Ana sayfa Astronomi Evrenle söyleşiler 14: Bir kuarkla söyleşi

Evrenle söyleşiler 14: Bir kuarkla söyleşi

596
PAYLAŞ
Kuark kendisiyle yaptığımız söyleşide, varlığının başlangıçta neden kuşkuyla karşılandığını açıklıyor ve tek başına bir kuarkın gözlenmesinin imkânsızlığını tartışıyor. Çeşni ve renk üzerine az ve öz konuşuyor, inanç ve güzellikle ilgili tartışmaya giriyor ve doğanın anlaşılmasında oynadığı esaslı rolden söz ediyor.

Richard T. Hammond

Çev. Nalân Mahsereci

Kuark, varlığının başlangıçta neden kuşkuyla karşılandığını açıklıyor ve tek başına bir kuarkın gözlenmesinin imkânsızlığını tartışıyor. Çeşni ve renk üzerine az ve öz konuşuyor, inanç ve güzellikle ilgili tartışmaya giriyor ve doğanın anlaşılmasında oynadığı esaslı rolden söz ediyor.

 – Yalnız geldiğiniz için teşekkür ederim, uzaklaşmanın sizin için ne kadar zor olduğunu biliyorum.

 – “Özgürlüğün gücü, yıkıcı derecede büyük olabilir” demiştiniz; ama burada bulunmaktan çok memnunum.

Kaydetmek için soruyorum, nötronlar ve protonlar kuarklardan mı oluşuyor?

 – Evet, yukarı ve aşağı kuarklardan. Ben bir yukarı kuarkım.

Yani artık doğaya bakışımız bir zamanlar olduğu kadar basit değil.

 – 19. yüzyılın son on yılında, güzel ve basit bir Evren’de yaşadığımız düşünülüyordu; proton, nötron ve elektronlardan yapılmış bir Evren; ama bu Evren umutların ve düşlerin üzerine kurulmuştu, gerçekliğin değil.

Ve siz gerçeksiniz?

 – Sizin kadar gerçeğim.

Neden birçok fizikçi başlarda sizin varlığınıza inanmakta gönülsüzdü?

 – Bazen övünerek ortaya koymuş olduğunuz yeni fikirlere karşı gösterilen kaprisli hoşgörüsüzlüğü anlamak oldukça zordur; ama ben o zamanlar köklü iki inanca meydan okuyordum.

Terk etmeye gönülsüz olduğumuz inançlara mı?

 – Çok ileri aşamalara kadar götüren düşünceleri bırakmak zor olur. Nötron ve protonun atomun temel yapıtaşları olduğu ve bunların daha küçük başka şeylerden oluşmadığı düşüncesinden vazgeçmek, vücudunuzun bir parçasından vazgeçmeye benziyordu.

Gerçekten de kulağa biraz aşırı geliyor.

 – Öyle. Nesiller boyunca geliştirilen bir inanç, yemek gibi, su gibi temel hale gelir. Biri olmazsa bedeniniz ölür; öteki olmazsa zihniniz solar.

Yeni buluşlar yapıldıkça Evren modelimiz sürekli evriliyor.

 – Tuval değişiyor ama şövale (destek sehpanız) hep aynı kalıyor.

Hangi anlamda?

 – Örneğin süper kütleli bir karadeliğe ev sahipliği yapan genç bir galaksi gibi bir kuazarı düşünelim ya da gözlediğiniz enerjiyi açıklamak için başka bir modele başvuralım. Modelleri değiştirmek, tıpkı tuvali değiştirmek gibidir; ama altta yatan fizik, kuramlarınızın temel ilkeleri, tuvalin konduğu şövale gibidir, çok daha az değiştirilir.

Anlıyorum, ama iki temel inanca meydan okuduğunuzu söylemiştiniz.

 – Diğeri, sizin deyiminizle, kesirli yüklerle ilgilenmemdi.

Kesirli yükler mi?

 – Protonun temel yük birimini taşıdığını düşünüyordunuz, ona bir yük birimi diyelim.

Ve elektron da bir birim eksi yük taşır.

