analiz-ve-raporlar

Simetri Ve Kütlenin Kaynağı Nedir?

Doğada da simetri görmek mümkün. Mesela bir kelebeğin iki kanadı birbirinin aynıdır. Kuşların kanatları simetriktir. Çiçeklerin de çoğu simetriktir. Hatta ağaç yapraklarına da dikkat ederseniz simetriyi görürsünüz.

Simetri Önemlidir

Bazılarımızda hastalık düzeyindedir, bir şey simetrik değilse rahatsız oluruz. Ya da düzgün formda değilse diyelim. Mesela bir çoğumuz masanın etrafına sandalyeleri yerleştirirken dikkat ederiz, düzgün aralıklı olsunlar isteriz. Sizi bilmiyorum ama ben öyleyim mesela. Benimkisi hastalık derecesinde değil tabii ki, bazen bırak dağınık kalsın da dediğim oluyor, ama mesela duvarda asılı bir tablo biraz eğri duruyorsa dayanamam hemen düzeltirim.

Doğada da simetri görmek mümkün. Mesela bir kelebeğin iki kanadı birbirinin aynıdır. Kuşların kanatları simetriktir. Çiçeklerin de çoğu simetriktir. Hatta ağaç yapraklarına da dikkat ederseniz simetriyi görürsünüz. 

Biz insanların da dış görünüş olarak simetrik yapıda olduğumuzu söylememe gerek yok sanırım. Bazılarımızda az biraz simetri bozuklukları olabiliyor, eğer varsa böyle bir derdi olan sakın dert etmesin, yazının sonunda bunun çok da dert edilecek bir şey olmadığını anlayacaksınız.

Evet, dikkat ettiyseniz bir önceki paragrafta dış görünüş dedim. Çünkü iç organlarımız o derece simetrik yerleşimde değil. Her şeyden önce organlarımızın çoğu bir tane. Bir kalbimiz var, bir karaciğerimiz var, bir dalağımız var, daha birçok organımız vücudumuzda bir adet bulunuyor ve vücudumuz içinde simetrik olarak yerleşmemişler. Bazı organlarımız çift olsalar da, hatta görünüş olarak da simetrik olsalar bile, bazen işlev açısından farklı olabiliyorlar. Mesela beynimizin birbirine simetrik çift lobu olmasına rağmen her lobun farklı işlevi var. Kollarımız da öyle, birbirinin aynı gibi olsalar da işlevleri farklıdır. Çoğumuz sağlağızdır. Sol ayağı ile top oynayan da azdır. Ben pek sevmem top oynamayı ama mesela ben yazı yazarken sağlak olsam da top oynarken solağımdır. Bazen bende bir terslik olduğunu düşünmüyor değilim.

Neyse, konumuz bu değil şimdi.

Simetri Nedir?

Simetri konusunda bir şeye daha dikkat çekmek gerekli. Fiziksel olarak simetriyi en iyi aynalarda görüyoruz aslında, aynada bizim tıpa tıp simetrik yansımamız oluşuyor. Her şeyin bir simetrisi oluşuyor desek daha doğru söylemiş oluruz.

 Genellikle tüm canlıların dış görünüşleri simetrik oluyor, ama bazen dış görünüşünde simetri olmayan canlılar da olabiliyor. Kalkan balığı bunlara bir örnektir mesela. Kumun üzerine yan yatmış bir balık gibidir dış görünüşü. Yatay bir balık olsa da üstten baktığınızda sanki diğer yarısı kumun içindeymiş zannedersiniz, ama kuma bakan yüzünde bir simetrisi yoktur. Kuma bakan yüzü vatozlarınki gibidir. Kimi yengeçlerin de bir kıskacı diğerinden daha büyüktür. Yine dış görünüşte simetrilerinin bozukluğunu görürsünüz. Salyangozların da kabuklarından çıkan kısımları simetrik olsa da kabuk kısmı simetrik değildir. Doğada, canlılar dünyasında simetrik olmayan daha başka örnekler de görürüz.

