Feza Gürsoy - Cetin BAL - GSM:+90 05366063183 -Turkiye/Denizli

Feza Gürsey Diyor ki!...

“Newton ve Maxwell gibi devlerin kurduğu klasik fizik, 19.yy sonuna kadar astronomide veya gündelik hayatımızda karşılaştığımız çoğu doğa olaylarını açıklamaya ve teknoloji sorunlarını çözmeye yeterli geliyordu. Derken,sarsılmaz sanılan klasik fizik yasalarının,bir taraftan yüksek hızlarda,bir taraftan da atomik boyutlarda yetersiz kaldığı bu 20.yy başında ortaya çıktı. Fiziğin bu yeni hız ve uzaklık bölgelerini de kapsayacak şekilde genişletilmesi artık zorunlu olmuştu. İşte daha derin ve genel olan yeni yasalar modern fizik dediğimiz 20. yy fiziğinin temelini oluşturur. Modern fiziği besleyen iki kaynak görelilik ve kuantum kuramlarıdır. Görelilik, yüksek hızlar dünyasında, kuantum mekaniği ise atomlar dünyasında klasik fiziği tamamlar. Yeni teori özel hal olarak da klasik madde kuramını içine almaktadır.

İnanılmaz derecede duyarlı (hassas) olarak yaptığımız deneyler sayesinde modern fizik yasalarının Güneş sistemi boyutundaki mesafelerden atom, hatta çekirdek boyutlarına kadar, yani 10¹⁶cm ile 10^-10 cm arasındaki dev bölgede geçerli ve doğru olduğunu biliyoruz. Elbette temel (ana) yasaları bilmek çok karmaşık doğa olaylarını hemen anlaşılır duruma getirmez. Kabul edilen bir teori çerçevesinde kompleks sistemleri inceleyebilmemiz için yeni yaklaşık yöntemlerin,elektronik beyinlerle yapılacak uzun hesapların ve böyle sistemleri ana hatları ile yeniden basitleştirecek nitel(kalitatif) modellerin geliştirilmiş olması gerekir. Fizikçiler, pratik yönden ve başka bilimler bakımından önemli kompleks sistemlere modern fizik yasalarının uygulanmasından da sorumludur. Fiziğin karmaşıklık (giriftlik) sınırındaki bu çeşit konulara örnek olarak katı hal fiziğinin bazı bölümlerini,akışkanlar fiziğini,plazma fiziğini, astrofiziği, hatta fiziğin dışına, kimyaya taşan molekül fiziğini ve en sonunda biyolojik sistemleri sayabiliriz.

Karışık olayları önceden bütün ayrıntısı ile haber verebildikleri ölçüde,fiziğin giriftlik sınırında çalışanlar, modern fiziği doğayı kontrol etmek gayesi ile kullanmasını öğrenmektedirler.

Artık, yüzyılımızın (20.yy) insanları anlamıştır ki, bugünün saf ilmi,yarının uygulamalı ilmi, öbürgünün de teknolojisidir. Örneğin katı hal fiziğinin sonucu olarak transistörlerin nasıl çıktığını ve bunların bilgisayarlar (elektronik beyinler ) vasıtası ile dünyamızı nasıl değiştirdiğini Cavit Erginsoy geçen sene unutulmaz belagatı ile de güzel anlatmıştı.

Şimdi su soruyu soralım: Yeni temel fizik kanunlarını nerde arayabiliriz. Maddenin modern fizikle dahi anlayamadığımız halleri ve şekilleri mevcut mudur? Bir an için modern fiziğin çok büyük ve çok küçük uzaklıklardaki sınırlarına vardığımızı farzedelim. Çok büyük uzaklıklardan galaksiler alemini kastediyorum. Bu alemde henüz evrenin yapısını, zamanın bir başlangıcı, uzayın bir sınırı olup olmadığını bilmiyoruz. Dev teleskoplarda ve çok hassas radyo eteleskoplarda birkaç sene evvel korkunç enerji kaynakları yakalandı. Kuasar denilen bu cisimleri çekirdek fiziğini kullansak bile anlayamıyoruz. Demek ki, kozmolojik bölgede yeni temel kavramlara ve fizik kanunlarına hala yer vardır.

