Prof. Dr. İrfan Açıkgöz
Evren ya da daha kapsayıcı adıyla kozmos hâlâ birçok gizem/bilinmeyen içeriyor. Bu sırları keşfetmek üzere geceli gündüzlü gözlem yapan, araştıran, soru soran, düşünen ve hayal kuran onlarca bilim insanının çabaları sonucunda geliştirilen teknolojik araçlarla karanlıklar aydınlatılırken başka ilginçlikler ve yeni detaylar ortaya çıkıyor. Kısacası ne evrenin sırları, ne de bunları anlamaya yönelik araştırmalar bitecek; bence hiç bitmeyecek.
Peki, bu çabalama süreçlerinde fiziğin ve fizikçilerin muhteşem dünyası nasıl bir rol oynar? Fizikçiler hareketin olduğu her yerde olayları, olaylar arasındaki ilişkiyi anlamaya çalışır ve daha sonra bunları yasalar şeklinde ifade ederler. Böylece fizik yasalarından bahsederiz. Bu muhteşem dünyada atomun çekirdeğinden başlayarak dev galaksilere kadar genişleyen bir alanda çeşitli konularda arı gibi çalışan onlarca fizikçi neredeyse her gün yeni bilgilerle hayatımızı anlamlandırır.
İnsanlık ve bilim tarihi, “Nereden geldik ve nereye gidiyoruz?” sorusuyla başladı desek yeridir. Belki bu soruyu bugünlerde şöyle genişletmek doğru olacaktır: “Biz kimiz, nereden geldik ve nereye gidiyoruz?” Düşünün: En az 14,5 milyar yıl yaşındaki kozmos içinde milyonlarca galakside yer alan milyarlarca yıldız sisteminden bahsediyoruz! Bildiğimiz kadarıyla canlı hayata sahip en güzel gezegen olan Dünyamız sadece 4,5 milyar yaşında. Karada bitki ve hayvanların yaşamının başlangıcı 450-470 milyon yıl önceye dayanıyor! Muhteşem değil mi?
Fizikçilerin (bilim insanlarının) muhteşem dünyasında savaşlar, ideolojiler, ön yargılar ve inançlar da var elbette. Bunlar çoğunlukla bir altüst oluş ve gerilemeye sebep olsa da bazen sıçramaları da tetikleyebiliyor. Daha üzücü olanı ise şudur kanımca: Bunca gelişmeye rağmen açlıktan, susuzluktan ve sağlık hizmetlerine erişememe yüzünden ölen çocuklar ve kadınlar başta olmak üzere insanlar neden hâlâ var? Bu durum utanç vericidir bence. Bu sorunun cevabını ve çözümünü bilmek yetmiyor: Bilim insanlarının araştırmalarının sonuçlarını daha çok sömürü ve silahlanma için kullanan egemenlerin karşı çabaları bunu engellemektedir.
Tarih ve toplum okumalarında mistisizm, gizem ve sırların önemli bir yeri olduğu görülür: fal bakma ve falcılar, kehanetler ve kâhinler, cinler ve periler, hayaletler, cadılar, astrologlar vb. Toplumların doğasında var olan gizemli olaylara yönelik bu tür eğilimler zamanla bir başka sömürü aracına dönüştürülür. Aslında insanların gelecekte mutlu ve özgür şekilde yaşama hayalleri de sömürülmüş ve söndürülmüştür böylelikle.
