Özel görelilik, bir cismin belli bir gözlemciye göre sabit bir hızla ve sabit bir yönde hareket ettiği durumlarda tümüyle yeterlidir. Ne var ki, pratikte hareket asla sabit değildir. Hareketli cismin hızında ve doğrultusunda değişimlere yol açan kuvvetler her zaman söz konusudur. Atomaltı parçacıklar kısa mesafelerde muazzam hızlarla hareket ettiğinden, daha fazla hızlanacak zamanları yoktur ve bu parçacıklara özel görelilik uygulanabilir. Bununla birlikte, gezegenlerin ve yıldızların hareketinde, özel göreliliğin yetersiz kaldığı görülmüştür. Burada devasa kütleçekim alanlarının neden olduğu büyük ivmelerle ilgileniriz. Bir kez daha söz konusu olan şey nicelik ve nitelik sorunudur. Atomaltı düzeyde, kütleçekim, diğer kuvvetlerle karşılaştırıldığında önemsiz büyüklüktedir ve ihmâl edilebilir. Gündelik yaşamdaysa, tersine, kütleçekim hariç diğer tüm kuvvetler ihmâl edilebilir.

Einstein, göreliliği yalnızca sabit hızlı harekete değil, genel olarak harekete uygulamaya girişti. Böylelikle kütleçekimi ele alan genel görelilik teorisi ortaya çıktı. Bu teori yalnızca Newton’un klasik fiziğinden, onun mutlak mekanik evreninden değil, aynı zamanda Eukleides’in mutlak klasik geometrisinden de bir kopuşa işaret etmektedir. Einstein, Öklid geometrisinin yalnızca ideal olarak düşünülmüş bir soyutlama olan “boş uzaya” uygun olduğunu gösterdi. Gerçekte, uzay “boş” değildir. Uzay, maddeden ayırt edilemez. Einstein, uzayın kendisinin maddi cisimlerin varlığıyla koşullandığını iddia etti. Bu düşünce, genel görelilik teorisinde, görünüşte paradoksal bir iddiayla dile getirilir; ağır cisimlerin yakınlarında “uzay eğrilir”. Gerçek, yani maddi evren, hiç de, kusursuz çemberleriyle, dümdüz doğrularıyla, vs. Öklid geometrisinin dünyası gibi değildir. Gerçek dünya düzensizliklerle doludur. Düz değildir, tastamam “çarpık”tır. Diğer taraftan, uzay, maddeden ayrı ve onun yanı sıra varolan bir şey değildir. Uzayın eğriliği, uzayı “dolduran” maddenin eğriliğini dile getirmenin yalnızca bir başka biçimidir. Örneğin, ışık ışınlarının uzaydaki cisimlerin kütleçekim alanlarının etkisiyle büküldüğü kanıtlanmıştır.
Devamını oku

Albert Einstein hiç şüphesiz zamanımızın en büyük dahilerinden biriydi. Yirmi birinci ve otuz sekizinci doğum günleri arasında, bilimde birçok düzeyde büyük yankılar uyandıran bir devrimi tamamladı. İki büyük buluşu, Özel Görelilik Teorisi (1905) ve Genel Görelilik Teorisi (1915) idi. Özel görelilik yüksek hızlarla ilgilidir, genel görelilik ise kütleçekimle. Einstein’ın teorileri, son derece soyut karakterde olmalarına karşın, nihayetinde deneylerden türetilmişti ve başarılı pratik uygulamalara yol açmıştı, ki bu uygulamalar onun görüşlerinin doğruluğunu defalarca onayladılar. Einstein, 19. yüzyıl fiziğinde içsel bir çelişkiyi açığa vuran ünlü Michelson-Morley deneyinden, “bilim tarihinin en büyük negatif deneyinden” (Bernal) yola çıkmıştı. Bu deneye, ışığın görülen hızının, hareketsiz olduğu varsayılan “eter” içerisinde hareket eden gözlemcinin hızına bağlı olduğunu göstererek elektromanyetik ışık teorisini genelleştirmek üzere girişilmişti. Sonunda, gözlemci hangi doğrultuda hareket ederse etsin, ışığın ölçülen hızlarında hiçbir farklılık bulunamadı. J. J. Thomson daha sonraları, güçlü elektriksel alanlar içinde hareket eden elektronların hızlarının, klasik Newton fiziğinin öngördüğünden daha yavaş olduğunu gösterdi. 19. yüzyıl fiziğindeki bu çelişkiler özel görelilik teorisi tarafından çözüme bağlandı. Eski fizik, radyoaktivite olgusunu açıklamaktan acizdi. Einstein bunu, “eylemsiz” maddenin içine hapsolmuş muazzam miktardaki enerjinin küçük bir kısmının açığa çıkması olarak açıkladı.

