Okyanusum.com Din, Bilim, Sufizm
Galaksiler atomlardan büyük ve de filler karıncalardan ağır geliyor görünse bile, bazı fizikçiler boyut farklılıklarının aldatıcı olduğundan şüpheleniyorlar. Belki de evrenin esas tanımında “kütle”, “uzunluk” gibi kavramlar yoktur. Bu da aslında doğada ölçek anlayışı olmadığını gösterir.
Ölçek simetrisi olarak bilinen bu az keşfedilmiş fikir, temel parçacıkların özelliklerini nasıl kazandıklarını anlatan ve uzun süredir devam eden varsayımlardan köklü bir ayrılma teşkil etmektedir. Ama son zamanlarda saygın parçacık fizikçilerinin sayısız konuşmalarında ve makalelerde ortak konu olarak yer almaktadır. Alanlarında ciddi bir çıkmaza girdiklerinden, araştırmacılar bilindik parçacıkları ve onların etkileşimlerini tanımlayan temel denklemlere yöneldiler ve şu soruyu soruyorlar: Kütle ve uzunluk ile ilgili denklemlerdeki koşulları silsek ne olur?
Doğada en derin düzlemde ölçekler arasında farklılaşma olmayabilir. Ölçek simetrisinde fizikçiler, her biri eşsiz bir özellik birleşimi olan-mesela madde ya da anti madde olması ve pozitif ya da negatif yükü olması- kütlesiz parçacıklar koleksiyonunu öne süren basit bir denklem ile başlıyorlar. Bu parçacıklar birbirlerini çeker ve iterlerken ve aralarındaki etkileşimler hesaplamalarda domino taşları gibi dalga dalga artarken, ölçek simetrisi “bozulur”; kütle ve uzunluklar kendiliğinden ortaya çıkar.
Benzer dinamik etkiler, görünür evrendeki kütlenin %99unu oluşturur. Proton ve nötronlar amalgamdır(karışımdır)- her biri kuark denilen 3lü hafif temel parçacıklar grubudur. Bu kuarkları bir arada tutmak için kullanılan enerji onlara bileşik bir kütle verir ve bu da parçaların toplamından yaklaşık 100kat daha fazladır. Alberto Salvio, Madrid Özerk Üniversitesi’nde parçacık fizikçisi ve doğanın ölçek simetrisi hakkında yeni bir makalenin ortak yazarı: “Gördüğümüz kütlenin çoğunluğu bu yolla oluşur. Bu yüzden tüm kütleyi bu şekilde oluşturmanın mümkün olup olmadığını merak ediyoruz ”diyor.
Parçacık fiziğinin “Standart Model” denklemlerinde, 2012 yılında sadece Higgs Bozonu denilen, en başından beri kütlesi olan 1 tane parçacık keşfedildi. İngiliz fizikçi Peter Higgs ve çalışma arkadaşlarının 50 yıl önce geliştirdiği bir teoriye göre, Higgs bozonu iletişimde olduğu esnada diğer temel parçacıklara kütlesini dağıtır. Elektronlar, W ve Z bozonları, bireysel kuarklar ve benzerleri: Hepsinin kütlesinin Higgs bozonundan kaynaklandığına inanılıyor ve geribildirim etkisiyle onlar da aynı anda Higgs bozonunun kütlesini yukarı ya da aşağı doğru çeviriyorlar.
Yeni ölçek simetrisi yaklaşımı bu hikâyenin başlangıcını yeniden yazıyor. İtalya Piza Üniversitesi’nde parçacık fizikçisi olan Alessandro Strumia “Belki de Higgs kütlesi aslında gerçekten orada değil. Birkaç dinamik ile bu anlaşılabilir” diyor.
Bu fikir ihtimal dışı görünüyor ama alanda geniş çapta iç değerlendirmenin yapıldığı şu anlarda ilgi gittikçe artıyor. 2013 başlarında Cenevre’deki CERN laboratuarında Büyük Hadron Çarpıştırıcı iyileştirmeler yapılmak üzere kapatıldığında, çarpışmalar pek çok teorisyenin 30 yıldan fazla denklemlerinde yer verdikleri düzinelerce parçacığın hiçbirini göstermekte başarılı olamadı. Bu büyük fiyasko, onlarca yıl önce araştırmacılar parçacık kütlelerini hesaplama konusunda yanlış bir yola sapmış olabileceklerini gösteriyor.
Santa Cruz Californiya Üniversitesi’nde fizik profesörü olan ve ölçü simetrisinde yeni bir çalışma yürüten Michael Dine, “Doğa kanunlarının nasıl olması gerektiği konusundaki anlayışımızda kibirli olabilecek bir pozisyonda değiliz. Önceleri kuşkuyla yaklaştığım şeylere şimdi eğlenerek bakmaya razıyım” diyor.