Simetri derken illa da çift olacak diye bir şey yok tabii ki, bazen vücudumuzda tek olan bir organımız da simetriyi bozmayacak şekilde yerleşmiş olabilir. Burnumuz buna bir örnek teşkil edebilir mesela, yüzümüzün tam ortasında, adeta bizi ortadan ikiye ayırsalar, burnumuzun bir yarısı bir tarafa, diğer yarısı da diğer tarafa düşecek şekilde simetrik olarak bölünebilir. Yani aslında o da kendi içinde simetriktir.

Tabii simetri derken hangi eksene göre simetrik, onu da söylemek lazım. Mesela bir küre merkezinden geçen her eksene göre simetriktir. Ama bir küp merkezden geçen her eksene göre simetrik değildir. Sadece belli eksenlere göre simetri gösterir. Geometriden devam edecek olursak eşkenar üçgen de orta aksına göre simetriktir.

Biz canlılar da sadece yüzümüzü ortalayan dik eksene göre simetriğiz. Bazı canlılar hariç tabii ki, yukarıda bahsetmiştim bir iki örnekle. 

Sanırım bu kadar detay yeterli simetri konusunu açıklamak için. Benim bahsetmek istediğim aslında biraz daha farklı bir şey. Ben simetri bozunumundan bahsetmek istiyorum.

Nasıl ki, kalbimiz göğsümüzün sol tarafındadır ve birçok iç organlarımız da vücudumuz içinde simetrik yerleşmemiştir, işte bunun gibi her şey simetrik olsa da, simetriyi bozan bir tek şey olunca, bu duruma simetri bozunumu, veya simetri kırılması deniyor. 

Gerçi kalbi sağda olan insanlar da olduğunu okumuştum bir yerlerde, yani kalbin solda oluşu bir zorunluluk değil aslında. Ama nedense çoğu canlının kalbi solunda oluyor. Bir gün bu konuyu da incelemek lazım, belki vardır bir sebebi.

Evet, asıl konuya gelecek olursak, hayatın kaynağının işte bu simetri bozunumundan kaynaklandığı düşünülüyor. Sadece hayatın kaynağı değil, etrafımızda ne görüyorsak hepsi simetrinin bozunumu yüzünden var olmuşlar diye bir teori üzerinde çalışıyor bilim insanları. Hatta aslında artık eminler diyebiliriz. Çalışmalar sadece nüanslar üzerinde devam ediyor.

Yani yazımızın başlarında dış görünümü bazen az da olsa simetrik olmayan insanlar o kadar da dert etmesinler demiştim ya, simetri bozunumu kötü bir şey değilmiş anlayacağınız, hayatın, evrenin var oluşu simetri bozunumu yüzündenmiş. Bu yüzden yazının başında öyle demiştim. Eğer yapılan deneylerle bu nüans konular da çözüme kavuşursa, yani kesin bir şekilde ispatlanabilirse bu teori, belki de gerçekten yaşamın varoluşunun sebebini anlamış olacağız. 

Yazının bu aşamasında öncelikle bir konuya açıklık getirmek zorunda olduğumu hissediyorum.

Hayatımızda birçok soru sorma formu var.

Kim? Ne? Kaç? Hangi? Nasıl? Niçin? Niye? Nerede? Ne zaman?

Bilim bunlardan daha çok "nasıl" sorusu üzerine yoğunlaşmış durumdalar. İnsanoğlu "kim" sorusuna cevap ararken ise daha çok teolojik açıdan cevaplar bulabilmiş. Aynı şekilde, "niçin" ve "niye" sorularına da belki felsefede cevaplar aranıyor. Ama konu bilim olunca bu soruların cevapları anlamını yitiriyor. Bilim "nasıl" sorusu üzerine yoğunlaşarak bir anlamda nasıl var olduğumuzu çözmeye çalışıyor, niye var olduğumuz sorusuna ne kadar uğraşsalar da bilim insanlarının verebilecekleri bir cevapları hiç bir zaman olmayacak belki de. O yüzden de bazen bilim insanlarına mesafeli duran inanç sahibi insanlara ne diyeceğimi bilemiyorum. Biri diğerinin alternatifi değil kesinlikle. Bilim inanç dünyasına bir tehdit değil.

