Einstein'ın Büyük Keşifler Yapmasını Sağlayan Son Derece Basit Fikir
Kara delik, zaman tüneli, solucan deliği… Filmlerde ve kitaplarda anlatılan destansı hikayelerin en büyük parçaları. Einstein'in ölümünden yıllar sonra anlaşıldı ki tüm bu teoriler, aslında gerçeğe çok yakın. Fiziksel olarak geçmişte, zeka olarak gelecekte yaşayan bir dahi Einstein'ın en temel ve en basit fikrini ele alıyoruz: Simetri.
Teori ve gerçeklik aynı şey değildir. Teori, kağıt üzerinde yapılan hesaplamalar ve gözlemlerin sonucunda gerçeğe en yakın bilimsel "beklentiyi" ifade eder. Dünya tarihinin değiştiği bir dönemde, insanlığın ufuk sınırlarını aşan düşünceleriyle Albert Einstein'ın teorileri de böyleydi. Fakat onun hesaplamaları gerçeğe o kadar yakındı ki ölümünden 60-70 yıl sonra ancak kanıtlandı. Mesela Einstein, matematikle görünmezi görmüş, kara deliklerin varlığını hesaplamıştı. Ondan yaklaşık 1 asır sonra, 2019'da tarihin ilk kara delik fotoğrafı çekilmişti.
Einstein bununla da kalmadı. Yerçekimi dalgalarının büyük cisimler etrafında büküldüğünü, zamanın farklı yıldız ve gezegenler için farklı koşullara sahip olduğunu, "ürkütücü" olarak nitelendirdiği ve ucu paralel evrenlere kadar uzanan kuantum dolanıklık teorisini ortaya attı. Tüm bunlar bugünün fizik dünyasındaki en büyük gerçekler. Nitekim hepsini keşfetmesine yol açan, parçaları bir araya getiren ana fikir, tüm bunlardan daha basit. Bu fikri anlamanız için bir bilim insanı ya da bir fizikçi olmaya ihtiyacınız yok.
Albert Einstein'ın o fikri şuydu: Bazı değişiklikler, hiçbir şeyi değiştiremez. Yani?
Kendisinin 1905'te ortaya attığı görelillik makalelerinde de bu düşünceye rastlarsınız. Örneğin enerji ve kütle arasındaki ilişkiyi bir "değişmez" yani sabit olarak ele alır. Mesela Güneş enerjisi ışıklarla dünyaya ulaşır, bitkilerin yeşil yaprakları bu enerjiyi alır, büyürler. Biz de onları alıp yiyecek şeklinde enerji kaynağı olarak kullanırız. Benzer durum tüm enerji kaynakları için geçerlidir.
Aslında Güneş de milyonlarca ton kütleyi her saniye enerjiye çeviriyor. Madde, bir şekilde enerjinin dönüşmesiyle oluşuyor ve ikisi arasındaki ilişki, evrendeki en büyük değişmez olarak kabul görüyor. Yani bazı şeyler değişiyor, ancak bu ilişki değişmiyor, sabit kalıyor.
Genel olarak insanlar iki şey arasındaki ilişkiyi değil, o iki şeyin gerçekliğini düşünmeye ya da yargılamaya çalışırlar. Ancak Einstein'ın da dediği gibi çoğu zaman tam tersi makbul. Yani önce ilişkilere odaklanmalıyız.
Einstein uzay ve zaman gibi iki farklı şey için araştırmalar yaparken doğrudan onlara değil, aralarındaki ilişkiye odaklanmıştı. Ancak uzay istediği kadar daralsın, zaman istediği kadar genişlesin değişmeyen bir şey vardı: Uzay ve zamanın arasındaki ilişki sabitti.
Bilimde ve hayatta Einstein simetrisi:
Son yıllarını geçirdiği Princeton Üniversitesi'nde Einstein, artık dünyaca tanınan bir insandı. Fizik bilimini bir anda popüler kılmış, alışılmamış araştırmalarıyla defalarca gündem yaratmıştı. Einstein'ın bilimsel alan dışına kadar uzanan en önemli mirası "ilişkilerdeki simetri" ya da denge arayışıydı.
Günlük yaşamdan örnekler verelim. Bir kar tanesini 60 derece döndürürseniz yine aynı gözükür. Arkadaşınızla bir tahterevalli üzerinde yer değiştirebilirsiniz, ancak denge değişmez. İşte bu değişmez simetri ya da dengelerin daha karmaşık versiyonlarını bilim insanları araştırıyor. Örneğin atom altı parçacıklarının keşfi, karanlık madde araştırmaları ve tanrı parçacığı gibi... Einstein'ın bakış açısı sayesinde bilim insanları, kara deliklerin etrafında sıkışan uzay ve zamanın bir eğrisi olduğunu keşfettiler.