Büyük Higgs Problemi
Ölçü simetrisi yaklaşımı 1995’lere kadar uzanıyor. William Bardeen, Batavia Fermi Ulusal Hızlandırıcı Laboratuarında teorik fizikçi, Higgs bozonunun ve diğer Standart Model parçacıklarının kütlelerinin anlık ölçü-simetrisinin bozulmasının sonuçları olarak hesaplanabileceğini gösterdi. Ama o zamanlarda Bardeen’in yaklaşımına rağbet gösterilmedi. Araştırmacılar yeni ve keşfedilmemiş parçacıkları-mesela karanlık madde ve kütle çekiminin gizemini açıkladığı varsayılanları dahil etmeye kalkıştıklarında-Bardeen’in hesaplamalarının hassas dengesi kolaylıkla bozulabilecek gibi görünüyordu.
Bunun yerine araştırmacılar “süpersimetri” denilen ve düzinelerce yeni parçacığı doğal olarak tahmin eden yeni bir yaklaşıma yöneldiler. Bu parçacıklardan bir ya da daha fazlası karanlık maddeye açıklık getirebilir. Süpersimetri aynı zamanda, Standart Model’in ilk zamanlarından beri araştırmacıların kafasını karıştıran muhasebe problemine de basit bir çözüm sağladı.
Hesaplamalarla ilgili standart yaklaşıma göre, diğer parçacıklarla etkileşimi yüzünden Higgs bozonunun kütlesi, denklemlerde mevcut olan en yüksek ölçeklere doğru yükselmeye meyillidir; bu arada diğer parçacığın kütlesini de kendisiyle beraber yukarı çeker. Teorik fizikçi, Fermilab’in müdür yardımcısı ve Bardeen’in iş arkadaşı olan Joe Lykken: “Kuantum mekaniği herkesi demokratik yapmaya çalışıyor. Kuantum mekaniği etkileri aracılığıyla parçacıklar birbirlerini eşitlemeye çalışıyorlar” diyor.
Eğer Standart Model parçacıkları hikayenin sonu olsa bu demokratik eğilim hiç sorun olmazdı. Ama fizikçiler, Standart Model’in çok ötesinde, “Plank Kütlesi” olarak bilinen 1milyar milyar kere daha ağır bir ölçekte, kütle çekimiyle bağlantılı olan bilinmeyen büyüklükler tahmin ediyorlar. Bu ağırlıkların Higgs bozonunu şişmanlatması bekleniyordu. -Bu, her bir temel parçacık kütlesinin Plank ölçeğine kadar çekileceği bir süreç. Bu olmadı. Bunun yerine, garip bir hiyerarşi hafif Standart Model ile Plank kütlesini ayırmış görünüyor.
Bardeen ölçü simetri yaklaşımı ile, Standart Model kütlelerini en yüksek ölçeklere bulaştırmadan değişik bir yöntemle hesapladı. Bardeen’e göre, hafif Higgs bozonu son derece doğal görünüyordu. Yine de, Plank ölçeğindeki yerçekimsel etkileri hesaplamalarına nasıl katacağı açık değildi.
Bu arada süpersimetri, standart matematik tekniklerini kullandı ve de Standart Model ile Plank ölçeği arasındaki hiyerarşiye direk olarak değindi. Süpersimetri, doğadaki her bir parçacığın kayıp bir ikiz parçacığı olduğunu varsayar. Higgs bozonu çarpıştığı her bir parçacık( mesela bir elektron)için, aynı zamanda parçacığın biraz daha ağır olan ikizi ile( farazi “selektron”)de karşılaşırsa, birleşik etkiler neredeyse sıfırlanır; bu da Higgs kütlesinin en yüksek ölçeklere doğru şişmesine engel olur. Tıpkı “x+(-x) ≈ 0” fizik eşitliğinde olduğu gibi, süpersimetri küçük ama yine de sıfır olmayan Higgs bozon kütlesini koruyacaktır. Teori, Standart Model’deki kütleleri açıklamak için gerekli kayıp parçaları anlatıyor gibi görünüyor. O kadar muhteşem ki, bazı teorisyenlere göre, bu olmaksızın evrenin bir anlamı olmazdı.
Ama tahminlerinden onlarca yıl sonra bile süpersimetri parçacıklarının hiç birisi bulunamadı. 1980’lerin başında süpersimetri hipotezinin geliştirilmesine yardımcı olan, Stanford Üniversitesi’nde parçacık fizik profesörü Savaş Dimopoulos: “Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın (BHÇ) aradığı da buydu. Ama hiçbir şey göremedi. Her nasıl olduysa Higgs korunmadı” dedi.
