Fizik açısından ulaşabileceğimiz sınırların bizi evrenin başlangıcı hakkında tatmin edici açıklamalar yapabileceğimiz bir noktaya ulaştıracağı inancındayım.
İnsanlığı gelecekte neler bekliyor? Gelecek nasıl olacak?
Bu soruları, fizikle ilgili tahminler ve beklentilerimizin nasıl olduğu gibi bir çerçeveyle sınırlandırıp, konuya dair düşüncelerimi bir teorik fizikçi bakış açısıyla anlatmaya gayret edeceğim.
Yanıtlanması bu zor sorulara dair fikirlerimi yazarken, konuyu içinde yaşadığımız toplum ve ülkemiz açısından değil, daha genel şekliyle tüm insan toplulukları açısından değerlendirmenin GazeteBilim’in yayın prensiplerine de uygun olduğunu düşünüyorum. Zira bu sorunun ülkemiz açısından değerlendirilmesi, ayrı bir yazı olarak düşünülmeli.
İnsanlığın ulaştığı bilimsel ve teknolojik ilerleme hızı son 300 yılda muazzam bir şekilde ivmelendi. Çok daha uzun zaman dilimlerinde meydana gelen değişikliklerin ve gelişmelerin benzerleri veya eşdeğerleri şimdi çok daha kısa zamanda gerçekleşiyor. Newton’un Principia’sı ile başlayan dönem, insanın yeryüzünde ilk göründüğü zamandan itibaren tüm dönemlerin hepsinden daha fazla gelişime sahne oldu. Bu dönemi ayrıca, dünyanın insan eliyle en fazla tahrip edildiği dönem olarak da görebiliriz. Dolayısıyla, insanlığın geleceği hakkında fikir yürütüp tahminlerde bulunurken, gelişim ve bu gelişimin neticesi olarak geleceğin daha güzel olup olmayacağını ayrı ayrı ele almak yerinde olacaktır. Bu yazıda sadece bilimsel bilginin sınırlarının nereye kadar ilerleyebileceği ile ilgili düşünceleri okuyacaksınız.
Yukarıdaki soruları fizik açısından ele alacak olursak, günümüzde bu sorulara, geçtiğimiz yüzyılın başındaki kadar özgüvenle cevap vermek hiç de mümkün değil. Mesela Lord Kelvin’in 1900’lerin başında söylediği iddia edilen, “Artık fizikte keşfedilecek yeni bir şey yok. Geriye kalan tek şey giderek daha hassas ölçümlerdir” cümlesini düşünecek olursak, zamanının ünlü bilim insanlarının bile gelecekle ilgili tahminlerinde ne büyük yanılgıya düşebileceğini görmek mümkündür.
Bugün insanlığın geleceği açısından fizik biliminin geleceğine dair yapılacak yorumlar, Lord Kelvin’in tüm fizik hakkındaki genel yorumunun aksine, fizikçilerin ancak kendi alanlarını içerebilecek türden yorumlar olacaktır. Eskiden bilim insanlarına “doğa filozofları” denmesinin sebebi, o insanların matematik, astronomi, fizik, kimya ve hatta tıp alanlarında bile yaşadıkları dönem koşullarında ciddi sayılacak araştırmalar yapmalarıydı. Ancak günümüzde, mesela belli bir alanda uzmanlaşan bir bilim insanının diğer alanlara da aynı derecede hâkim olması mümkün görünmemektedir. Buradaki temel sebep hem ulaşılan bilgi seviyesi hem de bunların edinilmesinde ortaya çıkan deneysel yöntemlerin son derece teknik bir şekilde birbirinden farklılaşmasıdır. Bu bahsettiğim durumu, fiziğin geleceği ile ilgili düşünce ve beklentilerimi yazarken, atladığım veya değinmediğim konularda bir mazeret olarak kabulü ümidiyle açıklamak istedim.
