Fiziğin bilinmeyeni 7

1- EVRENİ DÖNDÜREN NE?

Bu sorunun yanıtı verilmediği taktirde, fiziğin içerdiği diğer ilginç sorular ve olaylarla daha ileriye gidemeyiz. Evrenin kökeni, kara deliklerin gelecekteki durumu ve zaman içinde yolculuk gibi konuları anlamak için, Evren'in nasıl döndüğünü bulmalıyız.

Maddenin temel taşlarının neler olduğu hakkında bugün derin bilgiye sahibiz. Fizik 20. yüzyılda, kuvantum mekaniği (madde kuramı) ile Einstein'ın görelilik kuramı olarak bilinen uzay, zaman ve kütle çekimi kuramı üzerine kurulmuştu. Ancak, gerçeğin tek bir tanımını ararken, iki tanesini bulmak oldukça yetersiz.

İki kuramı birleştirmek, en başarılı kuramsal fizikçilerin önüne korkunç teknik ve kavramsal engeller çıkarıyor. Örneğin, kütle çekim kuvveti kendini, uzayzaman denilen 4 boyutlu ortamın eğrilip bükülmesi olarak gösterdiği için, kuvantum kuramını kütle çekimine uygulamak sorunlar doğurur. Belki de, ortada yaklaşımla ilgili bir sorun vardır: belki de kütle çekiminin niceliğini tek başına bulmaya çalışmamalıyız.

Yakın zamanda birleştirme üzerine yapılan denemelerde, kütle çekiminin niceliklerinin bulunması sorunu, doğanın tüm kuvvetlerini bir araya getirmeyi amaçlayan tek bir kuramsal çatı altına alındı. Birçok fizikçi bunu, ‘‘her şeyin kuramı'' olarak niteliyor.

Günümüzdeki yaklaşımlardan biri, ‘‘üstün sicim kuramı''dır. Parçacık fiziğinin bir türü olan bu kuram, başlangıç parçacıklarını boyutsuz noktalar yerine, tek boyutlu sicimsi nesneler olarak varsayar. Bir diğer yaklaşımsa, daha soyut olan ve uzayın yüksek kısımlarında hareket eden zarlar olarak da anlatılabilen ‘‘M kuramı’dır. Ancak, bu fikirlerdeki ilerlemeler en iyi şu şekilde toparlanabilir: Bu kuramdaki M harfinin ne anlama geldiğini bilen çok az kişi var ve almamız gereken de çok yol.

2- EVRENİ OLUŞTURAN MADDELER NELER?

İşte, bir önceki konudaki utanç yerini koruyor: Fizikçiler, evrenin içinde neler olduğundan emin değiller. Astronomide, gördükleriniz elde ettikleriniz anlamına asla gelmez. Gördükleriniz yıldızlar, gezegenler, gaz ve normal atomlar içeren toz yığınlarıdır, ancak evrendeki her sıradan yapının içinde, görülemeyen onlarca madde daha vardır.

Bunu, yıldızların hareket şekillerinden anlayabiliriz. Samanyolu, kütle çekiminin görünür maddeleri bir arada tutabilmesi için çok hızlı döner. Merkezden uzaktaki yıldızlarsa, kendilerini çeken fazladan maddeler olmasaydı, kopup giderlerdi.

Bu durum diğer galaksilerde de aynıdır. Galaksileri, dönen kümeler içine sokan, gözle görülemeyen maddelerdir. Genişlemesi, Büyük Patlama’dan sonra sönükleşen parlaması da dahil, evren bir bütün olarak ele alındığında tüm kanıtlar, her tarafa yayılan, gizli bir evrenin varlığına işaret eder.

Bu ‘‘karanlık madde''nin ne olduğuna ilişkin çok fazla kuram vardır. Kara delik sürüleri, büyük patlamadan sonra etrafa yayılan hayalet parçacıklar bunlardan bazıları.

Temel olarak 3 fikir var. İlki, uzay içinde aynı oranda yayılan, görünmez madde olarak davranan ‘‘karanlık enerji'' olduğudur. Gözlemciler bu enerjinin, evrenin kütlesinin üçte ikisini oluşturabileceğini öne sürüyor.

Bir de MACHO'lar var. Astronomlar, dev yoğun ışık halkası şeklinde nesneler anlamına gelen bu maddenin az miktarını tespit etti, ancak bu miktar, karanlık maddenin geri kalan kısmını doldurmaya yetmiyor.

Üçüncüsü, nötronlara benzeyen yarı-atomik partiküllerdir. Bu hayaletimsi varlıklar, diğer maddelerle çok ender etkileşime girer ve Dünya'ya girerken hiçbir şekilde görülemezler. Evrende o kadar çoklardır ki, her bir atoma bir milyon yarı-atomik parçacık düşer. Öte yandan nötronların çok küçük kütleye sahip oldukları sanılıyor. Bu nedenle de, karanlık maddenin toplam envanterine çok az bir katkı yaparlar. Kuramcılar, derinlere girebilen, cisimsel bir kütlesi olması olası diğer parçacıkların da var olduklarını varsayıyor. Kısaca Wimp (zayıf etkileşimli masif parçacıklar) denilen bu parçacıkları arama çalışmaları sürüyor.

