F
İZİKÇİLERİ son yıllarda peşinde koşturan hedef, "kütleçekiminin kuantum kuramı". Daha açık bir de-yişle, doğanın dört temel kuvvetini, yani büyük ölçeklerde etki-li kütleçekim kuvvetiyle, atomaltı dünyayı yöneten elektromanyetik, şiddetli ve zayıf çekirdek kuvvetlerini özdeşleştirmek. Bu kuvvetler, evreni-mizi oluşturan Büyük Patlama önce-sindeki akıl almaz sıcaklık ve yoğun-luk içinde tek bir kuvvet halinde bir-leşmiş durumdaydılar. Bugün birbirle-rinden ayrı ve çok farklı etkileşmeler-de ortaya çıkan bu kuvvetleretkileşmeler-den küt-leçekimini Albert Einstein’ın ortaya koyduğu genel görelilik kuramı açıklı-yor. Öteki üçünüyse kuantum meka-niği denen garip ama başarılı birku-ram betimliyor. Birbirleriyle pek uyuş-mayan bu iki kuramı birleştirme çaba-ları süre dursun, öteki bazı fizikçiler bu uğraşı verenleri biraz da alaya alı-yorlar. Onlara göre "kütleçekiminin kuantum kuramı", kuramsal fizikçiler için rahat bir cennet; çünkü ortaya at-tıkları düşünceler ne kadar "uçuk" olursa olsun, tersini kim kanıtlaya-cak?.. Ama artık rahat günler geride kaldı gibi görünüyor. İsviçreli bir fizik-çi, kuantum kütleçekimiyle ilgili rakip kuramların temel savlarını sınamanın bir yolunu buldu. Bazı kuramlar da ilk yaralarını aldılar bile.
Genel görelilikle, kuantum meka-niğini birleştirmek kolay bir iş değil. Bu nedenle de ileri sürülen araçlar, şimdiye kadar bilim dünyasında duyu-lan en garipleri. Işık hızıyla titreşip
de-ğişik parçacıklar kılığına giren, her parçacık için ağır karşı parçacıklar ya-ratan süpersicimler mi istersiniz, yoksa uzay-zamanda bildiğimiz dört boyutu 10’a, hatta 26’ya çıkaran düzenekler mi? Ama tüm bu rakip kuramlar ortak bir noktada buluşuyor gibi: Kuantum mekaniğinin kurucularından Max Planck’ın anısına "Planck Ölçeği" diye adlandırılan 10-35m (metrenin 100
mil-yar kere trilyon kere trilyonda biri) uzunlukta bildiğimiz uzay ve zaman kavramları ortadan kalkıyor ve yerleri-ni "uzay-zaman köpüğü" diye bilinen bir kuantum dalgalanmaları karmaşası-na bırakıyorlar. Planck Ölçeğini bizim gözleyebileceğimiz boyutlara taşımak, bir atomu, bir gökada kümesi boyutla-rına kadar büyütmekle aynı anlama geliyor. Kuantum mekaniği yasalarına
58 Bilim ve Teknik
Büyük Birleşik
Kuramın Sınavı
Kuantum mekaniği, elektrozayıf etkileşim (elektromanyetik kuvvetle zayıf çekirdek kuvvetinin bileşimi)
ile, şiddetli çekirdek kuvvetinin etkileşim kurallarını betimliyor. Bilim adamları, güçlü hızlandırıcılarda
çarpıştırdıkları temel parçacıkların enkazını detektörlerde izleyerek (solda) kuramın öngörülerini
kanıtlamaya çalışıyorlar. Genel görelilik kuramı ise, kozmolojik ölçekteki Evren’de etkili olan
kütleçekiminin etkilerini açıklıyor. Fizikçiler, tam bir resim için iki kuramı özdeştirmeye çalışıyorlar.
göre bir ölçek ne kadar küçülürse onu gözlemek için gereken enerji de o öl-çüde artıyor. Planck Ölçeği’nde ne olup bittiğini gözleyebilmek içinse 1019 GeV (10 katrilyon kere trilyon
elektronvolt) enerji gerekiyor. Bu dü-zeyde bir enerjiyse, bugün varolanlar-dan 10 katrilyon daha güçlü parçacık hızlandırıcıları gerektiriyor. Bu açmaz-lara bakan bazı fizikçiler, kuantum kütleçekimini bir "salon oyunu" diye nitelendiredursun, bazı fizikçiler, bil-diklerimizin ötesinde ek boyutları or-taya çıkarıp, bunların ölçeklerini de büyüterek temel kuvvetleri günümüz teknolojisinin elverdiği enerji düzey-lerinde, 1 Tev (bir trilyon elektron volt)un biraz üzerinde bütünleştirebil-meyi umuyorlar.