Galileo Galilei, yaptığı önemli çalışmalar sebebiyle modern fiziğin başlatıcısı sayılır. 16. yüzyılda kendi yaptığı teleskop ile gözlem yapan, soru soran ve çevresindeki çeşitli hareketleri sorgulayan dâhi bir insandır Galilei. Galilei’nin öldüğü yıl başka bir dâhi Fizikçi olan Isaac Newton’un doğumuna tanıklık eder. Newton kendi adıyla anılan ve hâlâ geçerliliğini koruyan yasaları bulmakla kalmamış yer ve gök mekaniğini de birleştirmiştir. Newton’un o yıllarda hesaplarında türev ve integrali kullanmış olması dikkat çekicidir. Oysa Newton denince çoğunlukla ağaçtan düşen elma ve çekim yasası hatırlanır. Newton yasaları 300 yıl boyunca fiziğin muhteşem dünyasında bir projektör işlevi görmüştür bence. Unutmayın: Masallarda da hep gökten elmalar düşerdi ama kimse neden elma ille de yere düşüyor diye sorup çekim kuvvetinin varlığını düşünmezdi!
Fizik ve fizikçilerin çabalarıyla geliştirilen teknoloji(ler) modern toplumu şekillendirmiş ve genel düzeyde hayat koşullarını iyileştirmiştir. Çevremize baktığımızda, farklı ülkeleri ziyaret ettiğimizde ve hastanelere gittiğimizde bu muhteşem değişimi hemen görürüz: Modern Bilim, Modern Tarım, Modern Eğitim, Modern Tıp… saymakla bitmez! Bu muhteşemliğe gölge düşüren ve dolayısıyla her bireyin erişimini engelleyen kötü yaklaşım yine sömürü kaynaklıdır: Eğitimin ve sağlığın özelleştirilmesi!
Kara/Siyah sonuçta üzerine düşen ışığı yuttuğu yani yansıtmadığı için adlandırdığımız bir renk olsa da insanlık ve bilim tarihinde hep ayrı bir mistik/gizemli ve aynı zamanda bilimsel yönü olmuştur: Kara kedi, kara delik, kara(nlık) madde ve kara enerji, kara cisim ışıması… Kara Cisim Işıması ile birlikte anılan iki önemli deneyin (fotoelektrik Olay ve Compton Saçılması) sonuçlarının Newton fiziği (mekaniği) yasaları ile açıklanamaması yeni ve önemli bir sıçramaya yol açtı: Kuantum fiziği (mekaniği). Önce Max Planck’ın Kara-Cisim Işımasını formülleştirirken “kuanta” kavramıyla birlikte kendi adıyla anılan bir sabiti (h: Planck sabiti) de sürecin içine katması fiziğin dünyasını daha da muhteşem kıldı. Ardından fotoelektrik etkiye yönelik Einstein ve fotonun (ışık taneciği) elektron ya da atomdan saçılmasına yönelik Compton’un açıklamaları geldi. 1900’lü yılların başlarında yapılan bu açıklama ve formülleştirmeler çok sayıda yeni çalışmalar için adeta işaret fişekleri gibi işlev gördü. Kuantum fiziği artık hayatımızın her alanında bir şekilde var ve yeni gelişmeler ile yeni teknolojiler onun sayesinde insanlığın hizmetine giriyor: kuantum bilgisayarlar, lazer, yapay-zekâ, robot-bilim, kuantum iletişim, nanoboya, nanoteknoloji, nanocerrahi… Gizemler/bilinmeyenler anlaşıldıkça muhteşemlikler de çoğalıyor değil mi?
Dünyamızı yıllardır aydınlatan ve ısıtan Güneş’imiz, Samanyolu Galaksisi’nde yer alan iki yüz milyar yıldızdan sadece biridir. Gaz ve toz içeren büyük bulutlar Nebula diye adlandırılır ve yıldızlar Nebula içinde oluşmaya başlar. Yıldızlar da evrim geçirir: Kütlesi Güneş kütlesi civarında olanlar genellikle süpernovaya, 10-20 katı kadar kütleye sahip olanlar Nötron Yıldızına ve 20-30 katı kadar olan yıldızlar da kara deliğe dönüşür. Bu arada büyüklüğüne ve rengine göre Kahverengi Cüce, Beyaz Cüce, Sarı Cüce, Kara Cüce, Kırmızı Dev, Mavi Dev ve Süperdev (Kırmızı ya da Mavi) şeklinde adlandırılanlar da olur elbette. Süpernova adı verilen büyük patlamalar sonucunda Atarca (Pulsar), Nötron Yıldızı veya Kara Delik oluşur. Dünyanın çeşitli noktalarına yerleştirilen radyo-teleskoplar ve büyük uzay teleskopları (özellikle Hubble, James Webb) aracılığıyla yapılan gözlemler (artık binlerce, milyonlarca değil milyarlarca ışık yılı uzaklıkta olan galaksilerden bilgi alınabiliyor) evrenin sırlarını ortaya çıkarırken fiziğin/bilimin/teknolojinin muhteşem dünyasına biraz daha anlam katıyor.
