Bilimde çok az fikir, her şeyin teorisi kadar büyüleyicidir. Bu teori, temel fiziğe dair tüm bilgimizi tek bir çatı altında topladığı varsayılan bir kuramdır.
Fizikçiler böyle bir teoriden söz ederken gelecekte olacak her şeyi öngören bir yapıdan bahsetmez. Böyle bir teori kim olduğunuzu, piyangoyu kazanıp kazanmayacağınızı ya da ne kadar yaşayacağınızı söylemez. Sosyoloji, ekonomi ya da coğrafya hakkında bir şey söyleme iddiası da yoktur. Kehanet aracı değildir.
Her şeyin teorisi, evrenin temel parçacıklarının nasıl etkileştiğini açıklamayı amaçlayan bir kuramdır. Bu kuramın hedefi doğanın dört temel kuvvetinin, kütleçekimi, elektromanyetizma, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet, aslında tek bir kuvvetin farklı görünümleri olduğunu göstermektir. Varsayım şudur: Fiziksel gerçekliğin en derin katmanlarını yeterince açık görebilsek, tüm kuvvetlerin ortak bir kaynağının olduğunu anlayabiliriz.
Her Şeyin Teorisi Fikri Nasıl Başladı?
Her şeyin teorisini arayış çok eskiye dayanır. Ancak erken dönem fikirler bilimsel değildi; daha çok dinsel düşünceler içeren açıklamalardı. Soruna modern bir bakış getiren ilk ciddi girişim Yunan filozofu Empedokles’e aittir. Empedokles MÖ 494 yılında doğdu ve bugün fizikçileri meşgul eden sorularla ilgilendi. Evrenin hangi temel bileşenlerden oluştuğunu öğrenmek istedi.
Beş bileşen önerdi: Toprak, Su, Hava ve Ateş ile birlikte boşluk dediğimiz beşinci unsur. Dört unsur doğru biçimde birleştiğinde bildiğimiz maddelerin ortaya çıkacağını düşündü. Bu maddeler de boşluk içinde var olacaktı.
Matematik ile fiziği bir araya getirme düşüncesi de aynı dönemde doğdu. Platon Empedokles’ten yaklaşık altmış yıl sonra doğdu ve geometriye büyük ilgi duydu. Bugün Platonik katılar dediğimiz üç boyutlu cisimlerin matematiğini inceledi ve bu beş katıyı Empedokles’in beş unsuruyla ilişkilendirdi.
Bir avuç temel yapıtaşından oluşan bir evren geçerliliğini koruyor. Empedokles’in döneminden bugüne çok uzun bir yol aldık. Bu yolu, maddenin en temel doğasını anlamak isteyen sayısız insan yürüdü.
Kimya ve fiziğin büyük isimleri bu sorunun derinliklerine inmeyi sürdürdü. Bu çalışmalar maddelerin giderek daha küçük yapılardan oluştuğunu ortaya koydu. Moleküllerden atomlara, protonlara, nötronlara ve elektronlara uzanan bu yol, son elli yılda keşfedilen daha küçük parçacıklarla devam etti.
İnsanlık binlerce yılını maddenin en temel doğasını anlamaya çalışarak geçirdiyse, artık yanıtı biliyor olmamız gerekir, değil mi? Ne yazık ki hayır. Henüz bilmiyoruz. Elbette çok şey biliyoruz. Üstelik elimizde etkili iki kuram var.
Bunlardan ilki parçacık fiziğinin Standart Modeli, ikincisi ise Einstein’ın genel görelilik kuramıdır. İlki kuantum dünyasını açıklar, ikincisi ise kozmosu betimler. Peki, bu iki kuram birbirleriyle nasıl etkileşirler? Ya da etkileşirler mi? İşte bu gibi sorular hala cevapsız.
Her Şeyin Teorisi Mümkün mü?
1800’lerin sonu, her şeyin teorisini anlamaya çalışanlar için verimli bir dönemdi. Bilim insanları maddenin yalnızca birkaç temel yapıtaşı olduğunu düşünürken, kimyagerler neredeyse yüz tane element bulmuştu.
