Büyük TasarımStephan Hawking-Leonard Mladinov

Hawking ve Mlodinow bu kısa ve hareketlikitapta okuru alıp bir temel fizik ve kozmoloji

kasırgasına sürüklüyorlar.The Wall Street Journal

Büyük Tasarım büyüleyici, modern fiziğin tümkarmaşıklığı içinde bize net bir anlayış

kazandıracak fikirlerle dolu.Los Angeles Times

Yazarlar bir ilki gerçekleştirip kendi alanlarına

müthiş bir berraklık getiriyorlar...Bilimi bu denli çekici kılmak o kadar zor

değil; anlaşılır kılmak esas beceri.Time

Provokatif bir popüler bilim kitabı,

evrenimizin başlangıcına ilişkin en songörüşlere odaklanan bir keşif...

The New York Times

Okuru kuramsal fiziğin sınırlarındaki konularlatanıştırıyor. Bugüne kadar gördüklerim içinde

genel okurlar için en anlaşılır olanı.Steven Weinberg, The New York Review of

Books

Çığır açıcı.

The Washington Post

Provokatif, zihin açıcı bir kitap.The Plain Dealer

Douglas Adams, Otostopçunun GalaksiRehberi’nde karakterlerine bir bilgisayardan“hayatın, evrenin ve herşeyin” nihai yanıtını

sordurur. Stephen Hawking ve LeonardMlodinow’un Büyük, Tasarımda işaret

ettikleri gibi, bilgisayarın verdiği "42" yanıtıyardımcı olmaktan uzaktır.

Hawking ile, Mlodinow, o nihai soruya şuüç soruyu ilave ediyorlar:

Niçin hiçlik değil de varlık var?Niçin varız?

Niçin başka yasalar değil de bu bildiğimizyasalar var?

Hawking ve Mlodinow Antik Yunan’danmodern kozmolojiye kadar bilimin

gelişimindeki dönüm noktalarına işaretedip, Kuantum mekaniğine ve göreliliğe

ilişkin kuramların bir araya gelerek

evrenimizin nasıl yoktan var olduğunuanlamamızı sağalıyorlar. Şu an elimizde

bulunan en iyi fizik tanımının “M-Kuramı”denilen ve içinde yaşadığımız tek bir

evrenin değil, muazzam sayıda evrenin varolduğunu öngören kuram olduğunu

açıklıyorlar.Tüm olası evrenler arasından bazıları

yaşamın ortaya çıkışına olanak tanıyanyasalara sahip olmalı. Burada olduğumuzgerçeği, bize zaten çoklu evrenin böyle birnoktasında olduğumuzu anlatıyor. Böylece,

evrenin başlangıcına ilişkin tüm sorular,muazzam sayıda olası evreni işaret ediyor,

bunların bazılarının -şans eseri yaşamaolanak tanıyacak özelliklere sahip olduğunu

söylüyor.

STEPHEN HAWKING

Cambridge Üniversitesi Lucas Kürsüsünde

matematik profesörü olarak otuz yıl çalıştı;pek çok ödül ve nişan aldı; bunların

arasında en son ABD den aldığı ÖzgürlükMadalyası da vardır. Okurların yararlandığıbazı kitapları arasında klasikleşen Zamanın

Kısa Tarihi, Kara Delikler ve BebekEvrenler, Ceviz Kabuğundaki Evren veZamanın Daha Kısa Tarihi sayılabilir.

www.hawking.org.uk

LEONARD MLODINOW

California teknik Üniversitesi nde fizikçidir.Ayyaş yürüyüşü: Hayatımızı Yöneten

Rastlantılar, Öklid’in Penceresi: ParalelÇizgilerden Hiperuzaya Geometrinin

Öyküsü, Feynmanın Gökkuşağı: Hayatta veFizikte Güzellik Arayışı ve Zamanın Daha

Kısa Tarihi gibi çok satan kitaplarınyazarıdır.

Ayrıca Uzay Yolu, Next Generation için de

yazmıştır.Güney Pasadena, California’da

yaşamaktadır. www.its.caltech.edu/-Len

BÜYÜK TASARIMOrijinal adı: The Grand Design © 2010

by Stephen W. Hawking and LeonardMlodinow Orijinal görseller ©2010 by Peter

Bollinger Sidney Hanisin karikatürleri ©Sdencecartoonsplus.com Yazan: Stephen

Hawking, Leonard Mlodinow İngilizceaslından çeviren: Selma Öğünç

Türkçe yayın hakları: © Doğan EgmontYayıncılık ve Yapımcılık Tie. A.Ş.

Bu kitabın Türkçe yayın hakları Akçalı TelifHakları Ajansı aracılığıyla satın alınmıştır.

1. baskı/Mart 2012

7. baskı / Nisan 2012 / ISBN 978-605-09-0570-0 Sertifika no: 11940

Kapak tasarımı: Yavuz KorkutBaskı: Mega Basım, Baha iş Merkezi. A Blok

Haramidere / Avcılar - İSTANBULTel. (212)4224445Sertifika no: 12026

Doğan Egmont Yayıncılık ve YapımcılıkTic. A.Ş.

19 Mayıs Cad. Golden Plaza No. 1 Kat10,34360 Şişli - İSTANBUL Tel. (212) 373

77 00 / Faks (212) 355 83 16www.dogankitap.com.tr /

editor@dogankitap.com.tr /satis@dogankitap.com.tr

Büyük Tasarım

Stephen Hawking

Leonard Mlodinow

Çeviren: Selma Öğünç

1

Varoluşun gizemi

H

er birimiz ancak kısa bir süre için var oluruzve bu süre içinde evrenin küçük bir parçasınıkeşfederiz. Ama insanoğlu meraklı bir türdür.Yanıtları merak eder, peşine düşeriz. Onlarabazen sevecen bazen de zalimce davrananbu uçsuz bucaksız dünyada yaşayıpüzerindeki hudutsuz gökyüzünden gözlerinialamayan insanlar, her zaman yığınla sorusormuşlardır: Kendimizi içinde bulduğumuzbu dünyayı nasıl anlayabiliriz? Evren nasıldevinir? Gerçeğin doğası nedir? Bütün bunlarnereden geldi? Evrenin bir yaratıcıya ihtiyacı

var mı? Çoğumuz zamanımızın tümünü busoruları düşünerek geçirmeyiz, ama hemenhepimiz zaman zaman bu sorularıdüşünürüz.

Geleneksel olarak bunlar felsefeye aitsorulardır ama felsefe ölüdür. Felsefe,bilimdeki özellikle fizikteki çağdaşgelişmelere ayak uyduramamıştır. Bilgiarayışımızda keşiflerin meşalesi artık biliminsanlarının elindedir. Bu kitabın amacı, sonkeşifler ve kuramsal ilerlemelerin ortayaçıkardığı yanıtları gözden geçirmektir. Buyanıtlar bize evrenin yeni bir resminigösteriyor ve bu resim, henüz on ya da yirmiyıl önce çizdiğimiz resimden bile farklı. Yinede bu yeni anlayışın ilk izlerini neredeyse biryüzyıl öncesine kadar takip edebiliriz.

Geleneksel evren anlayışına göre,nesneler iyi tanımlanmış yollar izler vegeçmişleri bellidir. Onların kesin yerlerini

zamanın her anında belirleyebiliriz. Buhesaplama gündelik amaçlar için yeterincebaşarılı olmakla birlikte 1920’lerde bu“klasik” resmin, varoluşun atom ve atomaltıdüzeylerinde gözlemlenen tuhaf davranışlarıaçıklayamadığı ortaya çıktı. Böylelikle, adınakuantum fiziği denilen yeni bir çerçeveninkabul edilmesi gerekti. Kuantumkuramlarının bu ölçeklerdeki olaylarıolağanüstü doğruluk-

.. işte benim felsefem."

ta kestirebildiği gibi, gündelik hayatınmakroskopik (çıplak gözle görülen)dünyasına uygulandıklarında eski klasikkuramın kes- tirimlerini de tekrarlayabildiğiortaya çıktı. Ancak kuantum fiziği ve klasikfizik, fiziksel gerçekliğin çok farklı tanımlarınıtemel alır.

Kuantum kuramları pek çok farklı biçimdeformüle edilebilir, ancak belki de en sezgiseltanım, California Teknoloji Enstitüsü’ndeçalışıp striptiz yapılan bir gece kulübündebongo çalacak kadar renkli bir kişiliği olanRichard (Dick) Feynman tarafındanyapılmıştır. Feynman’a göre bir sistemin tekbir geçmişi yoktur, bir sistem bütün olasıgeçmişlere sahiptir. Yanıtlarımızı ararkenFeynman’ın yaklaşımını ayrıntılı olarakaçıklayacağız ve evrenin tek bir geçmişi

olmadığı, hatta bağımsız bir varlığı olmadığıgörüşünü incelerken onun yaklaşımınıkullanacağız. Bu, pek çok fizikçi için bileradikal bir düşünce olabilir. Aslında günümüzbilimindeki birçok kavram gibi sağduyuyakarşı görünüyor. Ancak sağduyu gündelikdeneyimlere dayanır, atomun derinliklerineveya evrenin erken dönemlerine gözatmamızı sağlayan teknolojilerin mucizeleriaracılığıyla kendini gösteren evrene değil.

Çağdaş fizik ortaya çıkıncaya kadar,genelde dünya hakkında bilgilere doğrudangözlemle ulaşabileceğimizi; şeylerinduyularımız aracılığıyla algıladığımız şekilde,göründükleri gibi olduğunu düşünüyorduk.Ancak Feynman’ınki gibi gündelikdeneyimlerle uyuşmayan görüşlere dayanançağdaş fiziğin muazzam başarısı, durumunböyle olmadığını gösterdi. Bu nedenle naifgerçeklik anlayışı çağdaş fizikle bağdaşmaz.Böylesi paradokslarla başa çıkabilmek için

modele bağlı gerçeklik dediğimiz bir yaklaşımbenimseyeceğiz. Bu yaklaşım, beynimizinduyu organlarımızdan gelen verileri bir dünyamodeli oluşturarak yorumladığı düşüncesinedayanır. Böyle bir model olayları açıklamaktabaşarılıysa, onu oluşturan unsurları vekavramları gerçekliğin niteliği veya mutlakhakikat olarak kabul etme eğiliminde oluruz.Ancak aynı fiziksel durumu değişik temelunsurlar ve kavramlar kullanarakmodellemenin farklı yolları olabilir. İki farklıfizik kuramı veya model, aynı olayları doğruolarak öngörebiliyorsa, birinin diğerindendaha doğru olduğu söylenemez; daha çok,bize en uygun modeli kullanmakta özgüroluruz.

Bilim tarihinde Platon’dan Newton’ın klasikkuramına, çağdaş kuantum kuramlarınakadar; giderek daha da iyi kuramlar veyamodeller keşfettik. Doğal olarak şunusorabiliriz: Bu kuramlar dizisi, yapabildiğimiz

bütün gözlemleri öngören ve bütün güçlerikapsayan evrenin nihai kuramıyla sonbulacak mı? Veya sonsuza kadar daha iyikuramlar bulmaya devam edeceğiz amadaha ötesi olmayan bir kuramı aslabulamayacak mıyız? Henüz kesin biryanıtımız yok, ama şimdi her şeyin nihaikuramı için (gerçekten böyle bir kuramvarsa) bir adayımız var: M-kuramı. M-kuramı, nihai kuramda olması gerektiğinidüşündüğünüz bütün özelliklere sahip olantek model ve bundan sonrakitartışmalarımızın çoğu bu kuramı temelalacak.

M-kuramı alışılmış kuramlardan değil.Farklı kuramlardan oluşan bir aile; içindekiher bir kuram, yalnızca belli alanlardakifiziksel durumların gözlemlerini tanımlıyor.Bir haritaya benziyor biraz. Dünyanın bütünyüzeyini tek bir haritada göstermeninmümkün olmadığını herkes bilir. Merkator

Projeksiyonu{1} kullanılan dünyaharitalarında en kuzey ve en güneydekibölgeler çok daha büyük görünür ve kutuplargörünmez. Bütün yeryüzünüharitalandırabilmek için, her biri sınırlı birbölgeyi gösteren bir dizi harita kullanmamızgerekir. Haritaların birbirleri ile örtüştüğüyerler aynı bölgeleri gösterir. M-kuramı dabuna benzer. M-kuramı ailesindeki kuramlarbirbirlerinden çok farklı görünebilir, ama herbiri temelde yatan tek bir kuramın farklıyönleri olarak kabul edilebilir. Bunlar, M-kuramının yalnızca sınır-

Dünya haritası Evreni temsil etmesi için birdizi örtüşen kuram gerekebilir; tıpkı bütün

yeryüzünü gösterebilmek için birbiriyleörtüşen haritaların gerekmesi gibi.

lı bir alana -örneğin, enerji gibi belirliniceliklerin küçük olduğu durumlara-uygulanabilen uyarlamalarıdır. TıpkıMerkator Projeksiyonu’nun birbirinin üzerinebinen haritaları gibi, üst üste geldikleriyerlerde aynı fenomeni öngörürler. Ancak,dünyanın bütün yüzeyini en iyi şekildegösterecek düz bir harita olmadığı gibi,bütün durumlara ait gözlemleri en iyi şekildeifade edecek tek bir kuram da yoktur.

M-kuramının yaratılış sorusuna nasılyanıtlar verdiğini de tartışacağız. M-kuramınagöre tek evren bizimki değil. Aksine, M-kuramı çok sayıda evrenin yoktan varedildiğini öngörür. Bu evrenlerin yaratılışı

doğaüstü bir gücün veya Tanrı’nınmüdahalesini gerektirmez. Aslında buçokluevrenler kendiliklerinden fizikyasasından doğarlar. Onlar biliminöngörüsüdür. Her evren pek çok olasıgeçmişe ve şimdiki zaman gibi yaratılışındançok sonraki bir zamana karşılık gelen pekçok olası duruma sahiptir. Bu durumlarınçoğu bizim gözlemlediğimiz evrene hiçbenzemeyecektir ve herhangi bir yaşamformunun varlığı için hiç uygun olmayacaktır.Sadece çok azı bizim gibi canlıların varlığınaizin verecektir. Böylece bizim varlığımız, buuçsuz bucaksız evrenler dizisinden yalnızcavaroluşumuza uygun olanları seçecektir.Kozmik ölçekte biz her ne kadar çelimsiz veönemsiz olsak da, bu seçim bizi bir anlamdayaratılışın tanrıları kılmaktadır.

Evreni en derin düzeydekavrayabilmek için yalnızca evreninnasıl hareket ettiğini değil, niçin öyle hareket

ettiğini de bilmek zorundayız.

Niçin hiçlik değil de varlık var?

Niçin varız?

Niçin başka yasalar değil de bu bildiğimizyasalar var?

Bu “Hayat’ın, Evren’in ve Her Şey’in NihaiSorusu”dur.* Bu kitapta yanıtını vermeyeçalışacağız. Ancak, Otostopçu’nun GalaksiRehberi'nde verilen yanıtın aksine, bizimkibasitçe “42”** olmayacak.

* Douglas Adams'ın OtostopçununGalaksi Rehberi adlı kitabında DerinDüşünce adlı bilgisayara yanıtlamasıiçin sorulan soru. (ç.n)

**Bilgisayarın bu soruya verdiği yanıt,(ç.n.)

2

Yasaların üstünlüğü

Kurt Skoll Ay’ıürkütür,O da AcılarOrmanı’nakadar uçar.KurtHati,Hridvitnir’inakrabasıGüneş’inpeşinedüşer.

“Grimnismal” The Elder Edda

V

iking mitolojisinde Skoll ve Hati Ay’ı veGüneş’i kovalar. Bunlardan biriyakalandığında tutulma gerçekleşir. Buolduğunda, yeryüzündeki insanlar kurtlarıkorkutup Ay veya Güneş’i kurtarmakamacıyla ellerinden geldiğince çok gürültüyaparlar. Diğer kültürlerde de benzeriefsaneler vardır. Ancak bir süre sonrainsanlar, Güneş’in ve Ay’ın onlar etraftakoşturarak bağırıp çağırmasalar datutulmadan çıktıklarını fark etmiş olmalılar.Hatta bir süre sonra tutulmanın rastgeleolmadığını da fark etmiş olmalılar.Tutulmalar kendilerini tekrar eden düzenliörüntülerdir. Bunu Ay tutulmalarında çokdaha açık bir şekilde gözlemleyen Babilliler,Dünya’nın Güneş’in ışığını kesmesi yüzündenbu durumun oluştuğunu anlamasalar da, Aytutulmalarını oldukça doğru bir şekildehesaplamışlardır. Güneş tutulmalarıyeryüzünde ancak 30 millik bir koridor içinde

gözlenebildiğinden, hesaplanması çok dahazordur. Yine de oluşumların düzeni bir kezkavrandığında, tutulmaların doğaüstüvarlıkların keyiflerine bağlı olmadığı, yasalartarafından yönetildiği açığa çıkmış olur.

Erken dönemlerde gökcisimlerininhareketlerini oldukça başarılı bir şekildeöngörmelerine rağmen, atalarımızın pek çokdoğa olayını önceden bilmeleri olanaksızdı.Volkanlar, depremler, fırtınalar, salgınlar veayak tırnaklarının batması görünür bir nedenveya bir döngü olmaksızın meydanageliyordu. Eski zamanlarda doğanın şiddetlihareketlerini kötü niyetli ya da yaramaztanrılar panteonuna atfetmek olağandı.Genellikle felaketler, bir şekilde tanrılarıkızdırmış olduğumuzun işareti olarakalgılanıyordu. Örneğin, MÖ 5600 yıllarındaOregon’daki Mazama Dağı volkanı faaliyetegeçerek yıllarca taş ve yanan kül yağdırdı ve

sonunda volkanın kraterim dolduracak kadarçok yağmura neden oldu; günü-

Tutulma Eski zaman insanları tutulmayaneyin neden olduğunu bilmiyorlardı, ama

tutulmaların döngüsel olduğunu farketmişlerdi.

müzde buraya Krater Gölü diyoruz.Oregon’daki Klamath yerlilerinin söylenceleribu olayın bütün jeolojik ayrıntılarıylatamamen örtüşür, ancak felakete nedenolan bir insan portresi çizerek bir parçadram eklemişlerdir. İnsanların suçlulukduyma becerileri o kadar büyüktür ki,mutlaka kendilerini suçlayacak bir yolbulurlar. Söylenceye göre Aşağı Dünya’nınşefi Llao, Klamath şefinin güzelim kızına âşıkolur. Kız aşkını kabul etmeyince Llao intikamalmak için insanların kabilesini ateşle yoketmeye çalışır. Şanslarına Yukarı Dünya’nınşefi Skell insanlara acır ve onunla savaşır.Sonunda Llao yaralanır ve Mazama Dağı’nın

içine çekilir. Ardında büyük bir delik bırakır,sonradan bu krater suyla dolar.

Eski zamanlarda doğanın nasıl işlediğinianlayamayan insanlar, hayatlarındaki heralana hükmetmesi için tanrılar icat etmiştir.Aşk ve savaş tanrıları, güneş, yeryüzü,gökyüzü tanrıları, okyanus ve nehirlerintanrıları, yağmur ve gök gürültüsü tanrılarıhatta depremler ve volkanların dahi tanrılarıvardı. Tanrılar memnun edilmişse insanlaraiyi hava ve barış ihsan edilir, hastalık vefelaketlerden korunurlardı. Ancak memnundeğillerse kuraklık, savaş ve salgın olurdu.Doğadaki neden-sonuç ilişkisi anlaşılamadığıiçin bu tanrılar çok gizemliydi ve insanlaronların merhametine kalmışlardı. Ancakbundan 2600 yıl kadar önce, MiletosluThales (yak. MÖ 624-546) ile birlikte budurum değişmeye başladı. Doğanın izlediğitutarlı ilkelerin anlaşılabilir olduğu düşüncesidoğdu. Ve böylece tanrıların hükümdarlığı

anlayışının yerini, doğanın yasalarıtarafından yönetilen ve bir gün nasılokunacağını öğreneceğimiz bir plana göreyaratılan bir evren anlayışının aldığı o uzunsüreç başladı.

İnsanlık tarihine baktığımızda bilimselaraştırmanın çok yeni bir girişim olduğunugörürüz. Bizim türümüz, Homo sapiens, MÖ200.000 civarında Büyük Sahra Çölü’nün altkısımlarında ortaya çıktı. Tahıl üretimietrafında örgütlenen toplumların ürünü olanyazılı dilin geçmişi ise yalnızca MÖ 7000’liyıllara kadar uzanır. (En eski yazılardanbazıları, izin verilen günlük bira tayınlarıhakkındadır.) Büyük bir uygarlık kurmuş olanEski Yunan’a ait ilk yazılı kaydın tarihi MÖ 9.yüzyıldır; ancak bu uygarlığın en yüksekdevri, yani “klasik dönem” birkaç yüzyılsonra; MÖ 500’den biraz önce başlamıştır.Aristoteles’e (MÖ 384-322) göre, dünyanınanlaşılabileceği, çevremizdeki karmaşık

olayların basit ilkelere indirgenebileceği vebunların mitlere veya teolojik yorumlaragerek kalmadan açıklanabileceği düşüncesiilk kez Thales tarafından bu dönemde ilerisürülmüştür.

Bir Güneş tutulmasını ilk kez öngörmeşerefi Thales’e ait olsa da MÖ 585’tegerçekleşen tutulmayı büyük bir doğruluklaöngörmesi muhtemelen çok şanslı birtahmindi. Thales, ardında kendine aitherhangi bir yazı bırakmayan, karanlıklardakalmış bir figürdür. Yunanlıların kolonisi olanİonya’daki evi entelektüel merkezlerdenbiridir ve yarattığı etki, sonunda Anadolu’dantaşıp batıya, İtalya’ya kadar ulaşmıştır. Enbüyük özelliği doğal fenomenlerin temelyasalarını açıklamak olan İon bilimi, insanındüşünce tarihinde çok önemli bir dönümnoktası olmuştur. Yaklaşımları akılcıdır ve buyaklaşım onları birçok konuda bizimgünümüzde kullandığımız gelişmiş

yöntemlerle elde ettiklerimize şaşırtıcıderecede benzer sonuçlara ulaştırmıştır. Bubüyük bir başlangıcı temsil etmektedir.Yüzyıllar geçtikçe İon bilimi unutulacak,ancak zamanla defalarca yenidenkeşfedilecek veya yeniden icat edilecektir.

Efsaneye göre, bugün doğa yasasıdiyebileceğimiz ilk matematik formülünübulan ve günümüzde onun adıyla anılankuramla ünlenen İonyalı Pythagoras’tır (yak.MÖ 580-490). Bu kurama göre bir diküçgende hipotenüsün (üçgenin en uzunkenarı) karesi, diğer iki kenarının karelerinintoplamına eşittir. Müzik aletlerinde kullanılantellerin uzunluğu ile sesin armonikbirleşimleri arasındaki rakamsal ilişkiyi dePythagoras’ın bulduğu söylenir. Günümüzdiliyle bu ilişkiyi şöyle ifade edebiliriz: Sabitbir gerilim altında titreşen bir telin frekansı -saniyedeki titreşim sayısı- telin uzunluğuylaters orantılıdır. Pratik açıdan bakacak

olursak, bas gitar tellerinin diğer gitarlaragöre neden daha uzun olması gerektiğiniböylece anlamış oluruz. Belki de Pythagorasbunu gerçekten keşfetmedi -hatta kendiadıyla anılan kuramı da o keşfetmedi- ancaktelin uzunluğu ile ses perdesi arasındakiilişkinin onun zamanında bilindiğine dairkanıtlar var. Eğer öyleyse, bu basitmatematiksel formülü, günümüzdekikuramsal fiziğin ilk örneği olarak kabuledebiliriz.

Pythagoras’ın tellere ilişkin yasasınındışında, eskilerin doğru olarak bildiği fizikyasaları, antikçağın en önemli fizikçisi olanArkhimedes (yak. MÖ 287-212) tarafındanformüle edilen üç yasadır. Günümüzterminolojisiyle, kaldıraç yasası küçükgüçlerin çok büyük ağırlıkları kaldırabileceğiniifade eder; çünkü kaldıraç, uygulanan gücüdayanak noktasından uzaklığı oranındaartırır. Sıvıların kaldırma yasası, bir sıvıya

batırılan herhangi bir nesnenin taşırdığısıvının ağırlığına eşit bir güçle yukarı doğruitileceğini açıklar. Yansıma yasası ise, bir ışıkışını ile ayna arasındaki açının, yansıyanışıkla ayna arasındaki açıya eşit olduğunusöyler. Ancak Arkhimedes bunlara ne yasadedi, ne de bunları gözlem ve ölçümleredayanan verilerle açıkladı. Tersine bunlarısaf matematiksel kuramlar olarak görüp,daha çok Öklid’in geometri için yarattığısisteme benzeyen bir aksiyom sistemi içindeele aldı.

İon etkisi yayıldıkça, evrenin gözlem vemantık yoluyla anlaşılabilen bir iç düzenesahip olduğunu fark eden başkaları da çıktı.Thales’in bir arkadaşı belki de öğrencisi olanAnaksimandros (yak. MÖ 610-546) yenidoğan bebeklerin ne kadar çaresizolduklarına bakarak, ilk insanın yeryüzündebir bebek olarak ortaya çıkması durumunda,hayatta kalamayacağını savundu. İnsanlığın

ilk evrim halkasının ne olabileceğini düşünenAnaksimandros, insanların bebekleri dahagüçlü olan diğer hayvanlardan ev- rimleştiğiiddiasını ileri sürdü. Sicilya’da Empedokles(yak. MÖ 490-430) clepsydra (su saati) adlıbir aletin nasıl kullanıldığına dair gözlemleryaptı. Açık bir ağza ve dibinde küçükdeliklere sahip bir kaptan ibaret bu alet,bazen kevgir olarak da kullanılıyordu. Suyabatırıldığında doluyor, ağzı kapatılarakçıkarıldığında, içindeki su küçük deliklerdenakıp gitmiyordu. Ancak Empedokles, suyasokmadan önce aletin ağzı kapatıldığındaiçine

İonya ilk kez doğal fenomenleri din veyamitoloji yerine doğa yasalarıyla açıklayanlar

eski İonya âlimleri oldu.

su almadığını fark etti. Yürüttüğü mantığagöre, suyun deliklerden geçip içeridekiboşluğa dolmasını engelleyen görünmez birşey olmalıydı - böylece bizim hava dediğimizmaddeyi keşfetmiş oldu.

Aynı sırada Yunanistan’ın kuzeyindeki birİon kolonisinde yaşayan Demokritos (yak.MÖ 460-370) bir nesneyi kırarak veyakeserek parçalara ayırdığınızda nelerolduğuna kafa yoruyordu. Bu işlemi sonsuzakadar yapamayacağımızı savunuyordu. Canlıvarlıklar da dahil olmak üzere her nesneninkınlamaz veya kesilemez temelparçacıklardan oluştuğunu öne sürüyordu.Bu en küçük parçacığa Yunanca bir sıfat olanve kesilemez anlamına gelen “atom” adını

verdi. Demokritos, her maddi fenomeninatomların çarpışması sonucunda meydanageldiğine inanıyordu. Onun görüşüne görebütün atomlar uzayda devinim halindedir veengellenmedikleri sürece devinimlerinisonsuza dek sürdürürler. Günümüzde budüşünceye eylemsizlik ilkesi diyoruz.

Bizim evrenin merkezinde yaşayan özelvarlıklar değil, yalnızca sıradan varlıklarolduğumuza dair devrimci düşüncenin sahibi,İonya’nın son bilim insanlarından biri olanAristarkhos’tur (MÖ 310-230). Onun sadecebir hesaplaması günümüze kaldı; Aytutulması sırasında Dünya’nın Ay’ın üzerinedüşen gölgesinin büyüklüğüne dair dikkatligözlemlerinin karmaşık bir geometrik analizi.Bu verilerden hareket ederek, Güneş’inDünya’dan çok daha büyük olması gerektiğisonucuna vardı. Belki de büyük nesnelerinküçük nesneler etrafında değil de, küçüknesnelerin büyük nesnelerin etrafında

dönmesinden etkilenerek, Dünya’nın Güneşsisteminin merkezinde olmadığını, çok dahabüyük olan Güneş’in etrafında dönengezegenlerden biri olduğunu savunan ilkbilim insanı oldu. Dünyamızın yalnızca diğergezegenlerden biri olduğunu fark ettiktensonra, Güneş’in de sıradan olduğunuanlamak için küçük bir adım atmak yeterlidir.Aristarkhos da bundan şüphelendi vegeceleri gökyüzünde gördüğümüz yıldızlarınaslında uzak güneşlerden başka bir şeyolmadıklarına inandı.

İonyalılar, antik Yunan felsefesine ait,farklı ve genellikle birbirine karşıtgeleneklere sahip pek çok okuldan biriydi.Ne yazık ki İonyalıların doğaya bakış açıları -genel yasalar aracılığı ile açıklanabilen ve birdizi basit ilkeye indirgenebilen görüşleri-yalnızca birkaç yüzyıl boyunca güçlü birşekilde etkili olabildi. Bunun nedenlerindenbiri, İonya kuramlarının özgür irade, amaç

veya dünyanın işlerine karışan Tanrılarkavramına yer vermemeleriydi. Bunlarınihmal edilmesi o zamanın çoğu Yunandüşünürü için son derece ürkütücüydü, tıpkıgünümüzde birçok insan için olduğu gibi.Örneğin filozof Epikuros (yak. MÖ 341-270)standart atomcu görüşlere “doğacıfilozofların yazgılarına ‘köle’ olmaktansa,tanrılar hakkındaki mitleri izlemenin daha iyi”olduğunu söyleyerek karşı çıktı. Aristotelesde atomcu görüşü reddetti, çünkü insanlarınruhsuz ve cansız maddelerden meydanagelmiş olmasını kabul edemiyordu.İonyalıların insanın evrenin merkezindeolmadığı görüşü, kozmosu anlamamızda birdönüm noktası olmuştur, ancak bu görüşGalileo Galilei’ye kadar, neredeyse yirmiyüzyıl boyunca bir kenara bırakılacaktır.

Doğa hakkındaki bazı yorumlan oldukçayüksek bir kavrayışa sahip olsa da, antikYunan dönemine ait görüşlerin çoğu

çağımızda geçerli sayılan bilim için yeterlideğildi. İlk olarak, Yunanlılar bilimselyöntemi keşfetmemiş olduklarındankuramlarını deneysel olarak doğrulamakamacıyla geliştirmemişlerdi. Dolayısıyla, birbilgin atomun diğer bir atomla çarpışıncayakadar düz bir çizgide ilerlediğini öne sürse,diğeri de atomun ancak bir tepegözeçarpıncaya kadar yoluna düz devam ettiğimsavunsaydı, aralarındaki tartışmayısonuçlandırmanın nesnel bir yolu yoktu.Ayrıca insanla fiziksel yasalar arasında netbir ayrım yoktu. MÖ 5. yüzyılda örneğin,Anaksimandros, her şeyin bir ilk cevherdenortaya çıktığını ve “yaptıkları kötülüklerincezasını ödeme” korkusuyla yeniden onageri döndüğünü yazar. İonyalı yazarHerakleitos’a (yaklaşık MÖ 35-475) göregüneş, adalet tanrıçası peşinde olduğu içinbu şekilde hareket etmektedir. Birkaç yüzyılsonra, MÖ 3. yüzyılda ortaya çıkan Stoacılar

insanların koyduğu yasalarla doğa yasalarıarasında ayrım yaptılar, ancak insanındavranışına ait bazı yasaların evrenselolduğunu düşünerek -Tanrı’ya saygı duymak,anne babaya itaat etmek gibi- bunları doğayasaları arasına eklediler. Diğer yandan,genellikle fiziksel süreçleri yasal terimlerletanımladılar ve bunlar için yaptırımın gerekliolduğuna inandılar; cansız nesnelerin bileyasalara “itaat etmesi” gerekiyordu.İnsanların trafik kurallarına uymasınısağlamanın zor olduğunu düşünüyorsanızeğer, bir asteroidi bir elips üzerinde hareketetmesi için ikna etmeye çalıştığınızı hayaledin bir de.

Bu gelenek, yüzyıllar boyunca Yunanlılarıizleyen pek çok düşünürü de etkiledi. 13.yüzyılın başında ilk Hıristiyan filozoflardanolan Aquino’lu Aziz Tommaso (1225-1274)bu görüşü benimseyerek Tanrı’nın varlığınınispatı için kullandı: “Cansız nesnelerin

sonlarına tesadüfen değil, kasıtlı olarakulaştığı açıktır... Bu nedenle, doğadaki herşeyin bir sonu olmasını buyuran akıllı birvarlık mevcuttur.” Hatta 16. yüzyıl gibi geçbir tarihte bile büyük Alman astronomuKepler (1571-1630), gezegenlerin duyumasahip olduklarına, “zihinleriyle” kavradıklarıhareket yasalarına bilinçli olarak uyduklarınainanıyordu.

Doğanın yasalarına kasıtlı olarak uyulmasıgerektiği düşüncesi, eskilerin doğanın nasılböyle davrandığına değil, niçin böyledavrandığına odaklandıklarını gösteriyor. Budüşüncenin önde gelen savunucularındanolan Aristoteles, bilimin ilke olarakgözlemlere dayandığı düşüncesinireddetmiştir. Antik çağlarda kesin ölçümlerve matematiksel hesaplar yapmak herbakımdan zordu. Aritmetik için çok ikna edicibulduğumuz on rakamlı sistem ancak MS700’lü yıllarda, bu konuda dev adımlar atan

Hindular sayesinde bulunmuştur. Toplama veçıkartma için kullanılan kısaltmalar için ise15. yüzyılı beklememiz gerekti. Eşittir işareti,zamanı saniyesine kadar ölçen saatler 16.yüzyıldan önce mevcut değildi.

Yine de, Aristoteles niceliksel öngörülerüreten bir fizik anlayışı geliştirmek için ölçümve hesaplamaları bir engel olarak görmedi.Tersine onlara hiç ihtiyaç duymadı.Aristoteles kendi fizik anlayışını entelektüelanlamda uygun bulduğu ilkeler üzerineoturttu. Uygun bulmadığı gerçekleri örtbasetti, çabalarını şeylerin oluş nedenlerineyoğunlaştırdı, gerçekten ne olduğu konusunaise pek az enerji harcadı. Ancak düşünceleriile gözlemler arasındaki çelişkiler çok açık vegöz ardı edilemez olduğunda onları yenidenuyarladı. Yalnız bu uyarlamalar çelişkilerinüzerini ancak örten geçici açıklamalardanibaretti. Kuramı gerçeklikten ne kadarsapmış olursa olsun, onu daima çelişkiyi

ortadan kaldırmaya yetecek kadardeğiştirebiliyordu. Örneğin, onun hareketkuramına göre ağır cisimler ağırlıklarıylaorantılı olan sabit bir hızla düşerler.Nesnelerin düşerken hızlarının arttığıgerçeğini açıklamak için yeni bir ilke icat etti-doğal durma noktalarına yaklaşan nesnelerdaha bir coşkuyla ilerler ve bu yüzden hızlarıartar; bu ilke günümüzde cansız nesnelerdençok bazı insanlar için daha uygunmuş gibigörünüyor. Aristoteles’in kuramları genelolarak çok az öngörü değeri taşısa da, bilimeyaklaşımı Batılı düşünceyi yaklaşık iki bin yılboyunca egemenliği altına aldı.

Yunanlıların Hıristiyan ardılları, evreninonlara ilgisiz kalan doğa yasaları tarafındanyönetildiği görüşünü reddettiler. Ayrıcainsanların bu evrenin merkezinde ayrıcalıklıbir yere sahip olmadığı düşüncesini dereddettiler. Ortaçağda tutarlı bir felsefesistemi olmasa da genel eğilim evrenin

Tanrı’nın oyun alanı olduğu yönündeydi vedoğal fenomenler yerine din üzerineçalışmak çok daha değerli görülüyordu.Gerçekten de 1277’de, Paris PiskoposuTempier, XXI. Papa Johannes’in talimatlarıüzerine harekete geçerek 219 maddelik birlanetlenecek günahlar veya sapkınlıklarlistesi yayınladı. Sapkınlıklar arasındadoğanın yasalarının bulunduğu düşüncesi devardı, çünkü bu düşünce Tanrı’nın kadirimutlak oluşuna aykırıydı. Birkaç ay sonrasarayının tavanı üzerine çöktüğünde PapaJohannes’in yerçekimi yasası yüzündenölmesi ilginçtir.

Doğanın yasaları kavramı 17. yüzyıldaortaya çıkmıştır. Daha önce belirttiğimiz gibi,fiziksel nesnelere ilişkin animist bir görüşesahip olmasına karşın, bu fikri modern bilimanlamında ilk kavrayan Kepler olmuştur.Galilei (1564-1642) en bilimselçalışmalarında “yasa” sözcüğünü

kullanmamıştır (ancak çalışmalarının bazıçevirilerinde “yasa” sözcüğüne rastlanır). Busözcüğü kullanmış olsun ya da olmasınGalilei pek çok yasanın açığa çıkmasınısağlamış, bilimin temelinin gözlemedayandığını ve bilimin amacının da fizikselfenomenler arasında var olan nicel ilişkilerinaraştırılması olduğunu savunmuştur. Ancakdoğa yasaları kavramını bugün anladığımızhaliyle açık ve ayrıntılı bir biçimde formüleeden ilk kişi René Descartes (1596-1650)olmuştur.

"Uzun saltanatım sırasında öğrendiğim birşey varsa, o da sıcaklığın arttığıdır."

Descartes, bütün fiziksel fenomenlerin -Newton’ın ünlü hareket yasalarının öncüleriolan- üç yasanın yönettiği devinen kütlelerinçarpışmalarına dayanarak açıklanmasıgerektiğine inanıyordu. Bu doğa yasalarınınher yerde ve her zaman geçerli olduklarınıileri sürdü ve bu yasalara uyulmasınındevinen kütlelerin zihinleri olduğu anlamınagelmediğini açıkça belirtti. Ayrıca Descartes,günümüzde “başlangıç koşulları” dediğimizkonunun önemini de anlamıştı. Başlangıçkoşulları; bir sistemin, hakkında öngörüdebulunulan herhangi bir zaman aralığınınbaşlangıcındaki durumunu tanımlar. Doğayasaları, verili bir dizi başlangıç koşuluyla birsistemin zaman içerisinde nasıl gelişeceğinitayin eder, ancak belirli bir başlangıç

koşulları dizisi olmaksızın gelişimtanımlanamaz. Örneğin sıfır zamanda tamüstümüzdeki bir güvercin pislemiş olsun; odüşen nesnenin yolu Newton yasalarıncabelirlenir. Ancak güvercinin sıfır zamanda birtelefon teli üzerinde kımıldamadan duruyorya da saatte yirmi mil hızla uçuyor oluşunabağlı olarak, ortaya çıkan sonuçlar çok farklıolacaktır. Fizik yasalarını uygulayabilmek için,bir sistemin nasıl başladığı veya en azındanbelirli bir zamandaki dununu bilinmelidir. (Buyasalar bir sistemi zaman içerisinde geriyedoğru izlemek için de kullanılabilir.)