Bilim evrende var olan madde ve enerjinin sırlarını araştırarak bizlere aslında nasıl yaşamımız gerektiği konusunda doğru yolu göstermeye çalışıyor desek yanılmış olmayız. Aslında bilim yaşamın daha kolaylaşmasına vesile oluyor desek daha da doğru söylemiş oluruz. 

Sonuçta bilimsel araştırmaların neticelerinden hepimiz teknolojik gelişmeler anlamında faydalanıyoruz. Bugün en inançlı insandan en ateist olanına herkes otomobillerle, uçaklarla, trenlerle, gemilerle seyahat ediyor. Herkesin elinde bir cep telefonu, herkes güneşte güneş kremi kullanıyor, gözü bozuk olan varsa gözlük takıyor, hasta olan hastanede doktora görünüyor. Ben doktor istemiyorum diyen yok hasta olunca. 

Deveyle hacca gidenini de ben daha görmedim, peygamber zamanında deveyle gidiyorlarmış hacca, ama o zamanlar bugünün teknolojik gelişimleri yokmuş. Bugün nedense genellikle uçak kullanıyor müminler hacca giderken. Hem de klimalı otellerde kalıyorlar hacda, kimse peygamber sünnetidir deyip çadırda kalmayı aklının ucundan bile geçirmiyor. 

Diyeceğim o ki, bilim iyidir, hepimize faydası var. Bu kadar teknoloji kullanıyorsak bugün, bilim insanlarına dua etmemiz gerekli. Ayrıca bazı şeyleri de artık değiştirme vakti gelmiş olabilir. Her şey eskisi gibi kalmak zorunda değil, gelişen dünyaya mantıklı bir şekilde adapte olmakta fayda var.

Evet, fazla dağılmayalım isterseniz, biz konumuza geri dönelim. 

Dört Temel Fiziksel Kuvvet

Bilim insanları doğada dört temel fiziksel kuvvet olduğunu gözlemlemişler. Bu kuvvetlerden üçüne, yani elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet için yaptıkları onca deney neticesinde bir açıklama ve birtakım formüller bulabilmişler. Bu kuvvetler bugün alan teorisi ile açıklanabiliyor ve maddenin minimum enerji seviyesinde kalma arzusuna uygun olarak kuvvet alanları ile etkileşime giren madde üzerinde simetrik düzende bu kuvvetler etki ediyor. Ama dördüncü kuvvet olan kütle çekimi için diğer kuvvetlerle benzer şekilde bir türlü doğru formüller geliştirilememiş. Yani her şeyin teorisi denilen sihirli formül henüz bulunamamış. 

Yapılan çalışmalar ve deneyler sonunda bu uyumsuzluğun sebebinin simetri bozunumu olduğu anlaşılmış. Kütle çekim alanı, yani higgs alanındaki simetri bozunumu, yani higgs alanının diğer kuvvet alanları gibi simetrik olmaması kütlenin var olmasının sebebi diyor bilim insanları. Bu higgs alanındaki simetri bozunumunun sebebi nedir bilmek mümkün değil, ama yapılan deneylerde gözlenenler şimdilik bu şekilde.

Türk televizyonları da epey heyecanlanmıştı hatırlarsanız deneylerin başlangıcında, "tanrı parçacığı" diye her kanalda heyecanlı spikerler sürekli haberlerini yapıyorlardı. CERN'de yapılan parçacık deneylerini neredeyse canlı yayınlamak isteyen kanallar da olmuştu diye hatırlıyorum. Bir sürü bilim insanı ekranlara çıkıp hepimize kuantum dünyasının o küçücük parçacıklarını saatlerce anlatmışlardı. Kim ne anladı ne hatırlıyor inanın bilmiyorum şimdi. 

Aslında onca kanal haber yaptığına göre insanların dikkatini çekmiş olmalı bu konular. Deneyleri yapan bilim insanları önce o anın heyecanına saygı gereği olsa gerek, galiba bulduk dediler tanrı parçacığını. İnsanlar bu cevabı beklemiyorlardı. Herkes tanrı parçacığının kesin bulunmasını bekliyordu. CERN'de makina bozulup deneye ara verilince olay iyiden iyiye soğudu. 

