Evreni Anlamak, En Büyükten En Küçüğe – 6: Hiçlik

Bildiğimiz kadarıyla üç kuantum alanından meydana gelen ve dördüncü kuvvet kabul ettiğimiz kütle çekimi sayesinde dağılmadan bir arada durabilen dünya, uzay-zaman içindeki gezisine devam ediyor. Ama bu gezide boşluk dediğimiz, vakum kavramını da anlamalıyız. Biz uzayın boşluğunda yüzüyoruz deriz ama gerçekte ortamdaki her şeyi atsak bile geriye vakum kalır.

Konu parçacıklar olunca tüm bilgilerimizi kenara bırakmalıyız. Gördüğümüz ve deneyimlediğimiz her şeyden farklı davranır onlar. Onlar kimse bakmadığı sürece akla gelen ve gelmeyen tüm rotaları izleyen bir varoluş sergilerler. Olası tüm yerlerde bulunurlar. Bir kuantum alana dahil olmak böyle bir şeydir. Biri baktığında ise tüm kurallar değişiverir. Bu durum defalarca deneylenmiş ve kanıtlanmıştır. Kuantum dünya bizim kesin diye bildiğimiz şeylerin olasılığa dönüştüğü dünyadır. Bu 1964’de Stewart Bell tarafından ilk kez kanıtlandı.

Etrafımızda hiçlik zannettiğimizde bile kuantum alanlar vardır. Bu yüzden de parçacıklar hiçlikten var olup, başka bir yerde ortaya çıkabilirler ve yine durup durduk yerde yok olabilirler.  Parçacıklar ortaya çıkabilmek için kuantum alanından enerji ödünç alırlar ve bu kuantum alanlar her yeri kapladığı için herhangi bir yerde herhangi bir zaman ortaya çıkabilirler.

Evrenin hiçbir yerinde gerçek boşluk olmamasının nedeni de budur. İşte Vakum dedikleri boşluk budur. Her şey çıkarıldığında geriye kalan şey vakumdur.

1948’de Hollandalı Handrik Casimir bir öngörüde bulundu. Eğer yukardaki gibi bir boşluk söz konusuysa bu boşluklar arasında farklılıklar da olabilmeli dedi. Ve bu öngörü 97’de ABD’li fizikçi Steve Lamoreaux tarafından deneysel olarak da doğrulandı.

Casimir etkisi boşluğun olmadığını doğrular ve daha da iyisi farklı türden vakumların oluşturduğu bir kuvvetin de varlığını söyler, Vakum kuvveti.

Bir elektron ne zaman gerçek olsa etrafındaki elektromanyetik alan uyarılmış demektir. Ne zaman bir gluon belirse güçlü etkileşim alanın vakumundan bir enerji uyarılmıştır. Ne zaman radyoaktif bir bozunma olsa zayıf alan vakumu oradadır ve nötrinoları çıkarır.

Paul Dirac’ın 1927 yılında yazdığı “Radyasyonun emisyon ve absorbsiyonunun kuantum teorisi” adlı ünlü makalesi, Kuantum Alan Teorisi’nin başlangıcı olarak kabul edilir.

Peki kütle çekiminin vakum alanı var mıdır? Bunu henüz bilmiyoruz ama olmalı diye düşünüyoruz. Onun alanının parçacıklarına da graviton diyoruz. Henüz saptayamadık. Kütle çekimi kuantum alanı değildir ama yine de bir alandır. Onu da eklediğimizde  her şeyi tanımlama da kullanılan alan sayısı dört tane olmuş olur.

Alanların birleştirilmesi fikrine yukarıda kısa değindik. İki alanın tek bir alandan oluşmasını anlamak için bize gereken bir milyon kez milyar derece sıcaklıktır. İmkânsız gibi geliyor değil mi. Görelim.

Salam, Glashow ve Weinberg 79’da elektromanyetik alanla zayıf alanı birleştirip elektro zayıf alanı keşfetmişlerdi. Bunun gibi diğer kuvvetleri de birleştirerek tek bir Birleşik Büyük Alan Teorisi gibi bir şey tüm fizikçilerin hayalini süslemektedir. Elbette bunun için gereken enerji akıl almaz boyutlardadır.

Yeni bir alan yaratmak için alanları birleştiren fizikçiler bu yeni alanın da kendine has parçacıkları olmalı dediler. Bunu denemek için de parçacıkları çarpıştırmamız gerektiğini söylediler. Bu sebeple de büyük parçacık çarpıştırıcıları yaptılar. Böyle bir çarpışmada etrafta oluşan enerji son bilgilere göre yüz milyon kere milyar dereceye karşılık gelir. Bunu yaptılar da. Aslında çok küçük parçacıkları çarpıştırdığımız için çıkan enerji de küçük elbet. 100 milyon kere milyar derecelik enerji tek bir parçacık çarpışmasından çıktığında ancak bir sineği uçurabilir. Fakat yerel ölçekte inanılmaz bir enerjidir ve alanları uyarabilir. Buradan yola çıkarak örneğin Büyük Hadron Çarpıştırıcısı da denilen CERN’i inşa etti bilim insanları.