Evrenin Büyük Patlama (Big Bang) sonucunda oluştuğu, itiraz edenlere ve farklı modeller önerenlere rağmen çoğunlukla kabul gören bir düşüncedir. Bunun kanıtı olarak kozmik mikrodalga arka plan ışımasını vermek mümkündür. 1940’lı yıllarda bu konuda düşünce ileri sürenler olmuştu ama fazla ilgi görmemişti. Daha sonraki yıllarda konuyla ilgilenenler öncelikle şunu sordular kuşkusuz: Evren böylesine büyük bir patlama ile oluşmuşsa patlamadan kaynaklı ışımadan günümüze kadar gelen enerjiyi (fosil ışık) tespit edebilir miyiz? Robert Dicke ve çalışma arkadaşları bunu teorik düzlemde zaten aramaktaydı. 1964 yılında A. Penzias ve R. Wilson adlı bilim insanlarının amacı aslında bu fosil ışığı ya da enerjiyi bulmak değildi. Bu araştırmacılar büyük bir mikrodalga anteni kullanarak radyo sinyallerini araştırıyorlardı. Bu süreçte başlangıçta gürültü gibi algılanan bir “enerji kirliliği” tespit ettiler. Bu enerji sabit şekilde her yönden gelmekteydi. Bu gözlemi Dicke’nin ekibiyle paylaşınca gerçek anlaşıldı. Bu fosil ışık ya da enerjinin sıcaklığı yaklaşık 2,725 Kelvin idi. Müthiş bir gizem/bilinmeyen sonucunda ulaşılan muhteşem bir sonuçtur bu.
Kara delikleri anlamaya çalışan fizikçilerin başında hiç şüphesiz Stephen W. Hawking gelmektedir. Hawking ayrıca kozmoloji, kuantum kütle çekimi ve Hawking radyasyonu konularında da çalışmıştır. Sistemleri incelemek ve anlamak için onlara enerji (ışık dalgası) gönderilir ve geri gelen dalgadaki değişime bakılır. Kara delikler için bu durum geçerli değildir. Çünkü, kara deliğin “olay ufkuna” (kapsama alanına) giren hiçbir parçacık, hatta foton bile orada hapsolur ve geri dönemez. Sonuçta geri gelen bir dalga olamayacağına göre başka yöntemlerle kara delikler anlaşılmaya çalışılmıştır. Çeşitli modeller, varsayımlar ve öngörüler söz konusu olsa da hâlâ tam olarak anlaşılmamıştır denebilir. Kısacası kara delikler hâlâ gizeminin bir kısmını korumaktadır.
Ayrıca matematiksel olarak mümkün olan ancak varlığı şimdiye kadar kanıtlanamamış olan beyaz delik ve solucan deliği kavramlarını da anmak gerekir. Beyaz delik, kara deliğin tersine, içine madde-enerji çekmemekte ama sürekli olarak madde-enerji salmaktadır. Solucan deliği kozmosta iki tane çok uzak noktayı birleştiren teorik bir kısa yol gibi düşünülmektedir. Bir düzlem üzerinde birbirinden epey uzak iki nokta işaretleyelim. Birinden diğerine gidiş süresi diyelim bir yıl olsun. Düzlemi katlayıp bu iki noktayı üst üste getirirsek yolculuk ne kadar sürer sizce? Çok kısa, hatta birkaç saniye dediğinizi duyar gibiyim! Bunlar da teorik olarak muhteşemler bence. Fizikçilerin bu ve benzeri modelleri, öngörü ve hayalleri olmasaydı (İnterstellar/Yıldızlararası filmini izleyenlere bunlar yabancı gelmeyecektir) son yüzyılda bu kadar müthiş sıçramaları yaşayamazdık diye düşünüyorum.
