Tanrı Parçacığı neden bu kadar önemli?

Gravitasyon dalgalarının varlığını anlayabilmek için, Tanrı Parçacığı ile ilgili bilimsel araştırmaları tekrar hatırlamakta yarar var:

06/07/2012

Tanrı Parçacığı nedir diye sorsanız, herhalde doğru dürüst tek bir cevap dahi alamazsınız, çünkü konunun kendisi son derece karmaşık. Arzu edenler “Cern'de Ne Bulundu?” adlı internet haberine bir göz atıp daha detaylı bilgi edinebilirler. Ayrıca dindar kesimin de bu konuya ilgisi büyüktür, örneğin“Sicim Teorisi ve Esir Maddesi” adlı makalede görüldüğü üzere. Yaklaşımlar farklı olsa da, sonuçta bilimsel veriler ve buluşlar her dünya görüşü için heyecan vericidir.

Kendi adıma Cern'deki deney konusundaki en aydınlatıcı bilgiyi 2006 yılında Der Spiegel'de Harvard'lı fizik profesörü Lisa Randall ile ilgili hazırlanan makale ve söyleşiden edinmiştim. Konu çok ilgimi çektiğinden hemen çevirisini de yapıp o zamanki küçük okur kitlemle paylaşmıştım.

Yazılanların Tanrı Parçacığı'nın keşfine giden yolu hala çok güzel özetlediğini düşünüyorum. Der Spiegel çok yerinde sorularla çok karmaşık bir konuyu olabildiğince anlaşılır hale getirmiş. O yüzden bu çeviriyi tekrar paylaşmak istedim.

Umarım siz de okurken aynı heyecan ve ilgiyi duyarsınız.

Zuhal Nakay

DER SPIEGEL 4/2006

FİZİK: TUTSAK DÜNYA

Harvard'lı bir kadın fizikçi, evrenin gizli boyutları hakkındaki kitabıyla büyük heyecan uyandırdı. Hipotezine göre, izleyebildiğimiz dünya yüksek boyutlu bir mekânın içindeki sayısız adacıklardan sadece bir tanesi. Kendisi yakın bir zamanda ilk deneysel kanıtlarını sunmaya hazırlanıyor.

Bilim dünyasında bir araştırmacının önemi, kendisinden alıntı yapılmasının sıklığı ile ölçülür. Bu kıstas geçerliyse eğer, şu an dünyadaki en önemli teori fizikçisi sarışın, zayıf, narin – ve bir kadın.

Ceket pantolon giymiş bu 43 yaşındaki kadını karşısında gören, onu bir alışveriş mağazasının bölüm şefi zannedebilir. Kararlı sesini işitip, güvenli duruşunu fark eden, kendisine patroniçeliği de yakıştırabilir. Ama bir teori fizikçisi? Günlerini birbirine paralel olan evrenleri matematik formüllerle açıklamaya çalışarak geçiren bir kadın? Hayır, bunu hiç kimse tahmin edemez.

Harvard Üniversitesi'nin Jefferson binasındaki ofisinde de, karmaşık yaratıcılığının izine rastlayamıyorsunuz. Kara tahta da, sanki sadece fotoğrafçılar arzu edince üzerine bir şeyler karalanıyormuş gibi duruyor. Kiraz ağacından yapılmış devasa çalışma masasının üzeri ise, hiçbir bir cerrahın ameliyat için kullanmaya tereddüt etmeyeceği kadar temiz.

Ama zaten Randall'ın bu aralar evrenin sırlarının peşine düşecek pek vakti de yok. Şu anda daha çok medya toplumunun kurallarını öğrenmekle meşgul. Ajandasında radyo, televizyon ve röportaj tarihleri art arda sıralanmış durumda. Akşamları ise tıklım tıklım dolu konferans veya balo salonlarında mikrofonun başına geçiyor.

Nefesini tutarak onu dinleyen izleyicilere ise atom alt parçacıklarını, gizlenmiş boyutları ve eğilmiş mekân zamanını anlatıyor. Aslında genelde Bestseller'ler bu tür konuları kapsamıyorlar – ama izleyiciler kitabını adeta kapışıyor. ( Lisa Randall: “Warped Passages. Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions” / Ecco, New York)

Randall ancak sekiz yıl önce evrenin olası ek boyutlarıyla ilgilenmeye başlamış. Meslektaşlarından küçük bir grup ise ondan 20 yıl önce. 80'li yılların başında, o zamana kadar çözümlenemeyen birçok fenomenin, eğer dünyanın gerçekte parçacıklardan değil de, inanılmaz küçüklükte iplikçikten oluştuğu varsayılırsa, açıklanabileceği keşfedilmişti.

