Bir şey keşfetmenin insanın yeni bir şey görmesi değil de bakışını biçimlendirmesi demek olduğu söylenir. Evreni sicim kuramı tarafından biçimlendirilmiş bir bakışla gören okurlar yeni manzaranın nefes kesici olduğunu görecek.
Dünyanın her yerinde matematikçiler ve fizikçiler şimdiye kadar oluşturulmuş en iddialı fizik kuramı olan sicim kuramı üzerinde çalışıyor. Sicim kuramı Einstein’ın otuz yıl boyunca üzerinde çalıştığı birleşik alan kuramına giden yolda önemli bir adım. Bilim nihayet “büyük olana ilişkin yasalar” (genel görelilik) ile “küçük olana ilişkin yasalar” (kuantum mekaniği) arasındaki neredeyse yüz yıllık uçurumu kapadı. Sicim kuramı modern fiziğin en önemli konularından bu ikisini, evrendeki bütün harikulade olayların tek bir birimin (maddenin özünü oluşturan çok ama çok küçük enerji iplikçiklerinin) titreşimlerinden doğduğunu açıklayarak, büyük bir maharetle uyumlu bir bütün haline getirmiştir. Ayrıca doğanın tüm kuvvetlerini birleştirme olanağını da içinde barındırdığı için kimi fizikçiler süpersicim kuramını “Her Şeyin Kuramı” olarak nitelemektedir.
Önde gelen sicim kuramcılarından Brian Greene, çok açık ve anlaşılır bir dille yazdığı bu kitapta okuyucuya nihai kuram arayışının ardındaki bilimsel hikâyeyi ve bilim insanlarının çabalarını anlatıyor. Sicim kuramı, yazarın da gayet canlı bir biçimde anlattığı gibi evrenin öyle değişik bir görüntüsünü ortaya çıkarıyor ki, fizik dünyası hâlâ bu şokun dalgalarının etkisi altında. Heyecan verici ve çığır açıcı fikirlerin, örneğin uzayın dokusunda gizli yeni boyutlar, temel parçacıklara dönüşen kara delikler, uzay-zamanda yarıklar ve delikler, birbirlerinin yerine geçebilen çok büyük ve çok küçük evrenler ve bunlar gibi birçok başka fikrin, günümüzde fizikçilerin üstesinden gelmeye çalıştığı bazı sorunların çözümünde çok önemli bir yeri var.
Evrenin Zarafeti bu konuda yapılan keşifleri ve hâlâ çözülememiş gizemleri, durup dinlenmeden uzayın, zamanın ve maddenin nihai doğasını araştıran bilim insanlarının yaşadığı coşkuları ve hayal kırıklıklarını yetkinlik ve incelikle bize aktarıyor. Brian Greene akıllıca kullandığı benzetmelerle, fizikte bugüne kadar ele alınmış kavramlardan en karmaşık olanlarını gerçekten de eğlendirici bir anlatımla okuyucu için kavranabilir hale getiriyor ve bizi evrenin nasıl bir işleyişi olduğunu anlamaya daha önce hiç olmadığı kadar yaklaştırıyor.
Önsöz
Albert Einstein hayatının son otuz yık boyunca, birleşik alan kuramı olarak bilinen kuramı doğanın kuvvetlerini, tutarlı bir tek çerçeve içinde tanımlayabilen bir kuramı yakalamaya çalıştı. Einstein’ı harekete geçiren nedenler, genellikle bilimsel çalışmalarla ilişkilendirdiğimiz şeyler, örneğin suya da bu deneysel veriyi açıklama çabası değildi. Tutkuyla sarıldığı bir inançtı onu harekete geçireni evreni derinden anlamanın, onun en hakiki mucizesini, dayandığı ilkelerin basitliği ve kuvvetini ortaya koyacağı inancıydı. Einstein evrenin işleyişini, onun güzelliği ve zarafeti karşısında hepimizi hayretler içinde bırakacak önceden erişilmemiş bir açıklıkla resmetmeyi istiyordu.
Bu hayalini hiç gerçekleştiremedi, bunun da sebebi büyük ölçüde elindeki kâğıtların iyi olmamasıydı: Onun zamanında maddenin ve doğadaki kuvvetlerin temel niteliklerinin birkaçı ya bilinmiyordu ya da en iyi ihtimalle pek iyi anlaşılmamıştı, takat geçen yarım asır içinde yeni kuşaklan fizikçiler –çıkma sokaklara dalıp çıkarak seleflerinin keşifleri üzerine çalışıp evrenin nasıl işlediğine dair daha eksiksiz bir kavrayış oluşturmak için parçalan birleştirmeyi sürdürdü. Bugün, Einstein’ın birleşik bir kuram arayışında olduğunu açıklamasından ve bunda başarılı olamamasından uzun zaman sonra, fizikçiler bu keşifleri, derinlikli görüşleri eklenti yerleri belli olmayan bir bütün haline getirmelerini sağlayacak bir çerçeve, prensipte bütün fiziksel olguları betimleyebilecek tek bir kuram bulduklarına inanıyor nihayet. Bu kitabın konusu da işte bu kuram, süpersicim kuram,.
