Tüm insan ırkı, bir küp şekerin sahip olduğu hacme sığdırılabilir.
Zamanda yolculuk fizik kurallarına aykırı değildir.
Bir atom aynı anda birçok farklı yerde bulunabilir.
Tıpkı sizin aynı anda hem New York hem de Londra’da bulunmanız gibi…
Bu cümlelerin bir bilimkurgu filminden alındığını düşünüyorsanız, yanılıyorsunuz.
Bilimin kendisi, bilimkurgudan çok daha çarpıcı bilgiler içeriyor.
Evren, bugüne kadar icat edilmiş her şeyden çok daha etkileyici.
Modern fiziğin iki büyük teorisi bizlere bu harikulade gösterinin kapılarını açıyor:
Kuantum Teorisi ve İzafiyet Teorisi.
Mikroskobik dünyadan zaman makinelerine, şizofren atomlardan kuantum bilgisayarlarına, kara deliklerden Evren’in ilk salisesine uzanan Marcus Chown, kullandığı basit dil ve verdiği pratik örneklerle, modern fiziğin temel fikirlerini sarmış olan sisi dağıtarak, başka bir illüzyona inanmaya gerek duymayacağımız ölçüde büyüleyici bir Evren’de bulunduğumuzu gösteriyor.
Biraz kuantum teorisi öğrenmekten kimseye zarar gelmeyeceği gibi, bu sayede yaşadığımız dünya ve kendimize dair çok daha geniş ölçekli bir bakış açısına da sahip olabiliriz. Yaklaşın, yaklaşın.Kuantum teorisi sizi ısırmaz!
İÇİNDEKİLER
Önsöz
Teşekkürler.
BİRİNCİ KISIM: KÜÇÜK ŞEYLER
1 Einstein’i Solumak
2 Tanrı Neden Zar Atar
3 Şizofren Atom
4 Belirsizlik ve Bilginin Sınırları
5 Telepatik Evren.
6 Özdeşlik ve Farklılığın Kökleri.
İKİNCİ KISIM: BÜYÜK ŞEYLER
7 Uzay ve Zamanın Ölümü
8 E=mc2 ve Güneş Işığının Ağırlığı .
9 Kütle Çekim Kuvveti Diye Bir Şey Yok.
10 Şapkadan Çıkan Tavşan.
Sözlük.
Okuma Malzemesi
ÖNSÖZ
Aşağıdakilerden biri doğrudur:
• Aldığınız her nefes, Marilyn Monroe’nun verdiği nefesten bir atom içerir.
• Yukarı doğru akabilecek bir sıvı türü vardır.
• Bir binanın en üst katında, en alt katına kıyasla daha hızlı yaşlanırsınız.
• Bir atom aynı anda birçok farklı yerde bulunabilir; tıpkı sizin aynı anda hem New York hem de Londra’da bulunmanız gibi.
• Tüm insan ırkı, bir küp şekerin sahip olduğu hacme sığdırılabilir.
• Herhangi bir kanala ayarlanmamış televizyondaki karlanmanm yüzde biri, Büyük Patlama’nın neden olduğu elektromanyetik gürültüdür.
Zamanda yolculuk fizik kurallarına aykırı değildir.
• Bir fincan sıcak kahvenin ağırlığı, soğuk halinden daha fazladır.
• Ne kadar hızlanırsanız, o kadar incelirsiniz.
Hayır, şaka yapıyorum. Bunların hepsi de doğru!
Bir bilim yazan olarak, bilimin bilimkurgudan çok daha tuhaf bilgiler içermesi ve Evren’in icat edip edebileceğimiz her şeyden çok daha etkileyici oluşu karşısmda her zaman hayrete düşmüşüm dür. Buna rağmen, 20. yüzyılın sıradışı keşiflerinden pek azı kamuoyunun dikkatini çekebilmiştir.
Geçtiğimiz yüzyılın en önemli iki başansı, atomlar ve bileşenlerini resmeden kuantum teorisi ile uzay, zaman ve kütleçekimini resmeden Einstein’ın genel görelilik teorisidir. Bu iki teori, dünya ve bizim hakkımızda neredeyse her şeyi açıklamaktadır. Aslına bakılacak olursa, kuantum teorisinin, ayaklarımızın altındaki zeminin neden katı olduğu ve Güneş’in neden ışıldadığını açıklamanın ötesinde, bilgisayarların, lazer teknolojilerinin ve nükleer santrallerin inşasını mümkün kılarak, bildiğimiz anlamda modern dünyayı yarattığı söylenebilir. Göreliliğin gündelik yaşam üzerindeki etkileri bu denli aşikâr değildir belki. Ne var ki, bu teori bize, hiçbir şeyin, ışığın dahi kaçamadığı kara deliklerin varlığını, ezelden beri varolduğu düşünülen Evren’imizin aslında Büyük Patlama denilen devasa bir patlamayla oluştuğunu ve zaman makinelerinin buraya dikkat mümkün olabileceğini göstermiştir.
