Kütle Çekiminin Tanecik Teorisi İlişkisinde Bir Evren Modeli
20. yüzyılın başlangıcı, fizikte iki ayrı teoriye tanıklık etti. Bunlardan birincisi, "genel görelilik teorisi"; diğeri ise "kuantum (tanecik) teorisi" dir. Genel görelilik, kütle çekim gücünü açıklayan klasik bir teoridir. Einstein'ın 1915 yılında ortaya attığı bu teoriye göre; uzay-zaman düz değil, eğridir. Bu eğriliğe/bükülmeye yol açan, uzay-zamanın içindeki kütle ve enerjidir.
Gezegenler gibi nesneler, uzay-zaman içinde düz bir çizgide hareket etmeye çalışırlar. Fakat uzay-zaman düz değil de, eğri; bükülmüş olduğu için, yolları bükülmüş görünür. Örneğin dünya, düz bir çizgide hareket etmeye çalışmaktadır. Ancak, uzay-zamanda güneşin kütlesinin yarattığı eğrilik, dünyanın, güneşin çevresinde bir daire içerisinde hareket etmesine yol açar.1 Kısaca -bu teoriye göre- nesneleri birbirine doğru çeken olgu, kütle sebebiyle uzay-zamanın eğilmiş olmasıdır. Teorinin özgün halinde, uzay-zamanın sabit olduğu, büyüyüp küçülmediği ileri sürülmüşse de, sonraki bilimsel gözlemler, evrenin ve dolaysıyla uzay-zamanın genişlediğini ortaya koymuştur.
Kuantum teorisinin temel önermesi, "belirsizlik ilkesi"dir. Bu ilke, bir parçacığın konumu ve momenti gibi belirli nicelik çiftlerinin, aynı anda istenilen doğrulukta ölçülemeyeceğini belirtir.2 Bu teoriye göre ışık, (foton ismi verilen) parçacıklar halinde yayılır. Varlığı bilinen tüm güçler de paketler/parçacıklar şeklinde yayılıp taşınırlar.
Kuantum mekaniği, atomlar ya da moleküller gibi sonlu sayıda serbestlik derecesine sahip sistemlerde başarıyla uygulandı. Ancak, sonsuz derecede serbestlik derecesine sahip olan elektromanyetik alana uygulanmasında bazı zorluklar çıktı. Bu zorluklar, "renormalizasyon" denen yöntemle giderilmeye çalışılmıştır. Bu yöntem, bazı sonsuz niceliklerin, geride sonlu artıklar bırakacak şekilde çıkarılmasına ve böylece, deneysel olarak tespit edilen -giydirilmiş- parçacıkların, teoride öngörülen çıplak parçacıklar yerine hesaplamaya konu edilmesine dayanır.
Kütle çekiminin kuantum teorisini oluşturma çabaları ise sonuç vermedi. Çünkü, sonsuz sayıda sezilgen (kuvvetleri taşıyan, gerçek parçacıklar üzerindeki etkileri sezilebilen, ancak, gerçek parçacıklar gibi, varlıkları deneysel olarak tespit edilemeyen) parçacığın birbirini etkilediği kabul ediliyordu ve bu sonsuz sayıda sezilgen parçacığın etkilerinin birbirini götürmesi mümkün olmadığından, teori renormalize edilemiyordu. Gerçekten de, kütle çekim gücünü taşıdığı varsayılan, "graviton" denen sezilgen parçacıkların, birbirleri üzerinde de etkisi olduğu kabul edildiğinden, hesaplama yapılması mümkün değildi.
Kütle çekim gücü ile kuantum teorisini birleştirme çabaları halen devam etmektedir. Bu hususta en çok güvenilen teoriler, ayrıntısına girilmeksizin, sadece ismiyle belirtmek gerekirse; "sicim teorisi", "süper kütle çekim teorisi" ve bu iki teoriyi birleştiren, "süper sicim teorisi"dir.3 Bu doğrultudaki çalışmalar devam etmektedir. Burada, kütle çekimi ile tanecik kuramını birleştirme imkanı veren ve dört temel gücü (kütle çekimi, güçlü kuvvet, elektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet) birlikte açıklayabilen bir "evren modeli" ileri sürülecektir:
1. Evrendeki toplam pozitif enerji miktarı ile toplam negatif enerji miktarı birbirine eşittir. Negatif enerji miktarı, aynı zamanda kütleye eşittir; çünkü, kütle çekimi gücü, bizatihi negatif enerjiyi oluşturmaktadır. Madde enerjiye; enerji de maddeye dönüşebildiğinden, aynı zamanda, pozitif enerji, negatif enerjiye; negatif enerji de, pozitif enerjiye dönüşebilmektedir. Bu değişim/dönüşüm süreci aşağıda açıklanmıştır.