Bilinen fiziğin komplekslik sınırından, bilinmeyen fiziğin de kozmolojik sınırından ayrılırsak,son kalan meçhul sınır,bizi çekirdek altı alemine sürüklüyor. Atom çekirdekleri,bildiğimiz gibi proton ve nötron denilen,biri elektrik yüklü,biri yüksüz,iki cins yapıtaşından oluşmaktadır.

Bu çekirdek yapı taşlarını çok büyük hızlarla birbirine çarptırarak çekirdek altı aleminin en küçük mesafelerine inebiliriz. Oradaki hiç beklenmedik manzaraya bir göz atalım: yüksek enerji rejiminde maddenin yapıtaşları tabiat değiştiriyorlar. Proton ve nötron yerine karşımıza başka kütleli,başka dönme momentli,başka elektrik yüklü,hepsi de kısa ömürlü türlü parçacıklar çıkıyor. Kısaca,maddenin,henüz şifresi çözülmemiş binlerce uyarılmış halini gözlüyoruz. Şairin dediği gibi:

Karşımda koca bir kainat yürür gibi –

Fazıl Hüsnü Dağlarca

İşte bu evren (kainat) parçacıklar evrenidir ki, ancak dev hızlandırıcı makinelerde enerji kazanan çekirdekleri carpıştırmak ve çıkan madde parçalarını izlemek yoluyla incelenebilir. Bu sebepten fiziğin en yeni dalına çekirdek altı fiziği, yüksek enerji fiziği, yahut ta parçacık fiziği adları veriliyor. Bu bölgede modern fiziğin yasaları geçerli midir, değilse yeni yasalar nedir henüz bilemediğimiz icin parçacıklar alemi fiziğin sınırındadır ve bu alemin taranması belki tabiat ilminin en temel konusudur.

Yüksek Enerji Fiziğine Bir Kuş Bakışı

Bir yeni hızlandırıcının maliyeti birkaç milyar Türk lirası mertebesinde oldukça yüksek enerji tecrübeleri bugun dünyanın pek az sayıdaki merkezlerinde yapılabilmektedir. Çarpışma sonucu elde edilen fotoğrafların incelenmesine ise küçük memleketler de katılmaktadır. Örneğin bizim bir laboratuvarımız halen böyle bir denel çalışmayı yürütebiliyor.

Şimdi de, Avrupa, Rusya ve Amerika’nın büyük laboratuvarlarında çıkan sonuçların değerlendirilmesi ve yeni fizik yasalarının bulunması yolundaki çabalara gelelim. Bu yarışta, kuvvetli üniversitelere sahip olan bir millet şansını deneyebilir. Nitekim, Japonya’dan, Kore’den tutun da Güney Amerika’ya kadar her yerde bilim adamları yüksek enerji fiziğinin kuram kısmına hatırı sayılır katkılarda bulunmuşlardır.

Aşağı yukarı yirmi senelik bir gayret sonunda fiziğin en temel dalında ne gibi sonuçlar elde edildi? İzninizle,birkaçını saymaya çalışalım.

Önce, göreliliğin ve kuantum mekaniğinin otuz milyar elektron voltluk enerjilerde ve 10^-24 saniyelik zaman aralıklarında bile hala geçerli olduğu saptandı.

Bu iki ana ilkenin birleşmesinden doğan basit bir yasa da şudur: Her madde türünün bir de karşıtmadde(antimadde) türü bulunur. Bir parçacık ile karşıtparçacığın kütleleri aynı olup yükleri ters isaretlidir. Laboratuvarlarda bu yasa da doğrulanmış, her yüklü madde parçacığına eş bir de karşıtparçacık bulunmuştur. Bunlar çarpışınca yok olur, ışığa veya kısa ömürlü bazı parçacıklara dönüşürler.