BHÇ gelecek yıl yeniden çalıştırıldığında, süpersimetrinin karmaşık versiyonlarını aramaya devam edecek. Ama pek çok fizikçi, bu teorinin başarısızlıkla sonuçlandığı konusunda çoktan hem fikir olmuş durumda. Geçen ay İspanya Valencia’da yapılan Uluslararası Yüksek Enerji Fiziği Konferansı’nda, BHÇ’den elde edilen datayı inceleyen araştırmacılar süpersimetri parçacığının kanıtını bulamadılar. (Data aynı zamanda “technicolor” denilen alternatif bir teklifi de şiddetle gözden düşürüyor.)
Teori pek çok uzmanın ciddi bir kusur kabul ettiği bir şeye sahip: “Hayalet” denilen parçacık benzeri garip varlıkların varlığını öne sürüyor.
Çıkarımlar çok büyük. Süpersimetri olmaksızın, Higgs bozonu kütlesi, ayna görüntü etkileriyle değil de, alakasız sayılar arasında rastgele ve umulmadık sadeleşmelerle indirgeniyormuş gibi görünür. Özellikle de Higgs’in ilk kütlesi, gluonlardan, kuarklardan, yerçekimsel durumlardan ve geri kalan her şeyden kendisine yapılan büyük katkıyı dengeliyor görünüyor. Eğer evren umulmadık ise, o zaman pek çok fizikçi bunun pek çok evrenden bir tanesi olduğunu öne sürüyorlar: Sonsuz, köpük olan çoklu evrende nadir bir baloncuk. Bu özel baloncuğu gözlemliyoruz, akıl yürütmeler devam ediyor; özellikleri mantıklı olduğu için değil de, Higgs bozonunun atomların formasyonuna ve dolayısıyla da yaşamın oluşumuna neden olduğu için. Plank ölçeğinde Higgs bozonlarıyla daha fazla tipik baloncuk yaşama elverişli değildir.
Dine: “ Çok tatmin edici bir açıklama değil ama bundan başka çok da bir şey yok” dedi.
Genel varsayımların mantıksal çıkarımı olarak, çoklu evren hipotezi son yıllarda popüleritesini giderek artırdı. Ama pek çok kişi için konu bahane gibi görünüyor ya da en azından büyük bir hayal kırıklığı. Tesadüfi sadeleşmelerden oluşan bir evren anlaşılır değil. Ulaşılmaz, yabancı evrenlerin varlığını ispatlamak imkansız olabilir. Graham Ross, Oxford Üniversitesi’nde teorik fizik alanında fahri profesör : “Çoklu evren hipotezini sadece anlayamadığımız şeyleri açıklamak üzere kullanmak oldukça yetersiz” dedi.
Manfred Lindner, bir fizik profesörü ve Heidelberg Nükleer Fizik Max Plank Enstitüsü’nde yönetici, aynı zamanda da ölçek simetrisi yaklaşımında pek çok yeni makalede eş yazar. Şöyle diyor: “İnsanlar uyum göstermeye zorlanıyor. Parçacık fiziğin temel denklemlerinin Higgs bozonunu dizginleyebilmek için extra şeylere ihtiyacı var ve süpersimetri bunlardan biri olmayabilir.” Lindner gibi teorisyenler şunu sormaya başladılar: “Görmediğimiz çok miktardaki parçacığı oluşturmaksızın, bu işi görecek başka bir simetri olabilir mi?”
Güreşen Hayaletler
Bardeen’in bıraktığı yerden devam eden Salvio, Strumia ve Lindner gibi araştırmacılar, Higgs bozonunun küçük kütlesini açıklayabilmek için en iyi yöntemin ölçek simetrisi olduğunu düşünüyorlar. Strumia şöyle diyor: “Benim için, gerçek hesaplamalar yapmak, çoklu evren felsefesi yapmaktan çok daha ilginç. Hatta bu çoklu evren gerçek olsa bile.”
Ölçek simetri teorisinin işleyebilmesi için, hem Standart Model’in küçük kütlelerini hem de yerçekimiyle ilişkilendirilen devasa kütleleri açıklayabiliyor olması gerekir. Hesaplamaların yapılmasıyla ilgili olağan yaklaşımlarda, başlangıçta her iki ölçek de el ile kurulur; denklemlerde bağlantıya geçtiklerinde birbirlerini eşitlemeye çalışırlar. Ama yeni yaklaşımda, her iki ölçek de dinamik olarak ve birbirinden ayrı ortaya çıkmalı ve sıfırdan başlamalı.