Doğa yasalarının varlığına duyulan inancıntazelenmesiyle, bu yasaları Tanrı kavramıylauzlaştırmaya yönelik yeni girişimler de boygösterdi. Descartes’a göre Tanrı isterse etikönermelerin veya matematiksel kuramlarındoğruluğunu veya yanlışlığını değiştirebilir,ama doğayı değiştiremezdi. Doğa yasalarınıTanrı’nın emrettiğine inanıyordu, ancak

Tanrı’nın bu yasalardan başka seçeneğiyoktu; onları seçmişti, çünkü sadece buyasalar mümkündü. Bu anlayış Tanrı'nınotoritesini çiğnemek olarak görülebilirdi,ancak Descartes bu yasaların Tanrı’nın kendiöz doğasının yansımaları olduğunu, buyüzden değiştirilemez olduğunu söyleyerekbundan kurtulmanın yolunu bulmuştu. Budoğruysa Tanrı’nın, her biri farklı başlangıçkoşullarına karşılık gelen birbirinden çokfarklı dünyalar yaratma şansına sahip olduğudüşünülebilir. Ancak Descartes bunu dayadsır. Ona göre, evrenin başlangıcında nasılbir düzenleme olursa olsun, zaman içerisindetıpkı bizimkine benzeyen bir dünya ortayaçıkacaktır. Dahası Descartes’a göre Tanrıdünyayı bir kez yaratıp düzene soktuktansonra tamamen kendi başına bırakmıştır.

Benzer bir tutum (bazı istisnalar dışında)Isaac Newton (1643- 1727) tarafından dabenimsenmiştir. Newton’ın üç hareket yasası,

Dünya’nın, Ay’ın ve gezegenlerinyörüngelerini ve gelgit gibi fenomenleriaçıklayan çekim yasası modern bilimanlamında yaygın bir kabul görmüştür.Yarattığı az sayıdaki denklem ve onlardangeliştirdiğimiz matematiksel çerçevegünümüzde hâlâ öğretilmekte ve bina çizenbir mimar, araba tasarlayan bir mühendisveya bir roketin Mars’a nasıl gideceğinihesaplayan bir fizikçi tarafından hâlâkullanılmaktadır. Şair Alexander Pope’undediği gibi.

Doğa ve Doğa’nın Yasaları geceniniçinde saklıydı;Tanrı Newton olsun! dedi ve her şeyaydınlandı.

Günümüzde pek çok bilim insanı, bir doğayasasının gözlenmiş bir düzene dayanan birkural olduğunu ve temel aldığı mevcut

durumun ötesine geçen öngörüler sağladığınısöyleyecektir. Örneğin hayatımızın her günüGüneş’in doğudan doğduğunu görürüz veyasa olarak “Güneş her zaman doğudandoğar” deriz. Bu, Güneş’in doğuşuyla ilgilisınırlı gözlemlerimizin ötesine geçen birgenellemedir ve gelecek için sınanabiliröngörülerde bulunmamızı sağlar. Öte yandan“bu ofisteki bilgisayarlar siyahtır” gibi birifade bir doğa yasası değildir, çünkü yalnızcaofisteki bilgisayarlara ilişkindir ve “eğer ofiseyeni bir bilgisayar alınacak olursa rengi siyaholacaktır” gibi bir öngörüsü yoktur.

“Doğa yasası” kavramına ilişkin çağdaşanlayışımız filozofların uzun uzadıya tartıştığıbir konudur ve ilk bakışta zannedildiğindendaha incelikli bir meseledir. Örneğin, filozofJohn W. Carroll “Tüm altın kürelerinin çapıbir milden daha azdır” ifadesiyle “Tümuranyum-235 kürelerinin çapı bir mildendaha azdır” ifadelerini karşılaştırır.

Gözlemlerimiz Dünya’da çapı bir milden dahabüyük bir altın küre bulunmadığını söyler vegayet güven içinde hiçbir zamanolmayacağını savunabiliriz. Yine deolamayacağına inanmamız için herhangi birneden yoktur ve bu nedenle bu ifade birdoğa yasası olarak kabul edilmez. Öteyandan “Tüm uran- yum-235 kürelerinin çapıbir milden daha azdır” ifadesini bir doğayasası olarak düşünebiliriz, çünkü nükleerfizik hakkında bildiklerimize göre, biruranyum-235 küresinin çapı yaklaşık 16santimetreden daha fazla büyürse birnükleer patlamayla kendi kendini yok eder.Dolayısıyla böyle bir kürenin olamayacağınıbiliriz. (Bir tane yaratmaya çalışmanın iyi birfikir olmayacağını da biliriz!) Bu önemli birayrımdır, çünkü gözlemlediğimiz hergenellemenin doğa yasası olarakdüşünülemeyeceğini ve çoğu doğa yasasınınçok daha büyük, birbirine bağlı yasa

sistemlerinin bir parçası olduğunu gösterir.Çağdaş bilimde doğa yasaları genellikle

matematiksel olarak ifade edilir. Kesin ya dayaklaşık olabilirler; ama istisnasız hepsinin -evrensel olarak değilse en azından tamolarak belirlenmiş koşullar altında-gözlemlenmiş olması gereklidir. Örneğin,devinen nesnelerin hızı ışık hızına yakınsaNewton yasalarının değiştirilmesi gerektiğiniartık biliyoruz. Yine de, karşılaştığımızhızların ışık hızının çok altında olduğu günlükyaşam koşullarında, en azından çok iyitahminlerde bulunmamızı sağladıkları için,Newton yasalarını yasa olarak kabulediyoruz.

Doğa yasalar tarafından yönetiliyorsa,sormamız gereken üç soru var:

1. Yasaların kaynağı nedir?2. Yasalarda istisnalar var mıdır, örneğin

mucizeler gibi?3. Sadece bir dizi olası yasa mı vardır?

Bu önemli sorular bilim insanları, filozoflarve din bilimcileri tarafından farklı biçimlerdedile getirilmiştir. İlk soruya yaygın olarakverilen yanıt -Kepler, Galileo Galilei,Descartes ve Newton’ın yanıtı- yasalarınTanrı’nın işi olduğudur. Ancak bu, Tanrı’yıdoğa yasalarının somutlaşması olaraktanımlamaktan başka bir anlam taşımıyor.Eğer Tanrı’ya farklı özellikler atfedilmezse -Eski Ahit’in Tanrısı olmak gibi- Tanrı’yı ilksorunun yanıtı olarak görmek, bir gizeminyerine başkasını koymak demektir.Dolayısıyla ilk sorunun yanıtına Tanrı dersek,işin asıl zor yanı ikinci soruyla ortaya çıkar:Yasalarda mucizeler, istisnalar var imdir?

İkinci sorunun yanıtı hakkındaki görüşlerkesin bir şekilde ayrılmıştır. Eski Yunan’ın enetkili iki yazarı Platon ve Aristoteles,yasalarda asla istisna olmayacağını savunur.Ancak Kitabı Mukaddes’in bakış açısına göreTanrı yasaları yaratmakla kalmaz, ona

yakarıldığında istisnalar da yaratabilir -ölümcül hastalıkları iyileştirmek, kuraklığason vermek, kroketi olimpik spor olarakkabul etmek gibi. Descartes’ın görüşlerinintersine, neredeyse tüm Hıristiyan düşünürlerTanrı’nın mucize yaratmak için yasalarıaskıya almaya muktedir olması gerektiğinisavunurlar. Newton bile bu türdenmucizelere inanırdı. Bir gezegenin çekimgücünün diğer gezegenin yörüngesi üzerindebozulma yaratmasından ötürü gezegenlerinyörüngelerinin kararsız olduğunu, bukararsızlığın zamanla büyüyerek gezegenlerinya Güneş’e düşmelerine ya da Güneşsisteminden kopup gitmelerine yol açacağınıdüşünüyordu. Tanrı’nın yörüngeleri sürekliayarladığına ya da “durmaması için gökselsaati kurduğuna” inanıyordu. Ancak LaplaceMarkisi Pierre-Simon (1749-1827) -Laplaceolarak bilinir- gezegenlerin hareketlerindekidüzensizliğin dönemsel olduğunu, yani

birikerek değil tekrarlanan döngüler halindegerçekleştiğini ileri sürdü. Böylece Güneşsistemi kendini yeniden ayarlıyordu ve Güneşsisteminin günümüze kadar gelebilmesiniaçıklayabilmek için bir ilahi müdahalearamaya gerek yoktu.

Bilimsel determinizmi ilk kez açık birbiçimde ortaya koyan ismin Laplace olduğukabul edilir: Evrenin belirli bir zamandakiverili durumunda, eksiksiz bir yasalar dizisionun hem geleceğini hem de geçmişini tamolarak belirleyebilir. Bu durum, bir mucizeolasılığını veya Tanrı’nın oynayacağı etkin birrolü dışlar. Laplace’ın formüle ettiği bilimseldeterminizm ikinci soruya çağdaş biliminsanının verdiği yanıttır. Aslında bu, bütünçağdaş bilim için temel bir dayanak ve bukitabın başından sonuna dek öneminikoruyacak bir ilkedir. Bilimsel bir yasa,sadece doğaüstü bir varlığın müdahaleetmemeye karar verdiği durumlarda geçerli

olacaksa, bilimsel bir yasa değildir. Bunu farkeden Napoléon, Laplace’a Tanrı’nın buresmin neresinde olduğunu so-

'Sanırım şurada, ikinci aşamada dahaaçıklayıcı olmalısın."

rar. Laplace’ın yanıtı, “Efendim, o varsayımaihtiyacım olmadı” olur.

İnsanlar evrende yaşadıkları ve onuniçindeki diğer nesnelerle etkileşim içindeolduğuna göre, bilimsel determinizm insanlariçin de geçerlidir. Pek çok kişi bilimseldeterminizmin fiziksel süreçleri yönettiğinikabul ederken, insan davranışlarını bundanayrı tutar, çünkü bizim özgür irademizolduğuna inanırlar. Örneğin Descartes, özgürirade düşüncesini koruyabilmek için insanzihninin fiziksel dünyadan farklı olduğunu veonun yasalarına tabi olmadığını ilerisürmüştür. Onun bakış açısına göre bir insaniki unsurdan oluşur: Beden ve ruh. Bedensıradan bir makineden başka bir şey değildir,ama ruh bilimsel yasanın hükmü dışındadır.

Descartes anatomi ve fizyoloji ile çokilgilendi ve beynin merkezinde bulunan veepifiz bezi denilen küçücük organı ruhunbulunduğu yer olarak kabul etti. Onuninanışına göre epifiz bezi bütündüşüncelerimizin oluştuğu yerdi ve özgürirademizin kaynağıydı.

İnsanlar özgür iradeye sahip midir? Özgürirademiz varsa, evrim ağacının neresindeortaya çıkmıştır? Mavi-yeşil alglerin veyabakterilerin özgür iradeleri var mıdır, yoksahareketleri otomatik olup bilimsel yasalardahilinde midir? Yalnızca çok hücreliorganizmalar mı özgür iradeye sahip, yoksayalnızca memeliler mi? Bir şempanzenin birmuzu hatır hutur yemesi veya bir kedininkanepenizi tırmıklaması durumunda, özgüriradelerini kullandıklarını düşünebiliriz. Pekiyalnızca 959 hücreden oluşan ve adıCaenorhabditis elegans olan ipliksolucan?Muhtemelen asla, “Bu yediğim acayip lezzetli

bir bakteriydi, buraya tekrar gelmeliyim” diyedüşünmez, yine de yiyecek konusunda onunda belirli tercihleri vardır ve bir öncekideneyimine göre ya tatsız bir yemeğe razıolacak ya da daha iyi bir şey bulmak içinarayışını sürdürecektir. Bu özgür iradeanlamına mı gelmektedir?

Yapmak istediğimiz şeyi seçebileceğimizidüşünüyor olsak da, moleküler biyolojidenanladığımıza göre biyolojik süreçler fizik vekimya yasaları tarafından yönetiliyor ve buyüzden gezegenlerin yörüngeleri kadarbelirlenmiş süreçler. Nörolojik bilimlerdeyapılan son araştırmalar, eylemlerimizin fizikyasalarına riayet eden beynimiz tarafındanbelirlendiği görüşünü destekliyor; buyasalardan bağımsız bir unsur tarafındandeğil. Örneğin uyanık hastalara yapılan beyinameliyatlarına ilişkin bir araştırma, beyningerekli bölgeleri elektriksel olarakuyarıldığında hastada elini, kolunu, ayağını

oynatma veya dudaklarını kımıldatma vekonuşma arzusu uyandırılabildiğini ortayaçıkardı. Eğer davranışlarımız fiziksel yasalartarafından belirleniyorsa özgür iradenin nasıliş görebildiğini anlamak oldukça zor; öylegörünüyor ki biz yalnızca biyolojikmakineleriz ve özgür irade bir yanılsamadanibaret.

İnsan davranışının gerçekte doğa yasalarıtarafından belirlendiği düşüncesine teslimolduğumuzda, sonuçların karmaşık bir yollave çok fazla değişkenle belirlenmesinin,onları öngörmeyi pratikte olanaksız kıldığıyargısına varmak da akla uygun olacaktır. Bunedenle, bir öngörüde bulunabilmek içininsan bedenindeki trilyonlarca trilyonmolekülün her birinin başlangıç koşullarınınbilinmesi ve bir o kadar denklemin çözülmesigerekirdi. Bu da birkaç milyar yıl alırdı ki,karşımızdaki şahsın atacağı yumruktankaçmak için bir parça geç kalabilirdik.

İnsan davranışını öngörmek için fizikyasalarını kullanmak pratikte mümkünolmadığı için etkin kuram dediğimiz bir yolgeliştirdik. Fizikte bir etkin kuram,gözlemlenmiş belirli bir fenomeni altta yatantüm süreçleri ayrıntılı olarak tanımlamadanmodel- lemek için yaratılmış bir çerçevedir.Örneğin, bir insanın bedenindeki her atomlayeryüzündeki her atom arasındaki çekimseletkileşimi yöneten denklemleri tam olarakçözmemiz mümkün değildir. Ancak tümpratik nedenlerden ötürü, bir insanla yeryüzüarasındaki çekimsel gücü, insanın toplamkütlesi gibi birkaç sayı ile tanımlanabilir. Aynışekilde, karmaşık atom ve moleküllerinhareketlerini yöneten denklemleriçözemiyoruz; ama adına kimya denilen biretkin kuram geliştirdik ve etkileşimlerinbütün ayrıntılarına açıklama getirmedenkimyasal tepkimelerde atomların vemoleküllerin nasıl hareket ettiğini uygun bir

şekilde ortaya koyabiliyoruz. İnsanlar sözkonusu olduğunda, davranışlarımızıbelirleyen denklemleri çözemediğimiz için,özgür iradeyi bir etkin kuram olarakkullanıyoruz. İrademiz ve ondan kaynaklanandavranışımızı inceleyen bilim, psikolojidir.Ekonomi de, özgür irade düşüncesinin yanısıra insanların olası eylem rotalarınıdeğerlendirip en iyisini seçtikleri varsayımınadayanan bir etkin kuramdır. Bu etkin kuramdavranış öngörüsünde sadece kısmenbaşarılı, çünkü hepimizin bildiği gibi, verilenkararlar genellikle akılcı değil ya daseçimlerin sonuçlarına ilişkin kusurluçözümlemelere dayanıyorlar. Dünyanın böylebir karmaşa içinde olmasının nedeni budur.

Üçüncü soru hem evrenin hem de insanındavranışlarını belirleyen yasaların eşsizliği ileilgili. Birinci soruyu yasaları Tanrı yaratmıştırdiye yanıtladıysanız, üçüncü soru Tanrı buyasaları istediği gibi seçebildi mi diye

sormaktadır. Hem Aristoteles hem de Platon-Descartes ve daha sonra Einstein gibi-doğanın ilkelerinin “ihtiyaç” nedeniyle varolduklarına inanmışlardı, çünkü sadece bukuralların mantıki bir anlamı vardı. Doğayasalarının kaynağının mantığın içindeolduğuna inanan Aristoteles ve takipçileri, buyasaların doğanın gerçekte nasıl işlediğiniçok dikkate almadan “türetilebileceğini”düşünüyorlardı. Bu düşünce ve yasaların neolduğu yerine nesnelerin neden yasalarıizlediği konusuna odaklanması, Aristoteles’içoğunlukla nitel; sıklıkla yanlış ve pek dekullanışlı olmayan yasalara yöneltti ve buyasalar bilimsel düşünceye asırlarcahükmetti. Epeyce sonra Galilei gibi insanlarAristoteles’in otoritesine karşı çıkmacesaretini gösterdiler ve saf “aklın” olmasıgerektiğini söylediği şeyleri izlemek yerinedoğanın gerçekten nasıl işlediğinigözlemlediler.

Bu kitap, ikinci soruya doğa yasalarındamucize veya istisna yoktur yanıtını verenbilimsel determinizmi temel alır. Yine debirinci ve üçüncü soruya; yasaların nasılortaya çıktığı ve onlardan başka olası yasaolup olmadığı konularına ayrıntılarıyladeğineceğiz. Ancak öncelikle bir sonrakibölümde, doğa yasalarının neyi açıkladığınıgöreceğiz. Çoğu bilim insanı yasaların,kendisini gözlemleyenden bağımsız olarakvar olan dışsal gerçekliğin matematikyansımaları olduklarını söyleyecektir.Çevremizdekiler hakkında gözlemlerimiz veoluşturduğumuz kavramları tartışırkentosladığımız bir başka soru var: Nesnel birgerçekliğin var olduğuna inanmak içingerçekten bir nedenimiz var mı?

3

Gerçeklik nedir?

B

irkaç yıl önce İtalya, Monza’da belediyemeclisi Japon balıklarının yuvarlakakvaryumlarda tutulmasını yasakladı. Yapılanaçıklamaya göre balığı yuvarlak kenarlı birakvaryumda tutmak zalimlikti, çünküyuvarlak cam balığa bozulmuş bir gerçeklikgörüntüsü sunuyordu. Peki, biz gerçekliğindoğru ve bozulmamış resmine bakıpbakmadığımızı nasıl bileceğiz? Biz degörüşümüzü bozan dev bir yuvarlakakvaryumun içinde olabilir miyiz? Japonbalığının gerçeklik algısı bizimkinden farklıdırama bizimkinin daha gerçek olduğundan

emin miyiz?

Japon balığının gerçeklik algısı bizimki ileaynı değildir, yine de, Japon balığıgözlemleyerek akvaryumun dışındakinesnelerin devinimlerini yöneten bilimselyasaları formüle edebilir. Örneğin, bizim düzbir çizgide özgürce devindiğini gördüğümüznesne, bozunum nedeniyle balık tarafındaneğik bir çizgide hareket ediyormuş gibigözlemlenebilir. Buna rağmen Japonbalığının bozulmuş referans çerçevesindeformüle ettiği bilimsel yasalar her zamandoğru olacaktır ve akvaryumun dışındakinesnelerin gelecekteki hareketleriniöngörmesini olanaklı kılacaktır. Onunyasaları, bizim çerçevemiz içindekiyasalardan daha karmaşık olabilir, amabasitlik bir tercih meselesidir. Japon balığıböyle bir kuram formüle ederse, onun bakışaçısını gerçekliğin resmi olarak kabul

etmemiz gerekir.Gerçekliğin farklı resimlerinin ünlü bir

örneği MS 150 yıllarında Ptolemaios (yak.85-165) tarafından, gökcisimlerinindevinimlerini tanımlamak içingerçekleştirilmiş bir modeldir. Ptolemaios’unon üç kitaplık bir inceleme olarak yayınladığıçalışması, genellikle Arapça başlığı olanAlmagest (El-Mecisti) adıyla bilinir. AlmagestDünya’nın küresel, devinimsiz, evreninmerkezinde konum-

Ptolemaios evreni Ptolemaios'a göre bizevrenin merkezindeydik.

landırılmış ve uzaktaki gökcisimleriylekarşılaştırıldığında önemsenmeyecek kadarküçük olduğunu düşünmenin nedenleriniaçıklayarak başlar. Aristarkhos’un Güneşmerkezli evrenine rağmen bu inanç, mistiknedenlerden ötürü Dünya’nın evreninmerkezinde olması gerektiğini düşünenAristoteles zamanından beri çoğu eğitimliYunanlı tarafından kabul görmüştür.Ptolemaios’un modelinde Dünya merkezdekımıldamadan durur, bütün gezegenler veyıldızlar Dünya’nın etrafında karmaşıkyörüngeler üzerinde, iç içe geçmiş çarklargibi, dönerler.

Bu model bize doğal görünür, çünküayaklarımızın altındaki yeryüzünün hareketettiğini hissetmeyiz (depremler ve tutku dolu

anlar dışında). Daha sonra Avrupa’da bilimkendisine miras kalan Yunan kaynaklarınıesas aldı ve böylece Aristoteles vePtolemaios’un görüşleri Batı düşüncesininbüyük kısmına temel teşkil etti.Ptolemaios’un kozmos modeli Katolik Kilisesitarafından benimsendi ve on dört yüzyılboyunca resmi doktrinleri oldu. Ancak 1543’egelindiğinde Kopernik De RevolutionibusOrbium Coelestium (Göksel KürelerinDönüşleri Üzerine) adlı kitabında farklı birmodel sundu ve bu kitap ancak onun öldüğüyıl basıla- bildi (ki bu kuramı üzerindeonlarca yıl çalışmıştı.)

Kopernik, Aristarkhos’un ondan on yediyüzyıl önce yaptığı gibi, Güneş’in merkezdehareketsiz durduğu ve gezegenlerin onunetrafında dairesel yörüngeler üzerindedöndüğü bir Dünya tanımladı. Bu düşünceyeni olmamasına rağmen yeniden uyanışışiddetli bir direnişle karşılandı. Kopernik

sistemi, gezegenlerin Dünya’nın etrafındadöndüğünü söylediği düşünülen KitabıMukaddes’e karşı olarak görüldü; kaldı ki bugörüş Kitabı Mukaddes’te asla açık olarak yeralmaz. Aslında, Kitabı Mukaddesin yazıldığızamanlarda insanlar Dünya’nın düz olduğunainanıyorlardı. Kopernik sistemi Dünya’nındönüp dönmediği konusunda hiddetli birtartışmaya neden oldu ve bu tartışma, onungörüşünü savunduğu ve “Bir düşünce KutsalKitap’a aykırı olarak tanımlanmış olsa bile,bir olasılık olarak savunulabilir” dediği içinGalilei’nin 1633’te sapkınlıktanyargılanmasıyla doruğa ulaştı. Suçlu bulundu,hayatı boyunca ev hapsine mahkûm edildi vesözlerini geri almaya zorlandı. Onun “Eppursi muove” (Yine de dönüyor) diyemırıldandığı söylenir. 1992’de Roma KatolikKilisesi Galilei’yi lanetlemenin yanlışolduğunu nihayet kabul etti.

Öyleyse hangisi gerçek, Ptolemaios

sistemi mi yoksa Kopernik sistemi mi?Kopernik’in Ptolemaios’un yanıldığınıkanıtladığını düşünenler az olmasa da, budoğru değil. Bizim normal bakış açımızbalığın bakış açısıyla karşılaştırıldığında heriki görüntünün de evrenin modeli olarakkullanılabilmesi gibi; bizim gökyüzügözlemlerimiz de ister Dünya’nın isterGüneş’in hareketsiz olduğu varsayılarakaçıklanabilir. Evrenimizin doğası üzerineyapılan felsefi tartışmalarda üstlendiği rolerağmen Kopernik sisteminin asıl üstünlüğü,Güneş’in hareketsiz olarak kabul edildiğireferans çerçevesinde hareket denklemlerinindaha yalın olmasıdır.

Bilimkurgu filmi Matrix'te farklı birgerçeklik seçeneği sunulur; insan ırkı akıllıbilgisayarlar tarafından yaratılmış sanal birgerçeklik içinde olduğunu bilmedenyaşarken, bilgisayarlar onların biyoelektrikenerjilerini (bu her ne demek ise) emerler.

Belki de bu çok zorlama bir senaryo değildir,çünkü pek çok insan Second, Life gibi websayfalarında yaratılmış sanal gerçeklikteoyalanarak geçirir zamanının çoğunu.Bilgisayarlar tarafından yaratılmış bir pembedizinin karakterlerinden biri olmadığımızınasıl bileceğiz? Yapay ve hayali bir dünyadayaşasaydık, olayların mantıklı ve tutarlıolması veya herhangi bir yasaya uymasıgerekmeyecekti. Gücü elinde tutan uzaylılar,örneğin, dolunay aniden ikiye bölündüğündeveya diyet yapan herkes birdenbire deli gibimuzlu pasta yemek istediğinde insanlarıngöstereceği tepkileri çok ilginç veya eğlencelibulabilirdi. Uzaylıların tutarlı yasalaruygulamaları durumunda bizim sanal olanınötesinde bir başka gerçeklik olduğunuanlamamızın hiçbir yolu olmazdı. Uzaylılarıniçinde yaşadığı dünyayı “gerçek”, sanaldünyayı da “sahte” olarak nitelendirmekkolay olurdu. Ancak, sanal dünyada yaşayan

varlıklar kendi dünyalarını dışarıdangöremiyorlarsa -tıpkı bizim gibi- kendigerçeklik resimlerinden kuşkulanmaları içinhiçbir neden yoktur. Bu, her birimizin birbaşkasının rüyasına ait birer hayal oluğunusöyleyen düşüncenin çağdaş uyarlamasıdır.

Bu örnekler bizi bu kitap için önemli olanbir sonuca götürüyor: Görünenden veyakuramdan bağımsız bir gerçeklik kavramıyoktur. Biz modele dayalı gerçeklik dediğimizbir görüşü kabul edeceğiz; buna göre birfizik kuramı -genellikle matematiksel birdoğası olan- bir modeldir ve aynı zamandamodelin unsurlarını gözlemle bağdaştıran birkurallar dizisidir. Bu görüş, bize çağdaş bilimiyorumlayabileceğimiz bir çerçeve sağlar.

Felsefeciler, Platon’dan bu yana yıllarboyunca gerçekliğin doğası üzerine tartıştılar.Klasik bilim, özellikleri belirli gerçek bir dışdünyanın var olduğu ve bu özellikleringözlemleyenin algısından bağımsız olduğu

inancına dayanır. Klasik bilime göre, belirlinesneler vardır ve bunlar hız ve kütle gibi,değerleri iyi tanımlanmış fiziksel özellikleresahiptir. Bu bakış açısına göre kuramlarımızbu nesneleri ve özelliklerini açıklamagirişimleridir, ölçümlerimiz ve algılarımız daonlara karşılık gelir. Hem gözlemci hem degözlemlenen, nesnel bir varlığı olan birdünyanın parçasıdır ve onların arasındakiayrım özel bir önem taşımaz. Bir başkadeyişle, park alanındaki bir yer için kavgaeden bir zebra sürüsü gördüğünüzde, oradagerçekten park alanındaki bir yer için kavgaeden bir zebra sürüsü var demektir. Bunuizleyen bütün gözlemciler aynı niteliklerinölçümlerini yapacaktır ve kendilerinigözlemleyen olsun ya da olmasın, zebrasürüsü bu niteliklere sahip olacaktır.Felsefede bu inanca gerçekçilik denir.

Gerçekçilik çekici bir bakış açısı olarakgörünse de, çağdaş fizik hakkında

bildiklerimiz bu görüşü savunmamızı oldukçagüçleştiriyor. Örneğin, doğanın kesin birtanımlamasını veren kuantum fiziğininilkelerine göre, bir parçacığın nicelikleri birgözlemci tarafından ölçülünceye kadar nebelirli bir konumu vardır ne de belirli bir hızı.Bu nedenle yapılan ölçümlerin kesin birsonuç

vereceğini söylemek doğru değildir, çünküölçülmüş olan nicelik, sadece ölçüm anındakideğeri gösterir. Aslında bazı durumlardanesnelerin kendi başlarına bir varlıkları dahiyoktur, yalnızca bir topluluğun parçası olarakvardırlar. Ve eğer holografik ilke dediğimizkuram doğruysa, biz ve bizim dört boyutludünyamız çok daha büyük, beş boyutluuzay-zamanın sınırında bir gölge olabilir. Budurumda bizim evrendeki konumumuz,Japon balı- ğınınkiyle benzerdir.

Katı gerçekçilere göre, gerçekliği temsileden bilimsel kuramların kanıtı onlarınbaşarılarında gizlidir. Ancak farklı kuramlar,aynı fenomeni bambaşka kavramsalçerçeveler kullanarak başarıyla tanımlayabilir.Aslında, başarılı olduğu kanıtlanmış pek çokkuram yerini gerçekliğin tümüyle yenikavramlarını temel alan aynı ölçüde başarılıbaşka kuramlara bırakmıştır.

Yaygın olarak, gerçekçiliği kabuletmeyenlere gerçekçilik karşıtı denilmiştir.Gerçekçilik karşıtları deneysel bilgi ilekuramsal bilgi arasında ayrım olduğunuvarsayarlar. Tipik olarak gözlem vedeneyimin anlamlı olduğunu, ancakkuramların yararlı araçlardan başka bir şeyolmadığını ve gözlemlenen fenomene dairdaha derin bir hakikati temsil etmediğinisavunurlar. Hatta bazı gerçekçilik karşıtlarıbilimin gözlemlenebilir şeylerle sınırlanmasınıistemiştir. Bu nedenle 19. yüzyılda pek çokkişi, görmemizin asla mümkün olmadığınıgerekçe göstererek atomların varlığınıreddetmiştir. Hatta George Berkeley (1685-1753) zihinden ve onun fikirlerinden başkabir şeyin var olmadığını iddia edecek kadarileri gitmiştir. İngiliz yazar ve sözlükbilimciDr. Samuel Johnson’a (1709-1784) birarkadaşı Berkeley’in savınınçürütülemeyeceğini söylediğinde, Johnson’un

gidip büyük bir kayaya tekme attığı ve “İşteböyle çürütebilirim” dediği anlatılır. ElbetteDr. Johnson’un deneyimlediği acı da kendizihnindeki bir düşüncedir ki böyleceBerkeley’in savını gerçekten çürütmemiştir.Ancak onun bu eylemi, nesnel gerçekliğeinanmak için hiçbir mantıklı temele sahipolmasak da, bu doğruymuş gibidavranmaktan başka seçeneğimizin deolmadığım yazan filozof David Hume’un(1711-1776) bakış açısını yansıtır.

Modele dayalı gerçekçilik, düşünceningerçekçi ve karşıt gerçekçi okulları arasındakibütün bu tartışmaları devre dışı bırakır.Modele dayalı gerçekçiliğe göre, modelingerçek olup olmadığını sorgulamakanlamsızdır, sadece gözlemle uyuşupuyuşmadığı önem taşır. Gözlemle uyuşan ikimodelimiz varsa, Japon balığının gördüğügörüntü ve bizim gördüğümüz görüntü gibi,birinin diğerinden daha gerçek olduğu

söylenemez. İncelenmekte olan durumadaha uygun olan hangisi ise o kullanılır.Örneğin, akvaryumun içindeki biri için Japonbalığının gördüğü resim kullanışlı olabilirdi,ama akvaryumun dışındakiler içinyeryüzündeki bir akvaryumun çerçevesiyleuzaktaki bir galakside olanları tanımlamakçok sıkıntılı olurdu, özellikle de DünyaGüneş’in ve ken-

"İkinizin ortak bir noktası var. Dr. Davis hiçkimsenin görmediği bir parçacık keşfetti.Prof. Higbe de hiç kimsenin görmediği bir

galaksi keşfetti."

di ekseninin etrafında dönerken akvaryum daonunla devineceği için.

Bilim için modeller yaptığımız gibi,gündelik hayatlarımızda da modeller yaparız.Modele dayalı gerçekçilik sadece bilimselmodellere değil, hepimizin gündelik hayatıanlayabilmek ve yorumlayabilmek içinyarattığı zihinsel bilinç ve bilinçaltı modellerede uygulanır. Gözlemciyi -bizi- duyusalsüreçlerimiz ile düşünme ve idrakbiçimlerimiz tarafından yaratılan dünyaalgımızdan ayrı tutmanın hiçbir yolu yoktur.Algımız -ve dolayısıyla kuramlarımızındayanağı olan gözlemlerimiz- doğrudandeğildir. Daha ziyade, bir tür mercek

tarafından; insan beyninin yorumlayıcı yapısıtarafından şekillendirilir.

Modele dayalı gerçeklik, bizim nesneyialgılayış biçimimizle uyumludur. Görmesürecinde beynimiz optik sinirlerden bir dizisinyal alır. Bu sinyaller televizyondagördüklerimize benzer görüntülerdenoluşmazlar. Optik sinirin retinaya bağlandığıyerde kör bir nokta vardır ve görmeningerçekleştiği yer, retinanın merkezinde 1derecelik bir görüş açısına ve kolunuzuuzatıp baktığınızda başparmağınızın enikadar bir genişliğe sahip, daracık bir alandır.Yani beyne gönderilen ham veriler, ortasındabir delik bulunan bulanık bir resme benzer.Neyse ki beynimiz her iki gözden gelengirdileri birleştirir, çevrenin görsel özelliklerinide ekleyerek oluşturduğu varsayımlaboşlukları doldurur. Dahası retinadan geleniki boyutlu veriler dizisini okur ve bundan üçboyutlu bir uzay izlenimi yaratır. Bir başka

deyişle beyin zihinsel bir resim veya modelyaratır.

Beyin model yaratmakta o kadar iyidir ki,insanlar görüntüleri baş aşağı gösteren birgözlükle baksalar bile, bir süre sonrabeyinleri modeli değiştirir ve nesneleri yinedoğru şekilde görmelerini sağlar. Daha sonragözlük çıkarıldığında dünya bir süre başaşağı görünür ve sonra yine düzelir. Birisi“bir sandalye görüyorum” dediğinde busadece, o kişinin sandalyenin yaydığı ışığısandalyenin zihinsel bir görüntüsünü veyamodelini oluşturmak için kullandığı anlamınagelir. Eğer model baş aşağı ise, biraz şansla,beyin oturmadan önce görüntüyüdüzeltecektir.

Modele dayalı gerçekçiliğin çözdüğü veyaen azından savuşturduğu bir başka sorun,varoluşun anlamıdır. Odadaki masanın bendışarı çıktığımda ve onu göremediğimde hâlâorada olup olmadığını nasıl bilirim?

Elektronlar ve kuarklar (proton ve nötronuoluşturduğu söylenen parçacıklar) gibigöremediğimiz şeylerin var olduğunusöylemek ne anlama geliyor? Odayı terkettiği-

Katot ışınları Elektronları göremeyiz, amayarattıkları etkiyi görebiliriz.

mizde masanın kaybolduğu ve odaya geridöndüğümüzde aynı konumda yenidenbelirdiği bir model oluşturulabilir; ancak butuhaf bir model olacaktır. Biz odada yokkenbir şey olsa, örneğin tavan çökse ne olur?Odadan çıktığımda masanın kaybolduğunusöyleyen modeli esas alırsam odaya geridöndüğümde tavanın yıkıntısı altında tekrarbeliren kırık masayı nasıl açıklayabilirim?Masanın biz odadan çıktığımızda da yerindekaldığı model daha yalındır vegözlemlerimizle uyuşur. İstenebilecek olandabudur.

Göremediğimiz atomaltı parçacıklarkonusunda elektronlar; bir buhar odasındaoluşan izler ve televizyon tüpündeki ışıkspotları gibi pek çok fenomeni açıklayan

kullanışlı bir model oluşturur. Elektronunİngiliz fizikçi J. J. Thomson tarafındanCambridge Üniversitesi CavendishLaboratuvarı’nda keşfedildiği söylenir. Boşcam tüplerin içinden elektrik akımlarıgeçirerek katot ışınları olarak bilinen birfenomen üzerinde deneyler yapıyordu.Deneyleri onu cesur bir sonuca götürdü;gizemli ışınlar, atomun maddi bileşenleri olançok küçük “zerreciklerden” oluşuyordu ve bunedenle maddenin temel bölünemezparçacığı olarak düşünülebilirdi. Thomson nebir elektron “gördü”, ne de savunduklarınıdeneyleriyle doğrudan veya kesin bir şekildegösterebildi. Ancak onun modeli temelbilimlerden mühendisliğe kadar pek çokuygulamada kritik öneme sahip olduğunukanıtladı ve siz elektronları göremiyor olsanızda günümüzde bütün fizikçiler onlarınvarlığına inanıyorlar.

Yine görmemiz mümkün olmayan

kuarklar, atomun çekirdeğindeki proton venötronların özelliklerini açıklamak içinkullanılan bir modeldir. Proton ve nötronlarınkuarklardan oluştuğu söylense de bir kuarkıgözlemlememiz asla mümkün değildir, çünkükuarklar arasındaki bağlayıcı kuvvet ayrılıklabirlikte büyür, bu nedenle doğada bağımsız,yalıtılmış kuark bulunamaz. Tersine kuarklarher zaman üçlü gruplar halinde{2} (protonlarve nötronlar) veya kuark ve karşıt kuarkçiftleri halinde (pi mezonları) bulunur, lastikbantlarla birbirlerine bağlıymış gibi hareketederler.

Bir kuarkı asla yalıtamayacak olmamızarağmen onların gerçekten var olduklarınısöylemek, kuark modeli ilk kez ortayaatıldıktan sonraki yıllarda da tartışmalı birkonu olarak kalmıştır. Belirli parçacıkların,çok az sayıdaki çekirdekaltı parçacıkların altparçacıklarının farklı şekillerdebirleşmelerinden meydana geldikleri

düşüncesi, bunların özelliklerini basit veetkileyici biçimde açıklayan düzenleyici birilke bulmamızı sağlamıştır. Ancak, fizikçilerparçacıkların dağılımlarına ait verilerinistatistik görüntülerine dayanarak onların varolduklarını kabul etmeye alışkın olsalar da,pek çok fizikçiye, ilkesel olarakgözlemlenemez olan bir parçacığa gerçeklikatfetmek oldukça fazla gelebilirdi. Yine de,yıllar geçip kuark modelinin doğru öngörüleriçoğaldıkça, karşı çıkışlar yavaş yavaş ortadankalktı. On yedi kollu, gözleri kızılötesi ışınlarsaçan ve kulaklarından krema püskürtmeyiâdet edinen kimi uzaylıların da bizimle aynıgözlemleri yapıp, bunları kuarklar olmadantanımlaması kesinlikle mümkündür. Yine de,modele dayalı gerçekçilikte kuarklar,çekirdekaltı parçacıkların davranışlarıyla ilgiligözlemlerimizle uyuşan bir modeldevardırlar.

Modele dayalı gerçekçilik, eğer dünya

belirli bir zaman önce yaratılmışsa, ozamandan önce ne olmuştu gibi sorularıtartışmamızı sağlayan bir çerçeve sağlar. İlkHıristiyan filozoflarından Aziz Augustinus(354-430) bu sorunun yanıtının “Tanrı bu türsorular soran insanlar için cehennemihazırlıyordu” olmadığını, zamanın Tanrı’nınyarattığı dünyanın bir özelliği olduğunu veçok da uzun olmayan bir süre öncegerçekleştiğine inandığı yaratılış öncesindezamanın var olmadığını söylüyor. Bu,Dünya’nın çok

Kuarklar Gözlemlenemeseler de, kuarklartemel fizik kuramlarımızın hayati unsurları

arasında yer alır.

daha yaşlı olduğunu gösteren fosillerin vediğer kanıtların bulunmasına rağmen (acababizi kandırmak için mi konulmuşlar?)Tekvin’de verilen sürenin gerçekten doğruolduğunu ileri sürenlerin rağbet ettiği birmodel. Bir de, evrenin 13,7 milyar yıl önce,büyük patlamayla başladığı diğer modelimizvar. Tarihi ve jeolojik kanıtlar da dahil olmaküzere günümüzdeki gözlemlerimizin çoğuylauyuşan bu model, geçmişe dair en iyiaçıklamamız. Bu ikinci model fosilleri veradyoaktif kayıtları, bizden milyonlarca ışıkyılı uzaklıktaki galaksilerin ışığını aldığımızgerçeğini açıklayabilmekte; yani bu model -büyük patlama kuramı- ilkinden çok dahakullanışlı. Yine de, birinin diğerinden daha

doğru olduğunu söylemek mümkün değil.Bazıları, zamanın başlangıcını büyük

patlamadan da geriye götüren bir başkamodeli destekliyor. Bu modelin şimdikigözlemleri daha iyi açıklayıp açıklamadığıhenüz net değil; çünkü evrenin gelişimineilişkin yasalar büyük patlama ile işlemez halegelmiş olabilir gibi görünüyor. Eğer öyleyse,büyük patlamanın öncesindeki zamanıkapsayan bir model yaratmanın anlamıolmaz; çünkü o zaman var olanlar şimdikizaman için gözlemlenebilir hiçbir sonuçsunmayacaktır. Dolayısıyla evrenin büyükpatlamayla yaratılmış olduğu düşüncesinebağlı kalmamamız daha iyi olur.