Einstein 1905’te İsviçre patent bürosunda bir sekreter olarak çalışırken boş zamanlarında kendi özel görelilik teorisini geliştirdi. Yeni kuantum mekaniğinin keşiflerinden yola çıkarak, ışığın uzayda bir kuantum biçiminde (enerji paketleri olarak) hareket ettiğini gösterdi. Bu yaklaşım, daha önceleri kabul edilmiş ışığın dalga teorisiyle açıkça çelişikti. Aslında Einstein eski ışığın parçacık teorisini bütünüyle farklı bir tarzda yeniden canlandırmıştı. Burada ışık, çelişik bir karaktere sahip, aynı anda hem parçacık hem de bir dalga özelliği gösteren yeni tip bir parçacık olarak görülüyordu. Bu şaşırtıcı teori, spektroskoplar kadar Maxwell denklemlerini de kapsayacak şekilde 19. yüzyıl optiğinin tüm büyük keşiflerinin muhafaza edilmesini mümkün kıldı. Fakat ışığın uzayda hareket edebilmek için, kendine has bir vasıtaya, “eter”e ihtiyaç duyduğu şeklindeki kalıplaşmış eski düşünceyi de yok etti. Özel görelilik, ışığın boşluktaki hızının, ışık kaynağının gözlemciye göre hızı ne olursa olsun, her zaman aynı sabit değerde ölçüleceği kabulünden hareket eder. Dahası, özel görelilik, enerji ve kütlenin aslında eşanlamlı olduklarını ifade eder. Bu, diyalektik materyalizmin temel felsefi postülasının –madde ve enerjinin birbirinden koparılamaz niteliğinin, hareketin (“enerji”) maddenin varoluş tarzı olduğu düşüncesinin– çarpıcı bir doğrulanışıdır.
Devamını oku

Evrensel bir teori olarak Newton mekaniğinin gerçek ölüm çanları, 20. yüzyılın başlarında kuantum mekaniğinin beşiğinde duran Einstein, Schrödinger, Heisenberg ve diğer bilimciler tarafından çalınmıştı. “Elementer parçacıklar”ın davranışları klasik mekanik tarafından açıklanamıyordu. Yeni bir matematik geliştirilmeliydi. Bu matematikte, “faz-uzayı” gibi, “operatörler” gibi önemli rol oynayan kavramlar mevcuttur. Faz-uzayında, bir sistem, koordinat olarak kendi serbestlik dereceleri olan bir nokta olarak tanımlanır. Operatörler ise, bizzat büyüklükten ziyade daha çok işleme benzemesi anlamında cebirsel büyüklüklerle uyuşmayan büyüklüklerdir (aslında sabit özellikleri değil ilişkileri ifade ederler). Olasılık da çok önemli bir rol oynar, ama “içkin olasılık” anlamında: bu kuantum mekaniğinin başlıca karakteristiklerinden biridir. Gerçekte kuantum mekanik sistemler, izleyebilecekleri tüm olası yolların üst üste binmesi olarak yorumlanmalıdırlar.
Devamını oku

Kuantum fiziğinin gelişimi, bilimde dev bir ileri adımı, “klasik” fiziğin aptallaştırıcı mekanik determinizmden kesin bir kopuşu temsil etti. Bunun yerine çok daha esnek ve dinamik –yani tek kelimeyle diyalektik– bir doğa görüşüne sahibiz. İlkin küçücük bir ayrıntı, neredeyse bir anekdotmuş gibi görünen kuantumun varlığını Planck’ın keşfetmesiyle birlikte, fiziğin tüm çehresi dönüşüme uğradı. Radyoaktif dönüşüm olgusunu açıklayabilen ve spektroskopinin karmaşık verilerini ayrıntılarıyla analiz edebilen yeni bir bilim söz konusuydu. Bu da doğrudan doğruya yepyeni bir bilimin kurulmasına yol açtı; eskiden çözümsüz kalan sorunları çözme yeteneğindeki teorik kimya. Yeni kalkış noktası benimsenir benimsenmez, genelde bütün bir teorik zorluklar yığını bertaraf ediliyordu. Yeni fizik, atom çekirdeğine hapsolmuş şaşırtıcı kuvvetleri ortaya çıkardı. Bu ise doğrudan doğruya nükleer enerjinin –dünyadaki yaşamın potansiyel imhasına giden yolun– istismarını ya da nükleer füzyonun barışçıl kullanımı sayesinde akla hayale sığmaz, sınırsız bir bolluk ve toplumsal ilerleme manzarasını beraberinde getirdi. Einstein’ın görelilik teorisi, kütle ve enerjinin eşdeğer olduğunu açıklar. Eğer bir cismin kütlesi biliniyorsa, bunu ışık hızının karesiyle çarptığımızda enerji haline gelir.