Kara(nlık)-madde ve kara(nlık)-enerji de diğer gizemli konular haliyle. Bugüne dek bu konuda çeşitli varsayımlar, karanlık madde adayları ileri sürüldüyse de hâlâ bilmediğimiz ya da gizemini çözemediğimiz şeyler çok daha fazla: Kozmosun sadece yüzde 5’i bildiğimiz maddeden, yüzde 27’si karanlık madde ve geri kalan yüzde 68’i karanlık enerjiden oluşuyor. Hayret verici değil mi? Bu kadar devasa gelişmelere rağmen kozmosun sadece yüzde beşini iyi bilmemiz size de gizemli ya da tuhaf geliyordur eminim. Kanıt olarak şunları ileri sürüyor konunun uzmanı olan muhteşem fizikçiler: Galaksiler beklentilere nazaran daha hızlı dönüyor, çok uzak galaksilerden gelen ışık daha çok bükülüyor ve kozmosun sonsuz fakat sınırlı büyüklüğü var olan madde ile açıklanamıyor. Kozmos çok hızlı genişliyor ve bu beklenen bir durum değil. Bazı fizikçilerin deyimiyle söylersek “kozmosu iten” bir güç var ve bunu tespit edemiyoruz: Bu, karanlık enerji olmalı!
Gizemli konulardan biri de Higgs Bozonu idi. İdi diyorum çünkü 2012 yılında CERN adı verilen dünyanın en büyük, en soğuk ve en muhteşem parçacık hızlandırıcı laboratuvarında (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı deneylerinde) keşfedildi. Hatırlanırsa bu parçacığa gizeminden ötürü bazı Popüler Bilim yazarları tarafından “Tanrı Parçacığı” adı verilmişti. 1964 yılında teorik olarak başta P. Higgs olmak üzere F. Englert ve R. Brout tarafından ortaya atılan bir mekanizma sebebiyle Higgs bozonunun var olması gerektiği düşünüldü. Bu mekanizma bazı parçacıkların neden kütlesinin olmadığı sorusuna odaklanılarak kütle kazanma mekanizmasını (Higgs Mekanizması) anlamaya yönelikti. Bu mekanizmaya göre kozmosun her tarafında bir alan (Higgs alanı) vardı ve parçacıklar bu alanla etkileşerek kütle kazanıyordu. Bu alanla etkileşmeyen parçacıklar (foton gibi) kütle kazanamıyordu. Böylece kozmosun gizemlerinden biri anlaşılmış ve fiziğin çözülmemiş problemlerinden biri olan ”Kütle Problemi” de çözülmüş oluyordu. Ne muhteşem bir dünya değil mi? Olabildiğince hayranlık verici bence!
Kuantum bilgisayar konusunda çalışanlar son günlerde daha çok, az hata yapan ya da hiç hata yapmayan bilgisayar geliştirmeye çalışmaktalar. Bilindiği üzere 0 ve 1 üzerine kurulu eski programlar artık 0 ve 1’in farklı birleştirimlerini de içeriyor. Ayrıca bilgi depolama birimi bit yerine qubit olarak ifade ediliyor. Kuantum bilgisayarlar çok büyük işlemleri çok kısa sürede yapabildiğinden hata yapma olasılığı da artmaktadır. Bu konuda Kuantum bilgisayarla birlikte yapay zekâya dayalı çalışmalar hızlı bir şekilde sürmektedir. Yakın bir gelecekte sürpriz sonuçlar bekleyebiliriz bence.