Ancak bu iplikçikler, yani ‘string’ler, öylesine kısaydı ki, herhangi bir mikroskopla görüntülenmeleri imkânsızdı. Sadece titreşimleri algılanabiliyordu – parçacıklar şeklinde oluyorlardı. Buna göre elektronlar, ışık kuantumları ve atom alt parçacıkları bu stringlerin titreşimlerinden başka bir şey değillerdi.

Fakat çok kısa bir süre sonra fizikçiler bildiğimiz üç boyutlu mekânda, bu titreşimlerin matematiksel karmaşa yarattıklarını gördüler. Sadece dokuz boyutlu mekânlarda anlamlı davranışlar sergiliyorlardı. Bunun, bu fikirden vazgeçmek için yeterli bir neden olabileceği düşünülebilir. Ancak fizikçiler stringlerin olağanüstü özelliklerine öylesine aşık olmuşlardı ki, fazladan altı boyut onları korkutmaya yetmedi. Görünmediklerine göre, görünmez olmalıydılar. Yumaklar halinde sarılmış, ancak atom çekirdeklerinden milyarca kez küçük olarak, o zamana dek demek ki fizikçilerin dikkatinden kaçmışlardı

Uzun süre Randall tüm bu hipotezleri son derece yetersiz buldu. Çünkü bu stringlerin gerçekten var olduğunu ispatlamak için galaksiler büyüklüğünde parçacık hızlandırıcıları gerekiyordu.

Ama zamanla String-Fizikçileri'nin teorileri ilgisini çekmeye başladı. Çünkü onların denklemlerinde garip membranımsı şekiller ortaya çıkmıştı ve bunlar onun merakını uyandırmıştı. Ya bütün görünebilen evren, içersinde tüm parçacıkların ve kuvvetlerin bağlı olduğu, böyle bir membrandan oluşuyorsa? Ya dünya çok daha devasa bir evrenin içersindeki sayısız üç boyutlu adacıklardan sadece bir tanesi ise?

Randall hesaplamaya başladı ve geçekten de üç boyutlu bir membranın kapsadığı mekanı, onu neredeyse tümüyle dış dünyadan tecrit edebilecek şekilde eğebileceği sonucuna vardı – neredeyse tümüyle ve işte bu “neredeyse” onu büyüledi.

Diğer String-Teorileri'nden farklı olarak onun fikirleri kanıtlanabilirdi. Önümüzdeki yıl, Cenevre yakınlarındaki Cern'de devasa parça hızlandırıcı LHC devreye sokulunca, Randall'in spekülasyonlarının ne derece gerçek olduğu görülecek.

27 km uzunluğundaki tünel parkurunda parçacıklar hızlandırılacak ve bundan önce ulaşılamamış bir şiddetle birbirlerine çarpacaklar. Randall bu çarpışma esnasında oluşacak kırıntılar sağanağında bugüne kadar sadece denklemlerinde var olan boyutların izini sürmeye çalışacak.

SPIEGEL SÖYLEŞİ

FİZİKTE YENİÇAĞ

ABD'li fizikçi Lisa Randall ile gizli dünyalardaki yıldız patlamaları, yepyeniparçacıkların arayışı ve dünyanın formülünün peşindeki umutsuz koşuşturma hakkında.

SPIEGEL: Bayan Profesör Randall, kitabınızda buradan sadece bir atom uzunluğu ötede başka bir dünyanın var olabileceğini öğreniyoruz? Bize yardımcı olun: Bunu nasıl düşünmeliyiz?

Randall: Sorun şu ki, başka dünyaları veya dediğimiz gibi “Branes”leri göremiyor olmamız – yani elektromanyetizmaları dolaysıyla ışıkları yoksa. Biz ve görebildiğimiz her şey bu Branes'lerden birine yapışmış durumda ve işte bu yüzden başka dünyaları göremiyoruz.

SPIEGEL: Ve oraya seyahat etmemiz ise zaten mümkün değil herhalde?

Randall: Hayır. Bir Brane'den başka bir Brane'e seyahat prensip olarak mümkün değil.

SPIEGEL: Bize bizim Brane'in, yani dünyamızın nelerden oluştuğunu anlatabilir misiniz?

