanfordekibibudeneyiyapmayahazırdı.Birkaçyılsonra,buekibinhazırladığı,yeryüzündenyaklaşık600kmyukarıdakiyörüngesindedolananveozamanakadaryapılmış en hassas dört jiroskobu taşıyan Kütleçekimi Sondası B adlı uydu, Dünya'nın dönmesindenkaynaklanan uzay sürüklenmesini ölçme girişiminde bulunacaktır. Eğer deney başarılı olursa, genelgöreliliğin günümüze kadar elde edilmiş en hassas deneysel doğrulamasını yapmış olacak veMach'çıetkininilkdoğrudankanıtınıortayakoymuşolacaktır.Aynıderecedeheyecanvericibirbaşkaolasılıkdadeneylerde,genelgöreliliğinhesaplarındanbirsapmabulunmasıdır.Genelgöreliliğintemellerindeortayaçıkabilecekböylesiminikbirçatlak,belkideuzay-zamanınşimdiyekadargizlikalmışolanözelliklerinebirgözatmakiçinihtiyacımızolanbirşeydir.

DalgayıYakalamak

Genelgöreliliktençıkarılacaktemelders,kütleveenerjininuzay-zamanındokusunueğrilttiğidir;bunuŞekil3.10'daGüneş'inçevresinieğrilmişolarakçizerekgöstermiştik.Durağanşeklinbireksikliği,kütleveyaenerjinindağılımıbirşekildedeğiştiğindeuzaydakieğrilmelerinnasıldeğiştiğinigösterememesidir.Genelgörelilik,tıpkıbirtrampolininüzerindesabitdurduğunuzdadeğişmeyenbirşekilalmasıamayukarısıçrayıpaşağıdüştüğünüzdeşeklinideğiştirmesigibimaddedurağanolduğundauzayındaŞekil3.10'dagörüldüğü gibi eğrilmiş ama sabit bir şekil aldığını, ama madde hareket ettikçe uzayın dokusundadalgacıklarınyayılacağınıöngörür.Einsteinbukavrayışa1916ve1918'de,yenibulduğugenelgörelilikdenklemlerini kullanarak -tıpkı bir anten üzerinde aşağı-yukarı hareket eden elektrik yüklerininelektromanyetik dalgalar üretmesi gibi (radyo ve televizyon dalgalan böyle üretilir)- şu veya bu yönehareket eden maddenin de (bir süpernova patlamasında olduğu gibi) kütleçekimi dalgalan üreteceğinigösterdiğinde ulaşmıştı. Kütleçekimi eğrilik demek olduğu için, kütleçekimi dalgası da bir eğrilikdalgasıdır.Nasılhavuzaatılanbirçakıl taşı,dışarıdoğruyayılandalgacıklaroluşturursa,dönenmaddede dışarı doğru yayılan uzaysal dalgacıklar oluşturur; genel göreliliğe göre uzaklardaki bir süpernovapatlaması,Şekil14.2'degösterildiğigibi,uzay-zamanhavuzunaatılankozmikbirçakıltaşıgibidir.Şekilkütleçekimidalgalarınınönemli,ayırtedicibirözelliğinigösteriyor:Elektromanyetikdalgalardan,sesvesu dalgalarından farklı olarak -bunlar uzayda yayılan dalgalardır- kütleçekimi dalgaları uzayınkendisindedir.Bunlaruzay-zamanıngeometrisininhareketedençarpılmalarıveyaeğrilmeleridir.

Şekil14.2Kütleçekimidalgalarıuzay-zamanındokusundakidalgacıklardır.

Kütleçekimi dalgaları artık genel göreliliğin kabul edilmiş bir öngörüsü olsa da, yıllar boyunca bukonu,enazındankısmenMach'çıfelsefeyeyakınlığınedeniylekafakarışıklıklarınavetartışmalaranedenolmuştur. Eğer genel görelilik Mach'ın fikirleriyle tam olarak uyuşsaydı, o zaman "uzay-zamanıngeometrisi"yalnızcabüyükkütlelibircisminkonumunuvehareketinibirdiğerinegöreifadeetmekiçinuygunolanbirdilolacaktı.Budüşünüşbiçiminegöreboşuzay,boşbirkavramolurdu,budurumdaboşuzayındalgalanmasındannasılanlamlıbirşekildesözedilebilirdi?Birçokfizikçiuzaydavarlığıönerilendalgalarıngenelgöreliliğinmatematiğininyanlışyorumlanmasındankaynaklandığınıkanıtlamayaçalıştı.Amabuaradakuramsal çözümlemelerbirdoğru sonuçtaodaklandı:Kütleçekimidalgalarıgerçektirveuzaydalgalanabilir.

Hergeçendalgatepesiveçukuruyla,birkütleçekimidalgasınınçarpılangeometrisiuzayı-veiçindekiher şeyi- dikey bir doğrultuda, Şekil 14.3'te abartılı bir biçimde gösterildiği gibi gerer, ilke olarakkütleçekimi dalgalarının geçişini, çeşitli konumlar arasındaki uzaklıkları sürekli olarak ölçerek ve buuzaklıklarınoranlarınınanlıkolarakdeğiştiğinibulmakyoluylasaptayabilirsiniz.

Pratikte bunu hiç kimse yapamamıştır, bu yüzden hiç kimse bir kütleçekimi dalgasını doğrudangözlemleyememiştir. (Bununla birlikte, kütleçekimi dalgalan için inandırıcı, dolaylı kanıtlar vardır.)Güçlük,geçenbirkütleçekimidalgasınınçarpıtmaetki-sininmiktarınıntipikolarakçokküçükolmasıdır.Trinity'de 16 Temmuz 1945'te denenen 20 kiloton TNT'ye eşdeğer atom bombası o kadar parlaktı ki,ürettiği elektromanyetik dalganın gözlerine zarar vermemesi için kilometrelerce uzaktaki gözlemcilerinkoruyucu gözlük takması gerekmişti. Buna rağmen, eğer üzerine bombanın konduğu 30 metrelik çelikkuleninhemenaltındabulunsaydınızbile,patlamanınyarattığıkütleçekimidalgalarıvücudunuzubiryöndeyadadiğerindebiratomçapınınçokküçükbirkesrikadarminikbirmiktardagerebilirdi.Kütleçekimselbozulmalar göreli olarak işte bu kadar küçüktür ve bu da saptanmaları ile ilgili teknolojik zorluklarkonusunda bir ipucu verir. (Kütleçekimi dalgası eşgüdümlü bir şekilde hareket eden devasa miktardagraviton olarak da düşünülebileceği için -tıpkı elektromanyetik dalganın eşgüdüm altında hareket edendevasa sayıda fotonlardan oluşması gibi- bu, aynı zamanda tek bir gravitonu saptamanın ne kadar zorolduğuhakkındadabirfikirverebilir.)

Şekil14.3Geçenbirkütleçekimidalgasıbircismiöncebiryöndesonradiğeryöndegerer.(Bugörüntüdetipikbirkütleçekimidalgasınınyaratacağıçarpıtmabüyükölçüdeabartılmıştır.)

Elbettebiznükleersilahlartarafındanüretilenkütleçekimidalgalarıylailgilenmiyoruzamaastrofizikselkaynaklardadadurumdahakolaydeğildir.Astrofizikselkaynaknekadaryakınvebüyükkütleliolursavemaddehareketinekadarşiddetliveenerjikolursa,alacağımızkütleçekimidalgalarıokadarkuvvetliolur.Ama10.000ışıkyılıuzaklıktakibiryıldızdabirsüpernovapatlamasıolsabile,ortayaçıkankütleçekimidalgaları Dünyaya ulaştıklarında bir metrelik bir çubuğu bir santimetrenin milyon kere milyarda birikadar uzatabilir ki, bu da bir atom çapının neredeyse yüzde biri kadardır. Bu yüzden, göreli olarakyakındahiçbeklenmedikçokşiddetlibirastrofizikselolayolmadıkça,kütleçekimidalgalarınısaptamakiçinolağanüstüküçükuzunlukdeğişimleriniölçebilecekbiraracaihtiyacımızvar.

Lazer Interferometre Kütleçekimsel Dalga Gözlemevini (Laser Interfereometer Gravitational WaveObservatory, LIGO) (Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü taralındanortakolarakişletilmekteveUlusalBilimVakfı'ncamaliolarakdesteklenmektedir)tasarlayıpyapanbiliminsanlarıçıtayıyükselttiler.LIGOetkileyicidirvebeklenenhassasiyetçarpıcıdır.Herbiridörtkilometreuzunluğunda ve bir metreden biraz daha büyük çaplı iki boru L şeklinde monte edilmiştir. Havasıboşaltılmışbutüplerdeaynıandaikilazerışınıgönderilmektevebuışınlarçokiyiparlatılmışaynalardanyansıyarak tüplerin göreli uzunluğunu olağanüstü yüksek bir hassasiyetle ölçmektedir. Fikir, eğer birkütleçekimi dalgası geçerse, tüplerden birini diğerine göre uzatacağı için, eğer bu uzama yeterincefazlaysagözlemcilerinbunusaptayabilecekleriüzerinekuruludur.

Kütleçekimidalgasınınyarattığıuzamavebüzülmebirikmeliolduğuiçintüplerinboyuuzuntutulmuştur.Eğerbirkütleçekimidalgasıdörtmetrelikbir tüpü,diyelim10-20metreuzatırsa,dörtkilometrelikbirtüpü bin kat, yani 10-17 metre uzatacaktır. Bu yüzden izlenen uzunluk ne kadar büyük olursa, buuzunluktakibirdeğişikliğisaptamakdaokadarkolayolur.BunayatırımyapmakiçinLIGOdeneycileriaslındahertüpünuçlarındakiaynalardalazerışınlarınınyüzkeredenfazlayansımasınıveböyleceizlenenuzunluğunher lazerdemeti için800kilometredenuzunolmasını sağlıyorlar.Böylesizekice tasarlanmışmühendislikhileleriyleLIGO, tüplerinuzunluğundaortayaçıkabilecekolan, insansaçının trilyondabirikadarbirdeğişikliği-biratomunçapınınyüzmilyardabiri-saptayabilecektir.

AslındabuLşeklindekideneyaraçlarındanikitanevar.BirisiLouisiana'dakiLivingston'da,diğeriise3000 kilometreden daha uzakta, Washington'daki Hanford'da. Eğer uzaktaki astrofiziksel kaynaklardanbirininyarattığıbirkütleçekimidalgasıDünyayaulaşırsa,herikidetektörüdeaynışekildeetkileyecektir,buyüzdendetektörlerdenbirininalgıladığıbirdalgayıdiğeridealgılamalıdır.Detektörlerinyalıtılması

içinharcananbütünçabalararağmengündelikhayattaoluşansarsıntılar (geçenkamyonlarınsarsıntıları,büyükzincirlitesterelerinetkileri,yıkılanağaçgövdelerininsarsıntılarıvb.)kütleçekimidalgalarıolarakalgılanabilir.İkidetektörarasındaeşzamanlılıkaranmasıbusahtealarmlarınönünegeçebilir.

Araştırmacılar, aralarında süpernova patlamaları, küresel olmayan nötron yıldızlarının dönmehareketleri ve kara delikler arasındaki çarpışmalar da olmak üzere, kütleçekimi dalgaları yaymasınıbekledikleriastrofizikselkaynaklardangelecekkütleçekimidalgalarınınfrekanslarınıda-detektördenhersaniye geçmesi gereken dalga tepesi ve çukuru sayısı- dikkatli bir biçimde hesapladılar. Bu bilgiolmaksızındeneycilerinyaptıklarısamanlıktaiğnearamakgibiolur;bubilgieldeolduğundadetektörlerifiziksel olarak ilgilendikleri, kesin olarak belirlenmiş frekans aralıklarına yönlendirebilirler. ilginçtir,hesaplar bazı kütleçekimsel dalga frekanslarının saniyede birkaç bin çevrim aralığında olduğunugöstermiştir;eğerbunlarsesdalgasıolsalardı,insankulağınınduyabileceğiaralıktaolacaklardı.Birleşennötronyıldızlarınınsesigittikçe incelenbircıvıltıyabenzeyecekti, çarpışankaradeliklerinsesi isebirserçeninötüşünüandıracaktı.Uzay-zamanındokusundatitreşenpekçokkütleçekimidalgasıvardırveherşeyplanlandığıgibigiderse,LIGObunları alabilecek ilkaraçolacaktır.Bunubukadarheyecanvericiyapan şey, kütleçekimi dalgalarının, kütleçekiminin işe yarayan iki temel özelliğini en üst düzeyeçıkarmasıdır:Zayıflığıveheryerdebulunmaözelliği.Dörtkuvvetiniçindemaddeyleenzayıfetkileşen,kütleçekimidir.Bu,kütleçekimidalgalarınınışığageçirgenolmayanortamlardandageçebileceğivedahaöncegizlikalmışolanastrofizikselalanlaraulaşmamızı sağlayabileceğianlamınagelir.Üstelikher şeykütleçekiminin etkisi altında olduğundan (oysa, örneğin elektromanyetik kuvvet, yalnızca elektrik yükütaşıyan cisimleri etkiler) her şey kütleçekimi dalgaları üretme kapasitesine sahiptir ve bu yüzdengözlenebilirbirizbırakır.BunedenleLIGO,evreniincelemeyöntemlerimizdekeskinbirdönüşnoktasınıtemsileder.

Geçmişte tümyapabildiğimizin,başımızıyukarıkaldırıpgök-yüzünebakmakolduğubirdönemvardı.Hans Lippershey ve Galileo Galilei teleskop yardımıyla bunu değiştirdi; böylece evrenin büyükmanzarasıinsanlarıngörüşalanınagirdi.Amazamanla,görünürışığınelektromanyetikspektrumunancakçokküçükbirbölümünütemsilettiğini farkettik.Yirminciyüzyıldakızılötesi, radyo,X-ışınıvegammaışını teleskoplarının yardımıyla, evren önümüzde yeniden açılarak gözlerimizin almak üzere evrimgeçirdiğigörünürışıklagöremediğimizgörkeminiortayaserdi.Şimdi,yirmibirinciyüzyıldagöklerebirkez daha bakıyoruz. LIGO ile ve onun getirdiği gelişmelerle evrene yepyeni bir şekilde bakacağız.Elektromanyetik dalgalar yerine kütleçekimi dalgalarını; elektromanyetik kuvvet yerine kütleçekimikuvvetinikullanacağız.

Bu yeni teknolojinin ne kadar devrimci olduğunu görebilmek için, üzerinde şu anda gezegen dışıbilimcilerinelektromanyetikdalgaları -ışığı-nasıl saptayacaklarınıkeşfettikleribirgezegenigözünüzünönüne getirin ve bu buluşun, onların evrene bakışını kısa sürede nasıl değiştireceğini düşünün.Biz dekütleçekimi dalgalarını henüz keşfetmekte olduğumuzdan benzer bir durumda olabiliriz.Binlerce yıldırevreneyalnızcabaktık,şimdiiseinsanlıktarihindeilkdefaonusankidinleyecekgibiyiz.

FazladanBoyutlarıArayış

1996 öncesi, fazladan boyutları içeren kuramsal modellerin çoğunda, bu boyutların uzunluğununkabaca Planck boyutlarında (10-33 cm) olduğunu varsayılıyordu. Bu da çağdaş aletlerleçözümlenebilecekherhangibirşeydenonyedibüyüklükmertebesidahaküçükolduğuiçin,mucizeviyenibir teknoloji bulunmadığı sürece Planck fiziği erişimimizin ötesinde kalacaktır. Ama eğer fazladan

boyutlar "büyük" iseler, ki bunun anlamı birmetreninmilyon keremilyon kere yüzde birinden (10-20)dahaküçük,yanibiratomçekirdeğininyaklaşıkmilyondabirikadarolmalarıdır,ozamanumutvardır.

Bölüm 13'te incelediğimiz gibi, eğer fazladan boyutların herhangi biri "çok büyük" ise -milimetreboyutlarının birkaç büyüklük mertebesi civarında- o zaman kütleçekiminin kuvvetinin çok hassasölçümleri bunların varlığını ortaya çıkarabilir. Böyle deneyler birkaç yıldır geliştiriliyor ve tekniklerhızla mükemmelleşiyor. Şimdiye kadar, üç boyutlu uzayın bir karakteristiği olan ters kare yasasındanhiçbirsapmabulunamadı,buyüzdenaraştırmacılardahaküçükuzaklıklarıaraştırmayabaşladılar.Olumlubirsinyal,deyimyerindeysefiziğitemellerindensarsacaktır.Böylebirsinyal,fazladanboyutlarayalnızcakütleçekimiileulaşılabileceğikonusundaiknaedicibirkanıtortayakoyacakvebudasicim/M-kuramınınzardünyalarsenaryosunaönemlibirdesteksağlayacaktır.

Eğerfazladanboyutlarbüyüklerseamaçokbüyükdeğillerse,hassaskütleçekimideneylerininbunlarınvarlığını ortaya çıkarması olasılığı zayıftır ama diğer dolaylı yollar hâlâ kullanılabilir kalır. Örneğin,fazladanboyutlarınbüyükolmaları,kütleçekiminiyapısalgücününöncedendüşünüldüğündendahabüyükolduğuanlamınagelir.Kütleçekiminingözlenenzayıflığı,kütleçekiminifazladanboyutlarasızmasıolarakyorumlanır,gerçektenzayıfolduğunadeğil;küçükuzaklıkölçeklerindeböylebirsızmaortayaçıkmadanönce kütleçekimi güçlüdür. Diğer öngörülerin yanısıra bu, minik kara deliklerin yaratılmasınınkütleçekiminin çok daha zayıf olduğu bir evrende gerektireceğinden çok daha az kütle ve enerjigerektireceği anlamına gelir. Bölüm 13'te, şimdi İsviçre'nin Cenevre kentinde inşa edilmekte olan ve2007'de bitirilmesi planlanan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki yüksek enerjili proton-protonçarpışmalarında böyle minik kara deliklerin oluşmuş olma olasılığını incelemiştik. Bu önemli birbeklentidir.AmaKentuckyUniversitesi'ndenAlfredShapereveIrvinedekiKaliforniyaÜniversitesi’ndenJonathan Feng'in ortaya attıkları bir başka olasılık daha var. Bu araştırmacılar, kozmik ışınların da -uzaydan gelen ve sürekli olarak atmosferi döven temel parçacıklar- mikroskopik kara deliklerinoluşumunubaşlatmışolabileceğiniönesürüyorlar.

Kozmik ışın parçacıkları 1912 yılında Avusturyalı bilim insanı Victor Hess tarafından keşfedildi;doksan yıldan daha uzun bir süre sonra hâlâ pek çok sır barındırıyorlar. Her saniye kozmik ışınlaratmosfereçarpıyor,aşağıyadoğruhareketeden,sizinvebenimvücudumuzuniçindengeçenmilyarlarcaparçacıktanoluşanparçacıkyağmurlarıbaşlatıyorlar;bunlardanbazılarıtümDünyadabuişiçinyapılmışolan detektörler tarafından saptanıyorlar. Ama hiç kimse atmosfere çarpan parçacıkların ne türolduğundan tamemindeğil (hernekadar,bunlarınprotonolduğuyolundagiderekartanbir fikirbirliğiolsa da) ve bu yüksek enerjili parçacıklardan bazılarının süpernova patlamalarından geldiği gerçeğinerağmenhiçkimseninenyüksekenerjilikozmikparçacıklarınneredenkaynaklandığıkonusundaherhangibir fikriyok.Örneğin,15Ekim1991'deUtahçölündekiSinekGözükozmik ışındetektörü,gökyüzündehareketedenveenerjisi30milyarprotonkütlesineeşitolanbirparçacıksaptadı.Buhemenhementekbiratom-altı parçacığındaki bir Mariano Rivera topunun enerjisine ve yaklaşık olarak Büyük HadronÇarpıştırıcısındaüretilecekparçacıkenerjilerinin100milyonkatınaeşit.Şaşırtıcıolan,bilinenhiçbirtürastrofiziksel sürecin böylesine yüksek enerjili parçacıklar üretmemesi; deneyciler, bu sırrı çözmekumuduyladahahassasdetektörleryapıyorvedahafazlaveritopluyorlar.

ShapereveFengiçinsüper-enerjilikozmikışınparçacıklarınınkökeniikincilönemesahip.Onlar,buparçacıklar nereden geliyor olurlarsa olsunlar, eğer kütleçekimi mikroskopik ölçeklerde öncedendüşünüldüğünden daha güçlüyse, en yüksek enerjili kozmik parçacıklar atmosfere çarptıklarında minikkaradelikleroluşturmayayetecekkadaryüksekhızlarasahipolacaklarınıanlamışlardı.

Atomçarpıştırıcılarındaüretilmelerisırasındaböyleminikkaradeliklerindeneycilereyadageneldedışdünyayabirtehlikeoluşturmalarıkesinliklesözkonusudeğildir.Ortayaçıktıktanhemensonrabunlar,

daha sıradan, karakteristik bir parçacık yağmuruvererekhızla bozunurlar.Gerçektenmikroskobik karadelikler o kadar kısa ömürlüdürler ki, deneyciler onların varlığını doğrudan araştıramaz; detektörlerinüzerine yağan parçacıkları ayrıntılı olarak inceleyerek kara deliklerin kanıtını bulmaya çalışırlar.DünyadakienhassaskozmikışındetektörlerindenolanPierreAugerGözlemevi-kigözlemalanıRhodeIslandkadardır-şuandaArjantin'inbatısındadevasabiralanüzerindeinşahalindedir.ShapereveFeng,eğer fazladanboyutlarınhepsi10-14metrekadarbüyükse,biryıllıkbirveri toplamasüresindensonraAuger detektörünün atmosferin üst katmanlarında üretilen on kadar minik kara delikten kaynaklananparçacıkyağmurlarınısaptayabileceğinihesaplıyorlar.Eğerböylekaradelikizleribulunmazsa,fazladanboyutlarındahaküçükolduğusonucunavarılacaktır.Kozmikışınçarpışmalarındaüretilenkaradeliklerinkalıntılarını bulmak elbette zor bir iştir ama başarı fazladan boyutlar, kara delikler, sicim kuramı vekuantum kütleçekimi konularında ilk deneysel pencereyi açacaktır. Kara delik üretilmesinin ötesinde,önümüzdeki on yılda araştırmacıların fazladan boyutları aramak amacıyla kullanacakları hızlandırıcı-temelli bir yol daha vardır. Fikir, cebinizden kaybolan bozuk paraları açıklamakta kullanılan "koltukminderleriarasındakiuzay"ınbirçeşitlemesidir.

Fiziğin temel ilkelerinden biri enerjinin korunumudur. Enerji kendini birçok biçimde gösterebilir -beyzbol sopasından seken topun kinetik enerjisi, yukarı doğru uçan topun kütleçekimsel potansiyelenerjisi,topyereçarpıphertürdentitreşimyarattığındaortayaçıkansesveısıenerjisi,topunkendisindegizliolankütleenerjisivb-amabütünenerjitaşıyıcılarıhesabakatıldığında,sonuçtakienerjiherzamanbaşlangıçtakineeşittir.Bugünekadarbumükemmelenerjidengesiyleçelişenhiçbirdeneyolmamıştır.

AmavarsayılanfazladanboyutlarınkesinbüyüklüğünebağlıolaraksondönemdeyenilenenFermilabve Büyük Hadron Çarpıştırıcısındaki aletlerde yapılacak olan deneyler, enerji korunumunu ihlalediyormuş gibi görünen bir süreci ortaya çıkarabilir: Çarpışmanın sonrasındaki enerji, öncesindekienerjidenazolabilir.Bununnedeni,tıpkıkaybolanbozukparalarınızgibi,(gravitonlartaralındantaşınan)enerjinin, fazladan boyutların ortaya çıkardığı çatlaklara -minik ek uzaylar- sızması ve böylece enerjidengesi hesabında gözden kaçmasıdır. Böylesi bir "eksik enerji işareti" olasılığı, evrenin dokusunundoğrudangörebildiğimizinötesindebirkarmaşıklığasahipolduğununbirbaşkagöstergesiolacaktır.

Kuşkusuz iş fazladan boyutlara geldiğinde ben biraz önyargılıyım. Fazladan boyutların özellikleriüzerindeonbeşyıldandahauzunsüreçalıştım,oyüzdenonlarkalbimdeözelbiryeresahip.Amaitirafetmeliyimki,pekazkeşifbenimiçinbildiğimizüçtemelboyutunötesindekiboyutlarkonusundakanıtlarınbulunmasından daha heyecan verici olabilir. Benim düşünceme göre şu anda doğrulanması fiziğitemellerindenbukadargüçlüsarsacakvegerçekliğintemel,görünüşegörekanıtlarıortadaolanöğelerinisorgulamamızıgerektirecekbirbaşkaciddiöneriortadayok.

Higgs,SüpersimetriveSicimKuramı

Bilinmezliğedoğruyapılanaraştırmalarınmeydanokuyuculuğuvefazladanboyutlarailişkinkanıtlarbulmaşansınınötesinde,Fermilab'dakihızlandırıcıyıyenilemeninvedevBüyükHadronÇarpıştırıcısı’nıinşa etmenin altında yatan özel bazı güdüler de var. Bunlardan biri Higgs parçacıklarını bulmayaçalışmak. Bölüm 9'da incelediğimiz gibi, ele geçmesi zor olan Higgs parçacıkları Higgs alanının -fizikçilerin öne sürdüğü Higgs okyanusunu oluşturan ve diğer temel parçacık türlerine kütlelerinikazandıran alan- en küçük bileşenleridir. Son dönemlerdeki kuramsal ve deneysel çalışmalar Higgs'înkütlesinin,protonkütlesininyüzilebinkatıarasındakibiraralıktaolmasıgerektiğinigösteriyor.Eğerbuaralığın alt ucu doğruysa, Fermilab'in yakın bir gelecekte bir Higgs parçacığı saptama şansı oldukça

yüksektir.Elbette,eğerFermilabbaşarısızolursavetahminedilenkütlearalığıyinededoğruysa,onyıliçinde Büyük Hadron Çarpıştırıcısı pek çok Higgs parçacığı bulmalıdır. Higgs parçacıklarınınsaptanması, kuramsal parçacık fizikçilerinin ve kozmolojistlerin onlarca yıldır öne sürdükleri alantürlerinin varlığını doğrulayacağı için, destekleyen başka herhangi bir kanıt olmaksızın önemli birkilometretaşıolacaktır.

Hem Fermilab'in hem de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nın bir başka temel amacı da, süpersimetrikanıtlarını saptamaktır. Bölüm 12'den hatırlayacağımız gibi, süpersimetri parçacıkları spinleri yarımbirim farklıolançiftlereayırırveözgünolarak1970'lerdeyapılan sicimkuramıçalışmalarındaortayaçıkmıştır.Eğersüpersimetrigerçekdünyailebağlantılıise,ozamanspini

1/2olan,bilinenherparçacıktürüiçinspini0olanbirtürolmalıdır;spini1olanbilinenherparçacıktürüiçin,spini1/2olanbirparçacıktürüolmalıdır.Örneğin,spini1/2olanelektroniçinspini0olanvesüpersimetrik elektron veya kısaca selektron adı verilen bir tür olmalıdır; spini 1/2 olan kuarklar içinspiniolansüpersimetrikkuarklarveyaskuarklar,spini1/2olannötrinolar içinspini0olansnötrinolar,spinleri1olangluonlar,fotonlar,WveZparçacıklarıiçinspinleri½olangluinolar,fotinolar,winolarveginolarolmalıdır.(Evet,fizikçilercoştu.)

Şimdiyekadarhiçkimsevarlıklarıönesürülenbuçiftlerinherhangibirinisaptayamadıvefizikçilerbununaçıklamasının,süpersimetrikparçacıkların,bilinenkarşılıklarındançokdahabüyükkütleliolmalarıolduğunuumuyorlar.Kuramsalçalışmalar,süpersimetrikparçacıklarınfotondanbinkatdahabüyükkütleliolabileceğinigösteriyorki,budurumdabunlarındeneyselverilerdekendilerinigöstermemelerigizemliolmaktançıkar:Varolanatomçarpıştırıcılarıbunlarıüretmekiçinyeterligücesahipdeğildir.Gelecekonyılda bu değişecektir. Fermilab'de yenilenen bir hızlandırıcı şimdiden bazı süpersimetrik parçacıklarıkeşfetmeyi hedefliyor. Tıpkı Higgs'te olduğu gibi, eğer Fermilab süpersimetrinin kanıtlarını bulmaktabaşarısızolursaveeğer süpersimetrikparçacıklar içinbeklenenkütle aralığıdoğru ise,BüyükHadronÇarpıştırıcısıbunlarıkolaylıklaüretebilmeli.

Süpersimetrinin doğrulanması parçacık fiziğinde son yirmi yılda ortaya çıkan en büyük gelişmeolacaktır. Kavrayışımızda parçacık fiziğinin başarılı standart modelinin ötesindeki adımımızıbelirleyecek ve sicim kuramının doğru yolda olduğunun belirtilerini bulacaktır. Ama dikkat edersenizsicim kuramının kendisini kanıtlamayacaktır. Süpersimetri, simetri kuramının geliştirilmesi sırasındakeşfedilmiş olsa da, fizikçiler çok uzun zamandan beri süpersimetrinin geleneksel nokta-parçacıkyaklaşımıyla da kolayca uyuşabilecek, daha genel bir ilke olduğunu anlamışlardı. Süpersimetrinindoğrulanması sicim yapısının hayati önemde bir öğesini ortaya koyacak ve daha sonra yapılacakaraştırmalarayolgösterecektiramasicimkuramınınnamlusundanhâlâdumantütensilahıolmayacaktır.

Öte yandan, eğer zar dünyalar kuramı doğru ise, yakın gelecekteki hızlandırıcı deneylerinin sicimkuramını doğrulama potansiyeli vardır. Bölüm 13'de kısaca söz edildiği gibi, eğer zar dünyalarsenaryosundakifazladanboyutlar10-16cmkadarbüyükse,yalnızcakütleçekimiyapısalolaraköncedendüşünüldüğündendahagüçlüolmaklakalmayacak,sicimlerdeönemliölçüdedahauzunolacaklardır.Uzunsicimler daha esnek olacaklarından titreşmek için daha az enerjiye ihtiyaç duyarlar. Klasik sicimyapısındasicim titreşimdesenlerideneyselolarakerişebileceğimizinmilyarkeremilyarötesinde iken,zardünyalarsenaryosundasicimtitreşimdesenlerininenerjileriprotonunkütlesininbinkatıkadarküçükolabilir. Eğer durum böyle ise, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'ndaki yüksek enerjili çarpışmalar, birpiyanonun içinde seken hızlı bir golf topunu andırır; çarpışmalar sicim titreşim desenlerinin birçok“oktav”ını tetikleyecek kadar yüksek enerjilidir. Deneyciler, enerjileri sicim kuramının harmonikrezonanslarına karşılık gelen, yepyeni, daha önce hiç görülmemiş parçacıkların tam bir takımını, yaniyeni,dahaöncehiçgörülmemişsicimtitreşimdesenlerinintambirtakımınısaptayacaklardır.