 – Evet. 1960’larda ortaya çıkan kuark modeline göre, yukarı kuarkların yükü 2/3, aşağı kuarkların yükü de -1/3’tür. Bunlar tahttaki birim yükün kesirleridir ve birim yükün tahtı bırakmasını izlemek zor olmuştur.

Ne değişti, ya da şöyle söyleyeyim, zihinlerimizi ne değiştirdi?

 – Direnişin dokusu, giderek artan kuramsal ve deneysel kanıtların ağırlığını göğüslemekte ince kaldı. Belki daha önemlisi, yeni bir güzellik ve yalınlığın ortaya çıkmış olmasıydı.

Bunu açıklayabilir misiniz?

 – İzlenimciler, ani bir başarı elde etmediler; ama zaman büyüsünü kullandı ve yarattıkları hayranlık uyandırır hale geldi. Fizik de sıklıkla benzeri bir fırçayla resim yapar. Yeni fikirler, nahoş ve yabancı görünürler; ancak teninizden geçip ruhunuzda yer ettikten sonra, yeni bir güzellik ortaya çıkar. Bu doğaya bakmanın yeni ve harika bir yoludur. Size sadece daha iyi bir bakış kazandırmaz, aynı zamanda daha derinleri de görmenizi olanaklı kılar.

Sanki güzelliğin fizikte önemli olduğunu söylüyor gibisiniz…

 – Fizik için güzelliğin anlamı, F’nin ma için anlamı gibidir.

Bunu biraz açıklar mısınız, lütfen?

 – Newton’un hareket yasası F=ma’dır ya da kuvvetin, kütleyle ivmenin çarpımına eşit olmasıdır. Bu yasa, en önemli olmasa da bulduklarınızın en önemlilerinden biriydi, ürettiğiniz tek kazançtı.

Fiziğin en önemli kısmının, deneylerin sonuçlarını açıklamak olduğunu düşünüyordum.

 – Elbette, ama bunu içsel olarak yapacak kadar akıllı değilsiniz.

Ne demek istediniz?

 – Nehre gelirseniz, köprü inşa edersiniz.

Bazen.

 – Onu tasarlayabilirsiniz, ama bazı temel ilkelere başvurmak zorundasınızdır, deneyerek bulduklarınıza ya da doğa yasalarına dayanmak zorundasınızdır ve her şeyi matematiksel denklemlere indirgersiniz. Kirişleri ne genişlikte ve halatları ne kalınlıkta yapacağınızı bulmak için bu denklemleri çözersiniz. İlk kez nehre bakamıyorsunuzdur ve hemen ardından özellikleri kaydetmeniz gerekir. İçsel derken kastettiğim budur.

Anlıyorum, ama bizim konuştuğumuz güzellikle bunun ne ilgisi var?

 – Doğayı içsel olarak anlayamadığınız için, yol gösterici ilkelere başvurmanız gerekiyor. Yalınlık, yüzyıllardır size yol gösteren bir ilkedir.

Occom’un usturası gibi.

 – Evet, ama basit bir seçime gönderme yapmıyorum, bizlere genel bakışınızdaki seçimi tanımlıyorum.

Bize derken?

 – Yalnızca kuarklara değil, genelde doğaya.

Ve güzellik?

 – Bu sizin en büyük değerlerinizden birisidir. Tasarladığınız doğurgan dehşete rağmen, teorilerinizde büyük bir güzellik vardır. Başarınızı böylesine değerli kılan şey, bizi anlayabilmeniz değildir; güzelliği bir yol gösterici ilke olarak kullanmanız ve gerçeğin limanına onunla gitmenizdir.

Güzellik nedir?

 – Bunu size söyleyemem; ama talihliyseniz, onu gördüğünüzde anlarsınız.

Güzellik kesinlikle göreli bir kavramdır, birinin güzellik gördüğü yerde, diğeri çirkinlik görebilir.

