Görelilik ve Kuantum Fiziği Neden Birleştirilmeye Çalışılıyor?

Neden bu iki kuramı kendi hallerine bırakmıyoruz? Bırakalım da kuantum mekaniği en küçüğün ve görelilik kuramı en büyüğün fiziğini açıklamaya devam etsin.

Neden bunları birleştirmeye çalışıp fizikçilerin bile zar zor anladığı, matematiğinin işin içinden çıkılmaz hale geldiği 10-11 boyutlu bir evrenle uğraşmak zorundayız ki? Aslında fizik, uzun yıllar bunu yaptı. Fakat devekuşu olmanın da belli sınırları vardı ve kafamızı kumdan çıkarmanın zamanı gelmişti. Bu sorunun cevabı biraz da bilim tarihi serüveni. Öyleyse başlayalım.

Klasik Fizik

Efendim, bilim tarihçileri tam olarak uzlaşamasa da klasik fiziği Galileo ve Newton’a borçlu olduğumuzu söyleyebiliriz. Klasik fizik günlük olayları açıklamakta son derece isabetliydi: Şu ağırlıktaki bu cismi ne kadar güçle itersen ne hızla ne kadar gider? Şu hızla bir top atsam nereye düşer?

Klasik fizik pek çok olguyu matematiksel olarak açıklıyor, matematiksel öngörüleri olgularla örtüşüyordu. Bu disiplinle Newton fiziği, gök cisimlerinin hareketlerini bile açıklama gücüne sahipti.

19’uncu yüzyılın son yarısında Maxwell tarafından elektriksel ve manyetik kuvvetler de açıklanınca artık fiziğin her şeyi çözdüğü, geriye sadece bir iki ayrıntı kaldığı söylenip zafer çığlıkları atıldı. Ama bu iki ayrıntı, fiziğin baştan aşağı değişmesine neden oldu.

Kuantum ve Görelilik

Bunlardan ilki elektrik, manyetizma ve ışığın hareketinin doğasıyla ilgili ayrıntıydı. Elektrik, manyetizma ve ışık hakkındaki sorunlarla ilgilenen Einstein, iki görelilik kuramı ile fiziğe bakışımızı kökten değiştirdi. Klasik fizik için uzay ve zaman mutlak şeylerdi. Einstein’dan sonra ise uzay ve zaman, evrenin hammaddesiydi, mutlak değildi ve birbiriyle ilişkiliydi. Bu bakış açısı tüm algılarımızda devrim yapıp evreni anlama serüvenimizde çok daha isabetli bir bakış açısı sağlamaktaydı.

Diğer ayrıntı, parçacıkların doğasını anlamaya çalışan bilim insanlarının deneylerden hayret verici sonuçlar elde etmesiyle klasik fiziği altüst etti. Fizikçiler, kuantum mekaniği adı verilen tümüyle yeni bir kuram önermek zorunda kaldılar.

Newton fiziğine göre bir maddenin doğrusal  hızını ve konumunu bilirseniz o maddenin geçmişte ve gelecekte hangi hızda ve konumda olduğunu/ olacağını bilirsiniz. Fakat yeni kurama göre evrene belirsizlik hakimdir. Mümkün olan en mükemmel ölçümleri bile yapsak, parçacıkların konumunu tam olarak belirlediğimizde hızını bilemiyoruz, hızını bilirlediğimizde konumunu bilemiyoruz. Parçacıklarla ilgili tek yapabileceğimiz, konumları veya hızlarının zaman içindeki olasılıklarıyla ilgili istatistiksel yorumlar yapmaktır.

Görelilik kuramları çok büyük cisimleri anlama konusunda çok isabetli tespitler yaptı ve yapmaya devam ediyor. Kuantum kuramı çok küçüklerin dünyasını açıkladı ve gelişmeye devam ediyor. Ve bu iki kuram kendi bağımsız alanlarında ilerlemeye ve gelişmeye devam ettiler: On yıllar boyunca…

Kafayı kuma sokma meselesi burada karşımıza çıkıyor. Evreni anlamamızda çığır açan bu iki yöntem, birlikte uygulanmaya çalışıldığında denklemler sonsuz sonuçlar vermeye başladı. Örneğin kütle çekimi ile ilgili herhangi bir sürecin olasılığının hesaplanmasında; kuantum mekaniği ve göreliliği birlikte kullanmaya çalıştığımızda sonuç %33 veya %87.69856 gibi bir olasılık çıkmıyor, sonsuz oluyor. Yüzde Sonsuz, denklemlerin sonuçları için anlamsız ifadeler demektir. Yani bir yerde fena çuvallıyorduk.

Peki bu iki kuramı ayrı ayrı kullanmaya devam etsek?

Ne de olsa ikisi de ayrı ayrı işe yarar. Fakat tıkandığımız bir nokta var: Tekillikler, yani çok büyük kütlelerin çok küçük hacimlere sıkıştığı fenomenler. Bunlardan ilki kara delikler, ikincisi büyük patlama. Nereden ve nasıl var olduğumuzu açıklayamayan bir fizik, yeterince rahatsız edici.

Bilim insanları işte bu nedenle iki büyük kuramı birleştirmeye çalışıyorlar. Sicim teorisi bunu yapabileceği iddiasında. Fakat bunu becerebilmek için en azından 10 boyutlu bir evrene ihtiyaç duyuyor; bizim deneyimlediğimiz 4 boyut ve planck altı ölçeklerde sıkışmış (veya kıvrılmış) ekstra boyutlar. Çözüm burada mı bilmiyoruz, sadece cevabı aramaya devam ediyoruz.

Hilal Bulut

image_printPDF Kaydet & Yazdır

Yazar: Hilal Bulut

Keşfet!

Kuantum Tünelleme

Bu konuya fizik profesörümün bir analojisi ile başlamak istiyorum. Karşımızda kapalı bir kapı olduğunu varsayalım. …