GEÇMİŞTEN GÜNÜMÜZE KUANTUM VAKUM ALANI (1)
Okuyacağınız yazı fiziğe ilgi duyan duymayan herkesin anlayacağı bir dilde yazılmıştır.
Fizikçilerinin CERN'de Higgs bozonu adını verdiklerini parçacığı aradıkları şu günlerde keşfin birçok alanda açılımlara neden olacağı söyleniyor. Kanımca Higgs bozonunun bulunması fizikçilerin tahmin sınırları içinde olduğundan onlar açısından fazla sürpriz sayılmayabilir. Buna karşın kuantum fiziğinin klasik fiziği alt-üst eden gizemli dünyasının keşifleri fizikçileri olduğu kadar konuya ilgi duyan insanları da derinden etkilemiş ve şaşkınlık içinde bırakmıştır.
Klasik fizik kesinlik ifade ederken kuantum dünyası bize sadece ihtimallerden bahseder. Örneğin A olayı B sonucuna neden olurken deneye gözlemci dahil olduğundan (dikkat edin müdahil demiyorum) sonuç C olarak da karşımıza çıkabilmektedir. Kuantum fiziğinin buna benzer onlarca şaşkınlık uyandıran keşfi arasında hiç şüphesiz en gizemlilerinden birisi "Vakum Alan"dır.
Vakum anlaşılacağı üzere boşluk anlamına gelir. Yani içinde hiçbir madde parçacığının bulunmadığı bir boşluğu ifade eder. Örneğin içinde hava bulunan bir cam fanusa pompa bağlayıp havasını boşaltırsanız teorik olarak içinde hiçbir hava molekülünün bulunmadığı bir vakum alan yaratmış olursunuz. Teorik olarak diyoruz çünkü pratikte çok güçlü bir pompa kullansanız dahi bu alan içinde de mutlaka milyonlarca molekül bulunacaktır. Buna karşın bu molekülleri bile fanustan çıkaracağımızı varsayalım. Fanusun içi yine boş kalmayacaktır çünkü tüm uzayı kaplayan bir enerji olduğundan fanusun içi boş değil enerji ile dolu olacaktır.
Kuantum fiziğinin keşfettiği vakum alan ise 0 noktasını temsil eder ki fiziğin gözlemleyebildiğimiz evrende kelimenin tam anlamıyla sınıra dayandığı noktadır. Sınıra dayanmak; parçacık fizikçilerinin ellerinde inceleyebileceği hiçbir materyalin kalmadığı akıl almaz vakum sınırdır bu. Aynı zamanda evrenin ve içinde cereyan eden fiziksel olayların saniyenin çok küçük anlık dilimlerinde hiç durmaksızın ardı ardına yaratıldığını ortaya koyan gizemli perdedir vakum alan.
Vakum alanı ve maddenin durmaksızın yaratılışını anlayabilmek için elimize aldığımız bir kurşun kalem üzerinde farazi bir deney yapmaya başlayalım.
Kalemi önce iki parçaya ayıralım. Ardından bu iki parçayı da kendi arasında iki parçaya ayıralım. Parçalama işlemine durmadan devam ederek kalemi atom boyutuna küçültünceye kadar işlemi sürdürelim. Artık elimizde kalemin atomları bulunmaktadır. Atomları da parçaladığımızda onu oluşturan temel parçacıklar olan proton, nötron ve elektronlara ulaşırız. CERN'de yaptıkları gibi proton ve nötronları da parçalamaya kalkışırsak bu defa kuark adı verilen parçacıklar elde ederiz. Bir protonun 3 tane kuarktan oluştuğu kabul edilir.
Parçacık fizikçileri bu andan sonra kuarkları da parçalayacaklarını düşünürken onların varlık ile yokluk arasında gidip geldiklerini hayretle gözlemlemişlerdir. Düşünün ki bir bilim adamı olarak süper güçlü bir mikroskop altında kuarkları parçalamaya çalışıyorsunuz ancak kuark mikroskobunuzun ekranında birden kayboluveriyor. Çok kısa bir süre sonra tekrar var oluyor, ancak çok geçmeden tekrar yok oluveriyor ve bu var olup kaybolmalar saniyenin çok küçük dilimlerinde hiç durmaksızın devam ediyor.
Bir bilim insanı ilgilendiren yegane varlık maddedir. Ancak mikroskobu altında incelemeye çalıştığı parçacık ortadan kayboluyorsa bu aşamadan sonra o bilim adamı neyi inceleyebilir? Hiç bir şeyi!
İşte kuantum vakum alanı bize kuark adı verilen parçacıkların yok olduğu tam manasıyla 0 noktasına yani mutlak vakum alanına ulaştığımızı izah eder. Bu andan sonra fizikçilerin elinden hiçbir şey gelemeyeceği fark edilir. Çünkü kuarkın ortadan kaybolduğu bir anda fizikçinin elinde inceleyebileceği hiç bir materyal kalmadığından vakum alan aynı zamanda fiziğin maddesel sınıra dayandığı noktayı ifade eder.