Buparçacıklarınözelliklerivearalarındakiilişkiler,yanılgıyayerbırakmayacakşekildeaynıkozmikoyununbirparçasıolduklarını,hepsininbirbirlerindenfarklıamabirbirleriyleilişkilinotalarolduklarını,hepsinin tek tür bir nesnenin -bir sicimin- farklı titreşimdesenleri olduğunugösterir.Öngörülebilir birgelecekiçinbu,sicimkuramınındoğrulanmasıbakımındanenolasısenaryodur.

KozmikKökenler

Daha önceki bölümlerde gördüğümüz gibi, kozmikmikrodalga fon ışınımı, 1960'ların ortalarındakikeşfindenbuyanakozmikaraştırmalardaönemlibir roloynamıştı.Bununnedeniaçıktır:Evreninerkendönemlerinde uzay, elektromanyetik kuvvet aracılığıyla fotonlarla durmaksızın şurada burada çarpışanelektrik yüklü parçacıklarla -elektron ve protonlarla- doluydu. Ama patlamadan yalnızca 300.000 yılsonraevren,elektronlarveprotonlarınelektrikselolarakyüksüzolanatomlarıoluşturmaküzerebirarayagelebilecekleri kadar soğumuştu ve bu andan itibaren ışınım, evrenin ilk dönemlerinin bir fotoğrafınıverecek şekilde, uzayda çoğunlukla hiç engellenmeden yayılmıştı. Bu ilkel kozmik mikrodalgafotonlarındanuzayınhermetreküpündengeçen,kabaca400milyontanevardırki,bunlarilkelevreninasılkalıntılarıdır.

Mikrodalgafonışınımınınilkölçümleri,ışınımınsıcaklığınınsonderecebirörnekolduğunugösterdiamaBölüm11deincelediğimizgibi,ilkkez1992'deKozmikFonKaşifi(CosmicBackgroundExplorer,COBE) tarafındangerçekleştirilen ve o zamandanbuy ana geliştirilen yakından inceleme teknikleri ileŞekil14.4'tegösterildiğigibibazıküçüksıcaklıkdeğişimlerininkanıtlarıbulundu.Verilergriyelpazeilekodlanmıştır,açıkvekoyurenklibölgelerbirdereceninyaklaşıkbindebirikadarsıcaklıkdeğişimlerinigösterir. Şeklin lekeli görüntüsü, ışınımın gökyüzündeki dağılımındaki küçük ama inkâr edilemeyecekölçüdegerçekfarklılıklarıgösteriyor.

Şekil14.4(a)COBEuydusutarafındantoplanankozmikmikrodalgafonışınımıverileri.Buışınım,BüyükPatlama’nınyaklaşık300.000yılsonrasındanberiHiçbirengellekarşılaşmadanyayılıyor,oyüzdenbuşekil,evrendehemenhemen14milyaryılöncevar

olansıcaklıkfarklılıklarınıgösteriyor,(b)WMAPuydusutarafındantoplanangeliştirilmişveriler

Kendi başına etkileyici bir keşif olmakla birlikte COBE deneyi aynı zamanda kozmolojikaraştırmaların niteliğinde temel bir değişikliği simgeliyor.COBEden önce kozmolojik veriler kabaydı.

Bir kozmoloji kuramı da ancak astronomi gözlemlerinin kaba verilerine uyuyorsa, uygulanabilirsayılıyordu.Kuramcılar,gözlemselsınırlamalarıendüşükdüzeydegözönündebulundurarakbirbiriardısıraşemalarüretebiliyorlardı.Çokfazlagözlemselsınırlamayoktuveolanlardaçokhassasdeğildi.AmaCOBEstandartlarınoldukçayükseltildiğiyenibirdönembaşlattı.Şimdikuramcılarıngözönünealınmakiçinbaşarıyla açıklaması gereken, gittikçe artanmiktarlarda çokhassasveriler var. 2001'deNASAvePrinceton Üniversitesi'nin ortak girişimi olan Wilkinson Mikrodalga Anizotropi (Yönsüzlük) Sondası(WilkinsonMicrowaveAnisotropyProbe,WMAP),mikrodalgafonışınımınıCOBE'ninyaklaşıkkırkkatıçözünürlükvehassasiyetleölçmeküzerefırlatıldı.Şekil14.4b'degörülenWMAP'inilksonuçlarım,Şekil14.4a'da görülenCOBE'nin sonuçlarıyla karşılaştırırsanız,WMAP'in nasıl daha hassas ve ayrıntılı birgörüntüsağladığınıhemengörebilirsiniz.AvrupaUzayAjansıtarafındangeliştirilenbirbaşkauyduolanPlanck'in 2007 de fırlatılması planlanmıştır ve her şey yolunda giderse, uydunun çözünürlüğüWMAP'inkininonkatıolacaktır.

Hassas verilerin toplanması, kozmolojideki öneriler alanında ayrışmalara neden oldu, şişmemodelisavaşımını açık ara en önlerde veriyordu.AmaBölüm 10'da söz ettiğimiz gibi, şişme kozmolojisi tekkuram değildir. Kuramcılar bunun birçok farklı versiyonunu önermişlerdir (birkaçının adını vermekgerekirse,eskişişme,yenişişme,ılıkşişme,hibridşişme,hiperşişme,yardımalanşişme,sonsuzşişme,genişletilmişşişme,kaotikşişme,çiftşişme,zayıf-ölçeklişişme,hiperdoğalşişme).Bunlardanherbirininayırtediciözelliğikısasürelibirşişmepatlamasıolup,herbirininayrıntılarıfarklıdır(alansayılarıvealandeğerlerininkaldığıplatolarınyeraldığıpotansiyelenerjişekillerivb).Bufarklarmikrodalgafonışınımınınözelliklerikonusundabirbirindenbirazfarklıöngörülereyolaçar(farklıenerjileresahipolanfarklı alanlar, birbirlerinden hafifçe farklı kuantum dalgalanmalarına yol açarlar). WMAP ve Planckverileriylekarşılaştırma,pekçoköneriyieleyerekkavrayışımızıönemliölçüdeartırır.

Aslındaverileralanıdahadadaraltabilir.Hernekadarşişmegenişlemesitarafındangerilenkuantumdalgalanmaları,gözlenensıcaklıkdeğişimleriiçiniknaedicibiraçıklamagetiriyorsada,bumodelinbirrakibi vardır. Bölüm 13'te tarif edilen Steinhardt ve Turok'un yinelenen kozmolojik modeli bir öneriseçeneği sunar. Yinelenen modeldeki iki tane üç-zar yavaşça birbirlerine doğru yaklaşırken, kuantumdalgalanmaları farklıbölgelerinçokazfarklıhızlarlayaklaşmalarınanedenolur.Trilyonlarcayılsonratamolarakçarpıştıklarındazarlarüzerindeki farklınoktalarçokaz farklı anlarda temaseder.Bunu, ikizımpara kâğıdını yüz yüze bir araya getirmeye benzetebiliriz. Mükemmel birörnek temastan miniksapmalar,zarlarınherbirindemükemmelbirörnekbirevrimdenminiksapmalarayolaçar.Buzarlardanbirinin bizim üç boyutlu uzayımız olduğu varsayıldığı için, birörneklikten sapmalar, bizimsaptayabileceğimiz sapmalar olmalıdır. Steinhardt, Turok ve çalışma arkadaşları, türdeşliktekibozuklukların şişme yapısından kaynaklananlara benzer sıcaklık farklılıklarına yol açtığını önesürmüşlerdi ve bu yüzden, günümüzün verileriyle yinelenen model, gözlemler için aynı derecedeuygulanabilirbirmodeloluşturmaktadır.

Bununlabirlikte,önümüzdekionyıldatoplanacakolandaharafineverilerikiyaklaşımarasındakifarkıortaya koyabilir. Şişme yapısında yalnızca şişme alanındaki kuantum dalgalanmaları üstel genişlemepatlamasıtarafındangerilmeklekalmaz,bununyanısırauzayındokusundakiminikkuantumdalgacıklarıdadışarıya doğru yoğun gerilmenin etkisiyle üretilirler. Uzaydaki dalgacıklar kütleçekimsel dalgalardanbaşkabirşeyolmadıklarından(dahaönceLIGO'yuincelerkengördüğümüzgibi),şişmeyapısıkütleçekimidalgalarınınevreninilkanlarındaüretildikleriniöngörür.

Bunları,dahayakınzamanlardaşiddetliastrofizikselolaylardaüretilenlerdenayırtetmekiçin,bunlaraçoğunluklailkelkütleçekimseldalgalaradıverilir.Yinelenenmodelde,tersine,mükemmelbirörnekliktensapış çok yavaş, zarlar birbirlerine doğru trilyonlarca yılda yavaş yavaş yaklaşırlarken, hemen hemen

ölçülemeyecekkadaruzunbirzamandagerçekleşir.Zarlarınveuzayıngeometrisindehızlıveşiddetlibirdeğişiklikolmamasıuzaysaldalgacıklarınüretilmediğianlamınagelir,oyüzdenyinelenenmodeldeilkelkütleçekimseldalgalarınyeriyoktur.

Bu nedenle, eğer ilkel kozmolojik kütleçekimsel dalgalar sap-tanırsa, bu, şişme yapısının bir başkazaferiolacakveböyleceyinelenenyaklaşımıortadankaldıracaktır.

LIGO'nun,şişmeninöngördüğükütleçekimseldalgalarıalgılayabilecekkadarhassasolmasıpekolasıdeğildiramabudalgalarındolaylıyoldanyaPlanckyadaşuandaplanlanmaaşamasındaolanKozmikMikrodalga Fon Polarizasyon deneyi (Cosmic Microwave Background Polarization experiment,CMPBPol)tarafındanalgılanmasıolasılığıvardır.PlanckveözellikleCMBPolyalnızcamikrodalgafonışınımındakisıcaklıkdeğişikliklerineodaklanmayacaklar,saptananmikrodalgafotonlarınınortalamaspinyönlerini, yani polarizasyonlarını da ölçeceklerdir. Burada inceleyemeyeceğimiz kadar karmaşık birdüşünüşmantıkzinciriyle,BüyükPatlama'dankaynaklanankütleçekimidalgaları,mikrodalgafonışınımıfotonlarının polarizasyonları üzerinde belirgin izler bırakır. Bu izler belki de ölçülecek kadar büyükolabilir.

Böylece, on yıl içinde, patlamanın aslında bir çarpışma olup olmadığı, farkında olduğumuz evreningerçektenbirüç-zarolupolmadığıyolundakesinbirfikresahipolabiliriz.Kozmolojininaltınçağındaeninanılmazfikirlerinbazılarıgerçektensınanabilir.

KaranlıkMadde,KaranlıkEnerjiveEvreninGeleceği

Bölüm 10'da evrenin içeriğinin yalnızca yüzde 5 inin bildiğimiz maddeyi meydana getirenbileşenlerden, protonlar ve nötronlardan (elektronlar bildiğimiz maddenin kütlesinin yüzde 0,05'indendaha azını oluşturur) oluşurken, yüzde 25'inin karanlık maddeden, yüzde 70'ininse karanlık enerjidenoluştuğuyolundagüçlükanıtlargörmüştük.Amabukaranlıkşeyinayrıntılıkimliğikonusundahâlâönemlibelirsizlikler var. Doğal bir tahmin, karanlıkmaddenin yine proton ve nötronlardan oluştuğu, bunlarınışık-saçan yıldızları oluşturmak üzere bir araya gelmekten bir şekilde kaçınabilen parçacıklarolabileceğidir.Amabirbaşkakuramsalgörüşbuolasılığıçokzayıflatıyor.

Ayrıntılıgözlemleraracılığıylaastronomlarevrenesaçılmışdurumdaolanhafifelementlerin-hidrojen,helyum, döteryum ve lityum- ortalama göreli bolluğu konusunda net bir bilgiye sahiptir. Bu bolluklarbüyük bir kesinlikle evrenin ilk dakikalarında bu çekirdekleri sentezleyen süreçlerin kuramsalhesaplarıyla uyum içindedir. Bu uyum,modern kuramsal kozmolojinin en büyük başarılarından biridir.Bununla birlikte bu hesaplar, karanlık maddenin çok büyük bir bölümünün proton ve nötronlardanoluşmadığını varsayıyor; eğer, proton ve nötronlar kozmolojik ölçeklerde başat bileşenlerse, kozmikreçetebirkenarafırlatılırvehesaplar,gözlemlerindoğrulamadığısonuçlaraulaşırlar.

O zaman, eğer proton ve nötronlar değilse, karanlık maddeyi oluşturan nedir? Bugün için kimsebilmiyor,amaöneridenbolbirşeyyok.AdaylarınadlarıaxionlardanzinolarakadarbirgamdayeralıyorvehiçkuşkusuzcevabıbulanStockholm'üziyaretedecek.Şimdiyekadarhiçkimseninbirkaranlıkmaddeparçacığısaptamamışolmasıbütünönerileribaskılıyor.Bununnedeni,karanlıkmaddeninyalnızcauzaydayer almaması, evrene dağılmış olması ve bu yüzden burada, yeryüzünde bizim de içinde yüzüyorolmamızdır.Birçoköneriyegöreşuandamilyarlarcakaranlıkmaddeparçacığıhersaniyevücudumuzuniçindengeçiyor,bunedenlemantıklıadaylaryalnızcabüyükmiktardamaddeniniçindenönemlihiçbirizbırakmadangeçenparçacıklarolabilir.

Nötrinolarbirolasılıktır.Hesaplar,BüyükPatlamadaüretilmelerindenbuyana,kalıntıbolluklarınınuzayın her metreküpünde 55 milyon olduğunu gösteriyor, bu nedenle eğer üç nötrino türünden birininkütlesi, proton kütlesinin yaklaşık yüzmilyonda biri (10-8) kadar olsa, karanlıkmaddeyi oluşturabilir.Hernekadarsondönemlerdekideneylernötrinolarınkütlesiolduğuyolundagüçlükanıtlarortayakoymuşolsa da, şu andaki verilere göre kütleleri karanlık maddeyi oluşturamayacak kadar küçük; olmasıgerekeninneredeyseyüzkataltındakalıyorlar.

Gelecekvadedenbirdiğeröneri, süpersimetrikparçacıkları,özellikledefotino,zino,vehiggsino'yu(foton, Z parçacığı ve Higgs'in süpersimetrik parçacıkları) öne sürüyor. Bunlar süper- simetrikparçacıkların en utangaçlarındandır -yerkürenin içinden büyük bir kolaylıkla, hiçbir iz bırakmadangeçebilirler-vebuyüzdensaptanmaktankolaycakurtulmuşolabilirler.Buparçacıklardankaç tanesininBüyük Patlama'da üretilip günümüze kadar varlıklarını sürdürdüğüne ilişkin hesaplardan fizikçilerkaranlıkmaddeyioluşturabilmekiçin,protonkütlesininyaklaşık100ile1000katıarasındakütleyeihtiyaçduyulacağınıtahminediyorlar.Bu,merakuyandırıcıbirsayıdır,çünküsüpersimetrikparçacıkmodellerineve süpersicim kuramına ilişkin çeşitli çalışmalarda, karanlıkmaddeye ya da kozmolojiye bir bağlantıolmaksızın bu parçacıklar için aynı kütle aralığı bulunmuştur. Elbette karanlık madde gerçektensüpersimetrik parçacıklardan oluşmuyorsa bu, şaşırtıcı ve tümüyle açıklanamayan bir ortak varışnoktasıdır. Bu yüzden, Dünya'da halen çalışan veya beklemedeki hızlandırıcılarda süpersimetrikparçacıkların araştırılmasına karanlık maddenin en favori adayı konusundaki araştırmalar gözüyle debakılabilir.

Dünyanın içinden geçen karanlık madde parçacıkları konusunda daha doğrudan araştırmalar, her nekadarbunlarsondereceiddialıdeneylerolsada,birsüredenberihazırlıkaşamasındaydı.Madeniparaboyutlarındakibirbölgedenhersaniyegeçenbirmilyonyadadahafazlakaranlıkmaddeparçacığının,enfazlagündebir tanesi farklı deneycilerinyaptığıözel tasarımlıdetektörlerdebir izbırakabilir.Bugünekadar doğrulanmış bir karanlık madde saptanması gerçekleşmedi. Ödül hâlâ ortada olduğundan,araştırmacılar geleceğe yönelik olarak yoğun biçimde çalışıyorlar. Karanlık maddenin kimliğininönümüzdekibirkaçyıliçindeaçıklığakavuşmaolasılığıoldukçayüksektir.

Karanlık maddenin varlığının kesin doğrulanması ve bileşiminin belirlenmesi büyük bir ilerlemeolacaktır.Tarihteilkdefasonderecetemelveşaşırtıcıbiçimdeelegeçmezbirşeyöğreneceğiz:Evreninmaddeiçeriğinineziciçoğunluğununbileşimini.

Yinede,Bölüm10'dagördüğümüzgibi, sondönemdeelde edilenveriler, karanlıkmaddeninkimliğitanımlanmış olsa bile, geriye deneysel olarak doğrulanmak zorunda olan bir konunun kalacağınıgösteriyor: Evrendeki toplam enerjinin yüzde 70'ini açıklayan, dışarıya doğru iten kozmoloji sabitikonusundakanıtlarsağlayansüpernovagözlemleri.Sononyılınenheyecanvericivebeklenmedikkeşfiolarak, kozmoloji sabiti konusundaki kanıtın -uzayı dolduran enerji- kesin bir biçimde doğrulanmayaihtiyacıvardır.Bukonudabirçokyaklaşımyaplanlanmışyadauygulanmayabaşlamıştır.

Mikrodalga fon deneyleri de burada önemli rol oynar. Şekil 14.4'teki lekelerin boyutu -her lekesıcaklığınsabitolduğubirbölgedir-uzaysaldokunungenelşekliniyansıtır.EğeruzayŞekil8.6a'dakigibiküre biçiminde şekillenmişse, dışarıya doğru şişme lekelerin Şekil 14.4b'de olduğundan daha büyükolmalarınanedenolur;eğeruzayŞekil8.6c'dekigibieyerşeklindeyse, içeriyedoğrubüzülmelekelerinbirazdahaküçükolmalarınanedenolur; eğer uzayŞekil 14.4b'deki gibi düzse, lekelerin büyüklüğübuikisinin arasına bir yerde olur. COBE tarafından başlatılan ve WMAP tarafından geliştirilen hassasölçümler uzayın düz olduğu yolundaki öneriyi kuvvetle destekliyor. Bu, yalnızca şişme modellerindengelenkuramsalbeklentilerleuyuşmaklakalmaz,aynızamandasüpernovasonuçlarıiledemükemmelbirbiçimdetutarlıdır.Görmüşolduğumuzgibi,uzaysalolarakdüzbirevrentoplamkütle/enerjiyoğunluğunun

kritikyoğunluğaeşitolmasınıgerektirir.Bildiğimizvekaranlıkmaddeyüzde30katkıyaparkenkaranlıkenerjininkatkısıdayüzde70olurveherşeyetkileyicibirbiçimdeuyuşur.

Süpernova sonuçlarının daha dolaysız doğrulanması SüperNova/Ivme Sondası’nın(SuperNova/Acceleration Probe, SNAP) amacıdır. Lawrence Berkeley Laboratuvarı'ndaki biliminsanlarınca önerilmiş olan SNAP, şimdiye kadar gözlenmiş olan süpernovaların yirmi katından dahafazlasını gözleme ve ölçme kapasitesine sahip, uyduda çalışan bir yörünge teleskobu olacaktır. SNAPevrenin yüzde 70'inin karanlık enerji olduğu yolundaki eski sonuçları doğrulamakla kalmayacak, aynızamandakaranlıkenerjinindoğasınıdahabüyükbirkesinliklebelirleyebilecektir.

Gördüğünüz gibi, her ne kadar karanlık enerjiyi Einstein'ın kozmoloji sabitinin -uzayı genişlemeyezorlayan sabit, değişmeyen bir enerji- bir türü olarak tanımlamışsam da, bununla yakından bağlantılı,farklıbirolasılıkdahavardır.Şişmekozmolojisi(vesıçrayankurbağa)tartışmamızdan,değeriendüşükdeğerininüzerindekalanbiralanın,uzayıngenişlemesinisağlayanamabunukısabirsüreiçinyapanbirkozmoloji sabiti olarak davranabileceğini hatırlayın. Er ya da geç, alan bir yolunu bularak potansiyelenerji kâsesinin dibine kayacak ve genişleme ortadan kalkacaktır. Şişme kozmolojisinde bu, saniyeninküçük bir kesrinde olup biter. Ama fizikçiler, yeni bir alan oluşturarak ve potansiyel enerjinin şeklinidikkatlice seçerek ivmeli genişlemenin çok daha yumuşak olmasını ama çok daha uzun sürmesinisağlayacak yollar bulmuşlardır. Alan, en düşük enerji değerine doğru yavaşça kayarken genişlemeyigöreliolarakdahayavaşbirorandasürdürüramabunusaniyeninkesriyerinemilyarlarcayıldayapar.Budurumda şöyle bir olasılık ortaya çıkıyor: Şu anda biz, evrenin ilk anlarında gerçekleştiğine inanılanşişmepatlamasınınsondereceyumuşakbirtürünüyaşıyorolabiliriz.

Gerçekbirkozmolojisabitiileikinciolasılıkarasındaözolarakbilinenfarkıngünümüzdekiönemiçokaz olmakla birlikte, evrenin uzun-dönemli geleceği üzerinde derin etkileri vardır.Kozmoloji sabiti birsabittir.Hiçbitmeyenivmelibirgenişlemesağlar,öyleki,evrengiderekdahahızlıgenişleyecek,içeriğiseyrekleşecekvesonundabomboşkalacaktır.Amaöz,birnoktadaneredeysedurmayayaklaşanivmelibirgenişleme sağlayarak uzak gelecekte, sonsuz genişlemenin gerektirdiğinden daha az kasvetli, daha azçıplakbirevrenortayakoyar.SNAP;uzundönemlerdeuzayınivmesindekideğişiklikleriölçerek(çeşitliuzaklıklardaki,dolayısıylageçmişteçeşitlizamanlardakisüpernovalarıgözlenmesiyoluyla)ikiolasılığıbirbirinden ayırabilir. Karanlık enerjinin gerçekten bir kozmoloji sabiti olup olmadığını belirlemekyoluylaSNAPbize,evreninuzun-dönemdekikaderikonusundabirfikirverecektir.

Uzay,ZamanveSpekülasyon

Uzay ve zamanın doğasını keşfetmek için yapılan yolculuk uzun olup birçok sürprizlerle doludur vekuşkusuz henüz ilk aşamalarındadır. Son birkaç yüzyıl boyunca art arda gelen, uzay ve zamankonularındakikavrayışımızısüreklibirbiçimdeköktenyenidenbiçimlendirenatılımlargördük.Bukitaptaincelediğimiz kuramsal ve deneysel öneriler bu fikirlerin bizim kuşağı- mızca yenidenbiçimlendirilmelerini temsil eder ve büyük olasılıkla bizim bilimsel mirasımızın büyük bölümünüoluşturacaktır. Bölüm 16’da bu yolculuğun sonraki birkaç adımı olabilecek gelişmelere ışık tutmayaçabalarkenensonvetahminigelişmelerdenbazılarınıtartışacağız.Amaönce,Bölüm15’tefarklıyöndetahminlerdebulunacağız.

Bilimsel keşif için bilinen bir kalıp olmasa da, tarih, genelde derin kavrayışın teknolojik kontroleyönelik ilk adım olduğunu gösteriyor. 1800’lerde elektromanyetik kuvveti kavrayışımız, bizi sonundatelgraf, radyove televizyonagötürdü.Bubilgiyi daha sonrageliştirilenkuantummekaniği kavrayışıyla

birleştirerek bilgisayarları, lazerleri ve burada sayamayacağımız kadar çok olan elektronik aletlerigeliştirebildik. Nükleer kuvvetlerin anlaşılması, Dünya’nın gördüğü en güçlü silahlar konusunda bizetehlikeli bir uzmanlık sağladı ve belki de bütün Dünyanın enerjisini bir gün biraz tuzlu sudansağlayabilmemizeolanakverecekteknolojilerigeliştirmemizeyardımcıoldu.Uzayvezamankonusundagiderek derinleşen kavrayışımız da acaba benzer bir keşif ve gelişme kalıbının ilk adımı olabilirmi?Acaba bir gün uzay ve zamanın efendisi olarak bugün yalnızca bilim-kurgu konusu olabilecek şeyleriyapabilecekmiyiz?

Bunu kimse bilmiyor. Ama gelin ne kadar ilerlediğimizi ve bunu sürdürmek için nelerin gerekliolduğunugörelim.

XV.Bölüm-Tele-TaşıyıcılarveZamanMakineleri

UzayveZamandaYolculuk

Belki de 1960'larda hayal gücünden yoksundumamabeni gerçekten şaşırtan ve inanılmaz gelen şey,Atılgan'da bulunan bilgisayardı. ilkokulda edindiğim anlayış, yoldan çıktığım gibi soluğu sular sellermisali İngilizce konuşan uzaylılarla dolu bir evrende alma konusunda şiirsel bir ehliyet kazandırmıştıbana.Amaistendiğiandatarihteyaşamışherhangibirkimseninfotoğrafınıgösteren,üretilmişherhangibiraletin teknik ayrıntılarını veren ya da yazılmış herhangi bir kitaba ulaşmanızı sağlayan bir makine?Kuşkuculuğumurafakaldırmayazorlayandabuoldu.1960'larınsonlarındabukadarçokbilgiyibirarayagetirmenin,saklamanınvebubilgiyeanındaulaşmanınhiçbiryolununolmadığınakalıbımıbasabilirdim.Amayarımyüzyıldandahakısabirsüresonradizüstübilgisayarımla,kablosuzinternetbağlantımvesestanımayazılımımlamutfaktaoturuyorvekimiönemli,kimiönemsizolandevasabirbilgidenizininiçindeparmağımı kımıldatmadan Kaptan Kirk'i oynuyorum. Doğru, Atılgan'ın yirmi üçüncü yüzyılındabetimlenen bilgisayarların hızı hâlâ imrenilecek gibi ama o zaman geldiğinde bizim teknolojimizin dehayallerikurulanbeklentileriaşacağıkolaycaöngörülebilir.

Buörnek,bilimkurgunungeleceğiöncedensezmeyeteneğininartıkklişehalinegelmişörneklerindenyalnızca biridir. Ama ya birisinin içine girip bir düğmeye basarak çok uzak bir yere veya bir başkazamanagittiği,aletlerinengizemlisi?Acabagününbirindeçokuzunzamandıriçinehapsolmuşolduğumuzuzaysal mekândan ve zamansal dönemden sıyrılıp uzayın ve zamanın en uzak köşelerini araştırmamızmümkün olabilecek mi? Yoksa bilim kurgu ile gerçeklik arasındaki çizgi sonsuza kadar hep öyle mikalacak? Çocukluğumdaki bilgi devrimini önceden tahmin etme başarısızlığını yaşamış biri olarakgelecektekiteknolojikatı-lımlarıöngörmeyeteneklerimisorguluyorolabilirsiniz.Oyüzdenbubölümdeneyin olabileceği üzerine tahminlerde bulunmak yerine, tele-taşıyıcılar ve zaman makinelerinigerçekleştirmeyedoğruhemkuramsalhemdedeneyselolarakgerçektennekadarilerlediğimizivedahadailerigiderekuzayvezamandatamkontrolüeldeetmeninneyemalolacağınıanlatmayaçalışacağım.

BirKuantumDünyasındaTele-Taşıma

Geleneksel bilim kurgu betimlemelerinde tele-taşıyıcı (veya Uzay Yolu ağzıyla ışınlayıcı) ayrıntılıbileşimini belirlemek için bir cismi tarar ve bu bilgiyi cismin tekrar oluşturulduğu uzak bir konumagönderir. Bir kurgudan diğerine değişmekle birlikte, ya cismin kendisi "maddesizleştirilerek" atom vemolekülleri tekrar birleştirilmek üzere bir planla birlikte gönderilir ya da alıcı tarafındaki atom vemoleküllercismin tambirkopyasınıoluşturmaküzerebirleştirilir.Göreceğimizgibi, sononyılda tele-taşımaiçingeliştirilenbilimselyaklaşım,buikinciyedahauygundurvebudurumdaortayaikitemelsoruçıkar. Birincisi zorlu bir felsefi bilmecedir: Eğer başarılabilirse, tam kopya ne zaman aslı imiş gibitanımlanacak,adlandırılacak,çağırılacakyadaonaaslıimişgibidavranılacaktır?ikinciside,ilkeolarakbile olsa, bir cismi inceleyerek bileşimini, onu yeniden oluşturmayı sağlayacak bir planını çıkarmayayetecekbirmükemmelliktebelirlemeninmümkünolupolmadığıdır.

Klasikfizikyasalarıylayönetilenbirevrende,ikincisoruyaverilecekcevapevetolacaktır.İlkeolarakbir cismi oluşturan her parçacığa ilişkin bilgiler -her parçacığın kimliği, konumu, hızı vb.- tam bir

kesinlikleölçülebilir,uzakbiryeregönderilebilirvecismiyenidenyaratmakiçinbirelkitapçığıolarakkullanılabilir.Biravuçtemelparçacıktandahafazlasayıdaparçacıktanoluşanbircisimiçinbunuyapmakolanaksızderecesindegüçtüramaklasikevrendeengelfizikdeğilkarmaşıklıkolacaktır.

Kuantum fiziği yasalarıyla yönetilen bir evrende -bizim evre-nimiz- durum çok daha zordur. Ölçmeişleminin, bir cismin olası bütün durumlarının bir arada bulunduğu kuantum pusunun içinden bir andasıyrılıp belirli bir değer almasına neden olduğunu öğrenmiştik. Örneğin, bir parçacığı gözlediğimizdebulduğumuz kesin nitelikler, genel olarak ona bakmamızdan bir an önce içinde bulunduğu niteliklerinbulanıkkuantumkarışımınınbiryansımasıdeğildir.Buyüzdeneğerbircisminaynısınıyapmakistiyorsak,bir kuantum yakalama oyunuyla karşı karşıyayız demektir. Aynısını yapmak için, neyin aynısınıyapacağımızı gözlemeliyiz. Ama gözlem işlemi değişime neden olur, bu yüzden eğer gördüğümüzünaynısını yapacaksak bu, biz bakmadan önceki şeyin aynısı olmaz. Bu da bir kuantum evreninde tele-taşımanın,yalnızcakarmaşıklıktankaynaklananpratiksınırlamalarnedeniyledeğil,kuantummekaniğininyapısındabulunantemelsınırlamalarnedeniylegerçekleştirilemeyeceğianlamınagelir.Bununlabirliktegelecekbölümdegöreceğimizgibi,1960'lardauluslararasıbirfizikçiekibi,busonucuengelleyen,zekicebiryolbulmuştu.