Evrenin Zarafetini, fizik alanında ön cephelerdeki araştırmalardan doğan bu dikkat çekici görüşleri, geniş bir okur kesinlikle de hiç matematik ve fizik eğitimi görmemiş okurlar işitebilir kılma çabasıyla kaleme aldım. Geçen birkaç yıl içinde süpersicim kuramı hakkında verdiğim konferanslarda, geniş kesimlerin, halihazırda sürmekte olan araştırmaların evrenin temel yasaları hakkında neler dediğini, bu yasaların kozmosu kavrayışımızda ne tür devasa bir yeniden yapılanma gerektirdiğini, devam etmekte olan nihai kuram arayışını ne gibi zorlukların beklediğini anlama arzusuyla yanıp tutuştuğuna tanık oldum. Umuyorum ki bu kitap. Einstein ve Heisenberg’den bu yana fizik alanındaki büyük basanları açıklayarak, onların keşiflerinin çağımızın atılımlarında nasıl kocaman çiçekler gibi açtığını göstererek bu merakı hem zenginleştirir hem doyurur.
Evrenin Zarafeti nin biraz bilimsel birikimi olan okurların da ilgisini çekeceğini umuyorum. Umarım bu kitap bilim öğrencileri ve öğretmenleri için özel görelilik, genel görelilik ve kuantum mekaniği gibi modern fiziğin temel yapıtaşlarının bazılarına ışık tutar, araştırmacıların uzun zamandır aranan birleşik alan kuramına yaklaşırken duyduğu bulaşıcı heyecanı onlara da aktarır. Meraklı popüler bilim okurları için de kozmosu anlayışımıza taze kan sağlayan, son on yıl içinde gün ışığına çıkabilmelerin birçoğunu açıklamaya çalıştım. Başka bilimsel ı [inlerde çalışan meslektaşlarım için de bu kitabın, sicim ki cılarının nihai bir doğa kuramı arayışında kaydedilen ilerlemelerden dolayı neden bu kadar heyecanlı olduğuna dair dürüst ve tutarlı bir açıklama sunacağını umuyorum.
Süpersicim kuramı fizikteki başlıca keşiflerin birçoğundan yararlanan geniş ve derinlikli bir konudur. Kuram, büyük olanla ilgili kuramlarla, küçük olanla ilgili kuramları, kozmosun en ücra köşelerinden maddenin en küçük parçasına dek fiziği yöneten yasaları birleştirdiğinden, konuya yaklaşmanın birçok yolu vardır. Ben uzay ve zaman kavrayışımızın gelişmesine odaklanmayı tercih ettim. Bunun özellikle insanı saran bir gelişme çizgisi olduğunu gördüm, zengin ve büyüleyici bir harmanın içinden temel Önemdeki yeni görüşlerle geçen bir yol. Einstein dünyaya uzay ve zamanın hiç bilmediğimiz, hayret verici biçimlerde davrandığını göstermişti. Bugün son araştırmalar, bu keşifleri birleştirmiş, kozmosun dokusuna işlenmiş birçok gizli boyuta sahip bir kuantum evreni ortaya çıkarmıştır; öyle boyutlardır ki bunlar, bir sarmaşıktan farkı olmayan geometrileri bugüne dek sorulmuş en temel soruları cevaplayacak anahtarı sunabilir. Bu kavramların bazıları çok ince olsa da, gerçekçi benzetmelerle kavranabilecek! erin i göstereceğiz. Bu fikirlerin anlaşılması, evrenle ilgili şaşırtıcı ve devrimci bir bakış açısından bakılması gerekir.
Kitap boyunca, okura bilim insanlarının mevcut kozmos kavrayışına nasıl ulaştığına dair sezgisel bir anlayış kazandırmaya çalışırken genellikle benzetmeler ve metaforlar yoluyla bilime yakın durmaya çalıştım. Fakat teknik dilden ve denklemlerden kaçındım, çünkü konuyla ilgili yeni kavramlar nedeniyle, okurun, fikirlerin gelişimini tam olarak izleyebilmesi için şurada burada durması, şurada bir bölüm üzerine düşünmesi, burada bir açıklamayı tartması gerekebilir. Son gelişmeleri konu alan dördüncü kısımdaki bazı bölümler kitabın geri kalan kısmına göre biraz daha soyuttur; okuru bu bölümler hakkında önceden uyarmaya, metni bu bölümlerin atlanmasının kitabın mantıksal akışını etkilemeyecek şekilde yapılandırmaya özen gösterdim. Ana metinde ortaya atılan fikirlerle ilgili kolay ve erişilebilir bir hatırlatma olması amacıyla bir bilimsel terimler sözlüğüne de yer verdim. İlgisiz okur dipnotları tümüyle atlamak isteyebilir, gayretli okursa notlarda metinde geçen konulara dair ayrıntılı açıklamalar bulacak, metinde basitleştirilerek ortaya konan fikirlerin açıklamalarıyla karşılaşacaktır, matematik eğitimi almış olanlar birkaç teknik gezintiye de çıkacaklardır.