Bir model şu özelliklere sahipse iyi birmodeldir:

1. Zarifse2. İçerdiği uyarlanabilir veya keyfi

unsurların sayısı azsa

3. Var olan bütün gözlemlerle uyuşuponları açıklayabiliyorsa

4. Doğrulukları kanıtlanmadıklarıtakdirde modeli çürütecek veyayanlışlayacak gelecekteki gözlemleriçin ayrıntılı öngörülerde bulunuyorsa

Örneğin, Aristoteles’in kuramında Dünya’yıtoprak, hava, ateş ve su olmak üzere dörtelementin oluşturması ve nesnelerin kendiamaçlarını yerine getirmek için hareketetmesi çok zarifti ve uyarlanabilir unsurlar daiçermiyordu. Ancak bu kuram pek çokdurumda kesin öngörülerde bulunamadı,bulunduğunda ise öngörüleri gözlemlerleuyuşmadı. Bu öngörülerden biri de daha ağırnesnelerin daha hızlı düşeceğiydi, çünküonların amacı düşmekti. Galilei’ye kadar hiçkimse bu öngörüyü sınamanın önemliolduğunu düşünmemiş gibi görünüyor. Bunu,Pisa Kulesi’nden ağırlıklar atarak sınadığı

anlatılır. Belki de bu uydurma bir hikâyedirancak onun farklı ağırlıkları eğimli birzeminden aşağı yuvarladığını ve Aristoteles’inöngörüsünün tersine hepsinin aynı orandahızlandıklarını gözlemlediğim biliyoruz.

Yukarıdaki kıstasların öznel olduğu açık.Örneğin zarafet kolaylıkla ölçülebilecek birşey değildir, ancak bilim insanları arasındaoldukça değer görür, çünkü doğa yasalarınınbelirli durumları kısaltarak tek bir basitformüle indirgemesi beklenir. Zarafet birkuram biçimine işaret eder. Ancak,uyarlanabilir unsurların yokluğuyla yakındanilgilidir çünkü yalan yanlış unsurlarla dolu birkuram pek zarif değildir. Einstein’ın ortayakoyduğunu başka sözcüklerle ifade edecekolursak; bir kuram mümkün olduğuncabasitleştirilmeli ama basiteindirgenmemelidir. Ptolemaios, modeliningökcisimlerinin devinimlerini daha doğru birşekilde tanımlayabilmesi için onların dairesel

yörüngelerine dışçemberler eklemiştir.Dışçemberlere dışçemberler ve hatta onlarada başka dışçemberler eklenmiş olsaydımodel daha doğru olabilirdi. Modelekarmaşıklık eklemek onu daha doğrukılabilse dahi, bilim insanları bir dizi gözlemeuyması için çarpıtılan bir modeli tatmin edicibulmazlar; onu kullanışlı bir ilkeyi temsileden bir kuramdan ziyade, veriler kataloğuolarak kabul ederler.

5. bölümde pek çok insanın, doğanıntemel parçacıklarının etkileşimlerinitanımlayan “standart model”i zarifbulmadıklarını göreceğiz. Bu model,Ptolemaios’un dışçemberler modelinden çokdaha başarılıdır. Bazı yeni parçacıklarınvarlığını, gözlemlenmelerinden önceöngörmüş ve yirmi otuz yıl boyunca çoksayıda deneyin sonuçlarını büyük birdoğrulukla açıklamıştır. Ancak standartmodel düzinelerce ayarlanabilir parametre

içerir ve bu parametrelere ait değerlerkuramın kendisi tarafından belirlenmezler;kuramın gözlemlerle uyuşması içinayarlanmaları gereklidir.

Bir başka nokta ise, yeni ve çarpıcı biröngörünün doğruluğunun kanıtlanmasınınbilim insanlarını her zaman etkilemesidir. Öteyandan, bir modelin eksikliği ortayaçıktığında, genel tepki deneyin yanlışolduğunu söylemektir. Bu da durumuaçıklamazsa, insanlar yine de modeli terketmeyip değişiklikler yaparak onu korumayaçalışırlar. Fizikçiler beğendikleri kuramlarıkurtarmak konusunda epeyce ısrarlı olsalarda, bir kuramı ıslah etme eğilimi, değişiklikleryapay veya kullanışsız hale gelinceye, yanikuram “zarafetini” kaybedinceye kadar sürer.

Yeni gözlemlere uyum sağlaması gerekendeğişiklikler fazlasıyla düzensiz bir halalmışsa, yeni bir modele ihtiyaç duyuluyordemektir. Yeni gözlemlerin ağırlığı nedeniyle

çöken eski modele bir örnek, durağan evrengörüşüdür. 1920’lerde çoğu fizikçi evrenindurağan olduğuna veya boyutlarınındeğişmez olduğuna inanıyordu. Daha sonra1929’da Edwin Hubble evrenin genişlediğiniortaya koyan gözlemlerini yayımladı. AncakHubble evrenin genişlediğini doğrudangözlemlememişti, galaksilerden yayılan ışığıgözlemlemişti. Bu ışık, galaksinin niteliğinebağlı olarak karakteristik bir imzaya veyatayfa sahiptir. Işığın tayfı, bizimkonumumuzla göreli olarak, galaksi hareketettiğinde ölçülebilir oranda değişir. Böylece,uzak galaksilerin ışık tayflarını çözümleyenHubble, galaksilerin hızını belirlemeyibaşardı. Bizden uzaklaşan galaksiler olduğukadar, bize yaklaşan galaksilerin deolduğunu bulabilmeyi umuyordu. Ancakneredeyse tüm galaksilerin bizdenuzaklaştıklarını ve uzaklıkları arttıkçahızlarının da arttığını buldu. Hubble evrenin

genişlemekte olduğu sonucuna vardı; amaeski modellerine bağlı kalmak isteyenfizikçiler onun bu gözlemini durağan evrenbağlamında açıklamaya kalkıştılar. ÖrneğinCalifornia Teknoloji Enstitüsü’nden fizikçiFritz Zwicky, çok büyük mesafeler kat edenışığın henüz bilinmeyen bir neden yüzündenyavaşça enerjisini kaybedebileceğinisavundu. Zwicky’e göre enerjisindeki buazalma ışığın tayfında değişikliklere nedenolabilirdi ve Hubble’ın gözlemleri de bu-

Kırınım Newton'ın ışık modeli, ışığın birortamdan diğerine geçerken neden kırıldığını

açıklar, ama Newton halkaları adınıverdiğimiz bir diğer fenomeni açıklayamaz.

nu gösteriyordu. Hubble’dan onlarca yılsonra pek çok fizikçi ka- rarlı-durumkuramını savunmayı sürdürdü. Ancak endoğal model Hubble’ın genişleyen evrenmodeliydi ve sonunda kabul edilen de bumodel oldu.

Evreni yöneten yasaları bulmak içinyaptığımız araştırmalarda birkaç kuram veyamodel formüle ettik; örneğin dört elementmodeli, Ptolemaios sistemi, phlogistonkuramı,{3} büyük patlama kuramı vb. Herbir kuram veya model ile evrenin temelbileşenleri ve gerçeklik hakkındakikavramlarımız değişti. Örneğin, ışık kuramınıele alalım. Newton ışığın küçük

parçacıklardan veya cisimciklerdenoluştuğunu düşünüyordu. Bu ışığın nedendüz çizgiler halinde yol aldığını açıklıyordu;Newton ayrıca ışığın bir ortamdan diğerine,örneğin havadan cama veya havadan suyageçerken neden büküldüğünü ya dakırıldığını da bu şekilde açıklıyordu.

Yine de cisimcik kuramı Newton’inkendisinin gözlemlediği, Newton halkalarıdenilen fenomeni açıklamak için yeterliolmadı. Düz ve yansıtma özelliği olan birlevhanın üzerine bir mercek yerleştirin ve tekrenkli bir ışıkla, örneğin sodyum lambasıy-

Girişim İnsanlar gibi dalgalar dakarşılaştığında birbirlerini büyütme veya

küçültme eğiliminde olurlar. la aydınlatın. Yukarıdan bakıldığındamerkezleri merceğin levhaya değdiği noktaolan açık ve koyu renkli halkalar görülür.Bunu ışığın parçacıklardan oluştuğunusöyleyen kuramla anlatmak zor olurdu, amadalga kuramı ile açıklanabilir.

Işığın dalga kuramına göre, açık ve koyurenkli halkalara neden olan girişim dediğimizbir fenomendir. Bir dalga, örneğin bir sudalgası bir dizi tepe ve çukurdan oluşur.Dalgalar çarpıştığında bu tepeler veçukurluklar denk gelirlerse birbirlerinidestekleyerek daha büyük bir dalganınoluşmasını sağlar. Bu yapıcı girişimdir. Budurumda dalgaların “eş fazlı” olduğusöylenir. Bunun karşıtı durumda ise, dalgalar

karşılaştığında bir dalganın tepesi, diğerdalganın çukuruna denk gelir. Bu durumdadalgalar birbirlerini sönümlerler ve onlara “zıtfazlı” dalgalar denir. Bu da yıkıcı girişimdir.

Newton halkalarının parlak olanlarımerkezden, mercekten yansıyan dalga ilelevhadan yansıyan dalganın tam sayılı (1, 2,3, ...) dalga boylarıyla ayrılarak yapıcı girişimoluşturdukları uzaklıkta oluşur. (Dalga boyu,bir dalgaya ait tepe veya çukurlardan birininkendisinden sonrakine uzaklığıdır.) Öteyandan koyu renk halkala-

Su birikintisinde girişim Günlükhayatımızda göletten okyanusa kadar her su

birikintisinde girişim kavramını görebiliriz.

rın merkezden uzaklığını belirleyen iki dalgaarasındaki ayrım, yarı tam sayıdaki (1/2,11/2, 21/2,...) dalga boyu kadar olduğu içinyıkıcı girişim oluşturur - mercekten yansıyandalga levhadan yansıyan dalgayı sönümler.

19. yüzyılda bu, ışığın dalga kuramınındoğrulanması ve parçacık kuramının yanlışolduğunun gösterilmesi olarak kabul edildi.Ancak 20. yüzyılın başlarında Einstein,fotoelektrik etkinin (günümüzdetelevizyonlarda ve dijital kameralardakullanılmakta) bir ışık parçacığının veyakuantumun bir atoma çarpması ve birelektronu ortadan kaldırmasıylaaçıklanabileceğini gösterdi. Yani ışık hemparçacık, hem de dalga olarak işliyordu.

İnsanlar, okyanusları veya çakıltaşı atılangöletleri izledikleri için dalga fikri akıllarınagelmiş olmalı. Aslında bir gölete iki çakıl taşıattığınızda, yukarıdaki fotoğrafta olduğu gibi,girişimin nasıl işlediğini görürsünüz. Diğersıvıların da aynı şekilde davrandığı gözlenir;belki fazlaya kaçırılan şarabın dışında.Parçacık fikri taşlar, çakıllar ve kumsayesinde tanıdıktı. Ancak bu dalga/parçacıkikiliği -bir nesnenin hem parçacık hem dedalga olarak tanımlanabileceği fikri- bir külçekumtaşını içmek fikri kadar günlükyaşantımıza yabancıydı.

Bunun gibi ikilikler -aynı fenomeni doğruolarak tanımlayan iki çok farklı kuramıngeçerli olduğu durumlar- modele dayalıgerçeklikle uyumludur. Her bir kuram belirliözellikleri tanımlar ve açıklar ve birinindiğerine göre daha iyi veya daha doğruolduğu söylenemez. Evreni yöneten yasalarlailgili olarak söyleyebileceğimiz şudur: Evrenin

her durumunu tanımlayabilecek tek birmatematiksel model veya kuram yok gibigörünüyor. Tersine, ilk bölümde belirttiğimizgibi, M-kuramı adını verdiğimiz bir kuramlarağı var gibi duruyor. M-kuramı içinde yeralan her kuram, belli alanlardaki fenomenlerigayet iyi açıklıyor. Bu alanların örtüştüğünoktalarda, ağdaki farklı kuramlar birbiriyleuyuşuyor, dolayısıyla bunların tümünün aynıkuramın parçaları olduğu söylenebilir. Ancakağın içindeki hiçbir kuram evrenin her halini -doğanın bütün güçlerini, bu güçlerin etkisinihisseden parçacıkları ve içinde bütünbunların sürüp gittiği uzay ve zamanınçerçevesini- tanımlayamaz. Bu durum tek vebirleşik bir kuramın hayalini kuran gelenekselfizikçileri pek tatmin etmese de, modeledayalı gerçekçilik çerçevesi içinde kabuledilebilir.

İkiliği ve M-kuramını beşinci bölümdedaha ayrıntılı tartışacağız, ancak bundan

önce doğaya çağdaş bakış açımızın dayanağıolan temel bir ilkeyi ele alacağız: Kuantumkuramı ve özellikle alternatif geçmişler adlıkuantum kuramı yaklaşımı. Bu görüşe göreevrenin yalnızca tek bir varoluşu veyageçmişi yoktur; tersine kuantum süperkonum dediğimiz durumda evrenin olasıbütün varyantları aynı anda mevcuttur. Bu,odadan çıktığımızda masa da kaybolurkuramı kadar olağandışı gelebilir, ancakkuram girdiği bütün deneysel testlerigeçmiştir.

4

Alternatif geçmişler

1

999’da Avusturya’da bir grup fizikçi futboltopu biçimindeki bir dizi molekülü bir engeledoğru fırlattılar. Her biri altmış karbonatomundan oluşan bu moleküllere mimarBuckminster Fuller’in yaptığı binaların şeklineatfen buckytopları (buckyballs) denir.Fuller’in jeodezik kubbeleri belki de futboltopuna benzeyen en büyük nesneler.Buckytopları ise en küçükleri. Fizikçilerinhedef aldığı engelin üzerinde,buckytoplarının geçebileceği iki yarıkbulunuyordu. Fizikçiler yarıklardan geçen

molekülleri görmek ve saymak için buengelin arkasına eşit büyüklükte bir perdekoydular.

Buckytopları Buckytopları, karbonatomlarından yapılmış mikroskobik futboltoplarına benzerler.

Gerçek futbol topları ile benzeri bir deneyyapsak, pek nişancı olmasa da topları herzaman bizim istediğimiz hızda atabilecekyetenekte bir futbolcuya ihtiyacımız olur. Buoyuncuyu üzerinde iki yarık bulunan birduvarın önüne yerleştiririz. Duvarın arkasınaona paralel uzun bir ağ koyarız. Oyuncununçoğu atışı duvara çarpıp geri döner, amabazıları yarıklardan birinden geçip ağlaratakılır. Yarıklar toplardan yalnızca biraz dahabüyükse duvarın arka tarafında yaklaşıkolarak paralel bir yol izleyen toplarınoluşturduğu iki küme oluşur. Yarıklar dahada büyürse, aşağıdaki resimde olduğu gibi,her bir top kümesinin izlediği yol da yelpazegibi açılır.

Yarıklardan birini kapatırsak, oradan hiçtop geçmez, ama bu diğer yarıktan geçentopların durumunu hiç etkilemeyecektir. Buyarığın yeniden açılması, duvarın arkasındahem eski yarıktan, hem de yeni açılanyarıktan geçen toplar olacağından, duvarınarkasındaki verili herhangi bir noktaya düşentopların sayısını yalnızca artıracaktır. Başkabir deyişle, her iki yarık açıkkengözlemlediğimiz, duvardaki yarıklarbirbirinden ayrı olarak açıldığındagözlemlediklerimizin toplamıdır. Bu, günlükhayatımızdan alışkın olduğumuz birgerçekliktir. Ancak molekülleri fırlatanAvusturyalı araştırmacıların buldukları şeyfarklı oldu.

Çift yarık futbolu Duvardaki yarıklardantopları geçiren bir futbolcu anlaşılır bir örüntü

oluşturacaktır.

Avusturya deneyinde ikinci yarığınaçılması, gerçekten de ekranın bazınoktalarına çarpan moleküllerin sayısınıartırdı, ama aşağıdaki resimdegörebileceğiniz gibi, bazı noktalardakimolekül sayısını azalttı. Aslında, arkadakiekranda öyle noktalar vardı ki, yarıklarınikisi de açıkken buckytoplarının hiçbiri bunoktalarda gözlemlenmiyor, buna karşınyarıklardan yalnızca biri açıkkengözlemleniyordu. Bu çok tuhaf bir durumdu.İkinci yarığı açmak nasıl belirli noktalaradaha az molekülün çarpmasına nedenolabiliyordu?

Ayrıntıları inceleyerek yanıt için bir ipucubulabiliriz. Deneyde, moleküller hangi

yarıktan gönderilirse gönderilsin, varmasınıbeklediğiniz yerin yarısı kadar uzaklıkta birnoktaya ulaşıyor. Bu merkezi noktanın birazuzağına çok az molekül geliyor, ama birazdaha uzağında moleküllerin yenidenyoğunlaştığı görülüyor. Bu örüntü, her yarıkbirbirinden ayrı olarak açıldığında oluşanörüntülerin toplamı değil; 3. bölümdenhatırlayacağınız girişim dalgalarına özgü birörüntü. Moleküllerin gelmediği alanlar, ikiyarıktan çıkan zıt fazlı dalgaların yıkıcıgirişim oluşturduğu bölgelere; moleküllerinyoğun olarak çarptığı alanlar ise dalgalarıneş fazlı olarak geldiği ve yapıcı girişimoluşturduğu bölgelere karşılık geliyor.

Buckytoplarıyla futbol Moleküler futboltoplan ekrandaki yarıklardan geçirildiğinde

ortaya çıkan örüntü alışık olmadığımızkuantum yasalarını yansıtır.

Bilimsel düşüncenin ilk iki bin yıllıksürecinde kuramsal açıklamanın temeli basitdeneylere ve sezgiye dayanır. Teknolojimizigeliştirdikçe ve gözlemleyebildiğimizfenomenlerin alanları genişledikçe doğanınbizim gündelik deneyimimizden, dolayısıylasezgilerimizden oldukça farklı işlediğini dahaiyi anlamaya başladık; buckytopları deneyide bunu kanıtlamıştır. Bu deney, klasikbilimin dışında kalan, ancak kuantum fiziği ileaçıklanabilen fenomenlerin tipikörneklerinden biridir. Aslında, yukarıdaanlattığımız çift yarıklı deneyin “kuantummekaniğinin bütün gizemlerini içerdiğini”söyler Richard Feynman.

Kuantum fiziğinin ilkeleri 20. yüzyılınbaşlarında, doğanın atom ve atomaltıdüzeylerini Newtoncu kuramın açıklamaktayetersiz kaldığı anlaşıldıktan sonra geliştirildi.Fiziğin temel kuramları doğanın güçlerini venesnelerin bu güçlere nasıl tepki verdiklerinitanımlar. Newton’ınki gibi klasik kuramlargündelik deneyimimizi yansıtan bir çerçeveüzerine inşa edilmişlerdir ve bu çerçevedemadde bireysel varlığa sahiptir, kesinkonumu belirlenebilir, belirli yollar izler vs.Kuantum fiziği, doğanın atom ve atomaltıdüzeylerde nasıl işlediğini anlamamızayarayan bir çerçeve sunar, ancak daha sonraayrıntılı olarak göreceğimiz gibi kavramsalçerçevesi tümüyle farklıdır ve bu çerçeveyegöre bir nesnenin konumu, yolu, hattageçmişi ve geleceği kesin olarak belirlideğildir. Çekim gücü veya elektromanyetikkuvvet gibi kuantum kuramları bu çerçeveiçinde oluşturulmuşlardır.

Gündelik hayatımıza son derece yabancıbir çerçevede geliştirilen kuramlar, klasik fiziktarafından olabildiğince kesinlikle modellenenbasit deneylerin sonuçlarını da açıklayabilirmi? Açıklayabilir çünkü biz ve çevremizdekiher şey, akıl almaz sayıda atomdan;gözlemleyebildiğimiz evrendeki yıldızlarınsayısından bile daha fazla atomdan oluşanbirleşik yapılarız. Bileşimleri kuantum fiziğininilkelerine uysa da, futbol topunu, şalgamı,jumbo jeti -ve bizi- oluşturan büyük atomtopluluklarının yarıklardan geçerkenkırınımdan kaçınabileceği açıktır. Yanigündelik nesnelerin bileşenleri kuantumfiziğinin ilkelerine uymakla beraber, Newtonyasaları gündelik hayatımızdaki birleşikyapıların nasıl davrandığını çok doğru birşekilde tanımlayan etkileyici bir kuramoluşturur.

Bu tuhaf gelebilir, ancak bilimde büyüktoplulukların kendi bireysel bileşenlerinden

oldukça farklı bir şekilde davrandığınıgösteren pek çok örnek vardır. Tek birnöronun gösterdiği tepkiler, insan beyniningöstereceği tepkileri neredeyse hiç habervermez veya bir su molekülünü bilmek sizebir gölün nasıl davranacağını hakkında çokbir şey söylemez. Kuantum etki alanındanNewton yasalarının nasıl çıktığını bulmak içinfizikçiler hâlâ çalışmakta. Kesin olarakbildiğimiz şey, bütün nesnelerin bileşenlerininkuantum fiziği yasalarına uyduğu ve Newtonyasalarının, kuantum bileşenlerinden oluşançok daha makroskobik nesneleri tanımlamakiçin iyi bir kestirim sunduğudur.

Bu nedenle Newtoncu kuramın öngörüleri,etrafımızdaki dünyayı deneyimlerkengeliştirdiğimiz gerçeklik görüşümüzeuygundur. Ancak kendi başlarına atomlar vemoleküller, bizim gündelik deneyimlerimizetamamen aykırı bir davranış sergilerler.Kuantum fiziği bize evrenin bir resmini sunan

yeni model bir gerçekliktir. Bu resimde,gerçekliği sezgisel olarak algılayışımızıntemeli olan pek çok kavram artık bir anlamtaşımıyor.

Çift yarık deneyi ilk kez 1927’de, BellLaboratuvarı’nda deneysel fizikçi olarakgörev yapan ve -buckytoplarından çok dahabasit nesneler olan- elektron ışınlarınınnikelden yapılma bir kristal ile etkileşimiüzerinde çalışan, Clinton Davisson ve LesterGermer tarafından gerçekleştirildi. Elektrongibi madde parçacıklarının su dalgaları gibihareket ediyor olduğu gerçeği, kuantumfiziğine ilham veren şaşırtıcı sonuçlardanbiridir. Bu davranış makroskobik ölçektegözlemlenmediğinden, ne büyüklük-

Young'ın deneyi Buckytoplarınınoluşturduğu desene ışığın dalga kuramındanaşinayız.

te ve karmaşıklıkta bir nesnenin dalgabenzeri özellikler gösterebileceğini biliminsanları uzun süre merak ettiler. Bu etkiinsanları veya suaygırlarını kullanarakgösterilebilseydi oldukça büyük bir gürültükopardı, ama dediğimiz gibi, genellikle nesnene kadar büyükse kuantum etkileriningörünürlüğü ve gücü de o ölçüde küçüktür.Yani hayvanat bahçesindeki herhangi birhayvanın kafeslerinin parmaklıkları arasındanbir dalga gibi geçmeleri pek mümkün değil.Yine de, deneysel fizikçiler dalga hareketifenomenini giderek daha büyükparçacıklarda gözlemliyorlar. Bilim insanlarıbuckytoplarıyla yaptıkları deneyi bir günyalnızca çok daha büyük olmakla kalmayıpaynı zamanda canlı bir varlık olarak

değerlendirilen bir virüs kullanarak yapmayıümit ediyorlar.

Bir sonraki bölümde yapacağımız tartışmaiçin kuantum fiziğinin sadece bazıözelliklerinin anlaşılması gerekiyor. En temelözelliklerinden biri dalga/parçacık ikiliğidir.Madde parçacıklarının bir dalga gibidavranması herkesi şaşırtır. Ancak ışığın birdalga gibi davranması artık kimseyişaşırtmıyor. Işığın dalga hareketi bize doğalgeliyor ve neredeyse iki yüzyıldır kabuledilmiş bir gerçek olarak değerlendiriliyor.Yukarıdaki deneyde bir ışık demetini ikiyarıktan geçirdiğinizde iki dalga ortaya çıkarve arkadaki perdede buluşur. Bazı noktalardadalgaların tepeleri ve çukurları çakışır veparlak bir nokta oluşturur; diğerlerinde isebir dalganın tepesi ile diğer dalganın çukuruçakışarak birbirlerini sönümler ve karanlıknoktalar oluştururlar. İngiliz fizikçi Tho- masYoung bu deneyi 19. yüzyılın başlarında

yaptı ve insanlar ışığın Newton’ın inandığıgibi parçacıklardan değil dalgalardanoluştuğuna ikna oldular.

Newton’ın ışığın bir dalga olmadığınısöylerken yanıldığı sonucuna varılabilir, amaparçacıklardan oluşmuş gibi davranabildiği-ni söylerken haklıydı. Günümüzde buparçacıklara foton diyoruz. Biz nasıl çokbüyük sayıda atomdan oluşuyorsak, gündelikhayatımızda gördüğümüz ışık da çok çokfazla sayıda fotonun bileşmesinden oluşuyor- hatta bir vatlık gece lambaları bile hersaniye milyarlarca foton yayıyor. Tek birfotonu görmek genellikle mümkün değil,ancak laboratuvarda ürettiğimiz, teklifotonların akışından oluşan çok zayıf bir ışıkdemetinde bireysel foton- larısaptayabiliyoruz, tıpkı bireysel elektronlarıveya buckytoplarını saptayabildiğimiz gibi. Veyeterince seyrek bir ışın kullanarak Young’ındeneyini tekrarlayabiliyoruz; fotonları

engelden birer birer geçiriyoruz ve ekranaulaşan her bir foton arasında birkaç saniyeoluyor. Bunu yapıp daha sonra engelinarkasındaki ekranın

"Eğer bu doğruysa, dalga olduğunudüşündüğümüz her şey aslında parçacık veparçacık olduğunu düşündüğümüz her şey

aslında dalga."

üzerinde kaydedilen çarpışmaları toplarsak,elde ettiğimiz örün- tünün; Davisson-Germerdeneyini elektronları (veya buckytoplarını)ekrana birer birer atarak tekrarlasaydık eldeedeceğimiz girişim örüntüsüyle aynı olacağınıgörürüz. Bu durum fizikçiler için çok şaşırtıcıbir keşifti: Parçacıklar kendileriyle girişimgerçekleştirebiliyorsa, o zaman ışığın dalgaözelliği yalnızca bir ışık demetinin veya büyükfoton topluluklarının değil, bireyselparçacıkların da özelliğidir.

Kuantum fiziğinin temel ilkelerinden birdiğeri de, Werner Heisenberg tarafından1926’da formüle edilmiş olan belirsizlikilkesidir. Belirsizlik ilkesi bize, bir parçacığın

konumu ve hızı gibi belirli verileri aynı andaölçme yeteneğimizin sınırlı olduğunu söyler.Belirsizlik ilkesine göre, parçacığınkonumundaki belirsizliği momentumundaki(parçacığın kütlesi çarpı hızı) belirsizliği ileçarptığımızda elde edeceğimiz sonuç asla,değişmez bir nicelik olan Plancksabitinden{4} daha küçük olamaz. Biraztekerleme gibi olacak, ama işin özünü şöyleanlatabiliriz: Hızı ne kadar kesin ölçerseniz,konumu o kadar az kesin ölçersiniz veya tamtersi. Örneğin, konumdaki belirsizliği yarıyaindirdiğinizde, hızın belirsizliğini ikiye katlamışolursunuz. Gündelik yaşamda kullandığımızmetre, kilogram, saniye gibi ölçübirimlerimizle karşılaştırdığımızda Plancksabitinin çok küçük olduğunu belirtmekte deyarar var. Aslında birimle ifade edecekolursak yaklaşık olarak6/10.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000gibi bir değere sahiptir. Sonuç olarak, kütlesi

bir kilogramın üçte biri ağırlığında olan futboltopu gibi makroskobik bir nesnenin yerini heryöne doğru 1 milimetre kesinliğindesaptadığımızda, hızını saatte kilometreninmilyar milyar milyarda birinden daha kesinolarak ölçebiliriz; çünkü birimlerle gösterecekolursak, topun kütlesi 1/3’tür ve konumununbelirsizliği 1/1.000’dir. Planck sabitindekibütün o sıfırlara karşılık gelmesi için hiçbiriyeterli değildir ve bu yüzden görevi hızınbelirsizliği üstlenir. Ancak bir elektronunkütlesi0,000000000000000000000000000001’dir,bu nedenle elektronlarda durum oldukçafarklıdır. Bir elektronun konumunu, biratomun yaklaşık büyüklüğüne denk gelen birkesinlikte ölçersek, belirsizlik ilkesine göre buelektronun hızını saniyede artı veya eksi1.000 kilometreden daha kesin ölçemeyiz ki,bu da pek doğru bir ölçüm olmaz.

Kuantum fiziğine göre ne kadar bilgiye

ulaştığımız veya ne kadar güçlü birhesaplama yeteneğine sahip olduğumuz hiçfark etmiyor; fiziksel süreçlerin sonuçlarınıkesinlik dahilinde öngörmek mümkündeğildir, çünkü onlar kesinlik dahilindebelirlenmemiştir. Tersine, bir sisteminbaşlangıç koşullarını bilsek bile, doğa osistemin geleceğini temelde belirsiz bir süreçyoluyla saptar. Bir başka deyişle, en basitdurumlarda bile doğa bir sürecin veya birdeneyin sonuçlarını dikte etmez. Bununyerine, her biri belirli bir gerçekleşmeolabilirliği taşıyan pek çok farklı olasılığa izinverir. Bu, Einstein’ın yorumuyla, Tanrı’nınsonucuna karar vermek için her fizikselsürecin öncesinde zar atması gibidir. Budüşünce Einstein’ı rahatsız etmiş, kuantumfiziğinin kurucularından biri olmasın rağmen,sonradan eleştirmeye başlamıştır.

Kuantum fiziği, doğanın yasalarlayönetildiği düşüncesini yıkmaya çalışıyor gibi

görünebilir, ama durum bu değildir. Tersineyeni bir determinizm anlayışını kabuletmemiz için bize yol gösterir: Doğanınyasaları belirli bir sistem için kesin bir geçmişve gelecek saptamak yerine, farklı geçmiş vegelecek olasılıkları saptar. Bu bazılarınınhoşuna gitmese de, bilim insanları kendiönyargılı düşüncelerini değil, deneylerleuyum gösteren kuramları kabul etmekzorundadır.

Bilimin bir kuramdan beklediği testedilebilir olmasıdır. Kuantum fiziğine aitöngörülerin olasılıksal doğası, bu öngörülerindoğrulanmasının olanaksızlığı anlamınagelseydi, kuantum kuramları geçerli olaraknitelenmezdi. Ancak öngörülerin olasılık- saldoğasına rağmen kuantum kuramlarını testedebilmekteyiz. Örneğin bir deneyi pek çokkez tekrar edebilir, farklı sonuçlara aitfrekansların öngörülen olasılıklara uyduğunudoğrulayabiliriz. Buckytopları deneyini ele

alalım. Kuantum fiziği bize hiçbir şeyin aslakesin bir noktada saptanamayacağını söyler,eğer aksi olsaydı momentumdaki belirsizliğinsonsuz olması gerekirdi. Aslında kuantumfiziğine göre, her parçacığın evrenin herhangibir yerinde bulunma olasılığı vardır. Yani çiftyarıklı düzenekte belirli bir elektronu bulmaşansı çok yüksek olsa da, o elektronu AlphaCentauri yıldızının en uzak köşesinde veyaofisinizin kafeteryasında yediğiniz çobanböreğinde bulma olasılığı her zaman vardır.Sonuç olarak, bir kuantum buckytopunatekme atıp uçmasına izin verirseniz, onuntam olarak nereye ineceğini öncedensöyleyebilmenizi sağlayacak herhangi birbilgi veya yetenek söz konusu değildir.Ancak deneyi pek çok kez tekrarlarsanız,elde ettiğiniz veriler topu bulabileceğinizdeğişik noktaların olasılıklarını yansıtacaktır;deneysel fizikçiler bunun gibi deneylerinsonuçlarının kuramın öngörüleriyle

uyuştuğunu doğrulamaktadır.Kuantum fiziğindeki olasılıkların Newton

fiziğindeki veya gündelik yaşamdakiolasılıklara benzemediğini anlamak önemlidir.Bunu anlamak için bir ekrana düzenli birakışla fırlatılan Bucky toplarının oluşturduğuörüntü ile, dart oyununda on ikiden vurmayaçalışan oyuncuların yaptığı deliklerden oluşanörüntüyü karşılaştırabiliriz. Eğer oyuncularçok fazla bira tüketmemişlerse, oklarınmerkeze yakın saplanmaları olasılığı oldukçayüksektir, merkezden uzaklaştıkça bu olasılıkda azalır. Buckytoplarında olduğu gibi,herhangi bir ok herhangi bir yere saplanabilirve zamanla altta yatan olasılıkları yansıtan,deliklerden oluşan örüntü ortaya çıkar.Gündelik yaşamımızda bir okun değişiknoktalara saplanma olasılığı olduğunusöyleyerek, bu durumu yansıtmış oluruz;ancak bunu, okların fırlatma koşullarıhakkında yeterince bilgiye sahip olmadığımız

için söyleriz. Oyuncunun atışı sırasında okunaçısını, dönüşünü, hızını vb. tam olarakbildiğimizde tanımımızı geliştirebiliriz. İlkeselolarak ancak o zaman okun nereyesaplanacağını büyük bir doğruluklaöngörebiliriz. Gündelik yaşamdaki olaylarınsonuçlarını tanımlamak için kullandığımızolasılık kavramları, sürecin özünü değil,sürecin belli özelliklerini bilmeyişimiziyansıtır.

Kuantum kuramlarındaki olasılıklarfarklıdır. Doğadaki temel rastlantısallığıyansıtır. Doğanın kuantum modelinioluşturan ilkeler, yalnızca gündelikdeneyimimize değil, gerçeklik hakkındakisezgisel kavramlarımıza da terstir. Bukavramları tuhaf veya inanması güç bulanlaryalnız değiller; Einstein, hatta Feynman(onun kuantum kuramına birazdandeğineceğiz) gibi büyük fizikçiler dahi bugruba dahildir. Aslında Feynman “kimsenin

kuantum mekaniğini anlayamadığınırahatlıkla söyleyebilirim” diye yazmıştır.Ancak kuantum fiziği gözlemlerle uyumiçindedir. Hiçbir sınamada başarısızlığauğramamıştır ve bilimde kuantum kadar çoksınanan başka bir kuram yoktur.

1940’larda Richard Feynman’ın, kuantumve Newton fiziğinin farklılığı hakkında şaşırtıcıbir yaklaşımı vardı. Çift yarık deneyindekigirişim örüntüsünün nasıl oluştuğu sorusuilgisini çekmişti. Anımsayalım, iki yarık daaçıkken gönderdiğimiz moleküllerinoluşturduğu örüntü, ilkinde yarıklardanyalnızca birinin, İkincisinde de yalnızcadiğerinin açık olduğu iki deneyin sonucundaelde edilen örüntülerin toplamı değildir. Heriki yarık açıkken bir dizi açık ve karanlıkşeritler elde ederiz ve karanlık şeritlere hiçparçacık ulaşmamıştır. Yani, sadece bir yarıkaçıkken karanlık şeride ulaşan parçacıklar,ikinci yarığın da açık olduğu durumda o

noktaya ulaşmamıştır. Sanki parçacıklar,kaynaktan ekrana yaptıkları yolculuklarınınbir yerinde her iki yarık hakkında bilgiedinmişlerdir. Bu türden bir davranış,gündelik yaşamımızdaki şeylerindavranışından büyük ölçüde farklıdır;örneğin, gündelik hayatta bir top bir yarıktangeçirildiğinde bir yol izler ve diğer yarıktakidurumdan etkilenmez.

Newton fiziğine göre -moleküllerle değilfutbol topuyla yaptığımız deneye göre- herparçacık kaynaktan ekrana kadar tek ve iyitanımlanmış bir yol izler. Bu resimde,parçacığın yolculuğu sırasında yarıklarınçevresini dolaşmak için yolundan sapmasımümkün değildir. Ancak kuantum modelinegöre, bir parçacığın başlangıç noktasındanvarış noktasına kadar geçen zaman içindebelirli bir konumda olduğu söylenemez.Feynman bunun, kaynaktan ekrana gidenparçacığın izlediği bir yol yoktur şeklinde

yorumlanmaması gerektiğini fark etti.Tersine parçacık bu iki noktayı birbirinebağlayan olası bütün yolları kullanıyordu.Feynman’a göre kuantum fiziği ile Newtonfiziği arasındaki fark buydu. Her iki yarığınkonumu önemlidir, çünkü parçacıklar tek vebelirli bir yol izlemek yerine, her yolu izlerlerve bunu eşzamanlı olarak gerçekleştirirler!Bu bilimkurgu gibi geliyor, ama değil.Feynman’ın formüle ettiği matematiksel ifade-Feynman’ın geçmişler toplamı- bu görüşüyansıtır ve kuantum fiziğinin bütün yasalarınıtekrarlar. Feynman’ın kuramındakimatematik ve fiziksel görünüm, kuantumfiziğinin asıl formülünden farklıdır amaöngörüleri aynıdır.

Feynman’ın düşüncesine göre çift yarıkdeneyinde parçacıkların izlediği yollarşöyledir. Yalnızca bir yarıktan veya yalnızcadiğer yarıktan geçerler; ilk yarıktan geçer,dönüp ikinci yarıktan çıkar sonra yine ilk

yarıktan geçerler; nefis körili karides yapanrestorana gidip, eve dönmeden önceJüpiter’in etrafını birkaç kez dolanırlar; hattabütün evreni aşıp, geri dönerler. Feynman’agöre parçacık, hangi yarığın açık olduğukonusunda bu şekilde bilgi alır -eğer biryarık açıksa parçacık içinden geçer. Her ikiyarık da açıksa, parçacığın içinden geçtiğiher iki yol birbirine karışarak girişimoluşturur. Bu çok delice gelebilir, ancakbugün temel fiziğin amaçları -ve bu kitabınamaçları- açısından Feynman’ın formülüorijinalinden çok daha kullanışlı olduğunukanıtlamıştır.