İlksoruyagelince,cisminaslıvekopyasıarasındakiilişkilerbakımındankuantumfiziğihemkesinhemdecesaretvericiolanbircevapverir.Kuantummekaniğinegöreevrendekiherelektrondiğeriyleaynıdır.Hepsininkütleleri,elektrikyükleri,zayıfvegüçlünükleerkuvvetözelliklerivetoplamspinleritamolarakdiğerleri ile aynıdır.Üstelik iyi sınanmışolankuantummekaniğineözgü tanımlamalarımız,bunlarınbirelektronun sahip olabileceği özelliklerin tamamı olduğunu söyler: Elektronların bütün bu özellikleribirbirleri ile aynıdır ve başkaca göz önüne alınması gereken özellik yoktur.Aynı anlamda her yukarı-kuarkdiğerleriyleaynıdır,heraşağı-kuarkdiğerleriyleaynıdır,herfotondiğerleriyleaynıdır,bütündiğerparçacıktürleriiçindebu,böyledir.Kuantumuygulayıcılarıtarafındanonlarcayılönceanlaşıldığıgibi,parçacıklar bir alanın olası en küçük paketçikleri olarak düşünülebilirler (örneğin fotonlarelektromanyetik alanın en küçük paketçikleridir) ve kuantum fiziği aynı alanın böyle en küçükbileşenlerininherzamanaynıolduğunugösterir.(Veyasicimkuramıyapısında,aynıtürdenparçacıklarınözellikleriaynıdırçünkübunlartekbirsicimtürününaynıtitreşimleridir.)

Aynı türden iki parçacık arasında değişebilecek olan, bunların farklı konumlarda bulunabilmeolasılıkları, spinlerinin belirli yönleri gösterme olasılıkları ve belirli hızlara ve enerjilere sahip olmaolasılıklarıdır. Veya fizikçilerin daha kısa ve özlü olarak dedikleri gibi, iki parçacık farklı kuantumdurumlarında bulunabilirler. Ama eğer aynı türden iki parçacık aynı kuantum durumunda ise -birparçacığın yüksek bir olasılıkla orada olması, diğer parçacığınsa yüksek bir olasılıkla burada olmasıdışında- kuantum mekaniği yasaları bunların yalnızca pratikte değil, ilke olarak da birbirinden ayırtedilememesinenedenolur.Bunlarmükemmelikizlerdir.Eğerbirisibuparçacıklarınyerlerinideğiştirirse(daha doğru bir deyişle, bu parçacıkların verilen bir konumda olma olasılıklarını değiştirirse) bunuanlamanınkesinliklehiçbiryoluyoktur.

Bu yüzden, eğer burada konumlanmış bir parçacıkla başladığımızı varsayarsak ve aynı türden birparçacığınuzakbiryerde,birşekildetamolarakaynıkuantumdurumundaolmasınısağlarsak(spinyönü,enerjivb.içinaynıolasılıklar),ortayaçıkanparçacıközgünparçacıktanayırtedilemezvebusürecehaklıolarak kuantum tele-taşıma adı verilebilir. Elbette özgün parçacık varlığını sürdürüyorsa bu sürecekuantumkopyalamayadakuantumfakslamaadınıdaverebilirsiniz.Amagöreceğimizgibi,bu fikirlerinbilimselolarakgerçekleştirilmesiözgünparçacığınkorunmasınısağlamaz-parçacıktele-taşımasırasındakaçınılmazolarakdeğişikliğeuğrar-onedenlebuikilemlekarşılaşmayacağız.

İşin filozoflarındaçeşitli şekillerdeyakından incelediği,dahabaskılayıcıyanı, tekbirparçacık için

doğruolanbirşeyinbiryığıniçindedoğruolupolmadığıdır.Eğerotomobilinizioluşturanherparçacığı,herbirininkuantumdurumunuvearalarındaki ilişkilerikoruyarak,yüzde100doğrulukla tele-taşıma ilebaşkabiryeretaşıyabilseydiniz,otomobilinizitele-taşımışolurmuydunuz?Hernekadarbizekılavuzlukyapacak deneysel bir kanıtımız yoksa da, tele-taşınmış bir otomobile sahip olma konusunda kuramsaldestek güçlüdür. Bir cismin nasıl göründüğünü, nasıl bir his uyandırdığını, nasıl ses çıkardığını, nasılkoktuğunu,hattatadınınnasılolduğunuatomvemoleküllerarasındakiilişkilerbelirler.Oyüzdenortayaçıkan otomobil, özgün araca her şeyiyle benzemelidir -çarpıkları, çizikleri, gıcırdayan sürücü kapısı,içine sinmiş olan köpeğinizin kokusu, her şey- ve otomobil, tıpkı özgün araç gibi keskin dönemeçalabilmeli,gazpedalınasonunakadarbasıldığındatamolarakaynıtepkiyivermelidir.Aracıngerçektenözgün mü yoksa tam bir kopya mı olduğu sorusunun önemi yoktur. Eğer otomobilinizi New York'tanLondra'ya getirmeleri için Birleşik Kuantum Taşımacılık (UnitedQuantumVan Lines) kargo şirketiyleanlaşmış olsanız ve onlar da size haber vermeden otomobilinizi, yukarda anlatıldığı gibi tele-taşımışolsalar,farkı,ilkeolarakbileolsaanlayamazdınız.

Amakargo şirketi aynı şeyikedinizeyapsaydıveyauçaktaverilenyemeklerdenbıktığınız içinAtlasOkyanusu-ötesi yolculuğunuzu tele-taşıma yöntemiyle yapmaya karar verseydiniz? Alıcı odadan çıkankedi veya insan, tele-taşıyıcıya girenle aynı olur mu? Kişisel olarak ben öyle düşünüyorum.Tekrarlayayım, elde bu konuda veri olmadığı için ancak tahminde bulunabilirim. Ama benim düşüncebiçimime göre, bileşen atomları vemolekülleri benimkilerle tam olarak aynı kuantum durumunda olanbirisi benimdir. Hatta özgün "ben ", "kopya" yapıldıktan sonra varlığını sürdürüyor olsa bile, hiçduraksamadan bunlardan ikisinin de ben olduğumu söyleyebilirim (söyleyebiliriz). İkimizin de aklı(zihni), hiçbirimizin diğerine önceliği olmadığı konusunda -tamamıyla- aynı olacaktır. Düşünceler,hatıralar,duygularvekararların insanvücudununatomikvemolekülerözelliklerinde fizikselbir temelivardır; bu temel bileşenlerin aynı kuantumdurumunda olmaları aynı bilinç durumuyla sonuçlanmalıdır.Zamangeçtikçedeneyimlerimizbizi farklılaştıracaktır amabu andan sonragerçekten iki benolacağınainanıyorum.Bunlardanbirigerçek"ben",diğeri"kopya"olmayacaktır.

Aslındabukonudabirazdahaserbestolmakistiyorum.Fizikselbileşimimizsürekliolarak-kimiküçük,kimi büyük- dönüşümlere uğruyor ama aynı insan olarak kalmaya devam ediyoruz. Kanımızı yağ veşekerle doyuran dondurmadan tutun, beynimizdeki çeşitli atomların spin eksenlerini değiştiren MRIçekimlerine,kalpnakline,yağaldırmaoperasyonlarına, insanvücudundaortalamaolaraksaniyeninhermilyondabirindedeğişen trilyonlarcaatomakadarsüreklibirdeğişim içindeolmamıza rağmen,kişiselkimliğimiz etkilenmiyor.O yüzden eğer tele-taşıma benim fiziksel durumumu tıpatıp kopyalamasa bile,yinedeortayaçıkankişibendenayırtedilemez.Banagöre,bubenolur.

Elbetteyaşamın,özellikledebilinçliyaşamınfizikselbileşimininötesindebirşeyleridahaolduğunainanıyorsanız, o zaman sizin başarılı tele-taşıma konusundaki standartlarınız benimkilerden daha katıolacaktır.Builginçkonu-kişiselkimliğimizinfizikselyapımızanereyekadarbağlıolduğusorusu-çeşitlinedenlerleyıllarcatartışıldıamaherkesidoyuracakbircevapbulunamadı.Benkimliğintümüylefizikselyapıtarafındanbelirlendiğineinanıyorolsamda,diğerleribufikrekatılmadıvehiçkimsedekesincevabıbildiğiniiddiaetmedi.

Ama canlı bir varlığı tele-taşımaya ilişkin bu varsayımsal soruya bakış açınızdan bağımsız olarak,bilim insanları, kuantum mekaniğinin mucizeleri yoluyla tek tek parçacıkların tele-taşınabileceğinigösterdilerhattaonlarıtele-taşıdılar.

Bununnasılolduğunugörelim.

KuantumDolanıklığıveKuantumTele-Taşıma

1997'de başlarında o zamanlar Innsbruck Üniversitesi'nde çalışan Anton Zeilinger'in bulunduğu birfizikçiekibiveRomaÜniversitesi'ndenA.FrancescoDeMartini'ninbaşkanlığınıyaptığıbirdiğerekipbirbirinden bağımsız olarak tek bir fotonu tele-taşıma deneyini başarıyla gerçekleştirdiler. Her ikideneydedebelirlibirkuantumdurumundakifotonlaboratuvariçindekısabirmeşaleöteyetele-taşındılarama sürecin bu tele- taşımayı herhangi birmesafeye de başarıyla yapacağına inanmak için çok nedenvardı. Her iki ekip de 1993'te bir fizikçi grubunun -IBM'in Watson Araştırma Merkezinden CharlesBennett;Montrai Üniversitesi'nden Gilles Brassard, Claude Crepeau ve Richard Josza; İsrailli fizikçiAsher Peres ve Williams Koleji'nden William Wooters- kuantum dolanıklığına (Bölüm 4) ilişkinmakalelerindekikuramsalgörüşleredayananbirteknikkullandılar.

Dolanık iki parçacığın, diyelim iki fotonun, birbirleriyle garip ama yakın bir ilişkileri olduğunuhatırlayın.Herbirininşuveyabuyöndespinesahipolmaolasılıklarıbelirliikenveölçüldüğündeherbirideğişikolasılıklardanbirini"seçiyor"gibigörünüyorolmalarınarağmen,aralarındakiuzaklıkneolursaolsun,birineyi"seçerse"öbürüdeaynıandaonuseçiyor.Bölüm4'tedolanıkparçacıklarıkullanarakbiryerdendiğerineışıkhızındandahabüyükbirhızlahabergöndermeninbiryoluolmadığınıgörmüştük.Eğerbir dizi dolanık parçacığın her birinin birbirinden uzak yerlerde ölçümü yapılırsa, her iki detektördeölçülenveriler(şuyadabuyöndespinesahipolmaolasılıklarıparçacıklarınolasılıkdalgalarıylatutarlıolmak üzere) olası sonuçların rasgele bir dizisi olur. Dolanıklık ancak iki sonuç listesi karşılaştırılıpbirbirininaynıolduğugörüldüğündeortayaçıkar.Amabukarşılaştırmabirtürsıradan,ışıkhızındandahayavaş haberleşme türü gerektirir. Karşılaştırma yapılmadan önce dolanık olmanın hiçbir izibelirlenemeyeceğiiçin,ışıktanhızlıbirsinyalgöndermekolanaklıdeğildir.

Bununlabirlikte,hernekadardolanıklıkışıktanhızlıhaberleşmeiçinkullanılamıyorsada,parçacıklararasındaki bağlantı öylesine gariptir ki, insan kendini bunun sıra dışı bir işe yaraması gerektiğinihissetmektenalıkoyamaz.1993'teBennettveçalışmaarkadaşlarıböylebirolasılıkkeşfettiler.Kuantumdolanıklılığının kuantum tele-taşıma amacıyla kullanılabileceğini gösterdiler. Işıktan daha hızlı habergönderemiyorolabilirsiniz amaeğerbir parçacığınburadanoraya ışıktandahayavaş tele- taşınmasınarazıolursanız,bununyöntemidolanıklıkolabilir.

Bu sonucun ardındaki düşünüş mantığı matematiksel olarak basit olmakla birlikte, kurnazca vezekicedir.Özetlemeyeçalışalım.

NewYork'takievimdenLondra'dakiarkadaşımNicholas'aFotonAadınıverdiğimözelbirfotonutele-taşımakistediğimivarsayalım.Basitolsundiyefotonunspininintamkuantumdurumununasıltaşıyacağımı-yaniNicholas'ınalacağıfotonunspinininbiryöndeyadadiğerindeolmaözelliklerininFotonA'nınspinözellikleriyleaynıolmasınınasılsağlayacağımı-görelim.

ÖnceFotonA'nınspinözellikleriniölçüpsonraNicholas'ıtelefonlaarayarak,onunkenditarafındaspinözellikleri Foton A'nın spin özelliklerine uyan bir foton ayarlamasını isteyemem; bulacağım sonuçyaptığım gözlemden etkilenir, o yüzden Foton A'nın ben bakmadan önceki özelliklerini doğru olarakyansıtamam.Ohaldeneyapabilirim?İşteBennettveçalışmaarkadaşlarınagörebununilkadımıNicholasve benimFotonB ve FotonC adını vereceğim dolanık iki fotondan birer tanesine sahip olmamız.Bufotonlarınasıleldeedeceğimizinönemiyok.AtlasOkyanusu'nunikifarklıyakasındaolsakbile,Nicholaselindeki fotonun herhangi bir eksen çevresindeki spinini ölçse, bende elimdeki fotonun aynı eksençevresindeki spinini ölçsem, tam olarak aynı değerleri bulacağımızdan emin olduğumuzu varsayalım.Bennett ve çalışma arkadaşlarına göre ikinci adım Foton Ayı -tele-taşıdığım fotonu- ölçmek değildirçünkübuçokciddibirmüdahaleolur.BununyerineFotonA'nınvedolanıkFotonB'ninortaközelliklerini

ölçmeliyim.Örneğin, kuantum kuramı spinlerini ayrı ayrı ölçmeden FotonA ve FotonB'nin dik eksençevresindeaynı spine sahipolupolmadıklarınıölçmemeolanakverir.Benzerbiçimdekuantumkuramıspinlerini ayrı ayrı ölçmeden Foton A ve B'nin yatay eksen çevresinde aynı spine sahip olupolmadıklarını ölçmeme de olanak verir. Böyle ortak bir ölçümle Foton A'nın spinini öğrenemem amaFotonA'nınspinininFotonB'ninspininenasılbağlıolduğunuöğrenebilirim.Buönemlibirbilgidir.

Uzaktaki Foton C, Foton B ile dolanıktır, o nedenle eğer Foton A'nın Foton B ile olan bağınıöğrenebilirsem,FotonA'nınFotonCileolanbağınıdaöğrenebilirim.Eğerşimdibubilgiyi,FotonA'nınspininin Foton C'ye göre nasıl olduğunu telefonla Nicholas'a iletirsem, o da Foton C'nin kuantumdurumunu Foton A'nınkine uyacak şekilde nasıl ayarlayacağını belirleyebilir. Gerekli ayarlamayıyaptıktansonraonunfotonununkuantumdurumuFotonAileaynıolacaktırvebudaFotonA'nınbaşarılıbir biçimde tele-taşındığını söyleyebilmemiz içingerekenbilginin tümüdür.Enbasit durumda, örneğin,ölçümlerimFotonB'ninspinininFotonA'nınkiileaynıolduğunugösterirse,ozamanFotonC'ninspinininde Foton A'nınki ile aynı olduğu sonucuna varabiliriz ve daha fazlasına gerek kalmadan tele-taşımatamamlanmışolur.FotonC,amaçlandığıgibi,FotonAileaynıkuantumdurumundaolur.

Yadaneredeysediyelim.Fikirkabacabuduramakuantumtele-taşımayıyönetilebiliradımlarhalindeaçıklayabilmek için şimdiye kadar bu öyküdeki kesinlikle en önemli öğeyi atladım, şimdi bunutamamlayayım.FotonAveFotonBüzerindeortakölçümleryaparken,aslındaFotonA'nınspinininFotonB'ninki ilebağınıbulurum.Amaherölçümdeolduğugibi,ölçümünkendisi fotonları etkiler.Buyüzdenölçümden önce Foton A'nın spininin Foton B'ninki ile olan ilişkisini bilemem. Her ikisi de ölçümeyleminden etkilendikten sonraki ilişkilerini bilirim. Bu yüzden, ilk bakışta, tanımladığım Foton Ayıuzakta kopyalamak konusunda aynı kuantum engeliyle karşı karşıyaymışız gibi gelir: Ölçüm eylemininkaçınılmazbozucuetkisi. işeFotonC'nin imdadayetiştiğiyer,burasıdır.FotonBveFotonCbağlantılıolduğuiçin,FotonBüzerindenedenolduğumbozucuetkiLondra'dakiFotonC'ninkuantumdurumundadakendini gösterir. Bölüm 4'te ayrıntılı olarak anlatıldığı gibi, kuantum dolanıklığının mucizevî doğasıbudur. Gerçekten, Bennett ve çalışma arkadaşları, Foton B ile olan bağlantısından ötürü, benimölçümleriminbozucuetkisininuzaktabulunanFotonCüzerindedeortayaçıktığınımatematikselolarakgösterdiler.

İşteinanılmazderecedeilginçolanbudur.BenimölçümümleFotonA'nınspinininFotonB'ninkiileolanilişkisini öğreniyoruz, ama her iki fotonda da benim işe karışmamdan kaynaklanan bozulma olduğunuortayakoyansorunlabirlikte.AmadolanıklıknedeniyleFotonCdebenimölçümümebağlıdır-binlercekilometreuzaktaolsabile-vebudabozulmanınetkisiniayırtetmemizisağlarveböylecenormalolarakölçüm sürecinde kaybolan bilgiye ulaşabiliriz. Şimdi Nicholas'ı arayarak ölçüm sonucumu söylersem,bozulmadan sonra FotonA ve FotonB'nin spinleri arasındaki ilişkiyi öğrenir ve FotonC aracılığıylabozulmanınetkisineulaşabilir.BudaNicholas'ınFotonC'yikullanarak,aşağıyukarıbenimölçümümdenkaynaklanan bozulmayı çıkarmasını ve Foton Ayı kopyalama işinin önündeki engeli böylece aşmasınısağlar.Gerçekte,Bennettveçalışmaarkadaşlarınınayrıntılıolarakgösterdiğigibi,FotonC'ninspininebasit bir müdahale ile (benim telefonda Foton A'nın spininin Foton B'ninki ile ilişkisini söylememle)Nicholas spin açısından Foton C'nin, benin ölçümümden önceki Foton A'nın kuantum durumunukopyalamasınısağlayacaktır.Üstelikhernekadarspinbirfotonunkarakteristiközelliklerindenyalnızcabiriisede,FotonAnınkuantumdurumunundiğerözellikleri(belirlibirenerjiyesahipolmaolasılığıgibi)aynı şekilde kopyalanabilir. Böylece, bu süreç kullanılarak Foton Ayı New York'tan Londra'ya tele-taşıyabiliriz.

Görebileceğiniz gibi, kuantum tele-taşıma her biri kritik önemde olan ve diğerini tamamlayan birbilgiyi taşıyan iki aşamadan oluşur. Birincisi, tele-taşımak istediğimiz fotonla birlikte dolanık foton

çiftindenbiriniortakolarakölçeriz.Ölçümdenkaynaklananbozulma,dolanıkçiftinuzaktakiüyesindedekuantumacayipliğivekuantumunyerelolmayışınedenleriyleortayaçıkar.Bu, tele-taşımasürecininnetbirbiçimdekuantumkarakterliolanbirinciaşamasıdır,ikinciaşamadaölçümünkendisininsonucu,tele-taşımanın klasik kısmı olarak adlandırabileceğimiz bir süreçle uzaktaki alıcıya daha sıradan araçlarla(telefon, faks, e-posta...) iletilir. Birinci ve ikinci aşamalar birleştirildiğinde, tele-taşımak istediğimizfotonun tam kuantum durumu, basit bir operasyonla (belirli eksenler çevresinde belirli miktarlardadöndürmekgibi)dolanıkbirçiftinuzaktakiüyesindeyenidenoluşturulabilir.

Kuantumtele-taşımanınbirkaçkilitözelliğinedikkatedin.Fo-tonA'nınözgünkuantumdurumuölçümtarafındanbozulduğuiçin,Londra'dakiCFotonuözgündurumdaolantekfotondur.ÖzgünFotonA'nınikikopyası bulunmadığı için bunu kuantum fakslaması değil, kuantum tele-taşıma olarak adlandırmak çokdaha doğru olur.ÜstelikFotonAyıNewYork'tanLondra'ya taşımış olsak da -Londra'daki foton bizimNewYork'takiözgünfotonumuzdanayırtedilemezolsada-FotonA'nınkuantumdurumunubilemeyiz.Benişe karışmadan önce Londra'daki fotonla Foton A'nın bir yönde ya da diğerinde spine sahip olmaolasılıklarıaynıdıramabuolasılığınneolduğunubizbilmiyoruz.Gerçektenkuantumtele-taşımanınpüfnoktası budur. Ölçümden kaynaklanan bozulma bizim Foton A'nın kuantum durumunu belirlememiziengeller, ama anlatılan yaklaşımda fotonu tele- taşımak için onun kuantum durumunu bilmek çorundadeğiliz.Yalnızcaonunkuantumdurumundakibirözelliği-FotonBileortakölçümdenöğrendiğimizşeyi-bilmekzorundayız.UzaktakiFotonCilekuantumdolanıklığıgerikalanıhalleder.

Bustratejiyikuantumtele-taşımaiçinuygulamakkolaybirişdeğildir.1990'larınbaşlarındadolanıkbirçift foton yaratmak sıradan bir süreçti ama iki fotonun ortak ölçümleri (teknik olarak Bell-durumuölçümleri olarak adlandırılan, yukarıdaki Foton A ve B'nin ortak ölçümleri) hiç denenmemişti. HemZeilingerhemdeDeMartiniekiplerininbaşarısı,ortakölçümleriçinzekicedeneyseltekniklericatetmekvebunlarılaboratuvardagerçekleştirmektir.1997'debuamacaulaşaraktekbirparçacığıntele-taşımasınıgerçekleştirenilkgruplaroldular.

GerçekçiTele-Taşıma

Siz, ben, otomobiliniz ve her şey çok sayıda parçacıktan oluştuğu(muz) için, sonraki doğal adımkuantum tele-taşımayı böyle büyük parçacık kümelerine uygulayarakmakroskobik cisimleri bir yerdendiğerine "ışınlama"nınyolunuaçmaktır.Ama tekbirparçacığı tele-taşımaklamakroskobikbirparçacıkkümesini tele-taşımak arasındaki fark akıllara durgunluk verici olup, araştırmacıların şu andagerçekleştirebileceklerinin çok çok öte-sindedir. Hatta bu alandaki çoğu önder araştırmacı uzak birgelecektebilebunungerçekleştirilebileceğinipekdüşünmüyor.AmameraklılariçinZeilinger'inbelkidegününbirindegerçeğedönüşebilecekolanrüyasışöyle.

OtomobilimiNewYork'tanLondra'yatele-taşımakistediğimidüşünelim.Nicholasvebenimdolanıkbirfoton çiftinin birer üyesine sahip olmamız yerine (tek bir fotonu tele-taşımak için gerektiği gibi), herbirimizin yeterince proton, nötron, elektron ve bir otomobili yapmak için gerekli olan diğerparçacıklardanbirerodadolusukadarparçacığa sahipolmamız,üstelikbenimodamdakiparçacıklarınNicholas'ın odasındaki parçacıklarla kuantum dolanık olması gerekiyor (Şekil 15.1'e bakınız). Aynızamandaotomobilimi oluşturanparçacıklarla odamda sağa sola hareket edip duranparçacıkların ortaközellikleriniölçecekbiraletedesahipolmalıyım(FotonAveFotonB'ninortaközellikleriniölçmeninbenzeri).İkiodadakiparçacıklarındolanıkolmasıyoluylaNewYork'tayaptığımortakölçümlerinetkisi,Nicholas'ınLondra'dakiodasındabulunandolanıkparçacıklardadagörülecektir(FotonC'nindurumunun

AveB'ninortakölçümleriniyansıtmasınınbenzeri).EğerNicholas'ıararveölçümleriminsonucunuonaaktarırsam (Nicholas'a 1030 sonuç aktaracağım için bu, pahalı bir görüşme olacaktır), veriler onaodasındaki parçacıkları nasıl değiştirebileceği konusunda bilgi verecektir (tıpkı önceki telefongörüşmemizde Foton Cyi nasıl değiştireceğini bildirmem gibi). Nicholas işini bitirdiğinde, odasındabulunanherparçacığınkuantumdurumuotomobildekiherparçacığındurumuyla tamolarakaynıolacak(ölçüm yapılmadan önce) ve böylece, tıpkı önceki incelememizde olduğu gibi, şimdi Nicholas'ın birotomobiliolacaktır.OtomobilinNewYork'tanLondra'yatele-taşımasıtamamlanmışolacaktır.

Şekil15.1Tele-taşımayahayalcibiryaklaşım,birbirlerindenuzaktaolanvekuantumdolanıkparçacıklarladoluikiodayıvetele-taşınacakcismioluşturanparçacıklarlabirlikteodalardanbirindekiparçacıklarıaynıandaölçebilecekbiraracıgözönünealır.Buölçümlerinsonucu,dahasonraikinciodadakiparçacıklarıcismikopyalayacakşekildedeğiştirmekvetele-taşımayısonuçlandırmak

içingerekliolanbilgilerisağlar.

Amadikkatederseniz,günümüzdekuantumtele-taşımanınheradımıhenüzhayaldir.Otomobilgibibircisimmilyarkeremilyarkeremilyardandahafazlasayıdaparçacıktanoluşur.Deneycilerbirçifttendahafazlaparçacığındolanıklıklarıylauğraşırken,makroskobiknesnelereilişkinsayılaraulaşmanınhenüzçokçok uzağındalar. İki oda dolusu dolanık parçacık hazırlayabilmek henüz saçma diyebileceğimiz ölçüdeerişimimizinötesindedir.Üstelikikifotonunortakölçümükendibaşınabilesonderecezorveetkileyicibirbaşarıdır.Bunumilyarlarcavemilyarlarcaparçacığauygulayabilmek,bugüniçinhayalbileedilemez.Şu andadurduğumuzyerdenbakıldığında, fazla tutkuluolmayanbir değerlendirme ilemakroskobikbircismin en azından tek parçacığa uyguladığımız yolla tele-taşınmasının -eğer sonsuzluk değilse bile-çağlarcauzaktaolduğusonucunavarılacaktır.

Ama bilim ve teknolojide tek değişmeyen şeyin "olmaz" keha-netlerinin aşıldığının görülmesiolduğundan yalnızca açık olan bir şeyi söyleyeceğim:Makroskobik cisimlerin tele-taşınması olanaksızgörünüyor.Amakimbilebilir?KırkyılönceAtılgan'ınbilgisayarıdaolanaksızgibigörünüyordu.

ZamandaYolculuğunBilmeceleri

Eğermakroskobikcisimleritele-taşımakFedEx'içağırmakyadametroyabinmekkadarkolayolsaydı,hayatın çok farklı olacağı açıktır. Pratik olmayan veya olanaksız yolculuklar yapılabilecek ve uzaydayolculukkavramındadevrimcideğişikliklergerçekleşecekti.

Budurumdabile,evrenialgılayışımızatele-taşımanınetkisi,zamandaisteğebağlıyolculukyapmanınalt-üst edici etkisiylekarşılaştırıldığında sönükkalırdı.Yeterince çabagösterildiğinde, en azından ilkeolarak, buradan şuraya gidebileceğimizi herkes bilir. Uzayda yolculuk konusunda bazı teknolojiksınırlamalarolsada,busınırlariçindeuzaydakiyolculuklarımızaseçimveisteklerkılavuzlukeder.Amaya"şimdi"den"ozaman"agitmek?Deneyimlerimizbizebununbirtekyoluolduğunusöyler:Beklemek,saniyelerinbirbirinikovalaması "şimdi"den"ozaman"agidebilmeninyolunuaçar.Burada"ozamanın""şimdiden" sonra geldiği varsayılır. Eğer "o zaman", "şimdiden" önce geliyorsa, deneyimlerimiz bizeorayagitmeninherhangibiryoluolmadığınısöyler;geçmişeyolculukbirseçenekgibigörünmez.Uzaydayolculuktan farklı olarak zamanda yolculuk seçim ve isteklerden bağımsızdır. Zaman söz konusuolduğundaisteyelim,istemeyelimbiryönedoğrusürükleniriz.

Eğer uzaydadolaşabildiğimizkolaylıkla zamandadadolaşa- bilseydik, hayata bakışımızdeğişmeklekalmaz, insanlık tarihindeki en büyük dönüşümü yaşardık. Bu inkâr edilemez etkinin ışığında geçenyüzyılın başlarında birkaç kişinin zamanda yolculuğun bir türünün -geleceğe doğru yolculuk- kuramsaltemellerinikeşfetmişolmalarınaşaşırıyorum.

Einsteinözelgöreliliğinuzay-zamanınındoğasınıkeşfettiğinde ileriyedoğruhızlısarmanınplanlarınıbulmuştu.EğerDünyada1000yılveya10.000yılveya10milyonyılsonranelerolup-biteceğinigörmekisterseniz, Einstein fiziğinin yasaları bunu nasıl yapabileceğinizi söyler. Hızı ışık hızının yüzde99,9999999996'sıolanbiraraçyaparsınız.Tamgazlauzayınderinliklerinedoğruuzayaracınızınsaatiylebirgünveyaongünveyayirmiyediyıldanbirazdahauzunsüreyleyolalır,keskinbirdönüşyaparveyinetamgazDünyayadönersiniz.Döndüğünüzzaman,Dünyazamanıile1000veya10.000veya10milyonyılgeçmişolacaktır.Bu,özelgöreliliğintartışılmazvedeneyselolarakkanıtlanmışbirsonucudur;Bölüm3'teişlediğimiz, hızın artırılarak zamanın yavaşlatılmasının bir örneğidir. Elbette böyle uzay araçları inşaedemeyeceğimiz için hiç kimse bu öngörüleri tanı olarak sınayamamıştır. Ama daha önce tartıştığımızgibi,araştırmacılaröngörülenyavaşlamayıışıkhızınınçokküçükbirkesrikadarhızlagidennormalbiruçakta ve parçacık hızlandırıcılarında ışık hızına yakın hızlara ulaşan müon gibi parçacıklardadoğrulamışlardır(durağanmüonlaryaklaşıkolaraksaniyeninmilyondaikisikadarkısabirzamandabaşkaparçacıklarabozunurlaramahızlahareketettiklerindeiçselsaatleriyavaşladığıiçinmüonlarbozunmadandahauzunyaşarlar).Özelgöreliliğindoğruolduğunavegeleceğeulaşmakiçinönerdiğistratejinindoğruişleyeceğineinanmakiçinhertürlünedenvardır.