Temel Kuvvetler

Bugün madde taneleri arasında kuvvetlere dair bilgimiz nedir? Klasik fizikten bildiğimiz bir gravitasyon (yer çekimi) kuvveti var ki son derece zayıf; bir de elektromanyetik kuvvetler var. Bunların ikisi de uzun menzilli, yani uzaktan da olsa etki eden kuvvetler. Parçacık fiziği bize iki çesit kuvvet daha kazandırmış bulunuyor: Onlar kısa erimlidir(menzillidir); yani parçacıklar ancak birbirine çok yaklaşınca etki etmeye başlarlar. Biri beta radyoaktivitesi gibi bozunmalara yol açan zayıf kuvvetlerdir ki, şiddetleri elektrik kuvvetlerinden bir hayli azdır. İkincisi de çekirdeklerin kararlı olmasını sağlayan şiddetli kuvvetlerdir.

Bunlar elektrik kuvvetlere göre yüz ila bin defa daha etkilidir. İşte, yeni bulunan partikuller ne olursa olsunlar aralarinda bu dört çesit kuvvetten başka bir kuvvet henüz keşfedilmiş degil. Neden böyle dört çeşit kuvvet var, bunları bir gün birleştirmek, tek bir kuvvet alanı sentezine varmak mumkun olacak mı bilmiyoruz. Fakat simdiden bu kuvvet cesitlerini kullanarak partikulleri ilk bir siniflandirmaya tabii tutabiliriz. Şiddetli kuvvetlerin etkilediği bütün parçacıklar hadron (yani hafif parçacık) sınıfina sokalım. Leptonların sayısı çok az: En iyi bildiğimiz bir lepton’a örnek olarak elektronu verebiliriz. Bir diğer örnek de çekirdeklerin beta bozunmasında çıkan yüksüz ve kütlesiz nötrino.

Yük Avı Çığırı

Şimdi, sayısı yüzleri bulan, her ay da listeye yenileri giren hadronlara daha yakından bakalım. Bunlar da iki türlü: ağır hadronlar (baryonlar) dediğimiz bazı parçacıklar bozunma sonunda proton ve nötrona dönüşüyorlar. O halde bunlara çekirdek yapı taşlarının kararsız şekilleri gözüyle bakılabilir. İkinci cins hadronlar daha hafif parçacıklara yani elektron ve nötrino gibi leptonlara dönüşüyorlar. Bunlara da mezon diyoruz.

Her iki cins hadronu da belirtmek için kütlelerinden başka spin (yani parçacığın topaç gibi kendi etrafında dönmesini belirten bir büyüklük) ve bir de elektrik yükü gibi sayılar kullanılmaktadır. Fakat bu sayılar yeterli gelmiyor. Örneğin spini ve elektrik yükü aynı olan birçok hadron var. Onları birbirinden nasıl ayıracağız? Bu sorunun yanıtı onbeş sene evvel kesfedildi. Hadronlar icin elektrik yükünden başka, fakat ona çok benzeyen yeni bir yükün varolduğu ortaya çıktı. Fizikçiler bu yüke acayiplik yükü adını taktılar. Hadronlar arasındaki şiddetli tepkimelerde acayiplik de tıpkı elektrik yükü gibi korunur. Bozunma (çözülme) olaylarında ise acayipligin korunması artık doğru değildir.