Feynman’ın kuantum gerçekliğiyle ilgilidüşüncesi, az sonra anlatacağımızkuramların anlaşılması açısından çokönemlidir, bu nedenle nasıl çalıştığına dairbir izlenim edinmek için biraz zamanayırmaya değer. Bir parçacığın Anoktasından başladığı ve özgürce hareket

ettiği basit bir süreç hayal edelim. Newtonmodelinde bu parçacık düz bir çizgi izler.Belirli bir zaman geçtikten sonra, bu düzçizginin sonunda parçacığı kesin olarakbelirlenmiş B noktasında buluruz.Feynman’ın modelinde bir kuantum parçacığıA ile B’yi bağlayan bütün yolları dener ve heryol için

Parçacık yolları Feynman'ın kuantumkuramı formülasyonu, buckytopları veelektronlar gibi parçacıkların ekrandaki

yarıklardan geçirildiklerinde neden girişimdesenleri oluşturduklarını açıklar.

Feynman'ın yollarını toplamak Tıpkıdalgaların yaptığı gibi farklı Feynman yollanda birbirlerini güçlendirir veya küçültür. Sarıoklar birbirlerine eklenen fazlan temsil eder,ilk çizginin kuyruğundan başlayıp, son okunucunda sona eren mavi çizgi ise toplamlarınıtemsil eder. Alttaki görüntüde okların yönlerifarklıdır, bu nedenle toplamları, yani mavi

çizgi, çok kısadır.

adına faz denilen bir numara alır. Bu fazdalganın pozisyonunu, yani dalganın tepekonumunda mı, çukur konumunda mı yoksaaradaki belirli bir konumda mı olduğunutemsil eder. Feynman’ın bu fazı hesaplamakiçin kullandığı matematik formülü, bütünyollardan gelen dalgaları topladığınızda,A’dan başlayan ve B’ye ulaşacak parçacığın“olasılık genliğini” elde edeceğimizi gösterir.Olasılık genliğinin karesi de B’ye ulaşacak

parçacığın gerçek olasılığını verir.Feynman toplamına (dolayısıyla A’dan

B’ye gitme olasılığına) katkıda bulunan herbir tekil yolun fazı, sabit uzunlukta bir okolarak düşünülebilir, ama bu ok herhangi biryönü göstermez, iki fazı toplamak için, birfazı temsil eden oku, diğer fazı temsil edenokun sonuna yerleştirirsiniz ve böylecetoplamı temsil eden yeni bir ok eldeedersiniz. Daha çok faz eklemek için aynıişlemi sürdürürsünüz. Fazlar ardı ardınasıralandığında, toplamı temsil eden ok çokuzun olabilir. Ancak oklar farklı yönlerigösteriyorsa, birbirlerini geçersiz kılmaeğiliminde olacaklarından, oktan geriye pekbir şey kalmayacaktır. Nasıl olduğunuyukarıdaki resimde görebilirsiniz.

A'dan B'ye giden yollar iki noktaarasındaki "klasik" yol düz bir çizgidir. Klasik

yola yakın olan yolların fazlan birbirlerinigüçlendirme eğilimindeyken, klasik yoldanuzak olanların fazları birbirlerini yok etme

eğilimindedir.

A noktasından başlayıp B noktasınavaracak olan bir parçacığın olasılık genliğinihesaplamak üzere Feynman’ın formülünüuygulamak için, A ve B’yi birbirine bağlayanher yolu, dolayısıyla bunları simgeleyenfazları (yani okları) toplamalısınız. Sonsuzsayıda yol olması işin matematiğini bir parçazorlaştırsa da, sonuç veriyor. Yukarıdakiresimde yolların bir kısmını göreceksiniz.

Feynman kuramı, Newton dünyasının çokfarklı görünen kuantum fiziğinden nasıldoğabileceğini açıkça ortaya koyuyor.Feynman kuramına göre her yola ait faz

Planck sabitine dayanır. Planck sabiti çokküçük olduğundan, birbirine yakın olan heryolun katkısını topladığınızda, fazlar normalolarak çok büyük değişiklik gösterecektir veyukarıdaki resimde görüleceği gibi, birbirlerinisıfırlama eğiliminde olacaklardır. Ancakkurama göre, fazların sıralanma eğilimigösterdiği belirli yollar da vardır ve bunlar,parçacığın gözlemlenen davranışı için dahabüyük bir katkı sağladıklarından tercih edilir.Büyük nesneler söz konusu olduğunda,Newton’ın öngördüğü yola çok benzeyenyolların, fazları da benzeşecektir vetoplamdaki paylan açık farkla büyükolacaktır; yani etkili bir biçimde sıfırdanbüyük olan tek varış noktası, Newton kuramıtarafından öngörülen noktadır ve bu varışnoktasının sahip olduğu olasılık bire çokyakındır. Bu nedenle büyük nesneler Newtonkuramının öngördüğü şekilde hareketederler.

Buraya kadar Feynman’ın kuramını çift-yarık deneyi bağlamında ele aldık. Budeneyde parçacıklar yarıkları olan birduvardan geçiriliyor ve biz duvarın arkasınayerleştirilen bir ekrana ulaşan parçacıklarınyerlerini ölçüyoruz. Genel olarak Feynman’ınkuramı tek bir parçacığın değil, bir “sistemin”olası sonuçlarını öngörmemizi sağlıyor; busistem bir parçacık, bir dizi parçacık, hattabütün evren de olabilir. Sistemin başlangıçdurumu ile daha sonra niteliklerini saptamakiçin yaptığımız ölçümler arasında, bunitelikler bir şekilde gelişir ve fizikçiler bunasistemin geçmişi der. Örneğin çift-yarıkdeneyinde parçacığın geçmişi, onun yoludur.Yine bu deneyde olduğu gibi, verili herhangibir noktaya ulaşan parçacığı gözlemleyebilmeolasılığı, o noktaya götürebilecek yollarıntümüne bağlıdır; Feynman, genel birsistemde herhangi bir gözlem olasılığının, ogözleme yol açan bütün olası geçmişlerden

oluştuğunu göstermiştir. Bu nedenle onun buyöntemine kuantum fiziğinin “geçmişlertoplamı” veya “alternatif geçmişler”formülasyonu denir.

Feynman’ın kuantum fiziğine yaklaşımıhakkında biraz bilgilendiğimize göre, dahasonra kullanacağımız bir başka temelkuantum ilkesini inceleyelim; bu ilkeye görebir sistemi gözlemlemek, onun hareketbiçimini değiştirir. Çenesine hardal bulaşmışşefimizi hiç ses çıkarmadan, karışmadanizlediğimiz gibi, bir sistemi izleyemez miyiz?Hayır. Kuantum fiziğine göre bir şeyi“sadece” gözlemleyemezsiniz. Gözlemyapabilmek için, gözlemlediğiniz nesneyleetkileşmek zorundasınız. Örneğin, bir nesneyialışıldık anlamda görmek için üzerine ışıktutarız. Bir kabağın üzerine tuttuğumuz ışıkelbette onu çok az etkileyecektir. Ancakküçücük bir kuantum parçacığının üzerinesoluk bir ışık tutmak -yani onu fotonlarla

vurmak- bile büyük bir etkiye yol açacaktır;bu durum tam olarak kuantum fiziğininaçıkladığı gibi deneyin sonuçlarınıdeğiştirecektir.

Diyelim ki, daha önce yaptığımız gibi çiftyarık deneyinde engelin üzerine bir parçacıkakımı yollayalım ve yarıklardan geçen ilk birmilyon parçacığın verilerini toplayalım.Değişik çarpışma noktalarına ulaşanparçacıkların sayılarını işaretlediğimizde eldeettiğimiz veriler, sayfa 59’da gördüğünüzgirişim örüntüsünü meydana getirecektir;parçacığın başlangıç noktası olan A’dan,tespit edildiği B noktasına ulaşan bütün olasıyollara ait fazları da eklediğimizde, farklınoktalara çarpma olasılıklarının verilerleuyumlu olduklarını göreceğiz.

Şimdi bu deneyi yeniden yaptığımızı veyarıkların üzerine ışık tuttuğumuzuvarsayalım; böylece bir orta noktadan yaniC’den hangi parçacığın geçtiğini bilelim. (C,

yarıklardan herhangi birinin konumudur.)Bu, “hangi-yol” bilgisidir, çünkü bizeparçacığın A’dan B’ye giderken birinciyarıktan mı yoksa ikinci yarıktan mı geçtiğinisöyler. Artık her bir parçacığın hangiyarıktan geçtiğini bildiğimize göre,toplamımız yalnızca parçacığın birinciyarıktan geçerken izlediği yolları veyayalnızca parçacığın ikinci yarıktan geçerkenizlediği yolları içerecektir. Birinci veya ikinciyarıktan geçen yolların tümünü aslaiçermeyecektir. Feynman’ın girişimörüntüsüne ilişkin açıklamasına göre, biryarıktan geçen yollar, diğer yarıktan geçenyollarla girişim oluşturacaklardır;parçacıkların hangi yarıktan geçtiklerinibelirlemek için ışık kullandığımızda diğerseçeneği ortadan kaldırdığımız için girişimörüntüsü- nün yok olmasına neden oluruz.Aslında bu deney yapıldığında, ışıkkullanmak sonuçları değiştirir, sayfa 59’daki

girişim örüntülerini sayfa 58’deki örüntüleredönüştürür! Dahası, çok zayıf bir ışıkkullanarak deneyde değişiklik yapabiliriz,böylece parçacıkların tümü ışıkla etkileşimegirmezler. Bu durumda yalnızca bazıparçacık altkümeleri için hangi-yol bilgisineulaşabiliriz. Böylece gelen parçacık verilerinihangi-yol bilgisine ulaşıp ulaşmadığımızagöre bölersek, hangi-yol bilgisine sahipolmadığımız altküme- ye ait olan verileringirişim örüntüsü oluşturduklarını, hangi-yolbilgisine sahip olduğumuz altkümeye aitverilerin ise bir girişim oluşturmadıklarınıgörürüz.

Bu düşünce, “geçmiş” kavramımızüzerinde önemli sonuçlar doğurur. Newtonkuramında geçmişin, kesin olaylar dizisiolarak var olduğu düşünülür. Geçen yılİtalya’dan aldığınız vazonun yerdeparamparça durduğunu ve yeni yürümeyebaşlamış çocuğunuzun mahcup bir ifadeyle

başında dikildiğini görürseniz, kazaya yolaçan olayları geçmişe doğru izleyebilirsiniz:Küçük parmaklar vazoya ulaşmış, sonrabırakıvermiştir ve vazo düşüp yere çarparaktuz buz olmuştur. Aslında, şimdiki zamanhakkında eksiksiz veriye sahipsek Newtonyasaları geçmişin eksiksiz bir resminihesaplamamıza olanak tanır. Bu resim, istersevinçli ister acılı olsun, dünyanın kesin birgeçmişi olduğuna dair sezgisel anlayışımızlatutarlıdır. Hiç izlenmemiş olabilir, ama sankibir dizi fotoğrafını çekmişiz gibi, geçmişinvarlığından emin oluruz. Ancak kuantumparçacıklarının kaynaktan ekrana giderkenkesin bir yol izledikleri söylenemez. Gözlemyaparak bir buckytopunun yerinisaptayabiliriz, ancak gözlemlerimizinarasında parçacık bütün yolları birdenkullanır. Kuantum fiziğine göre şimdiningözlemi ne kadar mükemmel olursa olsun,(gözlemlenmeyen) geçmiş, tıpkı gelecek

gibi, belirsizdir ve yalnızca olasılıklaryelpazesi olarak mevcuttur. Kuantumfiziğine göre evrenin tek bir tarihi veyageçmişi yoktur.

Geçmişin belirli bir biçimi yoktur derken,bir sistem üzerinde şimdiki zamandayaptığınız gözlemin, onun geçmişinietkilediğini söylemekteyiz. Bu durum, fizikçiJohn Wheeler’ın gerçekleştirdiği bir deneyle -gecikmiş seçilim deneyi - oldukça dramatikbir şekilde gösterilmiştir. Şematik olarak,gecikmiş seçilim deneyi daha öncegördüğümüz gibi parçacığın yolunugözlemleme seçeneğinin olduğu çift-yarıkdeneyine benzer; farkı ise, gecikmiş seçilimdeneyinde bu yolu gözlemleyipgözlemlemeyeceğinize dair kararı parçacığınekrana çarpma anının hemen öncesine kadarertelemenizdir.

Gecikmiş seçilim deneyinin sonuçları,hangi-yol bilgisini elde etmek için yarıkları

gözlemlemeyi (ya da gözlemlememeyi)seçtiğimiz deneyin verileriyle aynıdır. Ancakbu durumda her parçacığın geçtiği yol -yanigeçmişi- parçacık yarıklardan geçtikten çoksonra kararlaştırılıyor; sadece bir yarıktangeçip girişim oluşturmaması veya her ikiyarıktan geçip girişim oluşturması, parçacıkgeçişini yaptıktan sonra “kararlaştırılmış”oluyor.

Hatta Wheeler bu deneyin kozmikuyarlamasını da düşünmüştür. Buuyarlamadaki parçacıklar, milyarlarca ışık yılıuzaklıktaki güçlü bir kuasardan gelenfotonlardır. Böyle bir ışık araya giren birgalaksinin çekim gücü yüzünden ikiye ayrılıp,yeniden dünyaya odaklanabilir. Şimdikiteknoloji ile bu deneyi gerçekleştirmekmümkün olmasa bile, bu ışıktan yeterincefoton toplayabilirsek bir girişim desenioluşturacaklardır. Ancak ortaya çıkmadanhemen önce hangi-yol bilgisini ölçmek için bir

araç yerleştirirsek desen yok olacaktır. Budurumda bir ya da her iki yolun seçilmekararı milyarlarca yıl önce, Dünyamız vehatta Güneşimiz henüz oluşmamışkenverilmiş olsa bile, laboratuvarda yaptığımızgözlem önceden verilmiş olan bu kararıetkileyecektir.

Bu bölümde çift-yarık deneyini kullanarakkuantum fiziğini anlattık. Sonraki bölümdeFeynman’ın kuantum mekaniğiformülasyonunu bir bütün olarak evreneuygulayacağız. Tıpkı bir parçacık gibi, evreninde tek bir geçmişi olmadığını, her biri kendiolabilirliğini taşıyan her olası geçmişe sahipolduğunu ve tıpkı çift-yarık deneyindekigözlemlerin parçacığın geçmişini etkilemesigibi, evrenin şimdiki durumuyla ilgiligözlemlerimizin onun geçmişini değiştirdiğinive farklı geçmişler belirlediğini göreceğiz. Buanaliz, evrenimizdeki doğa yasalarının büyükpatlamadan nasıl doğduğunu gösterecek.

Ama yasaların nasıl doğduğunu incelemedenönce, bu yasaların ne olduklarından ve nedenoldukları bazı gizemlerden söz edeceğizbiraz.

5

Her şeyin kuramı

Evrenhakkındaanlaşılmasıen zor şey,

anlaşılabilirolmasıdır.

Albert Einstein

E

vren anlaşılabilirdir, çünkü bilimsel yasalartarafından yönetilir; yani, davranışımodellenebilir. Peki, bu yasalar veyamodeller nelerdir? Matematiksel dildetanımlanan ilk yasa çekim kuvvetidir.Newton’ın 1687’de yayınlanan çekim kuvvetider ki, evrendeki her nesne kütlesine oranlıbir kuvvetle bütün diğer nesneleri kendineçeker. Bu düşünce kendi çağının entelektüel

hayatı üzerinde büyük bir etki yaratmıştır,çünkü ilk kez evrenin en azından birözelliğinin doğru olarak modellenebileceğinigöstermiş ve bunun için matematiksel birmekanizma sağlamıştır. Doğanın yasalarıolduğu düşüncesi, yaklaşık elli yıl önceGalilei’nin sapkınlıkla suçlandığı konularınbenzerlerini gündeme getirmiştir. ÖrneğinEski Ahit’te, Kenan ülkesinde Amorilerlesavaşan Yeşu’nun hikâyesi anlatılır; Ay’ın veGüneş’in yörüngeleri üzerinde durması içindua eder ki savaşı gün ışığında bitirebilsin.Yeşu kitabına göre, Güneş bir gün boyuncakıpırdamadan durur. Günümüzde bununDünya’nın kendi ekseni etrafında dönmeyibırakması anlamına geldiğini biliyoruz.Newton yasalarına göre eğer Dünya durursa,bulunduğu yere bağlı olmayan her şeyDünya’nın kendi hızında (ekvatorda saatte1.100 mil) hareket etmeye devam edecektirki gecikmiş bir günbatımı için büyük bir bedel

olur. Bütün bunlar Newton’ın canını hiçsıkmamıştır, çünkü daha önce söylediğimizgibi Newton Tanrı’nın evrenin işleyişinekarışabileceğine ve de karıştığına inanıyordu.

Evrenin yasa veya model olarakkeşfedilen sonraki özellikleri elektrik vemanyetik kuvvetler oldu. Bunlar da çekimgücü gibi davranırlar ama büyük bir farkla;aynı türde iki mıknatıs veya elektrik yükübirbirini iterken, aynı türde olmayanmıknatıslar veya yükler birbirlerini çekerler.Elektrik ve manyetik kuvvetler çekimkuvvetinden çok daha güçlüdür, ama bizonları günlük yaşamımızda pek fark etmeyiz,çünkü makroskobik cisimler hemen hemeneşit sayıda pozitif ve negatif elektrikyüklerine sahiptir. Bu, iki makroskobik cisimarasındaki elektrik ve manyetik kuvvetlerinbirbirini neredeyse yok ettiği anlamına gelir;oysa çekim kuvvetinde bu cisimlerin

kuvvetleri birbirine eklenir.Elektrik ve manyetik kuvvetlerle ilgili

bugünkü düşüncemiz, 18. yüzyılınortalarından 19. yüzyılın ortalarına kadargeçen yaklaşık yüzyıllık süre içinde, birkaçülkenin fizikçilerinin bu alanlarda yaptığıayrıntılı deneysel çalışmalar sayesinde gelişti.En önemli keşiflerden biri bu iki kuvvetinbirbirleriyle bağlantılı olmalarıydı: Hareketeden elektrik yükü mıknatıslar üzerinde birkuvvet oluşturuyordu ve hareket eden birmıknatıs da elektrik yükleri üzerinde birkuvvet oluşturuyordu. Aralarında bir bağolduğunu ilk fark eden Danimarkalı fizikçiHans Christian 0rsted oldu. 1820’deüniversitede ders vermek için hazırlandığısırada kullandığı pilin elektrik akımının,yakındaki pusulanın ibresinin yönünüdeğiştirdiğini gördü. Çok geçmeden hareketeden elektriğin manyetik bir kuvvetyarattığını anladı ve “elektromanyetizma”

terimini icat etti. Birkaç yıl sonra İngilizbilimci Michael Faraday; eğer bir elektrikakımı bir manyetik alan oluşturuyorsa, birmanyetik alanın da elektrik akımıüretebilmesi gerektiği sonucuna vardı. Buetkiyi 1831’de yaptığı deneyle gösterdi. Ondört yıl sonra Faraday, yoğunmanyetizmanın polarize olmuş ışığın doğasınıetkileyebildiğini göstererek,elektromanyetizma ile ışık arasında da birbağlantı olduğunu kanıtladı.

Faraday çok az eğitim almıştı. Londrayakınlarında yaşayan fakir bir demirci ailededoğdu ve on üç yaşında okuldan ayrılarak birkitapçıda getir götür işlerine bakmaya veciltçi olarak çalışmaya başladı. Orada geçenyıllar içinde, bakımını üstlendiği kitaplarıokuyarak ve boş zamanlarında basit ve ucuzdeneyler yaparak bilim öğrendi. Sonundabüyük kimyager Humphrey Davy’ninlaboratuvarında asistan olarak iş bulmayı

başardı. Faraday yaşamının kalan kırk beşyılını burada geçirdi ve Davy’nin ölümündensonra onun yerine geçti. Faraday’inmatematikle sorunu vardı ve hiçbir zamankapsamlı olarak öğrenemedi; bu nedenlelaboratuvarında gözlemlediği tuhafelektromanyetik fenomenin kuramsal resminikavramak için çok çabalaması gerekti. Yinede başardı.

Faraday’in en büyük entelektüelicatlarından biri kuvvet alanlarıdır. Böcekgözlü yaratıklar ve onların yıldız gemilerihakkındaki kitaplar ve filmler sayesinde pekçok insan artık bu kavra-

Kuvvet alanları Bir çubuk mıknatısın demirtozlarının gösterdiği tepkiye göre çizilmiş

kuvvet alanı.

ma yabancı değil, belki de Faraday’e telifücreti ödenmeliydi. Ancak Newton veFaraday arasında geçen yüzyıllar içindefiziğin en büyük gizemlerinden biri; fizikyasalarının, kuvvetlerin etkileşim içindekinesneleri ayıran boşlukta hareket ettiğineişaret etmesiydi. Faraday bundanhoşlanmadı. Ona göre bir nesnenin hareketetmesi için nesneye temas eden bir şeyolmalıydı. Böylece elektrik yükleri ilemıknatıslar arasındaki boşluğun görünmeztüplerle dolu olduğunu, fiziksel olarak itmeve çekme işini bu tüplerin gerçekleştirdiğinihayal etti. Faraday bu tüplere kuvvet alanıadını verdi. Bir kuvvet alanını görebilmeninen iyi yolu bir mıknatıs çubuğunun üzerine

cam bir levha yerleştirmek ve levhanınüzerine demir tozu dökmektir. Cam levhayahafifçe birkaç kez vurduğunuzda demirtozları sanki görünmeyen bir güç tarafındaniteleniyormuş gibi hareket ederler vemıknatısın bir ucundan diğer ucuna uzananyaylar oluştururlar. İşte bu desen, boşluğuniçinden geçen görünmez manyetik kuvvetinharitasıdır. Günümüzde bütün kuvvetlerinalanlar tarafından aktarıldığına inanıyoruz,bu nedenle hem modem fizik hem debilimkurgu için önemli bir kavram.

Elektromanyetizma anlayışımız on yıllarboyunca, birkaç deneysel yasaya aitbilgiden ibaret olarak kaldı: Elektrik vemanyetizma yakın -hatta gizemli- bir şekildebirbirleriyle bağlantılıydı; bu ikisinin ışıklaaralarında bir tür ilişki söz konusuydu; birde ilkel bir alan kavramı vardı. En azındanon bir elektromanyetizma kuramı vardı veher biri kusurluydu. Sonra 1860’larda, İskoç

fizikçi James Clerk Maxwell, Faraday’indüşüncesini geliştirerek elektrik, manyetikve ışık arasındaki yakın ve gizemli ilişkiyiaçıklayan matematiksel bir çerçeveyeoturttu. Sonuç, elektrik ve manyetikkuvvetleri aynı fiziksel varlığın,elektromanyetik alanın tezahürü olaraktanımlayan bir dizi denklem oldu. Maxwellelektriği ve manyetizmayı tek bir kuvvetiçinde birleştirdi. Dahası, elektromanyetikalanın uzayda bir dalga olarak yayıldığımgösterdi. Bu dalganın hızını gösteren rakam,birkaç yıl önce ölçmüş olduğu deneyselverilerin hesaplamalarıyla oluşandenklemlerinde ortaya çıktı. Ölçtüğü hızın, ozamanlar deneysel olarak yüzde birlikdoğrulukla bilinen ışık hızına eşit olduğunugörmek onu şaşırttı. Işığın kendisinin birelektromanyetik dalga olduğunu keşfetmişti!

Günümüzde elektrik ve manyetik alanlarıtanımlayan denklemlere Maxwell denklemleri

deniyor. Çok az kişi bu denklemleri işitmişolsa da, ticari anlamda bilinen en önemlidenklemler. Ev aletlerinden bilgisayarlara herşeyin işleyişini sağlamakla kalmıyorlar,mikrodalga, radyo dalgaları, kızılötesi ışık veX-ışınları gibi ışıktan farklı dalgalarıtanımlamakta da kullanılıyorlar. Bütünbunlar, görebildiğimiz ışıktan yalnızca tek birözellikle ayrılır; dalga boyları. Radyodalgalarının boyu bir metre veya dahafazladır; oysa görünen ışığın dalga boyu birmetrenin birkaç on milyonda biri kadardır veX-ışınlarının dalga boyu bir metrenin yüzmilyonda birinden daha kısadır. Güneşimizbütün dalga boylarında ışın yayar, ancakradyasyonu bizim için görünür olan bütündalga boyları içinde en yoğun olandır. Çıplakgözle görebildiğimiz dalga boylarınınGüneş’in en güçlü şekilde yansıttığı dalgalarolması muhtemelen bir rastlantı değildir:Gözlerimiz tam olarak o genişlikte

elektromanyetik radyasyonu algılayabilecekyetenekte evrimleşmiştir, çünkü gözlerimiziçin en uygun radyasyon düzeyi budur.Başka bir gezenden gelen varlıklarlakarşılaşacak olursak, onların gözleri de kendigüneşlerinin en güçlü şekilde yaydığıradyasyonun, gezegenlerinin atmosferindebulunan toz ve gazların ışık engelleyiciözelliklerine göre değişen dalga boylarını“görecek” yeteneğe sahip olacaktır. Yani X-ışınlarını görme yeteneği olan bir uzaylı,havaalanı güvenliğinde iyi kariyer yapabilir.

Maxwell denklemlerine göreelektromanyetik dalgalar saniyede 300.000kilometre veya saatte 670 milyon mil hızlayolculuk yapar. Ancak, hızın ölçümüne ilişkinbir referans çerçevesi tanımlamadığınızsürece hız ölçüsü vermenin bir anlamıyoktur. Bu, genellikle

Dalga boyu Mikrodalgalar, radyo dalgaları,kızılötesi ışınlar, X-ışınları ve farklı renktekiışıklar yalnızca dalga boylarındaki farklılıkla

birbirlerinden ayrılırlar.

günlük yaşamda hakkında düşünmenizigerektiren bir durum değildir. Hız sının işaretisaatte 60 mili gösteriyorsa, hızınız yola göreölçülmüş demektir, Samanyolu’nunmerkezindeki bir kara deliğe göre değil.Fakat günlük yaşam içerisinde bile referansçerçevelerini hesaba katmamız gerekendurumlar olur. Örneğin, havadaki bir jetiniçinde bir fincan çay taşıyorsanız, hızınızınsaatte 2 mil olduğunu söyleyebilirsiniz.Ancak yerde duran biri hızınızın saatte 572mil olduğunu söyleyecektir. Bu gözlemlerdenbirinin hakikate daha yakın olduğunudüşünseniz bile, Dünya Güneş’in etrafındadöndüğü için, bir gökcisminden sizi izleyen

biri her iki gözleme de karşı çıkacak ve sizinsaniyede 18 mil hızla hareket ettiğinizisöyleyecek, üstelik klimalı uçağınızıkıskanacaktır. Bu anlaşmazlıkların ışığında,Maxwell, denklemlerinden çıkıveren “ışıkhızını” keşfettiğini öne sürdüğünde doğalolarak sorulacak soru şuydu: Denklemlerdekiışık hızı neye göre ölçülmüştü?

Maxwell’in denklemlerindeki hızparametresinin Dünya’ya göre ölçülmüş birhız olduğunu düşünmemiz için bir nedenyok. Her şeyden önce onun denklemleribütün evrene uygulanabiliyor. Üzerinde birsüre durulan bir başka yanıt ise ışığın hızınıtanımlayan denklemlerin, bütün uzayıkapladığı düşünülen ışık saçan eter, kısacaeter denilen ortama göre hesaplanmasıydı;Aristoteles, yerkürenin dışındaki bütün evrenidoldurduğuna inandığı bu maddeye eteradını vermişti. Bu varsayımsal eter, tıpkı sesdalgalarının hava aracılığıyla yayılması gibi,

elektromanyetik dalgaların yayılmasınaaracılık eden ortam olarak düşünüldü. Etergerçek olsaydı, hareketsizlik için (yani, eteregöre hareketsiz olan her şey için) kesin birölçü olurdu ve böylece hareketi de kesinolarak tanımlamamızı sağlardı. Eter, bütünevrende herhangi bir nesnenin hızını ölçmekiçin tercih edilen bir referans çerçevesiolurdu. Böylece eter kuramsal düzeyde varsayıldı ve bazı bilimciler onu incelemenin, enazından varlığını doğrulamanın bir yolunubulmak için çalışmaya başladılar; onlardanbiri de Maxwell’di.

Havanın içinden bir ses dalgasına doğrukoşarsanız, dalga size daha hızlı yaklaşır,uzağa koşarsanız ses dalgası size dahayavaş ulaşır. Aynı şekilde eğer eter olsaydı,sizin etere göreli hareketinize bağlı olarakışığın hızı değişiklik gösterecekti. Aslındaeğer ışık ses gibi işliyor olsaydı, sesten hızlıbir jetteki insanların, uçağın arkasından

yayılan sesi hiç duymamaları gibi, eteriniçinde yeterince hızlı koşabilen yolcular birışık dalgasını geride bırakabilirlerdi. Benzeridüşüncelerden yola çıkan Maxwell bir deneyönerdi. Eğer eter varsa, Dünya Güneş’inetrafında dönerken eterin içinde hareketediyordu. Dünya ocak, nisan veya temmuzdafarklı yönde hareket ettiğinden -aşağıdakiresimde görüldü-

Eter içinde hareket etmek Eğer eteriçinde hareket ediyor olsaydık, mevsimseldeğişiklikleri ışık hızında gözlemleyerek bu

hareketi saptayabilmeliydik.

ğü gibi- yılın değişik zamanlarında ışığınhızında küçücük de olsa farklılıkgözlemlenmesi gerekiyordu.

Maxwell, düşüncelerini Proceedings ofRoyal Society'de yayımlamak istedi amadeneyin işe yarayacağını düşünmeyeneditörü onu vazgeçirdi. Ancak 1879’da, kırksekiz yaşında mide kanserinden ıstırap içindeölmeden hemen önce Maxwell bir arkadaşınakonuyla ilgili bir mektup gönderdi. Mektuponun ölümünden sonra Nature dergisindeyayınlandı ve okuyanlar arasında AlbertMichelson adlı Amerikalı bir fizikçi de vardı.Maxwell’in düşüncelerinden ilham alanMichelson ve Edward Morley 1887’de,

Dünya’nın eter içinde hareketini ölçmeküzere tasarlanmış çok hassas bir deneyyaptılar. Amaçları iki farklı dik açıda ışıkhızlarını ölçüp karşılaştırmaktı. Eğer ışık hızıetere oranla sabit sayıda ise, ölçümler ışınınyönüne bağlı olarak farklılık gösteren ışıkhızlarını ortaya koyacaktı. Ancak Michelsonve Morley herhangi bir farklılıkgözlemlemediler.

Deneylerinin sonuçları, elektromanyetikdalgaların eter içinde hareket ettiği model ileaçıkça çatışıyordu ve eter modelinin terkedilmesini gerektiriyordu. Ancak Michelson’ınamacı etere bağlı olarak Dünya’nın hızınıölçmekti, eter hipotezini kanıtlamak veyaçürütmek değildi ve bulduğu şey onu eterinvar olmadığı sonucuna götürmedi. Hiç kimsebu sonuca varmadı. Hatta ünlü fizikçi SirWilliam Thomson (Lord Kelvin) 1884’te eteriçin, “devinim konusunda emin olduğumuztek maddedir. Hiç kuşku duymadığımız tek

şey, ışık saçan eterin gerçekliği vecisimselliğidir” diyordu.

Michelson-Morley deneyinin sonuçlarınarağmen eterin var olduğuna nasılinanabiliriz? Bu gibi durumlarda sıklıklagörüldüğünü söylediğimiz gibi, insanlarzoraki ve geçici eklemelerle modelikurtarmaya çalıştılar. Kimi Dünya’nın eterikendisi ile birlikte sürüklediğini ileri sürdü,yani biz aslında etere göre hareketetmiyorduk. HollandalI fizikçi Hendrik AntoonLorentz ve İrlandalı fizikçi George FrancisFitzGerald, etere göre hareketi esas alan birçerçevede, muhtemelen henüz bilinmeyenmekanik etkiler nedeniyle, saatlerinyavaşlayabileceğim, mesafelerinazalabileceğim ve dolayısıyla ışığın hızınınaynı ölçülebileceğini savundular. Eterkuramını kurtarmak için gösterilen bu çabalaryaklaşık yirmi yıl daha, Berne’deki PatentBürosu’nun genç ve tanınmamış memuru

olan Albert. Einstein’a ait olağanüstü birmakale yayımlanınca- ya kadar sürdü.

Einstein 1905 yılında “Zur Elektrodynamikbewegter Körper”(Hareketli Cisimlerin ElektrodinamiğiÜzerine) adlı çalışmasını yayımladığındayirmi altı yaşındaydı. Bu çalışmasında yaptığıyalın varsayıma göre fizik yasaları özelliklede ışık hızı onlarla aynı biçimde hareket edenbütün gözlemciler için aynı olmalıydı. Buvarsayımın, uzay ve zaman kavramlarımızdabir devrim gerektirdiği ortaya çıktı. Niçinböyle olduğunu görmek için bir jet uçağınıniçinde aynı noktada ama farklı zamanlardagerçekleşen iki olay düşünelim. Jet uçağınıniçindeki bir gözlemci için bu iki olay arasındasıfır uzaklık olacaktır. Ancak yerde bulunanbir başka gözlemci için iki olay, jetin yolaldığı mesafe kadar birbirinden uzakolacaktır. Buna göre, birbirine göreceli olarakhareket eden iki gözlemci, iki olayın birbirine

uzaklığı konusunda anlaşamayacaklar dır.Şimdi iki gözlemcinin bir uçağın

kuyruğundan burnuna doğru giden bir ışıkatışını izlediklerini varsayalım. Tıpkıyukarıdaki deneyde olduğu gibi, uçağınkuyruğundan yayılan ve burnuna ulaşanışığın kat ettiği mesafe konusundaanlaşamayacaklardır. Hız, alınan mesafeningeçen zamana bölünmesi olduğuna göre,ışığın yol alma hızını -ışık hızını- kabul etselerbile, ışığın yayılma anıyla varış anı arasındageçen zaman konusunda uyuşmazlığadüşeceklerdir.

Bu durumu tuhaf kılan, iki gözlemcininfarklı zaman ölçümleri yapmalarına karşınaynı fiziksel süreci izliyor olmalarıdır. Einsteinbunun için yapay bir açıklama oluşturmaçabasına girmemiştir. Ürkütücü olsa bilemantıklı bir sonuca varmıştır: Geçenzamanın ölçümü, tıpkı alman mesafeninölçümü gibi, ölçüm yapan gözlemciye

bağlıdır. Bu etki, Einstein’ın 1905’tekimakalesinde açıkladığı kuramın temeltaşlarından biriydi ve sonra özel görelilikkuramı adını aldı.

Bir saate bakan iki gözlemci olduğunuvarsayarsak bu analizin zamanı gösterenaraçlara nasıl uygulandığını görebiliriz. Özelgörelilik kuramına göre, saate göre hareketetmeyen gözlemci için saat daha hızlıçalışacaktır, oysa saate göre hareket edengözlemci için daha yavaş çalışıyor olacaktır.Uçağın kuyruğundan başlayıp, burnunagiden ışığı saatin vuruşlarına benzetecekolursak, yerdeki gözlemci için saat dahayavaş vuracaktır, çünkü bu referansçerçevesinde ışık demeti daha büyük birmesafe kat edecektir. Ancak bu etki saatinmekanizmasına bağlı değildir; bütün saatleriçin, hatta bizim biyolojik saatimiz için bilegeçerlidir.

Einstein’ın çalışması zamanın Newton’ın

düşündüğü gibi mutlak olamayacağınıgösterdi, tıpkı eylemsizlik kavramında oldu-

Jet uçağı Bir jet uçağının içinde bir topzıplatırsanız, uçağın içindeki bir gözlemci

topun her zıplayışta aynı noktaya vurduğunusaptayacaktır, ancak yerdeki bir gözlemci içintopun zıplama noktaları arasındaki mesafe

büyüktür.

ğu gibi. Diğer bir deyişle, her bir olaya bütüngözlemcilerin kabul ettiği bir zaman atfetmekolanaksızdır. Tersine, her gözlemcinin kendizaman ölçümü vardır ve birbirine göreliolarak hareket eden iki gözlemcinin zamanölçümleri farklı olacaktır. Einstein’ındüşünceleri bizim sezgilerimize terstir, çünkügünlük hayatımızda normal olarakkarşılaştığımız hızlarda bu etkileri farkedemeyiz. Ancak doğrulukları defalarcayapılan deneylerle kanıtlanmış durumda.Örneğin Dünya’nın merkezinde hareketsizduran bir saat düşünün; bir saat Dünya’nın

yüzeyinde, bir diğeri de Dünya’nın dönüşyönünde veya ona ters uçmakta olan biruçakta olsun. Dünya’nın merkezinde duransaati referans aldığımızda, doğuya doğruhareket eden uçaktaki saat -Dünya’nın dönüşyönünde- Dünya’nın yüzeyinde bulunansaatten daha hızlı hareket ediyorolacağından, ondan daha yavaş çalışacaktır.Aynı şekilde, Dünya’nın merkezindeki saatireferans aldığımızda, batıya doğru uçmaktaolan uçaktaki saat -Dünya’nın dönüşyönünün tersine- yüzeydeki saatten dahayavaş hareket edecektir ve bu, yüzeydekisaatten daha hızlı çalışacağı anlamına gelir.1971 Ekimi’nde Dünya’nın etrafında uçurulançok hassas atomik saatlerle yapılan deneydetam olarak bu durumu gözlemledik. YaniDünya’nın

Zaman genleşmesi Hareket eden saatleryavaş çalışıyor gibi görünür. Bu biyolojik

saatler için de geçerli olduğundan, hareketeden insanlar daha yavaş yaşlanıyormuş gibigörünür, ancak fazla umutlanmayın, aradaki

farkı ölçebilecek normal bir saat yoktur.

etrafında durmadan doğuya doğruuçarsanız, bu esnada uçakta gösterilecekfilmleri tekrar tekrar izlemekten muhtemelensıkılacak olsanız da, hayat süreniziuzatabilirsiniz. Ancak bu etki çok küçüktür:Her dönüşte saniyenin 180 milyarda birikadar (ayrıca çekim gücündeki farklılığınyarattığı etkiler yüzünden bu değer daha daküçülebilir, ama burada o konuya girmemizegerek yok).

Einstein’ın çalışmaları sayesinde fizikçileranladılar ki, ışık hızı her referansçerçevesinde aynıdır ve Maxwell’in elektrik

ve manyetizma kuramına göre zaman üçboyutlu uzaydan ayrı olarak ele alınamaz.Zaman ve uzay birbirine geçmiştir. Bu, herzamanki sol/sağ, ön/arka ve üst/altyönlerine dördüncü bir gelecek/geçmiş yönüeklemeye benziyor. Fizikçiler uzay vezamanın bu evliliğine “uzay-zaman” adınıverdi ve uzay-zaman dördüncü bir yöniçerdiğinden buna dördüncü boyut dediler.Uzay-zaman- da zaman, uzayın üçboyutundan ayrı değildir; tıpkı sol/sağ, ön/arka, üst/alt tanımlarının gözlemcininyönelimine bağlı olması gibi, zamanın yönüde gözlemcinin hızına bağlı olarak farklılıkgösterir. Farklı hızlarda hareket edengözlemciler, uzay-zaman içinde zaman içinfarklı yönler seçebilirler. Einstein’ın özelgörelilik kuramı bu nedenle, mutlak zamanve mutlak eylemsizlik (sabit etere göreeylemsizlik) gibi kavramlardan kurtulan yenibir modeldi.