2. Pozitif enerji, birim zamanda/periyotta, uzay alanı yaratır. Bu alan, örümcek ağında olduğu gibi, dairesel bir başlangıçtan, dikey bileşenlerin uzay alanını; yatay/dairesel bileşenlerin de zaman alanını oluşturdukları, birbirinin içine geçmiş ilmikler biçiminde oluşur. Öyle ki, pozitif enerji miktarı büyük ise, dikey bileşen büyük olacak; pozitif enerji miktarı küçük ise dikey bileşen küçük olacaktır. Böylece, başlangıçta küçük bir daireden ibret olan uzay-zaman, pozitif enerjinin alan yaratması ile, örümcek ağı gibi, içten dışa doğru, yine dairesel olarak büyümeye başlayacaktır. Her birim zaman/periyotta, pozitif enerjinin miktarına göre, daha çok ya da daha az (frekansı büyük, dalga boyu küçük daha çok parçacık ya da frekansı küçük, dalga boyu büyük daha az) sayıda parçacık/foton, bu şekilde uzay-zamanı yaratır.
3. Negatif enerji/kütle çekimi gücü ise pozitif enerjinin yarattığı uzay-zaman alanını (öncelikle dikey olan uzay bileşenini) yok eder. Kütle çekimi gücü, gerçekte, doğrudan doğruya parçacıkların üzerine/kütlesine etkiyen bir güç değildir; uzay-zaman alanını yok ettiği için parçacıkları birbirine yaklaştıran bir güçtür.
4. Böylece, gerek pozitif enerji taşıyan; gerekse negatif enerji/kütle çekim gücü taşıyan sezilgen parçacıklar (foton, graviton ve hatta ileride açıklanacağı üzere gluon) birbirleriyle etkileşmezler; sadece uzay-zaman alanı ve gerçek parçacıklarla etkileşirler. Ancak bu etkileşim, uzay-zaman alanı yaratmak ya da yok etmek suretiyle, parçacıkları birbirinden uzaklaştırır veya yaklaştırır. Sezilgen parçacıkların gerçek parçacıklar üzerindeki etkisi, yukarıda açıklanan surette ve dolaylıdır.
5. Gerçek parçacıklar olan (şimdilik bilinen en küçük birimler olarak) kuvarklar (ve elektron gibi leptonları oluşturan fakat henüz varlığı saptanamamış -bu modelde ileri sürülen- daha küçük parçacıklar) birkaç tanesi bir uzay-zaman alanını/ilmiğini işgal edecek şekilde bir arada bulunurlar. Ancak bunlar birleşerek atom altı seviyeden daha büyük parçacıkları oluşturduklarında, her bir parçacık, bir uzay-zaman alanını; yukarıda açıklanan bir ilmiği işgal eder. Böyle olsa da, her bir ilmikte, birden fazla atom altı parçacığın birlikte yer alması kaçınılmazdır.
6. Yukarıda açıklandığı gibi kütle, negatif enerjinin başlıca kaynağıdır. Kütle büyüdükçe, nesnenin yayınladığı negatif enerji miktarı da büyür. Diğer yandan, pozitif enerji de, her gerçek parçacıkla; daha doğrusu onun işgal ettiği alanla sürekli etkileşim halindedir. Bir gerçek parçacığın işgal ettiği alana etkiyen pozitif enerji, bu alanda, gerçek parçacıkla da etkileşime girer: Gerçek parçacık, pozitif enerjinin bir miktarını soğurur geri kalanını yeniden yayınlar. Böylece, bir miktar pozitif enerji, kütleye; yani, negatif enerjiye dönüşmüş olur. Doğal olarak bu süreç, uzay-zaman alanı da yarattığından, gerçek parçacığın hareketinin hızlanması ile sonuçlanır.