Bu konular üzerine yazılan önemli kaynakların pek çoğunu okumama ve sahip olduğum bilimsel geçmişe rağmen, getirdikleri açıklamalar beni çoğu zaman şaşkınlığa sürüklemiştir. Durum böyleyken, bilimle alakası olmayanlar için konunun nasıl görüneceğini düşünemiyorum bile.
Edindiğim tecrübelerin tümü, “Temel bilimsel düşüncelerin çoğu özünde basittir ve dolayısıyla, herkes tarafından kolaylıkla anlaşılabilecek bir dille ifade edilebilir,” diyen Einstein’ın haklı olduğunu gösteriyor. Bu kitabı yazarken aklımdaki fikir, sıradan insanların 21. yüzyıl fiziğinin temel prensiplerini anlamasına yardımcı olmaktı. Yapmam gereken yalnızca, kuantum teorisi ve genel göreliliğin temel fikirlerini ortaya koymak (ki bu işin aldatıcı derecede basit olduğu ortaya çıktı) ve geriye kalan her şeyin, mantıksal ve kaçınılmaz olarak, nasıl bu fikirlerden türediğini göstermekti.
Söylemesi kolay. Kuantum teorisi, geçtiğimiz 80 yıl içerisinde biriken ve kimsenin tam bir elbiseye dönüştüremediği parçalardan oluşmuş bir yamalı bohçaya benzetilebilir. Dahası, teorinin eşevresizlik gibi, neden insanların değil, ancak atomların aynı anda iki yerde olabileceğini açıklayan çok önemli parçalarını anlaşılır şekilde aktarmak fizikçilerin gücünün ötesinde görünmektedir. Birçok “uzmanla” konu üzerine görüştükten sonra, onların da bu kavramı tam olarak anlamamış olabileceğini fark ettim. Bu, bir anlamda, beni özgür kılıyordu. Ortaya konmuş tutarlı bir açıklama olmadığından ötürü, farklı kişilerden aldığım görüşleri bir araya getirerek kendi görüşlerimi oluşturmam gerektiğini anladım. Bu yüzden, burada yapılan açıklamaların birçoğunu başka hiçbir yerde bulamayacaksınız. Okuyacağınız sayfaların, modern fiziğin temel fikirlerini sarmış olan sisin bir kısmını dağıtacağını ve böylece, ne denli büyüleyici bir Evren’de bulunduğumuzu görerek bunun değerini vermeye başlayacağınızı temenni ediyorum.
1
EİNSTEİN’İ SOLUMAK
HER ŞEYİN ATOMLARDAN OLUŞTUĞUNU VE ATOMUN BÜYÜK BİR KISMININ BOŞLUK OLDUĞUNU NASIL KEŞFETTİK
Burnumun ucundaki bir hücrede bulunan hidrojen atomu, zamanında bir filin hortumunun parçasıydı.
Jostein Gaarder
Silahı kullanmaya hiç niyetimiz yoktu. Ama öylesine başbelası bir ırktılar ki. Aksinin geçerli olduğunu göstermek için harcadığımız tüm çabalara rağmen, bizi “düşman” olarak algılamakta ısrar ettiler. Tüm nükleer stoklarını mavi gezegenlerinin yörüngesindeki gemimize ateşlediklerinde sabrımız taşmıştı.
Silah basit fakat etkiliydi. Maddenin içindeki tüm boşluğu çekip çıkardı.
Siriyan keşif seferimizin komutam, kesiti ancak bir santimetre olan, parlak metalik küpü incelerken birincil kafasını umutsuzca salladı. “İnsan ırkından” geriye kalanın yalnızca bu olduğuna inanmak hiç de kolay değildi!
Şayet, tüm insan ırkının bir küp şekerin hacmine sığabileceği fikri bilimkurgu gibi geliyorsa, bir daha düşünün. Normal bir maddenin hacminin yüzde 99.9999999999999’unun boşluk olması dikkate değer bir gerçektir. Vücudumuzdaki atomların içerdiği boşluğun tümünü çekip çıkarmanın bir yolu olsaydı, insanlık gerçekten de bir küp şekerin sahip olduğu hacme sığabilirdi.
Atomların bu ürkütücü boşluğu, maddenin yapı taşlarının sıra dışı özelliklerinden yalnızca biri. Bir diğeri ise, elbette ki, boyutları. Bu sayfadaki tek bir noktanın enini kapsamak için 10 milyon atomu uç uça dizmek gerekir. Bu durum akıllara şu soruyu getirecektir: Her şeyin atomlardan oluştuğunu nasıl keşfettik?
Her şeyin atomlardan oluşmuş olduğu fikri ilk defa, MÖ 440 yıllarında, Yunan filozof Demokritos tarafından öne sürülmüştür.* Demokritos, eline bir taş alarak kendisine şu soruyu sormuştu: “Şayet bunu ikiye böler ve parçalardan birini tekrar ikiye bölersem, sonsuza dek bunu yapmaya devam edebilir miyim?” Cevabı kesin bir hayır oldu. Maddenin sonsuza dek bölünebilmesi, Demokritos için tasavvur edilemez bir durumdu. Önünde sonunda, maddenin artık daha küçük parçalara bölünemeyecek bir taneciğe dönüşeceği çıkarımında bulundu ve “bölünemeyen” sözcüğünün Yunancası “a –t omos” olduğundan, maddenin söz konusu varsayımsal yapı taşlarına “atom” adını verdi.