Bizimbuzamanamahkûmolmamızanedenolanfizikdeğilteknolojidir.

Zamanda diğer yöne, geçmişe doğru yolculuğu düşündüğümüzde daha zor konular ortaya çıkar.Bunlardanbazılarınıhiçkuşkusuzbiliyorsunuz.Örneğin,geçmişegiderekkendidoğumunuzuönlediğiniz,standartbirsenaryovardır.Pekçokkurgusaltanımlamalardabu,şiddetkullanılarakyapılıyorsada,şiddetiçermeyen ama aynı derecede etkili bir yol daha vardır: Anne ve babanızın karşılaşmasını önlemek.Buradaki çelişki açıktır: Eğer hiç doğmadıysanız, o zaman geçmişe giderek anneniz ve babanızınkarşılaşmasınınasılengellediniz?Geçmişegidiponlarınkarşılaşmasınıengellemekiçindoğmuşolmanızgerekir;amaeğerdoğmuşsanız,geçmişeulaşmışsanızveanne-babanızınkarşılaşmasınıengellemişseniz,ozamandoğmamışolmanız r̂ekir.Mantıksalbirçıkmazagirmişdurumdayız.

Oxford'lubir filozofolanMichaelDummett'inortayakoyduğuveçalışmaarkadaşıDavidDeutsch'undikkatçektiğibenzerbirçelişkiaklıbirazfarklı,belkibirazdahaşaşırtıcıbiryollaçeler.Birversiyonu

şudur:Bir zamanmakinesi yaptığımı ve on yıl geleceğe gittiğimi varsayalım. Tofu-4-U'da (büyük delidanasalgınınıninsanlarıncheeseburgeryemeisteklerinesetçekmesindensonraMcDonalds'ınyerinialanfastfoodzinciri)hızlıbiratıştırmadansonra,bir internetkafebulupsicimkuramındakisongelişmeleriöğrenmeküzere çevrimiçi oluyorum.Mükemmel bir sürprizle karşılaşıyorum.Sicimkuramındaki bütünbilinmeyenkonularınçözülmüşolduğunuokuyorum.Kuramtamanlamıylaortayakonmuşvebütünbilinenparçacıklarınözelliklerinibaşarıylaaçıklıyor.Fazladanboyutlarkonusundatartışmasızkanıtlarbulunmuşve Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda kuramın öngördüğü süpersimetrik parçacıklar -kütleleri, elektrikyüklerivb.-doğrulanmış.Artıkkuşkuyok:Sicimkuramıevreninbirleşikkuramı.

Bu büyük ilerlemelerde kimin katkısı olduğunu öğrenmek amacıyla biraz daha derin araştırmayagirdiğimdeçokdahabüyükbir sürprizlekarşılaşıyorum.AtılımıgetirenmakalebiryılkadarönceRitaGreene tarafından yazılmış. Annem. Şok geçiriyorum. Burada bir saygısızlık yaptığımı düşünmeyin:Annem mükemmel bir insandır, ama bilim insanı değildir, bir kimsenin neden bilim insanı olmakisteyebileceğini anlayamaz ve örneğin Evrenin Zarafeti kitabından birkaç sayfa okuduktan sonra birkenara bırakıp, kitabın başını ağrıttığını söyler.Öyleyse nasıl olur da sicimkuramının kilitmakalesiniyazmış olabilir? Annemin makalesini çevrimiçi okuyor ve basit ama kavrayışla dolu mantığınıngüzelliğiylehavalarauçuyorum.Makaleninsonunda,korkularınıyenipiçindekifizikçiyiuyandıranTonyRobbins'inbirseminerinekatıldıktansonra,yıllarsürenyoğunmatematikvefiziköğretmenliğimiçinbanateşekkürettiğinigörüyorum.Evet,diyedüşünüyorum.Bengeleceğedoğruyolculuğaçıkarkenoseminerehenüzkaydolmuştu.Kendizamanımagerigidiponumatematikvefizikçalıştırmayabaşlasamiyiolur.

Kendizamanımagerigidipannemefizikvematematikderslerivermeyebaşlıyorum.Amaiyigitmiyor.Bir yıl geçiyor. Sonra bir yıl daha. Her ne kadar sıkı çalışıyorsa da, bir sonuç yok. Endişelenmeyebaşlıyorum.Birkaçyıl daha çalışıyoruz amaelde ettiğimiz ilerleme sonderece sınırlı.Artıkgerçektenendişeleniyorum.Makalesinin çıkması için fazla zaman kalmadı.Nasıl yazacak?Sonunda büyük kararıveriyorum.Gelecekteonunmakalesiniokuduğumdan,içeriğinigüngibiaçıkhatırlıyorum.Buyüzdenonunkendi kendinekeşfetmesini beklemekyerine -ki bu, giderekuzaklaşanbir olasılık haline geliyordu- neyazacağını gösteriyor, her şeyin tam olarak okumuş olduğum gibi kapsanmasın! sağlıyorum. Makaleyayımlanıyor,kısasüredefizikdünyasındakıyametkopuyor.Gelecekte,bugünhakkındaokuduğumherşeygerçekleşiyor.

Şimdi sorun şu:Anneminbüyükgürültü koparan bumakalesinde en büyükhakkimin?Elbette benimdeğil. Ben, sonuçlanmakaleden okuyarak öğrendim.Ama ona ne yazması gerektiğini ben söylediğimegöre, bu hak nasıl yalnızca anneme ait olabilir?Buradaki gerçek sorun, bir hak sorunu değil, anneminmakalesinde işlenen yeni bilginin, yeni görüşlerin ve yeni kavrayışın nereden geldiği.Kimi göstererek"Bukişiyadabubilgisayaryeni sonuçlarlaortayaçıktı"diyebilirim?Bugörüşlernebanaaitti,nedeanneme.İşiniçindebaşkabirisiyok.Bilgisayardakullanmadık.Bunarağmenbütünbuparlakfikirlerbirşekildemakaleyegirdi.Görünüşegöre,hemgeçmişehemdegeleceğedoğruyolculuğunolasıolduğubirdünyada bilgi havadan elde edilebiliyor. Her ne kadar kendi doğumunuzu engellemek kadar çelişkilideğilsede,budurumdaoldukçagarip.

Böyle çelişkileri ve gariplikleri ne yapacağız?Geleceğe yolculuğa fizik yasalarınca izin verilirken,geçmişedönmeyeyönelikherhangibirgirişiminbaşarısızlığauğramasıgerektiğisonucunamıvarmamızgerekiyor? Bazıları böyle düşünüyor. Ama şimdi göreceğimiz gibi, uğraşmakta olduğumuz bu ilginçkonularıçözmenindeyollarıvar.Bu,geçmişeyolculuğunolasıolduğuanlamınagelmiyor-bu,birazsonraele alacağımız farklı bir konu- ama zamanda geriye gitmenin, biraz önce incelediğimiz bilmecelerebaşvurularakbertarafedilebileceğinigösteriyor.

BilmeceleriYenidenDüşünmek

Bölüm5'te zamanın akışını klasik fiziğin perspektifinden incelediğimizi ve sezgiselmanzaradan çokdahafarklıbirgörünümlekarşılaştığımızıhatırlayın.Dikkatibirdüşünüş,zamanıbizibirandandiğerine,ileriyedoğrutaşıyanbirnehrebenzettiğimizbilindikdüşüncenintersine,uzay-zamanıheranıniçindebirnoktadadonmuşolarakbulunduğubirbuzküpüolarakelealmamızayolaçmıştı.Budonmuşanlar,farklıhareket durumlarında olan gözlemciler tarafından farklı şekillerde şimdiler -aynı anda olan olaylar-halinde gruplanır. Farklı şimdi kavramları için uzay-zaman bloğunu dilimleme esnekliği sağlamakamacıyla uzay-zamanın farklı açılarda dilimlenebilecek bir ekmek somunu olduğu benzetmesinikullanmıştık.

Ama bu benzetmeden bağımsız olarak Bölüm 5'ten çıkarılacak ders, anların -uzay-zaman somununuoluşturanolaylarolduğudur.Onlarzamandanbağımsızdır.Tıpkıuzaydahernoktanınvarolduğugibiheranda -herolay-vardır.Anlar, bir gözlemcinin şimdisinin "spot lambasıyla" aydınlatıldıklarında, anlıkolarak hayat bulmazlar; bu görünüm bizim sezgilerimizle uyumlu olmakla birlikte mantıksal birçözümlemedeayaktakalamaz.Birkezaydınlatıldığındahepaydınlatılmışolarakkalır.Anlardeğişmez.Anlar vardır. Aydınlatılmış olmak, bir anı oluşturan pek çok değişmez özellikten yalnızca biridir. Bu,evrenin tarihini oluşturanbütünolaylarınmanzaranın içindeolduğu, durağanvedeğişmezolarakoradaolduğu Şekil 5.1'in düşsel ama kavrayış dolu perspektifinde açıkça görülür. Farklı gözlemciler hangiolayların aynı anda olduğu konusunda anlaşamaz -bu gözlemciler uzay-zaman somununu farklı açılardadilimler-amasomununbütünüveonuniçindekiolaylarevrenseldir.

Kuantummekaniğizamanınbuklasikperspektifindebelirlibazıdeğişikliklerönerir.Örneğin,Bölüm12'de çok kısa ölçeklerde uzayın ve uzay-zamanın kaçınılmaz olarak dalgalı ve tüm- sekli olduğunugörmüştük.Ama(Bölüm7),kuantummekaniğivezamanıntamdoğrulanması,kuantumölçümproblemininçözümlenmesinigerektirir.BunuyapmaküzereilerisürülenönerilerdenbiriolanBirçokDünyayorumu,zamandayolculuktankaynaklanançelişkilerlebaşaçıkabilmekleözelolarakilintilidir,bunuönümüzdekialt-bölümde göreceğiz. Ama bu bölümde klasik kalalım ve uzay-zamanın buz bloğu/ekmek somunugösteriminibubilmecelereuygulamayaçalışalım.

Zamandageriye giderek anneve babanızın karşılaşmasını engellediğiniz, çelişkili örneği ele alalım.Bunun ne anlama gelmesi gerektiğini sezgisel olarak hepimiz biliyoruz. Ama siz geçmişe yolculukyapmadanönceannevebabanız,diyelim31Aralık1965gecesiyeniyılpartisindekarşılaşmışvebirsüresonraannenizdoğumyapmışvesizidünyayagetirmiştir.Yıllarsonrageçmişe-31Aralık1965gecesine-geri dönmeye karar veriyorsunuz ve oraya vardığınızda bazı şeyleri değiştiriyorsunuz, özellikle anne-babanızın karşılaşmalarını engelleyerek annenizin size hamile kalmasını ve sizi doğurmasınıengelliyorsunuz.Amaşimdibusezgiseltanımlamayı,mantıksalolarakayaklarıyerebasan,zamanınuzay-zamansomunutanımıiçindekarşılayalım.

Busezgiseltanımlamadahatemelindeanlarındeğiştirilebileceğinivarsaydığıiçinanlamsızlaşıyor.Bugörünüm, saatin 31 Aralık 1965 gece yarısını çalışını (standart Dünyalı zaman- dilimlemesi ile)"başlangıçta"annevebabanızınkarşılaştığıanolarakalıyorama"sonradan",sizinişekarışmanızlaherşeyideğiştiriyoröyleki,31Aralıkgecesiannevebabanızayrıkıtalardaolmasalarbilebirbirlerindenkilometrelerce uzakta oluyorlar. Olayların yeniden sayılıp dökülmesindeki sorun, anların değiş-memesidir;görmüşolduğumuzgibi,anlaryalnızcavardır.Sabitvedeğişmezolarakuzay-zamansomunuvardır.Biranın"önce"şöyle,"sonra"böyleolmasınınbiranlamıyoktur.

Eğer31Aralık1965'egerigitmişseniz,oradasınız,heporadaydınız,heporadaolacaksınızdır,hiçbir

zamanoradadeğil değildiniz. 31Aralık 1965, birincisini kaçırıp tekrarını yakaladığınız anlamında ikikereolmadı.Şekil 5.1 in zamanındışındakiperspektifinegöre siz -durağanvedeğişmezolarak-uzay-zamansomunununiçindeçeşitlikonumlardavarsınız.Eğerşimdizamanmakineniziayarlayıp31Aralıkgecesi saat 11:50ye dönseniz, bu an da sizin uzay-zaman somununda bulunacağınız konumlar arasındaolacaktır. Ama 1965 yılbaşı gece yarısındaki varlığınız, uzay-zamanın ebedi ve değişmez bir özelliğiolacaktır.

Bukavrayışbizihâlâtuhafsonuçlaragötürüramaartıkçelişkiyoktur.Örneğin,31Aralıkgeceyarısınadoğru11:50'deuzay-zamansomunundagörünürsünüzamabuandanöncevarlığınızınhiçbirkaydıyoktur.Bu tuhaf olmakla birlikte çelişkili değildir. Eğer birisi sizin saat 11:50'de hop diye birdenbire ortayaçıktığınızı görüp, korku dolu gözlerle nereden geldiğinizi sorsa, sakin bir sesle "Gelecekten" cevabınıverebilirsiniz.Busenaryoda,enazındanşimdiyekadar,mantıksalbirtutarsızlıklakarşılaşmadık.İşlerindahadailginçhalegeldiğinokta,elbettegörevinizedevamedipannevebabanızıayırmanızdır.Neolur?Uzay-zamanbloğuperspektifinidikkatlibirbiçimdesürdürürsek,kaçınılmazolarakbaşarısızolacağınızsonucunavarırız.Kaderibelirleyenoyılbaşıgecesindeneyaparsanızyapınbaşarısızolursunuz.Hernekadaryapabileceklerinizinarasındagörünsede,anne-babanızıayrı tutmak,mantıksalbiranlaşılmazlığayol açar. Anne ve babanız saat gece yarısını çaldığında karşılaştılar. Siz oradaydınız. "Daima" oradaolacaksınız. Her an, öyledir, değişmez. Bir "an" a değişimi uygulamaya kalkışmak, ancak bir kayayapsikanalizyapmakkadaranlamlıdır.Annevebabanız31Aralık1965geceyarısıkarşılaştılarvebunuhiçbir şey değiştiremez çünkü onların karşılaşmaları, uzay-zamanda sonsuza kadar kendi yerini işgaledecekolan,değiştirilemezbirolaydır.

Gerçekten, şimdi düşünün, onlu yaşlarınızda bir gün babanıza, annenize nasıl evlenme teklif ettiğinisormuştunuz,odasizeaslındaevlenmeteklifetmeyiplanlamamışolduğunusöylemişti.Obüyüksoruyusormadan önce annenizle neredeyse hiç karşılaşmamıştı. Ama yeni yıl partisinde, gece yarısından ondakikaöncebirdenbireortayaçıkıp,gelecektengeldiğinisöyleyenadamöylesinegaribinegitmiştiki,ondakikasonraannenizlekarşılaştığında,hemenoracıktaevlenmeteklifetmişti.

Burada dikkat edilecek nokta, uzay-zamandaki tam ve değişmez bir olaylar dizisinin anlamlı vekendiyle tutarlı bir bütün oluşturmasıdır. Evren anlamlıdır. Eğer zamanda geriye, 31 Aralık 1965'egiderseniz, gerçekte kendi kaderinizin gereğini yerine getiriyorsunuz demektir.Uzay-zaman somununda,31Aralık 1965'te, daha önce orada olmayan biri vardı. Şekil 5.1'e varsayımsal, dış bir perspektiftenbakıldığında,bunudoğrudangörebiliriz; inkar edilemezbirbiçimdebukişinin, şimdikiyaşınızdaki sizolduğunuzu görebiliriz. Onlarca yıl öncede yer alan bu olayların anlamlı olması için, geriye, 1965'egitmelisiniz.Dahası,dışperspektiften,çokkorkmuşgörünenbabanızın31Aralık1965gecesi11:50'denhemen sonra size bir şeyler sorduğunu, koşarak uzaklaştığını, gece yarısı biraz uzakta annenizlekarşılaştığını;somundabirazilerideonlarındüğününü,sizindoğumunuzu,çocukluktançıkışınızıvedahasonradazamanmakinesinegirişinizigörürüz.Eğergeçmişeyolculukolasıolsaydı,bir andakiolaylarıartıkyalnızcadahaönceki olaylarla açıklayamazdık (herhangi bir perspektiften); amaolayların tamamızorunluolarakanlamlı,tutarlıveçelişkiyedüşmeyenbiröyküoluştururdu.

Sonalt-bölümdevurgulandığıgibibu,hayalgücününzorlanmasıyla, geçmiş zamanayolculuğunolasıolduğuanlamınagelmez.Amagüçlübir şekildekendidoğumunuzuönlemekanlamınagelençelişkilerinmantıksalhatalardankaynaklandığınıilerisürer.Eğergeçmişzamanayolculukyapabilirseniz,geçmişi,pisayısını değiştirebileceğinizin ötesinde değiştiremezsiniz. Eğer geçmişe gidebilirseniz, geçmişin, sizinonayolculukyapmanızayolaçangeçmişinbirparçasısınız,parçasıolacaksınızvedaimaparçasıidinizdemektir.

Şekil 5.1 'in dış perspektifinden, bu açıklama hem sıkı, hem de tutarlıdır.Uzay-zaman somunundaki

olaylarıntamamınıincelersek,bunlarınkozmikbulmacaylaiçiçegeçmişolduğunugörürüz.Amayinedesizin 31 Aralık 1965'teki bakış açınızdan, her şey hâlâ şaşırtıcıdır. Yukarıda eğer anne-babanızıbirbirlerinden uzak tutmakta başarılı olsaydınız bile, bu probleme klasik yoldan yaklaşamayacağınızısöylemiştim.Buluşmalarını izleyemezsiniz.Belkideanlattığımöyküdekigibibuluşmalarını istemeyerekde olsa kolaylaştırabilirsiniz bile. Geçmiş zamana defalarca gidebilirsiniz, o yüzden her biri anne vebabanızın buluşmalarını engellemeye niyetli pek çok siz vardır. Ama anne ve babanızın buluşmalarınıengellemekte başarılı olmanız, bir şeyi, değişim kavramının anlamsız olduğu başka bir şeye göredeğiştirmekolur.

Amabusoyutgözlemlerinsağladığıkavrayışlabileşunusormadanedemiyoruz:Sizibaşarılıolmaktanalıkoyanşeynedir?Eğergeceyarısınaonkalapartideisenizveannenizigençkengörmüşseniz,sizinonuoradanuzaklaştırmanızıengelleyennedir?Veyababanızıgençkengördüğünüzde-olmazamadiyelim-onuvurmaktan alıkoyan nedir? Özgür iradeniz yok mu? Bazılarının, kuantum mekaniğinin öyküyegirebileceğinisöyledikleriyer,işteburasıdır.

Özgürİrade,BirçokDünyaveZamandaYolculuk

Özgüriradenazikbirkonudur,yokluğuylabilezamandayolculuğukarmaşıkhalegetirir.Fizikyasalarıbelirleyicidir. Daha önce görmüş olduğumuz gibi, eğer her şeyin şimdi tam olarak nasıl olduğunubiliyorsanız (evrendeki her parçacığın konumu ve hızı), klasik fiziğin yasaları sizin belirleyeceğinizherhangi bir başka anda her şeyin tam olarak nasıl olduğunu veya olacağını söyler.Denklemler, insaniradesininvarsayılanözgürlüğükarşısında tarafsızdır.Bazılarıbunun,klasikbirevrendeözgür iradeninaldatıcıbirgörünüş,biryanılsamaolduğuanlamınageldiğinikabuleder.Sizbirparçacıklarkümesindenoluşuyorsunuz, o nedenle eğer klasik fizik sizi oluşturan parçacıklar hakkındaki her şeyi, her anbelirleyebiliyorsa -neredeler,nasılhareketediyorlarvb.- sizinkendieylemlerinizibelirlemeyeyöneliközgüriradeniztamanlamıylatehlikededemektir.Bumantıkbeniiknaediyoramabirparçacıkkümesindendahafazlabirşeyolduğumuzudüşünenlerbukonudaaynıfikirdeolmayabilir.

Herneyse,içindeyaşadığımızevrenklasikdeğilbirkuantumevreniolduğuiçin,bugözlemlerinuygunolup olmadığı tartışma götürür. Kuantum fiziğinde yani gerçek dünya fiziğinde bu klasik fizikperspektifiylebenzerliklerolmaklabirlikte, çok temel farklardavardır.Bölüm7'deokumuşolduğunuzgibi, eğer şimdi evrendeki her parçacığın kuantum dalga fonksiyonunu biliyorsanız, Schrödingerdenklemi, sizin belirleyeceğiniz herhangi bir başka anda bu parçacıkların dalga fonksiyonlarının nasılolduğunu veya nasıl olacağını söyler. Kuantum fiziğinin bu yanı tam anlamıyla klasik fizik gibibelirleyicidir.Amayinedegözlemeylemikuantummekaniğineözgüöyküyükarmaşıklaştırır.Gördüğünüzgibikuantumölçümproblemiüzerindehâlâsürüpgiden,sıcakbir tartışmavardır.Eğerfizikçilergününbirinde Schrödinger denkleminin kuantum mekaniğinin her şeyi olduğu sonucuna varırlarsa, o zamankuantumfiziğikendibütünlüğüiçindeklasikfizikkadarbelirleyiciolur.Klasikbelirleyicilikteolduğugibibazıları bunun, özgür iradenin bir yanılsama olduğu anlamına geleceğini söyler; diğerleri ise bunakatılmaz.Amaeğerşimdikuantumöyküsününbirbölümünügözdenkaçırıyorsak-eğerolasılıklardankesinsonuçlara geçiş standart kuantum yapısının ötesinde bir şey gerektiriyorsa- o zaman, en azından özgüriradeninfizikselyasalar içindesağlambirkavrayışaoturmaolasılığıvardemektir.Gününbirinde,bazıfizikçilerin tahmindebulunduğugibi,bilinçligözlemin,kuantummekaniğininbelirli sonuçlarınkuantumpusunun içinden çıkarakgerçekleşmesini sağlayan, ayrılmazbir parçası olduğunu anlayabiliriz.Kişiselolarakbuolasılığınçokdüşükolduğunudüşünüyorumamaonubertarafetmeninbiryolunudabilmiyorum.

Sonuçtaözgüriradenindurumuvetemelfizikyasalarıiçindekirolüçözümlenmemişolarakkalıyor.Ohaldeherikiolasılığıda,yanılsamaolaraközgüriradeyivegerçekolaraközgüriradeyigözönünealalım.

Eğer özgür irade bir yanılsama ise ve geçmiş zamana yolculuk yapmak olası ise, o zaman anne vebabanızın karşılaşmasını önleyememeniz bir bilmece oluşturmaz. Her ne kadar sanki eylemlerinizüzerinde bir kontrolünüz varmış gibi hissediyor olsanız da, aslında her şeyi yapan fizik yasalarıdır.Annenizi oradan uzaklaştırmak veya babanızı vurmak için oraya gittiğinizde fizik yasaları oradadır.Zamanmakinesi sizi şehrinyanlış tarafına indirir,buyüzdenolayyerineannevebabanızkarşılaştıktansonraulaşırsınız,tetiğiçektiğinizandatetiktutuklukyaparveyatetiğiçekersinizamababanızıdeğilonunen büyük rakibini vurur, böylece birleşmelerinin önündeki engeli ortadan kaldırırsınız veya belki dezaman makinesinden dışarıya adım attığınızda artık anne ve babanızın buluşmalarını engellemekistemiyorsunuzdur.Zamanmakinesinegirerkensahipolduğunuzeğilimlerebakmaksızınçıktığınızzamankieylemleriniz, uzay-zamanın tutarlı öyküsünün bir parçasıdır. Fizik yasaları mantığı bozacak bütüngirişimleri sonuçsuz bırakır. Yaptığınız her şey yerine tam olarak uyar. Her zaman öyleydi ve öyleolacaktır.Değiştirilemezolanbirşeyideğiştiremezsiniz.

Eğer özgür irade bir yanılsamadeğilse ve geçmiş zamanayolculukyapmakolası ise, kuantum fiziğiolabileceklerkonusundaseçenekönerilerilerisürerveklasikfiziküzerinetemellendirilenformüllerdenbelirginbirbiçimdefarklıdır.Deutschtarafındansavunulan,inandırıcıbiröneride,kuantummekaniğininBirçokDünyayorumunukullanılır.Bölüm7'den,BirçokDünyayapısındakuantumdalga fonksiyonundasomutlaşanolasıhersonucun-birparçacığınbuveyaşuyöndespinesahipolması,birbaşkaparçacığınburadaveya şuradaolması-kendiayrı,paralel evrenindeortayaçıktığınıhatırlayın.Herhangibir andahaberdar olduğumuz evren, kuantum fiziği tarafından izin verilen her sonucun ayrı ayrı gerçekleştiğisonsuzsayıdaevrendenyalnızcabiridir.Buyapıdaşuveyabuseçimiyapmaktahissettiğimizözgürlüğün,sonrakibirandaşuveyabuparalelevrenegirmekzorundaolmamızolasılığınıyansıttığını ilerisürmekçokçekicidir.Elbettesizinvebenimsonsuzsayıdakopyalarımızparalelevrenlereserpiştirilmişdurumdaolduğu için, kişisel kimlikveözgür iradekavramları, bugenişletilmiş bağlamdayenidenyorumlanmakzorundadır.

Zamanda yolculuk ve potansiyel çelişkiler için Birçok Dünya yorumu alışılmamış, yeni bir çözümönerir.31Aralık1965gecesi11:50yegerigidereksilahınızıçeker,babanızanişanalır,tetiğiçekersiniz.Silahateşalırvehedefinizivurursunuz.Amasizinzamandayolculuğaçıktığınızevrendeolanbuolmadığıiçin, yaptığınız yolculuk yalnızca zaman içinde değil, aynı zamanda bir paralel evrenden diğerineolmalıdır. Şimdi kendinizi içinde bulduğunuz paralel evren, anne ve babanızın hiçbir zamankarşılaşmadığı -Birçok Dünya yorumunun bizi varlığı konusunda ikna ettiği (kuantum fiziğiyle tutarlı,olası her evren var olduğu için)- bir evrendir. Bu yüzden, bu yaklaşımda, hiçbir mantıksal çelişkiylekarşılaşmayız, çünkü verilen her anın, her biri farklı paralel evrenlerde bulunan çeşitli versiyonlarıvardır; BirçokDünya yorumunda sanki bir değil de sonsuz sayıda çok uzay- zaman somunları varmışgibidir.Sizinbulunduğunuzevrendeannevebabanız31Aralık1965gecesikarşılaştılar, sizdoğdunuz,büyüdünüz,babanızakingüttünüz,zamandayolculuktanetkilendinizve31Aralık1965'edoğruzamandayolculuğa çıktınız. Ulaştığınız evrende babanız, gelecekte onun oğlu olduğunu iddia eden silahlı biritarafından, annenizle karşılaşmadan önce, 31 Aralık 1965 gecesi öldürüldü. Sizin bu evrendekiversiyonunuz hiçbir zaman doğmadı, ama bu normaldir çünkü tetiği çeken kişinin (sizin) anne-babanızvardır.Onlar farklı, paralel bir evrendeyaşamaktadırlar.Bu evrendeherhangi birisinin sizin öykünüzeinanıp inanmadığınıveya sizehayalolarakbakıpbakmadığını söyleyemem.Amahalböyleolunca,herevrende-terkettiğinizveulaştığınız-kendisiyleçelişkilidurumlardankaçınabildiğimizaçıktır.

Dahası, bu genişletilmiş bağlamda bile zamanda yolculuk maceranız geçmişi değiştirmedi. Terk

ettiğinizevrende,oevreningeçmişinegitmediğinizden,buortadadır.Ulaştığınızevrende31Aralık1965gecesisaat11:50'dekivarlığınızoanıdeğiştirmez:Oevrendeoandavardınızvedaimavarolacaksınız.Yine,BirçokDünyayorumundafizikselolaraktutarlıolanherolaylardizisiparalelevrenlerinbirindeyeralır.Ulaştığınızevren,niyetlendiğinizölümcüleyleminizingerçekleştiğibirevrendir.31Aralık1965'tekivarlığınızveişlediğinizsuç,oevrenindeğiştirilemezgerçeklikdokusununbirparçasıdır.

BirçokDünyayorumu,anneminsicimkuramındaçığıraçanmakaleyiyazmasındaolduğugibi,bilginingörünüşegörehavadanortayaçıkmasıkonusunadabenzerbirçözümöneriyor.BirçokDünyayorumunagöre, sonsuz sayıdaki paralel evrenlerden birinde annem hızla bir sicim kuramı uzmanına dönüşür vemakalesinde okuduğum her şeyi kendi bulur. Geçmişe yolculuk yapmak için yola çıktığımda, zamanmakinesi beni o evrene götürür. Oradayken annemin makalesinde okuduğum sonuçlar gerçekten deannemin o evrendeki versiyonu tarafından keşfe-dilmiştir. Daha sonra, zamanda geriye doğru yolculukyaptığımda,paralelevrenlerdenanneminfiziğianlamaktagüçlükçektiğibirbaşkasınagirerim.Yıllarcaonafiziköğretmeyeçalıştıktansonra,vazgeçerveonamakaledeneyazmasıgerektiğinianlatırım.Amabusenaryoda,atılımlardankiminsorumluolduğukonusundabirbilmeceyoktur.Atılımlarınsorumlusu,birfizikuzmanıolduğuevrendekianneminversiyonudur.Benimzamandakiçeşitliyolculuklarımsonucundaolupbitenler,anneminbuluşlarınınparalelbirbaşkaevrendeyaşamaktaolanversiyonuna iletilmesidir.Paralelevrenlerikabuletmeyi,yazarsızmakalelerdendahakolaybulduğunuzuvarsayarsak-tartışılabilirbir önerme- bilgi ve zamanda yolculuk arasındaki ilişkiler, zihnimizi daha az bulandıracak bir şekildeaçıklanabilir.

