Geçtiğimiz yüzyıl bizlere, yaşadığımız evreni oluşturan temel gerçekliğin düşündüğümüzden değil, düşünebileceğimizden de tuhaf olduğunu öğretti. Bu tuhaf gerçekliği anlamak için sezgilerimizin bize yol gösteremeyeceğini çoktan kavramış bulunuyoruz. Gerçekliği kavramak için geriye tek bir aracımız kaldı: matematik. Matematiksel formalizmin, evrenin doğasını anlamakta gösterdiği başarı, gerçekten inanılır gibi değil! 19. yüzyılda Alman matematikçi Bernhard Riemann, Öklidyen olmayan (paralel doğruların olmadığı) bir geometri teorisi ortaya koyduğunda, insanlar bunun gerçek hayatta hiçbir karşılık bulamayacak matematiksel bir oyun olduğunu düşündüler. Ta ki 1916’da Einstein, içinde yer aldığımız uzay-zamanın böylesi bir geometriye sahip olduğunu iddia edene kadar. Yapılan sayısız deney tekrar tekrar Einstein’ın haklı olduğunu gösterdi ve Newtoncu mutlak evren-mutlak zaman paradigması çöpe atıldı.
Kuantum fiziğinin doğuşu
Newtoncu paradigmaya bir diğer darbeyi de 20. yüzyılın başlarında ortaya çıkan kuantum fiziği indirdi. Fiziğin “mucizevi yılı” olarak adlandırılan 1905’te Albert Einstein, atomun varlığının deneysel olarak kanıtlanmasına yol açacak matematiksel bir teori ortaya attı. Einstein’in teorisi hemen bir sene sonra Paris’te Jean Perrin tarafından şüpheye yer bırakmayacak şekilde deneysel olarak doğrulandı. Antik Yunan’da ortaya çıkan ve asırlar boyunca bir spekülasyon olarak kalan atom fikri artık kanıtlanmıştı. 1906-1911 arası dönemdeki atom tasavvuru, antikçağ filozoflarının atomun bölünmez ve değişmez öğe olduğu şeklindeki düşüncesiyle aşağı yukarı uyumluydu. Bu kavrayışın gerçeklikten ne denli uzak olduğunu anlamak çok uzun sürmedi.
Ernest Rutherford yaptığı deneylerle atomun birleşik bir yapı olduğunu, yani çok yoğun bir çekirdek ve bu çekirdek etrafında hareket eden elektronlardan oluştuğunu gösterdi. Yani atomun bir iç yapısı vardı ve atom artık “atom” adını hak etmiyordu! 1913 yılında Niels Bohr atomun tamamıyla özgün bir varlık, görünmez yepyeni bir kıta olduğunu anladı. Bu kıtanın araştırılması, tuhaf, yeni bir fiziğin, kuantum fiziğinin doğmasına yol açtı. Bu fizik, tuhaflığını belki de en net biçimde Heisenberg’in belirsizlik ilkesinde gösterir. Bu ilke çoğu kez yorumlandığı şekilde, bir parçacığın aynı anda konumunu ve hızını belirlemenin imkânsızlığını değil, bir parçacığın asla bu iki niteliğe aynı anda sahip olamayacağını söyler.
Doğadaki kuvvetler ve temel parçacıklar
Kuantum fiziğinin bize gösterdiği bir diğer tuhaflık da iki parçacığın nasıl etkileştiğine dairdir.
Bir parçacık diğerini dört temel kuvvet yoluyla etkileyebilir: Kütleçekim, elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve yeğin nükleer kuvvet. Bunlardan son üçünün nasıl çalıştığını artık biliyoruz. İki parçacık arasında bu üç tarz etkileşimden birisinin olabilmesi için aralarında ayar bozonu denilen üçüncü bir aracı parçacığın alışverişinin olması gerekir. Örneğin elektromanyetik etkileşimin ayar bozonu foton, yani ışık parçacığıdır. Yani iki parçacığın elektromanyetik olarak etkileşmesi için arada bir fotonun gidip gelmesi gerekir.
Son 50 yılda fizikçiler bu dört temel etkileşimden üçünün birleştirilmesi konusunda olağanüstü ilerleme kaydettiler. 1970’lerde, her ne kadar farklı görünseler de elektromanyetik kuvvet ile zayıf nükleer kuvvetlerin birbirinden bağımsız olmadıklarını, aslında evrenin başlangıcında aynı kuvvet olduklarını ve evrenin oluşumundan çok kısa bir süre sonra birbirinden ayrıştıklarını göstermeyi başardılar. Bu birleştirici yaklaşım daha sonraki yıllarda yeğin nükleer etkileşimi de içine alacak şekilde genişletilebildi. Bugün birçok biliminsanını uykusuz bırakan şey ise Einstein’ın genel görelilik kuramı ile açıklanan kütleçekimin, kuantum fiziği ile uyumlu hale getirilip getirilemeyeceği sorusu. Yani fiziğin en başarılı iki teorisi olan kuantum fiziği ve genel görelilik halen birleştirilmeyi bekliyor.
Parçacık fiziğinin yanıtlanmamış soruları
Maddenin Gizemleri’nde fizikçi Étienne Klein, 20. yüzyılda atomun keşfiyle başlayan parçacık fiziğinin hikâyesini anlatıyor. Hikayesinde biliminsanlarının bir yüzyıl boyunca elde ettiği hayranlık verici ilerlemeleri: Atomun, radyoaktivitenin, ışığın, temel parçacıkların ve bu parçacıklar arasındaki etkileşimlerin keşfini meraklı bir okuyucunun anlayabileceği eğlenceli bir dilde anlatmayı başarıyor. Peki parçacık fiziğinin tüm soruları cevaplandı ve rafa kaldırıldı mı? Tabii ki hayır! Cevap bekleyen hâlâ birçok soru mevcut ve Klein’da kitabını bu sorulardan bir seçkiyle bitiriyor.
– Maddenin Gizemleri, Étienne Klein, Çev: A. Nüvit Bingöl, BGST Yayınları, 2018, 112 s.