Atomları inceleyen araştırmacılar, bunların gerçekten temel olmadığını fark etti. Atomların daha küçük yapılardan oluştuğunu gördüler. 1897’de elektronların varlığını keşfettiler. 1919’da protonları belirlediler. 1932’de ise nötronları buldular.
Zaman içinde de Dünya’nın atomaltı parçacıkların sürekli bombardımanı altında olduğu anlaşıldı. Bilim insanları bu parçacıkların, özel görelilik kuramını ve kuantum mekaniğini sınamalarına yardım edeceğini düşündü.
1960’ların başında parçacık hızlandırıcılarında ve kozmik ışın deneylerinde onlarca parçacık keşfedilmişti. Bu parçacıkların çok çeşitli özellikleri vardı. Yine de bilinmeyen onlarca parçacığın ortaya çıkması, her şeyin basit bir teorisini arayanlar için geri adım gibi görünüyordu.
Lego ile oynayan herkes bu parçaların nasıl birleşeceğini belirleyen kurallar olduğunu bilir. Legoları yanlış bir yönde tutarsanız birbirlerine tutunmazlar. Parçacık fiziğinde durum temelde aynıdır.
Elektromanyetizma atom altı dünyada etkin olan kuvvetler arasında en tanıdık olanıdır. Ancak elektrik ve manyetizma uzun süre birbiriyle hiçbir ilişkisi yokmuş gibi göründü. Bu yanlış izlenim 1820 yılında değişti. Danimarkalı fizikçi ve kimyager Hans Christian Oersted, bir telden elektrik akımı geçtiğinde telin yakınında bir manyetik alan oluştuğunu keşfetti.
On yıl sonra, Michael Faraday mıknatısları kullanarak elektrik akımı oluşturmanın yolunu buldu. Sonrasında da Maxwell, Maxwell denklemlerini sundu. Bu denklemler elektrik ve manyetizma olgularını birbirine ayrılmaz biçimde bağladı. Bu durum ilk birleştirme başarısıydı. Ancak ilerleme burada durdu.
Einstein yaşamının son yirmi yılını kütleçekimi ile elektromanyetizmayı birleştirecek bir teori arayarak geçirdi ve başarılı olamadı. Sheldon Glashow ile Howard Georgi’nin 1974’te ortaya attığı, elektromanyetizmayı iki nükleer kuvvetle birleştirmeyi hedefleyen Büyük Birleşik Kuram da doğrulanmadı; bu yaklaşımın daha yeni uzantıları da aynı akıbeti yaşadı.
Sonuç Olarak
Tüm kuvvetleri bir araya getirecek son bir kuramın, güncel kütleçekimi anlayışı ile kuantum dünyası arasındaki farkları doğrudan ele alması gerekir. Bu sorun aşılırsa fizikçiler, varsayımsal büyük birleşik kuram ile kütleçekimini nasıl birleştirebileceklerini de keşfedebilir. Ortaya çıkacak yapı temel fiziğin nihai hedefidir.
Belirsizlik İlkesi’yle tanınan Werner Heisenberg bir yazısında şöyle demişti: “Gözlemlediğimiz şey doğanın kendisi değil, sorularımızın yöntemlerine açılan doğadır.” Doğa hakkında söyleyebildiğimiz her şey, onu nasıl ölçtüğümüze bağlıdır.
Ölçüm araçlarımızın erişimi ve duyarlığı, ne kadar “uzağı” görebileceğimizi belirler. Bu nedenle, mevcut bilgiyi birleştirmeye çalışan hiçbir teori “son” bir teori olarak görülemez. Çünkü elimizdeki bilginin büyük bir bölümünü kaçırmadığımızdan asla emin olamayız.
Kaynaklar ve ileri okumalar:
- Seth Stannard Cottrell; Do Colors Exist? And Other Profound Physics Questions; Springer International Publishing 2018
- The Theory of Everything: Searching for the universal rules of physics. Yayınlanma tarihi: 18 Kasım 2022. Bağlantı: The Theory of Everything: Searching for the universal rules of physics
Matematiksel