Bu ve bir önceki alt-bölümde tartıştığımız önerilerin hiçbiri, zamanda yolculuğun bilmecelerinin veçelişkilerininçözümüolmayabilir.Buöneriler,dahaçok,şuankikavrayışımızlafizikproblemleriçözmekiçin çeşitli olası yollar sağladığından, bilmecelerin ve çelişkilerin zamanda yolculuğu bertarafetmeyeceğinigöstermekamacını taşırlar.Amabirşeyibertarafetmek,onunolasıolduğunusöylemektençokuzaktır.Ozaman,şimdiasılsoruyusoralım:

GeçmişZamanaYolculukOlasımı?

Aklıbaşındabirfizikçibusoruyahayırcevabınıverir.Ben,hayırderim.Amaözelgöreliliğinbüyükkütlelibircisminışıkhızınakadarivmelendirilmesinevecisminhızınınışıkhızınıgeçmesineizinveripvermediğini; veya Maxwell kuramının bir birim elektrik yüküne sahip olan bir parçacığın, iki birimelektrik yüküne sahip olan parçacıklara bozunmasına izin verip vermediğini sorduğunuzda alacağınızkesin "hayır" olmayıp, koşula bağlı bir “hayır”dır. Gerçek şu ki, hiç kimse fizik yasalarının geçmişzamanayönelikyolculuğukesinlikleyasakladığınıgösteremedi.Tersine,bazıfizikçilersınırsızteknolojikbaşarılara sahip olan bir uygarlığın tümüyle bilinen fizik yasaları içinde bir zaman makinesi (zamanmakinelerinden sözettiğimizdeher zaman,hemgeleceğehemdegeçmişeyolculukyapabileceğimizbirmakineyikastediyoruz)yapmayayönelikvarsayımsalyönergelerbilehazırlamışlardır.ÖnerilerinH.G.WellstarafındantanımlananuçanzımbırtıylaveyaDocBrown'ınsıvılaşanaracıylapekbenzerliğiyoktur.Tasarımöğeleri tümüylebilinen fiziğin sınırları içindedir,budabirçokaraştırmacının,doğayasalarınıkavrayışımızdaönümüzdekidönemdeortaya çıkacakgelişmelerlebirlikte, zamanmakineleri konusundavarolanvegelecekteortayaatılacakprojelerin,fizikselolarakolasıolmadıklarındankuşkulanmalarınayolaçıyor.Amabugüniçinbukuşkusağlamvegüvenilirispatadeğil,cesurduygularavekoşullukanıtlaradayanıyor.

Einstein'ın kendisi de genel görelilik kuramının yayımlanmasına yol açan yoğun araştırma yıllarında

geçmişe yolculuk konusunda uzun uzun düşünmüştür. Doğrusunu söylemek gerekirse bunu düşünmemişolması garip olurdu. Uzay ve zaman konusundaki köktenci çalışmaları uzun süredir kabul edilendogmaların çöpe atılmasına neden olurken, çok eskiden beri varlığını sürdüren soru, bu alt-üst oluşunnereye kadar gideceği idi. Bilinen, gündelik, sezgisel zamanın hangi özellikleri varlıklarınısürdürebilecekti?Einsteinzamandayolculukkonusundapekbirşeyyazmamıştıçünkükendistandartlarınagörebukonudafazlailerlemeeldeedememişti.Amagenelgöreliliküzerineyazdığımakaleyiizleyenonyıllardabaşkafizikçileryavaşamagüvenlibirşeklidebukonudamakaleleryazdılar.

Zamanmakineleriyleilgiliolarakyazılangenelgörelilikmakalelerininöncüleriarasında1937'deİskoçfizikçiW.J.VanStockum"ve1949'daEinstein'ınİleriAraştırmalarEnstitüsü'ndençalışmaarkadaşıolanKurt Gödel'in yazdıkları vardır. Van Stockum, genel görelilikte, çok yoğun ve sonsuz uzunlukta birsilindirin(sonsuz)uzuneksenietrafındadönmehareketiyaptığıvarsayımsalbirproblemiinceledi.Hernekadarsonsuzuzunluktakisilindirfizikselolarakgerçekçideğilsede,Stockum'unçözümlemeleriilginçbirsonuçortayakoydu.Bölüm14'tegörmüşolduğumuzgibi,dönmekteolanbüyükkütlelicisimleruzayıdaanafor benzeri bir hareketle sürüklerler.Dönme hareketi zamanın yönünün yana dönmesine neden olur,böylece silindir etrafındaki dönme hareketi sizi geçmişe götürür. Eğer roketiniz silindir etrafındadönüyorsa,başladığınıznoktaya,yolculuğaçıkmadanönceulaşırsınız.Elbettehiçkimsesonsuzuzunlukta,dönen bir silindir yapamaz ama bu çalışma, genel göreliliğin geçmiş zamana yolculuğuyasaklamayabileceğimgösterenilkipuçlarındandır.

Gödel'inmakalesiaynızamandadönmehareketinikapsayandurumudainceliyordu.Amauzaydadönenbir cisme odaklanmak yerine Gödel, uzayın tamamının dönme hareketi yaptığında ne olduğunuaraştırıyordu.Machbunuanlamsızbulurdu.Eğerevrenintümüdönüyorsa,ozamanbudönmenin,onagöreölçüldüğü hiçbir şey yoktur.Mach, dönen bir evrenin duran bir evrenle aynı olduğu sonucuna varırdı.Ama bu, genel göreliliğinMach'ın göreci uzay kavramı ile tam olarak uyuşmada başarısız olduğu birbaşka durumdur. Genel göreliliğe göre bütün uzayın dönmesinden söz etmek anlamlı değildir ve buolasılıkla basit gözlemsel sonuçlar ortaya çıkar. Örneğin, dönmekte olan bir evrende bir lazer demetigönderseniz,genelgörelilikışığındoğrusalbirçizgiüzerindedeğil,sarmalbiryolizleyerekyayılıyormuşgibi görüneceğini söyler (bir atlıkarıncada iken yukarıya doğru bir oyuncak silah ateşlerseniz, yavaş-çekimde hareket eden merminin izleyeceği yol). Gödel'in çözümlemesinin şaşırtıcı özelliği, uzaygeminizindönmekteolanbirevrendeuygunyörüngelerizlemesidurumunda,başlangıçnoktanızahareketzamanınızdan önce varabileceğinizi kavramış olmasıdır. Bu yüzden, dönen evrenin kendisi bir zamanmakinesidir.

EinsteinGödel'ibuluşunedeniylekutladıamaileridekiaraştırmaların,genelgörelilikdenklemleriningeçmişzamanayolculuğa izinverençözümlerinin temel fizikgereklerine tersdüşerekbunlarınyalnızcamatematiksel ilginçlikler olarak kalmalarına neden olabileceğini söyledi. Gödel'in çözümü açısından,giderekdahahassasgözlemlerevrenimizindönmediğiniortayakoyarakbuçözümündoğrudan ilişkisiniazalttı. Ama van Stockum ve Gödel cini bir kere lambadan çıkarmışlardı; on beş-yirmi yıl içindeEinstein'ındenklemleriningeçmişzamanayolculuğaizinverenbaşkaçözümleridebulundu.

Sonyıllardavarsayımadayananzamanmakinesi tasarımlarınailgiarttı.1970'lerdeFrankTipler,vanStockum'un çözümünü yeniden inceledi ve 1991 de Princeton Üniversitesi’nden Richard Gott, kozmiksicimler (evrenin ilk dönemlerindeki faz geçişlerinin varsayıma dayalı, sonsuz uzunluktaki, ipliksikalıntıları)adıverilenyapılarıkullanarakzamanmakinesiyapmanınbirbaşkayolunukeşfetti.Bunlarıntümü önemli katkılardır ama geçmiş bölümlerde geliştirdiğimiz kavramları kullanarak tarif etmenin enbasitolduğuöneriKaliforniyaTeknolojiEnstitüsü’ndeKipThorneveöğrencileritarafındanbulunmuştur.Buöneridesolucandeliklerikullanılmıştır.

BirSolucanDeliğiZamanMakinesininAyrıntılıPlanları

ÖnceThorne'unsolucandeliğizamanmakinesiniyapmakiçinkullandığıtemelstratejiyiaçıklayacakvegelecek alt-bölümde de Thorne'un planlarını gerçekleştirmek üzere kiralayacağı müteahhidinkarşılaşacağızorluklarıanlatacağım.

Birsolucandeliğiuzaydavarsayımadayalıbirtüneldir.Birdağınbiryanındanaçılan,dahabilindikbirtünel, bir yerden diğerine kestirme bir yol sağlar. Solucan delikleri de benzer bir işlev görürler amabildiğimiz tünellerdenönemlibirbakımdanayrılırlar.Bildiğimiz tünellervarolanuzaydayenibir rotasağlarken-dağveişgalettiğiuzay,tünelyapılmadanöncedevardır-solucandeliğiuzaydakibirnoktadanbaşkabirnoktayayeni,öncedenoradaolmayanbiruzaytüpüaracılığıylatüneloluşturur.Dağdakitünelioradançıkarsanız,kapladığıuzayhâlâoradadır.Solucandeliğiniçıkarırsanız,kapladığıuzayortadanyokolur.

Şekil15.2(a)Kwik-E-Mart’tannükleersantraleuzanansolucandeliği(b)Kwik-E-Marttarafındakigiriştennükleersantraldekigirişedoğrubakıldığındasolucandeliğindengörülenmanzara

Şekil15.3Solucandeliğininkestirmeolduğunudahaaçıkbirbiçimdegösterengeometri(SolucandeliğigirişlerigerçekteIKwik-E-Mart'ınvenükleersantraliniçindediramabunuşekildegöstermekzordur.)

Şekil15.2a IKwik-E-Mart'iSpringfieldNükleerSantralinebağlayan solucandeliğinigösteriyoramasolucan deliği Springfield göklerinden geçiyor gibi göründüğü için şekil yanıltıcıdır.Doğrusu, solucan

deliği uçlarından yani girişlerinden bildiğimiz uzaya bağlanan, yeni bir uzay bölgesi olarakdüşünülmelidir.EğerSpringfieldsokaklarındayürürkensolucandeliğiaramakiçingökyüzünebakarsanız,hiçbirşeygörmezsiniz.Onugörmenintekyolunormaluzaydabiraçıklık,solucandeliğigirişigöreceğinizKwik-E-Mart'a sıçramaktır. Açıklıktan baktığınızda Şekil 15.2b’deki gibi ikinci girişin yerini, nükleersantralin içini görürsünüz.Şekil 15.2a’daki çiziminbir başkayanıltıcı yanı, solucandeliğininkestirmegibigörünmüyorolmasıdır.Bunu,çizimiŞekil15.3'tekigibiyaparakdüzeltebiliriz.Görebileceğinizgibi,nükleer santralden Kwik-E-Mart'a giden normal yol gerçekten de solucan deliğinin yeni uzaysalgeçişindenuzundur.Şekil15.3'tekibükülmeler,genelgörelilikgeometrisinidüzbirsayfaüzerineçizmeningüçlüklerini gösteriyor ama şekil, solucan deliğinin sağlayacağı yeni bağlantı konusunda sezgisel birduyguveriyor.

Hiç kimse solucan deliklerinin var olup olmadığını bilmiyor ama onlarca yıl önce fizikçiler genelgöreliliğin matematiğinin solucan deliklerine izin verdiğini, o nedenle de kuramsal çalışmalaryapılmasının doğru olduğunu belirlediler. 1950'lerde John Wheeler ve çalışma arkadaşları solucandelikleri konusunu en önce inceleyen araştırmacılar arasındaydılar ve solucan deliklerinin temelmatematikselözelliklerindenpekçoğunukeşfettiler.Sonzamanlarda iseThorneveçalışmaarkadaşlarıyalnızcauzaydadeğil,zamandadakestirmeyollaroluşturduklarınıfarkederek,solucandeliklerinintümzenginliğinigözlerönüneserdi.

Fikirşudur:BartveLisa'nın,Springfielddekisolucandeliğininikiucundadurduklarını-Bartnükleersantralde,LisaKwik-E-Mart'ta-veHomer'edoğumgünündenealacaklarınıkonuştuklarınıvarsayalım.Bart galaksilerarası kısa bir yolculuk yaparak Homer'e çok sevdiği Andromeda balık kroketlerindenalmayı düşünürse de Lisa kendini böyle bir yolculuğa hazır hissetmez. Ama her zaman Andromeda'yıgörmekistediğiiçinBartinsolucandeliğininonuntarafındakiucunuuzaygemisinealarakyolculuğaöyleçıkmasınıister,böyleceAndromeda'yıgörebilecektir.Bunun,Bart'ınyolculuğusüresincesolucandeliğiniesneterekuzatmasıgerektiğianlamınageldiğinidüşünebilirsinizamabudurumdaKwik-E-Mart'ıBart'ınuzaygemisinebağlayansolucandeliğininbildiğimizuzaydaolduğuvarsayılmaktadır.Oysaöyledeğildir.Şekil 15.4'tegösterildiğigibi, genelgöreliliğingeometrisininmucizeleri aracılığıyla, solucandeliğininuzunluğuyolculuksüresincesabitkalır.Kilitnoktabudur.BartroketleAndromeda'yagitsebile,solucandeliğiaracılığıylaLisa'yaolanuzaklığıdeğişmez.Buda,solucandeliğininrolününuzaydakestirmeyolsağlamakolduğunuapaçıkgösterir.

Şekil15.4(a)Kwik-E-Mart’ınükleersantralebağlayanbirsolucandeliği(b)Solucandeliğininalttakiucu(nükleersantralden)uzaya(şekildegösterilmeyenuzaygemisine)taşınır.Solucandeliğininuzunluğusabitkalır,(c)SolucandeliğininucuAndromeda

galaksisineulaşır;diğeruçbâlâKwik-E-Mart’ladır.Solucandeliğininuzunluğutümyolculukboyuncadeğişmez.

Kesin biçimde konuşmak için, Bart’ın ışık hızının yüzde 99,999999999999999999’i kadar bir hızlaAndromedayadoğrudört saatyol aldığınıvarsayalım,bu süre içindede,Lisa ile tıpkıuçuşöncesindeyaptıkları gibi solucan deliğinden sürekli olarak konuşuyor olsunlar. Uzay gemisi Andromedayaulaştığında, Lisa rahatsız edilmeden manzarayı izlemek için Bart’a sesini kesmesini söyler. Bart’ın,RoketeServisBalıkKroketçisi’ndenpaketikaptığıgibidönüşyolunadüşmesineçoksinirlenenLisa,yinede dönüş yolu boyunca onunla konuşmaya razı olur. Dört saat kadar sonra Bart gemisini güvenli birşekildeSpringfield’dekiçimalanaindirir.

AmauzaygemisininpenceresindenbaktığındaBartşokgeçirir.Binalartamamıylafarklıgörünmektevestadyumunüzerindekitarihtabelası,gidişinden6milyonyılsonrakibirtarihigöstermektedir."Olamaz!?!"derkendikendine,amabiransonraherşeyianlar.Özelgöreliliğin,nekadarhızlıgiderseniz,saatinizinokadar yavaşlayacağını söylediğini hatırlar. Eğer uzaya doğru çok yüksek bir hızla gider ve geridönerseniz, uzay geminizde yalnızca birkaç saat geçmiş olabilir ama hareketsiz duran birine görebinlerce,belkidemilyonlarcayılgeçmişolacaktır.HızlıbirhesaplamaylaBart,yolculukyaptığıhızlagemidesekizsaatgeçtiğini,bununsaDünya'da6milyonyılgeçmişolduğuanlamınageldiğinibulur.Skortabelasındakitarihdoğrudur;BartDünya'nıngeleceğinedoğruyolculukyapmıştır.

Lisa, solucan deliğine "Bart! Hey, Bart!" diye bağırır. "Beni duyuyor musun?" Acele et. Akşamyemeğinezamanındayetişmekistiyorum"BartsolucandeliğinebakarveLisayabirazönceSpringfield'eindiğinisöyler.SolucandeliğinedahadikkatlibakanLisa,Bart'ındoğrusöylediğinigörüramaKwik-E-Mart'tanSpringfield'edoğrubaktığında,çimalandaBart'ınuzaygemisinigöremez."Anlamıyorum"der.

"Aslında çok anlamlı "diye cevaplarBart gururla. "Springfield'e indim, ama6milyonyıl sonrasına.Kwik-E-Mart'ın penceresinden bakarak beni göremezsin.Doğru yere ama yanlış zamana bakıyorsun. 6milyonyılönceyebakıyorsun."

"Evet,tamam,genelgöreliliktekizamanınkısalması'derLisa."Çokiyi,herneyse,akşamyemeğiiçinevezamanındayetişmekistiyorum,onuniçinSolucandeliğindengeç.Aceleetmemizgerekiyor.""Tamam"derBartvesolucandeliğindesürünmeyebaşlar.Lisailebirlikteevedoğruyolakoyulurlar.

DikkatedersenizhernekadarBart'ınsolucandeliğindesürünmesionunyalnızcabirsaniyesinialmışolsa da, onu zamanda 6milyon yıl geriye götürmüştür. Bart, gemisi ve solucan deliği Dünya'nın uzakgeleceğineinmişlerdir.Eğerdışarıçıkmış,insanlarlakonuşmuşvegazeteleregözatmışolsaydı,herşeybu durumu doğrulayacaktı. Ama solucan deliğinden geçip Lisa'yla buluştuğunda kendini yine bugündebuldu.Aynı şey,Bart'ı solucandeliğiağzında izlemekteolanbirisi içindegeçerlidir:Odazamanda6milyon yıl geriye gidecektir. Benzer şekilde, solucan deliğininKwik-E-Mart'taki ucuna giren ve diğeruçta Bart'ın gemisindeki uçtan çıkan birisi, zamanda 6milyon yıl ileriye gider. Önemli nokta, Bart'ınuzaydaki yolculuğuna Solucan deliği çıkışlarından yalnızca birini götürmüş olması değildir. Yolculuksolucandeliğiçıkışınızaman içindede taşımıştır.Bart'ınyolculuğuhemonu,hemdesolucandeliğininçıkışınıgeleceğegötürmüştür.KısacasıBart,uzaydakibirtünelizamandakibirtüneledönüştürmüştür;birsolucandeliğinibirzamanmakinesihalinegetirmiştir.

Neolupbittiği,kabacaŞekil15.5'tekigibigösterilebilir.Şekil15.5a'dauzaydakibirkonumudiğerinebağlayan bir solucan deliği görüyoruz. Solucan deliği, bildiğimiz uzayın dışında olduğu vurgulanacakşekilde çizilmiş. Şekil 15.5b'de bu solucan deliğinin her iki çıkışı da sabit olacak şekilde (zaman

dilimleri durağan bir gözlemcinin dilimleridir) zamanda evrimini görüyoruz. Şekil 15.5c'de solucandeliğinin çıkışlarından biri bir uzay gemisine konarak, başladığı noktaya dönen bir uzay yolculuğunaçıkarıldığındaneolduğugörülüyor.Hareketedençıkış içinzaman, tıpkıhareketedenbir saatinzamanıgibi, yavaşlıyor ve böylece solucan deliğinin hareket eden çıkışı geleceğe doğru bir yolculuk yapıyor.(Eğerhareketedensaatiçinyalnızcabirsaatgeçerkendurağansaatleriçinbinlerceyılgeçerse,hareketedensaat sabit saatleringeleceğinegitmişolur.)Böylece, sabit solucandeliğininçıkışı, solucandeliğitüneliyle aynı zaman dilimindeki bir çıkışa değil de, Şekil 15.5c'deki gibi gelecekteki bir zamandilimindeki bir çıkışa bağlanır. Solucan deliği çıkışları daha fazla hareket ettirilmedikçe, aralarındakizaman farkı sabit kalacaktır. Herhangi bir anda bu çıkışların birinden girer, diğerinden çıkarsanız,zamandayolculukyapmışolursunuz.

SolucanDeliğindenbirZamanMakinesiYapmak

Artık zaman makinesi yapma yolunda bir planımız var. 1. Adım: Kendinizin ya da zaman içindeyolculuk yapmasını istediğiniz şeyin geçebileceği genişlikte bir solucan deliği bulun veya yaratın. 2.Adım:Birinidiğerinegörehareketettirereksolucandeliğininçıkışlarıarasındabirzamanfarkıyaratın.Bukadar.Tabiiyalnızcailkeolarak.

Şekil15.5(a)Herhangibirandayaratılanbirsolucandeliği,uzaydakibirkonumudiğerinebağlar,(b)Eğersolucandeliğininçıkışlarıbirbirinegörehareketetmezse,zamanıniçindenaynıhızla"geçerler",böylecetünelikibölgeyibirbirineaynızamanda

bağlar,(c)Eğersolucandeliğiçıkışlarındanbiri,başladığıyerdebitenbiryolculuğaçıkarılırsa(gösterilmemiştir),oçıkışiçindahaazzamangeçecektirveböylecetüneluzayınikibölgesinibirbirinefarklızamanlardabağlayacaktır.Solucandeliği,birzaman

makinesihalinegelmiştir.

Yapratiğegelince?Baştadasöylediğimgibi,hiçkimsesolucandeliklerininvarolupolmadığınıbilebilmiyor. Bazı fizikçiler uzaysal dokunun yapısında birçok mikroskobik solucan deliği olabileceğini,solucandeliklerininkütleçekimialanınınkuantumdalgalanmalarınedeniylesürekliolarakortayaçıkıyorolabileceğini ileri sürdüler. Eğer öyle ise yapmamız gereken, bunlardan birini makroskobik boyutlarakadar büyütmektir. Bunun nasıl yapılabileceği konusunda önerilerde bulunulmuştur ama bunlar hayali

uçuşların bile ötesindedir.Başka bazı fizikçilerse büyük solucan delikleri yaratılması işine uygulamalıgenel görelilikteki bir mühendislik projesi olarak bakmaktadır. Uzayın madde ve enerjinin dağılımınatepki verdiğini biliyoruz, o zaman madde ve enerji üzerinde yeterli kontrolü sağlayarak uzayın birbölgesininbirsolucandeliğinedönüşmesinisağlayabiliriz.Buyaklaşım,ekbirkarmaşıklıkgetirirçünkünasılbir tünelgirişiyapmakiçindağınbiryüzünüdelerekaçmakzorundaysak,birsolucandeliğigirişioluşturmak içindeuzayındokusunubiryerdedelerekaçmakzorundayız.Budelipaçmalara fizikte izinverilipverilmediğinihenüzhiçkimsebilmiyor.Sicimkuramında, içindebenimdeyeraldığımçalışma,uzaysaldelmeveaçmalarınbazı türlerininolasıolduğunugöstermişti amabuaçmaların solucandeliğiyaratmaklabirilgisiolupolmadığıkonusundahiçbirfikrimizyok.Şimdilikmakroskobiksolucandeliklerieldeetmeniyeti,eniyiolasılıklabilegerçekleştirilmektençokuzakbirhayaldir.

Üstelikmakroskobikbirsolucandeliğiyapabilmişolsakbile,işimizbitmişsayılmaz;aşmamızgerekenbirkaçönemliengeldahavar.Bunlardanilki,daha1960'lardaWheelerveRobertFulleringenelgörelilikdenklemlerini kullanarak solucan deliklerinin kararsız olduklarını göstermiş olmalarıdır. Çeperlerisaniyeninbirkesrikadarkısabir sürede içeriyedoğruçökmeeğilimindedirkibu, solucandeliklerininherhangi bir yolculuk için kullanılmaları olasılığını yok eder.Ama daha yakın zamanlarda (aralarındaThorne, Morris ve Matt Visser'in de bulunduğu) fizikçiler bu çökme problemini bertaraf etmenin biryolunubuldular.Eğersolucandeliğiboşdeğilse,maddeiçeriyorsa-egzotikmaddedenenşey-bumaddedışarıyadoğrubirbasınçuygulayaraksolucandeliğininaçıkkalmasınıvekararlıolmasınısağlayabilir.Hernekadaretkiolarakkozmolojisabitinebenziyorsada,egzotikmaddenegatifenerjiyesahipolduğuiçin (kozmoloji sabitinin yalnızca negatif basınç karakterini yansıtmakla kalmaz) dışarıya doğru itmesağlayaniticikütleçekimiyaratır.Çoközelkoşullaraltındakuantummekaniğinegatifenerjiyeizinveriramaegzotikmaddeyikullanarakbirsolucandeliğiniaçıktutmaişiçokçokzordur.(ÖrneğinVisser,birmetreçapındakibirsolucandeliğiniaçıktutmakiçingerekliolannegatifenerjinin,yaklaşıkolarakGüneş'inonmilyaryıldaürettiğitoplamenerjiyeeşitolduğunuhesaplamıştı.)

İkincisi,eğerbirşekildemakroskobikbirsolucandeliğibulmuşyadayaratabilmişolsakvegenebirşekildeduvarlarınıanibirçökmeyekarşıiçeridendestekleyebilmişolsakvesolucandeliğininikigirişiarasında bir zaman farkı yaratabilmiş olsak bile (diyelim, girişlerden birinin yüksek bir hızla hareketetmesini sağlayarak), solucan deliğini zaman makinesine dönüştürmenin önünde hâlâ bir engel vardır.Aralarında StephenHawking'in de bulunduğu bir grup fizikçi, boşluk dalgalanmalarının -Bölüm 12'deişlenenvebütünalanlarınhattaboşuzayınbilekuantumbelirsizliğindenkaynaklanantitreşimleri-solucandeliğinitamzamanmakinesinedönüşeceğiandayokedebileceğiolasılığınadikkatçektiler.Bununnedeni,solucandeliğindezamandayolculuğuntamolasıolacağıanda,tıpkıiyiayarlanmamışbirsessistemindemikrofonvehoparlörlerinyerinedeniyleoluşantizveyükseksesinortayaçıkmasınanedenolandevasabir geri- beslemenin ortaya çıkma olasılığıdır. Gelecekteki boşluk dalgalanmaları solucan deliğindengeçmişe gidebilir, orada bildiğimiz uzayda ve zamanda geleceğe doğru yolculuk yapabilir, solucandeliğine yeniden girerek yeniden geçmişe gidebilir, böylece solucan deliğinden sonsuz bir çevrimegirerek onu giderek artan bir enerjiyle doldurabilir. Böylesine yoğun bir enerji birikmesinin solucandeliğinitahripedeceğidüşünülüyor.Kuramsalaraştırmalarbunugerçekbirolasılıkolaraksunuyorlaramagereken hesaplar eğri uzay-zamanda modern genel görelilik ve kuantum mekaniği anlayışımızı zorasoktuklarıiçinsonuçalıcıbirkanıthenüzyok.

Solucandeliğindenbirzamanmakinesiyapmanınzorluklarınınçokbüyükolduğuaçıktır.Amakuantummekaniğivekütleçekimindekiustalığımız,belkidesüpersicimkuramındakiilerlemelerleartıncayakadar,sonsözhenüzsöylenmemişolacaktır.Hernekadarsezgiseldüzeydefizikçilergeçmişzamanayolculuğunolanaksızolduğunusöylüyorolsalarda,bugüniçinbusoruhenüznetbirbiçimdecevaplanmamıştır.

KozmikTurizm

Zamandayolculukkonusundadüşünürken,Hawkingilginçbirnoktayadeğindi.Neden,diyesoruyordu,eğer zamanda yolculuk olası ise, acabaDünya'mızı gelecekten gelen ziyaretçiler neden istila etmiyor?Belkideediyorlardır,diyebilirsiniz.Dahadailerigiderek,okadarçokzamanyolcusunuhapseattıkki,artık diğerleri kendilerini tanıtmaya cesaret edemiyorlar, cevabını verebilirsiniz. Elbette Hawking busoruyuyarışakayarıciddisoruyordu,bendeöyle,amaortayaattığıkonuciddiydi.Eğergelecektengelenziyaretçilerimizolmadığınainanıyorsanızkibenöyleolduğunainanıyorum,acababu,zamandayolculuğunolanaksız olduğuyla eş anlama mı geliyor? Elbette eğer insanlar gelecekte zaman makinesi yapmayıbaşarabilirlerse,bazı tarihçilerbursalıpgeçmişegiderekilkatombombasınınyapılışını,Ay 'ayapılanilk yolculuğu ya da ilk baskının bir "reality show' a dönüşmesini özgün zamanında ve kişisel olarakinceleme fırsatı bulacaklardır. O yüzden eğer zamanımızı gelecekten hiç kimsenin ziyaret etmediğineinanıyorsak,belkideozaman farkındaolmadanbir zamanmakinesininhiçbir zamanyapılamayacağınainanıyoruzdemektir.

Aslında bu zorunlu bir sonuç da değildir. Şimdiye kadar önerilen zaman makineleri, ilk makineninyapıldığı zamandan daha önceki br zamana yolculuk yapılmasına izin vermez. Şekil 15.5'i inceleyereksolucandeliğizamanmakinesiiçinbunuanlamakkolaydır.Hernekadarsolucandeliğigirişleriarasındazaman farkıvarsavehernekadarbu farkzamanda ilerivegeriyöndeyolculuğa izinveriyorsada,buzaman farkının yaratıldığı zamanın öncesine ulaşamazsınız.Uzay-zaman somununun en solunda solucandeliğininkendisideyoktur,oyüzdenorayaulaşmakiçinsolucandeliğinikullanmanınhiçbiryoluyoktur.Bunedenleeğerilkzamanmakinesidiyelimgünümüzden10.000yılsonrayapılırsa,oanhiçkuşkusuzçokturistçekecektiramabizimzamanımızgibibütünöncekizamanlarulaşılmazolarakkalacaktır.

Doğayasalarınışimdikikavrayışımızın,yalnızcazamandayolculuğungörünüştekiçelişkilerindennasılkaçınabileceğimizi göstermekle kalmayıp, zamanda yolculuğun gerçekten de nasıl yapılabileceğikonusunda öneriler ileri sürmesini meraklı ve inandırıcı buluyorum. Beni yanlış anlamayın: Kendimisezgiselolarakgününbirindegeçmişeyolculuğunyapılamayacağınınkanıtlanacağınainananaklıbaşındafizikçiler arasında sayıyorum. Ama kesin kanıtlama yapılıncaya kadar her şeye açık bir zihne sahipolmanın doğru ve uygun olacağını düşünüyorum. En azından, bu konulara odaklanan araştırmacılar, uçkoşullardaki uzay ve zaman kavrayışımızı önemli ölçüde derinleştiriyorlar. En iyi olasılıkla buaraştırmacılar bizi uzay-zamanın süper otoyoluyla bütünleştirme konusunda ilk kritik adımları atıyorolabilirler. Sonuçta, bir zaman makinesi yapmayı başaramadan geçen her an, sonsuza kadar bizim vebizdensonragelenherkesinerişimininötesindeolacaktır.