Diğer yandan, ortaya daha alışılmadık fikirler de atılmıyor değil. Dördüncü uzay boyutu veya gölge bir evren içinde yaşamak, bunlardan bazıları. Kozmik karanlık madde, büyük olasılıkla, bir kısmı hala hayal bile edilemeyen birçok maddeden oluşan bir kokteyl. Her ne olursa olsun, bizi ve evreni oluşturan sıradan atomlar, ‘‘Başka bir şey'' tarafından yönetilen evrende ufacık bir safsızlığı temsil ediyor.

3- NEDEN ÜÇ BOYUT?

Uzayın 3 boyutlu olması sadece bir rastlantı mı yoksa bunun önemli bir nedeni mi var? Kimi kuramcılar, uzayın, büyük patlamadan sonra tesadüfen 3 boyutlu olarak oluştuğuna, ancak evrenin başka bölgelerinde bu sayının değişebileceğine inanıyor .

Mantıksal olarak, evrenin örneğin 2 boyutlu olmaması için hiçbir neden yok. Edwin Abbott'ın, 100 yıl önce yazdığı ‘‘Flatland'' adlı kitabında, canlılar 2 boyutlu bir dünyada ve zemine sınırlandırılmış olarak yaşıyorlardı.

Ancak, 2 boyutlu bir dünyanın fizik kuralları, bugünkünden çok farklı olacaktır. Örneğin, 3 boyutlu ortamdaki kadar düzgün yayılamayan dalgalar, sinyal gönderme ve bilgi aktarımı konusunda birçok sorun yaratırdı. Sistemli bir yaşamın, doğru bilginin işlenmesi üzerine kurulduğunu göz önüne alırsak, bu sorunlar, 3 boyutludan farklı bir bölgeyi arama fikrinden vazgeçmemizi sağlar.

3 boyutun üzerine çıkmaksa daha farklı sonuçlar doğurur. Örneğin, böyle bir ortamda, gezegen sistemleri var olmazdı, çünkü kütle çekiminin tersinir kare kanunu, yüksek güçlerin tersinir kanunu halini alırdı. Bu nedenle, 3 boyutlu bir dünya, fizikçilerin, fizik hakkında yazmalarını sağlayan tek ortam gibi gözüküyor.

Öte yandan, bu sorunun, yanlış bir çıkarsamaya dayandığına ilişkin ipuçları var. Belki de uzay 3 boyutlu değildir; sadece bize öyle gözüküyordur. Üstün sicim kuramı gibi doğanın kuvvetlerini birleştirmeyi amaçlayan kuramlar, görülenden daha fazla boyut olduğunu varsayıyor.

Bunun yapılmasının nedeni, olayları tanımlayan denklemlerin, büyük değerlerdeki boyutlar içinde işleme sokulduğunda, daha iyi çalışmalarıdır. Bu tamamen uydurma değil: çoğul boyutların, fiziğin en zor problemlerini çözmekte başarılı oldukları biliniyor. Örneğin, Einstein'ın kütle çekimini tam olarak tanımlaması için bir dördüncü boyuta ihtiyacı vardı: zaman. Theodor Kaluza ise, kütle çekimini Maxwell'in elektromanyetik denklemleriyle birleştirmek için bir başka uzay boyutunu ekledi.

3. boyuttan sonrasını göremememizin bir nedeni olabilir. İnanılmaz oranda küçük şekilde sarılmış olabilirler. Uzaktan bir hortumu incelediğinizi düşünün: hızlı hareket eden bir çizgi gibi gözükür. Yakından baktığınızdaysa, çizginin bir tüp olduğu ortaya çıkar ve bir nokta olarak belirlenen şey, gerçekte tüpün çevresi etrafında dönen küçük bir dairedir. Benzer olarak, 3 boyutlu bir uzayda aldığımız bir nokta, fark edilemeyecek kadar küçük bir 4. uzay boyutunda ilerleyen minik bir daire olabilir.

Herhangi sayıdaki fazladan boyutları bu şekilde gizleyebilirsiniz. Bunu yapmanın bir başka yolu daha var. Fiziksel kuvvetlerin ışığı ve maddeyi, 3 boyutlu bir levhaya veya ‘‘zara'' sınırladığını, ancak fiziksel etkilerin, 4. boyuta girmesine izin verdiğini varsayın. Flatland'in sakinleri, 3 boyutlu nesneleri, 2 boyutlu olarak algılıyordu: örneğin bir küreyi daire olarak. Aynı tezi savunarak, nesneleri 3 boyutlu gördüğümüz halde, belki de gördüklerimiz, daha yüksek boyutların küçük bir parçaları olabilir.

Bizim uzayımız, yalnızca 4 boyutlu olmak zorunda değil. Uzayda, bizim gibi 3 boyutlu ortama benzeyen, ancak 4 boyutlu bir uzaya konumlanmış birçok ortam bulunuyor olabilir. 4. uzamsal boyutun varlığının doğrulanması için birçok deney gerekiyor. Ancak yakınlarda, iki farklı ortamın çarpışmasının, büyük patlamayı açıklayabileceğini kaydedildi. Bu nedenle, var olduğumuz gerçeği, uzayın gerçekte 3 boyutlu olmadığının bir kanıtı olarak da kabul edilebilir.