Einstein çok geçmeden, görelilik ile çekimiuyumlu hale getirmek için başka birdeğişikliğin daha gerekli olduğunu fark etti.Newton’ın kütleçekim kuramına görenesneler herhangi bir zamanda, aralarında oanda bulunan uzaklığa bağlı olarakbirbirlerini çekerler. Ancak görelilik kuramımutlak zaman kavramını ortadan kaldırdığıiçin, kütleler arası uzaklığın ne zamanölçülmesi gerektiğini tanımlamanın hiçbiryolu yoktu. Yani Newton’ın kütleçekimkuramı özel görelilik kuramıyla uyumludeğildi ve değiştirilmesi gerekiyordu. Buuyumsuzluk yalnızca teknik bir zorluk, hattakuramda bir değişiklik yapılmasını pekgerektirmeden etrafından dolaşılabilecekküçük bir ayrıntı olarak görülebilir. Ancak,bunun hakikatten ne kadar uzak düştüğüileride görülecekti.

Sonraki on bir yıl boyunca Einstein yeni birkütleçekim kuramı geliştirdi ve buna da

genel görelilik adını verdi. Genel görelilikkuramındaki kütleçekim kavramıNewton’ınkine hiç benzemez. Tersine, uzay-zamanın daha önce düşünüldüğü gibi düzolmadığını, kütle ve enerjisi tarafındanbükülüp bozulduğunu öne süren devrimci birtaslağı temel alır.

Bükülmeyi gözümüzde canlandırmanın iyibir yolu Dünya’nın yüzeyini düşünmektir.Dünya’nın yüzeyi sadece iki boyutlu olmaklabirlikte (kuzey/güney ve doğu/batı olarakyalnızca iki yönü vardır) onu örnek olarakkullanacağız çünkü bükülmüş iki boyutlu biruzayı hayal etmek, bükülmüş dört boyutluuzayı hayal etmekten daha kolaydır.Dünya’nın yüzeyi gibi eğik uzayın geometrisi,bizim aşina olduğumuz Öklid geometrisindenfarklıdır. Örneğin Dünya’nın yüzeyinde ikinokta arasındaki en kısa mesafe - biz bunuÖklid geometrisinde düz çizgi olarak biliriz-iki noktayı birbirine bağlayan, büyük daire

adı verilen bir yoldur. (Büyük daire, merkeziDünya’nın merkezi ile çakışan, Dünyayüzeyindeki bir dairedir. Ekvator büyük daireiçin bir örnektir, tıpkı ekvatoru farklıölçülerde döndürerek elde edilecek tümdaireler gibi.)

Diyelim ki, neredeyse aynı enlemüzerindeki iki şehir arasında yolculukedeceksiniz; örneğin New York’tan Madrid’egitmek istiyorsunuz. Dünya düz olsaydı enkısa yol dosdoğru doğuya giden yol olurduve 3.707 mil kat ettikten sonra Madrid’evarırdınız. Ancak Dünya’nın eğimi yüzünden,düz bir haritada eğik ve dolayısıyla dahauzun görünen, oysa daha kısa olan bir yolvardır. Eğer önce kuzeydoğuya, sonraaşamalı olarak doğuya ve nihayetgüneydoğuya uzanan büyük-daire hattınıizlerseniz 3.605 mil sonra Madrid’e varırsınız.İki güzergâh arasındaki uzaklık farkıDünya’nın eğiminden kaynaklanır ve onun

Öklid’inkine uymayan geometrisine işareteder. Havayolu şirketleri bunu bilir vekullanışlı olduğu durumlarda pilotlarınınbüyük-daire rotasını izlemelerini sağlar.

Newton’ın hareket yasasına göre gülle,kruvasan ve gezegen gibi cisimlerkütleçekim kuvveti gibi bir kuvvet etkietmedikçe düz bir çizgi üzerinde hareketederler. Ancak Einstein’ın kuramındakikütleçekim kuvveti diğerleri gibi bir kuvvetdeğildir; daha ziyade kütlenin uzay-zamanıbükmesiyle yarattığı eğriliğin bir sonucudur.Einstein’ın kuramında nesneler, eğik biruzayda düz çizgiye en yakın şey olanjeodezikler üzerinde hareket ederler. Düz birdüzlemdeki jeodezikler çizgilerdir, Dünya’nınyüzeyindeki jeodezikler ise büyük dairelerdir.Maddenin yokluğunda dört boyutlu uzay-zaman içindeki jeodezikler, üçboyutlu uzayiçindeki düz çizgilere denk düşer. Ancakmaddenin varlığı söz konusu olduğunda

uzay-zaman değişikliğe uğrayacağından üçboyutlu uzayda cisimlerin yolları, çekimkuvvetiyle açıklanan Newton kuramındakigibi bükülür. Uzay-zaman düz değilse,nesnelerin yolları eğri görünür, onlara birkuvvet etki ediyormuş izlenimi verir.

Einstein’ın genel görelilik kuramı, çekimolmadığında özel görelilik kuramım tekrarlarve tamamen olmasa bile, Newton çekimkuramının Güneş sistemimizin zayıf çekimortamıyla ilgili öngörüleriyle neredeyse aynıöngörülerde bulunur. Aslında GPS uydunavigasyon sistemlerinde genel görelilikkuramı hesaba katılmasaydı, küreselkonumlara ilişkin hesap hataları her günbaşına on kilometre kadar artardı! Yine degenel görelilik kuramı-

Jeodezikler Dünyanın yüzeyindeki iki noktaarasındaki en kısa mesafe, düz bir haritaüzerinde çizildiğinde eğri olarak görünür.

Alkol testine girerseniz aklınızda bulunsun.

nı asıl önemli kılan yeni restoranlarbulmanızı sağlayan cihazlardakiuygulamalar değil, çekim dalgaları ve karadelikler gibi yeni öngörülerde bulunan çokfarklı bir evren modeli olmasıdır. Genelgörelilik kuramı fiziği geometriyedönüştürmüştür. Modern teknoloji genelgörelilik kuramını sınayabildiğimiz pek çokhassas deney yapmamızı olanaklı kılmıştırve kuram her sınavdan geçmiştir.

Maxwell’in elektromanyetizma kuramı,

Einstein’ın genel görelilik kuramı fiziktedevrim yapmış olsalar da, Newton fiziği gibiklasik kuramlardır. Yani bu modellerdeevrenin tek bir geçmişi vardır. Öncekibölümde gördüğümüz gibi bu modelleratom ve atomaltı düzeylerde gözlemlerlebağdaşmıyor. Bunların yerine, her biri kendiyoğunluğuna veya kendi olasılık genliğinesahip olası her geçmişi içeren bir evrenmodeli sunan kuantum kuramınıkullanmalıyız. Günlük hayatla ilgili pratikhesaplamalar için klasik kuramlarıkullanmaya devam edebiliriz, ancakatomların veya moleküllerin davranışlarınıanlamak istiyorsak Maxwell’inelektromanyetizma kuramının kuantumuyarlamasına ihtiyacımız var; eğer evreninilk zamanlarını, bütün madde ve enerjininküçücük bir hacme sıkışmış olduğuzamanları anlamak istiyorsak genel görelilikkuramının kuantum uyarlamasına

ihtiyacımız var. Bu uyarlamalara ihtiyacımızvar çünkü bazı yasalar kuantum iken,diğerleri klasik olarak kalsaydı tutarlı birdoğa anlayışına sahip olamazdık. Bunedenle bütün doğa yasalarının kuantumuyarlamalarını bulmalıyız. Bu türdenkuramlara kuantum alan kuramları denir.

Doğanın bilinen kuvvetleri dört sınıfaayrılır:

1. Kütleçekim kuvveti. Bu dördü arasındaen zayıf olandır ama uzun menzilli birkuvvettir ve çekim kuvveti olarak evrendekiher şeyi etkiler. Büyük cisimlerin çekimkuvvetleri birbirine eklenir ve diğer tümkuvvetlere hükmedebilir.

2. Elektromanyetizma. Bu da uzunmenzilli bir kuvvettir ve çekim kuvvetindençok daha güçlüdür, ancak sadece elektrikyükü olan parçacıkları etkiler; aynı işareti

taşıyan yükler arasında itme, farklı işaretleritaşıyan yükler arasında çekim etkisi yaratır.Yani büyük cisimler arasındaki elektrikkuvvetleri birbirlerini ortadan kaldırır, amaatom ve moleküller düzeyinde hüküm sürenonlardır. Elektromanyetik kuvvetler bütünkimyanın ve biyolojinin sorumlusudur.

3. Zayıf Nükleer Kuvvet. Radyoaktiviteyeneden olur. Erken evrendeki ve yıldızlardakielementlerin oluşmasında hayati bir görevivardır. Ancak günlük yaşamımızda bukuvvetle karşılaşmayız.

4. Güçlü Nükleer Kuvvet. Atomunçekirdeğindeki protonları ve nötronları birarada tutar. Ayrıca protonların ve nötronlarınkendilerini de bir arada tutar; bu önemlidirçünkü proton ve nötronlar da kuark adınıverdiğimiz çok daha küçük parçacıklardanoluşmaktadır. Güçlü nükleer kuvvet güneş venükleer güç için enerji kaynağıdır, ama zayıf

nükleer güçte olduğu gibi onunla dadoğrudan bir ilişkimiz yoktur.

Kuantum uyarlaması yapılan ilk kuvvetelektromanyetizma olmuştur. Kuantumelektrodinamiği veya kısaca KED denilenelektromanyetik alanın kuantum kuramı1940’larda Richard Feynman ve diğerleritarafından geliştirildi ve bütün kuantum alankuramlarına model oluşturdu. Belirtmişolduğumuz gibi klasik kuramlarda kuvvetleralanlar tarafından aktarılırlar. Ancak kuantumalan kuramlarında kuvvet alanları, bozondenilen çeşitli temel parçacıklardanoluşmuştur; bozonlar kuvvet taşır, madde veparçacık arasında gidip gelerek kuvvetinaktarılmasını sağlarlar. Madde parçacıklarınafermiyonlar denir. Elektronlar ve kuarklarfermiyonlara örnektir. Foton veya ışıkparçacığı, bozona örnektir. Elektromanyetikkuvveti ileten bozondur. Bir madde parçacığı

(örneğin bir elektron) bir bozon veya kuvvetparçacığı yayar ve geri teper, tıpkı mermisinifırlattıktan sonra geri tepen bir top gibi.Sonra kuvvet parçacığı bir başka maddeparçacığı ile çarpışarak soğrulur ve oparçacığın hareketini değiştirir. KED’e göreyüklü parçacıklar -elektromanyetik kuvvetinetkidiği parçacıklar- arasındaki bütünetkileşim, foton değişimi kavramıylatanımlanır.

KED’in öngörüleri test edilmiş ve deneysonuçlarıyla büyük bir uyumlulukgösterdikleri anlaşılmıştır. Ancak KED’ingerektirdiği matematiksel hesaplamalarıyapmak zor olabilir. Ama aşağıdagöreceğimiz üzere sorun şudur: Yukarıdakiparçacık değişimi çerçevesine bir kuantumkoşulu olarak etkileşimin gerçekleşmesinisağlayan parçacığın bütün geçmişleri içeriyorolmasını da eklediğinizde -örneğin, kuvvetparçacıkları her biçimde takas edilebilir-

matematiksel hesaplamalar oldukçakarmaşık hale gelir. Bereket versin ki,Feynman alternatif geçmişler kavramını -önceki bölümde anlattığımız kuantumkuramları hakkında düşünme yöntemi-geliştirmenin yanı sıra, farklı geçmişleriaçıklamak için çok iyi bir grafik yöntem degeliştirmiştir ve bu yöntem günümüzdesadece KED’e değil, bütün kuantum alankuramlarına uygulanmaktadır.

Feynman’ın grafik yöntemi, geçmişlertoplamı içindeki her kavramı gözümüzdecanlandırabilme olanağı sağlar. Feynmandiyagramları denilen bu resimler modernfiziğin en önemli araçlarından biridir. KED’debütün olası geçmişler toplamı, bir Feynmandiyagramları toplamı olarak temsil edilebilir;diyagramlar elektromanyetik kuvvet ilebirbirinden uzaklaşan iki elektronun gideceğibazı olası yönleri gösterir. Budiyagramlardaki düz çizgiler elektronları,

dalgalı çizgiler fotonları temsil eder. Zamanınaşağıdan yukarıya doğru ilerlediği düşünülürve çizgilerin birleştiği yerler fotonların çıktığıveya elektron tarafından soğurulduğunoktalara denk gelir. Resimde gördüğünüz(A) diyagramı birbirine yaklaşan, bir fotontakas eden ve yollarına devam eden ikielektronu gösterir. İki elektronunelektromanyetik olarak en basit etkileşimibudur, ama biz bütün olası geçmişleridüşünmek zorundayız. Bu nedenle (B) gibidiyagramları da eklememiz gerekir. Budiyagramda da iki çizgi -iki elektron-birbirine yaklaşır ve iki çizgi birbirindenuzaklaşır, ama elektronlar birbirlerindenuzaklaşmadan önce iki foton takasetmişlerdir. Aşağıdaki diyag-

Feynman diyagramları Bu diyagramlar ikielektronun birbirine çarpıp saçılması sürecinigösterir.

ramlar olasılıkların ancak birkaçınıresmediyor; aslında matematiksel olarakaçıklanması gereken sonsuz sayıda diyagramvardır.

Feynman diyagramları yalnızca etkileşiminnasıl olabileceğini resmeden ve buetkileşimleri sınıflandıran zekice bir yöntemdeğildir. Feynman diyagramları, her birçizgiyi ve köşeyi matematiksel bir tanımolarak okumamızı sağlayan kurallar içerir. İkielektronun verili bir başlangıç momentumuile birbirine yaklaşma ve sonunda belirli birnihai momentumla uzaklaşma olasılığı, herbir Feynman diyagramının katkısınıntoplanmasıyla elde edilir. Bu epeyce birçalışma gerektirir, çünkü belirttiğimiz gibi

sonsuz sayıda diyagram vardır. Dahası,gelen ve uzaklaşan elektronlara belirli birenerji ve momentum verilmiş olsa da,diyagramın içindeki kapalı döngülerde kalanparçacıklar herhangi bir enerjiye vemomentuma sahip olabilir. Bu önemlidir,çünkü Feynman toplamını oluştururkenyalnızca bütün diyagramların toplamıalınmaz, bütün enerji ve momentumdeğerleri de toplanır.

Feynman diyagramlarının KED tarafındantanımlanan sürecin olasılıklarını görebilmekve hesaplayabilmek için fizikçilere yardımımuazzam olmuştur. Ancak kuramın önemlibir sorununu çözmeye yetemediler: Sonsuzsayıdaki farklı geçmişin katkısınıtopladığınızda, elde edeceğiniz sonuç dasonsuz olacaktır. (Sonsuz bir toplamdakiardışık terimler yeterince hızlı azalırlarsatoplamın sonlu olması mümkündür, ancak neyazık ki bahsettiğimiz durumda böyle bir şey

gerçekleşmiyor.) Özellikle, Feynmandiyagramları toplandığında yanıt elektronunsonsuz bir kütleye ve yüke sahip olduğunaişaret eder. Bu saçmadır, çünkü kütleyi veyükü ölçebiliyoruz ve bunlar sonsuz değil. Busonsuzluklarla başa çıkabilmek içinrenormalizasyon (yeniden normalleştirme)denilen bir yöntem geliştirildi.

Renormalizasyon işleminde sonsuz venegatif olarak tanımlanan nicelikler öyledikkatli matematiksel hesaplamalarlaçıkarılırlar ki, negatif sonsuz değerlerintoplamı pozitif sonsuz değerlerin toplamınıneredeyse tamamen götürür ve geriye kalanküçük fark gözlemlenen sonlu kütleyi veyükü verir. Böyle manevraları okuldayaptığınızda matematik sınavından kalmanızaneden olabilirler ve renormalizasyongerçekten matematiksel olarak şüphelidir. Buyöntemle elde edilen sonuçlardan biri,elektronun kütlesi ve yükünün herhangi bir

sonlu sayı olabilmesidir. Fizikçilerin birşekilde doğru yanıtı veren negatif sonsuzlarıseçmelerindeki çıkar bu olabilir, ancak buişlemin sakıncası kuramın elektronun yüküve elektriğini öngörememesidir. Ancakelektro-

Feynman diyagramları Richard Feynmanüzerinde Feynman diyagramları çizili olan oünlü minibüsü kullanırdı. Sanatçının çizimleriyukarıda tartıştığımız diyagramları gösteriyor.

Feynman 1988'de öldü ama minibüsüCalifornia Teknik Üniversitesi'nin garajında

duruyor.

nun yükünü ve kütlesini bu şekildesabitlediğimizde KED’i kullanarak pek çokdoğru öngörüde bulunabiliriz ve hepsi degözlemlerimizle tam olarak uyuşur;dolayısıyla renormalizasyon KED’in temelunsurlarından biridir. KED’in ilkbaşarılarından biri 1947’de; Lamb kaymasıadı verilen, hidrojen atomunun birdüzeyindeki küçük enerji değişikliğiniöngörebilmesiydi.

KED’de renormalizasyonun başarısı,doğanın diğer üç kuvvetini tanımlayan

kuantum alan kuramlarını aramak içincesaret verdi. Ancak doğa kuvvetlerini dörtsınıfa ayırmak belki de yapay bir çabaydı vebizim anlayış eksikliğimizdenkaynaklanıyordu. Bu nedenle dört kuvvetikuantum kuramıyla uyumlu tek bir yasaiçinde birleştirecek olan her şeyin kuramıaranmaya başlandı. Bu kuram, fiziğin kutsalkâsesi olacaktı.

Bu birleşimin doğru yaklaşım olduğunaişaret eden ilk belirti zayıf kuvvetkuramından geldi. Kuantum alan kuramı,zayıf kuvvetin tek başına renormalizeedilemeyeceğini söylüyor; yani bu kuramdakisonsuzluklar kütle ve yük gibi sonludeğerlerin çıkarılmasıyla geçersiz kılınamıyor.Ancak 1967’de Abdüsselam ve StevenWeinberg birbirinden ayrı olarakelektromanyetizmanın zayıf güçlebirleştirildiği bir kuram önerdiler ve bubirleşmenin

sonsuzluklar vebasına deva olduğunubuldular. Bu birleşik kuvvete elektrozayıfkuvvet adı verildi. Bu kuram renormalizeedilebildi ve W+, W-, Z°adı verilen yeniparçacıklar öngördü. Z° için kanıtCenevre’deki CERN’de 1973’te bulundu. Z veW parçacıkları ancak 1983’te doğrudangözlemlenebilse de, Abdüsselam veWeinberg 1979’da Nobel Ödülü aldılar.

Kuantum kromodinamikleri veya KKDdenilen kuramda güçlü kuvvet kendi başınarenormalize edilebiliyor. KKD’ye göre proton,nötron ve maddenin pek çok temel parçacığıkuarklardan meydana gelmiştir; kuarklarfizikçilerin renk dedikleri çarpıcı bir özelliğesahiptir (bu nedenle kromodinamikler adıverilmiştir; yine de, kuark renkleri sadecesınıflandırmaya yardımcı olan etiketlerdir,görülebilen renklerle bir ilişkileri yoktur).Kuarkların sözde renkleri kırmızı, yeşil vemavidir. Dahası her kuarkın bir karşı

parçacık eşi vardır ve bunların renkleri dekarşı-kırmızı, karşı-yeşil ve karşı-mavidir.Mesele şudur; yalnızca net renklere sahipolmayan birleşimler özgür parçacıklar olarakvar olur. Bu tür nötrkuark birleşimleri eldeetmenin iki yolu vardır. Bir renk ve onunkarşı rengi birbirini geçersiz kılar ve böylecekuark ve karşı-kuark renksiz bir çiftoluştururlar ve bu kararsız parçacığa mezonadı verilir. Ayrıca, üç renk (veya karşı-renkleri) birbirine karıştığında ortaya çıkannet renk olmaz. Her biri ayrı renge sahip üçkuark baryon denilen kararlı parçacıklarıoluşturur; protonlar ve nötronlar kararlıparçacıklara örnektir (üç karşı-parça- cık dabaryonların karşı-parçacıklarını oluşturur).Proton ve nötronlar atomun çekirdeğinioluşturan ve evrendeki bütün normalmaddenin temeli olan baryonlardır.

KKD ayrıca, üçüncü bölümde işaretettiğimiz ama ondan bahsetmediğimiz

asimptotik özgürlük adlı bir özelliğe desahiptir. Asimptotik özgürlük şu anlamagelir: Kuarklar birbirine çok yakınkenaralarındaki güçlü kuvvet zayıftır amakuarklar birbirinden uzaklaşırsa sanki birlastik bantla bağlıymışlar gibi bu kuvvetartar. Asimptotik özgürlük, kuarkları tekbaşına neden doğada gözlemleyemediğimizive neden laboratuvarda üretemediğimi- ziaçıklar. Kuarkları tek başınagözlemleyemesek de, modeli kabul ediyoruzçünkü proton, nötron ve diğer maddeparçacıklarını açıklamada çok iyi iş görüyor.

Zayıf ve elektromanyetik kuvvetleribirleştirdikten sonra 1970’lerde fizikçilergüçlü kuvveti de bu kurama dahil etmeninyollarını aramaya başladılar. Güçlü kuvvetizayıf ve elektromanyetik kuvvetlerlebirleştiren birkaç büyük birleşik kuramınöngö-

Baryonlar ve mezonlar Baryonların vemezonların güçlü kuvvet tarafından

birbirlerine bağlanan kuarklardan meydanageldiği söylenir. Böyle parçacıklar

çarpıştıklarında kuarklarını takas ederler,ancak kuarklar tek başlarına gözlenemezler.

rülerine göre bizim yapı taşımız olanprotonlar ortalama 1032 yıl sonrabozulacaklardı. Evrenin 1010 yaşında olduğudüşünülürse bu çok uzun bir yaşam süreci.Ancak kuantum fiziğinde bir parçacığınortalama yaşam süreci 1032 yıl dediğimizdebütün parçacıkların bu kadar süreyaşayacağını söylemiyoruz, kimi biraz dahauzun, kimi biraz daha kısa yaşayacaktır.Bunun yerine, bir parçacığın her yıl 1032’de1 bozunma olasılığı olduğunu söylüyoruz.Sonuç olarak 1032 protonla dolu bir tankı

birkaç yıl boyunca izlerseniz, bazı protonlarınbozunduğunu görürsünüz. Böyle bir tankyapmak çok zor değil, çünkü sadece bin tonsuda bile 1032 proton bulunur. Biliminsanları bunun gibi deneyler yaptılar. Ancakortaya çıktı ki, bozunmaları saptamak vebunları üzerimize sürekli yağan kozmikışınların yol açtığı farklı olaylardan ayırtetmek kolay bir iş değil. Kozmik gürültüyüen aza indirmek için deneyler Japonya’dakibir dağın bin metre kadar altında, KamiokaMadencilik ve Döküm Şirketi’nin madenlerigibi derin yerlerde gerçekleştirildi ve böylecekozmik ışınlardan da bir dereceye kadarkorunmuş oldu. Araştırmacılar, 2009’dakigözlemlerin sonuçlarına göre, protonbozunsa bile yaşam süresinin 1034 yıldanfazla olacağını buldular ki, bu büyük birleşikkuranı için kötü haberdi.

Daha önceki gözlemler de büyük birleşikkuramı desteklemediğinden çoğu fizikçi

standart model denilen geçici bir kuramıkabul ettiler; standart model ile KKD’yibirleştiren kuramı güçlü kuvvetler kuramıolarak kabul ettiler. Ancak standart modeldeelektrozayıf kuvvet ile güçlü kuvvetlerbirbirlerinden ayrı iş görüyorlar ve gerçektenbirleşmiyorlar. Standart model çok başarılı vebugünün gözlemlere dayanan kanıtlarıylauyuşuyor, ama nihai olarak tatmin edicideğil, çünkü elektrozayıf kuvvetle güçlükuvvetleri birleştirmediği gibi, kütleçekimkuvvetini de içermiyor.

Güçlü kuvvet ile elektromanyetik ve zayıfkuvvetlerin bir araya getirilmesindekigüçlükler, çekim kuvvetini diğer üçü ilebirleştirme veya kütleçekim kuvvetininbağımsız kuantum kuramını yaratmasorunuyla karşılaştırıldığında hiç kalır.Kütleçekimin kuantum kuramını yaratmanınbu kadar zor olması Heisenberg’in belirsizlikilkesiyle ilişkilidir, bu ilkeyi dördüncü

bölümde tartıştık. Çok açık olmamaklabirlikte bu ilkeyle bağlantılı olarak bir alanındeğeri ve değişim oranı, bir parçacığınkonumu ve hızıyla aynı rolü oynuyor. Yanibiri ne kadar doğru olarak belirlenirse, diğerio kadar az doğrulukta belirlenebiliyor. Bununönemli bir sonucu boş uzay diye bir şeyinolmamasıdır. Çünkü boş uzay de-

"Korkarım bir kutu içine almak onu birleşikkuram haline getirmez."

mek, bir alanın hem değerinin hem dedeğişim oranının tam olarak sıfır olmasıdemektir. (Eğer alanın değişim oranı sıfırdeğilse uzay boş olarak kalmayacaktır.)Belirsizlik ilkesi hem alanın hem de değişimoranının kesin olmasına izin vermediği içinuzay asla boş değildir. Uzay minimum enerjidurumunda olabilir ve bu duruma vakumdenir; bu bir kuantum gecikmesi veya vakumdalgalanmasıdır - parçacıklar ve alanlartitreşerek var olur ve yok olurlar.

Vakum dalgalanmaları bir çift parçacığınbir zamanda birlikte ortaya çıkmaları,ayrılmaları ve sonra yeniden bir arayagelerek birbirlerini yok etmeleri olarakdüşünülebilir. Feynman diyagramlarıaçısından bu durum kapalı döngülere denk

düşer. Bu parçacıklara sanal parçacıklardenir. Gerçek parçacıkların tersine sanalparçacıklar parçacık dedektörü ilegözlenemez. Ancak dolaylı etkileri, örneğinelektron yörüngelerindeki küçük enerjideğişimleri ölçülebilir ve kuramsalöngörülerle dikkat çekecek doğruluktaörtüşür. Sorun şu ki, sanal parçacıklarınenerjileri vardır ve sonsuz sayıda sanalparçacık olduğu için enerjileri de sonsuzmiktarda olacaktır. Genel görelilik kuramınagöre bu, sanal parçacıkların evreni sonsuzküçüklükte bir ölçeğe kadar bükebileceklerianlamına gelir, ancak bunun gerçekleşmediğiortadadır!

Bu sonsuzluklar sorunu güçlü, zayıf veelektromanyetik güçlerde ortaya çıkansoruna benzemekte, ama bu kuvvetlerderenor- malizasyon sonsuzlukları ortadankaldırıyor. Ancak Feynman’ın çekim kuvvetinigösteren diyagramlarındaki kapalı döngünün

yarattığı sonsuzluklar renormalizasyon ilesoğrulamıyor, çünkü genel görelilikte bütünsonsuzlukları kuramdan çıkarmaya yetecekkadar renormalize edilebilir veri (kütle ve yükdeğerleri gibi) yok. Böylece geriye, uzay-zamanın eğikliği gibi belirli niceliklerin sonsuzolduğunu öngören, bu nedenle içindeyaşanabilir bir evreni yönetmesi mümkünolmayan bir kütleçekim kuramı kalıyor. Yanianlamlı bir kuram yaratmayı başarmak için,sonsuzlukları renormalizasyona başvurmadanortadan kaldırmamız gerekiyor.

1976’da bu soruna çare olabilecek birçözüm bulundu. Buna süperçekim dendi.“Süper” öneki, fizikçiler bunun süperolduğunu, bu kuantum çekim kuramınıngerçekten işe yarayacağını düşündükleri içineklenmedi. Tersine “süper” önceki kuramdayer alan ve süpersimetri denilen bir türsimetriyi ima ediyor.

Bir sistemin özellikleri belirli

dönüşümlerde, örneğin onu uzayda döndürdüğümüzde veya ikiz görüntüsünüaldığımızda değişmiyorsa bu sisteminsimetriye sahip olduğunu söyleriz. Örneğinbir kek dilimini olduğu yerde döndürürseniztam olarak aynı görünecektir (Elbetteüzerinde çikolata sosunun olmadığınıdüşünürsek. Aksi takdirde, siz iyisi mi kekisadece yiyin). Süpersimetri, sıradan uzayındönüştürülmesiyle ilişkilendirilemeyecekkadar incelikli bir simetri türüdür.Süpersimetrinin en önemli sonuçlarındanbirine göre, kuvvet parçacıkları ile maddeparçacıkları, dolayısıyla kuvvet ve madde,yalnızca aynı şeyin iki görünümündenibarettir. Daha açık söylemek gerekirse,kuark gibi her bir madde parçacığı bir kuvvetparçacığı eşe ve foton gibi her bir kuvvetparçacığı da bir madde parçacığı eşe sahiptir.Bu durum sonsuzluklar sorununu çözmekapasitesine sahiptir, çünkü kuvvet

parçacıklarının kapalı döngülerininoluşturduğu sonsuzlukların pozitif, maddeparçacıklarının kapalı döngülerininoluşturduğu sonsuzlukların ise negatif olduğuanlaşılmıştır; böylece kuramdaki kuvvetparçacıklarından ve onların madde parçacığıolan eşlerinden kaynaklanan sonsuzluklarbirbirlerini götürme eğilimindedir. Ne yazık kisüperçekimde iptal edilmemiş sonsuzluklarkalıp kalmadığını anlamak için yapılmasıgereken hesaplamalar o kadar uzun, zor vehata yapma olasılığı o kadar yüksek ki,kimse bunu üzerine almaya hazır değildi.Bununla birlikte fizikçiler çoğunluklasüperçekimin çekim kuvvetini diğerkuvvetlerle birleştirme sorununa en iyi yanıtolduğuna inandılar.

Süpersimetrinin geçerli olup olmadığınıkolaylıkla inceleyebileceğimizi düşünebilirsiniz- yalnızca var olan parçacıkların özelliklerineve çift olup olmadıklarına bakmak yeterli

olacaktır. Ancak gözlemlenmiş olan böyle eşparçacıklar yoktur. Fizikçilerin yaptığı değişikhesaplamalar, gözlemlediğimiz parçacıklaradenk gelen eş parçacıkların bir protonun binkatı kadar hatta daha ağır bir kütleye sahipolmaları gerektiğini gösteriyor. Şimdiye kadaryapılan deneylerde görülmüş olanparçacıklardan fazlasıyla ağır olduklarıanlaşılıyor; ancak Cenevre’deki BüyükHadron Çarpıştırıcısı’nda bir gün nihayet buparçacıkların ortaya çıkacağını umuyoruz.

Süpersimetri düşüncesi, süperçekiminyaratılmasında temel oluşturur, ancak bukavram ilk kez, yıllarca önce yenifilizlenmeye başlamış Sicim kuramı üzerindeçalışan fizik kuramcıları tarafından ortayaatılmıştır. Sicim kuramına göre parçacıklarnokta değildir, uzunluğu olan ama yüksekliğiveya genişliği olmayan titreşim örüntüleridir- sonsuz incelikteki sicim parçaları gibi. Sicimkuramında da sonsuzluklar vardır ama doğru

bir uyarlamayla hepsinin ortadan kalkacağınainanıldı. Bu kuramın da olağandışı bir özelliğivar: Uzay-zaman ancak on boyutluolduğunda -bildiğimiz dört boyutluluk yerine-tutarlılık gösteriyor. On boyut oldukçaheyecan verici gelebilir, ama arabanızınereye park ettiğinizi unuttuğunuzdabaşınıza gerçekten dert açabilir. Eğergerçekten varlarsa biz bu boyutları nedenfark edemiyoruz? Sicim kuramına göre buboyutlar uzay içinde çok çok küçük bir hacimiçerisinde bükülmüş durumdalar. Bunuresmedebilmek için iki boyutlu bir düzlemdüşünün. Bu düzleme iki boyutlu diyoruz,çünkü onun üzerinde herhangi bir noktanınyerini belirlemek için iki sayıya ihtiyacımız var(örneğin yatay ve dikey koordinatlar). Birbaşka iki boyutlu uzay ise bir pipetinyüzeyidir. Bu uzayda bir noktanın yerinibelirlemek için bu noktanın pipetin hemuzunluğu hem de eni (dairesel boyutu)

üzerinde nereye karşılık geldiğini bilmenizgerekir. Pipet çok inceyse, onun daireselboyutunu göz ardı edebilir ve pipetinuzunluğu boyunca uzanan koordinatı hesabakatarak noktanın konumunu oldukça doğruhesaplarsınız. Pipetin çapı bir inçin milyonda-milyonda-milyon- da-milyonda-milyonda biriise, herhangi bir dairesel boyutu asla farkedemezsiniz. Bu durum, sicim kuramcılarınınfazladan boyutlar için düşündükleriyleaynıdır; bu boyutlar öylesine küçük birölçeğin içinde bükülmüş veya kıvrılmışlardırki, onları göremeyiz. Sicim kuramındakifazladan boyutların büküldükleri yere iç uzaydenir ve her gün deneyimlediğimiz üçboyutlu uzayın karşıtıdır. Bu iç uzaylaryalnızca halının altına süpürülmüş gizliboyutlar değildir, önemli bir fiziksel anlamasahiptirler.

Boyutlar sorununun yanı sıra Sicimkuramının zorlandığı bir başka tuhaf konu

ise, fazladan boyutların kıvrılabileceğimilyonlarca yol ve bunlarla ilgili en az beşayrı kuram olmasıydı; bu durum Sicimkuramının her şeyin eşsiz kuramı olduğunusavunanlar için utanç kaynağı olmuştur.Sonra, 1994 yıllarında insanlar ikiliklerikeşfetmeye başladılar - yani farklı sicimkuramları ve fazladan boyutların farklıkıvrılma yolları, yalnızca dört boyutlu uzaydagerçekleşen bir fenomeni farklı yollarlatanımlamak gibi görünüyordu. Dahası,böylece süperçekim kuramının diğerkuramlarla da ilişkili olduğunu buldular. Sicimkuramcıları artık, beş ayrı Sicim kuramının vesüperçekim kuramının çok daha temel birkuramın farklı yaklaşımları olduğuna ve herbirinin farklı bir durum için geçerli olduğunainanmış durumdalar.

Bu çok daha temel kuramın adı daha öncesözünü ettiğimiz M-kuramıdır. Kimse M’ninne ifade ettiğini bilmiyor görünüyor;

“master” (üstat), “miracle” (mucize),“mystery” (gizem) olabilir. Görünen o ki, üçübirden. İnsanlar hâlâ M-kuramının doğasınıçözmeye çalışıyor, ama bu mümkünolmayabilir. Belki de fizikçilerin tek bir doğakuramına ilişkin beklentileri asılsızdır ve tekbir formülasyon mevcut değildir. Belki deevreni tanımlamak için farklı durumlardafarklı kuramlar kullanmalıyız. Her bir kuramkendi gerçeklik yorumuna sahip olabilir, amamodele dayalı gerçekçiliğe göre bu;kuramların üst üste geldikleri -yani her ikikuramın da uygulanabildiği- durumlardaöngörüleri de birbirleriyle tutarlılık içindeysekabul edilebilir.

M-kuramı ister tek bir formülasyon olsun,ister bir kuramlar ağı olsun, onun bazıözelliklerini biliyoruz. İlk olarak M-kuramındaon değil, on bir uzay-zaman boyutu var.Sicim kuramcıları on boyut öngörüsünündüzeltilmesinin gerekebileceğini uzun süredir

tartışıyorlardı ve son çalışmalar gösterdi ki,bir boyut gerçekten gözden kaçırılmış. AyrıcaM-kuramı yalnızca titreşen sicimleri değil,nokta parçacıkları, iki boyutlu zarları, üçboyutlu damlacıkları ve uzayda daha da fazla-dokuza kadar- boyut kaplayan hayal etmesigüç nesneleri de içerir. Bu nesnelere p-zarlarıadı verilir (p sıfırla dokuz arasında değişir).

Peki, küçücük boyutlara kıvrılmanın sayısızyolunun olması ne olacak? M-kuramında bufazladan uzay boyutları öyle herhangi birşekilde kıvrılamıyorlar. Kuramın matematiği,iç uzayın boyutlarının kıvrılma biçiminisınırlandırıyor. İç uzayın kesin biçimi hemfiziksel sabitlerin değerlerini (elektronunyükü gibi) hem de temel parçacıklararasındaki etkileşimin doğasını belirliyor. Birbaşka şekilde söyleyecek olursak, bu kuramdoğanın görünür yasalarını belirliyor.“Görünür” diyoruz, çünkü evrenimizde göz-

Pipetler ve çizgiler Pipet iki boyutludur,ancak çapı yeterince küçükse -ya da onauzaktan bakılırsa- bir çizgi gibi tek boyutlugörünür.

lemleyebildiğimiz yasaları -dört kuvvetyasası, temel parçacıkları karakterize edenkütle ve yük gibi verileri- kastediyoruz.Ancak M-kuramının çok daha temel yasalarıvar.

Bu nedenle M-kuramının yasaları, içuzayın nasıl büküldüğüne dayanarak farklıyasaları olan farklı evrenlerin varlığına izinverir. M-kuramı pek çok farklı uzayın, belkide 10500 sayıda uzayın varlığını onaylayan

çözümlemeler içerir; yani her biri kendiyasalarına sahip 10500 farklı evreni varsayar. Bunun ne kadar ettiği konusunda birfikir sahibi olmanız için şöyle düşünün: Eğerbirisi her bir evrenin öngördüğü yasalarıyalnızca bir milisaniyede he- saplayabilseydive bu hesaplamaya büyük patlama sırasındabaşlasaydı, şimdiye kadar ancak 1020kadarını hesaplamış olurdu. Tabii aradakahve molası almadan çalışmak koşuluyla.

Yüzyıllar önce Newton, yeryüzü vegökyüzündeki nesnelerin etkileşim yollarınımatematik denklemleriyle çok doğru birşekilde tanımlayabildiğimizi gösterdi. Biliminsanları uygun bir kuram ve yeterlihesaplama gücüne sahip olunduğunda bütünevrenin geleceğinin önlerine serileceğineinandırıldılar. Ancak sonra kuantumbelirsizliği, eğik uzay, kuarklar, sicimler,fazladan boyutlar, her biri kendi yasalarına

sahip 10500 sayıda evren geldi ve onlarıniçinde yalnızca bir tanesi bizim bildiğimizevrene benziyor. Fizikçiler, evrenimizingörünür yasalarını birkaç basit varsayımıneşsiz olası sonuçları olarak açıklayan tek birkuram bulma umutlarını terk etmek zorundakalabilirler. Bu bizi nereye götürür? M-kuramı10500 sayıda görünür yasanın varlığınaolanak tanıyorsa, biz nasıl görünür yasalarıolan bu evrene düştük? Peki ya diğer olasıdünyalar?

6

Evrenimizi seçmek

O

rta Afrika’da yaşayan Boshongo kabilesinegöre başlangıçta yalnızca karanlık, su vebüyük tanrı Bumba vardır. Bir gün Bumbakarnında bir acıyla kusar ve Güneş’i çıkarır.Zamanla Güneş suyun bir kısmını kurutur vekaralar ortaya çıkar. Ancak Bumba hâlâacılar içindedir ve biraz daha kusar. BöyleceAy, yıldızlar sonra leopar, timsah,kaplumbağa ve sonunda insan ortaya çıkar.Meksika ve Orta Amerika’nın Mayaları dayaratılıştan önceki zamanda sadece deniz,gökyüzü ve Yaratıcının olduğunu söylerler.