Kuantum teleportasyon (iletişim) gelecek vaat eden ayrı bir muhteşem alan. Şu anda var olan internet ağları üzerinden kuantum bilgi iletilebilmektedir. Kuantum iletişimde kuantum dolanıklık adı verilen bir durumla ilintili çalışmalar yoluyla çok büyük miktarda bilgiyi en hızlı ve en güvenilir şekilde iletmek hedeflenmektedir. Yeri gelmişken hayatımızın önemli bir parçası olan internetin CERN’de çalışan fizikçi ve mühendislerin kendi aralarında bir iletişim ağı kurma ihtiyacı hissetmeleri sonucunda geliştirildiğini de hatırlatmış olayım. Fiziğin ve fizikçilerin muhteşem dünyası bildiğimizden çok daha fazlasını içeriyor.
Modern yapay zekanın fiziksel temeli konusunda çalışan fizikçiler yapay sinir ağları üzerinde çalışarak “Makine Hafızası” ve “Makinenin Öğrenmesi”ne dair yöntemler geliştirdiler. J. J. Hopfield ve G. Hinton adlı fizikçiler bu konularda öncü çalışmalara imza attılar. Böylece makinelere öğrenmeyi öğretebilir miyiz? sorusuna güçlü bir cevap verdiler: Bazı büyük tehlikeler söz konusu olsa da makineler öğrenebilir. Makine öğrenimi (Machine Learning/Maschinelles Lernen) ya da derin öğrenme (Deep Learning) artık birçok alanda yararlanılan yöntemler haline gelmiş durumdadır.
Ehrenfest Teoremi öz olarak şunu ifade eder: Büyük ölçekler söz konusu olduğunda kuantumsal ortalamalar klasik fiziğe uygun davranır. Dolayısıyla klasik davranış sergileyen kuantum sistemleri konusunda hâlâ, daha çok çalışmaya ihtiyacımız var. Sistemler büyüdükçe çevreyle daha fazla etkileşim sonucunda sorunlar artıyor ki, bu hiç istenmeyen bir durumdur. Bu konudaki sorunların üstesinden gelmeden yukarıda kısaca anlatılan Kuantum Bilgisayar ve Kuantum İletişim Teknolojileri istenen verimde çalışmayacaktır. 2025 Nobel Fizik Ödülü’nü alan J. Clarke, M. H. Devoret ve J. M. Martinis adlı fizikçiler, elektrik devrelerinde makroskopik tünelleme ve enerji kuantumlanmasını keşfettiler. Bu keşif anılan sorunların çözümünde önemli bir adımdır bence. Bu sonuçlarla birlikte modern kuantum teknolojileri alanında önemli sıçramalar beklenebilir diye düşünüyorum.
Son yıllarda yapılan çalışmaların ışığında şunlar söylenebilir: Yıllardır ortaya atılan fizik teorileri şu an daha çok modern teknolojilerin geliştirilmesi için yaygın ve hızlı şekilde kullanılmaktadır. Buradaki tehlike şudur: Bu teknolojileri üretmek uluslararası işbirliği ve büyük bütçeler gerektirdiğinden belirli alanlarda rekabet/yarışma koşullarını azaltmakta ve deyim yerindeyse tekelleşmeye yol açmaktadır. Bilginin ve teknolojinin belirli ellerde toplanması hem insanlık hem de dünyanın geleceği açısından epey tehlikeli evrelere geçileceğine işaret etmektedir.
Umarım onlarca fizikçi ve farklı alanlarda çalışan bilim insanlarının özverili çalışmaları ve emeği sonucunda elde edilen bilgi ve üretilen teknolojiler, toplumların eşitçe gelişmesi ve adaletin tesis edilmesi yönünde gerektiği gibi kullanılır.