Zaten tanrı parçacığının tanrıyla bir ilgisi olmadığı anlaşılınca hevesler tümden yok oldu. İnsanların heyecanları iyiden iyiye bitti. 

Şimdi artık kimse ilgilenmiyor tanrı parçacığıyla falan. Hevesler boşa gitti yani. 

Kim ne heves etti o an, gerçekten bilmiyorum. Aylar sonra bilim insanları tamam dediler, ispatladık higgs bozonunun varlığını. Ama bu haber bile artık insanların ilgisini çekmedi. 

Çünkü dediğim gibi, anlaşıldı ki, aranan parçacık tanrı parçacığı değilmiş meğer, 1993 yılında bu konuda kitap yazmış olan ünlü fizikçi Leon Lederman ve kitabı yazmasına yardımcı olan bilim yazarı Dick Teresi kitabın adını aslında o günkü şartlarda mevcut düzeneklerle bir türlü gözlemlenemediği için "tanrının belası parçacık" şeklinde koymak istemişler. Ancak kitabın yayınevi daha sansasyonel olur diye "belası" sözünü kitabın isminden silerek kitabın adını "tanrı parçacığı" koymuş. Bu kitaptan esinlenerek adı "tanrı parçacığı" diye bilinse de aranan parçacığın gerçek adı "higgs bozonu" dur. Onca ülkenin birlikte para döküp kurdukları ve milyarlarca dolar tutan CERN projesinin ilk amacı da aslında bu bozonun varlığını ispatlamaktı. Bu bozon ancak CERN projesi tamamlandığında gözlenebildi. Daha önceki yıllarda farklı ülkelerde yapılmış benzer makinaların kapasiteleri yeterli olmadığı için bu deney oralarda yapılmış olsa da başarılı netice elde edilememişti.

Bu konunun üç teorisyeninden biri olan ve aynı zamanda bahsi geçen bozona da adını veren Peter Ware Higgs, bir de takımdaki diğer iki bilim insanından biri olan François Englert 2013 yılında yaptıkları çalışmalardan ötürü fizik dalında Nobel bilim ödülü alıyorlar. Araştırma grubundaki üçüncü bilim insanı Robert Brout ise 2011 yılında hakkın rahmetine kavuştuğu için ödülden mahrum kalıyor. Bilmeyenler için hatırlatayım, Nobel ödülleri kural gereği hayatta olanlara veriliyor.

Aslında kütle çekimi kuvveti de diğer kuvvetler gibi alan teorisine dayanıyor. Higgs alanından etkilenen Higgs bozonu maddeye kütlesini veren atom altı kuantum parçacık olarak biliniyordu. Ancak bu tam olarak doğru değilmiş. Gerçekte Higgs bozonu maddeye kütlesinin bir kısmını veriyor, maddenin kütlesinin çok büyük bir oranı ise diğer atomaltı parçacıkların Higgs mekanizması vasıtasıyla kazanmış oldukları kütleden oluşuyor. 

Nedir bu Higgs mekanizması?  

Formüller gereği diğer kuvvetlerle etkileşime giren atomaltı parçacıkları kuvvet alanları simetrik düzende çalıştıkları için toplam yükleri sıfır oluyor. 

Basitleştirirsek bir elektron ve bir protonun yükleri biri eksi, diğeri artı, aynı miktarda olduğu için neticede yükler birbirini etkisiz hale getirebiliyor. Ayrıca formüller gereği bu parçacıkların kütlesiz olmaları gerekiyor. Ama durumun böyle olmadığını anlayan bilim insanları, standart modeldeki bu bazı atomaltı parçacıkların da gerçekte higgs alanı ile etkileşimde bulunduklarını gözlemlemişler. 

Higgs ananı ise diğer kuvvet alanlarının aksine minimum enerji seviyesi sıfırda olan bir alan değil. Ortası yukarı kalkmış bir çanak gibi. Bu alanla etkileşime geçmiş ve minimum enerji seviyesinde durmak isteyen bir parçacık, çanağın kenarlarındaki minimum enerji oluğuna düşmek zorunda kalıyor. Ama bu durumda da simetri kayboluyor, simetri bozunumu oluyor. Yani kütle çekimini etkisiz hale getirecek bir negatif kütle çekimi yükü yok maalesef. Bu durum ise maddenin var oluşunun sebebi olmuş. Higgs alanı ile etkileşimde bulunmayan foton gibi parçacıkların ise doğal olarak kütlesi de olmuyor. 