Acayipliğin keşfi, parçacık fiziğinde yeni bir çığır açtı. Buna “ yük avı çığırı” diyebiliriz. “Çekirdek altı aleminde kismen korunan daha baska yükler var mıdır?” sorusunu yanıtlamak amacıyla fizikçi avcılar yeni yükler aramaya koyuldular. Bu aramada bir ipucumuz şu: Acayipliği aynı olan mezonları veya ağır hadronları alalım. Bunlar, elektrik yükleri farklı olsa da kütleleri birbirine yakın, hassaları da benzeşen aileler oluştuyorlar. Tersine, kütleleri ve hassaları itibari ile birbirinden çok farklı olmayan daha geniş parçacık aileleri tanımlayabilirsek, o aile fertlerinin ortak olarak paylaştıkları yeni bir yükün varlığını da tahmin edebiliriz. İşte ailelerin fert sayısını hesaplamak, olası yük çeşitlerini bulmak gibi sorunlarda matematiğin grup teorisi (Kümeler kuramı mı?!)denilen dalı fizikçilere yardımcı oluyor. Örneğin, elektrik ve acayiplik yüklerinin bir üçlü düzen icinde birleştikleri ve bu düzeni tasvir eden üçlü grubun sekizli ve onlu hadron ailelerine götürdüğü bin dokuzyüz atmış sıralarında keşfedildi.

Bu keşfin önemini kimyadan bir örnekle anlatalım. Bir yüzyıl önce maddenin yapı taşları olarak kimyasal elementler biliniyordu. Bazı elementlerin benzer özellikleri olduğu görüldü. Bu özelliği sistematik sekilde meydana çıkarmak isteyen Rus bilgini Mendeleev, elementleri sekizlik periyotlar halinde sıralamayı başardı. Cetvelin boş kalan kutuları zamanla yeni elementlerin keşfiyle doldu. Periyodikliğin açıklaması ise, ancak atom kuramı yerleştikten sonra yapılabildi.

Şimdi maddenin yapıtaşları olarak elementleri değil, elementer parçacıkları görüyoruz. Bin dokuzyuz atmışdan beri de şiddetli kuvvetlerin etkisindeki parçacıkları yeni bir cins Mendeleev cetvelinde sekizli ve onlu ailelere yerleştirebiliyoruz. Bu ailelerdeki boşluklar, gene deney ile tamamlandı. Eskiden iki kardeş sandığımız proton ve nötron, artık biliyoruz ki, sekizli bir ailenin sadece en kararlı üyeleridir. Birçok bakımdan her sekiz parçacık da benzer şekilde davranır. Matematik dili ile aralarında bir simetri mevcuttur. Tıpkı aynadaki yüzümüzle kendi yüzümüz arasındaki simetri gibi. Ama daha evvel gördük ki, hadron ailelerini birer soyadı gibi belirten yükler zamanla tam olarak korunmadıkları için simetriler de kusursuz değil. Sanki kusurlu bir aynada hayalimizin bizden biraz başka oluşu gibi. Ayrıca, on sene evvelki önemli bir gelişme parite’nin, yani sağ sol simetrisinin, şiddetli ve elektromanyetik kuvvetlerde geçerli olduğu halde zayıf kuvvetlerde bozulduğunu ortaya koydu.

Simdi fizikçiler de şairler gibi merakla soruyorlar:

“Kim kırdı bu aynaları?”

Ümit Yaşar

Simetrilerin kırılmasındaki esrarın yanısıra anlamadigimiz bir nokta daha var. Doğada ortaya çıkan üçlü düzenin gayet basit bir açıklamasını verebiliriz. Farzedelim ki, gözlediğimiz yüzlerce hadron aslında sadece üç yapı taşından ve onların karşıtparçacıklarından oluşmuştur. Tıpkı çekirdeklerin proton ve nötrondan yapıldığı gibi. O zaman hadronların neden sekizli, onlu aileler oluşturduğu kolaylıkla anlaşılıyor. Çekirdek altı aleminin elektrik ve acayiplik yükleri farklı bu gizemli (esrarlı) üç unsuruna fizikçiler kuark diye alaylı bir isim taktılar. Fakat bütün gayretlere rağmen ne doğada, ne de laboratuvarda kuarklar bulunamadı. Kuarklar bir taraftan var gibi, bir taraftan da yok gibi. Onlar sadece birer matematik koordinat mıdiı, yoksa yeni bir cins gerçek parçacıklara mı karşı gelirler, yanıtı hala bekliyoruz.