Randall: Ooo, öyle yeşil bir şey falan değil. Brane'in kendisi asıl madde. O, bir şeylerin yapışabildiği bir yer....

SPIEGEL: ....sizin ve bizim gibi bir şeyler mi örneğin?

Randall: Aynen, dediğiniz gibi.

SPIEGEL: Bizim Brane-dünyamız ile başka Brane-dünyaları arasında ne bulunuyor?

Randall: Sadece mekân. Beş, altı veya dokuz boyutlu mekân.

SPIEGEL: Ama bizde bir mekânın içinde yaşıyoruz. O zaman aradaki fark ne?

Randall: Fark şu ki, bir Brane, Brane'ler arasındaki mekândan farklı olarak parçacık ve yüklemeler taşıyabiliyor, hareket edebiliyor, aynen bir membran gibi gerilebiliyor. Bu anlamda o bir nesne. Ve o başka nesnelerin var olabildiği bir yer.

SPIEGEL: Bizimkinin yanında başka Brane-dünyalarının var olduğundan emin misiniz?

Randall: Hayır, o sadece bir olasılık. Ama başka Brane-dünyalarının var olmaması için hiç bir neden yok. Bildiğimiz dünyanın, yegâne var olanın olması, pek mümkün değil.

SPIEGEL: Bu diğer dünyalar gerçekten mevcutsa, onlarla iletişim kurmamız mümkün mü?

Randall: Sadece Brane'ler arasındaki mekânı geçmeyi başarabilen kuvvetlerin yardımıyla.

SPIEGEL: Ne tür kuvvetler?

Randall: Sadece gravitasyonla ilgili olarak emin olabiliriz. Çekim gücü gerçekten de Brane'ler arası mekanda etkin olan tek kuvvet olabilir. Bu da sadece gravitasyon aracılığıyla yabancı Brane'lerle karşılıklı etkileşime girebileceğimiz gösterir. Ancak bu oldukça zayıf bir etkileşim olurdu.

SPIEGEL: Diğer dünyalarda olup bitenden haberdar olamayacak kadar zayıf mı?

Randall: Bu pek mümkün görünmüyor. Orada bir süpernova, yani yıldız patlaması meydana gelirse – ama oradaki yıldızların maddeleri bizimkilerden bambaşka bir oluşumdaysa – o zaman onları hiçbir zaman göremeyiz. Çok yakınımızda gerçekten dramatik olaylar gelişiyor olabilir ve biz hiçbirinden haberdar olmuyor olabiliriz.

SPIEGEL: Diğer dünyaların süpernovalarının hangi maddeden oluşabileceği hakkında fikir yürütmek mümkün mü?

Randall: Ne yazık ki, hayır. Unutmayın ki tüm kimyamız çok hassas bir şekilde dünyamızdaki kuvvetlerin, parçacıkların ve kütlelerin oluşumuna bağlıdır. Tüm bunlar farklı olduğunda, kimya da bambaşka bir hal alabilir.

SPIEGEL: Dünyamız aniden başka bir Brane-dünyasıyla çarpışabilir mi?

Randall: Teorik olarak evet. Zaten dünyamızdaki kuvvetlerin oluşumunda, bunun etken olduğuna inanan insanlar var.

SPIEGEL: Tekrar böyle bir Brane-Crash'in meydana gelmesi durumunda, rahatımız fazlasıyla kaçardı herhalde?

Randall: Açıkçası hesaplayabildiğimle yetinmeyi tercih ediyorum. Brane'ler çarpışınca, çekim gerçekten önem kazanıyor – ve hesap dağılıyor.

SPIEGEL: Bize bilmedikleriniz hakkında çok şeyler anlattınız. Başka Brane-dünyalarının neye benzediğini, içlerinde ne tür kuvvetlerinin etkin olduğunu, hatta var olup olmadıklarını dahi bilmiyorsanız – sizi büyüleyen ne?

Randall: Tüm bu söylediklerinizi başlangıçta ben de düşündüm. O kadar çok olasılık var ki ve biz hiçbir şey bilmiyoruz. Brane-dünyalarının bizim dünyamız için gerçekten sonuçlar doğurabileceğini gördüğüm an, büyülendim. Belirli senaryoların, bildiğimiz parçacıkların kütleleri hakkında çok kesin öngörüler yapılabildiğini gördüm. Bugünkü Kozmoloji ve String-Teorisi'nde bir sürü spekülatif fikir var. Ancak deneysel olarak araştırılabilen, gerçek fiziksel olaylar söz konusu olunca, ilgim uyanıyor.