Kitabın yazımı sırasında yardımlarını gördüğüm birçok kişiye teşekkür borçluyum. David Steinhardt, kitabın taslaklarını büyük bir dikkatle okuyup editoryel açıdan keskin bazı görüşlerini benimle cömertçe paylaştı, değer biçilemez bir teşvikte bulunduk David Morrison, Ken Vineberg, Raphael Kasper, Nicholas Boles, Steven Carlip, Arthur Greenspoon, David Mermin, Michael Popovtits ve Shani Offen kitabın taslağını yakından inceleyip tepkilerini ve tavsiyelerini ayrıntılı bir biçimde ortaya koyarak sunuma büyük bir katkıda bulundular. Metni tamamen ya da kısmen okuyup tavsiyelerde bulunarak beni teşvik edenler arasında Paul Aspinwall, Persis Drell. Michael Duff, Kurt Gottfried, Joshua Greene, Teddy Jefferson, Marc Kamionkowski, Yakov Kanter, Andras Kovacs, David Lee, Megan MeEıven, Nari Mistıy, Hasan Padamsee, Ronen Plesser, Massimo Poratti, Fred Sherry, Lars Straeter, Steven Strogatz, Andrew Strominger, Henry Tye, Cumrun Vara ve Gabriele Veneziano da yer alıyor. Raphael Gunner a başka birçok şeyin yanı sıra, yazımın erken bir aşamasında getirdiği, kitabın biçiminin genel olarak şekillenmesini sağlayan derinlik]i eleştirilerinden, Robert Malley ye de kitap hakkında düşünmenin ötesine geçip kâğıda dökmem konusundaki nazik, fakat ısrarlı teşvikinden ötürü teşekkür ederim. Steven Weinberg ve Sidney Coleman değerli tavsiyelerde bulunup yardımlarını sundular, Carol Archer, Vicky Carstens, David Cassel, Anne Coyle, Michael Duncan, Jane Forman, Erik Jendresen, Gary Kass, Shiva Kumar, Robert Mavvhinney, Pam Morehouse. Pierre Ramond, Amanda Salles ve Eero Sim o ne elliyle de yararlı birçok fikir alışverişinde bulunmuş olduğumu teslim etmek benim için bir zevk. Olguların kontrol edilmesi ve referansların bulunmasındaki yardımlarından, yaptığım ilk karalamaları çizim haline getirmesinden dolayı Costas Efthimiou’ya borçluyum. Tom Rockwell, Efthimiou nun çizimlerinden yararlanarak bir azizin sabrı ve ustalıklı bir sanatçı gözüyle metni süsleyen şekiüeri yarattı. Andrew Hansın ve Jim Sethna’ya da özel bazı şekillerin hazırlanmasındaki yardımlarından dolayı teşekkür ederim.
Kitaptaki çeşitli konularda benimle söyleşi yapıp kişisel görüşlerini aktarmayı kabul eden Howard Georgi, Sheldon Glashow, Michael Green, John Schwarz, John WheeW, Edward Witten ve yine Andrew Strominger, Cumrun Vafa, Gabriele Venezlano’ya da teşekkürlerimi sunuyorum.
W. W. Norton’daki editörlerime, Angela Von der Lippeye derinlikli görüşleri ve değerli tavsiyeleri için. Traci Nagle’ye de ayrıntılara duyarlılığı için teşekkürlerimi sunmaktan mutluluk duyuyorum. Her ikisi de sunumun açıldığına önemli katkılarda bulundu. Edebi ajanlarım John Brockman ile Katinka Matson’a da, yazılmaya başlamasından yayınlanma aşamasına dek kitabın geçtiği süreçleri uzman kılavuzluklarıyla yönlendirdikleri için teşekkür ediyorum.