İsviçre’deki Neuchatel Üniversite-si fizikçilerinden Giovanni Amelino-Camelia ise, gene günümüz teknoloji-si içinde kalarak birleştirme kuramları-nın tutarlılığını sınamak için bir yön-tem geliştirmiş bulunuyor. Kendisine göre, "kütleçekimsel dalga girişimöl-çerleri (inteferometre)" denen duyarlı lazerler kullanılarak rakip birleştirme kuramları sınavdan geçirilebilir.
Söz konusu girişimölçerler kütle-çekim dalgalarını araştırmak için özel olarak geliştirilmiş. Genel görelilik ku-ramına göre uzay-zamanda büyük küt-leli cisimler arasındaki etkileşimden doğan dalgalanmalar olması gerekli. Ancak bu kütleçekim dalgalarını şim-diye kadar kimse doğrudan gözleye-bilmiş değil. Kuramdaki savın doğru-luğu konusundaki tek kanıt, geçtiği-miz yıllarda birbirinin çevresinde dö-nen iki nötron yıldızının, kütleçekim dalgalarının yol açması gereken biçim-de birbirlerine yaklaştıklarının gözlen-mesi. (Bu gözlem 1993 yılında Ameri-kalı fizikçiler Russell A. Hulse ve Jo-seph H. Taylor’a Nobel Ödülü kazan-dırmış bulunuyor.)
Kütleçekimsel girişimölçerler gö-rece basit bir mekanizmaya sahip ci-hazlar. Yapılan şu: Bir yere oldukça bü-yük iki ağırlık asıyorsunuz; sonra da bunlardaki belli belirsiz oynamaları la-zer ışınlarıyla sürekli biçimde ölçüyor-sunuz. Bir kütleçekim dalgası, asılı ağırlıkları oynatacak, bunlar da iki la-zerin oluşturduğu girişim çizgilerinde değişikliklere yol açacaktır. Düzenek basit olmasına basit de, kullanılan tek-noloji pek öyle değil…Araçlar, bir
atom çekirdeğinin çapından bile kü-çük ölçekteki hareketleri bile algılaya-bilecek duyarlıkta tasarlanmış ve ge-liştirilmiş. Gelgelelim, bu ölçek bile, Planck Ölçeğine göre neredeyse karşı-laştırmaya elvermeyecek kadar büyük. Ama İsviçreli bilim adamına göre bu öyle büyük ölçekli bir sorun değil. Amelino-Camelia, bazı kuantum küt-leçekim kuramlarının öngördüğü uzay-zaman dalgalanmalarının, göz-lem süresinin uzunluğundan etkilen-diği gerçeğine işaret ediyor. Buradan yola çıkarak, dalgalanmaların girişi-mölçerler tarafından "parazit" olarak kaydedilebilecek ölçeklere kadar bü-yüyebileceklerini öne sürüyor.
Amelino-Camelia, İngiliz bilim dergisi Nature’da geçtiğimiz ay (cilt 398, s 216) yayımlanan makalesinde,
çeşitli kuantum kütleçekim kuramları-na göre bu parazitin alması gereken büyüklükleri hesaplamış. İsviçreli fi-zikçi, Pasadena’daki Kaliforniya Tek-noloji Enstitüsü’nde (Caltech) kurulu bulunan kütleçekim girişimölçerinin elde ettiği verilere dayanarak iddialı bir saptamada bulunuyor: "Çarpık Po-incaré Simetrisi" temeline dayalı olarak geliştirilmiş bulunan bir kuantum küt-leçekim kuramının başı büyük dertte.
Parçacık fiziği ve kuramsal fizik alanında yıllardır büyük bir yarış için-de bulunan ABD ve Avrupa araştırma kurumları şimdi harıl harıl yeni ve da-ha duyarlı girişimölçerler geliştirmeye çalışıyorlar. Bu duyarlı cihazların da önümüzdeki yıllarda öteki kuantum kütleçekim kuramlarını büyüteç altına almaları bekleniyor.
Amelino-Camelia’ya göre "bundan böyle fizikçiler akıllarına eseni söyle-mekte eskisi kadar özgür olmayacak-lar". Kuantum kütleçekim kuramları arasında en iddialısı diye nitelendiri-len süpersicim kuramı şimdilik sağlam görünüyor. "Ancak fizikçiler, bu kura-mın öngördüğü uzay-zaman dalgalan-maları konusundaki bilgilerini geniş-lettikçe işler değişebilir," diyor İsviçre-li biİsviçre-lim adamı.
Meksika’nın Zacatecas Üniversite-si kuramsal fizikçilerinden Dharam Ahuluwalia, ortaya çıkmaya başlayan sınav yöntemlerinin büyük öneme sa-hip olduğunu söylüyor. Kuramcıya gö-re "bu testler, kuantum kütleçekimi-nin, insanların deneylerine kapalı bir alan olmadığını gösteriyor."
Matthews, R., "Reality Check", New Scientist, 20 Mart 1999
Çeviri: Raşit Gürdilek
Mayıs 1999 59
Caltech’teki kütleçekimsel interferometre
Kuantum mekaniğinin kurucularından Max Planck (solda) ile genel göreliliğin kuramcısı Albert Einstein.