7. İşte bir gerçek parçacığın, pozitif enerji taşıyan parçacık ile bu suretle etkileşmesi sırasında; kuvarklar (ve alt leptonlar) bir yandan pozitif enerjiyi soğurup, diğer yandan kalanını yeniden yayınlarken ve bu arada bir uzay-zaman alanını terk edip, (bitişik) diğer uzay-zaman alanına giderken, yayınladıkları pozitif enerji parçacığının yarattığı uzay-zaman alanı sebebiyle, birbirlerinden uzaklaşma eğilimine girerler. Ancak, gerçek parçacıklar aynı zamanda (durgun halde dahi) kütleli olduğundan, sürekli olarak negatif enerji taşıyan parçacıkları da yayınlamaktadır. Bu negatif enerji parçacıkları da, uzay-zaman alanını yok etmektedir. Öyle ki, negatif enerji taşıyan parçacıklar, öncelikle, parçacığın kendi pozitif enerji alışverişi sonucunda yayınladığı, pozitif enerji taşıyan parçacığın yarattığı uzay-zaman alanını yok eder. Dolayısıyla, gerçek parçacığın yayınladığı negatif enerji parçacığı, öncelikle, parçacıkları birbirinden ayırma eğiliminde olan, kendi yarattığı uzay-zaman alanını yok ederken enerji kaybeder. En büyük negatif enerji kaybı, işte bu sırada gerçekleşir. Çünkü negatif enerji parçacığı, onu da yayınlayan gerçek parçacığın diğer yayını olan pozitif enerji parçacığının ürünü ile savaşmaktadır. İşte atom altı parçacıkların yayınladıkları negatif enerji taşıyan bu parçacıkların, yine aynı gerçek parçacıkların yarattığı pozitif enerji parçacıklarının oluşturduğu alanları yok etmeden önceki haline; yani en güçlü haline "güçlü kuvvet" denir. Açıklamadan anlaşılacağı üzere, güçlü kuvvet, kütle çekim gücünün enerji yitirmeden önceki, en güçlü durumudur; bir negatif enerji biçimidir ve fonksiyonu, uzay-zaman alanını yok etmektir.
8. Parçacığın kendi yayınladığı fotonun oluşturduğu uzay-zaman alanını yok ederek enerjisinin büyük bölümünü yitiren negatif enerji taşıyan parçacık, daha uzaktaki diğer uzay-zaman alanlarını da yok ederek yoluna devam eder. Ancak her bir aşamada, enerjisi biraz daha azalır ve sonuçta tükenir. İşte bu nedenle, kütle çekimi gücü, uzaklıkla ters orantılıdır. Kısaca, güçlü kuvvet ve kütle çekim gücü; aynı nitelikteki enerjinin (negatif enerjinin) farklı şiddetteki görüntüleridir. Güçlü kuvvet, parçacığın kendi pozitif enerjisinin yarattığı uzay-zaman alanını; yani atom altı parçacıkların/kuvarkların arasına girerek, onları farklı uzay-zaman alanlarına yerleştirme eğiliminde olan alanı yok ederken, çok büyük ölçüde enerji kaybettiği için, uzay-zaman alanındaki ilmiğin dışına çıktığında, görünümünü ve şiddetini değiştirerek, kütle çekim gücüne dönüşür. Kısaca, güçlü kuvvet, aynı uzay-zaman ilmiğinin içinde mücadele eden çok daha şiddetli bir negatif enerji biçimidir. Kütle çekimi ise, negatif enerjinin, atom altı parçacıkların işgal ettiği uzay-zaman ilmiğinin dışına, şiddetini kaybetmiş olarak çıktıktan sonraki biçimidir.
9. Güçlü kuvvet bir negatif enerji biçimi olduğundan ve negatif enerji de, uzay-zaman alanlarını yok ettiğinden, keza, aynı uzay-zaman ilmiği içinde yer alan atom altı parçacıkların yayınladıkları negatif enerji parçacıkları, gerçek parçacığın işgal ettiği alanı yok edemeyeceklerinden, güçlü kuvvet, yeni bir alan oluşturma girişimi gerçekleşmedikçe, bir ilmiğin içinde etkisini göstermez. Çünkü, o ilmiğin içinde yayınlanmıştır ve parçacıkların bulunduğu ilmiğin yok edilmesi mümkün değildir. Ne zaman ki, parçacıkların yayınladığı pozitif enerji parçacığı, onların arasında yeni bir alan oluşturmaya kalkışır; güçlü kuvvet, işte bu yeni oluşacak alanı yok eder. Atom çekirdeği içinde güçlü kuvvetin, kuvarklar birbirine yakınken etkili olmaması; ancak, kuvarklar ayrılmaya çalışıldıkça, çok büyük bir şiddetle buna engel teşkil etmesine "asimptotik özgürlük" denir. Asimptotik özgürlüğün sebebi, işte yukarıda açıklanan olgudur. Kuvarklar birbirine yakınken etki hissedilmez; fakat uzaklaştırmaya kalkışıldığında, çok güçlü bir kuvvet buna karşı koyar.