Kuramsal fizik alanındaki araştırmalarımı İSyilı aşkın bir süredir cömertçe destekledikleri için Ulusal Bilim Vakft’na, Alfred P. Sloan Vakfı ‘na ve ABD Enerji Bakanlığına müteşekkirim. Araştırmalarımın süperslcim kuramının uzay ve zaman kavrayışımızdaki etkisini konu alması belki de şaşırtıcı değil, sonraki birkaç bölümde benim de dahil olma şansına eriştiğim bazı keşifleri anlattım. Okurun bu “içerden” değerlendirmeleri okumaktan keyif almasını umuyor olsam da, süpersicim kuramının geliştirilmesinde oynadığım role dair abartılı bir izlenim bırakabileceklerini de fark etmiş bulunuyorum. İzninizle bu fırsattan yararlanarak, nihai bir evren kuramı oluşturma çabasının ciddi ve kararlı bir katılımcısı olmuş, dünyanın dört biryanındaki bini askın fizikçiye de teşekkür ederim. Bu değerlendirmede çalışmalarından bahsedilmeyen herkesten özür diliyorum; bu yalnızca seçmiş olduğum tematik bakış açısını ve genel bir sunumun beraberinde getirdiği uzunluk kısıtlamalarını yansıtıyor.
Son olarak sarsılmaz sevgisi ve desteği için Ellen Archer’a gönülden teşekkür ediyorum. O olmasaydı bu kitap yazılamazdı.
Sicimle Bağlanmış
Buna ört bas etmek demek fazla ağır olur. Ama fizikçiler, yarım yüzyılı aşkın bir süredir tarihteki en büyük bilimsel başarıların tam ortasındayken bile ufukta kara bir bulutun toplandığını içlen içe biliyorlardı. Soruna modern fiziğin dayandığı iki temel kaideden yola çıkarak yaklaşmakta fayda var. Biri Albert Einstein’ın, evreni en geniş ölçeklerde yıldızlan, galaksileri, galaksi kümelerini anlamaya yönelik kuramsal bir çerçeve sunan genel görelilik kuramıdır. Diğeriyse evreni en küçük ölçeklerde, moleküller, atomlar ile daha derinlere inip elektronlar ve kuarklar gibi atomaltı parçacıklar düzeyinde kavramaya yönelik kuramsal bir çerçeve sunan kuantum mekaniğidir. Yıllar süren araştırmalar sonucu, fizikçiler her iki kuramın da öngörülerinin hemen hepsini neredeyse akıl almaz bir doğrulukla deneysel olarak doğrulamış bulunuyor. Fakat kaçınılmaz bir biçimde bu kuramsal araçlar, rahatsız edici başka bir sonuca da yol açtı: Halihazırda formüle edildikleri biçimiyle genel görelilik ile kuantum mekaniği aynı anda doğru olamaz Geçen yüzyıl içinde fizikte kaydedilen muazzam ilerlemenin göklerin genişlemesini ve maddenin temel yapısını açıklayan ilerlemenin temelinde yatan bu iki kuram birbirine uymaz.
Bu feci karşıtlığı önceden incelemediyseniz, neden böyle diye merak ediyor olabilirsiniz. Cevap pek de zor değil. En uç durumlar hariç, fizikçiler ya küçük ve hafif (atomlar ve bileşenleri gibi) ya da büyük ve ağır (yıldızlar ve galaksiler gibi) şeyler üzerinde çalışırlar, aynı anda her ikisinin de üzerinde çalışmazlar. Bu da ya yalnızca kuantum mekaniğini ya da yalnızca genel göreliliği kullanmaları gerektiği, diğerinin uyan ikazlarına şöyle kaçamak bir bakış atıp omuz s ilke bil dikleri anlamına geliyor. Elli yıldır, bu yaklaşım cehalet kadar neşe dolu olmadı, fakat ona epeyce yaklaştı.
Fakat evren, uçlarda olabilir. Bir kara deliğin merkezindeki derinliklerde, muazzam bir kütle çok çok küçük boyutlara iner. Büyük Patlama sırasında evren, yanında bir kum tanesinin dev gibi kaldığı mikroskobik boyutlarda bir kütleden doğmuştu. Bunlar küçük, fakat inanılmaz derecede kütleli alanlardır, dolayısıyla hem genel göreliliğin hem kuantum mekaniğinin eş zamanlı olarak devreye girmesini gerektirirler. İlerledikçe giderek açıklık kazanacak sebeplerden ötürü, genel görelilik ile kuantum mekaniği denklemleri birleştiklerinde, su kaynatmış bir otomobil gibi sarsılır, talurdar, buharlar çıkarır. Bu kadar süslemeden söyleyecek olursak, iyi kurgulanmış fizik sorulan, bu iki kuramın mutsuz birleşmesinden saçma cevaplar çıkmasına neden olur. Kara deliklerin derinliklerini ve evrenin başlangıcını bir gizem perdesinin ardında tutmak istiyor olsanız da, kuantum mekaniği İle genel görelilik arasındaki karşıtlığın daha derin bir anlayış beklediğini hissetmekten kendinizi alamazsınız. Evren gerçekten de en temelden bölünmüş; şeyler büyük olduğunda başka yasaları, küçük olduğunda başka yasaları gerektiriyor olabilir mi?
…