Bilmecenin (muammanın) çözülmesini bekleye duralım, şimdiden kuark kavramını kullanmamıza kimse engel olamaz. Kuarkların spini protonlar gibi olması gerektiğinden her biri ancak iki spin durumu alabilir. Bir durumda dönme momentleri verilen bir doğrultudadır. İkinci durumda da aksi yöndedir. O halde üç kuarkın topu topu altı mümkün durumu vardır. Farzedelim ki bu altı durum arasında bir simetri var. Örneğin çekirdek kuvvetleri ilk takribiyette elektrik ve acayiplik yüklerine veya spin doğrultusuna bağlı olmasın. O zaman, çekirdek alti aleminde hipotez olarak bir altili duzen bulunmasi ihtimalini düşünebiliriz.

Bu düzen içinde sekizli onlu aileler birleşip daha büyük sayıda parçacık aileleri oluşturabilir. Gerçekten de üçlü düzenin bu genelleşmis şekli sayesinde hadronların birçok özelliklerini anlamak ve onları yeni aileler halinde toplamak mümkün görülmüştür. Kısaca yüksek enerji fiziginin Mendeleev cetveli genişletilmistir. İşte Türk araştırıcılarının katkısı daha çok yük simetrileri ile spin gibi geometrik simetrilerin birleştirilmesi yolunda olmuştur.

Simetri meseleleriyle Türk fizikçileri neden ilgilendi? Bu bilimsel bir sual degil, ama gene de insanın aklına takılıyor. Mimarimizde, halı, çini tezyinatimizda, nakışlarimizda simetrilerin öteden beri oynadığı rol, acaba Türklere bilimde de bir kişilik verebilir mi? Kimbilir!.

Parçacık Fiziğinin Bilimde ve Toplumda YeriYeni temel fizik kanunlarinin aranması yolundaki bazi gelişmeleri, bilhassa simetriler ile ilgili olan neticeleri kisaca gözden geçirdik. Dunyanin sayili laboratuarlarinjjda yapilan buyuk capta tecrubeler, bu temel bilim yarsini halen beslemekte devam ediyor. Uzay yarisini gazetelerden her gun izliyoruz. Yüksek enerji fiziği yarısı da hemen hemen aynı derecede pahalı ve heyecanlı oldugu halde basina pek aksetmiyor. Oyleyse, halk efkarini fazla ilgilendirmeyen, su anda endustri ile de bir bagi olmayan cok masrafli bir tesebbusu milletler neden tesvik ederler? Türkiye bu yarışla neden ilgilensin?

Bu sorulara birkaç yönden yanıt vermeye çalışalım.

İlk önce, uygulama olanaklarını ele alalım. Artık yüzyılların verdigi deneyim ile biliyoruz ki, fizikte temel yasalar bulunur bulunmaz uygulamalı fiziğe, ordan da teknolojiye geçme yolu açıktır. Yüksek enerji fiziğinde temel yasaları hala aradığımıza göre, onları yakın bir gelecekte uygulamak söz konusu olamaz. O halde “parçacık fiziği faydasız “ deyip geçelim mi?

Böyle bir acele yargı vermeye hakkımız yok. Çünkü bir bilim dalının temellik derecesi ile uygulama zamanı ters orantılıdır. Parçacık fiziğinin teknolojide yerini ne zaman alacağını, ne biçim uygulamalara yol açacağını bugünden kimse kestiremez. Yüzyılın başında atom fiziğinden lazerlerin, çekirdek fiziğinden nükleer bomba ve reaktörlerin doğacagını kim düşünebilirdi? Çekirdek fiziğinin babası koca Rutherford bile ilk nükleer reaktörün işlemesinden beş sene önce, çekirdek fiziğinin tahmini mümkün bir gelecekte herhangi bir somut uygulaması olamayacağını söylemişti. Bilimsel olarak en kötü falcılar bilim adamlarıdır. Gene de kişisel bir tahminimi ortaya atayım: Antimaddenin yok oluşundan açığa çıkan müthiş enerjileri kullanacak yeni tip süper reaktörler yapmak ilerde mümkün olabilir. Herhalde şüphemiz olmasın ki bugünden yüksek enerji fiziğinde üstün olanlar, yarın, hayalimizin dahi almadığı teknolojik gelişmelerle yer yüzünü değiştireceklerdir.