10. Bu açıklamalar ışığında, evrensel gelişim süreci şu şekilde gerçekleşir: Kütle miktarının daha fazla olduğu (pozitif enerjinin maddeye/kütleye dönüştüğü) aşamada, negatif enerji miktarı, pozitif enerji miktarının üzerine çıkar. Böylece, yaratılan uzay-zaman alanından daha fazlası yok edilmeye başlar. Bu gelişmenin sonucu, uzay-zamanın büzülmesi ve parçacıkların birbirine yaklaşmaya başlamasıdır. Yeterince küçülme meydana geldiğinde, parçacıklar ve karşı parçacıklar birbirine çarpmaya başlar. Karşı parçacık, kütlesi parçacıkla eşit olan; ancak, "elektrik yükü", "spin" gibi kuantum özellikleri parçacığın tam tersi olan parçacıklara denir. İşte bu özellikten dolayı, bir parçacık, karşı parçacığıyla; madde, karşı madde ile çarpıştığında, her ikisi de yok olur ve kütleleri pozitif enerjiye dönüşür.
11. İşte bu sürecin sonucu, kütlenin (ve dolayısıyla, negatif enerji miktarının) azalması; buna karşılık, pozitif enerji miktarının artmasıdır. Bu aşamada, hızla yeni uzay-zaman alanı yaratılır ve kalan parçacıklar birbirinden hızla uzaklaşmaya başlar. Bu aşamada evren hızla genişler. Ancak bir yandan uzay-zaman alanı yaratarak oluşan enerji kaybı; diğer yandan, pozitif enerjinin, çarptığı parçacıklar tarafından kısmen soğurulmak suretiyle maddeye/kütleye dönüşmesi, bir süre sonra, kütlenin/negatif enerjinin miktarını, pozitif enerjinin üzerine çıkarır ve genişleme süreci, yeni bir büzüşme sürecine dönüşür. Bu süreçler, milyarlarca yıllıktır.
12. Maddeyi pozitif enerjiye dönüştüren sebeplerden birisi, madde, karşı-madde çarpışmasıdır. Diğeri ise zayıf kuvvettir. Zayıf kuvvet de pozitif enerji (nükleer enerji) oluşturan; böylece uzay-zaman alanı yaratan güçlerden birisidir.
13. Uzay-zaman, yukarıda açıklandığı gibi, (örümcek ağına benzer) dairesel şekilde genişlerken, gerçek parçacıkların bulunduğun alanların yakınlarında, negatif enerji bu alanları yok etmeye başladığı için şekil bozulur. Parçacıklar bir araya gelip kütle büyüdükçe, burada yok olan alan (ilmiğin çözülmesi) artar ve uzay-zaman bükülmeye başlar. Öyle ki, çok büyük kütlenin işgal ettiği bölgelerde, uzay-zaman ilmiğinin çözülmesi ile diğer yerlerde yeni alan oluşması süreci birlikte devam ettiğinden, uzay-zaman, kütleli alanlarda (maddenin beşinci boyutu olan ve gerçek zamana dik bileşen; sanal zaman alanına doğru) bükülmeye başlar. Çünkü, dairesel büyüme, diğer alanlarda devam ederken, kütleli alanlarda durmuş ya da çok azalmıştır. Diğer alanlardaki dairesel büyümenin devam edebilmesi için, uzay-zamanın bükülmesi zorunludur. Zamanla kütlenin artması ile bükülme de devam eder ve nihayet, dairesel olarak genişleyen uzay-zaman, bükülmenin de sonucunda, bir küre oluşturacak şekilde kendi üzerine kapanır.4 İşte bundan sonra, negatif enerji miktarı pozitif enerji miktarını aşsa ve dolaysıyla, ilmiğin zaman bileşeni de sökülmeye başlasa dahi, bu sadece, kendi üzerine kapanma suretiyle oluşan kürenin küçülmesine yol açar. Bundan sonra küre şeklini almış olan uzay-zaman büyüyecek ya da küçülecektir. Ancak süreç hiçbir zaman sona ermeyecektir. Kısaca, uzay-zaman sonlu ama sınırsızdır.