XVI.Bölüm-BirAnıştırmanınGeleceği

UzayveZamanHakkındaGörüşler

Fizikçileryaşamlarınınbüyükbölümünübirkafakarışıklığıiçindegeçirirler.Bu,meslekibirdurumdur.Fizikte yetkinleşmek, gerçeğe giden dönemeçli yolda kuşkuyla sarmaş dolaş olarak yaşamak demektir.Bulanık zihnin kıvrandırıcı rahatsızlığı, normalde sıradan olan insanlara olağandışı zekâ ve yaratıcılıkkazandırır; hiçbir şey insan aklını bir noktaya, uyumlu çözümü bekleyen uyumsuz ayrıntılar kadarodaklayamaz.Amaaydınlanmayagidenyolda-önemliproblemleriçözmekiçinyeniyapılarıaraştırırken-kuramcılar, bu zihin bulanıklığı ormanında çoğu zaman sezgilerin, işaretlerin, ipuçlarının vehesaplamaların kılavuzluğunda kararlı ve sağlam adımlarla yürümelidir. Araştırmacıların çoğunluğuizlerini örtme eğiliminde olduğu için, keşifler yürünen sarp ve yalçın arazi konusunda çok az bilgiverirler. Ama hiçbir şeyin kolay elde edilmediği gerçeğini hiç unutmayın. Doğa, gizlerinden kolaycavazgeçmez.

Bu kitapta çeşitli bölümlerde insanın uzay ve zamanı anlama çabalarının öyküsüne göz attık.Her nekadarbazıderinveşaşırtıcıfikirlerlekarşılaştıysakda,bütünzihinbulanıklığınınortadankalktığıveherşeyin tambiraçıklığakavuştuğuoson"eureka"anınahenüzulaşamadık.Şuandahenüzbaltagirmemişormanlardamücadele ediyoruz. O halde bundan sonra ne yapacağız?Uzay-zamanın öyküsünde bundansonrakibölümnedir?Elbettehiçkimsebundantamolarakemindeğil.Amasonyıllardabirtakımipuçlarıortaya çıktı ve her ne kadar henüz bunlar var olan resimle tam olarak bütünleşmemiş olsa da, birçokfizikçi bu ipuçlarının evren kavrayışımızda yeni bir alt-üst oluşa işaret ettiğine inanıyorlar. Bu alt-üstoluşa giden yolda, şimdi algıladığımız şekliyle uzay ve zaman, fiziksel gerçekliğin altında yatananlaşılması daha zor, daha derin ve daha temel ilkelerin yalnızca ipuçları olabilirler. Bu öykünün sonbölümündebuipuçlarındanbazılarınıgözönünealalımveevrenindokusunuanlamakiçinsürmekteolançabalarımızınnereyedoğruyönleneceğininizleriniyakalamayaçalışalım.

UzayveZamanTemelKavramlarMıdır?

Alman filozof ImmanuelKantuzayve zamankavramları olmaksızın evrenkonusundadüşünmeninveevreni tanımlamanın yalnızca güç olmakla kalmayacağını, kesin olarak olanaksız olduğunu söylemişti.Doğruyu söylemek gerekirse, Kant in buraya nereden geldiğini görebiliyorum. Ne zaman otursam,gözlerimi kapayıp bir şekilde uzayda yer kaplamayan ve zamandan etkilenmeyen bir şeyler hakkındadüşünmeyeçalışsam,başarısızoluyorum.Çokbaşarısız.Bağlamyoluylauzayvedeğişimyoluylazamanherzamankonuyagiriyor.Gariptirki,düşüncelerimidoğrudanuzay-zamanbağlantısındankurtarmayaenyaklaştığım an, matematik hesaplarına (ki bunlar genellikle uzay- zamanla ilişkili hesaplar!) daldığımzamanoluyorçünküanlıkbileolsamatematiğindoğası,uzayvezamandanbağımsızgibiduransoyutbirçerçevede düşüncelerimi yutuyor gibi görünüyor. Ama düşüncelerin kendileri ve içinde yer aldıklarıortam, her şeye rağmenbildiğimiz uzayve zamanınparçaları.Uzayve zamandankendimizi kurtarmak,gölgemizdenkurtulmakkadarolanaksızdır.

Bununlabirlikte,günümüzünöndegelenfizikçileri,hernekadarnüfuzedicideolsalar,uzayvezamanıngerçekten temel olmayabileceğinden kuşkulanıyorlar.Nasıl bir top güllesinin sertliği atomlarının ortak

özelliklerindenkaynaklanıyorsa,nasılbirgülünkokusuonuoluşturanmoleküllerinortaközelliklerindenkaynaklanıyorsa ve nasıl bir çitanın hızı kaslarının, sinirlerinin ve kemiklerinin ortak özelliklerindenkaynaklanıyorsa,uzayınvezamanınnitelikleride-bukitaptaincelemeyeçalıştığımızşeylerinçoğu-henüzbilmediğimizdahatemelbileşenlerinortaközelliklerindenkaynaklanıyorolabilir.

Fizikçilerbunubazenuzay-zamanınbiryanılsamaolabileceğinisöyleyereközetlerlerkibubetimlemekışkırtıcı olsa da anlamı daha uygun bir yorum gerektirir. Ne de olsa size eğer hızlı bir topmermisiçarparsa,eğerbirgülkokusuduyarsanızveyahızlakoşanbirçitagörürseniz,bunlarınvarlığınıyalnızcabunlar daha temel bileşenlerden oluştukları gerekçesiyle inkâr edemezsiniz. Tersine, çoğumuzun bumadde yığınlarının var olduğu ve üstelik bunların bilinen özelliklerinin atomik bileşenlerinden nasılkaynaklandığının incelenmesinden çok şey öğrenilebileceği konusunda fikir birliği içinde olduğumuzudüşünüyorum. Ama bütün bunlar bileşik olduklarından, yapmamamız gereken şey, top gülleleri, gülkokuları ve çitalar üzerine bir evren kuramı oluşturmaya çalışmaktır. Benzer biçimde eğer uzay vezamanın bileşik varlıklar olduğu ortaya çıkarsa, bu, Newton'un kovasından Einstein'ın kütleçekiminekadar karşımıza çıkan değişik görünümlerinin yanılsamalar olduğu anlamına gelmez; uzay ve zamanınkavrayışımızdagelecekteortayaçıkacakgelişmelerdenbağımsızolarak,deneyselgerçekliğikucaklayankonumlarını koruyacaklarına hiç kuşku yoktur. Ama bileşik uzay-zaman, evrenin çok daha temel birtanımının -uzaysız ve zamansız bir tanım- keşfedilmesi gerektiği anlamına gelir. O zaman yanılsamabizdenkaynaklanıyordemektirkibuda,evrenienderindenkavrayışınuzayvezamanıolabileceğikadarberrakbirnoktayagetireceğiyolundakiyanlışinanıştır.Nasılmaddeyiatom-altıdüzeydeincelediğinizdetop mermisinin sertliği, gülün kokusu veya çitanın hızı ortadan kayboluyorsa, uzay ve zaman da doğayasalarınınentemelbiçimiylemercekaltınaalındıklarındabenzerbiçimdeortadanyokoluyorolabilirler.

Uzay-zamanınentemelkozmikyapıtaşlarıarasındaolmayışısizedoğalolmayanbirzorlamaymışgibigelebilir.Haklı da olabilirsiniz.Uzay-zamanın derin fizik yasalarından çıkmak üzere olduğu söylentisiaptalca kuramlardan kaynaklanmıyor. Tam tersine, bu fikir, nedenleri çok sağlam olan bazı görüşlerceilerisürülüyor.Şimdibunlarınenbelirginolanbazılarınabirgözatalım.

KuantumOrtalaması

Bölüm 12'de uzayın dokusunun kuantum evreninde geri kalan her şey gibi nasıl kuantum belirsizliğititreşimlerine maruz kaldığını görmüştük. Hatırlayacağınız gibi, nokta-parçacık kuramlarını ciddiyealmayıp,onlarıanlamlıbirkuantumkütleçekimikuramıortayakoymaktanalıkoyaniştebutitreşimlerdi.Sicimkuramı nokta parçacıkları halkalar ve sicimlerle değiştirerek bu titreşimleri dağıtır -genlikleriniönemliölçüdeazaltır-vebuyolladakuantummekaniğiilegenelgöreliliğibaşarılıbirşekildebirleştirir.Bununlabirlikte,çokküçülmüşuzay-zamantitreşimlerihâlâvarlıklarınısürdürürler(Şekil12.2'desondanbir önceki büyütme düzeyinde görüldüğü gibi) ve biz de bunların içinde uzay-zamana ilişkin önemliipuçlarıbulabiliriz.

Birincisi,düşüncelerimizehâkimolanvedenklemlerimizidestekleyen,bilindikuzayvezamanınbirtürortalama alma süreci sonucundaortaya çıktığını anlarız.Televizyon ekranına birkaç santimetre uzaktanbaktığınızda gördüğünüz piksellere ayrılmış görüntüyü düşünün. Bu görüntü, daha uzaktan baktığınızdagör-düğünüzgörüntüdençokfarklıdırçünküartıkbirkeretektekpikselleriayıramamayabaşladığınızda,gözleriniz bunları daha pürüzsüz görünen ortalama bir görüntü olarak algılar. Ama dikkat ederseniz,bilindik, sürekli görüntü bir ortalama alma süreci sonucunda gerçekleşmiştir. Benzer şekilde uzay-zamanınmikroskobikyapısırasgelesalınımlarladelikdeşikbiryapıdadıramauzay-zamanıböylesiminik

ölçeklerdeçözümlemeyeteneğinesahipolmadığımız içinbunundoğrudan farkınavarmayız.Gözlerimizvehattaengüçlüaraçlarımızbilebusalınımları tıpkı televizyonpiksellerindeolduğugibibirleştirerekortalamasınıalır.Busalınımlarrasgeleolduğundan,küçükbirbölgede"yukarı"yöndekisalınımlarkadar"aşağı" yönde de salınımlar vardır, o nedenle ortalama alındığında birbirlerini yok ederler ve ortayasakinbiruzay-zamançıkar.Ama televizyonbenzetmesindeolduğugibi, sakinbiruzay-zamangörüntüsüancak bir ortalama alma süreci sonucunda elde edilir. Kuantum ortalaması, bilindik uzay-zamanın biryanılsama olabileceğini ileri sürmenin dünyasal bir yorumunu ortaya koyar. Ortalamalar pek çokbakımdan faydalıdıramayapılarıgereğigörüntüyüoluşturanayrıntılarıortayakoymazlar.HernekadarbirAmerikanailesindekiortalamaçocuksayısı2,2isede,böylebirailebulmanızıistesem,zordurumdakalırsınız.Hernekadarulusaldüzeydebirgalonsütünfiyatıortalamaolarak2783dolarisede,sütütambu fiyata satan bir market bulmanız olanaksızdır. Bu durumda kendisi de bir ortalama alma sürecininürünüolanuzay-zamanda"temel"olarakadlandırmakisteyeceğimizbirşeyinayrıntılarınıtanımlamıyorolabilir.Uzayvezamanevrenienaltmikroskobikölçeklerindışındaçözümlemekiçinsonderecefaydalı,yaklaşıkvebileşikkavramlarolabiliramayinede2.2çocuklubirailekadaryanıltıcıolabilirler.

ikincivebununlailgilibirgörüş,küçülenölçeklerdegittikçeartankuantumtitreşimlerinin,uzaklıklarıvesüreleridahaküçükparçalarabölmekavramınınPlanckuzunluğu(10-33cm)vePlanckzamanı(10-43saniye)civarlarındasonaerdiğinibelirtiyorolmasıdır.Bufikirle,hernekadarbukavrambilindikuzayve zaman algımızla ters düşüyorsa da, sıradan kavramlara ilişkin bir özelliğin mikro ölçeğeindirgendiğindevarlığınısürdürememesininözelolarakşaşırtıcıolmadığınıvurguladığımız,Bölüm12'dekarşılaşmıştık.Uzaylazamanınkeyfiolarakbölünmesi,enbilindikvesıradanözelliklerindenbiriolduğuiçin,bukavramınenküçükölçeklereuygulanamaması,mikro-derinliklerdebirbaşkaşeyin-uzay-zamanıniçyapısı diyebileceğimiz bir şeyin- bilindik uzay-zaman kavramının dönüştüğü bir varlığın bulunduğuyolunda ipuçlarıverir.Bu temelbileşenin,uzay-zamanınbuen ilkselmaddesinindahaküçükparçalarabölünmeye izin vermesini beklemiyoruz çünkü karşımıza eninde sonunda çıkacak olan çok şiddetlidalgalanmalar nedeniyle bu, doğrudan deneyimlerimizden bildiğimiz büyük ölçekli uzay-zaman gibideğildir. Bu nedenle, uzay-zamanın temel bileşenlerinin -her ne iseler- görünüşleri, bildiğimiz uzay-zamanı ortaya çıkaran ortalama alma süreçleri tarafından değiştiriliyor olma olasılığı yüksekmiş gibigörünüyor.

Buyüzdenbildiğimizuzay-zamanıdoğanınenderinyasalarınıniçindearamak,Beethoven'inDokuzuncuSenfoni'sini tek teknotalarabakarakveyaMonet'inünlü tablolarındanbirini tek tekfırçadarbelerindenanlamayaçalışmayabenzer.Entemeldüzeydekendisinebenzeyenhiçbirşeyvarolmadığıiçin,doğanınuzay-zamanbütünüdeinsanınifadeyeteneğininbusıradışıeserlerigibidir.

ÇeviridekiGeometri

Fizikçilerin geometrik ikilik (dualite) olarak nitelediği bir başka görüş, uzay-zamanın temelolmayabileceğini ileri sürer ama bunu çok farklı bir bakış açısından yapar. Tanımı, kuantum ortalamaalma sürecinden biraz daha teknik olduğu için, eğer bu alt-bölümde anlatılanlar size biraz ağır gelirseatlamakta duraksamayın. Ama pek çok araştırmacı burada anlatılanları sicim kuramının en simgeselözellikleriarasındasaydıklarıiçin,bufikirlerinözünüanlamayaçalışmaktayararvar.

Bölüm 13'te farklı oldukları ileri sürülen beş sicim kuramı versiyonunun aslında nasıl aynı kuramınfarklı çevirileri olduğunu görmüştük. Diğer şeylerin arasında bunun güçlü bir kavrayış olduğunuvurgulamıştık,çünküçokzorproblemlerbiledoğruçevrildiklerindesonderecekolayçözülebilirler.Ama

çeviri sözlüğünün, benim şu ana kadar anlatmayı göz ardı ettiğim, bu kuramları birleştirmek gibi birözelliğidevar.Nasılbirsorununzorlukderecesibirsicimkuramındandiğerineçevrildiğindeköktenbirbiçimdedeğişiyorsa,uzay-zamanıngeometrikbiçiminintanımıdadeğişir.Şöyleanlatayım:

Sicimkuramıbildiğimizüçuzayboyutuvebirzamanboyutundanfazlasınıgerektirdiğiiçin,Bölüm12ve 13'te bu fazladan boyutların nerede saklanıyor olabilecekleri konusuna yoğunlaşmıştık.Bulduğumuzcevap, bunların şimdiye kadar deneysel olarak saptayamayacağımız kadar küçük ölçüde kıvrılmışolabilecekleri yolundadır.Bildiğimiz büyük boyutlardaki fiziğin, fazladan boyutların kesin biçimine veölçülerine bağlı olduğunu, çünkü bunların geometrik özelliklerinin sicimlerin sergileyebileceği titreşimdesenlerini etkileyebileceğini de bulmuştuk. Güzel. Şimdi de anlatmayı sonraya bıraktığım bölümegelelim.

Bir sicim kuramında ifade edilen soruları başka bir sicim ku-ramında ifade edilen farklı sorularaçevirensözlükaynızamanda ilkkuramdaki fazladanboyutlarıngeometrisini ikincikuramdaki farklıbirgeometriyedönüştürür.Eğer, örneğin fazladanboyutlarınbelirli bir şekildeveölçüdekıvrılmışolduğuIIATüründekisicimkuramınınfizikselsonuçlarınıinceliyorsanız,ozaman,ulaşabileceğinizhersonuca,en azından ilke olarak, IIBTüründeki sicim kuramına uygun bir biçimde çevrilmiş soruları göz önünealarakdil ulaşabilirsiniz.Amaçeviridekullanılacak sözlük, IIBTüründeki sicimkuramındaki fazladanboyutlarınIIATüründekikuramtarafındanverilenbiçimebağlıolmasını-amagenelolarakondanfarklıolmasını-gerektirir.Kısacası,kıvrılmışolanboyutlarıbirgeometrikşekildeolanbelirlibirsicimkuramı,fazladanboyutlarıfarklıbirgeometrikşekildeolanbirbaşkasicimkuramınaeşdeğerdir;onunçevirisidir.

Veuzay-zamangeometrisindeki farklardaküçükolmakzorundadeğildir.Örneğin,eğer IIATüründensicimkuramındakifazladanboyutlardanbiri,Şekil12.7'dekigibibirçemberşeklindekıvrılmışsa,çevirisözlüğübunun,fazladanboyutlarındanbirigeneçemberşeklindeamabuseferyarıçapıözgünçemberinyarıçapıylatersorantılıolacakşekildekıvrılmışolanIIBTüründenbirsicimkuramıylaeşdeğerolduğunugösterir. Eğer çemberlerden biri çok küçükse diğeri çok büyüktür veya ters; ama bu iki geometriyibirbirinden ayırt etmenin kesinlikle hiçbir yolu yoktur. (Eğer uzunlukları Planck uzunluğunun katlarıolarakifadeedersek,çemberlerdenbirininyarıçapıRise,matematikselsözlükdiğerininkininyarıçapının1/Rolduğunugösterir).Büyükveküçükboyutlarıhemenayırtedebileceğinizidüşünüyorolabilirsinizamasicim kuramında durum her zaman böyle değildir. Bütün gözlemler sicimlerin etkileşmelerindenkaynaklanırvebuikikuram,yanibüyükçemberselboyutluIIATürüveküçükçemberselboyutluIIBTürü,aynıfiziğinyalnızcaikifarklıçevirisi-farklıifadebiçimleri-olarakyorumlanabilir.Hernekadarherikikuramındiliveyorumlamabiçimifarklıolabilirsede,birsicimkuramıiçindetanımladığınızbirgözlemdiğer sicim kuramında da alternatif ve aynı derecede uygulanabilir bir tanıma sahiptir. (Bunun olasıolmasınınnedeni,çemberselboyuttahareketedensicimlerinikifarklıdurumuolmasıdır:Tıpkıbirkolakutusununetrafınasarılmışlastikbirbantgibisicimlerinçemberinetrafınasarıldığıvesiciminçemberinbirbölümününiçindekaldığıamaonasarılmadığıdurumlar.ilkdurumlardaenerjiçemberinyarıçapıileorantılıdır[yarıçapbüyüdükçesarılmışolansicimlerdahafazlagerilirler,bunedenlededahafazlaenerjibarındırırlar], ikinci durumlarda ise enerji çemberin yarıçapı ile ters orantılıdır [yarıçap küçüldükçesicimler daha dar bir alana sıkışır ve kuantum belirsizliği nedeniyle daha enerjik bir biçimde hareketederler].Dikkatedilirseözgünçemberdiğeriileaynızamanda"sarılmış"sicimler"sarılmamış"olanlarladeğiştirildiğindefizikselenerjiler-vegörünüşebakılırsagenelolarakfizik-etkilenmiyor.IIATürükuramıIIBTüründekuramaçevirensözlüğüngerektirdiğivegörünüşegöreikifarklıgeometrinin-büyükveküçükçemberselboyutlar-eşdeğerolmasınınnedenidetamolarakbudur.)

ÇemberselboyutlarBölüm12deanlatılandahakarmaşıkCalabi-Yauşekilleriyledeğiştirildiğindedebenzer bir durum söz konusudur. Fazladan boyutları belirli birCalabi-Yau şeklinde kıvrılmış olan bir

sicimkuramıbusözlüktarafındanfazladanboyutlarıfarklıbirCalabi-Yauşeklibiçiminde(özgünşeklinaynasıveyadualiolarakadlandırılır)kıvrılmışolanfarklıbirsicimkuramınaçevrilebilir.BudurumlardaCalabi-Yau'larınyalnızcaboyutlarıdeğişmeklekalmaz,deliklerininsayısıveşeklideiçindeolmaküzereşekilleridedeğişir.Amaçevirisözlüğübunlarındoğrubiçimdedeğişmelerinisağlaröyleki,hernekadarfazladan boyutların büyüklüğü ve şekilleri farklı da olsa, her kuram sonucunda ortaya çıkan fizik tamolarak aynı kalır. (Verilen bir Calabi-Yau şeklinde iki tür delik vardır ama öyle görünüyor ki sicimtitreşim desenleri -ve dolayısıyla bunların fiziksel sonuçları- yalnızca her şekildeki delik sayısınınfarkınaduyarlı.YanieğerbirCalabi-Yau’nunilk türden ikideliğive ikinci türdenbeşdeliği;birdiğerCalabi-Yau'nunsa ilk türdenbeş, ikinci türden iki deliği varsa, o zamanher ne kadar bunlar geometrikşekilolarakbirbirlerindenfarklıdaolsalar,fizikolarakaynısonuçlarıverirler.

Bir başka bakış açısına göre bu, uzayın temel bir kavram olmadığı yönündeki kuşkuyu destekliyor.Evreni beş sicim kuramından biriyle tanımlayan biri, fazladan boyutlar da içinde olmak üzere uzayınbelirlibirşeklivebüyüklüğüolduğunuönesürerken,sicimkuramlarındanbirbaşkasınıkullananbiriisefazladanboyutlarda içindeolmaküzereevrenin şekilvebüyüklüğünün farklıolduğunu ileri sürecektir.Her iki gözlemci de aynı fiziksel evrenin farklımatematiksel tanımlamalarını kullandıkları için birinindoğru, diğerininse yanlış olması söz konusu değildir. Uzay -şekli ve büyüklüğü- konusunda farklısonuçlaraulaşmışolsalarbileikisidedoğrudur.Dikkatedilirsebununnedeniözelgörelilikteolduğugibiuzay-zamanın farklı ama aynı derecede geçerli yollarla dilimlenmesi değildir. Bu iki gözlemci uzay-zamanıngenelyapısınınkendisiüzerindeanlaşmazlığadüşerler.Konununözüdebudur.Eğeruzay-zamangerçekten temel olsaydı, çoğu fizikçi bakış açısından bağımsız olarak -kullandıkları dilden ya dakuramdan bağımsız olarak- herkesin uzay-zamanın geometrik özellikleri konusunda fikir birliği içindeolmalarını beklerdi. Ama en azından sicim kuramı içinde durumun böyle olması gerekmediği gerçeği,uzay-zamanınikincilbirolguolabileceğiniimaeder.

Bunedenleşunusormamızgerekliolur:Eğersonikialt-bölümdekiipuçlarıbizidoğruyönlendiriyorsavebildiğimizuzay-zamançokdahatemelbirbaşkavarlığınbüyükölçekli,farklıbirgörünümüiseacabaovarlık nedir ve temel özellikleri nelerdir? Bugün için bunu kimse bilmiyor. Ama cevapları ararkenaraştırmacılarbaşkaipuçlarıdabuldular.Bunlarınenönemlisikaradelikleridüşünürkenortayaçıktı.

KaraDeliklerdekiEntropininNedeni

Karadeliklerevrendekienanlamlıpokerci suratlarınasahiptirler.Dışarıdanbakıldığındaolabilecekenbasitşeylergibigörünürler.Karadeliklerinayırıcıüçözelliğikütlesi(kinekadarbüyükolduğunu-merkezindenolayufkuna, ışığınbilegeridenemediğiyüzeyekadarolanuzaklık-belirler),elektrikyüküve dönme hızıdır. Hepsi bu. Kara deliklerin evrene gösterdikleri yüze daha yakından bakarak eldeedilebilecekbaşkabirayrıntıyoktur.Fizikçilerbunu"Karadeliklerinsaçıyoktur"deyişiyleözetlerlerkibununanlamıbireyselleştirmeyeuygunayrıntılıözelliklerininolmadığıdır.Eğerbelirlibirkütleyesahipbirkaradelikgörmüşseniz(aslındakaradeliklerkaraolduklarındanbubilgilerideçevrelerindekigazveyıldızların üzerindeki etkilerinden, dolaylı olarak anlamışsınızdır) kesinlikle hepsini görmüşsünüzdemektir.

Yine de taşsı görünüşlerinin ardında kara delikler evrenin şu ana kadar bildiği en büyük kargaşakaynaklarınıbarındırırlar.Verilenbirbüyüklükteveherhangibiryapıdakifizikselsistemlerarasındakaradelikler olabilecek en yüksek entropiye sahiptirler.Bölüm6'dan bunun hakkında düşünmenin genel biryolunun, doğrudan cismin iç yapıtaşları arasında dış görünüşünü değiştirmeden yapılabilecek yeniden

düzenlemelerin ölçüsü olan entropi tanımından geldiğini hatırlayın. Kara deliklere gelince, içbileşenlerininneolduğunutamolarakbilemesekde-çünkükaradeliğinmerkezindemaddeezilirkennelerolduğunu tam bilmiyoruz- tıpkı sayfalarının yeniden düzenlenmesinin Savaş ve Barış ın ağırlığına biretkisiolmamasıgibi,bubileşenlerinyenidendüzenlenmesininkaradeliğinkütlesine,elektrikyükünevedönme hızına bir etkisi olmayacağını büyük bir güvenle söyleyebiliriz.Kütle, elektrik yükü ve dönme,kara deliğin dış dünyaya gösterdiği yüzü tümüyle belirlediği için, tüm bu değişiklikler fark edilemezolarakkalırvekaradeliklerinenbüyükentropiyesahipolduklarınısöyleyebiliriz.

Budurumdabilekaradeliğinentropisiniartırmanınbasitbiryolunuşöyleilerisürebilirsiniz.Verilenbirkaradelikleaynıbüyüklükteiçiboşbirküreyapınvegazladoldurun(hidrojen,helyum,karbondioksitveyaherneise).Gazküreniniçineyayılacaktır.Dahafazlabileşendahabüyükyenidendüzenlenmesayısıanlamına geldiğinden, ne kadar fazla gaz pompalarsanız entropi de o kadar artacaktır. Tahminedebileceğinizgibi,sizgazpompalamayısürdürdükçeentropidesürekliolarakartacakvesonundakaradeliğinentropisinigeçecektir.Buzekicebirstratejidiramagenelgörelilikbizebununbaşarısızolacağınısöyler.Sizgazpompalamayısürdürdükçeküreniniçindekigazındakütlesigiderekartar.Sizhenüzaynıkütledekibirkaradeliğinentropisineulaşamadanküreniniçindekigazınkütlesikritikeşiğiaşarveküreile içindekigazınbirkaradeliğedönüşmesinenedenolur.Bunudeğiştirmeninhiçbiryoluyoktur.Karadeliklerenyüksekentropikonusundatekeliellerindebulundururlar.

Eğer kara deliğin kendisine gaz pompalamayı sürdürerek entropiyi daha fazla artırırsanız ne olur?Entropigerçektenartmayadevamedecektiramasizoyununkurallarınıdeğiştirmişolursunuz.Maddekaradeliğin aç olay ufkuna ulaştığında yalnızca kara deliğin entropisi artmakla kalmaz, boyutları da büyür.Kara deliğin boyutları kütlesiyle orantılıdır, dolayısıyla siz kara deliğe daha fazlamadde gönderdikçeonun hem boyutu hem de kütlesi artar. Bu nedenle, bir kara delik yaratarak uzayın bir bölgesindekientropiyienyüksekdüzeyeçıkarmışsanız,bubölgedeentropiyidahadaartırmayolundakiherhangibirçababaşarısızlığauğrayacaktır.Obölgedahafazladüzensizliğikaldıramaz.Entropibakımındandoyumaulaşmıştır. Ne yaparsanız yapın, ister gaz pompalayın, isterseniz bir Hummer'la çarpın, kara deliğinbüyümesinevedahagenişbir uzayparçasını kaplamasınanedenolursunuz.Buyüzdenbir karadeliğiniçerdiğientropibizeyalnızcakaradeliğintemelbirözelliğinianlatmaklakalmaz,uzayınkendisihakkındadatemelbirşeysöyler:

Uzayın bir bölgesinde- uzayın herhangi bir bölgesinde, herhangi bir yerde, herhangi bir yamanda-oluşturulacak en büyük entropi, boyutları söz konusu uzay bölgesinin boyutları ile aynı olan bir karadeliğintaşıdığıentropiyeeşittir.

Peki,verilenboyuttakibirkaradeliknekadarentropi içerebilir?işlerinilginçleşmeyebaşladığıyer,burası. Sezgisel olarakmantık yürütüp göz önünde daha rahat canlandırılabilir bir şeyle, bir kapla işebaşlayalım.Eğerböyleikikabıbirleştirirseniz,toplamhacimvehavamolekülüsayısıikikatınaçıkarveentropinindeikikatınaçıkacağınıtahminedersiniz.Ayrıntılıaraştırmalarbusonucudoğruluyorvediğerher şey aynı kalmak koşuluyla (sıcaklık, yoğunluk vb.) fiziksel sistemlerin entropilerinin hacimleriyledoğruorantılıolduğunugösteriyor.Doğalbirdiğertahminisebunun,dahaazbilinenşeylere,örneğinkaradelikleredeuygulanabileceğinidüşünmektirki,budabizikaradeliklerinentropisininhacimleriyledoğruorantılıolduğufikrinegötürür.

Ama 1970'lerde Jacob Bekenstein ve Stephen Hawking bunun doğru olmadığını buldular. Onlarınyaptıklarımatematikselçözümlemelerentropininbirkaradeliğinhacmiyledeğil,olayufkununalanıyla,kabacasöylemekgerekirseyüzeyalanıylaorantılıolduğunugösterdi.Buçokfarklıbirsonuçtur.Birkaradeliğinyarıçapıikikatınaçıkarsahacmi8(23)katartarkenyüzeyalanı4(22)artar;yarıçapıyüzkatınaçıktığındahacmibirmilyon(1003)katartarkenyüzeyalanı10.000(1002)katartar.Büyükkaradeliklerin

hacmiyüzeyalanlarındançokdahafaz-ladır.2Buyüzdenkaradeliklerverilenboyuttakişeyleriçindeenyüksek entropiye sahip olsalar bile, Bekenstein ve Hawking, bunların entropisinin bizim tahminettiğimizinçokaltındaolduğunugösterdi.