Maya efsanesine göre, yaratıcı mutsuzdurçünkü kendisini övecek kimse yoktur;böylece dünyayı, dağları, ağaçları vehayvanların çoğunu yaratır. Ancak hayvanlarkonuşamadığı için insanı yaratmaya kararverir. Önce onları balçıktan ve topraktanyaratır ama insanlar saçma sapankonuşurlar. Onların eriyip gitmelerine izinverir ve yeniden dener; bu kez insanlarıağaçtan yapar. Ağaç insanlar donuktur.Onları yok etmeye karar verir ama insanlarormana kaçar; ancak yol boyunca zarargördüklerinden yavaş yavaş değişip bugünbildiğimiz maymunlara dönüşürler. Bubaşarısızlıktan sonra Yaratıcı nihayet işeyarayacak bir formül bulur ve ilk insanlarıbeyaz ve sarı mısırdan yaratır. Biz bugünmısırdan etanol yapıyoruz ama onu içeninsanları yaratmadaki ustalığa henüzulaşamadık.

Bunlar gibi yaratılış mitleri bizim de bukitapta sorduğumuz sorulara yanıt vermeyeçalışıyor: Neden evren var ve evren nedenböyle? Böyle sorulan sorabilme yeteneğimizEski Yunan’dan bu yana sürekli gelişti vegeçen yüzyılda en yüksek düzeyine ulaştı.Geçtiğimiz bölümlerde edindiğimiz bilgilerdende güç alarak bu sorulara olası bir yanıtvermeye hazırız.

İlk zamanlarda bile açık olan bir şey vardı:Ya evren daha yeni yaratılmıştı ya da insankozmik tarih içinde yalnızca küçücük bir yerişgal ediyordu. İnsan ırkı bilgi ve teknolojidebu kadar hızlı geliştiğine göre, milyonlarcayıldır dünya üzerinde var olsalardı bu süreiçinde çok daha gelişmiş olacaklardı.

Eski Ahit’e göre, Tanrı Âdem ve Havva’yısadece altı günde yarattı. 1625-1656 yıllarıarasında İrlanda başpiskoposu olan Uss- herdünyanın başlangıcı için daha da kesin birtarih verir: MÖ 27 Ekim 4004, sabah saat

dokuz. Biz başka bir görüşü benimsiyoruz:İnsanın yakın zamanda ortaya çıkmasınakarşın, evrenin başlangıcı 13,7 milyar yılöncesine dayanmaktadır.

Evrenin bir başlangıcı olduğuna dair ilkbilimsel kanıt 1920’ler- de bulunmuştur. 3.bölümde belirtildiği gibi o zamanlarda çoğubilim insanı her zaman var olan durağan birevrene inanıyordu. Böyle olmadığını gösterenkanıt dolaylıydı ve Edwin Hubble’ınPasadena, California’daki Wilson Dağı’nda2.5 metrelik teleskopuyla yaptığı gözlemleredayanıyordu. Galaksilerin yaydığı ışığıntayfını inceleyen Hubble, neredeyse bütüngalaksilerin bizden uzaklaşmakta olduklarınıve ne kadar uzakta iseler o kadar hızlıuzaklaştıklarını gördü. 1929’da galaksilerinbizden uzaklıkları oranında geri çekilmehızları ile ilgili bir yasayı yayımladı, evreningenişlemekte olduğu sonucuna varmıştı.Eğer bu doğruysa evren geçmişte daha

küçük olmalıydı. Aslında uzak geçmişhakkında bir tahmin yürütecek olursak,evrendeki bütün madde ve enerji hayal bileedemeyeceğimiz bir yoğunluk ve sıcaklığıolan küçücük bir bölgede toplanmışolmalıydı; yeterince geriye gide- bilseydikşimdi büyük patlama dediğimiz, her şeyinbaşladığı zamana ulaşırdık.

Evrenin genişlemekte olduğu düşüncesibiraz incelikli olmayı gerektirir. Örneğin,evren genişliyor derken bir evin duvarınıyıkıp, bir zamanlar görkemli meşe ağacınındurduğu yere yeni bir banyo eklemek gibi birgenişlemeden söz etmiyoruz. Evren kendikendine yayılmakta, yani evrenin içindeki ikinokta arasındaki uzaklık artmaktadır.1930’ların ortalarında ileri sürülen birdüşünce daha da çok tartışmaya yolaçmıştır; genişlemeyi hayal edebilmek içinyapılan benzetme 1931’de CambridgeÜniversitesi’nde astronom olan Arthur

Eddington’dan gelmiştir. Eddington evrenigenişlemekte olan bir balonun yüzeyinebenzetmiştir ve galaksiler de balonunyüzeyindeki noktalardır. Bu resim uzaktakigalaksilerin yakın olanlara göre neden dahahızlı uzaklaştıklarını açıkça gösterir. Örneğinbalonun yarıçapı bir saatte iki katma çıkarsa,balonun üzerindeki iki galaksi arasındakiuzaklık da bir saatte iki katına çıkacaktır.Belirli bir zamanda iki galaksi birbirinden 1santimetre uzaklıkta ise, bir saat sonrauzaklık 2 santimetreye çıkacak ve birbirlerinegöreli olarak uzaklaşma hızları saatte 1santimetre olacaktır. Ancak başlangıçtakiuzaklıkları 2 santimetre ise, bir saat sonra buuzaklık 4 santimetreye çıkacak ve birbirlerinegöreli olarak uzaklaşma hızları da saatte 2santimetre olacaktır. Hubble’ın da bulduğutam olarak budur: Bizden uzak olangalaksiler daha da hızlı uzaklaşmaktadır.

Uzayın genişlemesinin galaksilerin,

yıldızların, elmaların, atomların veya bir türkuvvet tarafından bir arada tutulan diğernesnelerin boyutlarını etkilemediğini bilmekönemli. Örneğin balonun üzerinde bir grupgalaksiyi daire içine alsak, balon genişlerkenbu daire genişlemeyecektir. Galaksiler çekimkuvvetleriyle birbirlerine bağlı olduklarından,balon genişlerken daire ve içindeki galaksilerboyutlarını ve yapılarını koruyacaklardır. Buönemli, çünkü ancak ölçüm araçlarımız sabitdeğerlere sahipse genişlemeyi saptayabiliriz.Her şey özgürce genişleseydi biz, bir metrelikcetvellerimiz, laboratuvarlarımız ve her şeyorantılı olarak genişlerdi ve herhangi birdeğişiklik fark etmezdik.

Einstein’ın evrenin genişlediğinden haberiyoktu. Ancak galaksilerin birbirlerindenuzaklaşma olasılığı, Hubble’ın yayınındanbirkaç yıl önce Einstein’ın kendidenklemlerine dayanarak önerilmişti.1922’de Rus fizikçi ve matematikçi Alexander

Friedmann, matematiksel olarak oldukçabasitleştirilmiş iki varsayıma dayanan birevren modelini araştırdı: Evren her yöndenaynı görünüyor ve her gözlem noktasınagöre aynı görünüyor. Friedmann’ın ilkvarsayımının tam olarak doğru olmadığınıbiliyoruz - neyse ki evrenin her noktası bir-örnek değil! Bir yönde yukarı doğrubaktığımızda Güneş’i, diğer yönde ise Ay’ı vegöç etmekte olan vampir yarasalarıgörebiliriz. Ancak çok daha büyük bir ölçekte-galaksilerin arasındaki mesafeden bile dahabüyük olan bir ölçekte- baktığımızda evrenher yönde aynıymış gibi görünür. Bu sankibir ormana yukarıdan bakmaya benzer.Yeterince yakından baktığınızda yapraklanveya en azından ağaçları ve aralarındakiboşlukları görebilirsiniz. Eğer çokyüksekteyseniz, başparmağınızı uzattığınızdaağaçların bir mil karesini kapatabilirsiniz veorman yalnızca tek bir yeşil gölge olarak

görünür. Bu ölçekte ormanın birörnekolduğunu söyleyebiliriz.

Kendi varsayımlarından yola çıkanFriedmann, Einstein’ın denklemleri için -kısabir süre sonra Hubble’ın doğru olduğu-

Balon evren Uzak galaksiler bizdenuzaklaşırlar; tüm kozmos dev bir balonunyüzeyindeymiş gibi.

nu keşfedeceği gibi- evrenin genişlemekteolduğunu gösteren bir çözüm bulmayıbaşardı. Friedmann’ın model evreni sıfırbüyüklükle başlayıp çekim gücüyavaşlatıncaya kadar genişlemesinisürdürüyor ve sonunda bu güç yüzündenkendi üzerine çöküyor. (Einstein’ındenklemleri için Friedmann modelininsavlarını destekleyen iki ayrı çözüm dahavardır: Birinde evrenin genişlemesi birazyavaş olmakla birlikte sonsuza kadarsürüyor, diğerinde ise evrenin genişleme hızısıfıra doğru azalıyor ama asla sıfıravarmıyor.) Friedmann bu çalışmasındanbirkaç yıl sonra öldü ve Hubble’ın keşfinekadar düşünceleri pek bilinmedi. Ancak

1927’de bir fizik profesörü ve Roma KatolikKilisesi’nde rahip olan Georges Lemaîtrebenzer bir görüşü ileri sürdü: Evreninintarihini geçmişe doğru izlediğinizde yaratılışanma gelinceye kadar küçülür: Biz bu anagünümüzde büyük patlama diyoruz.

Büyük patlama fikrini herkes sevmedi.Aslında “büyük patlama” tanımı 1949’daCambridge’li astrofizikçi Fred Hoyletarafından ortaya atıldı; Hoyle sonsuzakadar genişleyen bir evrene inanıyordu vebüyük patlamayı alaycı bir tanım olarakkullanmıştı. Bu düşünceyi destekleyendoğrudan gözlem ancak 1965’te yapılabildi;uzayın her yerinde arka planda güçsüzmikrodalgalar olduğu görüldü. Bu kozmikmikrodalga arka plan radyasyonu (bundansonra GMBR-cosmic microwave background,radiation) veya kozmik fon radyasyonumikrodalga fırınınızdakiyle aynıdır ama gücüçok daha azdır. Televizyonunuzun

kullanılmayan bir kanalını açarak CMBR’yikendiniz de gözlemleyebilirsiniz: Ekrandakikarlı görüntünün küçük bir yüzdesine nedenolan odur. Radyasyon, BellLaboratuvarları’nda çalışan ve mikrodalgaantenindeki statiği bertaraf etmeye uğraşaniki bilim insanı tarafından tesadüfenbulunmuştur. Başlangıçta statiğin cihazlarınatüneyen güvercinlerin dışkılarındankaynaklandığını düşündüler ama sorunlarınınçok daha ilginç bir nedeni olduğunusonradan anladılar - CMBR evrenin büyükpatlamadan hemen sonraki çok yoğun veçok sıcak ilk evresinden kalan radyasyondu.Evren genişledikçe radyasyon, şimdi bizimgözlemlediğimiz solgun bir artık oluncayakadar soğudu. Şimdi bu mikrodalgalarayaklarınızı ancak eksi 270 santigratdereceye -yani mutlak sıfırın 3 dereceüstüne- kadar ısıtabilir ve mısır patlatmakistediğinizde işinize yaramayacaktır.

Astronomlar büyük patlamanın küçük vesıcak erken evrene ilişkin söylediklerinidestekleyen başka izler de buldular. Örneğin,ilk dakikada evren tipik bir yıldızınmerkezindeki sıcaklıktan daha sıcakolmalıydı. Bu süreçte bütün evren bir nükleerfüzyon reaktörü gibi davranmış olmalı. Evrengenişledikçe ve yeterince soğudukça butepkiler kaybolmaya başlamıştı; ancakkuram, patlama sonrasında evreninçoğunlukla hidrojenden oluşmakla birlikteyüzde 23 helyum ve eser miktarda lityumiçerdiğini (bütün ağır elementler daha sonra,yıldızların içinde oluşu) öngörüyordu. Buhesaplama gözlemlediğimiz helyum, hidrojenve lityum miktarlarıyla uyum içindedir.

Helyum bolluğuna ilişkin ölçümler veCMBR, büyük patlamanın evrenin en erkenzamanları için sunduğu resmi destekleyenikna edici kanıtlar sağladı, ancak büyükpatlama evrenin ilk zamanları için geçerli bir

açıklama olarak düşünülse de, Einstein’ınkuramını evrenin başlangıcını gösteren esasresim olarak ele almak yanlış olur. Çünkügenel görelilik kuramı zamanda; evrenin hemısısının, hem yoğunluğunun hem deeğikliğinin sonsuz olduğu bir noktanınvarlığını öngörür ve matematikçiler buduruma tekillik derler. Bir fizikçi için bu,Einstein’ın kuramının çöktüğü noktayı işareteder ve bu nedenle evrenin başlangıcına dairbir öngörüde bulunmak kullanılamaz,yalnızca başlangıçtan sonra nasıl geliştiğiniaçıklar. Her ne kadar genel göreliliğindenklemlerini ve gökyüzü gözlemlerimizievrenin çok genç zamanlarını tanımak içinkullansak da, büyük patlama resmini evreninbaşlangıcına kadar götürmek doğruolmayacaktır.

Evrenin başlangıcı konusuna birazdan geridöneceğiz, ama önce genişlemenin ilk evresihakkında konuşalım. Fizikçiler buna şişme

(inflation) diyor. Son zamanlarda paraenflasyonu yüzde 200.000.000’u geçenZimbabwe’de yaşamıyorsanız bu terim sizeçok sarsıcı gelmeyebilir. Ancak oldukçatemkinli hesaplamalara göre bile evren0,00000000000000000000000000000000001saniyede1.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000kat genişlemiştir. Bu, çapı 1 santimetregelen bir madeni paranın patlayarakSamanyolu’nun genişliğinin on milyon katıgenişliğe ulaşması gibidir. Bu durum, hiçbirşeyin ışıktan daha hızlı hareketedemeyeceğini dikte eden göreliliğe aykırıgörünse de, hız sınırı evrenin genişlemesineuygulanamaz.

Einstein’ın genel görelilik kuramınınötesine geçen tartışmalara dayanarak vekuantum kuramında yer alan özellikleri gözönünde bulundurarak böyle bir şişmedöneminin gerçekleşmiş olabileceği fikri ilk

kez 1980’de ileri sürülmüştür. Kütleçekimkuvvetiyle ilgili tamamlanmış bir kuantumkuramımız olmadığından ayrıntılar üzerindehâlâ çalışılıyor ve fizikçiler şişmenin nasılgerçekleştiği konusunda kesin bir şeysöyleyemiyorlar. Ancak kurama göre,şişmenin neden olduğu genişleme alışıldıkbüyük patlama resminin öngördüğü gibitümüyle tektip olmayabilir. Bu düzensizliklerCMBR’nin farklı yönlerinde küçük ısıdeğişikliklerine yol açtı. Değişiklikler çokküçük olduğu için 1960’lardagözlemlenemedi, ama 1992’de NASA’nınCOBE uydusu tarafından keşfedildi ve dahasonra 2001’de fırlatılan halefi WMAP uydusutarafından ölçümler yapılabildi. Sonuç olarakartık şişmenin gerçekten meydana geldiğimbiliyoruz.

İronik bir biçimde, CMBR’deki bu küçücükdeğişimler şişmenin kanıtı olmakla beraber,şişmenin önemli bir kavram olmasının

nedeni CMBR’nin ısısındaki neredeysemükemmel tekdüzeliktir. Bir nesnenin birbölümünü çevresinden daha sıcak halegetirip beklerseniz, nesnenin ısısıdengeleninceye kadar sıcak bölümsoğuyacak çevresi ise ısınacaktır. Aynışekilde evrenin de değişmeyen bir ısıyasahip olması beklenir. Ancak bu süreç zamanalır ve ısı aktarım hızının ışık hızıyla sınırlıolduğunu varsayarsak, eğer şişme olmamışolsaydı evrenin geçmişinde geniş aralıklarlabirbirinden ayrılmış olan bölgelerin ısılarınıneşitlenmesi için yeterince zaman olmazdı.Çok hızlı bir genişleme dönemi (ışık hızındançok daha hızlı olan süreç) bu durama çareolur, çünkü evrenin olağanüstü küçük olduğubu şişme öncesi dönemde eşitlenmeningerçekleşmesi için yeterince zaman olacaktır.

Şişme büyük patlamanın “patlama”kısmını açıklar; en azından şişmenin oluştuğuzaman aralığında gerçekleşen genişlemenin,

genel göreliliğin alışıldık büyük patlamakuramının öngördüğü genişlemeden çokdaha büyük olduğunu açıklar. Buradakisorun, şişmenin işleyişiyle ilgili kuramsalmodellerimizde evrenin başlangıçdurumunun çok özel ve olası görünmeyen birdurumda konumlandırılmasıdır. Böylece,alışıldık şişme kuramı bir sorunu çözerken birdiğerini yaratır - çok özel bir başlangıçdurumu gereksinimi. Birazdanaçıklayacağımız evrenin yaratılışı kuramındabu zaman-sıfır konusu ortadan kaldırılmıştır.

Einstein’ın genel görelilik kuramına göreyaratılışı açıklayamadığımıza göre, evreninbaşlangıcını açıklayabilmek için genelgörelilik kuramı yerine çok daha karmaşık birkuram koymak zorundayız. Genel görelilikkuramı çökmemiş olsa bile daha bütünsel birkurama ihtiyacımız olacaktı, çünkü genelgörelilik, maddenin -kuantum kuramınınyönettiği- küçük ölçekli yapılarını hesaba

katmaz. 4. bölümde kuantum kuramınınevrenin büyük ölçekli yapısıyla ilgiliçalışmaları kapsamadığını, doğayımikroskobik ölçekte tanımlamak içinkullanıldığını anlatmıştık. Ancak zamandayeterince geriye giderseniz, evrenin Planckölçüsü (santimetrenin milyar kere trilyonkere trilyonda biri) kadar küçük olduğuzamana ulaşırsınız ki, bu ölçekte kuantumkuramı dikkate alınmak zorundadır. Henüztamamlanmış bir kuantum çekim kuramımızolmasa da, evrenin başlangıcının birkuantum olayı olduğunu biliyoruz. Sonuçolarak, şişme kuramını elde edebilmek içinkuantum kuramını genel görelilik kuramı ile -en azından geçici olarak- birleştirdiğimiz gibi,daha da geriye gitmek ve evreninbaşlangıcını anlamak istiyorsak genelgörelilik kuramıyla ilgili bildiklerimizi kuantumkuramı ile birleştirmek zorundayız.

Bunun nasıl işlediğini görmek için uzayı ve

zamanı eğen çekim ilkesini anlamakzorundayız. Uzayın eğriliğini gözümüzdecanlandırmak, zamanın eğriliğinicanlandırmaktan daha kolaydır. Evrenin düzbir bilardo masasının yüzeyi olduğunudüşünün. Masanın yüzeyi en azından ikiboyutlu düz bir uzaydır. Masanın yüzeyindeyuvarladığınız top düz bir çizgi üzerinde yolalacaktır. Ancak masanın yüzeyinde bazıyerler eğik veya çukursa -aşağıdaki şekildegöreceğiniz gibi- topun izlediği yol eğikolacaktır.

Uzay bükülmesi Madde ve enerji uzayı bükerve nesnelerin yollarını değiştirir.

Bu örnekte bilardo masasının eğikliğinigörmek kolaydır, çünkü görebileceğimizüçüncü bir dış boyutun içine eğilmiştir.Eğikliğini görmek için kendi uzay-zamanımızın dışına çıkamadığımıza göre,kendi evrenimizdeki uzay-zaman eğikliğinihayal edebilmemiz çok daha zordur. Ancakdışına çıkarak daha büyük bir uzayperspektifinden göremesek bile eğikliğisaptayabiliriz. Eğiklik uzayın içinden bilesaptanabilir. Bir mikro-karıncanın masanınyüzeyine hapsedildiğini düşünün. Karıncamasadan ayrılma becerisine sahip olmasabile, uzaklıkların haritasını dikkatleçıkardığında eğikliği saptayacaktır. Örneğin,düz uzaydaki bir çemberin çevresi, daimaçapının üç katından biraz fazla uzunlukta

olacaktır (gerçek çarpım � sayısıdır). Fakatkarınca masadaki çukurluğu çevreleyençemberin ortasından geçmeye kalkışırsa,mesafenin beklediğinden daha fazla -çevresinin uzunluğunun üçte biri kadar fazla-olduğunu görecektir. Aslında çukurlukyeterince derin olsaydı karınca çemberinçevresindeki mesafenin, doğrudan karşıyageçerken kat ettiği mesafeden daha kısaolduğunu görecekti. Aynı durumevrenimizdeki eğiklik için de geçerlidir -uzaydaki noktalar arasındaki mesafeyigenişletir ya da sıkıştırır, geometriyi veyabiçimi evrenin içinden ölçülebilecek şekildedeğiştirir. Zamanın eğikliği benzer birbiçimde zaman aralıklarını genişletir ya dasıkıştırır.

Bu fikirlerle donanmış halde evreninbaşlangıcı konusuna dönelim. Düşük hızı vezayıf kuvveti ilgilendiren durumlarda zamanıve uzayı ayrı ayrı ele alabiliriz. Oysa,

genelde zaman ve uzay birbirine geçmiştirve bunların genişlemesi veya sıkışması bellioranda birbirine karışmayı içerir. Bu karışmaerken evrende önemlidir ve zamanınbaşlangıcını anlamamızda kilit bir önemtaşımaktadır.

Zamanın başlangıcı konusu birazDünya’nın kenarı konusuna benzer. İnsanlarDünya’nın düz olduğunu düşündüklerizamanlarda, denizlerin Dünya’nınkenarından dökülüp dökülmediğini de meraketmiş olabilirler. Bu deneysel olaraksulanmıştır: Dünya’nın etrafı dolaşılabilir veaşağı düşülmez. Dünya’nın kenarındandüşme sorunu, Dünya’nın düz değil eğik biryüzeye sahip olduğu keşfedildikten sonraortadan kalkmıştır. Ancak zaman biroyuncak tren hattına benzer. Eğer birbaşlangıcı varsa, trenin hareket etmesinisağlayan biri (örneğin Tanrı) olmakzorundadır. Einstein’ın genel görelilik kuramı

zamanı ve uzayı uzay-zaman olarakbirleştirip onları belli oranda harmanlamışolsa da, zaman yine de uzaydan farklıydı; yabir başlangıç ve sona sahipti ya da sonsuzakadar devam ediyordu. Ancak kuantumkuramının etkilerini genel görelilik kuranımaeklediğimizde, ekstrem durumlar-

Uzay-zaman bükülmesi Madde ve enerjizamanı büker ve zaman boyutunun uzayboyutlarıyla "karışmasına" neden olur.

da meydana gelen eğrilik o kadar büyüktürki, zaman uzayın bir başka boyutuymuş gibidavranır.

Erken evrende -evren hem genel görelilikhem de kuantum kuramı tarafındanyönetilecek kadar küçük olduğunda- uzayınfiilen dört boyutu vardı ama zamanın yoktu.Yani evrenin “başlangıcından” söz ederkençok incelikli bir konuya gelip dayanıyoruz;evrenin başlangıcında bizim bildiğimiz zamanyoktu! Uzay ve zamanla ilgili bildikdüşüncelerimizin çok erken evreneuygulanamayacağını kabul etmekzorundayız. Bu bizim deneyimlerimizindışında, ama hayal gücümüzün veyamatematiğin dışında değil. Erken evrende bu

dört boyut uzay gibi davranırsa, zamanınbaşlangıcına ne olur?

Zamanın uzayın bir başka boyutu gibihareket edebildiğini anladığımızda, başlangıcıolan bir zaman sorunundan, tıpkı kenarı olanDünya sorunundan kurtulduğumuz gibikurtulabiliriz. Diyelim ki evrenin başlangıcıDünya’nın Güney Kutbu’na benziyordu veenlem dereceleri zaman rolünü üstlenmişti.Bu durumda, biri kuzeye doğru hareketettiğinde evrenin büyüklüğünü temsil edensabit enlem daireleri genişleyecektir. EvrenGüney Kutbu’nda bir nokta olarak başlamıştırama Güney Kutbu’nun herhangi bir noktadanfarkı yoktur. Evrenin başlangıcından önce neolduğu sorusu anlamsızlaşır, çünkü GüneyKutbu’nun güneyinde bir şey yoktur. Buresimde uzay-zamanın bir sınırı yoktur,Güney Kutbu’nda geçerli olan doğa yasalarıher yer için geçerlidir. Benzer şekilde, genelgörelilik kuramı ile kuantum kuramı

birleştirildiğinde, evrenin başlangıcından öncene olmuştu sorusu anlamsız hale gelir.Geçmişlerin sınırları olmayan kapalı yüzeylerolduğu düşüncesine sınırsızlık koşulu denir.

Yüzyıllar boyunca pek çok insan -Aristoteles dahil- evrenin nasıl yaratıldığımeselesinden kurtulmak için onun hep varolduğuna inandılar. Diğerleri evrenin birbaşlangıcı olduğuna inandılar ve bunuTanrı’nın varlığını savunmak için bir iddiaolarak kullandılar. Zamanın uzay gibiişlediğini anlamak yeni bir seçenek sunar.Evrenin bir başlangıcı olmasına yapılaneskimiş itirazları ortadan kaldırır ama aynızamanda evrenin başlangıcının bir Tanrıtarafından değil bilimsel yasalarcayönetildiğini de gösterir.

Evrenin başlangıcı bir kuantum olayı ise,Feynman’ın geçmişler toplamı tarafındandoğru olarak tanımlanması gerekir. Ancakkuantum kuramını evrenin -gözlemcinin

gözlemlenen sistemin parçası olduğuevrenin- tamamına uygulamak alengirlidir. 4.

Çokluevren Kuantum dalgalanmalarıküçücük evrenlerin yoktan var olmalarına yol

açar.Bunlardan birkaçı kritik büyüklüğe ulaşır ve

sonra şişecek şekilde bir genişlemeylegalaksileri, yıldızları ve -en azından bir

defalığına- bizim gibi varlıkları oluşturur.

bölümde iki yarıklı bir engelden geçirilenmadde parçacıklarının, arkadaki ekrandatıpkı su dalgaları gibi girişim örüntülerioluşturduklarını görmüştük. Feynman budurumun, bir parçacığın tek bir geçmişiolmadığı için gerçekleştiğini gösterdi. Yani,bir parçacık başlangıç noktası A’dan bitişnoktası B’ye doğru giderken tek bir belirliyol izlemez; tersine iki noktayı birbirinebağlayan bütün olası yollardan aynı andageçer. Bu bakış açısına göre girişim sürprizdeğildir, çünkü parçacık aynı anda her ikiyarıktan da geçebilir ve kendiyle girişim

oluşturabilir. Parçacığın hareketineuyguladığımızda, Feynman’ın yöntemi bizeolası bir bitiş noktasını hesaplayabilmek içinparçacığın başlangıç noktasından bitişnoktasına ulaşıncaya kadar izleyebileceğibütün olası geçmişleri hesaba katmamızgerektiğini söyler. Feynman yöntemi aynızamanda evren gözlemlerindeki kuantumolasılıklarını hesaplamak için dekullanılabilir. Bu yöntem bir bütün olarakevrene uygulanırsa bir A noktasıolmayacaktır, bu yüzden sınırsızlık koşulunauyan bütün geçmişleri toplayacağız ve bitişnoktamız bugün gözlemlediğimiz evrenolacak.Bu görüşe göre evren kendiliğinden ortayaçıkar ve her olası yoldan başlar. Bu olasıyolların çoğu diğer evrenlere karşılık gelir.Bu evrenlerin bazıları bizim evrenimizebenzerken, çoğu oldukça farklıdır. Bunlaryalnızca Elvis’in gerçekten genç mi öldüğü

veya şalgamın bir çöl yiyeceği mi olduğugibi ayrıntılar bakımından değil, kendi doğayasaları bakımından da farklı evrenlerdir.Aslında pek çok farklı fiziksel yasaları olanpek çok evren mevcuttur. Bazı insanlar budüşünceyle kimi zaman çokluevren kavramıdenen büyük bir gizem yarattılar, amabunlar yalnızca Feynman’ın geçmişlertoplamı kuramının farklı şekillerde ifadeedilmesidir.

Bunu örneklemek için Eddington’ın balonbenzetmesinin yerine genişleyen evreni birkabarcığın yüzeyi olarak düşünelim. Budurumda bizim örneğimizdeki evreninkendiliğinden kuantum yaratılışı, kaynamaktaolan suyun yüzeyinde oluşan kabarcıklarabenzetilebilir. Pek çok küçük kabarcık oluşurve kaybolur. Bunlar, henüz mikroskobikölçekte iken genişleyen ve çöken mini-evrenleri temsil eder. Bunlar olası alternatifevrenlerdir, ama akıllı yaşam bir yana,

galaksileri ve yıldızları yaratmaya yetecekkadar varlıklarını sürdüremedikleri için pekilgimizi çekmezler. Yine de bu küçükkabarcıklardan bazıları yeterince büyür veçök-

Mikrodalga arkaplan radyasyonuWilkinson Mikrodalga Anizotropi

Araştırmasına (WMAP) ait yedi yıllıkçalışmanın sonunda elde edilen verilerle

2010'da bu gökyüzü haritası yapıldı. Harita13,7 milyar yıllık sıcaklık dalgalanmalarınırenk farklılıklarıyla gösteriyor. Resimdekidalgalanmalar, santigrat ölçeğinde bir

derecenin binde birinden küçük ısıfarklılıklarına denk düşüyor. Yine de bunlarbüyüyüp galaksi olacak tohumlar. Kaynak:

NASA ve WMAP Bilim Takımı.

mekten kurtulurlar. Sürekli artan bir hızlagenişlemeyi sürdürürler ve görebildiğimizfokurdamayı oluştururlar. Bu durum her anartan hızla genişlemeye başlayan evrenlere,yani şişme dönemindeki evrenlere karşılıkgelir.

Daha önce de belirttiğimiz gibi, şişmenin

neden olduğu genişleme her yerde birörnekolmayabilir. Geçmişler toplamında yalnızcabir adet tamamen birörnek ve düzenligeçmiş vardır ve bu en büyük olasılığasahiptir; ancak azıcık düzensiz olan pek çokfarklı geçmiş de neredeyse o kadar yüksekolasılığa sahiptir. İşte şişme kuramının,CMBR’de gözlemlediğimiz küçük ısıfarklılıklarıyla ilgili olarak, erken evreninmuhtemelen birörnek olmadığınıöngörmesinin nedeni budur. Erken evrendekidüzensizlik bizim şansımızdır. Neden?Sütünüzün üstünde kaymak istemiyorsanızhomojenlik iyi bir şeydir, ama birörnekevren, sıkıcı bir evrendir. Erken evrendekidüzensizlik önemlidir, çünkü bazı bölgelerdiğerlerine göre biraz daha yoğunolduğunda, fazladan yoğunluğun çekimselgücü, çevresine göre genişlemeyiyavaşlatacaktır. Kütleçekim kuvveti yavaşçamaddeyi bir araya getirecek, sonunda

galaksileri ve yıldızları oluşturmak üzereçökecek ve bu da gezegenlerin ve onların enazından birinde insanların var olmasınaolanak tanıyacaktır. Bu yüzden gökyüzününmikrodalga haritasına dikkatle bakın.Evrendeki tüm oluşumların kopyasıdır. Bizlererken evrendeki kuantum dalgalanmalarınınürünleriyiz. Dindar biri Tanrı'nın gerçektenzar attığını söyleyebilir.{5}

Bu düşünce bizi alışıldık kavramlardantümüyle farklı bir evren görüşüne götürür veevrenin geçmişiyle ilgili düşünce biçimimizideğiştirmemizi gerektirir. Kozmolojideöngörülerde bulunabilmek için erken evreninfarklı evrelerinin olasılıklarını şimdikizamanda hesaplamamız gerekir. Fiziktenormal olarak bir sistem için bir başlangıçevresi varsayılır ve uygun matematikseldenklemler kullanılarak ileri gidilir. Sisteminverili zamandaki durumuna göre, dahasonraki zamanda farklı bir durumda olma

olasılığı hesaplanmaya çalışılır. Kozmolojidekiolağan varsayım, evrenin tek bir tanımlıgeçmişe sahip olduğudur. Fizik yasalarıkullanılarak bu geçmişin zaman içinde nasılgelişeceği hesaplanabilir. Biz bunakozmolojiye “aşağıdan yukarı” yaklaşımdiyoruz. Ancak evrenin, Feynman’ıngeçmişler toplamı kuramında açıklanankuantum doğasını hesaba kattığımızda,evrenin bugüne özgü durumuna gelmeolasılığının büyüklüğü, bütün geçmişlerinkatkılarının toplamıyla olmuştur; bu durumsınırsızlık koşuluna uygundur ve söz konusudurumda sona ermiştir. Bir başka deyişlekozmolojide evrenin geçmişi aşağıdan yukarıdoğru izlenemez, çünkü bu yaklaşım iyitanımlanmış bir başlangıcı ve gelişimi olantek bir geçmiş olduğunu varsayar. Tersine,geçmişler yukarıdan aşağı, şimdiki zamandangeçmişe doğru izlenmelidir. Bazı geçmişlerdiğerlerine göre daha olasıdır ve evrenin

yaratılışı ile başlayıp İncelenmekte olandurumla sonuçlanan tek bir geçmiş, toplamaegemen olacaktır. Ancak şimdiki zamandakievrenin farklı olası durumları için farklıgeçmişler olacaktır. Bu bizi tamamen farklıbir kozmoloji anlayışına, sebep ve sonuçilişkisine götürür. Feynman’ın toplamınakatkıda bulunan geçmişler bağımsız olarakvar olmazlar, ölçülmekte olan şeyebağlıdırlar. Geçmişi gözlemlerimizle bizyaratırız, geçmiş bizi yaratmaz.

Evrenin tek, gözlemciden bağımsız birgeçmişi olmadığı düşüncesi bildiğimiz bazıgerçeklerle çatışıyormuş gibi görünebilir.Ay’ın rokfor peynirinden yapıldığı bir geçmişolabilir. Ancak gözlemlerimize göre -fareleriçin kötü haber- Ay peynirden yapılmış değil.Yine de Ay’ın peynirden yapılmış olduğugeçmişler evrenimizin şimdiki durumunakatkıda bulunmasa da, başka durumlarakatkısı olabilir. Bu bilimkurgu gibi gelebilir,

ama değildir.Yukarıdan aşağı yaklaşımının önemli

çıkarımı, doğanın gözle görülür yasalarınınevrenin geçmişine dayanmasıdır. Pek çokbilim insanı bu yasaları ve doğanın fizikseldeğişmezlerini -elektronun kütlesi veya uzay-zamanın boyutsallığı gibi- açıklayan tek birkuram olduğuna inanır. Ancak yukarıdanaşağı kozmolojisine göre doğanın görünüryasaları, farklı geçmişlerde farklıdır.

Evrenin görünürdeki boyutunu düşünelim.M-kuramına göre uzay-zaman on uzayboyutuna ve bir zaman boyutuna sahip.Uzay boyutlarının yedi tanesi bükülerek okadar küçülmüşlerdir ki, onları fark edemeyizve sadece bildiğimiz üç büyük boyutun varolduğu yanılsamasını yaşarız. M-kuramınınen temel sorularından biri şudur: Niçinevrenimizde daha fazla büyük boyut yok veboyutlar neden bükülür?

Pek çok insan, üç boyutun dışındaki

boyutların kendiliğinden bükülmesine nedenolan bir mekanizmanın olduğuna inanmayıtercih ederdi. Belki de bütün boyutlarküçüktü ama bazı anlaşılabilir nedenleryüzünden üç uzay boyutu genişledi, diğerlerigenişlemedi. Öyle görünüyor ki, evrenin dörtboyutlu görünmesinin dinamiksel bir nedeniyok. Tersine, yukarıdan aşağı kozmolojisibüyük boyutların sayısını sabit tutanherhangi bir fizik yasasının olmadığınıöngörüyor. Her büyük uzay boyutu sıfırdanona kadar kuantum olasılık genliğine sahipolacaktır. Feynman toplamı evrenin her olasıgeçmişi için buna izin verir, fakat evrenimizinüç büyük uzay boyutuna sahip olduğugözlemi, gözlemlenebilirle özelliği olanaltsınıf geçmişleri eler. Bir başka deyişle,büyük uzay boyutlarının üçten az mı çok muolduğuna dair bir kuantum olasılığı yersizdir,çünkü zaten üç büyük uzay boyutu olan birevrende olduğumuzu belirlemiş durumdayız.

Üç büyük uzay boyutunun olasılık genliği tamolarak sıfır değilse, diğer boyutların olasılıkgenlikleri ne kadar küçük olursa olsun farketmeyecektir. Bu, şimdiki papanın Çinli olmaolasılığına benzer. Çinli nüfus Almannüfusundan çok olduğu için Çinli olmaolasılığı daha fazla olmasına rağmen, onunAlman olduğunu biliyoruz. Aynı şekilde,evrenimiz üç büyük uzay boyutu olduğunusergilemekte ve diğer büyük uzayboyutlarının daha büyük olasılık genliği olsabile biz sadece üçünün geçmişi ileilgileniyoruz.

Peki ya bükülmüş boyutlar? M-kuramındageriye kalan bükülmüş boyutların kesinbiçimlerinin -iç uzay- hem elektron yükü gibifiziksel niceliklerin değerlerini, hem de temelparçacıklar arasındaki etkileşimin doğasını,yani doğanın kuvvetlerini belirlediğinianımsayalım. M-kuramı bükülmüş boyutlariçin yalnızca tek bir biçime izin verseydi,

doğanın görünürdeki yasaları için sadece birolasılık olurdu ve her şey çok düzgün işlerdi.Tersine, olasılık genliği 10500 iç uzayı işaretetmektedir ve bunların her biri fizikseldeğişmezler için farklı yasalara ve değerlereyol açar.

Evrenin geçmişi aşağıdan yukarı doğruoluşturulursa ortaya şu sonuç çıkar: Evreningözlemlediğimiz parçacık etkileşimleri içingereken iç uzayla -yani temel parçacıklarınetkileşiminin standart modeli ile-sonuçlanması için hiçbir neden yoktur. Ancakyukarıdan aşağıya yaklaşımında evreninbütün olası iç uzaylarla birlikte var olduğunukabul ederiz. Bazı evrenlerde kütle çekimimanyetizmadan daha güçlüdür ve elektronlargolf toplamım ağırlığına sahiptir. Bizimevrenimizde standart model bütün verileriyleuygulanabilir. İç uzayın olasılık genliğihesaplanabilir ve bu sınırsızlık koşuluuyarınca bizi standart modele götürür. Üç

büyük uzay boyutlu bir evrenin varlığıolasılığına gelince, bunun diğer olasılıklarlakarşılaştırıldığında ne kadar küçük bir olasılıkgenliği oluşturduğu önemli değildir, çünkübiz zaten standart modelin evrenimizitanımladığını gözlemlemekteyiz.

Bu bölümde tanımladığımız kuramsınanabilir. Daha önceki örneklerde, farklısayıda uzay boyutları olan bizimkindentamamıyla farklı evrenlerdeki göreli olasılıkgenliklerinin önemli olmadığını vurguladık.Komşu (veya benzeri) evrenlerin göreliolasılık genlikleri ise önemlidir. Sınırsızlıkkoşuluna göre evrenin tamamen düzenli birgelişim sergileyebileceği geçmişler için,olasılık genliği daha yüksektir. Daha düzensizevrenlerde olasılık genliği azalır. Bu, erkenevrenin küçük düzensizlikleri olan neredeysedüz bir evren olduğu anlamına gelir.Belirtmiş olduğumuz gibi bu düzensizlikleri,gökyüzünde farklı yönlerden gelen

mikrodalgalarda küçük değişiklikler olarakgözlemliyoruz. Bunların şişme kuramınıngerektirdikleriyle tam olarak örtüştüğüanlaşılmıştır; ancak yukarıdan aşağıyakuramını diğerlerinden tamamen ayırmak, bukuramı desteklemek veya çürütmek için dahakesin ölçümler gereklidir. Gelecekte uydularbu işi yapabilir.