 – Elbette, insanoğlusunuz, asla göremeyeceğiniz, hızlarına asla ulaşamayacağınız, enerjilerini hiç anlayamayacağınız ve büyüklüklerini düş gücünüzün bile kavrayamayacağı parçacıklarla boğuşuyorsunuz. Eğer güzellik bir cümleyle açıklayabileceğim biçimde tanımlı olsaydı, bizi anlamanıza küçük bir yardımı dokunabilirdi. Farklılığa, kendinize meydan okumaya, eski ve yeni kavramları sorgulamaya ve başka birinin çirkinlik gördüğü yerde güzellik görmeye gereksinimiz var.

Anlamaya başlıyorum.

 – İyiii.

Güzellikten daha az nasiplenmiş bir soruyu gündeme getirebilir miyim?

 – Elbette.

Yukarı ve aşağı kuarklardan söz ettiniz, ama gerçekte 6 çeşit kuark var.

 – Evet, nötrino ile yaptığınız söyleşide hepsinden söz etmişti; yukarı, aşağı, tılsım, acayip, alt ve tepe kuarklar. Farklı çeşitler olduğumuzu söyleyerek, bu ayrımları yapıyorsunuz.

Yani orada altı çeşit var; ama anladığım kadarıyla kırmızı, mavi ya da yeşil gibi farklı renklere de dahil oluyorsunuz aynı zamanda.

 – Elbette bu renkler değişmez değildir; ama evet, her birimiz sözünü ettiğim yeni güzelliğin bir parçası olan üç farklı nesilden geliyoruz.

Bunu biraz açıklar mısınız?

 – Sanırım. İlk başlarda ve hatta şimdilerde bile zaman zaman klasik kavramlarınızı farkında olmadan temel parçacıklar diyarına taşıyorsunuz; onlar partinin davetsiz konukları gibi bizim dışımızdalar ve bize ait değiller.

Özel olarak hangi kavramlar?

 – Örneğin, şuradaki piyanoyu alalım. O bir piyanodur, gitar ya da sedir değildir ve dün olduğu gibi yarın da piyano olmaya devam edecek.

Kesinlikle.

 – Bu tür bir düşünüş, küçük ölçeklerde geçerli değildir.

Aaaa!

 – Beni demir bir levha gibi, tek kimliği olan, tek bir varlık olarak düşünmemelisiniz. Ben ve sözünü ettiğim altı kuarkın her birinin, üç farklı nesilden geldiğini düşünün.

Yani gerçekte üç yukarı kuark var.

 – Böyle söyleyebilirim, üç farklı yukarı kuarkın herhangi bir kombinasyonunda var olabilirim. Bize verdiğiniz adlar içinde, bir bakıma tuhaf şemanızı takip ederek, üç farklı durumu üç farklı renk olarak tanımlıyorsunuz.

Hangi renktesiniz?

 – İşin esasını kaçırıyorsunuz.

Özür dilerim, siz üç rengin herhangi bir kombinasyonu olabilirsiniz.

 – Evet.

Hâlâ şaşırtıcı görünüyor. Bir protonu ele alalım, iki yukarı ve bir aşağı kuarktan oluşuyor.

 – Devam edin.

Proton, demin sözünü ettiğim kuarklar gibi, üç parçacıktan mı oluşuyor ya da sizin üç farklı renge dahil oluşunuzun sonucu olarak dokuz parçacıktan mı?

 – Proton üç kuarktan oluşur.

Peki, üç renk bu resme nasıl dahil oluyor?

 – İşte, güzelliği de burada zaten.

Sanırım takip edemedim.

 – Protonları üç kuark olarak görüyorsunuz, ama her birimiz üç renkten biri olabiliriz. Yani, örneğin, proton mavi yukarı kuark, kırmızı yukarı kuark ve yeşil aşağı kuarktan oluşuyor olabilir ya da kırmızı yukarı kuark, yeşil yukarı kuark ve mavi aşağı kuarktan oluşuyor olabilir ya da bir başka kombinasyonda olabilir.

Hangi kombinasyonda?

 – Söyleyemezsiniz.

Çirkin olmaya başladı.

– Hayır, güzel olmaya başladı.