Dimopoulos: “Kütle çekiminin Higgs kütlesini etkilemiyor olabilmesi durumu son derece devrimsel” dedi.
Salvio ve Strumina tarafından geliştirilen ve “Agravite” denilen ( boyutsal olmayan yerçekimi) bir teori, şu ana dek ölçek simetrisi görüşünün en somut biçimde fark edilişini gösteriyor olabilir. Agravite, tüm ölçeklerdeki fizik kanunlarını tek, birbirine bağlı bir resimde dokuyor. Bu resimde Higgs bozonu ve Plank kütlesi farklı dinamik etkiler ile ortaya çıkıyor. Yüksek Enerji Fiziği dergisinde Haziran ayı sayısında detaylı olarak anlatıldığı üzere, agravite aynı zamanda evrenin ilk başlangıçta neden şişerek var olduğuna da açıklama getiriyor. Teoriye göre, ölçek simetrisi bozunumu Bing Bang esnasında uzay-zaman boyutunda üstel bir genleşmeye sebep olmuş olabilir.
Ama teori pek çok uzmanın ciddi bir kusur kabul ettiği bir şeye sahip: “Hayalet” denilen parçacık benzeri garip varlıkların varlığını öne sürüyor. Hayaletlerin ya negatif enerjileri ya da negatif varoluş olasılıkları var. Her ikisi de kuantum dünyasındaki denklemlere çok zarar vermektedir.
Kelly Stelle, Londra Imperial College’da teorik parçacık fizikçisi, ilk olarak 1977’de bazı kütle çekim teorilerinin hayaletlere sebep olduğunu söylemiştir: “Negatif olasılıklar, kuantum mekaniğin olasılıkçı yorumunu bertaraf etmektedir ki bu da korkunç bir seçenektir. Bu gibi teoriler ancak, hayaletlerin diğer parçacıklardan ayrışması ve kendi başlarına kalmalarıyla sonuç verir. Bu konuda pek çok girişimde bulunuldu. Bu ölü bir konu değil; sadece nispeten daha teknik ve de çok eğlenceli değil. ”
Strumia ve Salvio, agravitenin tüm avantajları verilen hayaletlerin, ikinci bir şansı hak ettiğini düşünüyorlar. “ Anti madde 
parçacıkları ilk olarak denklemlerde hesaba katıldıklarında, negatif enerji gibi göründüler. Anlamsız göründüler. Belki bu hayaletler anlamsız görünebilir ama birileri mantıklı bir yorum bulabilir.”
Bu arada diğer gruplar, kendi ölçek simetrisi teorilerini ustalıkla işliyorlar. Lindner ve arkadaşları, yeni “gizli parçacık sektör”ü olan bir model öne sürdüler. Farmilab’den Bardeen, Lykken, Marcela Carena ve Martin Bauer, ayrıca da Kanada Waterloo’da Teorik Fizik Perimeter Enstitüsü’nden Wolfgang Altmannshofer Ağustos 14 tarihli bir makalede şunu savunuyorlar: Standart Model ve kütle çekim ölçekleri sanki faz geçişindeymiş gibi ayrılır. Araştırmacılar, Higgs bozonunun diğer parçacıklarla etkileşimi kestiği, bunun sonucunda da kütlelerinin sıfıra düştüğü bir kütle ölçeği tanımladılar. Bu ölçeksiz ortamda evre-faz değişim benzeri bir atlama oluşur. Tıpkı suyun buzdan farklı hareket etmesi gibi, bu kritik noktanın altında ve üstünde farklı bağımsız kanunlar işlemektedir.
Ölçeksizlikte hareket edebilmek için, yeni modellerde bir hesaplama tekniği gerekiyor. Bu tekniği bazı matematikçiler güvenilmez buluyor ve genel olarak da çok az kişi tüm bu yaklaşım hakkında gerçekten ne düşündüğünü söyleyecektir. Çok farklı ve çok yeni. Ama agravite ve diğer ölçek simetri modellerinin her biri Standart Model’in çok ötesinde yeni parçacıkların varlığını öngörüyor. Dolayısıyla yenilenmiş Büyük Hadron Çarpıştırıcısında gelecekte yapılacak çarpıştırmalar bu fikirlerin test edilmesine yardımcı olacak. Bu arada, yeniden şiddetlenen bir umut ışığı var.
Dine: “Belki de bizim matematiğimiz yanlıştır. Eğer alternatif olan, çoklu evren manzarasıysa, bu son derece etkili bir adım, orası kesin. Görelim bakalım başka neler olabilir.
Çeviri : Sıdıka ÖZEMRE
http://www.wired.com/2014/08/multiverse/