Yüzlerce yıl önce insanlar Dünya’nın eşsizolduğuna, evrenin merkezinde durduğunainanıyorlardı. Bugün galaksimizde yüzlercemilyar yıldız olduğunu, bunların büyükçoğunluğunun bir gezegen sistemine sahipolduğunu ve yüzlerce milyar galaksiolduğunu biliyoruz. Bu bölümdençıkardığımız sonuçlara göre evrenimiz pekçok evrenden biri ve görünür yasaları kesinolarak belirlenmiş değil. Bu durum nihai birkuramı, her şeyin kuramını bulmayı, gündelikfiziğin doğasını öngörmeyi umanlar için birhayal kırıklığı olmalı. Büyük uzay boyutlarının

sayısı veya gözlemlediğimiz fiziksel nicelikleri(örneğin elektronların ve diğer maddeparçacıklarının kütleleri ve yükleri) belirleyeniç uzay gibi farklı özellikleri öngörenleyiz.Bunun yerine, bu sayıları hangi geçmişlerinFeynman’ın toplamına katkıda bulunduğunubelirlemek için kullanırız.

Öyle görünüyor ki bilim tarihinde çok ciddibir noktaya geldik; hedeflerimizle ilgikavramlarımızı ve bir fizik kuramını kabuledilebilir kılan şeyleri değiştirmek zorundayız.Doğanın görünür yasalarına ait temelrakamlar, hatta biçimler mantık veya fizikselilkeler tarafından dayatılmıyor. Bizi kendiiçinde tutarlı bir matematik kuramınagötürecek olan veriler pek çok değeri,yasalar da herhangi bir biçimi almaktaözgürler ve farklı evrenlerde farklı değerlerve farklı biçimler alıyorlar. Bu durum özelolma, bütün fizik yasalarını içeren derli toplubir paket keşfetme arzumuzu tatmin

etmeyebilir, ama görünen o ki, doğanın yolubu.

Önümüzde olası evrenlerden oluşan uçsuzbucaksız bir manzara var. Yine de, birsonraki bölümde göreceğimiz gibi, içindebizimki gibi yaşam olan evrenler çok nadir.Biz yaşamın olası olduğu bir evrendeyaşıyoruz, ama evren azıcık farklı olsaydıbizim gibi canlılar varolamazdı. Böyle bir inceayardan ne anlamalıyız? Yoksa bu evreniniyiliksever bir yaratıcı tarafındantasarlandığına mı kanıt? Ya da bilim başka biraçıklama mı sunuyor bize?

7

Görünür mucize

Ç

inliler Hsia hanedanlığı sırasında (MÖ yak.2205-1782) kozmik evrenin anidendeğiştiğini anlatır. Gökyüzünde on güneşbelirir. Yeryüzündeki insanlar aşırısıcaklardan çok zarar görürler ve imparatorünlü bir okçuya bu güneşleri vurmasınıemreder. Okçuya ödül olarak ölümsüzlükhapı verilir ama karısı hapı çalar. Bu suçuyüzünden kadın Ay’a sürgün edilir.

Çinliler on güneşli bir sistemin insan

yaşamı için uygun olmadığını düşünmektehaklıydılar. Herhalde kolayca bronzlaşmaolanağı sağlardı, ama birden çok güneşesahip herhangi bir güneş sisteminde yaşammuhtemelen asla gelişmezdi. Bununnedenleri Çin efsanelerindeki kavurucusıcaklar kadar basit değil. Aslında birgezegen birden çok yıldızın etrafındadönerken tatminkâr bir sıcaklığa maruz kalır,en azından bir süreliğine. Ancak uzun süreaynı ısıya maruz kalmak -ki hayatın gelişmesiiçin bu gerekli görünüyor- mümkünolmayacaktır. Nedenini anlayabilmek için enbasit çoklu yıldız sistemini inceleyelim; ikilisistem dediğimiz iki güneşli sistemi.Gökyüzündeki yıldızların hemen hemen yarısıböyle ikili sistemlerin üyesi. Ancak basit ikilisistemler bile, aşağıda gösterildiği gibi bellitürde kararlı yörüngeleri koruyabiliyorlar. Buyörüngelerin her birinde gezegende hayatınsürmesine engel olacak kadar sıcak veya

soğuk zamanların yaşanması olası. Pek çokyıldızdan oluşan kümelerde durum daha davahim.

Bizim Güneş sistemimiz, onlarsız gelişkinhayat formlarının asla gelişemeyeceği başka“şanslı” özelliklere sahip. Örneğin, Newtonyasaları gezegensel yörüngenin daireler veyaelipsler (elipsler basık dairelerdir, bir ekseniuzun, diğer ekseni kısadır) halinde olmasınaizin verir. Bir elipsin basıklık ölçüsü,dışmerkezlik denilen sıfır ile bir arasında birsayı ile tanımlanır. Dışmerkezliğin sıfıra

İkili yörüngeler İkili yıldız sistemlerininetrafında dönen gezegenlerin hava durumupek ılımlı olmayabilir. Mevsimlerin bazıları

yaşama izin vermeyecek kadar sıcak, bazılarıda yaşama izin vermeyecek kadar soğuk

geçebilir.

yakın olması figürün daireye benzediğianlamına gelir, bire yakın olması ise çokyassı olduğunu gösterir. Gezegenlerinmükemmel daireler içinde hareket etmiyoroluşları Kepler’i üzmüştü, ama Dünya’nındışmerkezlik yüzdesi sadece 2’dir, yanineredeyse daireseldir. Sonradan anlaşıldığıgibi bu çok büyük bir şanstır.

Mevsimsel hava değişikliklerini belirleyen,Dünya’nın dönüş ekseninin Güneş’inetrafındaki yörüngesine göre eğik olmasıdır.Örneğin Kuzey Yarıküre’de kış olduğundaKuzey Kutbu Güneş’ten uzağa doğru eğiktir.

Aslında bu Dünya’nın Güneş’e en yakınolduğu zamandır ve uzaklık 91,5 milyonmildir. Oysa temmuz ayı başında DünyaGüneş’ten yaklaşık 94,5 milyon miluzaklıktadır; bu da yakınlığın ısı üzerindekietkisinin Dünya’nın eğikliğinin etkisiylekarşılaştırıldığında ihmal edilebilir düzeydeolduğunu gösterir. Ancak yörüngeseldışmerkezliği büyük olan gezegenlerdeGüneş’ten uzaklıktaki değişiklikler büyük roloynar. Örneğin Merkür’ün dışmerkezlikyüzdesi 20’dir ve Güneş’e en yakın geçtiğizamanlarda (günberi) ısısı, Güneş’ten enuzak olduğu zamana göre (günöte) 93.3santigrat derece artar. Eğer Dünya’nınyörüngesinin dışmerkezliği bire yakınolsaydı, Güneş’e en yakın noktayaulaştığında okyanuslar kaynar ve Güneş’e enuzak noktada ise donardı, dolayısıyla yaz vekış tatillerimiz pek keyifli

Dış merkezlik Dışmerkezlik bir elipsin birdaireye ne kadar yakın olduğunun ölçüsüdür.Dairesel yörüngeler yaşama elverişlidir; fazla

uzun yörüngelerde mevsimsel ısıdalgalanmaları çok büyük olur.

geçmezdi. Büyük yörünge dışmerkezliklerihayatı desteklemez, yani yörüngeseldışmerkezliği sıfıra yakın bir gezegendeyaşadığımız için şanslıyız.

Ayrıca Güneşimizin kütlesiyle onauzaklığımız arasındaki ilişki açısından daşanslıyız. Bir yıldızın kütlesi dışarıya verdiğienerjinin miktarını belirler. En büyükyıldızların kütlesi bizim Güneşimizden yüz katdaha fazladır ve en küçüklerinki ise yüz katdaha azdır. Hal böyle olunca, Güneş ilearamızdaki uzaklık sadece yüzde 20oranında daha az veya daha çok olsaydı,Dünya bugünkü Mars’tan daha soğuk veya

bugünkü Venüs’ten daha sıcak olurdu.Yaygın olarak, bilim insanları verili bir

yıldızın etrafındaki yaşanabilir bölgeyi,sıcaklığın suyun sıvı olarak kalabilmesineolanak tanıyacağı dar bir kuşak olaraktanımlarlar. Yaşanabilir bölgelere bazen“Goldilocks Bölgesi” denir, çünkü suyun vedolayısıyla akıllı yaşamın varlığı içingezegensel sıcaklık da -Goldilocks{6} içinolduğu gibi- “tam gerektiği kadar” olmalıdır.Bizim Güneş sistemimizin yaşanabilir bölgesi,yukarıdaki resimde de görebileceğiniz gibioldukça küçüktür. Biz akıllı yaşam formlarıolarak şanslıyız çünkü Dünya bu küçükalanda yer alıyor!

Newton, tuhaf bir şekilde yaşanabilir olanGüneş sistemimizin yalnızca “doğa yasalarıyüzünden kaostan doğduğuna” inanmıyordu.Evrendeki düzenin “ilk olarak Tanrıtarafından yaratıldığına ve yine onuntarafından bugüne kadar aynı durumda ve

koşulda korunduğuna” inanıyordu. Birininneden böyle düşündüğünü anlamak kolay.Eğer bizimki evrendeki tek Güneş sistemiolsaydı; mümkün görünmeyen pek çokolayın varlığımızı sürdürmemize yardımcıolmak için bir araya gelmesi ve dünyamızıninsan dostu biçimi elbette çok şaşırtıcıolurdu. Ancak 1992’de bizimkinden başka birGüneş’in etrafında dönen bir gezegen ilk kezgözlemlendi. Artık bunun gibi yüzlercegezegen biliyoruz ve evrenimizdekimilyarlarca yıldızın etrafında sayısız gezegenolduğundan kuşkulanan pek kimse yok. Budurum bizim gezegensel koşullarımızın denkgelişini -tek Güneş, Güneş-Dünya uzaklığıylaGüneş’in kütlesinin şanslı kombinasyonu- çokdaha az dikkate değer kılıyor. Böylecedünyanın sadece insanları mutlu etmek içindikkatle tasarlandığı düşüncesi de bugözlemle kanıtını kaybetmiş olur. Her türdengezegen mevcut. Bazıları -en azından biri-

hayatı destekliyor. Yaşanabilir birgezegendeki varlıklar çevrelerindeki dünyayıincelediklerinde, bulundukları ortamın var ol-

Goldilocks bölgesi Eğer Goldilocksgezegenleri deniyor olsaydı, yalnızca yeşilbölgenin içindeki gezegenlerin yaşanabilir

olduğunu bulacaktı. Sarı yıldız bizimgüneşimizi temsil ediyor. Beyaz yıldızlar daha

büyük ve daha sıcak, kırmızılar ise dahaküçük ve soğuktur. Güneşlerine yeşil

bölgeden daha yakın olan gezegenler yaşamiçin fazla sıcak, daha uzak olanlar ise fazla

soğuk olacaktır. Yaşanabilir bölgeninboyutları daha soğuk gezegenler için daha

küçüktür.

maları için gerekli koşulları karşıladığınıgörmek zorundadırlar.

Bu son ifadeyi bir bilimsel ilkeyedönüştürmek mümkün: Bizzat bizimvarlığımız, evreni ne zaman ve neredengözleyebileceğimizi belirleyen kurallardayatır. Yani bizim varlığımız, kendimizi

içinde bulduğumuz çevrenin özelliklerinisınırlandırır. Buna zayıf antropik ilke denir.(Neden “zayıf’ dediğimizi birazdangöreceğiz.) Antropik ilkeden daha iyi birterim bulmak gerekseydi bu “seçim ilkesi”olurdu, çünkü bu ilke varlığımıza ait bilgininolası bütün çevre seçenekleri içinde yalnızcayaşama olanak sağlayan koşullan seçmeyizorunlu kıldığını söylüyor.

Felsefe gibi gelse de, zayıf antropik ilkebilimsel öngörülerde bulunmak içinkullanılabilir. Örneğin evren kaç yaşındadır?Birazdan göreceğimiz gibi, var olabilmemiziçin evrenin karbon gibi elementler içermesigerekir; bu elementler yıldızların içinde pişendaha hafif elementlerden üretilir. O halde,karbon bir süpernova patlaması ile uzayadağılmış, daha sonra yoğunlaşarak yeni nesilGüneş sistemindeki bir gezegenin parçasıhaline gelmiş olmalı. 1961’de fizikçi RobertDicke bu sürecin yaklaşık 10 milyar yılda

gerçekleştiğini ileri sürdü, yani bizimvarlığımız evrenin en azından bu yaştaolduğunu gösteriyor. Öte yandan evren 10milyar yıldan çok daha yaşlı olamaz, çünküuzak gelecekte bütün yıldızların yakıtıtükenmiş olacaktır ve yaşamı sürdürebilmekiçin sıcak yıldızlara ihtiyacımız var. Bunedenle evrenin yaşı 10 milyar civarındaolmalı. Bu tümüyle kesin bir öngörü değil,ama doğra - elimizdeki verilere göre büyükpatlama 13,7 milyar yıl önce gerçekleşti.

Evrenin yaşının hesaplanmasında olduğugibi, antropik öngörüler genellikle belirlifiziksel parametreler için kesin saptamalaryapmak yerine bir dizi değer üretir. Bununnedeni, bizim varlığımızın -ki aslında belirlideğerlerdeki bazı fiziksel parametrelerigerektirmeyebilir- çoğunlukla onlarıbulduğumuz yerlerden fazla uzakta olmayanparametrelere dayanmasıdır. Ayrıcadünyamızdaki geçerli koşulların, antropik

olarak kabul edilen aralığa özgü olmasınıbekleriz. Örneğin, sadece 0 ve 0,5 arasındakiyörüngesel dışmerkezliklerde yaşamolabiliyorsa, dışmerkezliğin 0,1 olduğugezegenler bizi şaşırtmamalıdır, çünküevrendeki bütün gezegenler arasında nadirde olsa bu kadar küçük dışmerkezliğe sahipyörüngeleri olanlar da vardır. Ama Dünyaneredeyse mükemmel bir dairede dönseydive dışmerkezliği 0,00000000001 olsaydı, budünyayı gerçekten çok özel bir yer yapardıve neden bu kadar alışılmışın dışında birdünyada yaşadığımızı açıklamaya çalışırdık.Bu düşünceye sıradanlık ilkesi de denir.

Gezegensel yörüngenin şekli, Güneş’inkütlesi ve benzeri şanslı rastlantılar çevreselkabul edilir, çünkü doğanın temelyasalarından değil bizi kuşatan çevredenkaynaklanırlar. Evrenin yaşı da çevresel birfaktördür, evrenin geçmişinde erken ve geçzamanlar olmakla birlikte biz bu devirde

yaşıyoruz, çünkü yaşama olanak tanıyan tekdevir bu. Çevresel rastlantıları anlamakkolaydır, çünkü evrende var olan pek çokkozmik habitat arasında yaşama elverişli tekhabitat burasıdır ve bizim yaşanabilir birhabitatta var olmak zorunda olduğumuzaçıktır.

Zayıf antropik ilke fazla tartışmalı değildir.Ancak bazı fizikçiler tarafından küçümsensede biz bu ilkenin daha güçlü olanınıtartışacağız. Güçlü antropik ilkeye göre bizimvaroluşumuz yalnızca çevremizisınırlandırmakla kalmaz, doğa yasalarınıniçeriklerini ve biçimlerini de sınırlandırır.Sadece Güneş sistemimizin değil bütünevrenimizin kendine özgü özellikleri insanyaşamının gelişmesini destekleyecektuhaflıkta görünüyor ve bunu açıklamak çokdaha zor.

Hidrojen, helyum ve birazcık lityumdanoluşan erken evrenin nasıl gelişip, bizimki

gibi akıllı yaşamı içeren en azından birdünya yarattığı çok uzun bir öykü olurdu.Daha önce belirttiğimiz gibi, doğanınkuvvetleri sayesinde ağır elementler -özellikle karbon- ilk elementlerden üretilebilirve milyarlarca yıl dengeli kalırlar. Bu ağırelementler yıldızların ocaklarında oluştu;yani kuvvetler önce yıldızların ve galaksilerinoluşmasını sağlamalıydı. Bunlar da erkenevrenin küçücük homojensizliklerindenmeydana gelmiştir; evren neredeysebirörnek olmakla birlikte, neyse ki yaklaşıkyüz binde bir oranında yoğunluk farklılıklarıiçeriyordu. Yine de yıldızların varlığı veyıldızların içindeki bizi oluşturan maddelerinvarlığı yeterli değildir. Yıldızların dinamiğigereği bazıları sonunda patlar ve bu patlamaöyle bir şekilde gerçekleşir ki, içindeki ağırelementler uzaya yayılır. Dahası, doğayasaları gereği kalıntılar yeni nesil yıldızlaroluşturmak üzere yeniden yoğunlaşır, bu

yıldızları yeniden biçimlenen ağırelementlerle kaynaşan gezegenler kuşatır.Dünyanın ilk zamanlarında bizim gelişmemizisağlayacak belli olaylar dizisiningerçekleşmesinin zorunlu olması gibi; varolabilmemiz için zincirin her bir halkasıgereklidir. Ancak evrenin gelişimine yol açanolayları yöneten, doğanın temel yasalarınındengesiydi ve var olabilmemiz için bunlarıntam olarak doğru bir etkileşim içindeolmaları gerekiyordu.

Bu durumun içerdiği rastlantının epeycebüyük olduğunu 1950’de ilk fark eden FredHoyle oldu. Hoyle, bütün kimyasalelementlerin ilk olarak hidrojendengeldiğine, onun ilk gerçek öz olduğunainanıyordu. Hidrojen en basit atomçekirdeğine sahiptir; bu çekirdek yalnızca tekbir protondan oluşur ve bu proton ya tekbaşınadır ya da ona bir veya iki nötron eşlikeder. (Hidrojenin farklı biçimlerine ya da

proton sayısı aynı elektron sayısı farklıçekirdeklere izotop denir.) Günümüzdeçekirdeğinde iki ve üç proton olan helyumve lityum atomlarının, evren yaklaşık 200saniye yaşında iken çok daha küçükmiktarlarda ve ilksel olarak sentezlendiklerinibiliyoruz. Öte yandan hayat daha karmaşıkelementlere bağlıdır. Bunların içinde enönemlisi ve tüm organik kimyanın temeliolan karbondur.

Akıllı bilgisayarlar gibi “yaşayan”organizmaların silikon gibi diğerelementlerden üretildiği söylenebilir, amahayatın karbon olmadan kendiliğindenoluşabileceği kuşku götürür. Bunun nedenleriteknik olmakla birlikte karbonun diğerelementlerle bağlanma biçimindeki eşsizdavranışla ilgilidir. Örneğin karbondioksit odasıcaklığında gaz halindedir ve biyolojik olarakçok yararlıdır. Silikon periyodik tablodakarbonun hemen altında yer aldığı için

benzer kimyasal özelliklere sahiptir. Ancaksilikon dioksit, yani kuartz, taş koleksiyonlarıiçinde organizmaların ciğerlerindeolduğundan çok daha yararlıdır. Yine dekendilerine silikonla ziyafet çeken ve sıvıamonyak içinde kuyruklarını ritmik olarakçevirip duran hayat formları gelişebilirdi. Butürden egzotik hayatlar bile yalnızca ilkselelementlerden oluşamaz, çünkü buelementler yalnızca iki tür dengeli birleşimoluşturabilir: Renksiz bir kristalin olan lityumhidrat ve hidrojen gazı ki, ikisi deüreyebilmek şöyle dursun birbirindenhoşlanmaları bile mümkün olmayanbileşimlerdir. Bunlar bizim karbondan olmahayat formları olduğumuz gerçeğinideğiştirmez; böylece çekirdeği altı protoniçeren karbon ve bedenlerimizdeki diğer ağırelementler nasıl oluşmuştur sorusu gündemegelir.

İlk aşama daha eski yıldızların, iki hidrojen

çekirdeğinin çarpışıp kaynaşmasıyla ortayaçıkan helyumu biriktirmeye başlamasıdır.Yıldızların bizi ısıtan enerjisini yaratan bukaynaşmadır. İki helyum atomu çarpışarak,çekirdeği dört protondan oluşan bir atomolan berilyumu yaratır. Berilyum bir kezortaya çıktıktan sonra üçüncü bir helyumçekirdeği ile kaynaşarak karbonu oluşturmasıbeklenir. Ama böyle olmaz, çünküberilyumun izotopu oluştuğu anda bozularakhelyum çekirdeğine geri döner.

Yıldızın hidrojeni bitmeye başladığındadurum değişir. Bu olduğunda, yıldızınçekirdeği ısı 100 milyon derece Kelvin’eulaşıncaya dek çöker. Bu koşullar altındaçekirdekler birbirleriyle o kadar sık çarpışırlarki, berilyum çekirdeği ve helyum çekirdeğibozulmaya fırsat bulamadan birleşir. Ozaman berilyum, helyum ile birlikte eriyerekbozulmayan, dengeli bir karbon izotopuüretir. Ancak bu karbon, bir kadeh Bordeaux

şarabının tadını çıkaran, alevli lobutlarıhavada çeviren veya evren hakkında sorularsoran kimyasal bileşik kümelerinioluşturmaktan epeyce uzaktır. İnsanlar gibivarlıkların oluşabilmesi için karbonun yıldızıniçinden çıkıp daha dost canlısı bir mahalleyetaşınması gerekir. Bu da ancak, hayatdöngüsünün sonuna gelen yıldız birsüpernova olarak patlayıp, sonradan birgezegen olarak yoğunlaşacak olan karbonuve diğer ağır elementleri uzaya saçtığındagerçekleşir.

Bu karbon yaratma sürecine üçlü alfasüreci denir, çünkü “alfa parçacığı” ismi,helyum izotopunun çekirdeğine verilen birbaşka isimdir; süreç her üçününkaynaşmasını gerektirir. Olağan fizik üçlüalfa süreci yoluyla karbon yaratımınınoldukça az sayıda olması gerektiğiniöngörüyor. Bunu dikkate alan Hoyle 1952’deberilyum çekirdeği ile helyum çekirdeğinin

enerji toplamlarının, karbon izotopunuoluşturan kuantum durumunun enerjisi iletam olarak aynı olması gerektiğini ileri sürdü;nükleer tepkimenin hızını büyük orandaartıran bu duruma rezonans denildi. Osıralarda böyle bir enerji düzeyi bilinmiyordu,ancak Hoyle’un önerisini dikkate alanKaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nden WilliamFow-

Üçlü alfa süreci Karbon yıldızların içinde, üçhelyum çekirdeğinin çarpışmasıyla oluşur,nükleer fizik yasalarının kendine özgü birözelliği olmasaydı karbon oluşması olası

değildi.

ler araştırdı ve buldukları karmaşıkçekirdeklerin yaratımı konusunda Hoyle’ungörüşlerine önemli bir destek sağladı.

Hoyle şöyle yazıyor: “Kanıtları inceleyenherhangi bir bilim insanının nükleer fizikyasalarının, yıldızların içinde üretilensonuçları özellikle dikkate alarak tasarlandığıçıkarımında buluna- mamasına imkânyoktur.” O zamanlar kimse, tam olarak bufiziksel yasalara yol açan rastlantısallığınboyutlarını anlamaya yetecek kadar nükleerfizik bilmiyordu. Ancak güçlü antropik ilkenindeğerini araştıran fizikçiler, son yıllardadoğanın yasaları farklı olsaydı evren neye

benzerdi sorusunu kendilerine sormayabaşladılar. Günümüzde üçlü alfa tepkimesininhızını doğanın temel kuvvetlerine görehesaplayan bilgisayar modelleriyapabiliyoruz. Bu hesaplamalar gösteriyor ki,güçlü nükleer kuvvetin gücünde yüzde 0,5’likbir değişiklik veya elektrik kuvvetinde yüzde4’lük değişiklik bile her yıldızdaki bütünkarbonu veya bütün oksijeni ve dolayısıylabizim bildiğimiz anlamda hayat olasılığınıortadan kaldırabilirdi. Evrenin kurallarınıazıcık değiştirmek bile bizim varlığımızınkoşullarını ortadan kaldırıyor!

Fizik kuramları belli yöntemlerledeğiştirildiğinde üretilen evren modelleriniinceleyerek, fizik yasalarındaki değişikliğinetkileri üzerinde metodik olarak çalışılabilir.Bizim var olmamız için gereken düzenikuranın sadece güçlü nükleer kuvvet ileelektromanyetik kuvvet olmadığıanlaşılmıştır. Kuramlarımızdaki temel

değişmezlerin ince bir ayara sahip oldukları,minik miktarlarda yapılan değişikliklerde bileortaya çıkıyor; evren niteliksel olarak farklıbir hale geliyor ve pek çok durumda hayatıngelişmesine elverişli olmuyor. Örneğin diğernükleer kuvvet, zayıf kuvvet biraz daha zayıfolsaydı, erken evren döneminde kozmostakibütün hidrojen helyuma dönüşürdü ve buyüzden de normal yıldızlar olmazdı; birazdaha güçlü olsaydı patlayan süpernovalar dışmuhafazalarını kıramazlardı ve böyleceyıldızlararası uzayı, gezegenlerin hayatıbeslemesi için gereken ağır elementlerletohumlayamazdı. Eğer protonlar yüzde 0.2oranında daha ağır olsaydı bozularaknötronlara dönüşür, atomların dengesinibozardı. Bir protonu oluşturan kuarkın kütletoplamı yüzde 10 gibi küçük bir orandadeğiştirilseydi, bizi oluşturan sabit çekirdekliatomlardan çok daha az miktarda olurdu;aslında kuark kütlelerinin toplamının, sabit

çekirdek sayısının en yüksek sayıda olmasıiçin ideal olduğu ortada.

Gezegen hayatının gelişmesi için birkaçyüz milyon yıllık sabit yörünge gerektiğivarsayılırsa, uzay boyutlarının sayısı da bizimvarlığımızla sabitlenmiştir. Çünkü yerçekimiyasasına göre ancak üç boyutta dengelieliptik yörüngeler mümkün olabiliyor.Dairesel yörüngeler bir başka boyuttaolanaklı, ancak bunlar Newton’ınkorktuğu gibi sabit değiller. Üç boyutdışındaki herhangi bir boyutta küçücük birbozulma, örneğin diğer gezegenlerinçekiminde oluşan bir değişiklik, gezegenidairesel yörüngesinden çıkarır, Güneş’e uzakveya yakın dönmesine neden olurdu, yani yadonar, ya da yanardık. Ayrıca üçten fazlaboyutta iki cisim arasındaki çekim kuvveti, üçboyutta olduğundan çok daha hızlı bir şekildeazalırdı. Üç boyutta uzaklık iki katınaçıktığında çekim kuvveti değerini 1/4

oranında kaybeder. Dört boyutta 1/8, beşboyutta 1/16 oranında kaybeder. Sonuç olaraküçten fazla boyutta Güneş, içsel basıncınınçekim gücünün çekimini dengelediği sabit birkonumda kalamaz. Ya parçalanır ya daçökerek bir kara deliğe dönüşür ki, öyle yada böyle gününüz berbat olur. Atomikölçekte elektrik kuvveti çekim kuvveti gibidavranır. Yani atomlardaki elektronlar yakaçar ya da çekirdeğin içine düşer. Her ikidurumda da bizim bildiğimiz anlamdaatomların olması olası değildir.

Zeki gözlemcileri destekleme becerisinesahip karmaşık yapıların ortaya çıkışları çokkırılgandır. Doğanın yasalarının biçim verdiğibir sistem olağanüstü ince bir ayara sahiptirve bildiğimiz hayatın gelişme olasılığınıortadan kaldırmadan yapılabilecek değişiklikçok küçüktür. Fizik yasasının kesinayrıntılarında bir dizi şaşırtıcı rastlantıolmasaydı, insanlar ve benzeri yaşam

formları varlık kazanamazdı.En etkileyici ince-ayarlı rastlantı,

Einstein’ın genel görelilik denklemlerindekikozmolojik sabitini içerir. Daha önce debelirttiğimiz gibi 1915’te kuramını formüleettiğinde Einstein evrenin durağan olduğunainanıyordu, yani evren ne genişliyor ne dedaralıyordu. Bütün maddeler diğer maddeleriçektiğinden, evrenin kendi üzerinde çökmeeğilimiyle savaşması için yeni bir karşı-çekimkuvvetini kuramına ekledi. Bu kuvvet, diğerkuvvetlerin tersine, herhangi bir kaynaktangelmiyordu, uzay-zamanın kendi içindeoluşturulmuştu. Kozmolojik sabit bu kuvvetingücünü tanımlar.

Evrenin durağan olmadığı keşfedildiğindeEinstein kozmolojik sabiti kuramından çıkardıve onu denklemlerine eklemeyi hayatının enbüyük yanlışı saydı. Ancak 1998’de çok uzaksüpernovaların gözlemleri, evrenin artan birhızla genişlediğini ortaya çıkardı; bütün

uzayda etkili olan bir tür itici kuvvetolmaksızın bunun olanaksız olduğu anlaşıldı.Kozmolojik sabit böylece yeniden doğdu.Artık bu sabitin değerinin sıfır olmadığınıbiliyoruz, ama neden böyle bir değeri varsorusu geriye kalıyor. Fizikçiler, kuantummekaniklerinin sonuçlarına göre nasıl ortayaçıktığını açıklamak üzere tartışmalar başlattı,ancak buldukları değer 120 basamaklıydı(birden sonra gelen 120 adet sıfır) ve bu,süpernova gözlemlerinde ulaştıkları gerçekdeğerden daha güçlüydü. Ya hesabın mantığıyanlıştı, ya da mucizevi bir şekilde;hesaplanan sayının hayal bile edilemeyecekküçüklükteki kesri dışında kalan bölümünügeçersiz kılan başka bir etki vardı. Kesin olantek şey, kozmolojik sabit sahip olduğudeğerden çok daha büyük olsaydı evrenimizgalaksiler oluşmadan önce parçalanırdı - veyine bildiğimiz hayat olmazdı.

Bu rastlantılara ne anlam verebiliriz?

Temel fizik yasasının kesin biçimi vedoğasındaki şans ile bizim çevreselunsurlarda bulduğumuz şans birbirindenfarklıdır. Kolaylıkla açıklanamadığı gibifiziksel ve felsefi sonuçlan çok daha derindir.Evrenimiz ve yasaları bizi desteklemek üzereoluşturulmuş bir tasarıma sahip gibidir veeğer biz varsak bu tasarımda değişiklikolması pek mümkün değil. Bu kolaycaaçıklanabilecek bir durum değil ve doğalolarak niçin böyle olduğunu soruyoruz.

Pek çok insan bu rastlantıları Tanrı’nınişlerinin kanıtı olarak kullanmak isteyecektir.Evrenin insanlığa kalacak yer sağlamak içintasarlandığı düşüncesi günümüzden binlerceyıl öncesine uzanan teolojilerde ve mitlerdeyer almıştır. Mayaların mitsel- tarihianlatılarının yer aldığı Popol Vuh’ta tanrılarşöyle der: “Bilinç bahşedilen insan varoluncaya kadar yarattığımız bütün şeyler içinne övüldük, ne de onurlandırıldık.” MÖ 2000

tarihli tipik bir Mısır yazıtı şöyle der:“Tanrı’nın sürüsü olan insanın iyi yaşamasısağlanmıştır. O (Güneş Tanrısı) onun yararıiçin gökyüzünü ve yeryüzünü yaratmıştır.”Çin’de Taocu filozof Liezi (LieYu- kou) (MÖ400) bu düşünceyi bir öyküdeki karakteresöyletmiştir: “Tanrı büyümesi için beş çeşittohum yarattı, yüzgeçli ve tüylü kabileleriözellikle biz yararlanalım diye yarattı.”

Batı kültüründe Eski Ahit yaratılışöyküsünde ilahi tasarımdan söz eder, ancakgeleneksel Hıristiyan bakış açısı, “kasıtlı birtasarıya göre işleyen akıllı doğal dünyaya”inanan Aristoteles’ten de büyük ölçüdeetkilenmiştir. Ortaçağ Hıristiyan dinbilimcilerinden Aquino’lu Aziz Tomasso,Tanrı’nın varlığını kanıtlamak içinAristoteles’in doğanın düzeni hakkındakidüşüncelerini kullanır. 18. yüzyılda bir başkaHıristiyan din bilimci o kadar ileri gitmiştir ki,tavşanların kuyruklarının daha kolay

vurabilmemiz için beyaz olduğunusöylemiştir. Hıristiyan görüşünün dahamodem bir örneği birkaç yıl önce Viyanabaşpiskoposu Kardinal Christoph Schönborntarafından verilmiştir; “Şimdi 21. yüzyılınbaşlangıcında yeni Darvincilik gibi bilimseliddialarla veya kozmolojide çokluevren gibivarsayımlarla karşılaşıyoruz; bunlar ilahiamacın ve tasarımının karşı konulmazkanıtından sakınmak isteyen modem bilimtarafından icat edilmiştir. Katolik Kilisesidoğanın yapısında bulunan tasarımın gerçekolduğunu ilan ederek insanın doğasınıyeniden savunacaktır.” Kardinalinkozmolojide amaç ve tasarımın kaçınılmazkanıtı olan şey dediği, yukarıda anlattığımızfiziksel yasanın ince ayarıdır.

İnsan merkezli evreni bilimsel olarakyadsımanın dönüm noktası, Dünya’nın Güneşsisteminde merkez konumunda olmadığıKopernik sisteminde gerçekleşti. Ne tuhaftır

ki, Kopernik’in kendi dünya görüşüantropomorfikti. Öyle ki, Güneş merkezlimodelinde Dünya’nın evrenin neredeysemerkezinde bulunduğuna işaret ederek biziteselli ediyordu: “Yeryüzü evreninmerkezinde olmasa bile, bu merkeze olanuzaklığı sabit yıldızların uzaklığı ilekarşılaştırıldığında çok önemsizdir.”Teleskopun icadı ile 17. yüzyıldagerçekleştirilen, çevresinde bir uydu dönentek gezegen olmadığımız gibi gözlemlerevrende ayrıcalıklı bir konuma sahipolmadığımız fikrine ağırlık kazandırdı. İzleyenyüzyıllarda evren hakkında daha fazla şeykeşfettikçe, bizim gezegenimizin sıradanolduğunu daha iyi anladık. Ancak sondönemlerde doğanın pek çok yasasının sonderece ince bir ayara sahip olduğununkeşfedilmesi, en azından bazılarımızınyeniden o eski düşünceye geri dönmesineyol açtı: Bu büyük tasarım, bir büyük

tasarımcının işidir. ABD’de yasalar okullardadin eğitimini yasakladığı için, bu türdendüşüncelere akıllı tasarım denir vetasarımcının Tanrı olduğu açıkça olmasa daifade edilir.

Modern bilimin yanıtı bu değildir. 5.bölümde gördük, bizim evrenimiz, her birifarklı fiziksel yasalara sahip olan evrenlerdenbiri. Bu çokluevren görüşü, ince ayarmucizesini açıklamak için geliştirilmiş birkavram değildir. Modern kozmolojideki pekçok farklı kuramın yanı sıra, sınırsızlıkkoşulunun bir sonucudur. Eğer bu doğruysa,o zaman güçlü antropik ilkenin uygulamadazayıf ilke ile denk olduğu düşünülebilir;fiziksel yasalardaki ince ayarı çevreselfaktörler temelinde değerlendirirsek, bizimkozmik yaşam alanımız -artıkgözlemlenebilen bütün evren- pek çokevrenden biridir, tıpkı Güneş sistemimizinpek çok Güneş sisteminden biri olması gibi.

Bunun anlamı, bizimkine benzer milyarlarcasistemin var olduğunu anlamamızla birlikteGüneş sistemimizdeki çevresel rastlantılarınolağanüstülük özelliğini kaybetmesidir;yasalardaki ince ayar çokluevrenlerinvarlığıyla açıklanabilir. Yüzyıllar boyunca pekçok insan kendi dönemlerinde bilimselaçıklaması yapılamayan doğanın güzelliğinive karmaşıklığını Tanrı’ya atfettiler. AncakDarwin ve Wallace’ın mucize gibi görünenyaşam formlarının bir yüce gücünmüdahalesi olmaksızın ortaya çıkabildikleriniaçıklamaları gibi, çokluevren kavramı da,evreni bizim çıkarlarımız için yarataniyiliksever bir yaratıcıya gerek kalmadanfiziksel yasalardaki ince ayarı açıklayabilir.

Einstein bir defasında asistanı ErnstStraus’a “Evreni yaratırken Tanrı’nın başkabir seçeneği var mıydı?” sorusunu sormuştu.16. yüzyılın sonlarında Kepler, Tanrı’nınevreni bazı mükemmel matematik ilkelerine

göre yarattığına inanmıştı. Newton, göklereuygulanan yasaların yeryüzünde deuygulandığını görmüş ve bu mükemmelyasaları ifade edebilmek için denklemlergeliştirmişti; bu yasalar 18. yüzyıl bilimcileriarasında neredeyse dini bir coşkuuyandırmış, bu yasaları Tanrı’nın birmatematikçi olduğunu göstermek amacıylakullanmışlardır.

Newton’dan, özellikle de Einstein’dan berifiziğin amacı Kepler’in tasarladığı türde basitmatematiksel ilkeleri bulmak ve bunlarladoğada gözlemlediğimiz maddelerin vekuvvetlerin bütün ayrıntılarına açıklamagetirecek her şeyin birleşik kuramınıyaratmaktı. 19. yüzyılın sonları ve 20.yüzyılın başlarında Maxwell ve Einsteinelektrik, manyetizma ve ışık kuramlarınıbirleştirdiler. 1970’lerde güçlü ve zayıfnükleer kuvvetleri elektromanyetik kuvvetlebirleştiren standart model yaratıldı. Daha

sonra Sicim kuramı ve M-kuramı, geriyekalan kuvveti, kütleçekim kuvvetini debirleşik kurama ekleme çabasıyla ortayaçıktılar. Amaç yalnızca bütün kuvvetleriaçıklayan tek bir kuram bulmak değil,kuvvetlerin gücü, temel parçacıkların kütle veyükleri gibi temel sayıları da açıklayan birkuram bulmaktı. Einstein’ın belirttiği gibi“doğa öyle bir oluşuma sahip ki, bu kadargüçlü bir şekilde belirlenmiş yasaların içindeancak kesin olarak belirlenmiş sabitlerin(yani kuramı ortadan kaldırmadan sayısaldeğerleri değiştirilemeyecek sabitler)bulunduğunu mantıksal olarak ilan edebiliriz”diyebilmeyi umuyorduk. Tek kuram,muhtemelen bizim var olmamıza olanaksağlayan “ince ayara” sahip olmayacak.Ancak Einstein’ın içinde bulunduğumuzevreni ve diğer evrenleri bütün farklıyasalarıyla açıklayacak eşsiz kuram rüyasını,son gelişmelerin ışığında yorumlarsak, M-

kuramının o kuram olabileceğinisöyleyebiliriz. Peki, M-kuramı eşsiz mi? Veyaonu gerektiren herhangi bir basit mantıkilkesi var mı? Niçin M-kuramı sorusunuyanıtlayabilir miyiz?

8

Büyük tasarım

B

u kitapta Güneş, Ay ve gezegenler gibiastronomik cisimlerin hareketlerindekidüzenliliğin Tanrıların veya şeytanların hevesveya kaprislerine göre değil, sabit yasalaragöre yönetildiğini açıkladık. Başlangıçta buyasalar sadece astronomi (veya astroloji, ozaman ikisi aynı kabul ediliyordu) içinde farkedilebildi. Dünya üzerindeki şeylerindavranışları öyle karmaşıktı ve o kadar çoketki tarafından belirleniyordu ki, ilkuygarlıklar bu fenomenleri yöneten açık birmodel veya yasa olduğunu fark edemediler.