Einstein, şimdiye dek bir dalga olarak tasavvur edilen ışığın bir parçacık gibi davrandığını gösterdi.
Devamını oku

Herkes bir dalganın ne olduğunu bilir. Bu, suyla ilişkili çok genel bir özelliktir. Tıpkı havuzda yüzen bir ördeğin dalgalara yol açabilmesi gibi, yüklü bir parçacık da, meselâ elektron, uzayda hareket ettiğinde bir elektromanyetik dalgaya neden olabilir. Elektronun titreşim hareketleri elektrik ve manyetik alanları uyararak tıpkı havuzdaki dalgalar gibi sürekli olarak yayılan dalgalara sebep olur. Su dalgası ile elektromanyetik dalga arasında temel bir farklılık vardır. Elektromanyetik dalgalar, su dalgaları gibi, yayılabilmek için sürekli bir ortama ihtiyaç duymazlar. Elektromanyetik bir titreşim, maddenin elektriksel yapısı içinde yayılan periyodik bir uyarımdır. Yine de karşılaştırma, konunun netleşmesine yardımcı olabilir. Bu dalgaları göremiyor oluşumuz, varlıklarının günlük hayatımızda bile saptanamayacağı anlamına gelmez. Işık dalgalarıyla ve radyo dalgalarıyla ve hatta X-ışınlarıyla doğrudan deneyimlerimiz olmuştur. Bunlar arasındaki tek fark frekanslarıdır. Sudaki bir dalganın, dalganın şiddetine bağlı olarak –bir ördeğin neden olduğu dalgacıkları bir sürat teknesinin çıkardığı dalgalarla karşılaştırın– suda yüzen bir cismin az ya da çok hızlı bir biçimde aşağı yukarı inip çıkmasına sebep olacağını biliriz. Benzer biçimde, elektronların titreşimi ışık dalgasının şiddeti ile orantılı olacaktır.
Devamını oku

İki bin yıl önce, Öklid geometrisinin evrenin yasalarını bütünüyle kapsadığı düşünülürdü. Söylenecek daha fazla bir şey yoktu.

Her dönemin yanılsamasıdır bu. Newton’un ölümünden epey sonra, bilimciler onun doğa yasaları hakkında son sözü söylemiş olduğunu düşünüyorlardı. Laplace, yalnızca bir evrenin bulunduğundan ve onun da tüm yasalarını keşfetme bahtiyarlığına Newton’un eriştiğinden yakınıyordu. Newton’a ait ışığın parçacık teorisi, iki yüz yıl boyunca, Hollandalı fizikçi Huygens’in ışığın bir dalga olduğunu savunan teorisi karşısında genel kabul gördü. Daha sonra parçacık teorisi, J. B. L. Foucault’nun sonradan deneysel olarak doğrulayacağı bir dalga teorisi ortaya atan Fransız A. J. Fresnel tarafından yadsındı. Newton, boş uzayda saniyede 300.000 km hızla ilerleyen ışığın, suda daha hızlı hareket edeceğini öngörmüştü. Dalga teorisinin savunucularıysa daha düşük bir hız bekliyorlardı ve haklı oldukları görüldü.
Devamını oku

Sicim Kuramı, fiziğin temel modellerinden birisidir. Yapı taşı olarak Standart modelde kullanılan boyutsuz noktalar yerine, tek boyutlu uzanıma sahip sicimler kullanılmaktadır. Bu temel yaklaşım farklılığı, parçacıkları noktalar olarak tasvir eden modellerde karşılaşılan bazı problemlerden sakınılmasını sağlamaktadır.

Kuramdaki temel fikir, gerçekliğin esas bileşenlerinin rezonans frekanslarında titreşen ve Planck uzunluğunda olan (10-35 mm civarı) sicimler olduğudur.[1] Sicim teorisine göre evrendeki her madde tek bir şeyden oluşuyor: titreşen ince sicimler. Farklı rezonanslarda titreşen bu sicimler, evrendeki her şeyi meydana getiriyor. Sicim kuramı, evren’i oluşturan en temel, bölünemeyecek kadar küçük bileşenlerinin nokta gibi parçacıklardan değil, titreşen minyatür keman tellerine benzeyen sonsuz küçük döngülerden oluştuğunu öne sürer.[2]

Fizikçilerin karmaşık teorileri, içinden çıkılmaz denklemleri ve insanı şaşkına çeviren bir jargonu anlamak gibi yetenekleri olsa da, aslında onlar basitliği severler. Gerçekliğin, temelde basit olduğunu kabul ederler. İşte bu yüzden parçacık fiziğinin standart modelinden memnun değiller. Bu model, elektronlardan kuarklara, muonlara evrendeki her şeyi oluşturan 57 (son sayımda) farklı parçacığın özelliklerini ve birbirleriyle etkileşimini açıklıyor. (Muon ilk keşfedildiğinde bir fizikçi “Onu da kim sipariş etti?” diye sormuştu.)

Chicago yakınlarındaki Fermilab’da çalışan fizikçi Joe Lykken, “Evrenin en temel parçasının 57 çeşit olması çok gülünç.” diyor. Daha temel bir gerçeklik arayışı, fizikçileri sicim teorisini kabul etmeye yönlendirdi.
Bu teorinin alışılmışın dışında bir özelliği –bazılarına göre bir dezavantajı– var: En az dokuz uzaysal boyut gerektirmesi. Bunlardan altısını ise üç boyutlu bir dünyada yaşayan bizler algılayamıyoruz.

Teori, şu ana kadar deneyle desteklenmedi. Sicimleri gören kimse yok; tahmin edilenden çok, hatta trilyonlarca kat daha küçük olabilirler. Gizli boyutlara gelince, onlar da arabanızın anahtarını nerede unuttuysanız oradalar.

Devamını oku