UZAYIN BÖLÜNEBİLME SINIRI

Modern fiziğin son yüzyıl içinde ilgilendiği temelde iki alan vardır. Genel Görelilik ve kuantum mekaniği. Her iki alandaki keşiflerimiz yüzlerce kez test edilmiş ve mükemmel bir tutarlık içinde çalıştıkları görülmekte. Fakat ilginç olan şu ki, bu iki fizik alanı ayrı dünyalar gibi görünmekte. Genel Görelilik bize eğri uzayı ve cisimlerin hareketini anlatırken, kuantum mekaniğine göre parçacıklar sanki düz bir uzayda tüm aktivitesini yapmakta gibi görünüyor.

Büyük ölçekli cisimlerin, örneğin; Güneş sistemindeki gezegenlerin tüm hareket ve yörünge hesaplamalarını Genel Görelilik ile açıklayabiliyoruz. Ölçek, atom düzeyine indirildiğinde ve tabi ki atomun kütlesinin çok düşük olması nedeniyle, eğri uzay yerine düz uzaymış gibi düşünmek zorunda kalıyoruz. Her ikisinin aynı anda ele alınmasını sağlayan bir kurama gerek var mıdır? Aslında içinde bulunduğumuz fiziksel evrenin işleyişini anlayabilmek için gerekli görünmüyor gibi dursa da sıra dışı durumları anlamlandırmak ve mekaniğini çözmek için gerekli olabilir. Her iki durumun aynı anda dikkate alınması gereken muhtemel yerlerin başında karadelikler ve Büyük Patlama gelmekte, diğer muhtemel adaylar arasında karanlık madde ve karanlık enerjiyi sayabiliriz. Dikkat ettiyseniz, özellikle ilk ikisine "tekillik veya Genel Göreliliğin çöktüğü alan" diyerek geçiştirdiğimiz bu özel durumlara net, kesin ve emin olabildiğimiz cevaplar üretmek şu an için neredeyse imkansız görünüyor. Genel Görelilik ve kuantum mekaniğini birlikte ele alabilen bir kuram, bizim için Kaf Dağı'nın ardında görünen sorulara cevap üretmemizi sağlayabilir.

Yazının alt başlığında "kuantum kütle çekim alanı" kullanıldı, fizikçiler kuramları birleştiren tutarlı yeni bir kuram ortaya koymayı henüz başaramadılar ama, kuramın ismini bulmakta zorlanmamışlar. Kuantum mekaniğinin "kuantumunu" Genel Göreliliğin "kütle çekim alanlarını" birleştirip ortaya yeni kuramın ismini koymuşlar, bu da bir şey tabi. Şaka bir tarafa bununla elbette yetinmemişler, örneğin; 1999 yılında Hollandalı iki fizikçi Gerard't Hofft ve Martinus Veltman çekirdek kuvvetlerini tanımlamakta kullanılan kuramların tutarlılığını gösterdikleri çalışma Nobel ödülü kazandı, bu çalışmanın amacı Kuantum Kütle Çekim kuramının tutarlılığını ortaya koymak için yapılmıştı. Netice de merdivenin en ucuna diğer basamaklara basmadan çıkamazsınız.

Her iki fizik dalının ortak bir yönü var "alanlar", alanların boy gösterdiği bir sahne var "uzay" ve bazı cevaplar uzayı anlamaktan geçiyor olabilir. Şimdi biraz geçmişe gidelim. Stalin döneminde yaşamış genç iki Rus bilim insanı Matvei Bronstejn, Lev Landau, bu aynı zamanda Heisenberg ve Dirac'ın kuantum mekaniğinin temellerini attığı dönemle aynıdır. Landau elektromanyetik alanların kuantum durumu nedeniyle eksik veya hatalı tanımlanmış olabileceğine inanmıştı. Bu önermeyi inceleyen Niels Bohr, alanların kuantum mekaniği dikkate alınsa bile doğru sonuçları verdiğini savunan detaylı bir makale yayınladı. Landau zaten kesin emin olmadığı iddiasının peşinden koşmayı anlamsız bulurken, arkadaşı Matvei hemen kabullenmez; Bohr'un makalesinde kullandığı mantığı, Einstein'in denklemlerindeki kütle çekim alanlarına uyguladı ve uyuşmazlığı fark etti. Bu uyuşmazlığı bizim anlayacağımız şekilde ifade edersek; uzayda çok büyük bir alan gözlemlemek istiyoruz ve bir referans noktasına ihtiyacımız var, noktamız büyük bir nesne değil de kuantum parçacığı olsun. Heisenberg Belirsizlik ilkesine göre parçacığın konumu sadece bir anlıktır ve sürekli bulunduğu konumdan uzaklaşacaktır, ne kadar küçük bir alanda bulmaya çalışırsak uzaklaşma hızı o kadar artacaktır, hız artacağına göre parçacığın enerjisi de artar. Einstein bize kütlenin (enerjinin) arttıkça uzay-zamanı o miktarda büktüğünü öğretmişti, o halde enerji, çok küçük bir alanda aşırı yoğunlaşırsa uzay-zaman öylesine bükülecektir ki bu parçacık artık karadeliğe dönüşür, karadeliğe dönüşen parçacığı artık referans noktası olarak değerlendiremeyiz.

Bu düşünce deneyinden ortaya çıkan önemli bir sonuç vardır; uzayı istediğimiz kadar küçük ölçeklerde ölçemeyiz, yani bölünebilirliğinin bir sınırı olmalı. Matvei aslında daha önce Max Planck tarafından hesaplanan ve Planck Uzunluğu olarak bilinen değere farklı bir yorum getirmeye başarmıştır. Bu aslında yazımızda bahsettiğimiz Genel Görelilik ve kuantum mekaniğinin birleşerek kuantum kütle çekiminin ortaya çıktığı ölçektir. Planck uzunluğu aşağıdaki gibi hesaplanabilir.

$L_p=\sqrt{\frac{hG}{c^3}}$

$h$:Planck Sabiti, $G$: Evrensel kütle çekim sabiti, $c$: ışık hızı. Rakamları yerine koyduğunuzda$10^{-33}cm$ değerine ulaşırız. Bu çok küçük değer yazımızda da bahsettiğimiz uzayın bölünebilecek en küçük sınırıdır.

Matvei için söylenecek son bir söz var; komünizm rejimini destekleyen ve inanan bilim adamımız, maalesef Stalin'in sert, acımasız yönetimine muhalefet etmekten yargılanmış ve idam edilmiştir. Öldüğünde henüz otuz yaşındaydı.