Yine de yavaş yavaş, astronomi dışındakialanlarda yeni yasalar keşfedildi ve bu durumbilimsel determinizme yol açtı: Verili birzamanda evrenin daha sonra nasılgelişeceğini belirleyen bir yasalar dizisiolmalıydı. Bu yasalar her yerde ve bütünzamanlarda geçerli olmalıydı, yoksa yasaolmazlardı. Herhangi bir istisna veya mucizeolamazdı. Tanrılar veya şeytanlar evreninişleyişine karışamazlardı.

Bilimsel determinizm ilk ortaya atıldığındabilinen yasalar yalnızca Newton’ın hareket veçekim yasalarıydı. Bu yasaların Einstein’ıngenel görelilik kuramında nasılgenişletildiğini, evrenin diğer özellikleriniyöneten diğer yasaların nasıl keşfedildiğinianlattık.

Doğanın yasaları bize evrenin nasıldavrandığını anlatır, ama niçin öyledavrandığını anlatmaz; kitabın başında şu

soruları sormuştuk:

Niçin hiçlik değil de varlık var?

Niçin varız?

Niçin başka yasalar değil de bubildiğimiz yasalar var?

Bazıları bu sorulara yanıt olarak, Tanrıöyle tercih ettiği için evreni bu şekilde yarattıdiyebilir. Evreni kimin veya neyin yarat-

Çakar Hayat Oyunu'nda basit türde birleşiknesnelerden biri.

tığını sormak mantıklıdır, ancak yanıt Tanrıise, Tanrı’yı kim yarattı diye sormakgerekecektir. Bu bakış açısına göre yaratıcıya

ihtiyaç duymayan bir varlık söz konusudurve bu varlık Tanrı’dır. Bu, Tanrı’nın varlığı ileilgili ilk-neden tartışması olarak bilinir. Bizegöre yine de bu soruları tümüyle bilimselalan içinde, herhangi bir ilahi varlığabaşvurmadan yanıtlamak mümkündür.

3. bölümde anlattığımız modele dayalıgerçekçiliğe göre beynimiz dış dünyanın birmodelini yaratarak duyu organlarımızdangelen verileri yorumlar. Evlerimiz, ağaçlar,diğer insanlar, duvarlardaki prizlerden akanelektrik, atomlar, moleküller ve diğerevrenler hakkında zihinsel kavramlaroluştururuz. Bilebileceğimiz tek gerçeklik buzihinsel kavramlardır. Gerçekliğin modeldenbağımsız olarak sınanması mümkün değildir.İyi yapılandırılmış bir model kendigerçekliğini yaratır. Gerçeklik ve yaratılış gibikonularda düşünmemize yardımcı olabilecekbir örnek 1970’te, Cambridge’de genç birmatematikçi olan John Conway tarafından

geliştirilmiş Hayat Oyunu’dur.Hayat Oyunu’ndaki “oyun” sözcüğü

yanıltıcıdır. Oyunda kazanan veya kaybedenyoktur; aslında oyuncular da yoktur. Hayat

Cansız doğaya doğru evrim HayatOyunu'ndaki bazı birleşik nesneler kurallarınasla değişemeyeceklerini söylediği bir biçime

doğru evrilirler.

Planörler Planörler ara şekillerden geçerekşekil değiştirirler ve sonunda çapraz hat

üzerinde bir kare aşağıda orijinal biçimlerinegeri dönerler.

Oyunu gerçekten bir oyun değildir; ikiboyutlu bir evreni yöneten bir dizi yasadanoluşur. Bu deterministik bir evrendir: Bir kezbaşlangıç yapısını veya ilk konumunuoluşturduktan sonra yasalar gelecekte nelerolacağını belirler.

Conway dünyası, satranç tahtasındaolduğu gibi karelerden oluşmuş bir kareolarak tasarlanmıştır, ama her yönde sonsuzolarak genişler. Her kare bir veya ikidurumda olabilir. Canlı (142. sayfada yeralan resimdeki yeşil kareler gibi) veya ölü(resimdeki siyah kareler gibi). Her kareninsekiz komşusu vardır: Alt, üst, sağ, solkomşular ve dört köşegen komşu. Budünyadaki zaman sürekli değildir amaadımlar halinde ileri doğru hareket eder. Ölüve canlı karelerden yapılan verili herhangi birdüzenlemede, aşağıdaki yasalar uyarıncacanlı komşu karelerin sayısı daha sonra

olacakları belirler:

1. İki ya da üç canlı komşusu olan canlı birkare hayatta kalır, (hayatta kalma)

2. Tam olarak üç canlı komşusu olan ölübir kare canlı hale gelir. (doğum)

3. Diğer bütün durumlarda hücreler ölürveya ölü olarak kalır. Canlı bir kare sıfırveya bir komşusu olduğundayalnızlıktan, üçten fazla komşusuolduğunda kalabalıktan ölür.

Hepsi bu: Verili herhangi bir başlangıçkoşulunda bu yasalar birbiri ardınca kuşaklaryaratır. Tek başına canlı bir kare veya ikibitişik canlı kare bir sonraki kuşakta ölür,çünkü yeterince komşuları yoktur.Çaprazlama komşu olan üç canlı kare birazdaha uzun yaşar. İlk adımdan sonrauçlardaki kareler ölür, sadece ortadaki karecanlı kalır, o da bir sonraki kuşakta ölür. Herçapraz kare dizisi bu şekilde “buharlaşır”.

Ancak üç canlı kare yatay olarak yan yanadizildiğinde, merkezdeki karenin yine ikikomşusu

Planör silahının başlangıçkonfigürasyonu Planör silahı bir planörden

yaklaşık on kat daha büyüktür.

vardır ve iki uçtaki kare ölürken ortadakicanlı kalır, ancak bu durumda merkezdekikarenin hemen altındaki ve üstündeki karelercanlanır. Böylece yatay dizi bir sütunadönüşür. Bu dalgalı yapılara çakar denir.

Üç canlı kare L şeklinde yerleştirilirse yenibir davranış ortaya çıkar. Bir sonraki kuşaktaL şeklinin yataklık ettiği ölü kare canlanır,2x2’lik bir blok oluşur. Bu blok, değişmedenkuşaktan kuşağa aktarıldığı için cansız doğadenilen bir modelin parçasıdır. İlk kuşaklardabu biçimde değişen pek çok model bulunurama çok geçmeden ya cansız doğa formunageçer veya ölürler, ya da ilk biçimlerinedönerek aynı süreci tekrar ederler.

Ayrıca planör denilen modeller vardır;

bunlar da diğer şekillere dönüşürler vebirkaç kuşak sonra yeniden kendi biçimlerinialırlar ama başlangıca göre çaprazdoğrultuda bir kare aşağıda konumlanırlar.Bu gelişmeyi izlerseniz bir hat boyuncaemekliyormuş gibi hareket ettiklerinigörürsünüz. Bu planörler çarpıştığında, herbirinin çarpışma anındaki şekline bağlı olarakçok tuhaf davranışlar ortaya çıkar.

Bu evreni ilginç kılan şey, onun temel“fiziğinin” basit olmasına karşın, “kimyasının”karmaşık olabilmesidir. Yani birleşik nesnelerfarklı ölçeklerde var olurlar. En küçük ölçektetemel fizik

116 kuşak sonra planör silahı Zamanlabiçim değiştiren planör silahı bir planörçıkardıktan sonra orijinal biçimine ve

konumuna geri döner. Bu süreci sonsuzakadar tekrarlar.

bize yalnızca ölü veya canlı kareler olduğunusöylüyor. Daha büyük ölçekte planörler,çakarlar ve hareketsiz hayat blokları var.Daha da büyük bir ölçekte planör silahı gibidaha karmaşık nesneler yer alır: Bu durağanmodeller, belirli aralıklarla yeni planörlerdoğurur ve bunlar yuvalarını terk edip çaprazbir hat boyunca ilerlerler.

Hayat Oyunu evrenini belirli bir ölçekiçinde bir süre gözlemlerseniz o ölçektekinesneleri yöneten yasaları bulabilirsiniz.Örneğin, yalnızca birkaç kare uzunluğundakinesneleri içeren bir ölçekte “Bloklar aslahareket etmez”, “Planörler çapraz hareket

eder” gibi yasalar bulabilirsiniz. Ayrıca,nesneler çarpıştığında ortaya çıkanlar için defarklı yasalar bulursunuz. Herhangi birdüzeydeki birleşik nesneler için bütün birfizik sistemi kurabilirsiniz. Bu yeni yasalar,orijinal yasalarda yeri olmayan nesneler vekavramlar yaratacaktır. Örneğin orijinalyasaların arasında “çarpışma” veya “hareket”gibi kavramlar yok. Bunlar yalnızca her birdurağan karenin canlı veya ölü olmasınıtanımlar. Bizim evrenimizde olduğu gibiHayat Oyunu’nda gerçeklik kullandığınızmodele bağlıdır.

Conway ve öğrencileri kendi tanımladıklarıkurallar kadar basit temel kuralları olan birevrende kendini yenileyebilecek ölçüdekarmaşık nesnelerin var olup olamayacağınıöğrenmek istedikleri için bu dünyayıyarattılar. Hayat Oyunu dünyasında var olanbirleşik nesneler, birkaç kuşak boyuncadünyalarının yasalarını izledikten sonra kendi

türlerinde başka nesneler meydanagetiriyorlar mı? Conway ve öğrencileri bununmümkün olduğunu göstermekle kalmadılar,bu nesnelerin bir anlamda zekâya sahipolduklarını da kanıtladılar! Bu ne demek?Açık söylemek gerekirse, kendileriniyenileyen büyük kare yığınlarının “evrense!Turing makineleri” olduklarını gösterdiler.Amacımıza göre açıklayacak olursak, bizimfiziksel dünyamızda herhangi bir hesaplamaiçin bir bilgisayar, ancak uygun verilerigirdiğinizde işini yapabilir -yani Hayat Oyunudünyasının ortamına uygun verilersağlandığında-, birkaç kuşak sonramakinenin geldiği durumda elde edilen çıktı,bilgisayar hesaplamalarının sonuçlarınauygun olarak okunabilir.

Bunun nasıl çalıştığını görmek içinplanörlerin 2x2 blokluk canlı kareleryapmaya kalkıştıklarında neler olacağınıdüşünelim. Planörler doğru bir şekilde

yaklaşırlarsa durağan olan blok planörlerinkaynağına doğru veya kaynaktan uzağadoğru harekete geçer. Bu şekilde blok birbilgisayarın hafızasını taklit eder. Aslındamodern bir bilgisayarın VE/VEYA girişleri gibibütün temel fonksiyonları planörlertarafından yaratılabilirler. Tıpkı fizikselbilgisayarlarda kullanılan elektrik sinyallerigibi, planörler de bilgi göndermek ve işlemekiçin kullanılabilir.

Hayat Oyunu’nda bizim dünyamızdaolduğu gibi, kendi kendilerini yenileyenmodeller karmaşık nesnelerdir. MatematikçiJohn von Neumann’ın daha öncekiçalışmalarına dayanan bir tahmin, HayatOyunu’nda kendini yenileyebilecek birmodele ait minimum büyüklüğü on trilyonkare olarak belirledi. Bu sayı, kabaca tek birinsan hücresinde yer alan molekül miktarınakarşılık gelir.

Yaşayan varlıklar sınırlı büyüklükte,

istikrarlı ve kendini yenileyen karmaşıksistemler olarak tanımlanabilir. Yukarıdatanımlanan nesneler kendini yenilemekoşuluna uyuyor ama istikrarlı olmayabilirler:Dışarıdan gelen küçük bir etki hassasmekanizmayı çökertebilir. Yine de biraz dahakarmaşık yasaların hayatın bütün özelliklerinitaşıyan daha gelişmiş sistemlere olanaktanıyabileceğini kolaylıkla düşünebiliriz.Conway dünyasında böyle bir varlıkolduğunu düşünün. Böyle bir nesne çevreseluyaranlara karşılık verecektir ve bu nedenlekarar verebiliyormuş gibi görünecektir. Böylebir hayat kendinden haberdar mıdır?Kendininbilincinde midir? Bunlar görüşlerin keskin birşekilde ayrılmasına yol açan sorulardır.Bazıları kendinin farkında olma durumununinsanlara özgü olduğunu savunur. Bu,insanların özgür iradeye; farklı davranışbiçimleri arasında seçim yapma yeteneğine

sahip olmalarını sağlar.Bir varlığın özgür iradeye sahip olduğunu

nereden biliriz? Bir uzaylıyla karşılaştığımızdaonun robot mu, yoksa kendi zihni olan birimi olduğunu nasıl anlarız? Bir robotundavranışları, özgür iradeye sahip olan birvarlığın tersine, tamamen tanımlanmıştır.Yani ilkesel bir saptama olarak robot,davranışları öngörülebilir bir varlıktır. 2.bölümde belirtmiş olduğumuz gibi, eğervarlık büyük ve karmaşıksa bu saptamayıyapmak neredeyse olanaksızdır. Birbiriyleetkileşim halindeki üç veya daha fazlaparçacıkla ilgili denklemleri bile tam olarakçözemiyoruz. İnsan büyüklüğünde bir uzaylıyüz trilyon trilyon parçacık taşıyacaktır verobot bile olsa denklemleri çözüp onun neyapacağını öngörmek olanaksızdır. Bunedenle herhangi bir karmaşık varlığın özgüriradesi olduğunu söylemek zorundayız -temel bir özellik olarak değil, ama geçerli bir

kuram olarak; onun davranışlarınıöngörmemizi sağlayacak hesaplamalarıyapma yeteneğine sahip olmadığımıza dairbir itiraf olarak.

Conway’in Hayat Oyunu örneği, bir dizibasit yasanın bile akıllı yaşama benzeyenkarmaşık özellikler yaratabileceğinigösteriyor. Bu nitelikte pek çok yasa dizisiolmalı. Evrenimizi yöneten temel yasaları(görünürdeki yasaların karşıtı olarak) seçenne? Conway’in evreninde olduğu gibi,evrenimizin yasaları her hangi bir zamandaverili olan duruma göre sistemin gelişmesinibelirler. Conway’in evreninde yaratıcı biziz -oyunun başlangıcında nesneleri ve onlarınkonumlarını belirleyerek evrenin başlangıçdurumunu biz seçiyoruz.

Fiziksel bir evrende, Hayat Oyunu’ndakiplanörler gibi nesnelere karşılık gelen şey,maddenin yalıtılmış kitlesidir. Bizimki gibisürekli bir dünyayı tanımlayan herhangi bir

yasalar dizisi bir enerji kavramını daiçerecektir; bu enerji niceliksel olarakkorunur, yani zaman içerisinde değişmez.Boş uzayın enerjisi zamandan ve konumdanbağımsız bir sabittir. Bu sabit vakum enerjisi,herhangi bir cismin uzayda kapladığı alanınenerjisi, aynı hacimdeki boş uzayın enerjisinegöre ölçülerek bulunabilir ve buna sabit sıfırdenir. Herhangi bir doğa yasasının mutlakahesaba katılması gereken bir koşuluna göre,boş uzayla çevrili yalıtılmış bir cismin enerjisipozitiftir; bu cismi birleştirmek için çabagösterilmesi gerektiği anlamına gelir.Yalıtılmış cismin enerjisi negatif olsaydı, birhareket durumu yaratılmış olur ve negatifenerjisi hareketinden kaynaklanan pozitifenerji ile tam olarak dengelenirdi. Bunlardoğru olsaydı cisimlerin herhangi bir yerdeve her yerde belirmemeleri için bir nedenolmazdı. Bu nedenle boşluk kararsız olurdu.Ancak yalıtılmış bir cisim yaratmak enerji

gerektiriyorsa bu durağan olmayış haliortadan kalkar, çünkü evrenin enerjisi sabitkalmak zorundadır. Evreni yerel olarak sabittutan, şeylerin boşluktan öylecebelirivermelerini engelleyen nitelik budur.

Evrenin toplam enerjisi her zaman sıfırolmak zorundaysa ve bir cismi yaratmakenerji gerektiriyorsa, bütün evren hiçliktennasıl yaratılmış olabilir? Çekim kuvveti gibibir yasanın var olmasının nedeni budur.Çekim kuvveti çekme özelliğine sahipolduğundan, çekimsel enerji negatiftir: Yaniçekim kuvvetiyle bağlanmış bir sistemi -Dünya ve Ay gibi- ayırmak için epeyce çabaharcanması gerekir. Bu negatif enerji,maddenin yaratılması için gereken pozitifenerjiyi dengeler, ama bu o kadar basitdeğildir. Örneğin Dünya’nın negatif çekimkuvveti, Dünya’yı oluşturan maddeparçacıklarının pozitif enerjisinin milyardabirinden azdır. Yıldız gibi bir cismin negatif

çekim enerjisi daha büyüktür ve yıldız nekadar küçülürse (farklı parçacıklarıbirbirlerine daha da yaklaşır), negatif çekimkuvveti de o kadar büyür. Ancak maddeninpozitif enerjisinden daha büyük halegelmeden önce yıldız çökerek bir kara deliğedönüşür ve kara deliklerin enerjisi pozitiftir.Boş uzayın dengeli olmasının nedeni budur.Yıldızlar veya kara delikler gibi cisimlerhiçlikten var olmazlar. Ancak evrenin tamamıhiçlikten var olabilir.

Çekim kuvveti uzayı ve zamanıbiçimlendirdiğinden, uzay-zamanın yerelolarak kararlı ama bütünsel olarak kararsızolmasına izin verir. Bütün evren ölçeğindemaddenin pozitif enerjisi, negatif çekimenerjisi tarafından dengelenebilir, dolayısıylaevrenlerin yaratılışında bir sınırlama yoktur.Çekim kuvveti gibi bir yasa olduğu için evrenkendini hiçlikten yaratabilir (bu durumu 6.bölümde anlatmıştık). Hiçlik yerine varlığın

olmasının nedeni, evrenin var olmasınınnedeni, bizim olmamızın nedeni bukendiliğinden yaratımdır. Evrenicanlandırması ve devam ettirmesi içinTanrı'nın yardımına ihtiyaç yoktur.

Temel yasalar neden böyle? Nihai kuramtutarlı olmalı ve ölçebildiğimiz niceliklerinsınırlı sonuçlarını öngörebilmeli. Çekimkuvveti gibi bir yasanın var olması gerektiğinigördük ve 5. bölümde gördük ki, sınırlınicelikleri öngörebilen bir çekim kuvvetikuramı, doğanın güçleri ile bu güçlerin etkiettiği madde arasındaki süpersimetriyiiçermek zorunda. M-kuramı, çekimkuvvetinin en genel süpersimetrik kuramıdır.Bu nedenle M-kuramı, tamamlanmış birevren kuramı olmaya tek adaydır. Eğersonluysa -ki bu henüz kanıtlanmamıştır-kendi kendini yaratan bir evrenin modeliolacaktır. Biz bu evrenin parçası olmalıyız,çünkü başka bir tutarlı model yok.

M-kuramı Einstein’ın bulmayı umduğubirleşik kuramdır. Aslında -sadece doğanıntemel parçacıklarının bir araya gelmesindenoluşan- insanın evreni yöneten yasalarıanlamaya bu kadar yaklaşmış olması büyükbir zafer. Ama belki de gerçek mucizemantığın soyut değerlendirmelerinin, şaşırtıcıbir çeşitlilikle dolu evreni öngören vetanımlayan bir birleşik kurama ulaşmasıdır.Eğer kuram gözlemlerimizle doğrulanırsa,3000 yıldan fazla süren bir araştırmabaşarıyla sonuçlanacak. Büyük tasarımıbulmuş olacağız.

Sözlük

A

Alternatif geçmişler. Herhangi bir gözlemolasılığının o gözleme yol açabilecek bütünolası geçmişlerden oluştuğunu ortaya koyanbir kuantum kuramı formülasyonu.

Antropik ilke. Var olduğumuz gerçeğinedayanarak görünür fizik yasaları hakkındasonuçlara varabileceğimiz düşüncesi

Asimtotik özgürlük. Güçlü kuvvetin kısamesafelerde zayıflamasına neden olanözellik. Buna göre, çekirdeğin içindekikuarklar güçlü kuvvetle birbirlerine bağlıolmalarına karşın, çekirdeğin içindeneredeyse hiçbir kuvvet hissetmedenhareket ederler.

Aşağıdan yukarıya yaklaşımı.Kozmolojide evrenin başlangıcı iyitanımlanmış tek bir geçmişi olduğuna,

bugünkü durumuna bu başlangıçtanevrimleşerek geldiği varsayımına dayanandüşünce.

Atom. Sıradan maddenin en temel birimi,proton ve nötronlardan oluşan bir çekirdeğivardır ve elektronlar çekirdeğin etrafındadönerler.

B

Baryon. Proton ve nötron gibi temelparçacıklardan biri, üç kuarktan oluşmuştur.

Bozon. Güç taşıyan temel parçacıklardanbiri.

Büyük Patlama. Evrenin yoğun ve sıcakbaşlangıcı. Büyük patlama kuramına görebugün gördüğümüz evren 13,7 milyar yılönce yalnızca birkaç milimetregenişliğindeydi. Günümüzde evren

muazzam bir genişliğe sahiptir ve dahasoğuktur, ancak erken dönemin kal ıntılarınıbütün uzaya yayılan kozmik arka zeminmikrodalga radyasyonundagözlemleyebiliyoruz.

çÇekim kuvveti. Doğanın dört kuvvetiiçinde en zayıf olanı. Kütlesi olan nesnelerinbirbirlerini çekmelerine neden olur.

Çokluevren. Evrenler dizisi.

E

Elektromanyetik kuvvet. Doğanın dörtkuvvetinin ikinci güçlü kuvveti. Elektrikyüklü parçacıklar arasında etkilidir.

Elektron. Maddenin negatif yüklü veelementlerin kimyasal özelliklerindensorumlu temel parçacığı.

F

Faz. Dalganın döngüsündeki bir konum.

Fermiyon. Madde tipi temel parçacık.

Foton. Elektromanyetik kuvvet taşıyanbozon. Işığın kuantum parçacığı.

G

Galaksi. Çekim kuvveti tarafından birarada tutulan yıldızlar, yıldızlara- rası maddeve karanlık maddeden oluşan büyük sistem.

Görünür yasalar. Evrenimizdegözlemlediğimiz yasalar (dört kuvvet yasasıve temel parçacıkların özellikleri olan kütleve yük gibi parametreler). Bunlar, farkl ıyasaları olan farklı evrenlerin varlığına izinveren M-kuramının daha temel yasalarıylakarşıtlık oluşturur.

Güçlü nükleer kuvvet. Dört doğakuvvetinin en güçlüsü. Bu kuvvet atomunçekirdeği içindeki proton ve nötronları birarada tutar. Ayr ıca proton ve nötronlarınkendilerini de bir arada tutar, bu gereklidirçünkü bu parçacıklar çok daha küçükparçacıklar olan kuarklardan oluşurlar.

H

Heisenberg’in belirsizlik ilkesi. Belirli ikifiziksel özelliğin aynı anda istenilenkesinlikte bilinemeyeceğim ifade edenkuantum yasası.

K

Kara delik. Kendi çekim kuvvetlerinin çokbüyük olması nedeniyle evrenin gerikalanından ayrılan uzay-zaman bölgesi.

Karşıt madde. Maddenin her parçacığı

kendine denk düşen bir karşıt parçacığasahiptir. Bu parçac ıklar karşılaştığındabirbirlerini yok ederler ve geride saf enerjikalır.

Klasik fizik. Evrenin tek, iyi tanımlanmışbir geçmişi olduğunu var sayan her fizikkuramı.

Kozmolojik sabit. Einstein’ındenklemlerinde uzay-zamanın yapısal olarakgenişleme eğilimi taşıdığım gösteren veri.

Kuantum kuramı. Nesnelerin tek bir belirligeçmişi olmadığını söyleyen kuram.

Kuark. Güçlü kuvvetin etkidiği parçalıelektrik yüküne sahip temel parçacık. Protonve nötronlar üçer kuarktan oluşur.

M

M-kuramı. Her şeyin kuramı olmaya aday,temel fizik kuramı.

Mezon. Bir kuark ve bir karşıt kuarktanoluşan temel parçacık.

N

Nötrino. Yalnızca zayıf nükleer kuvvettenve çekim kuvvetinden etkilenen olağanüstühafif bir temel parçacık.

Nötron. Elektrik yükü nötr olan bir baryontürü. Protonla birlikte bir atomun çekirdeğimoluştururlar.

O

Olasılık genliği. Kuantum kuramında,mutlak değerinin karesi bir olasılığı temsileden bileşik sayı.

P

Proton. Elektrik yükü pozitif olan bir baryontürü. Nötronla birlikte bir atomun çekirdeğinioluştururlar.

S

Sınırsızlık koşulu. Evrenin geçmişlerininsınırsız kapalı yüzeyler olması koşulu.

Sicim kuramı. Parçacıkların -sonsuzincelikteki sicimler gibi- uzunlukları olan amagenişlikleri ve yükseklikleri olmayan, titreşimörüntüleri olarak tanımlandığı fizik kuramı.

Süperçekim. Süpersimetri denilen bir türsimetriye sahip çekim kuvveti kuramı.

Süpersimetri. Sıradan uzayındönüşmesiyle ilişkilendirilemeyecek, inceliklibir simetri türü.

Süpersimetrinin en önemli çıkarımlarındanbiri kuvvet parçacıkları ve maddeparçacıklarının, dolayısıyla kuvvet vemaddenin, aslında aynı şeyin iki ayrıgörünümü olmalarıdır.

TTekillik. Uzay-zamanda fiziksel niceliğinsonsuz olduğu nokta.

U

Uzay-zaman. İçindeki noktaların hem uzayhem de zaman koordinatlarıyla belirlenmesigereken matematiksel boşluk.

Y

Yeniden normalleştirme. Kuantumkuramında ortaya çıkan sonsuzluklarıyorumlamak için kullanılan bir matematiktekniği.

Yukarıdan aşağıya yaklaşımı. Evreningeçmişlerini yukarıdan aşağıya doğru, yanişimdiki zamandan geçmişe doğru izleyenkozmolojik yaklaşım.

Z

Zayıf nükleer kuvvet. Doğanın dörtkuvvetinden biri. Zayıf kuvvetradyoaktiviteden sorumludur ve yıldızlardaelementlerin oluşmasında ve erken evrendehayati bir rol oynar.

TeşekkürEvrenin bir tasarımı var, bir kitabın da.

Ancak evrenin tersine bir kitap kendiliğinden

hiçlikten belirivermiyor. Kitap bir yaratıcıgerektiriyor ve bu görev yalnızca yazarınomuzlarına düşmüyor. Bu nedenle biz de herşeyden önce neredeyse sonsuz sabırları içineditörlerimiz Beth Rashbaum ve Ann Harris’eteşekkür ediyoruz. Öğrenciye ihtiyacımızolduğunda öğrencimiz, öğretmeneihtiyacımız olduğunda öğretmenimiz oldular,dürtülmemiz gerektiğinde de bizi dürttüler.Kitabın metni başlarına kaldı; bir virgülünyeri veya negatif eğrilikte bir yüzeyi simetrikeksende düz uzaya yerleştirmeninolanaksızlığı tartışılırken hep neşeliydiler.Ayrıca, metni okuyan ve değerli bilgilerinipaylaşan Mark Hillery’ye; kitabın içtasarımında büyük yardımları olan CaroleLowenstein’a; kapağın bitirilmesine yardımcıolan David Stevenson’a; ayrıntılaragösterdiği özenle bizi baskıda görmekistemeyeceğimiz yanlışlardan kurtaran LorenNoveck’e teşekkür ederiz. Peter Bollinger’e:

Resimlerinle bilime sanat kattığın vegösterdiğin özenle her ayrıntının doğruluklayerine getirilmesini sağladığın için teşekkürederiz. Ve Sidney Harris’e: Harikakarikatürlerin ve bilim insanlarının karşılaştığıkonularla ilgili olağanüstü duyarlılığın içinteşekkür ederiz. Başka bir evrende bir fizikçiolabilirdin. Ayrıca, bizi destekledikleri vecesaretlendirdikleri için Al Zuckerman veSusan Ginsburg’a minnettarız. Sürekli olarak,“Artık kitabı bitirme zamanı” ve “Ne zamanbitireceğinizi dert etmeyin, sonunda onoktaya geleceksiniz,” mesajları veriyorlardı,ama hangisini ne zaman söyleyeceklerinibilecek kadar bilgelerdi. Son olarak,Stephen’ın kişisel asistanı Judith Croasdell’e;bilgisayar yardımcısı Sam Blackburn’e; veJoan Godwin’e teşekkür ederiz. Yalnızcamoral destek vermekle kalmadılar, teknik vepratik destek de sağladılar ki onlarolmasaydı bu kitap yazılamazdı. Dahası, en

iyi barların nerede olduğunu hep biliyorlardı.

Dizin A

Abdüsselam 93, 94akıllı tasarım 136Almagest (El-Mecisti) 37alternatif geçmişler 52, 70,90

Anaksimandros 22, 24antik Yunan 24Antropik ilke 129, 130Aristarkhos 23, 24, 38, 39Aristoteles 21, 24-26, 30, 33, 38,47, 81, 114, 135Arkhimedes 22

asimptotik özgürlük 94Asimtotik özgürlük 151atomculuk 24

atomlar 11, 23, 32, 60, 89, 131Augustinus, Hippolu Aziz 45Ay 19, 23, 28, 77, 105, 107, 118,

125, 141, 148

B

Babilliler 19

Baryon 94, 153“başlangıç koşulları” 27belirsizlik ilkesi bkz.

Heisenberg belirsizlik ilkesiBerilyum 132Berkeley, George 41, 42beyin 32, 43

bilimsel determinizm 141bilimsel yöntem 24Birleşik Kuram 95, 96Boshongo halkı 105bozon 90, 152

buckyopları 57, 59, 60-63, 65,67, 72

bükülme, bükülmüş uzay 87,

112, 113, 118büyük birleşik kuram 95büyük daire 87Büyük Hadron Çarpıştırıcısı,Cenevre 98Büyük patlama 46, 49, 101,106, 108-111, 129Büyük tasarım 136

C

Caenorhabditis elegans 32Carroll, John W. 29CERN, Cenevre 94cisimcik kuramı 49Clepsydra 22Conway, John 142, 143,145-147

Ç

çekim dalgaları 89çekim kuvveti 77, 89, 134, 148,153

çift yarık deneyi 61

Çin felsefesi ve mitolojisi 125,135

çokluevren kavramı 116, 137D

dalga boyu 51, 81dalga kuramı ayrıca bkz. çift

yarık deneyidalga/parçacık ikiliği 52

Darwin, Charles 137Davisson, Clinton 61, 63Davy, Sir Humphrey 78Demokritos 23Descartes, René 26-31, 33Dicke, Robert 129doğanın görünür yasaları 118doğa yasaları 25, 26, 29, 32,

114, 116, 128, 130Dünya 13, 14, 19, 20, 23, 24,

28, 29, 37-39, 42, 45, 47, 77,81-83, 85, 87, 88, 113, 114,120, 126-129, 136, 141, 148

E

Eddington, Arthur 106, 116

Einstein, Albert 33, 47, 52, 64,66, 77, 83, 89, 107, 111, 113,117, 134, 137, 141, 149, 152ekonomi 33

elektromanyetik kuvvet 60, 91,133

elektrozayıf kuvvet 94, 96elektronlar 43, 90eliptik yörüngelerin

dışmerkezliği 126, 127, 129Empedokles 22

enerji 14, 26, 90, 92, 93, 97, 106,

112, 113, 132, 147, 148, 152Epikuros 24eter (ışıklı eter) 81-83etkin kuram 32, 33Evren ayrıca bkz. yaratılış,

hayatevrim 22, 31, 142eylemsizlik 23, 84, 86, 87

F

Faraday, Michael 78-80

faz 51, 59, 68, 69, 71fermiyon 90, 152Feynman, Richard (Dick)

12, 13, 60, 66-72, 90-93, 97,114-120

FitzGerald, George Francis 83fotoelektrik etkisi 52foton 62, 63, 72, 90, 91, 98Fowler, William 132Friedmann, Alexander 107,

108

Fuller, Buckminster 57G

galaksiler 107

Galilei, Galileo 24, 26, 29, 33,39, 47, 77gecikmiş seçilim deneyi 72geçmişler toplamı 66, 70, 91,114, 116, 117genel görelilik kuramı 89, 111gerçekçilik ayrıca bkz. modeledayalı gerçekçilikGermer, Lester 61, 63girişim 21, 51, 52, 59, 63, 66, 67,70, 71, 72, 115Göksel Kürelerin DönüşleriÜzerine (Kopernik) 38“Grimnismal” 19güçlü antropik ilke 130, 133,136

güçlü nükleer kuvvet 133

Güneş 19, 21, 24, 28, 30, 38, 39,

42, 77, 80-82, 88, 105, 107,125-130, 134-136, 141

H

“hangi-yol” bilgisi 71, 72Hareketli CisimlerinElektrodinamikleriÜzerine 84

Harris, Sydney (karikatürleri)12, 27, 31, 41, 42, 63, 96havanın keşfi 23Hayat Oyunu 142, 143, 145-147hayatın, evrenin ve her şeyinnihai sorusu... 15Heisenberg belirsizlik ilkesi 96,152Heisenberg, Werner 63Helyum 109, 130-132Herakleitos 25

Hıristiyanlık 25, 26, 30, 45,135

Hidrojen 93, 109, 131, 133holografik ilke 41Hoyle, Fred 108, 130, 132, 133

Hubble, Edwin 48, 49, 106-108Hume, David 42

I

ışık 22, 29, 44, 46, 48, 49, 52, 62,63, 70-72, 78, 80-84, 86, 90,110, 137

İ

ikilikler 52

İonya bilimi 21, 23, 24J

jeodezikler 88

Johannes XXI, Papa 26Johnson, Samuel 42

K

kaldıraç yasası 22kaldırma yasası 22kara delik 89, 148, 152karbon 57, 129-132karşıt gerçekçiler 42

karşıt-kuarklar(pi mezonlar) 45karşıt madde 152katot ışınları 44Kelvin, William Thomson, Sir 83, 131

Kepler, Johannes 25, 26, 29, 126, 137kimya 32

Klamath yerlileri 20klasik fizik 12, 60

Kopernik 38, 39, 136Kozmik Mikrodalga ArkaplanRadyasyonu (CMBR) 108,109,110,117kozmoloji 117-119, 136, 151kozmolojik sabit 135Krater Gölü, Oregon 20Kuantum dalgalanmaları 115,117

Kuantum elektrodinamiği(KED) 90Kuantum fiziği / Kuantumkuramı 11, 12, 60, 61,66

Kuantum gecikmesi 97Kuantum kromodinamiği (KKD) 94kuarklar 43, 45, 46, 90, 94, 95,101, 151kuvvet alanları 90

L

Lamb kayması 93

Laplace, Pierre-Simon, marki30,31

Lemaître, Georges, 108Liezi (Lie Yukou) 135lityum 109, 131Lorentz, HendrickAntoon 83

M

matematik 21, 33, 67, 68, 92,101, 120, 137, 154Matrix (film) 39Maxwell, James Clerk 80,81-83, 86, 89,137Mayalar 105, 135Merkator projeksiyonu, dünyaharitası 14Merkür 126mezon 45, 94, 153Michelson, Albert 83

Miletoslu Thales 20-22M-kuramı 13, 14, 52, 100, 101,119, 137, 149, 153modele dayalı gerçekçilik 42,43,45

modellerin zarafeti 47, 48modem fizik 79Monza, İtalya 37Morley, Edward 83mucizeler 29, 30

N

Napoléon Bonaparte 30Newton halkaları 49Newton, Isaac 13, 27-30, 49, 51,60-62, 65-67, 69-71, 77, 79,84,87-89, 101,125, 127, 134, 137, 141Newton’in kütleçekim kuramı 87, 97Newton’in hareketyasası 88nötrino 153

nötron 45, 94, 131, 151

O

olasılık genliği 119, 1200rsted, Hans Christian 78

Otostopçu’nun Galaksi Rehberi 15

Ö

Öklid 22, 87, 88

özel görelilik kuramı 84, 86

özgür irade 24, 31-33

P

Parisli Tempier 26Planck sabiti 69Platon 13, 30, 33, 40Pope, Alexander 28

proton 43, 45, 90, 94, 95, 131,151, 152psikoloji 33

Ptolemaios 37-39, 47-49Pythagoras 21, 22P-zarları 100

R

referans çerçevesi 80, 82renormalizasyon 92, 93, 97rezonans 132Ruh, epifiz bezi 31

S

sanal parçacıklar 97Schönborn, Christoph 135Second Life 39sınırsızlık koşulu 114, 119sıradanlık ilkesi 129

sicim kuramı 98, 137, 153simetri 98, 153sistem 12, 25, 64, 70, 72, 117,125, 134, 152standart model 47, 48, 96,119, 137Stoacılar 25Straus, Ernst 137

süperçekim kuramı 99süpernova 129, 132, 135süpersimetri 97

T

Tanrı (veya Tanrılar) 14, 25,

26, 28, 30, 33, 45, 64, 77, 106,

113, 114, 117, 128, 135-137,141, 142, 148tekillik 109Thomson, J. J. 44, 83

Tommaso, Aquino’lu Aziz 25,135

tutulma (güneş veya ay) 19-21,23, 37

U

Ussher, piskopos 106uzay 41, 43, 52, 84, 86-88, 96,

97, 99-101, 112-114, 118-120,133, 134, 148, 152, 153uzay-zaman 86, 88, 100, 112,

113, 118, 152

Ü

üçlü alfa süreci 132

V

vakum dalgalanmaları 97Von Neumann, John 146

W

Wallace, Alfred Russel 137Weinberg, Steven 93, 94Wheeler, John 72

Y

yansıma yasası 22yaratılış, hayat 14, 45, 105, 108,135, 142yaşam 14, 29, 81, 95, 116, 121,125,127-129, 134, 136, 137yıldızlar ayrıca bkz. GüneşYoung, Thomas 61, 62

Z

zaman 14, 25, 27, 28, 30, 45, 46,52, 84-87, 91, 97, 109, 112-114,117, 118,141, 143, 148

zarafet 47

zayıf antropik ilke 129zayıf nükleer kuvvet 90Zwicky, Fritz 48

Dipnotlar

{1} Dünya üzerindeki bütün enlemlerinekvator ile aynı uzunlukta olduğudünya haritası türü. (ç.n.){2} Her nötron bir yukarı, iki aşağıkuarka, her proton iki yukarı, bir aşağıkuarka sahiptir, (ç.n.){3} Bu kuram ilk kez 17. yüzyıldamaddenin yanması veya kireçleşmesidurumunda olanları anlatmak içinkullanıldı. G.E. Stahl (1660-1734)Kimyanın Temel ilkeleri kitabında bukuramı geliştirdi, (ç.n.){4} Planck Sabiti, Max Planck tarafındanbulunmuştur. Bir parçacığın enerjisininfrekansına olan oranıdır. (ç.n.){5} Einstein'ın evrenin rastlantısal birşekilde oluşmasının mümkünolmadığını iddia eden "Tanrı zaratmaz" sözüne gönderme yapılıyor.(ç.n.){6} Altın Saçlı Kız ve Üç Ayı ya da Şirin Kız

ve Üç Ayı isimleriyle bilinen masalınkahramanı küçük kız. (ç.n.)