Ama…

 – Lütfen açıklamama izin verin. Parçacığa bakışınızı genişlettiniz, öyle ki üç farklı nesilden ya da renkten geliyor olabilir. Şimdi, işin esas noktası burada, hangi kombinasyonda olursa olsun, protonun değişmeden var olacağında ısrarcısınız. Bunu söylemenin başka bir yolu şudur: Sözünü ettiğim kombinasyonlara geri dönelim; bir mavi yukarı kuark, bir kırmızı yukarı kuark ve bir yeşil aşağı kuarktan oluşan kombinasyona A durumu diyelim. Bir kırmızı yukarı kuark, bir yeşil yukarı kuark ve bir mavi aşağı kuarktan oluşan komibinasyona da B durumu diyelim ve böyle devam edelim. Matematiksel olarak A durumundan B durumuna bir dönüşüm yoluyla geçebilirsiniz.

Bu bizim ölçümlü dönüşüm dediğimiz şey midir?

 – Evet. Şimdi, bu dönüşüm altında fiziğin değiştirilmeden kaldığını varsayabilirsiniz. Bu sizin renk simetrisi dediğiniz şeydir.

Bu Wimp’in açıkladığı simetriyi akla getiriyor.

 – Evet, öyle. İşin harika yanı şudur: Fiziği ya da bir başka deyişle simetriyi zorlayarak; temel denklemlerinize, yeni terimler ekleyerek biraz hokkabazlık yapmalısınız.

Bu yeni terimler ne yapacak?

 – Doğayı açıklayacaklar! Renk simetrisi durumunda, bu yeni terimler kuarkları bir arada tutan yeni bir kuvvetin ortaya çıkmasına yol açar. Bu 20. yüzyıl fiziğinin büyük bir başarısıdır.

Şimdi hatırladım, nötralino bunu bir parça açıklamıştı. Benim fikrim şuydu: Herhangi iki parçacık arasındaki kuvvet, başka bazı parçacıkların değiştokuşuyla oluşuyor.

 – Doğru.

Kuarkları bir arada tutan kuvvete neden olan renk simetrisiyle ilgili de bazı değiştokuş parçacıkları olmalı.

 – Evet, bu değiştokuş parçacıklarına gluon diyorsunuz. Bu sözcüğün iyi bir seçim olduğunu düşünmüştüm, “glue” kuarkların adındaki esprili yaklaşımı sürdürürken, “on” klasiğin dokunuşunu barındırıyor.

Peki, benim basit proton görüşüm kesinlikle değişti, ne düşünmem gerektiğini zar zor bilebiliyorum.

 – Protonu düşündüğünüzde, coşkulu, heyecan verici bir dans içinde, her zaman guluon değiştokuşu yapan, hepsi de aynı ritmde atan üç kuarkı gözünüzün önüne getirin. Gluonların kendi içinde etkileşimli olduğunu düşünün: Mücadeleye katılırlar, kendi gluonlarını yaparlar, bu arada fotonlar da tıpkı bir partide aralarında etkileşim olmaksızın bir konuktan bir başka konuğa doğru yönelen garsonlar gibi, kuarkların yükleri tarafından yaratılır.

Dehşet bir şey!

 – Evet; ve güzel.

Gönderme yaptığınız güzellik bu muydu?

 – Evet, protonun yapısını ve diğer birçok şeyi açıklamak için doğayı yeni bir ışık altında anlamanız gerekir. Bir zamanlar farklılık gördüğünüz yerde, şimdi eşdeğerlilik görmek zorundasınız. Doğanın kendi çocuklarına karşı taşıdığı, derin ve gittikçe yayılan, demokratik bakışı anlamanız gerekir. Onun ruhunun iç işleyişini gördüğünüzde, güzel bir şey görüyorsunuzdur.

Anlamaya başlıyorum, gündeme getirmek istediğim güncel bir konu daha var.

 – Evet?

Sizin ziyaretinizi bir yana bırakırsak, yalıtılmış bir kuark elde edemeyiz.

 – Doğru.

Bunun neden böyle olduğunu anlatır mısınız?

 – Bu da doğanın size bir başka harika sürprizidir. Ünlü denklem E=mc2’den önceki söyleşilerde söz etmiştiniz.

Evet, nötrino ile konuşmuştuk.