Bir teorik yüksek enerji fizikçisi olarak, çalışma alanlarımı, temel etkileşmelerin ve özellikle kütleçekim etkileşiminin tam olarak anlaşılması ve doğanın 4 temel kuvvetinin bir arada bir tasvirinin yapılabilmesi şeklinde özetleyebilirim. Bu tür çalışmaların, bizi evrenin başlangıcı hakkında bilimsel çıkarımlara ulaştırabileceği ve böylece evren ortaya çıkmadan önce ne vardı, evrenin bugün gözlemlediğimiz durumuna evrilebilmesinin başlangıçta hangi sebepler yüzünden olmuş olabileceği, zamanın ortaya çıkışı ve doğası gibi felsefî olarak da insanların ilgisini her zaman çekmiş olan sorulara, bilimsel veriler ışığında somut cevaplar verebilmemize olanak sunacağını umuyorum.
1990’lı yılların sonundan itibaren bir dizi önemli gözlem, doğanın temel kuvvetleri hakkında bilgilerimizi daha ileri bir noktaya taşımamıza olanak tanıdı. Bu gözlemler ve bunların sonucunda ulaştığımız ve ulaşabilmeyi umduğumuz hususlar şu şekilde sıralanabilir:
Evrenin ivmelenerek genişlemesi ve karanlık enerji
1998 yılı sonunda iki ayrı grup tarafından yapılan süpernova gözlemleri bize evrenin ivmelenerek genişlediğini gösterdi. Evrenin genişleme olgusu zaten 1927’den beri gözlemsel olarak da bilinen bir durumdu ancak bu genişlemenin ivmelenmesi (hızını artırması) şaşırtıcı ve sonuçları açısından çok önemli bir gözlemdi. Bu gözlemin açıklanmasında benimsenen iki temel yol vardır: Birincisi Einstein’ın Genel Görelilik Kuramının, evrenin kozmolojik ölçeklerinde de geçerli olduğunu kabul etmek ve içeriği/yapısı bilinmeyen bir karanlık enerji bileşeni eklemek. İkinci yaklaşım ise kozmik ölçeklerde kütleçekim kuramını değiştirmek. Bu yaklaşımların her ikisi de bilgi düzeyimizi şimdi bulunduğumuz noktanın ötesine taşımamızı gerektiriyor.
Higgs parçacığının keşfi
2012 yılında Higgs parçacığının keşfiyle parçacık fiziğinin Standart Modeli 1970’li yıllarda oluşturulduğu şekliyle tamamlandı. Higgs mekanizması ve bu mekanizmanın bir göstergesi olarak var olduğu düşünülen Higgs parçacığı, diğer parçacıklarla etkileşerek bunlara bildiğimiz kütlelerini kazandıran bir unsurdur. Ayrıca Zayıf Etkileşimlerin (Weak Nuclear Force) etkileşme menzilinin kısa olmasının sebebi de Higgs mekanizmasıdır. Kütleçekim kuvveti nesnelerin kütle ve enerjilerinin sonucu olarak ortaya çıkan bir etkileşim olduğu için Higgs parçacığının gözlemi, parçacık fiziği ile kuantum kütleçekim kuramları arasında bir bağlantı sağlaması açısından önemli olabilecek bir gözlemdir.
Kütleçekim dalgalarının keşfi
Kütleçekim dalgalarını, ivmeli hareket eden elektrik yüklerinin yayımladığı elektromanyetik radyasyonun, kütleçekimsel versiyonu olarak düşünebiliriz. Mesela Dünya da Güneş etrafında hareketi esnasında kütleçekim dalgaları yayımlıyor ama bu çok küçük bir etki olduğu için gözlemlenmesi pek mümkün görünmüyor. Nitekim, 2015’de yapılan ilk kütleçekim dalga gözlemi, 25-35 Güneş kütleli iki karadeliğin birbirleri etrafında dönerken birleşip tek bir karadeliğe dönüşmesi esnasında yayımlanan ve uzay-zamanın içindeki dalgalanmalar olarak düşünebileceğimiz son derece küçük bir etkidir. Ancak, zekice tasarlanmış deney sistemleri ile bu doğa olayı da gözlemlenmiştir. Genel Görelilik çerçevesinde, bu tür etkilerin ortaya çıkması 1950’li yıllardan beri bekleniyordu ve hatta dolaylı gözlemlerle kütleçekim dalgalarının varlığı kanıtlanmış ve Nobel Ödülüne de layık görülmüştü. Ancak itiraf etmeliyim ki, kütleçekim dalgalarının doğrudan gözlemine benim ömrümün yeteceğini sanmıyordum (Lord Kelvin bile vaktiyle yanılmış); dolayısıyla bu gözlem benim için sürpriz oldu diyebilirim. Hatta sonrasında bu tür karadelik birleşmelerine ilaveten nötron yıldızı gözlemleri de yapıldı ve bu şekilde elektromanyetik ve kütleçekimsel etkileşmelerin bazı yönlerden karşılaştırılması mümkün hale geldi.