Uzun vadeli teknolojik gelişmeler bir yana, böyle temel bir konudan daha kısa vadeli ne gibi faydalar beklenebilir?

Her şeyden önce parçacık fiziği başka fizik kollarını etkileyecektir. Bunların başında astronomi ve kozmoloji geliyor. En küçükler aleminde bulduğumuz sonuçların en büyükler aleminde enerji kaynaklarını, dengelerini ve yıldızların, galaksilerin doğuş, yasayış ve ölümlerini aydınlatacağı muhakkaktır. Şimdiden kainatta nötrinoların önemli rol oynadığı biliniyor, antimaddenin de demin bahsi geçen kuasarlar gibi esrarlı olaylarla bir ilgisi olabileceği tahmin ediliyor.

Parçacık fiziğinin etkisi altında kalacak ikinci konu çekirdek fiziğidir. Yakında, parçacıklar yardımıyla çekirdek kuvvetlerinin anlaşılıp bu konunun sağlam bir temel üzerine oturtulmasına muhakkak nazari ile bakılıyor.

Nihayet başka önemli bir etki de matematiğe olabilir. Nasıl mekaniğin doğru ve kesin ifadesi Newtonu diferansiyel hesabı yaratmaya zorladıysa, parçacık fiziğinin tam teorisi de matematiğin yeni kollarının gelişmesine hatta doğmasına yol açabilir.

Bir temel bilim konusu, komşu bilim dallarından başka ne çeşit insan faaliyetlerine yardımcı olabilir? Temel bilimin belki en büyük rolü, insanın düşünce tarzını değistirmesidir. Çağdaş fizikte görelilik ilkesi, belirsizlik ilkesi, bir teorinin yalnız gözlenebilir büyüklüklere dayanması prensibi gibi genel ve derin tabiat prensipleri felsefeye, hatta gündelik düşünce tarzımıza bile girmiş bulunuyor. Parçacık fiziğinde de, bizi hiç alışılmamış düşünce tarzlarına götürecek yeni kavramlar doğmaktadır. Onlardan dünya görüşümüzü, hatta mantığımızı etkileyecek yeni derin ilkeler çıkacağına hiç şüphe etmiyorum. Fizikçi, mantığını doğaya zorlamaya çalışmaz, düşünce tarzını doğadan öğrendiği hakikatlere göre ayarlar, doğanın hocalığını kabul ederek ondan mantığını şekillendirmesini ve yontmasını ister.

Bütün bunlardan başka unutmayalım ki, parçacık fiziğinin büyük ölçüde bir sosyal ve kültürel macera tarafi var. O da insanlığı, maddenin iki bin senedir aranan sırrına yaklaştıracak tek konu olması. Doğanın bu çözülmemiş meselesi tırmanılmamış bir dağ, ayak basılmamış bir kutup veya el değmemiş bir planet gibi yerinde durdukca, fikir fatihlerini üstüne çekmeye devam edecektir.”

(Feza Gürsey, Bilim ve Teknik, 295.sayı,Haziran 1992)

Hiçbir yazı/ resim izinsiz olarak kullanılamaz!! Telif hakları uyarınca bu bir suçtur..! Tüm hakları Çetin BAL' a aittir. Kaynak gösterilmek şartıyla siteden alıntı yapılabilir.

Ana Sayfa /i ndex /Roket bilimi / E-Mail /CetinBAL/Quantum Teleportation-2

Time Travel Technology /Ziyaretçi Defteri /UFO Technology/Duyuru

Kuantum Teleportation /Kuantum Fizigi /Uçaklar(Aeroplane)

New World Order(Macro Philosophy) /Astronomy