Entropinin yüzey alanıyla orantılı olması yalnızca kara deliklerle kaplar arasında not edeceğimiz vehızlakonuyudeğiştireceğimiz,ilgiçekicibirayrımdeğildir.Karadeliklerinuzayınbirbölgesineilkeselde olsa sığdırılabilecek entropiye bir sınır getirdiğini görmüştük: Söz konusu uzay bölgesiyle aynıboyutlarasahipbirkaradelikalın,nekadarentropiiçerdiğinibulun,iştebu,obölgeyesığdırılabilecekentropimiktarınınmutlaksınırıdır.Buentropi,BekensteinveHawking'inçalışmalarınıngösterdiğigibi,kara deliğin yüzey alanıyla -aynı boyutta olabilecekleri için bu, bölgenin yüzey alanına eşittir- orantılıolacağı için, verilen bir uzay bölgesinin sahip olabileceği en fazla entropinin, bölgenin yüzey alanıylaorantılıolduğusonucunaulaşırız.

Bu sonuçla kapta kapalı kalan havayı düşünerek bulduğumuz sonuç (orada entropinin kabın yüzeyalanıyla değil, hacmiyle orantılı olduğunu bulmuştuk) arasındaki uyuşmazlık kolayca belirlenebilir:Havanın düzgün bir biçimde dağıldığını varsaydığımız için kap yaklaşımında kütleçekimi göz ardıedilmişti. Hatırlarsanız, kütle çekiminin maddenin kümelenmesi yönünde katkısı vardır. Düşükyoğunluklar sözkonusuolduğundakütleçekiminigözardı etmeninbir sakıncasıyoktur, amaeğerbüyükentropileri,yüksekyoğunluklarıgözönünealıyorsanızkütleçekimiönemlidirvebunedenlekapyaklaşımıartıkgeçerliolmaz.BununyerineböylesiuçkoşullarBekensteinveHawking'inkütleçekiminedayananhesaplarını gerektirirler ki bu durumda bir uzay bölgesinin en büyük entropi potansiyeli, bölgeninhacmiyledeğilyüzeyalanıylaorantılıdır.

Tamam,amanedenbunadikkatetmemizgerekiyor?Bununikinedenivar.

Birincisi,entropisınırı,mikroskobikötesiuzayınatomizebiryapıyasahipolduğuyolundabirbaşkaipucu veriyor. Ayrıntılar şöyle: Bekenstein ve Hawking eğer bir kara deliğin olay ufku üzerine herkaresininboyutlarıbirPlanckuzunluğuolan(böyleceher"Planckkarenin"alanıyaklaşık10-66cm2olur)satrançtahtasıbiçimindebirdesençizdiğinizivarsayarsanız,ozamankaradeliğinentropisinin,yüzeyinesığacak kare sayısına eşit olacağını buldular.Bu sonucun güçlü bir şekilde işaret ettiği ipuçlarını farketmemekzordur:HerPlanckkareenküçük,temelbiruzaybirimidirveherbirienküçük,tekbirentropibirimi taşır.Buradandabirplanckkarenin içinde, ilkeolarakdaolsa,yeralabilecekhiçbirşeyyokturçünkü böyle herhangi bir etkinlik düzensizliği destekleyebilir ve böylece her kare Bekenstein veHawking'inbulduğutekentropibirimindendahafazlasınıiçerebilir.Budurumda,birkeredaha,tümüylefarklıbirbakışaçısındanelementseluzayvarlığıkavramınaulaşıyoruz.

İkincisi, bir fizikçi için uzayın belirli bir bölgesinde bulunacak entropinin üst sınırı kavramı kritik,neredeyse kutsal bir büyük-lüktür. Bunun nedenini anlamak için, davranışsal bir psikiyatrisi adınaçalıştığınızı varsayın, işiniz de son derece hiperaktif çocuk grupları arasındaki etkileşmelerin anlıkayrıntılıkayıtlarını tutmakolsun.Hergünogünkügrubuniyidavranması içinduaediyorsunuzçünkünekadar karmaşa yaratırlarsa sizin işiniz de o kadar zorlaşıyor. Bunun nedeni son derece açık olmasınarağmennetbirbiçimdeifadeetmekteyararvar:Çocuklarnekadardüzensizolurlarsasizindeokadarçokşeyinkaydınıtutmanızgerekir.Evrendebirfizikçiyehemenhemenaynıproblemisunar.Temelbirfizikkuramı,verilenbiruzaybölgesindesüregiden,yada ilkeolarakdaolsasüregidebilecekolanherolayıtanımlamayı amaçlar. Tıpkı çocuklarda olduğu gibi, bir bölge ne kadar çok düzensizlik içerirse -ilkeolarakdaolsa-kuramınizleyebilmesigerekenokadarçokşeyolur.Bunedenlebirbölgeniniçerebileceğien büyük entropi belirleyici bir turnusol kâğıdı testidir: Fizikçiler gerçekten temel olan bir kuramınverilenbiruzaybölgesiiçinenbüyükentropiyleuyumluolmasınıbeklerler.Kuramdoğaylaokadarbüyükbiruyumiçindeolmalıdırki,düzensizliğiizlemekiçinenbüyükkapasitesi,birbölgeniniçerebileceğien

büyükdüzensizliğetamolarakeşitolmalıdır,azyadafazladeğil.

Önemlinokta,eğerkapsonucusınırsızgeçerliliğesahipolmuşolsaydı,temelbirkuramınherhangibirbölgenin hacmindeki düzensizlik miktarını açıklayabilecek kapasitesi olmasının gerekmesidir. Amakütleçekimi işin içine katıldığında bu düşünüş biçimi başarısızlığa uğradığı için - ve temel kuramınkütleçekimini kapsaması gerektiği için- temel bir kuramın bir bölgenin yalnızca yüzey alanındakidüzensizlikleri açıklayabilmesi gerektiğini öğreniyoruz. Birkaç paragraf önce bazı sayısal örneklerleaçıkladığımızgibi,büyükbölgeleriçinbuikincisi,öncekindençokdahaküçüktür.

BunedenleBekensteinveHawking'inbulduklarısonuç,bizekütleçekiminikapsayanbirkuramın,biranlamdakapsamayanbirkuramdandahabasitolduğunusöyler.Kuramıntanımlamakzorundaolduğudahaaz "özgürlük derecesi " -yani değişebilecek, dolayısı ile düzensizliğe katkıda bulunacak daha az şey-vardır. Bu kendi başına ilginç bir kavrayış olmakla birlikte eğer bu düşünce biçimini bir adım ilerigötürürsek, bize son derece olağandışı, fantastik bir şey anlatır. Eğer verilen bir uzay bölgesindeki enbüyük entropi bölgenin hacmiyle değil de yüzey alanıyla orantılı ise, o zaman belki de gerçek, temelözgürlük dereceleri -düzensizliğe yol açma potansiyeli taşıyan nitelikler- aslında bölgenin hacmininiçindedeğil,yüzeyindebulunurlar.Belkideevrendekigerçekfizikselsüreçlerçevremizisarmalayanince,uzak bir yüzeyde olup bitiyor ve bütün gördüğümüz ve yaşadığımız bu süreçlerin yansımaları olabilir.Yanibelkideevrenbirtürhologramabenziyorolabilir.

Bugaripbirdüşüncediramabirazdaninceleyeceğimizgibi,sonzamanlardaepeycedestekbulmuştur.

EvrenBirHologrammı?

Hologramşekilverilmişikiboyutlubirplastikparçasıdır.Uygunbirlazerışınıileaydınlatıldığındaüçboyutlubirgörüntüverir.1990'larınbaşındaNobelödüllüHollandalıGerardHooftvesicimkuramınınyaratıcılarındanLeonardSusskind,evreninkendisininhologramabenzerbirşekildeişliyorolabileceğiniöne sürdüler. Gündelik hayatta gözlediğimiz üç boyutlu geliş- gidişlerin uzak, iki boyutlu bir yüzeyüzerindeyeralanfizikselsüreçlerinholografbenzeri izdüşümleriolabileceğiyönündeşaşırtıcıbir fikirortayaattılar.Buyenivekulağagaripgelenbakışaçısınagöre,bizlerveyaptığımızveyagördüğümüzherşey holograf görüntülerine benziyor. Platon ortak algıları yalnızca gerçekliğin gölgeleri olarakyorumlarkenholografilkesidebenzerbiryapısergileramabenzetmeyitersineçevirir.Gölgeler-yassıyapıları nedeniyle ancak daha düşük boyutlu yüzeylerde hayat bulan şeyler- gerçektir, ama çok dahazenginyapılıgibiduran,dahayüksekboyutluvarlıklar(bizler;çevremizdekidünya)yalnızcagölgelerinuçucuizdüşümleridir.

Yine, son derece acayip bir fikir olmakla ve uzay-zamanın son kavrayışındaki rolü açıklıktan uzakolmaklabirlikte,Hooft veSusskind'inholografik ilkeolarakbilinen ilkelerinin temeli güçlüdür.Çünküson bölümde incelediğimiz gibi, uzayın bir bölümünün içerebileceği en büyük entropi, içinin hacmiyledeğil, yüzeyinin alanıyla orantılıdır. O zaman evrenin en temel bileşenlerinin, en temel özgürlükderecelerinin-SavaşveBarış’ınsayfalarınınkitabınentropisinigösterebilmesigibievreninentropi-sinigösterenvarlıklar-evrenin içindedeğil,onuçevreleyenyüzeydebulunacağını tahminetmeksonderecedoğaldır. Evrenin "hacminde" yaşadıklarımız -fizikçilerin genel olarak adlandırdığı şeyler- tıpkıholografik bir resimde gördüklerimizin çevreleyen bir plastik parçası üzerine kazınmış olan bilgitarafındanbelirlenmesigibi,evreniçevreleyenyüzeydeolupbitenlertarafındanbelirlenir.Fizikyasalarıevrenin lazeri gibi çalışarak evrendeki gerçek süreçleri -ince ve uzak bir yüzeyde yer alan süreçleri-aydınlatırvegündelikhayatımızınholografikyanılsamalarınıüretir.

Bu holografik ilkenin gerçek dünyada nasıl gerçekleştiğini henüz çözemedik. Problemlerden biri,bildiğimiztanımlardaevreninyasonsuzakadaryaşamasıyadabirküregibiveyabirvideooyunekranıgibikendiüzerinekapanmasıdır (Bölüm8'deolduğugibi)kibudurumdaevrenkendisinisınırlayanbiryüzeyesahipdeğildir.Ozaman, ileri sürülenbu"çevreleyenholografikyüzey"nereyeyerleştirilebilir?Üstelik fiziksel süreçler hemen burada, evrenin derinliklerinde bizim kontrolümüz altındaymış gibiduruyor. Yerleştirilmesi zor bir yüzey üzerindeki bir şey, bir şekilde burada olup-bitenleri kontrolediyormuşgibi görünmüyor.Acabaholografi ilkesi kontrol vebağımsızlıkduygusunundüşsel olduğunumu söylüyor? Ya da holografiyi, birinin burada işleyen bilindik, temel yasalar (ki önsezi ve algılarauygundur) veya temel fiziğin evreni çevreleyen bir tür yüzey üzerinde gerçekleştiği, her ikisi de aynıderecedegeçerliikidurumdanbiriniseçebildiği,fiziktemelindedeğil,tattemelindeişleyen,eklemlenmişbirtürikilik(duality)olarakdüşünmekdahamıiyi?Bunlar,henüzaçıklığakavuşmamış,temelsorulardır.

Ama 1997'de, daha önceki sicim kuramcılarının fikirlerinden yararlanan Arjantin li fizikçi JuanMaldacena bu konular üzerindeki düşünceleri dramatik bir biçimde ileriye götüren bir atılım yaptı.Maldacena'nınkeşfigerçekevrenimizdeholografininrolüsorusuyladoğrudanilişkilideğildir.O,fiziğinzamanla ödüllendirenmodasına uygun olarak, holografideki soyut şeylerinmatematik yoluyla somut vekesin hale getirilebildiği varsayımsal bir bağlam -varsayımsal bir evren- buldu. Teknik nedenlerleMaldacenavarsayımsalbirevreni,Şekil8.6'dakipatatesdiliminindahayüksekboyutlubirbenzeriolan,birörneknegatifeğriliğesahip,dörtbüyükuzayboyutunavebirzamanboyutubulunanbirevreniinceledi.Standart matematiksel çözümleme bu beş boyutlu uzay-zamanı çevreleyen yüzeyin', çevreleyen bütünyüzeylerdeolduğugibi,çevrelediğişekildenbirdüşüksayıdaboyutuolmasıgerektiğinigösterir:Uçuzayboyutuvebirzamanboyutu.(Yüksekboyutluuzaylarıgözönündecanlandırmakherzamanzordur,onuniçin mutlaka zihinsel bir resim isterseniz, bir kutu domates suyu konservesini gözünüzdecanlandırabilirsiniz; üç boyutlu domates suyu beş boyutlu uzay- zamana, kutunun iki boyutlu yüzeyi isehacmiçevreleyendört-boyutluuzay-zamansınırınabenzer.)Sicimkuramınınistediğifazladankıvrılmışboyutları da ekledikten sonra Maldacena, son derece inandırıcı bir şekilde, bu evrende yaşayan birgözlemcinin tanık olduğu fiziğin ("domates suyundaki" gözlemci) evreni çevreleyen yüzeyde olup-bitenfizikle(kutununyüzeyindekifizik)tanımlanabileceğinigözlerönüneserdi.

Her ne kadar gerçekçi olmasa da, bu çalışma, holografi ilkesinin gerçekleştirildiği elle tutulur vematematikselolarakizlenebilirolanilkörneğioluşturuyordu.Bunuyaparkendebütünevreneuygulananholografi kavramına ışık tutmuştu. Örneğin,Maldacena'nın çalışmasında hacim kavramı ve çevreleyensınır yüzey kavramımutlak bir biçimde eşittir. Biri birincil, diğeri ikincil değildir. Beş sicim kuramıarasındaki ilişkinin özüne çok benzer şekilde hacim ve çevreleyen sınır yüzey kuramları birbirininçevirisigibidir.Buözelçevirininolağandışıözelliğiisehacimkuramınınçevreleyenyüzeydetanımlananeşdeğer kuramdan daha fazla boyuta sahip olmasıdır. Üstelik hacim kuramı kütleçekimini içerirken(Maldacenabunusicimkuramıkullanarakformülleştirmişti)hesaplamalar,çevreleyenyüzeydekikuramınkütleçekiminiiçermediğinigösteriyor.Yinedebukuramlardanbirindesorulanbirsoruveyayapılanbirhesap,diğerindekieşdeğerbirsoruyaveyahesabaçevrilebilir.Çevirisözlüğündenhabersizolanbiri,busorularınvehesaplarındiğerleriylekesinolarakhiçbirilişkisiolmadığınıdüşünsede(örneğinçevreleyensınıryüzeykuramıkütleçekimini içermediğinden,hacimkuramındakikütleçekimiyle ilgili sorularyüzeykuramındakulağaçokfarklıgelen,kütleçekimiiçermeyensorularadönüşürler).Herikikuramındilinidebilenbiri-herikikuramdadauzmanolanbiri-bunlarınilişkisinifarkedervekarşılıklıgelensorularlayine karşılıklı gelen hesapların sonuçlarının uyuşması gerektiğini anlar. Gerçekten de şimdiye kadaryapılanbütünhesaplaruyuşmuşturvebudurumudestekleyençoksayıdaörnekvardır.

Bütün bunların ayrıntılarını tam olarak kavramak zordur ama ana nokta çok açıktır. Maldacena'nınbulduğu sonuç hayranlık vericidir. Maldacena, sicim kuramı içinde holografinin gerçekleştirilmesinin

varsayımsalolsadasağlambiryolunubulmuştur.Kütleçekimiiçermeyenbelirlibirkuantumkuramının,kütleçekimini içerenamabir fazlauzayboyutuylaformülleştirilenbirbaşkakuantumkuramınınçevirisiolduğunu-veondanayrılamazolduğunu-bulmuştur.Bugörüşleringerçekevrenenasıluygulanabileceğinibulmak için başlatılan yoğun araştırma programları varsa da teknik nedenlerden dolayı elde edilenilerleme son derece yavaştır. (Maldacena verdiğimiz örneği,matematiksel olarak çözümleme kolaylığınedeniyle seçmişti; daha gerçekçi örneklerle uğraşmak çok daha zordur.) Bununla birlikte artık sicimkuramının, en azından bazı bağlamlarda, holografi kavramını desteklediğini biliyoruz.Daha önce sözüedilengeometrikçevirilerdurumundaolduğugibibudauzay-zamanıntemelolmadığıyolundabirbaşkaipucu sağlar. Kuramın bir formülleştirmesinden eşdeğerine çevirisi sırasında yalnızca uzay-zamanınbüyüklüğüveyapısıdeğişmeklekalmaz,aynızamandauzayboyutlarınınsayısıdadeğişebilir.

Bu ipuçları giderek daha yoğun bir biçimde uzay-zamanın bi-çiminin, gerçekliğin temel bir öğesiolmaktan çok, fiziksel kuramın bir formülleştirilmesinden diğerine değişen ikincil bir ayrıntı olduğusonucunaişaretediyor.Tıpkıİngilizce‘dekicat(kedi)sözcüğüİspanyolcakarşılığıolangatosözcüğüneçevrilirkenharflerinsayısı,seslivesessizharflerinsayısınındeğişmesigibi,uzay-zamanınbiçimi-şekli,büyüklüğü,hattaboyutlarınınsayısıbile-çevirisırasındadeğişir.Evrenhakkındadüşünmek içinbelirlibirkuramıkullananherhangibirgözlemciyegöreuzaygerçekvesonderecetemelgörünebilir.Amaeğeraynı gözlemci kullandığı kuramın bir fomülleştirilmesinden eşdeğer olan bir başkasına geçerse, birzamanlar gerçek ve temel olarak görünen şeyler de zorunlu olarak değişir.Bu yüzden, eğer bu fikirlerdoğruise-kuramcılarçokbüyükmiktardadestekleyenkanıtlarbulmuşolsalardabufikirlerinhenüzkesinbir biçimde kanıtlanmamış olduğunu vurgulamam gerekir- uzay ve zamanın temel olma niteliğini zorasokuyorlar.

Burada sözü edilen ipuçları arasında holografi ilkesinin gelecekteki araştırmalarda baskın rolüüstleneceğini söyleyebilirim. Bu, sağlam kanıtlara dayandığı konusunda fizikçilerin üzerinde fikirbirliğinde oldukları kara deliklerin temel bir özelliğinden -entropilerinden- kaynaklanıyor. Kuramlarınayrıntılarıdeğişiyorolsabile,kütleçekimininanlamlıbirtanımınınkaradeliklereyervermesinibeklerizvebunedenle,butartışmanıniticiöğesiolanentropisınırlarıkalıcıolacakveholografiuygulanacaktır.Sicimkuramınındoğalolarakholografi ilkesiylebütünleşmesi -enazındanmatematikselçözümleme ileizlenebilen örneklerde- ilkenin geçerli oluşunu destekleyen bir başka güçlü kanıttır. Uzay ve zamanıntemeli konusundaki araştırmaların bizi götürebileceği yerden ve dönemecin arkasında bizi bekleyensicim/Mkuramıkonusundakideğişikliklerdenbağımsızolarakholografininkılavuzlukyapanbirkavramolarakkalmaktadevametmesinibekliyorum.

Uzay-ZamanınBileşenleri

Bukitapboyuncaperiyodikolarakuzay-zamanınmikroskobikötesibileşenleriniimaettikamahernekadar bunların varlığı konusunda elimizde dolaylı kanıtlar varsa da, henüz bu bileşenlerin gerçekte neolabileceklerikonusundahiçbirşeysöylemedik.Elbettebununbirnedenivar.Çünkübunlarınneolduğukonusundabizimdehiçbirfikrimizyok.Veyabelkideşöyledemeliyim:Uzay-zamanıntemelbileşenlerinitanımayagelince,gerçektendoğruluğunagüvendiğimizhiçbirfikresahipdeğiliz.

Bu, kavrayışımızdaki büyük bir boşluktur ama şimdi bu probleme tarihsel bağlamı içinde bakmaktayararvar.

Eğer on dokuzuncu yüzyıl sonlarında bilim insanları arasında maddenin temel bileşenlerinin neolabileceği konusunda bir anket araştırması yapmış olsaydınız, evrensel bir fikir birliği olmadığını

görürdünüz.Yalnızcabiryüzyılönceatomhipotezihenüztartışmalıydı;konuyuyanlışdüşünenünlübiliminsanları vardı, ErnstMach da bunlardan biriydi.Üstelik atomhipotezinin yirminci yüzyıl başlarındansonrayaygınbirbiçimdekabulgörmeyebaşlamasındanitibarenbiliminsanlarıbuyapıyıçokdahatemelolduğunainanılanbileşenlerlegüncellemeyedevamettiler(örneğinönceprotonvenötronlar,dahasonrakuarklar). Sicim kuramı bu yoldaki son adımdır ama henüz deneysel olarak doğrulanmadığı için(doğrulanmışolsabile,geliştirilmeyibekleyen,çokdaharafinebirkuramınvarlığınıolanaksızkılmazdı)doğanıntemelmaddeselbileşenlerikonusundakiaraştırmalarınsürdüğünübelirtmemizgerekir.

Uzay ve zamanın modern bilimsel bir bağlamda birleşmesi 1600'lerde Newton'a kadar gider, amamikroskobikbileşimlerikonusundakiciddiolarakdüşünülmeyebaşlamasıiçingenelgörelilikvekuantummekaniğinin yirminci yüzyıldaki keşiflerinin beklenmesi gerekti. Bundan ötürü, tarihsel zamanölçeklerindeuzay-zamanıçözümlemeyehenüzbaşlamış sayılırız,oyüzden"atomları" -uzay-zamanınentemel bileşenleri- konusunda tanımlayıcı önerilerin olmayışı konunun bir zayıflığı değildir. Sahipolduğumuzkadarını -uzayvezamanınsağduyununötesindebirçoközelliğiniortayaçıkardık-eldeetmişolmamız, yüzyıl önce tahmin bile edilemeyecek bir ilerlemenin göstergesidir. Doğanın en temelbileşenleri konusundaki araştırma, madde olsun uzay-zaman olsun, bizi gelecekte de bir süre meşguledecekolanzorlubiruğraşolacaktır.

Uzay-zamaniçin,temelbileşenaraştırmalarındaşimdilikgelecekvadedenikiyönvar.Önerilerdenbirisicimkuramından,diğeriisehalkakuantumkütleçekimiadlıkuramdangeliyor.

Sicim kuramının önerisi, üzerinde ne kadar ciddi düşündüğünüze bağlı olarak ya sezgisel olarakhoşunuza gider veya ciddi bir düş kırıklığı yaratır.Uzay-zamanın "dokusu" hakkında konuştuğumuzdan,öneri tıpkı bir tişörtün ipliklerden dokunmuş olması gibi uzay-zamanın da sicimlerden dokunmuşolabileceğinisöyler.Yaninasılçoksayıdaipliğiuygunbirbiçimdebirarayagetirmektişörtündokusunuortaya çıkarıyorsa, çok sayıda sicimi uygun şekilde bir araya getirmek de genel olarak uzay- zamanındokusu adını verdiğimiz şeyi ortaya çıkarıyor olabilir. O zaman madde, sizin ve benim gibi, bağlamiçinde hareket eden, birbirlerine uzay-zaman sicimleri ile bağlanmış, titreşen sicimlerin birkümelenmesine dönüşür; tıpkı biten bir gürültünün ardından başlayan zengin bir müzik veya düz birmalzemeüzerineişlenenayrıntılıbirdesengibi.

Ben bunu çekici ve inandırıcı bir öneri olarak görüyorum ama henüz hiç kimse bu kelimeleri kesinmatematikselifadeleredönüştüremedi.Görebildiğimkadarıylabununönündekiengellerpekküçükdeğil.Örneğin tişörtünüzün kumaşı tamamen sökülürse, elinizde bir iplik yığını kalır; bu sonuç çok gizemliolmasabilebazenkafakarıştırıcıolabilir.Amabenzerbirdurumusicimlerle-uzay-zamaniplikçikleriyle-düşünmek beyni (en azından benim beynimi) epeyce zorluyor. Uzay-zamanın dokusundan sökülen veyadaha uygun bir benzetmeyle uzay-zamanı oluşturmak için henüz bir araya getirilmemiş olan sicim"yığınıyla"neyapılır?Bunlarıtişörtüniplikleri-birarayagetirilmesigerekenhammadde-olarakdüşünmeeğilimiolabiliramabu,kesinlikletemelolanbirgizemlidurumuhafifealmakolur.Sicimleriuzaydavezamanda titreşmekte olarak gözümüzde canlandırıyoruz ama sicimlerin kendilerinin birleşerekoluşturduklarıvarsayılandokuolmazsa,uzayveyamanyoktur.Buöneride,sayısızsicimbirarayageliponlarıoluşturmadığısüreceuzayvezamankavramlarınınanlamıyoktur.

Buyüzdenbuöneriyianlamlandırmakiçin,sicimlerinöncedenvarolanuzay-zamaniçindetitreşmekteolduklarınıvarsaymayanbiryapıgerekir.Sicimkuramının,uzay-zamanınsicimlerinortakhareketleriyleortayaçıktığı,tümdenuzaysızvezamansızbirformülleştirmesineihtiyacımızvar.

Hernekadarbuamacayönelikilerlemelervarsada,şuanakadarhiçkimse,sicimkuramınınuzayınvezamanın önceden var olmadığı bir formülüyle -fizikçilerin fondan bağımsız formül (bu terim, uzay-

zamanın, fiziksel olayların önünde yer aldığı bir fon olduğu yolundaki sağlam olmayan kavramdangeliyor) olarak adlandırdıkları formül- ortaya çıkmadı. Genelde bütün yaklaşımlar sicimleri kurama"elle''yerleştirilenuzay-zamanıniçindetitreşmekteolarakalıyor;fizikçilerinfondanbağımsızbiryapıdaolacağını varsaydıkları gibi, uzay-zaman kuramdan çıkmıyor, kurama kuramcının kendisi tarafındanyerleştiriliyor.Birçokaraştırmacıfondanbağımsızbirformülüngeliştirilmesinisicimkuramınınönündekiçözülmemiş tek problem olarak görüyorlar. Bu yalnızca uzay-zamanın kaynağı konusunda bir fikirvermeklekalmayacak,amafondanbağımsızyapıBölüm12'ninsonundakarşılaştığımız,kuramınfazladanboyutlarıngeometrikbiçiminiseçemiyorolmasısorununadabirçözümgetirecek.Mantıkşöyle işliyor:Kuramın temel matematiksel formülleri bir kere özel bir uzay-zamandan bağımsız hale gelirse, sicimkuramıbütünolasılıklarıaraştırabilirvebelkidebuolasılıklararasındabirkararverebilir.

"Uzay-zamaniplikçikleriolaraksicimler''önerisininkarşıkarşıyakaldığıbirdiğergüçlük,Bölüm13'teöğrendiğimizgibisicimkuramınınsicimlerinyanındabaşkabileşenlerideolmasıdır.Budiğerbileşenleruzay-zamanın temel yapısında nasıl bir rol oynayabilir? Bu soru zar dünyalar senaryosuyla kesin birbiçimde rahatlatıcı bir çözüme kavuştu. Eğer yaşadığımız üç boyutlu uzay bir üç-zar ise, acaba zarınkendisi mi ayrışamaz yapıda yoksa kuramdaki diğer bileşenlerden mi oluşmakta? Örneğin zarlarsicimlerden mi oluşmakta yoksa zarlar ve sicimlerin her ikisi de temel yapıda mı? Eğer bir başkaolasılığıgözönünealırsak,acabahemzarlarhemdesicimlerdahatemelbaşkayapıtaşlarındanoluşuyorolabilirmi?Busorularmodernaraştırmanınönsaflarındayeralıyoramabusonbölümünkonusuipuçlarıolduğuiçinçokdikkatçekenbirfikirdendahasözedeyim.

Daha önce, sicim/M-kuramında bulunan birçok zardan söz etmiştik: Bir-zarlar, iki-zarlar, üç-zarlar,dört-zarlarvb.Hernekadardahaöncevurgulamamışolsamdakuramdaaynızamandasıfır-zarlardavarki, bunlar daha çok nokta parçacıklar gibi uzaysal uzanımları olmayan bileşenler. Bu, kuantumkütleçekiminin şiddetli titreşimlerini açıklamak için nokta-parçacık yapısından uzaklaşan sicim/M-kuramının tüm ruhuna aykırı gibi görünebilir. Ama sıfır-zarlar, tıpkı Şekil 13.2'deki akrabaları gibi,sicimler iliştirilmiş olarak vardırlar, dolayısı ile etkileşmeleri sicimler tarafından yönetilir. O zaman,beklenebileceği gibi, sıfır- zarlar bildiğimiz nokta-parçacıklardan çok farklı şekilde davranır ve enönemlisi de, mikroskobik ötesi uzay-zaman salınımlarının yayılması ve zayıflamasında rol üstlenirler;sıfır zarlar kuantum mekaniği ve genel göreliliğin birleştirilmesinde nokta parçacıkların yarattığısorunlarıortayaçıkarmazlar.

GerçektenRutgersÜniversitesindenTomBanksveAustin'dekiTexasUniversitesi'ndenWillyFischler,herikisideşimdiStanford'daolanLeonardSusskindveStephenShenkerilebirlikte,sicim/M-kuramının,sıfır-zarların sicimler ve daha yüksek boyutlu zarlar oluşturmak üzere birleştirilebilen temel yapılarolduğu bir türünü formülleştirdiler. Matris kuramı olarak bilinen bu öneri- 'M-kuramındaki M'nin birbaşkaolasıanlamı-pekçokizleyençalışmayıbaşlattıamakonununzormatematiğibiliminsanlarınınbuaraştırmaları tamamlamasını engelledi. Yine de fizikçilerin bu yapıda sürdürmeyi başardığı hesaplaröneriyidesteklergibigörünüyor.EğerMatriskuramıdoğruysa,buherşeyin-sicimler,zarlarvehattauzayvezamanınkendileri-uygunsıfır-zaryığınlarındanoluşuyorolmasıanlamınagelebilir.Bu,heyecanvericibirbakışoluparaştırmacılargelecekbirkaçyıldakiilerlemeninbukuramıngeçerliliğikonusunaçokışıktutacağıkonusundaihtiyatlıbiriyimserliğesahipler.

Şimdiye kadar uzay-zamanın bileşenlerini bulmaya çalışan sicim kuramcılarının izledikleri yollarıaraştırdık ama söz ettiğim gibi, sicim kuramının en önemli rakibi olan halka kuantum kütleçekimindengelen ikincibiryoldahavar.Tarihi1980'lerinortalarınakadargidenhalkakuantumkütleçekimi,genelgörelilikvekuantummekaniğinibirleştirmekonusunda ilerisürülenbirbaşka iddialıöneridir.Ayrıntılıbir tanımlamayagirişmeyeceğim(eğer ilgileniyorsanız,LeeSmolin'inThreeRoads toQuantumGravity

adlımükemmelkitabınabirgözatabilirsiniz)amaşuandaincelediğimizkonuyuaydınlatabilecekbirkaçönemlinoktadansözedeceğim.