 – Bunu aklınızda tutun. Şimdi muhtemelen şunu biliyorsunuzdur: Nesnelerin çoğu birbirinden uzaklaşırken, aralarındaki kuvvet zayıflar. Kütleçekim kuvveti, elektrik ve manyetik kuvvetler ve hatta bir proton ile bir nötron arasındaki kuvvet, nesneler birbirinden uzaklaşırken zayıflar.

Evet, bunu anlıyorum.

 – İki kuark arasındaki kuvvet, onlar birbirinden ayrılırken artar. Sanki bir kaynakla birbirlerine bağlıymış gibidirler, onları uzaklaştırmak için çektikçe daha fazla kuvvet uygularsınız, bundan dolayı, daha fazla enerjiye ihtiyaç duyulur.

Bu ne anlama geliyor?

 – Şu anlama geliyor: Onları birbirinden ayırmak için büyük bir enerji gerekir. İki kuarkı bir protonun çapı kadar birbirinden ayırabilmeniz için gerekli olan enerji, bir başka kuark çiftini yaratmak için gerekli enerji kadardır. Bundan dolayı bir kuarkı ötekilerden yalıtmak yerine, yalnızca bizden çok daha fazlasını üretebilirsiniz.

O zaman burada tek başınıza nasıl ortaya çıktınız?

 – Pekâlâ, biraz torpil yaptırdım.

Anlıyorum, şu anda bir fikir geldi aklıma.

 – Neymiş o?

Önceleri, atomların maddenin yapıtaşları olduğunu düşünüyorduk, sonra bunun yanlış olduğunu anladık; sonra nötronların, protonların ve elektronların yapıtaşları olduğuna inanmaya başladık. Şimdi bunun da kusurlu bir düşünce olduğunu ve nötronlar ve protonların da kuarklardan oluştuğunu görüyoruz. Yani, siz de daha küçük şeylerden oluşuyor olabilir misiniz?

 – Pek çok şey mümkün.

Hangisinde haklı olduğumuzu nasıl öğrenebileceğiz?

 – İnanmak zorundasınız. Gerçeğin her bir gramını özümseyene kadar, ondaki müziğe inanarak, kendi modellerinizi dinleyin. Ardından, notaların düzleştiğini hissettiğinizde daha iyi bir şeyler besteleyebilirsiniz, bu onun ruhu olur.

İkinci keredir, bana inanç sahibi olmaktan söz ediliyor.

 – İnanç, din adamında olduğu gibi, fizikçiler için de güçlüdür; farklılık nerede durduğunuza bağlıdır. Klasik mekaniğin yasalarına, coşkuyla inandınız, inancınız oradaydı ve doğa, Evren hakkında önceki binyıllar içinde gün ışığına çıkartılamamış şeylerden daha fazlasını anlamanıza izin verdi. 19. yüzyıl kendisini 20. yüzyıla aktarırken, inancınız sert krizler yaşadı; teorileriniz artık sizin yaptığınız gözlemleri açıklayamıyordu. Hiç kimse Güneş’in muazzam gücünün kaynağını anlayamıyordu. Hidrojenin spektrumu diğer atomlarınkiler gibi, çoğu parlak düşünürünüzü şaşkına çeviriyordu. Maddeden yayılan bir enerji bulunmuştu. Bu öylesine gizemliydi ki, bunlara X-ışınları demekten daha iyi bir şey yapamazdınız. Şeyler o kadar kötüydü ki, kor halindeki sıcak ocak demirinden yayılan ışığı bile açıklayamıyordunuz.

Peki ne oldu?

 – Sonunda, bazı eski kavramlarınızı terk etmek zorunda kaldınız. İnancınızı doğal düzene uydurmak zorundaydınız. Fakat aynı zamanda fark ettiniz ki, inancınızın bir bölümü, yanlış sunağa yerleştirilmişti.

Neleri koruyup, neleri terk edeceğimizi nasıl bilebiliriz?

 – Bunların çoğunu bilemezsiniz. Zaman zaman birileri çıkar ve karanlığa bir ışık getiriverir.

Sonra hepimiz onu görebiliriz.

 – Evet, öyle.