SPIEGEL: Bu ilginizin tam olarak ne zaman uyandığını hatırlıyor musunuz?

Randall: Bir konferans dönüşü ilk defa düşünmeye başladım: Belki String-araştırmacılarının söz ettiği ek boyutlar gerçektende yararlı olabilirdi? Bunun üzerine daha önceki çalışmalardan tanıdığım Raman Sundrum'u aradım. Onun ek boyutlarla ilgili çalıştığını biliyordum. Beraberce olabilecek tüm olasılıklar hakkında kafa yorduk.

SPIEGEL: Bu ek boyutlardan String-Fizikçileri en geç seksenli yılların ortalarından beri söz ediyorlardı ve hepsi de son derece heyecanlıydı. Siz neden o zaman tutuşmadınız?

Randall: O zamanki bütün teorilerin herhangi bir öngörüsü olmadığı için. String-Teorisi gerçek, pratik sorulara cevap verecek düz bir yol gibi görünmüyordu. Ama Raman'la beraber birdenbire ölçülebilinenle bir kesişme olabileceğini hissettim. Ayrıca konuyla ilgili özgün, yeni bir bakış açısı bulmuş olmam da etkin oldu. Şöyle değil midir, ne zaman ki katkınız olabileceğini hissederseniz, o zaman olaylara ilgi duyarsınız.

SPIEGEL: String-Fizikçileri teorileri hakkında ne zaman konuşurlarsa, sıkça güzellikten bahsederler. Sizin için denklemlerinizin güzelliği ne derece önemli?

Randall: Yani biliyor musunuz, fazlasıyla güzelliğe odaklanırsanız, yolunuzu oldukça şaşırabilirsiniz. Hepimiz biliyoruz ki, neyin güzel olduğu konusunda fikir birliği yok.

SPIEGEL: String-araştırmacılarına kulak veren, bu konuda fazlasıyla fikir birliği içinde oldukları kanısına varabilir...

Randall: Tamam. Peki fizikçiler neyi güzel buluyorlar? Denklemlerinin basit ve simetrik olmalarını. Ne yazık ki, bir gerçek var, o da dünyanın çoğunlukla ne basit ne de simetrik olduğudur. O zaman soru şu: Hangisi daha güzel? Teorinin basit olması mı, yoksa dünyanın kendisi gibi karmaşık olması mı?

SPIEGEL: Gelecekteki asıl hedefiniz ne – dünyanın karmaşıklığını anlatabilmek mi?

Randall: Sonuçta, her şeyin nasıl birbirine uyduğunu anlamak istiyorum. Evrenin bugün gördüğümüz şekline nasıl ulaştığını.

SPIEGEL: Sonuçta dünyanın formülü mü ortaya çıkacak?

Randall: dünyanın formülünü aramanın doğru çıkış noktası olup olmadığından emin değilim. Amacım bilginin sınırlarını elimden geldiğince kaydırmak. Bu bağlamda mutlak olandan konuşmayı sevmiyorum.

SPIEGEL: Yani günün birinde dünyanın formülünün bulanabileceğine inanmıyorsunuz?

Randall: İlerlemeler kaydediyoruz. Ama dürüst olmak gerekirse, hayır. Bir dünya formülünün ortaya çıkacağına inanmıyorum. Yine de onu aramak çok faydalı olabilir.

SPIEGEL: Bir çok fizikçi dünyanın formülünün varlığından emin....

Randall: Bunun bu aralar değiştiğine inanıyorum. String-Fizikçileri de baş edemedikleri problemler olduğunun farkında. Amaç, dünyamızda var olan tüm fenomenlerin açıklanabilmesi olmalıdır. Soru şu: Bu özel varsayımlar yapılmadan gerçekleştirilebilir mi? İçinde yaşadığımız spesifik evreni belirleyen nedir? Belki bir sürü evren mevcuttur ve biz onlardan birinde yaşıyoruz, ama bu dünya formülü bunun neden böyle olduğunu açıklamıyordur.

SPIEGEL: Einstein'ın bile böyle bir dünya formülünün varlığına dair derin inanç besliyormuş...

Randall:...evet, ama olmadı. Einstein bu formülü asla bulamadı.

SPIEGEL: Böyle bir formül yoksa sizin konunuz neye göre gelişecek?