Sicim kuramı ve halka kuantum kütleçekiminin her ikisi de, çok uzun süredir bulunmaya çalışılankütleçekimininkuantumkuramınıeldeettikleriniönesürerleramabunuçokfarklıyollarlayaparlar.Sicimkuramı on yıllar boyunca maddenin temel yapısını araştıran başarılı bir parçacık fiziği geleneğindençıkmıştır;ilkdönemsicimaraştırmacılarınınçoğuiçinkütleçekimi,eniyiolasılıklauzak,ikincilbirilgialanıdır. Halka kuantum kütleçekimi ise kaynağını tersine, genel görelilik kuramının çevresine çok iyiyerleşmiş olan bir gelenekten alır; bu yaklaşımı benimseyenlerin çoğu için kütleçekimi her zaman anaodak noktasıdır. Bunları tek bir cümleyle karşılaştırmak istersek, sicim kuramcıları küçükle başlayıp(kuantum kuramı) ve büyüğe (kütleçekimi) ulaşmaya çalışırken halka kuantum kütleçekimi kuramcılarıbüyükle (kütleçekimi) başlar ve küçüğe (kuantum kuramı) ulaşmaya çalışır. Aslında, Bölüm 13'tegördüğümüzgibi,sicimkuramıbaşlangıçtaatomçekirdeğiiçindeişleyengüçlünükleerkuvvetinkuantumkuramıolarakgelişti;kuramınkütleçekiminidekapsadığısonradanfarkedildi.ÖteyandanhalkakuantumkütleçekimiçıkışnoktasıolarakEinstein'ıngenelgöreliliğinialırvekuantummekaniğinideaçıklamanınyollarınıarar.

Spektrumunzıtuçlarındanyapılanbubaşlangıçlar,ikikuramıngelişmeyöntemlerinedeyansımıştır.Birdereceye kadar her birinin ana başarısı diğerinin başarısızlığı oldu. Örneğin sicim kuramı, her şeyititreşensicimlerolaraktanımlayarak,kütleçekimidedahilolmaküzerebütünkuvvetlerivebütünmaddeyibirleştirir (halka yaklaşımından kaçınan tam birleştirme). Kütleçekimi parçacığı, graviton özel birtitreşim desenidir ve bu yüzden kuram doğal olarak bu kütleçekimi element demetlerinin kuantummekaniğine özgü olarak nasıl hareket ettiğini ve etkileştiğini tanımlar. Bununla birlikte, söz etmişolduğumuz gibi, sicim kuramının günümüzdeki asıl başarısızlığı, içinde sicimlerin hareket ettiği vetitreştiği uzay-zamanın varlığını arka plan olarak önceden varsaymasıdır. Tersine, halka kuantumkütleçekimikuramınınasılbaşarısı-kibuetkileyicidir-arkaplandauzay-zamanıvarsaymıyorolmasıdır.Halkakuantumkütleçekimi,arkaplandanbağımsızbiryapıdır.Bununlabirliktebüyükuzaklıkölçeklerineuygularken bu olağandışı ölçüde yabancı uzaysız/zaman- sız başlangıç noktasından bildiğimiz uzay vezamanla birlikte genel göreliliğin bilindik ve başarılı özelliklerini çıkarmak (ki sicim kuramınıngünümüzdeki formülleriyle bu kolayca yapılır) araştırmacıların hâlâ çözmeye çalıştığı zor bir konudur.Üstelik Kalka kuantum kütleçekimi, sicim kuramıyla karşılaştırıldığında gravitonların dinamiğininanlaşılmasıkonusundaçokdahaazilerlemekaydetmiştir.

Uyumlu bir olasılık, sicim kuramcıları ile halka kuantum kütleçekimi kuramcılarının çok farklıbaşlangıç noktalarından çıkarak aslında aynı kuramıkurmaktaolmalarıdır.Her iki kuramındahalkalariçermesi-sicimkuramındabunlarsicimhalkalarıdır;halkakuantumkütleçekimindebunlarımatematikselolmayan bir dille açıklamak daha zordur, ama kısaca bunlar uzay halkalarıdır- aralarında böyle birbağlantının işareti olabilir. Bu olasılık, örneğin kara delik entropisi gibi her iki kuramın da uğraştığıproblemlerdesondereceuyumluolmalarıyladagüçlenir.Veuzay-zamanınbileşenlerikonusunagelince,herikikuramdabirçeşitatomizeyapıolduğunuilerisürer.Busonucaişaretedenvesicimkuramındankaynaklanan ipuçlarını görmüştük; halka kuantum kütleçekiminden kaynaklanan ipuçları daha dainandırıcıdır. Halka araştırmacıları halka kuantum kütleçekimindeki pek çok halkanın, tıpkı bir kazağıoluşturan ilmekler gibi iç içe geçmiş olabileceğini ve büyük ölçeklerde yaklaşık uzay-zaman bölgelerigibiduranyapılarıürettiğinigöstermişlerdir.Hepsindençokdaha inandırıcıolan,halkaaraştırmacılarıböyleuzayyüzeylerinin izinverilenalanlarınıhesaplamışlardır.Nasılbir elektrona, iki elektronaveya202elektronasahipolabilirken1,6elektronaveyabirbaşkakesirlisayıdaelektronasahipolamazsanız,hesaplardabualanlarınbirPlanckuzunluğununkaresi, ikiPlanckuzunluğununkaresiveya202Planckuzunluğunun karesi olabileceğini, kesirli alanların olası olmadığını gösteriyor. Bu ise uzayın da tıpkı

elektronlargibisüreksiz,bölünemezparçalarhalindeolduğunugösterengüçlübirkuramsalkanıttır.

Gelecektekigelişmeleritahminetmeyeçalışırsam,halkakuantumkütleçekimigrubuncageliştirilenarkaplandan bağımsız tekniklerin sicim kuramına uyarlanacağını, bunun da sicim kuramında arka plandanbağımsız bir formülleştirmeye yol açacağını söyleyebilirim. Bunun da, geriye kalan derin gizemlerinçözülmesini sağlayacak olan üçüncü süpersicim devrimini ateşleyeceği konusunda iyimserim. Böylegelişmeler büyük olasılıkla uzay-zamanın uzun öyküsünü başladığı noktaya geri döndürecektir. İlkbölümlerde düşünce sarkacının uzayın, zamanın ve uzay-zamanın göreci vemutlak konumları arasındagidipgeldiğinigörmüştük.Sormuştuk:Uzaybirşeymidir,değilmidir?Uzay-zamanbirşeymidiryoksadeğilmidir?Vebirkaçyüzyıllıkdüşüncetarihiboyuncafarklıgörüşlerlekarşılaşmıştık.Genelgöreliliklekuantum mekaniği arasında deneysel olarak doğrulanmış, arka plandan bağımsız bir birleşmenin, bukonunun çözülmesine büyük katkısı olacağına inanıyorum. Arka plandan bağımsızlık yoluyla kuramınbileşenleribirbirlerinegörebelirlikonumlardaolabilirleramakuramınyapısınabaşlangıçtayerleştirilenuzay-zamanınyokluğunedeniylekendilerininiliştirilmişolduğuherhangibirarkaplanarenasıbulunamaz.Yalnızcagöreliilişkilerönemlihalegelirkibu,LeibnizveMachgibigörecilerinruhunauygunbirçözümolur.Ozaman,kuramınbileşenleri -kibunlar sicimler, zarlar, halkalarveyagelecekteki araştırmalardabulunacakbaşkaşeylerolabilir-bildiğimizbüyük-ölçekliuzay-zamanı(yabizimgerçekuzay-zamanımızya da düşünce deneylerinde yararlı olan varsayımsal örnekler) oluşturmak üzere birleştiklerinde, "birşey"olmaniteliğiniöncekigenelgörelilik tartışmamızdakinebenzerbiçimdegerikazanır:Boş,düzvesonsuzuzay-zamanda(yararlıvarsayımsalörneklerdenbiri)Newtonundönenkovasındakisuyunyüzeyiiçbükey şekil alır. Asıl nokta uzay-zamanla çok daha elle tutulurmaddesel varlıklar arasındaki farkınortadan kalkmasıdır çünkü her ikisi de temelde uzaysız ve zamansız olan bir kuramdaki daha temelbileşenlerinuygunyığınlarındanmeydanagelirler.Eğerdurumunböyleolduğuortayaçıkarsa,buzaferdeLeibniz,Newton,MachveEinsteinintümününpaylanolacaktır.

İçveDışUzay

Bilimin geleceği konusunda tahminlerde bulunmak eğlenceli ve yapıcı bir çalışmadır. Şu ankigörevlerimizidahagenişbirbağlamayerleştirirveyavaşamakararlıbirbiçimdeulaşmayaçalıştığımız,iç içe geçmiş hedefleri vurgular.Ama böyle tahminler uzay-zamanın kendisinin geleceğine dönüşünce,hemenhemenmistikbirşekilalır:Budurumdagerçeklikduygumuzahükmedenşeylerinkaderindensözediyoruz demektir. Yine, gelecekteki keşiflerden bağımsız olarak uzay ve zamanın bireyseldeneyimlerimizi biçimlendirmeye devam edeceği konusunda hiçbir kuşku yoktur; gündelik yaşam sözkonusuolduğundauzayve zaman, kalıcı olarakvardır.Değişme, hatta büyükdeğişimgeçirmeolasılığıolanşeysebunlarınsağladığıyapıyıyaniarenayıkavrayışımızdır.Yüzyıllarsürendüşünüştensonrauzayvezamanıhâlâyabancılararasındakientanıdıkyüzlerolarakgörüyoruz.Bunlarhayatlarımızakuşkuyayerbırakmayacakşekildegirmişamatemelyapılarınıbüyükbirmaharetlegizlemeyibaşarmışlardır.

Geçtiğimiz yüzyıl boyunca uzay ve zamanın daha önce gizli olan bazı özelliklerini, Einstein'ın ikigörelilik kuramı ve kuantum mekaniği sayesinde anlamayı başardık. Zamanın yavaşlaması, eşanlılığıngöreliliği, uzay-zamanı değişik biçimlerde dilimleme, uzay ve zamandaki eğrilme ve bükülme olarakkütleçekimi, gerçekliğin olasılıksal yapısı ve uzaktan kuantum bağlantılılığı, on dokuzuncu yüzyılın enönemli bilim insanlarının yakın zamanda bulunacağını tahmin ettikleri şeyler listesinde bile değildiler.Amaşimdi,hemdeneyselsonuçlarhemdekuramsalaçıklamalarındoğruladığıüzere,buradalar.

Çağımızda bir dizi göz alıcı, beklenmedik fikirlerle yüzleştik: Evrenimizin baskın bileşenleri gibi

görünen,uzaklardakikaranlıkmaddevekaranlıkenerji.Einstein'ıngenelgöreliliğitarafındanöngörülenvegününbirindezamanınyapısınıdahaiyianlamamızısağlayabilecekolankütleçekimidalgaları,uzay-zamanındokusundakidalgacıklar.Tümuzayıdolduranvedoğrulandığıtakdirdeparçacıklarınnasılkütlekazandığını açıklayabilecek olanHiggs okyanusu. Evrenin şeklini açıklayabilecek olan, evrenin büyükölçeklerde neden öylesine birörnek olduğunu açıklayan ve zamanın okuna yön sağlayan şişmegenişlemesi. Nokta parçacıkların yerine enerji halkaları ve ilmekleri koyan ve Einstein'ın bütünparçacıkları ve bütün kuvvetleri tek bir kuramda birleştirme düşünün cesur bir türünü ortaya koymapotansiyelibulunansicimkuramı.Sicimkuramınınmatematiğindençıkanvebüyükolasılıklagelecekonyıldayapılacakolanhızlandırıcıdeneylerindesaptanmaolasılığıolanfazladanboyutlar.Uçboyutumuzun,dahayüksekboyutlubiruzay-zamanıniçindeyüzenevrenlerdenyalnızcabiriolduğubirzardünya.Belkideuzayvezamanınçokdahatemel,uzaysızvezamansızvarlıklardanoluştuğubileşikuzay-zaman.

Önümüzdekionyıldadahadagüçlühızlandırıcılarçokihtiyaçduyulandeneyselverilerisağlayacaktırvepekçokfizikçiplanlanandahayüksekenerjiliçarpışmalardaneldeedilecekverilerin,buçokönemlikuramsalyapılardanbazılarınıdoğrulayacağıkonusundasonderecegüvenliler.Buheyecanıpaylaşıyorvesonuçları merakla bekliyorum. Kuramlarımız gözlenebilir, sınanabilir olaylarla buluşmadığı sürecehavadakalırlar,gerçekdünyaylailgiliolabilecekveyaolmayabilecek,ümitvericifikirlerolarakkalırlar.Fizikçilerbuyenihızlandırıcılarınkuramvedeneyarasındakiörtüşmeyibüyükölçüdeilerleteceğinivebuyenifikirlerdenpekçoğunukanıtlanmışbilimselkuramlardünyasınasokacağınıumuyorlar.

Ama bir yaklaşım daha var ki, daha uzun dönemli olmasına rağmen beni başka bir şeylekarşılaştırılamayacakölçüdeheyecanlandırıyor.Bölüm11'deminikkuantumdalgalanmalarınınetkileriningeceleyin gökyüzünde nasıl göründüğünü incelemiştik. Kozmik genişleme tarafından büyütülen budalgalanmalaryıldızlarınvegalaksilerinoluşumlarınıtohumlayankümelenmeleredönüşür.(Balonüzerineçizilen bir şeklin balon şişirildiğinde büyüdüğü örneği hatırlayın.) Bu kavrayış astronomi gözlemleriaracılığıylakuantum fiziğineulaşılabileceğinigösterenbirörnektir.Belkidahada ileriyegötürülebilir.Belkidekozmikgenişlemeçokdahaküçükölçekli süreçleri yadaözellikleri -sicimlerin fiziğinyadadaha genel olarak kuantum kütleçekimini veya uzay-zamanın kendisinin mikroskobik ötesi yapısını-genişleterek etkilerini karmaşık ama gözlenebilir bir biçimde tüm gökyüzüne yayabilir. Yani belki deevrenkendi yapısınınmikroskobik iplikçiklerini açıkça gökyüzüne sermiştir ve bize yalnızca desenleritanımakdüşüyorolabilir.

Derin fizik yasalarını ortaya çıkarmayı amaçlayan uç önerileri doğrulamak için Büyük Patlama’danbugüne kadar görülmemiş şiddetli koşulları yaratabilecek olan parçacık hızlandırıcılarının yıkıcı gücügerekiyorolabilir.Amabanagörehiçbirşey,küçük-ötesikonusundakikuramlarımızı-uzayın,zamanınvemaddeninmikroskobik-ötesiyapısıkonusundakikuramlarımızı-doğrulamakiçinengüçlüteleskoplarımızıgökyüzüneçevirereksessizceyıldızlarabakmaktandahaşiirselolamaz,hiçbirsonuçbundandahagüzel,hiçbirbirleştirmebundandahatamolamaz.

Sözlükaçıksicimler:Sicimkuramındaikiucudaserbestolansicimler.

alan:Uzayıkaplayanvekuvvetleriileten,parçacıklarınvarlığını/hareketinitanımlayan"sis"veya"temel".Matematikselolarakuzayınhernoktasındaalanındeğerinitemsiledenbirdizinoktayıkapsar.

arka plandan bağımsızlık: Fiziksel bir kuramın, uzay ve zamanın ön koşuluolarak sonradan sokulması yerine daha temelkavramlardançıkıyorolmasıözelliği.

bağlantılılık,kuantumbağlantılılığı:Uzaysalolarakbirbirlerindenuzaktabulunanparçacıklarınuyumluözelliklergösterdiğikuantumolgusu.

belirsizlik ilkesi: Kuantum mekaniğinin, birbirlerini tamamlayan bazı fiziksel özelliklerin aynı anda ölçülebilmesi veyabelirlenebilmesindetemelbirsınırlamaolduğunubelirtenilkesi.

birçok dünya yorumu: Kuantum mekaniğinin, olasılık dalgasının temsil ettiği tüm potansiyel olasılıkların farklı evrenlerdegerçekleştiğibiryorumu.

birleşikkuram:Bütünkuvvetlerivemaddeyitekbirkuramsalyapıdatanımlayankuram.

boşluk:Birbölgeninolabileceğikadarboşhali;endüşükenerjidurumu.

boşlukalandalgalanmaları:bkz.kuantumdalgalanmaları.

büyükbirleşme:Güçlü,zayıfveelektromanyetikkuvvetleribirleştirmegirişimikuramı.

büyükezilme:BüyükPatlama'nıntersinedönerekuzayınkendiüzerineçöktüğü,olasıbirevreninsonlanışısenaryosu.

BüyükPatlamakuramı/standartBüyükPatlamakuramı:Doğumanındanitibarensıcakvegenişleyenbirevrenitanımlayankuram.

Casimirkuvveti:Boşlukalandalgalanmalarınındengesizliğisonucuortayaçıkankuantummekaniğineözgükuvvet.

D-zarlar,Dirichlet-p-zarlar:"Yapışkan"birp-zar;açıksicimuçlarınıniliştirildiğibirp-zar.

dalgafonksiyonu:bkz.olasılıkdalgası.

dönmedeğişmezliği,dönmesimetrisi:Birfizikselsistemindönmehareketindenetkilenmemeözelliğiveyakuramsalyasası.

düzuzay:Uzaysalevreninherhangibireğrilikiçermeyenolasışekli.

düzlükproblemi:Kozmolojikuramlarınınuzayıngözlenendüzlüğünüaçıklamazorluğu.

elektromanyetikalan:Elektromanyetikkuvvetiuygulayanalan.

elektromanyetikkuvvet:Doğadakidörttemelkuvvettenbiri;elektrikyüküolanparçacıklarüzerindeetkilidir.

elektronalam:Elektronparçacığının,enküçükparçasıyadabileşeniolduğualan.

elektrozayıfHiggsalanı:Soğuk,boşuzaydasıfırdanfarklıbirdeğeresahipolanalan;temelparçacıklarınkütlekazanmalarınanedenolur.

elektrozayıfkuramElektromanyetikvezayıfnükleerkuvvetlerielektrozayıfkuvvetolarakbirleştirenkuram.

enerjikâsesi:bkz.potansiyelenerjikâsesi.

entropi:Fizikselsistemlerindüzensizliğininbirölçüsü;birsistemingenelgörünüşüdeğişmedentemelbileşenlerininyenidendüzenlenmesayısı.

esir:Uzayıdolduranveışığayayılmasıiçinortamsağlayanvarsayımsalmadde;varlığıçürütülmüştür.

eylemsizlik:Bircisminivmelendirilmeyetepkigöstermeözelliği.

fazgeçişi:Sıcaklığıbüyükbiraralıktadeğiştirildiğindefizikselbirsistemdeortayaçıkannitelikseldeğişikilik.

foton:Elektromanyetikkuvvetinhaberciparçacığı;ışıktaneciği.

genelgörelilik:Einstein'ınkütleçekimikuramı;uzayvezamanıneğriolduğunukabuleder.

girişim: üst üste binen dalgaların ayırt edilebilir bir desen yarattığı olgu; kuantum mekaniğinde görünüşe göre birbirini dışlayanseçeneklerdegirişimyapabilir,.

glüonlar:Güçlünükleerkuvvetinhaberciparçacıkları.

göreci:Bütünhareketleringöreliolduğunuveuzayınmutlakolmadığınıilerisürengörüş.

gözlenebilir evren: Evrenin kozmik ufkumuzun içinde kalan bölümü; evrenin yaydığı ışığın bugün bize ulaşabilen bölümü; evreningörebildiğimizbölümü.

gravitonlar:Kütleçekimikuvvetininvarsayımsalhaberciparçacıkları.

güçlünükleerkuvvet:Doğanınkuarklarüzerindeetkiliolankuvveti;protonvenötronlarıniçindekuarklarıbiraradatutar.

haberciparçacık:Birkuvvetin,etkisiniiletenenküçük"paketi"veya"birimi".

hangi-yoldanbilgisi:Kaynaktandetektöregidenparçacığınhangiyoldangittiğinitanımlayankuantummekanikselbilgi.

hız:Bircisminhareketininsürativeyönü.

hızlandırıcı,atomçarpıştırıcı:Parçacıkfiziğindeparçacıklarınyüksekhızlardaçarpıştırılmalarınısağlayanaraştırmaaracı.

Higgsalaııı:bkz.elektrozayıfHiggsalanı.

Higgsalanıboşlukbeklenendeğeri:Higgsalanınınboşuzaydasıfırdanfarklıbirdeğeraldığıdurum;Higgsokyanusu.

Higgsokyanusu:Higgsalanıboşlukbeklenendeğerininbukitaptakullanılankısaltması.

Higgsparçacıkları:BirHiggsalanınınenküçükkuantumbileşenleri.

inflatonalanı:Enerjisivenegatifbasıncışişmegenişlemesininkaynağıolan.

ivme:Hızmbüyüklüğüve/veyayönünündeğiştiğihareket.

Kaluza-Kleinkuramı:Üçtenfazlauzayboyutuiçerenevrenkuramı.

kapalısicimler:Sicimkuramındayeralanhalkaşeklindekienerjiiplikçikleri.

karadelik:Devasakütleçekimindenötürükendisineçokyaklaşan(karadeliğinolayufkundandahayakınagelen)herşeyi, ışığıbilekendineçekerekuzaklaşmasınaizinvermeyengökcismi.

karanlıkenerji:Uzayıbirörnekdolduranvarsayımsalenerjivebasınç;enerjisi/basıncızamanladeğişebildiğiiçinkozmolojisabitindendahagenelbirkavkaranlık.

madde:Uzayıdolduran,kütleçekimiuyguladığıhaldeışıkyaymayanmadde.

Kelvin:Sıcaklıklarınmutlaksıfıragöre(Celsiusölçeğindekiolasıendüşüksıcaklıkolan-273derece)belirlendikleriölçek.

kendiliğinden simetri kırılması: Higgs okyanusu oluşumunun teknik adı; önceleri açık olan simetrinin gizlendiği ya da bozulduğusüreç.

klasikfizik: Bu kitapta kullanıldığı gibi, Newton'un veMaxwell'in fiziksel yasaları. Daha genel olarak, özel ve genel görelilik dearalarındaolmaküzere,kuantumdışıbütünfizikyasalarınıanlatmakiçinkullanılır.

Kopenhagyorumu:Kuantummekaniğininbüyükcisimlerinklasikyasalara,küçükcisimlerindekuantumyasalarınauyduğunuöngörenyorumu.

kozmikmikrodalgafonışınımı:Evreninilkdönemlerindenkalanvetümuzayıkaplayankalıntıelektromanyetikışınım.

kozmikufuk,ufuk:Evreninbaşlangıcındanbugünekadarhenüzışığınbizeulaşmadığıkonumlar.

kozmoloji:Evreninkökeniniveevriminiinceleyenbilimdalı.

kozmolojisabiti:Kökeniveyapısıbilinmeyen,evrenibirörnekdolduranvarsayımsalenerjivebasınç.

kritikyoğunluk:Uzayındüzolmasınıgerektirenmadde/enerjiyoğunluğununmiktarı;yaklaşıkmetreküpte10-23gram.

kuantum dalgalanmaları, kuantum titreşimleri: Küçük ölçeklerde bir alanın değerinde, kuantum belirsizliğinden kaynaklanankaçınılmazolarakortayaçıkanhızlıdeğişiklikler.

kuantumkromodinamiği(kuantumrenkdinamiği):Güçlünükleerkuvvetinkuantummekanikselkuramı.

kuantummekaniği:Atomlarınveatomaltıparçacıklarındünyasınıaçıklamaküzere1920'lerdeve1930'lardageliştirilenkuram.

kuantum ölçüm problemi: Bir olasılık dalgasının içerdiği devasa sayıda olasılıkların ölçüldüğünde nasıl olup da tek bir sonuçverdiğiniaçıklayanproblem.

kuarklar:Güçlünükleerkuvvetinetkisialtındakitemelparçacıklar;altıtürüvardır(alt,üst,aşağı,yukarı,acayipvecazibe).

M-kuramı: Sicim kuramının beş türünü birleştiren ve şu anda eksik olan kuram; bütün kuvvetlerin ve bütün maddenin tam kuantummekanikselkuramı.

Machilkesi:Bütünhareketleringöreli olduğuvedurağanlık standardının evrendekiortalamamaddedağılımı tarafındanbelirlendiğiilkesi.

mikrodalgafonışınımı:bkz.kozmikmikrodalgafonışınımı.

mutlakuzay:Newton'unuzaykavrayışı;uzayıdeğişmezveiçindebulunanherşeydenbağımsızkabuleder.

mutlak uzay-zaman: Uzaya özel göreliliğin bakışı; uzayı zamanın bütünlüğü penceresinden, değişmez ve içindekilerden bağımsızolarakgörür,.

mutlakçı:Uzayımutlakolarakgörenbakışaçısı.

negatifeğrilik:Kritikyoğunluktandahaazyoğunluktamaddeiçerenuzayınşekli;eyerbiçimindedir.

olasılıkdalgası:Kuantummekaniğindebirparçacığınverilenbirkonumdabulunmaolasılığınıverendalga.

olasılık dalgasının çökmesi, dalga fonksiyonunun çökmesi: Bir olasılık dalgasının (dalga fonksiyonunun) yayılmış durumdansivrilmişdurumageçtiğivarsayımsalgelişme.

olayufku:Birkaradeliğinçevresindegeridönüşüolmayannoktalarıbirleştirenvarsayımsalküre;birkaradeliğinolayufkunugeçenherhangibirşeykaradeliğinkütleçekimindenkurtulamaz.

özel görelilik: Einstein'ın, uzay ve zamanın tek başlarına bağımsız olmadıklarını, farklı gözlemcilerin göreli hareketlerine bağlıolduklarınıanlatankuramı.

p-zar:Sicim/M-kuramındakip-uzaysalboyutlubileşenler.Ayrıcabkz.D-zar.

Planckkütlesi:Titreşenbirsicimintipikkütlesi(10-3gram,birtoztaneciğininkütlesi;protonkütlesininonmilyarkeremilyarkatı).

Planck uzunluğu: Daha aşağısında kuantum mekaniği ile genel görelilik arasındaki çelişkinin ortadan kalktığı boyut (10-33 cm);bildiğimizuzaykavramınınçöktüğüuzunluk.

Planck zamanı: Işığın Planck uzunluğunu kat etmesi için geçen süre (10-43 saniye); daha aşağısında bildiğimiz zaman kavramınınçöktüğüzamanaralığı.

potansiyelenerji:Biralandaveyacisimdedepolananenerji.

potansiyel enerji kâsesi: Verilen bir değer için alanın enerjisini tanımlayan şekil; teknik olarak alanın potansiyel enerjisi olarakadlandırılır,.

sicim kuramı: Tek-boyutlu, titreşen enerji iplikçiklerine dayanan (bkz. süpersicim kuramı), ama zorunlu olarak süpersimetriyikapsamayankuram.Bazıdurumlardasüpersicimkuramınınkısaltmasıolarakkullanılır,.

simetri:Bir fiziksel sistemingörünüşünüdeğiştirmeyenbirdönüşüm(örneğinmükemmelbirküreninmerkezietrafındadönmesiküreningörünüşünüdeğiştirmez);birfizikselsistemüzerinde,osistemitanımlayanyasalarüzerindeherhangibiretkisiolmayanbirdönüşüm.

spin:Temelparçacıkların, tıpkıdönmekteolanbir topaçtaolduğugibi,dönmehareketinekarşılıkgelenkuantummekanikselözelliği(temelparçacıklaryapısalolarakaçısalmomentumasahiptir).

standartışımagücü:Astronomideuzaklıkölçümündeyararlıolanvebilinenyapısalparlaklığasahipgökcismi.

standartmodel: Kuantum kromodinamiği ve elektrozayıf kuramdan oluşan kuantummekaniksel kuram kütleçekimi dışındaki bütünkuvvetlerivemaddeyitanımlar.Noktaparçacıkkavramıüzerinetemellenir.

süpersicimkuramı:Temelbileşenleritek-boyutlutitreşenenerjihalkaları(kapalısicimler)veyaiplikçikleri(açıksicimler)olan,genelgöreliliklekuantummekaniğinibirleştirenvesüpersimetriyidekapsayankuram.

süpersimetri: Tamsayı spine sahip parçacıklarla (kuvvet parçacıkları) tamsayının yarısı kadar spine sahip parçacıkların (maddeparçacıkları)yerdeğiştirmesidurumundayasalarındeğişmediğibirsimetritürü.

şişmekozmolojisi:Evreninilkdönemlerindekısaamadevasabiruzaysalgenişlemepatlamasıolduğunuilerisürenkozmolojikuramı.

termodinamiğin ikinciyasası: Bir fiziksel sistemin entropisinin verilen bir andan itibaren ortalama olarak artma eğiliminde olacağınısöyleyenyasa.

ufukproblemi:Kozmolojikuramlarınınaçıklamayaçalıştığıproblem(birbirlerininkozmikufuklarınınötesindeolanuzaybölgelerininnasılolupdahemenhemenaynıözellikleresahipolduğusorusu).

uzay-zaman:Uzayvezamanınilkolaraközelgöreliliktarafındanöngörülenbirlikteliği,bütünlüğü.

WveZparçacıkları:Zayıfnükleerkuvvetinhaberciparçacıkları.

yer değiştirme simetrisi, yer değiştirme değişmezliği: Kabul edilmiş olan doğa yasalarının uzayın herhangi bir noktasındauygulanabilmeözelliği.

zaman-tersinmesisimetrisi:Doğanınkabuledilmişolanyasalarınınzamanınbiryönüveyadiğeriarasındaayrımyapmamaözelliği.Verilenbirandanitiba-renyasalargeçmişvegelecekyönündetamolarakaynışekildedavranır,.

zamandilimi:Tekbirandauzayıntamamı;uzay-zamanbloğundanyanisomunundanalınantekbirdilim.

zamanınoku:Zamanın-geçmiştengeleceğedoğru-gösteriyorgibigöründüğüyön.

zayıfnükleerkuvvet:Doğanınatomaltıölçeklerdeetkiliolanveradyoaktifbozunmagibiolaylardansorumluolankuvveti.

zardünyalarsenaryosu:Sicim/M-kuramındayeralanvebildiğimizüçuzayboyutununbirüç-zarolmaolasılığı