14. Bu modele göre, kütle çekimin, tanecik seviyesinde hesaplanması ve hatta, teorinin renormalize edilmesi de mümkündür. Çünkü, kütle çekim gücünü taşıyan -sezilgen- parçacıklarla pozitif enerjiyi taşıyan sezilgen parçacıkların birbirleriyle etkileşmedikleri kabul edilmektedir. Yukarıda açıklandığı gibi, bu parçacıklar, sadece uzay-zaman alanları ile etkileştiklerinden (alan yaratıp/yok ettiklerinden), hesaplama sonsuz ve anlamsız çıkmayacaktır.
15. Zamanın herkes için değişken olması, yaratılan uzay-zaman alanının uzay bileşeninin büyüklüğü ile ilgilidir. Pozitif enerji fazla ise, uzay bileşeni büyük olacaktır. Bu durumda, aynı periyotta yaratılan daha küçük alana göre, büyük alanda gerçekleşen değişme daha büyük olacağından, aynı birim zamanda/periyotta, yüksek enerjili maddeler için daha çok mesafe kat edilecektir. Bu da yüksek hızlı nesneler içinde, zamanın daha yavaş geçtiği şeklinde bir algılamaya yol açar. Bu nedenle herkesin birim zamanı kendi hızına gör değişik olmak zorundadır. Zaman mutlak değildir; ölçülen alandaki pozitif enerji miktarına (yaratılan uzay alanına) göre değişir; görelidir. Örneğin, genişleme sürecinin başlangıcında, bir saniyede dahi, çok büyük miktarda pozitif enerji açığa çıkmış ve çok miktarda uzay-zaman alanı yaratılmış olduğundan, o uzay-zamanda yaşanan bir saniye, şimdi şu anda her birimizin yaşadığı bir saniyeden çok daha farklı (uzun) algılanmaktadır.
16. Fermiyonların (1/2 spinli gerçek parçacıkların), aynı anda, aynı yerde bulunmaları mümkün değildir. Buna, "Pauli Dışarlama İlkesi" denir. İki elimizi birbirine yaklaştırdığımızda, bir elimizin diğerinin içinden geçememesinin sebebi bu ilkedir. "Dışarlama ilkesi", kuvark üstü parçacıkların en çok bir uzay-zaman ilmiğini işgal edebilmelerinden kaynaklanır. Kuvark üstü birden çok parçacığın, aynı anda bir tek uzay-zaman ilmiğinde yer alması mümkün değildir. Oysa, sezilgen parçacıklar için böyle bir sınırlandırma söz konusu değildir. Kısaca önerilen model, dışarlama ilkesini de açıklamaktadır.
17. Elektromanyetik güç ise alanları -doğrudan- etkilemez; elektrik yükü üzerine evrensel olarak etkiyerek, uzay-zaman alanları üzerinde gerçek parçacıkların hareket etmesini sağlar. Bu güç, gerçek parçacıkların hareket etmesine, dolayısıyla, pozitif enerjiye yol açtığı oranda, uzay-zaman alanının yaratılmasını (dolayısıyla) etkiler. Nitekim, elektromanyetik güç ile zayıf kuvveti birleştiren ve renormalize edilebilen bir teori gerçekleştirilmiştir.
18. Kısaca, ileri sürülen evren modelinde, miktarı sabit ve eşit olan pozitif enerji ve negatif enerji, birbirine dönüşebilmektedir. Bu dönüşümün yönüne göre, evren büzülmekte ya da genişlemektedir. Evrene etki eden güçler, işte bu dönüşümü sağlayan araçlardır. Pozitif enerji, uzay zaman alanı yaratarak evreni genişletir. Bunu sağlayan güç, zayıf kuvvet ve kısmen elektromanyetik kuvvettir. Negatif enerji ise uzay-zaman alanını yok ederek, evrenin büzülmesine yol açar. Bunu sağlayan güçler ise kütle çekimi ve güçlü kuvvettir. Pozitif ve negatif enerjiyi taşıyan sezilgen parçacıklar, birbirleri ile değil; uzay-zaman alanı ile etkileşim halindedirler. Bu nedenle, diğer üç gücün yanında, kütle çekiminin kuantum teorisini oluşturmak, teoriyi renormalize etmek ve hesaplama yapmak mümkündür.
Holografik Evren Modeli
Evren'in Küçük Bir Modeli:Beyin
Okunma: 4878 - Yorum: 0 - Amp