Kaurkların bir var olup bir yok olmaları bizi elimizde tuttuğumuz kurşun kalemin de bir var olup bir yok olduğu gerçeğiyle karşı karşıya getirir. Yani elimizde tuttuğumuz kalem aslında saniyenin çok küçük dilimlerinde ve inanılmaz bir hızda var olup yok olmaktadır. Ancak insan duyuları çok kısa süreli kesintileri algılayamadığından kalemi elinde sürekli varmış gibi hisseder. Bu durumu tıpkı sinema perdesine yansıtılan film karelerinin çok hızlı hareket ettirilmesi sonucu filmi kesintili değil de sürekli görmemize benzetebiliriz. Kısacası daimi olarak düşündüğünüz her cisim, mesela arabanız, eviniz, çamaşır makineniz, fabrikanız, büronuz, bilgisayarınız, altınlarınız, paralarınız vs. her ne varsa kesintili olarak vardır. Sahip olduğunuz her varlık aslında saniyenin çok kısa bir diliminde kayboluverir!
Kuarkların kısa süreliğine ortadan kaybolduğu vakum anında maddenin sınırına dayanan bilim insanları çok daha önemli bir soru sorarlar, o da kuarkların enerjisini yitirerek ortadan kaybolduktan çok kısa süre sonra tekrar nereden geldiği sorusudur bu.
Kuarkların içinde bulunduğumuz evrende ortaya çıkışlarını bir kayanın dibinden fışkıran kaynak suyuna benzetebiliriz. Kayayı dışarıdan ne kadar gözlemlerseniz gözlemleyin yine de suyun nerden geldiğini bilmenize imkan yoktur. Tıpkı bu örnekte olduğu gibi kuarkların yok olduktan sonra onların tekrar nereden geldiği konusunda fizikçilerin ellerinde teori dışında somut bir bilgi yoktur. Bununla beraber ellerinde inceleyebilecekleri bir materyal de kalmamıştır. Mutlak bir boşlukla, yani vakumla karşı karşıyadırlar.
Şimdi can alıcı soruyu tekrar soralım: "Kuarklar ortadan kaybolduktan kısa süre sonra nereden gelmektedirler? Onları görünmeyen bir yerden görünür evrene sıçratan güç nedir?"
Kuantum alan fizikçilerinin bu soruya cevap vermek için ellerinde belli teoriler vardır. Genel kanaat parçacığın enerjinin bir türevi olduğu ve kısa süreliğine bu enerjinin yoğunlaşarak kuarka dönüştüğü yönündedir. Kuarkın çok kısa süreliğine varlık göstererek tekrar kaybolduğunu ve ardından enerjinin yoğunlaşmasıyla tekrar görünen evrene sıçradığını öne sürer teorisyenler.
Kuarkın önce varolup sonra yok olması bizi şu gerçeğe götürmektedir: atomaltı parçacıklardan müteşekkil olan madde hiç durmaksızın yaratılmaktadır. Fizikçiler maddeyi yaratan temel enerjiyi açıklayamazlar ancak şimdilik buna "Sonsuz potansiyel alan" adını verirler. Yani maddeyi hiç durmaksızın yaratmaya gücü yeten bir enerjinin tanımlamasıdır bu. Kuarkı yaratan her ne ise o güç içinde bulunduğumuz 3 boyutlu evrenin ötesindedir. Dolayısıyla kuarklar, yani maddenin yapıtaşı görünmeyen bir boyuttan görünen evrene bu sonsuz güç sayesinde sıçrama yapmaktadır. Sıçrama yaptığı anda mikroskobumuzun altında beliriverir ve hemen ardından da kayboluverirler.
Kuark ne kadar kısa süreliğine var olur? Yaklaşık olarak 10 üzeri -23 saniye, yani saniyenin trilyon x trilyonda biri kadar kısa bir sürede gözümüze görünür ve hemen ardından kaybolurlar.
Tuhaf olan gerçek ise kuarklar her nereden geliyorsa geldikleri yer ile içinde bulunduğumuz görünür evrende meydana gelen olayların tamamen simetrik olduğudur. Çünkü içinde bulunduğumuz evrendeki bir A olayı kuarkların, yani maddenin varlığı ile ortaya çıkar. Kuarklar ise algılayamadığımız başka bir boyuttan geldiğinden bu evrende her ne oluyorsa kuarkların geldiği yerde de A olayının yansıması vardır demektir. Tıpkı Karagöz-Hacıvat gölge oyununda perde arkasında icra edilen her oyunun, her hareketin perdenin önünde duran bizlere de aynı şekilde görünmesi gibi.