Karadelik resmi
2019 yılında Olay Ufku Teleskobu (Event Horizon Telescope – EHT) adı verilen bir araştırma grubu, ilk defa bir karadeliğin bilgi alınabilecek en yakın bölgesini, son derece zekice tasarlanmış bir gözlem sistemi ile resmedebildi. Bu ve benzeri gözlemler, karadeliklerin varlığı ve özelliklerini anlamaya çalışırken başvurduğumuz farklı kütleçekim kuramlarını test edebilmemizi sağlayacak ve karadeliklerin kuantum mekaniksel özellikleri hakkında da çıkarımlarda bulunup, kuantum kütleçekim kuramları oluşturabilmemize olanak verecek gözlemlerdir.
Kozmik arka alan fon ışınımı gözlemleri
Bunlar hassaslığı artarak yapılan uydu gözlemleridir. 1990’lı yılların başında COBE uydusu ile başlayıp, 2003’de WMAP ve son olarak 2009’da fırlatılan Planck Uydusu ile alınan verilerle oluşturulan evrenin sıcaklık haritası, evrenin yaklaşık 400 bin yıl yaşındaki ‘bebeklik resmi’ görüntüsünün elektromanyetik alana yansımasıdır. Bu evrenin evrimini geriye doğru oluşturduğumuzda, elektromanyetik alanla (ışıkla) son olarak bilgi alabileceğimiz sınırdır. Erken evrende meydana gelen çeşitli olayların test edilebilmesi, bu fon ışınımının daha hassas oluşturulabilmesiyle mümkün olacaktır. Buradan edinilecek bilgiler, karanlık madde ve karanlık enerji gibi, evrenin henüz içeriğini ve yapısını bilmediğimiz ama belli varsayımlarla öne sürdüğümüz bileşenlerinin özelliklerini anlamamıza yardımı olabilecek bilgiler olacaktır.
Erken evrende meydana gelen çeşitli olayların test edilebilmesi, bu fon ışınımının daha hassas oluşturulabilmesiyle mümkün olacaktır.
James Webb Teleskobu
Daha önce Hubble teleskobuyla evrenin uzak noktalarına bakarak yapılan gözlemleri daha ileri bir seviyeye taşımak amacıyla yapılmış ve uzaya gönderilmiştir. Evrende ne kadar uzağa bakarsanız aslında o derece geçmişe bakıyorsunuz gibi düşünülebilir. Mesela, şu anda Güneş’e baktığınızda aslında gördüğünüz şey, Güneş’in yaklaşık sekiz dakika önceki durumudur ve bu ışığın Güneş’ten çıkıp bize ulaşması için gereken zamana eşittir. Benzer şekilde evrende gördüğümüz uzak nesneler de aslında o nesneden geçmişte çıkmış ve bize ulaşabilmiş olan ışıktır ve bu da bize gene evrenin çeşitli dönemleri hakkında son derece değerli bilgiler verecektir.