Atomlar duyularla algılanamayacak kadar küçük olduğundan, varlıklarını kanıtlamak her zaman için güç olacaktı. Ne var ki, 18. yüzyılda yaşamış İsviçreli matematikçi Daniel Bernoulli tarafından bir yol bulundu. Bernoulli, atomların doğrudan gözlemlenmesi imkânsız olsa da, dolaylı olarak gözlemlenebilmelerinin mümkün olabileceğini anladı. Daha net bir ifadeyle ortaya koyacak olursak, Bernoulli, çok sayıda atom bir arada hareket ettiği takdirde, bunun gündelik yaşantımızda fark edilebilecek kadar büyük bir etkiye neden olabileceğini düşünmüştü. Tek yapması gereken, doğada bunun gerçekleştiği bir yer bulmaktı. Buldu da: bir “gazın” içinde.
Bernoulli, hava veya su buharı gibi bir gazı, bir kovan dolusu kızgın arıyı andıracak şekilde, çılgınca hareket eden milyarlarca ve milyarca atomun oluşturduğu bir topluluk olarak düşünüyordu. Bu net görüş, aynı zamanda, şişirilmiş bir balonun bu şekilde kalmasını sağlayan ve buhar makinesinde pistona kuvvet uygulayan gazın “basıncına” da açıklama getiriyordu. Bir kaba hapsedildiğinde, gazın ihtiva ettiği atomlar, dolu tanelerinin teneke bir çatıyı dövmesi gibi, kabın çeperlerine insafsızca çarpmaktaydı. Neden oldukları bileşik etki ise, kaba duyularımız tarafından kabın çeperlerini zorlayan sabit bir kuvvet olarak algılanan, gergin bir güç yaratıyordu.
Öte yandan, Bernoulli’nin basınç için getirdiği mikroskobik açıklama, gazın içinde olup bitenleri zihnimizde canlandırmanın kolay bir yolu olmanın ötesinde de faydalar sağladı. Artık kesin bir öngörüde bulunabiliyorduk. Eğer gaz ilk haciminin yarısına sıkıştırılırsa, atomların, kabın çeperlerine çarpmak için daha önce katettikleri yolun yalnızca yansını katetmesi gerekecekti. Bu sebeple de, kabın çeperlerine iki kat daha çok çarparak basına iki katına çıkaracaklardı. Şayet gaz, hacminin üçte birine kadar sıkıştırılırsa, atom çarpışmaları ve dolayısıyla basınç da üç katına çıkacaktı. Bu böyle devam ediyordu.
Söz konusu davranış İngiliz bilimadamı Robert Böyle tarafından gözlemlendi ve Bernoulli’nin gaza yönelik ortaya koyduğu açıklama onaylanmış oldu. Bernoulli atomları boşlukta oradan oraya uçuşan küçük tanecikler olarak açıkladığından, bu durum atomların varlığını destekliyordu. Bu başarıya rağmen, atomların varolduğuna dair kesin kanıt 20. yüzyılın başlarına dek ortaya çıkmayacaktı. Kesin kanıt, “Brovvn hareketi” adı verilen muğlak bir olgunun içinde saklıydı.
Brovvn hareketi, adını 1801 yılındaki Flinders keşif seferi ile Avustralya’ya yelken açan bitkibilimci Robert Brovvn’dan almıştır. Brovvn, güney yarımkürede geçirdiği zaman boyunca Avustralya’ya özgü 4000 bitki türünü sınıflandırmış ve bu süreçte canlı hücrelerinin çekirdeğini keşfetmiştir. Fakat Brovvn esas olarak, 1827 yılında suda asılı polen tanecikleri üzerine yaptığı gözlemle tanınır. Büyütecinin ardındaki Brovvn, sudaki taneciklerin, meyhaneden çıkıp evin yolunu bulmaya çalışan sarhoşlar gibi zikzaklar çizerek heyecanlı bir hareket içinde olduğunu gözlemlemiştir.
Brovvn asi polen taneciklerinin sırrını hiçbir zaman çözemedi. Bu konudaki asıl ilerleme için, bilim tarihindeki en büyük yaratıcılık patlamasının merkezinde bulunan 26 yaşındaki Albert Einstein’ı beklemek zorundaydık. “Mucizevi yılı” olan 1905’te Einstein, harekete dair Nevvtoncu fikirlerin yerini alacak özel görelilik teorisi ile Nevvton’un egemenliğine son vermekle kalmadı, aynı zamanda Brovvn hareketinin 80 yıllık sırrına da vakıf oldu.
Einstein’a göre polen taneciklerinin çılgınca dansının nedeni, küçük su molekülleri tarafından sürekli bir bombardımana…