Gelelim meşhur Higgs parçacığına.  Diğer adıyla tanrı parçacığı. 

Böyle denmesinin nedeni bize kütlemizi kazandıran parçacık olmasıdır. Tabi bu isimleri medyanın verdiğini de unutmayalım. Higgs-Englert-Broutalanı ve parçacığı da denir. 40 yıl önce onlar öngörmüşlerdi. Bu öngörüyle Nobel de aldılar. Yukarıda iki alanın birleşmesini konuşmuştuk. Evren genişleyip soğurken elektro zayıf alanın elektromanyetik alan ve zayıf alan seklinde ayrıldığını bilim insanları kanıtlamıştı. Ama bu kanıt başka bir şeyi daha ortaya çıkardı. Bunun olabilmesi için başka bir alanın daha varlığı gerekiyor. Kendi kuvvet taşıyıcısı olan başka bir alan. İki alan ayrışmasında bazı parçacıklar kütle kazandı bazılarıysa kazanmadı. Fotonlar ve gluonlar bu yeni alandan bir şey almadılar ve hala o yüzden ışık hızında hareket edebiliyorlar. Ama kuarklar elektronlar ve nötrinolar o alandan ödünç aldılar ve kütle kazandılar bu yüzden de bunlar ışık hızına çıkamıyorlar.

Bu alanı tespit etmek için İsviçre’deki CERN parçacık çarpıştırıcısında bir deney yapıldı. 2012 de. Ve bu alanın parçacığını saptadılar. İlk kez tespit ettik Higgs parçacığını. Bizim kütleli olmamızdan bu parçacığın sorumlu olduğunu düşünüyoruz.

Peki o zaman Anti Madde nedir?

Paul Dirac ilk kuantum alan fikrini ortaya atan kişidir 1928’de. Ve o keşifleriyle de başka bir şeyi de öngördü. Evrendeki gökadalar dahil gördüğümüz her şey var olanın yarısıdır dedi. Diğer yarısını anti-madde oluşturur dedi.  Elektronların birdenbire ortaya çıkabildiğini söylemiştik, kuantum alanlarının doğasıdır bu. Enerji ve madde birbirine dönüşebilir. Bunu da biliyoruz. Elektron da vakumdan enerji ödünç alıp var olabilir. Kütlesi böylece oluşur sorun yok. Bu E=mcgereğidir. Ama elektronun bir de yükü var. İşte Dirac’in dahiyane şekilde bulduğu budur. Nobel’i de hak etti tabi. Cambridge’de Isaac Newton ile aynı makamı paylaştı Dirac, ama 1932-1969 arasında.

Elektronlar anti-elektronlarla beraber oluşurlar. Dirac’ın bunu söylediği zaman bizim anti-elektron görmemizin olanağı yoktu, ama şimdi her yerde bunu tespit edebiliyoruz. İlk kez de 1933’de keşfedildi. Onları ilk gören de ABD’li fizikçi Anderson ki o da Nobel’i hak etti, onlara anti-elektron yerine pozitron dedi ve hala öyle de kullanılıyor. Tüm parçacıkların anti parçacığı da var elbette…

Böylece de anti-madde doğmuş oldu…

Y.Emir Emirmahmudoglu 

Matematiksel

 

Yazıyı Hazırlayan: Emir Emirmahmudoglu

Y.Emir Emirmahmudoglu
1973 K.Maraş doğumlu, İTÜ’de Matematik ve mühendislik okuduktan sonra, Ankara Üniversitesinde Hukuk okudu. Uzun yıllar Ankara ve İstanbul’da dershanelerde Matematik, Fizik ve Felsefe öğretmenliği yaptı. Amsterdam’da Vrije Universiteit’da Yapay Zeka eğitimi aldı ve halen yeniden burada Matematik öğretmenliği okuyor. Rotterdam’da yaşıyor. Halen evreni ve varoluş sorunlarımızı düşünmekten büyük zevk alıyor. Ve bu zevki çocuğu da dahil tüm çocuklara aşılamak istiyor.

Bunlara da Göz Atın

Entropi İlkesinin Kadim Düşmanı: Maxwell’in Cini

Makro evrenin ısı ve iş kavramlarıyla ilintili değişkenlerini inceleyen ve tüm mühendislik dallarında ayrıntısıyla okutulan, …

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

ga('send', 'pageview');