Yukarıda sıraladığım, benim çalışma alanlarım açısından çok önemli bulduğum bu gözlemler dışında, daha başka astrofiziksel, kozmolojik ve parçacık fiziği deney ve gözlemleri de var. Bunların hepsi gelişen teknoloji sayesinde daha hassas bir hale gelirken, son derece zekice dizayn edilmiş deney-gözlem sistemleriyle, görmeyi beklemediğimiz doğa olaylarını da gözlemlememize ve bilimsel bilgimizin sınırlarını daha ileri taşımamıza olanak verecektir. 1990’lı yıllarda lisans eğitimim sırasında aldığım derslerden edindiğim izlenim, doğanın temel yasalarının anlaşılmasına yönelik en heyecanlı dönemleri kaçırmış olduğum şeklindeydi. (Burada gene Lord Kelvin’i hatırlatarak bu yanılgım konusunda kendimi aklamaya çalışacağım, sonuçta bir lisans öğrencisi olarak bu yanılgımı Lord Kelvin’in yanılgısından daha mazur görebiliriz.) Ancak şu anda fizik ve temel bilimler açısından son derece heyecan verici gelişmelere tanıklık edebilecek bir dönemde olduğumuzu umuyorum. Gözlem-deney imkânları ve bunların vadettikleri ile bunları açıklamaya ve sınıflandırmaya çalıştığımız model ve kuramlar her geçen gün bilimsel bilgi açısından düşünce dünyamızın sınırlarını zorlamamıza sebebiyet veriyor ki bu da gelişimin en önemli ön şartı bana kalırsa.
Önümüzdeki yıllar içerisinde kütleçekimin bir kuantum kuramının oluşturulabileceği ve diğer etkileşimler ile kütleçekiminin bir arada ele alınabildiği bir çerçevenin oluşturulabileceği düşüncesindeyim. Yanılgı payımı azaltmak (ve Lord Kelvin durumuna düşmemek) için süre vermekten kaçınmam lazım ama üst sınır olarak 100 yıl diyerek bir fikir belirtmiş olmayı, bu kadar şey söyledikten sonra bir beklenti oluşmasının karşılığı olarak söyleyebilirim. Bugün teknolojik olarak son derece etkin bir şekilde kullandığımız kuantum mekaniğinin bizi düşündüren (ikna edici bir açıklaması olmadığı için ortalama bir teorik fizikçiyi rahatsız eden de diyebiliriz) dolanıklık (entanglement) gibi bazı durumların da nasıl bir etki(leşim) ve mekanizma sonucu ortaya çıkmış olabileceğini anlayabileceğimizi düşünüyorum.
Kısaca, fizik açısından ulaşabileceğimiz sınırların bizi evrenin başlangıcı hakkında tatmin edici açıklamalar yapabileceğimiz bir noktaya ulaştıracağı inancındayım. Ancak burada şu noktayı da vurgulamak lazım: Bilimsel bilginin geçerliliği bir sonraki deney ve gözleme kadardır. Bu bakış açısı bize, bilimsel bilginin bir sınırının olmadığını ve bilimin, doğrunun arayışı içinde bitmez tükenmez bir uğraşı olduğunu gösterir.
İnsanoğlu ilginç bir canlı; ürettiği ve yapabileceği şeylerle, yok ettiği ve tükettiği şeyleri gözümüzün önüne getirdiğimizde ve bir karşılaştırma yaptığımızda dehşete düşüyoruz. Tüm bu iyi ve yaratıcı eserleri, buluşları ve keşifleri yapan, yeryüzünde son derece gelişmiş medeniyetler vücuda getiren böyle bir canlı türü, nasıl olur da bu değerleri yok etmeye, yok saymaya ve ortadan kaldırmaya sebebiyet verecek düşünce sistemleri ve ideolojileri de oluşturabilir! İnsana yakışan erdemli bir yaşamın inşâsında düşünen, sorgulayan, soran ve doğruyu arayan bireylerin yetişmesinin ve bilimsel düşünce sistemini benimsemenin en önemli unsurlar olduğunu düşünüyorum. Bu şekilde bir bakış açısının, insanın âdil bir hukuk sistemi oluşturmasına ve medeni bir toplum yapısına kavuşmasına olanak vereceği inancındayım. Bu şekilde inşâ edilmiş toplulukların hayalimizin bile almayacağı bilgi düzeyine ulaşabilmesi çok daha muhtemeldir. Esasen insanlığın gittiği noktanın ve geleceğin güzel olup olmamasının, bir bilim ve akıl toplumu olabilmemize bağlı olduğunu düşünüyorum.