Randall: Mutlaka başka birleştirici prensipler bulacağız. Çokça, dünya daha mı basitleşiyor, diye soruluyorum? Şöyle düşünüyorum: Temel düzeyde teori daha basitleşiyor olabilir, ama sonuçları hesaplamak gittikçe zorlaşıyor. Kuşkusuz, sınırları gittikçe büyütüyoruz. Böylece dünya daha güzel ve anlaşılabilir mi oluyor? Bir anlamda, evet. Çünkü git gide daha çok fenomen arasında daha çok ilişki açığa çıkıyor. Ama diğer taraftan da, daha çok soruyu da beraberinde getiriyor.

SPIEGEL: Biraz önce teorilerinizin ölçülebilenle kesiştiğinden bahsetmiştiniz?

Randall: Evet, tabii ki. Heyecan verici olan da bu zaten. Uzun süre, String-Teorileri görülebilen her şeyin dışında gibi duruyorlardı. Ama tam da bizim eğilmiş mekân ile ilgili kavramımız, ulaşılamaz gibi duran şeyleri, birden bire erişilebilir kıldı.

SPIEGEL: Yani, çok yakın bir zamanda deney fizikçileri de mi ek boyutların dünyasına yönelecek?

Randall: Kesinlikle. Şu anda, String-Fizikçileri'nin teorilerini görünür fenomenlerle ilişkilendirmenin eşiğinde duruyoruz. Bu da fizik de yeni bir çağın başlangıcı demek.

SPIEGEL: Ne tür deneylerden bahsediyorsunuz?

Randall: Her şeyden önce Cern'deki LHC yakın zamanda devreye girecek. Çok heyecan verici bir süreç başlayacak.

SPIEGEL: Tam olarak beklentiniz ne?

Randall: Büyük bir ihtimalle, önce büyük bir kaos yaşanacak. Tabii ki, ek boyutlarla ilgili bir şeyleri görmeyi umuyorum, örneğin bu ek boyutlar için karakteristik olan Kaluzo-Alt-Parçacıkları'nı. Ama tabii ki kimsenin beklemediği şeyleri de bulabiliriz.

SPIEGEL: İlk çarpıcı haberleri ne zaman bekleyebiliriz?

Randall: Bana soracak olursanız – beş sene sonra. LHC 2007'de devreye sokulabilecek. Ama ilk gerçek sonuçların ortaya çıkması, biraz zaman alacak. Çünkü verileri okumak oldukça zor olacak. Gizemli bir enerjini yokluğunu mu fark edeceğiz? Minicik kara delikler mi göreceğiz? Bilemiyoruz.

SPIEGEL: Eğer başka Brane-Dünyaları ile ilgili hipoteziniz yanlışsa, LHC yardımıyla yanlışlığı ispatlanabilecek mi?

Randall: Eğer Texas' da ki daha büyük “Super Collider” inşa edilseydi, kesinlikle evet derdim. Ama LHC'de %5'lik bir ihtimal var, o da Kaluzo-Alt-Parçacıkları'nın oluşumu için gerekli olan enerjinin çok az altında enerji üretmesidir.

SPIEGEL: Hiçbir şey bulunamazsa, ne yapacaksınız?

Randall: O zaman, yeni bir şeyler araştırmanın zamanı geldi demektir. Geçmişte fiziğin birçok alanıyla ilgilendim. Tüm hayatım boyunca aynı problemle uğraşmak istemiyorum.

SPIEGEL: Meslektaşlarınız. Onlar da vazgeçer mi?

Randall: Birçoğu, evet. Özellikle genç olanlar yeni arayışlara gireceklerdir. Ama ben bilinen teorilerin dışında bir şeyler olmamasına pek ihtimal vermiyorum. Bunu düşünemiyorum. Anlamsız olurdu.

SPIEGEL: LHC yine de enteresan sonuçlar vermezse? Daha çok milyarlara, yeni bir hızlandırıcı mı?

Randall: Eyvah. Yeni bir şey bulmak çok heyecan verici olur. Hiçbir şey bulamamak ise son derece hayal kırıcı. Tabii ki, yeni bir hızlandırıcı isterdik. Ama öyle bir durumda onaylanır mı?

SPIEGEL: Bayan Randall, bu söyleşi için teşekkür ederiz.

Kaynak: Der Spiegel 4/2006: "Welt in Fesseln", “Neue Aera der Physik”

Çeviri: Zuhal Nakay/Y. Mimar