Einstein, Newton'un çalışmalarını "saçma sapan" bulmuştu:
1905'te Einstein ilk çalışmalarını sonuca götürürken aslında simetri ya da denge falan düşünmüyordu. Doğduğu yıl ölen bir diğer önemli fizikçi James Clerk Maxwell, zamanında elektrik ve manyetik alanlar arasındaki ilişkiyi açığa çıkaran denklemler yazmıştı. Maxwell, elektromanyetik dalgaların, farklı gözlem şartlarında çok farklı göründüklerini söylemişti. Hatta elektromanyetik dalgaların uzay boşluğundaki hızı, daha sonra deneylerle ölçülen ışık hızına eşit çıkmıştı.
Bir gözlemci olarak, sabit hızla giden kamyona doğru koşuyor ya da ondan uzaklaşıyor olabilirsiniz. Ancak bu kamyonun sabit hızını değiştirmez. Kamyonun hızı sabittir. Siz kamyonu kendi hızınızdan, kendi koşullarınızdan dolayı farklı görürsünüz. Yani sabit ve değişmez olan şeyler burada da vardır. Şimdi örnekteki kamyon yerine ışığı koyun. Sabit ve değişmeyen şey de ışık hızı olsun.
Einstein sadece kendisinden önce yapılmış çalışmalarda gördüğü noktaları birbirine bağladı. Işık hızının uzayın kendisinden bile daha temel bir kavram olduğunu söyledi. Sonra bugün göremediğimiz kızılötesi gibi ışık boylarını keşfeden Isaac Newton'un keşiflerini sorguladı. Newton'un 1. fizik yasası olan "eylemsizlik" Einstein'a gereksiz ve saçma sapan gelmişti. Newton'un görüşlerinde evrensel bir değişmez yoktu.
Einstein'a göre kütle ve enerji arasında kesin bir ayrım bulunmuyordu. Uzay ve zaman ayrılmaz bir şekilde iç içe geçmiş ipliklerle birbirlerine bağlıydı. Biliyoruz, anlaşılması zor bir durum. Bunun için önce ışık hızını ele alalım. Işık hızı genellikle c harfi ile gösterilir ve 299.792.458 m/s şeklinde ölçülmüştür. Tıpkı arabalardaki saat başına gidilen kilometre göstergesi gibi. Birim zamanda alınan yol, hız demektir. İki kişi birbirlerine doğru aynı hızda koşuyor olsunlar, her zaman aynı "uzay-zaman" aralığında bulunurlar. Değişmez olan budur.
Einstein binadan düşen bir adam hayal etti. Adamın zemine çarpana kadar zarar görmeyeceğini biliyordu. Serbestte düşen birisinin ağırlıksız hissedeceğini fark etmişti. Bu düşüncesini matematiksel olarak hesaplayıp kanıtlaması epey zamanını aldı. Sonucunda fikirlerini saçma sapan bulduğu Newton'un yerçekimi anlayışını bambaşka yerlere taşıdı. Einstein, binadan düşen bir adamı hayal ederek, aynı sabitleri kullanıp Dünya gibi büyük nesnelerin kendi "uzay-zaman eğrilerini" oluşturduğunu kanıtladı.
Düşen her şey, kendi uzay zaman eğrisini oluşturuyordu. Yerçekimi ve kütle arasındaki ilişki en önemli değişmez oldu.
Einstein'ın simetri ve denge arayışı her şeyi açıklamıyor. Ancaaak…
Einstein'ın bakış açısıyla açıklanamayan şeyler de var. Geçtiğimiz 10 yıl içinde yapılan Higgs bozonu ve yerçekimi dalgalarının gözlemlenmesi gibi keşifler var. Bazı durumlarda, doğada bulunan düzende simetrik ilişkilerin olmadığı gözleniyor. Mesela Büyük Patlama sırasında açığa çıkan enerji, madde ve anti maddeyi aynı miktarda ortaya çıkardı. Böyle bir durumda madde ve anti-madde arasındaki sabi ilişki geçerliyse birbirlerini tamamen yok etmeleri gerekiyor. Ancak bizler hayattayız ve görüp deneyimlediğimiz her şey maddeden oluşuyor.
Bilim dünyası, evrenin oluşumuna sebep olan Büyük Patlama ve sonrasındaki simetrinin, soğuma ve genişleme devam ettikçe bozulduğunu öngörüyor. Bir kar tanesini 6 farklı açıdan simetrik olarak görebilirsiniz, ancak erişimiş bir kar tanesi için bu geçerli değildir. Simetrisi bozulmuş durumdadır.
Einstein'ın simetri fikriyle açıklanamayan şeyler bile, yine Einstein'ın temel aldığı ışık hızı gibi sabitlerle araştırılacak. Öyle ya da böyle, her türlü bozunmadaki gizli dengelerin bile ortaya çıkması muhtemel. Ancak bilimin titrinde tam olarak yatan şey zıtlıktır. Zamanında Einstein'ın Newton'a yaptığı gibi kabul görmüş kanıtları bile sorgulamak gerekir.
Belki de günün birinde Einstein'ın ortaya attığı teoriler de yanlış çıkacak. Hatta belki tüm kanıtları kaldırıp çöpe atmaya devam edeceğiz. Ancak insanın merakı, anlaşılan o ki hiç dinmeyecek.
Makalenin orijinali Quanta dergisi tarafından yayınlanmıştır.