Ancak yazımızın başlarında bir de görünümü aynı olsa da işlevi farklı olan bazı organlarımızdan bahsetmiştim hatırlarsanız. Bu da bir simetri bozunumudur demiştim. İşlevsel simetri bozunumu diyelim buna isterseniz. Atom altı parçacıklarda da benzer bir durum oluşuyor, farklı yönlerde dönüşü olan ve normal durumda birbirleriyle etkileştiklerinde birbirinin enerjisini etkisizleştirmesi gereken bazı parçacıklar, higgs alanının etkisi altında birbirleriyle etkileşimde bulunduklarında, aralarındaki bu işlev simetrisi bozulduğundan, enerji seviyelerinde aşırı artış ve dolayısıyla higgs alanı ile etkileşimlerinden elde ettikleri kütleleri de normalden çok daha yüksek oluyor. Bu duruma kiral simetri bozunumu deniyor. Yani aslında evrendeki maddelerin kendi başlarına higgs alanı ile etkileşimlerinden kazandıkları kütle %1 oranındayken, %99 oranında kütle birbirleri ile etkileşimleri esnasında aynı zamanda higgs alanı ile etkileşimlerinden, yani bahsettiğim kiral simetri bozunumu etkisinden kaynaklanıyor. Bu kütle kazanım mekanizmasına Higgs mekanizması deniyor.

Çok teknik oldu biliyorum, ama kısaca higgs alanı hem parçacıklara hem de aralarındaki bağ simetrisinin bozunumuna çanak tutuyor diyerek esprili bir şekilde bu yoğun teknik bilgi aktarımından kurtulayım.

Tabii bu dediklerim henüz tam kesinleşmiş bilgiler değil, deneyler devam ediyor. Bilimin güzel tarafı, eğer bir şeyler planlandığı veya öngörüldüğü şekilde gözlemlenmiyorsa, gözden kaçmış veya dikkate alınmamış birtakım etkenler üzerine tekrar düşünme şansının olması ve eldeki bilgilere uygun yeni teoriler geliştirmenin mümkün olması. Bilimde hiçbir şeye körü körüne inanılmaz, hiçbir şey %100 doğru değildir.

Şimdilik bilim insanlarının kütle kazanım ve kütle çekim konularında gelebildikleri seviye burası. Ben de gelişmeleri dilim döndüğünce ve mümkün olduğunca basit bir dilde sizlere aktarmaya çalıştım.

Atomaltı parçacık dünyası çok küçük bir dünya, bir yandan da çok geniş ve gizemli bir dünya. Bu dünyada gerçekte neler oluyor merak konusu, ama maalesef atomaltı parçacık davranışlarını direk olarak gözlemleyebileceğimiz bir mikroskop yok. Bu yüzden deneylerin sonucunu gözleyebilmek için bu konuda çeşitli başka yöntemler geliştirmişler.

Parçacık çarpıştırıcıda çarpışma sonucu ortaya çıkan bu atomaltı parçacıkları gözlemlemenin bir yolu da enerjileri dolayısıyla özel bir sıvının içerisinde oluşturdukları kabarcıklar. Çarpışma noktası etrafında konumlandırılmış yük panelleri yüzünden elektronlar elektriksel yüklerinin etkisiyle eğri bir hatta ilerlerken diğer atom altı parçacıklar yüklerine göre farklı yönlere dağılıyorlar. Kimi çarpışma noktası etrafında bu konuşlandırılmış yük alanlarından etkilenmiyorlar ve sıvının içinde düz bir hatta ilerliyor, kimi döne döne, kimi apayrı bir hatta ilerliyor, kimi de hemen sönümleniyor. 

Yani fizik ilginç bir bilim dalı aslında, en azından benim ilgimi çekiyor diyeyim. Profesyonel olarak değil tabii ki, amatör olarak. Daha neler öğreneceğiz kim bilir ileriki zamanlarda. Ne malzemeler çıkacak piyasaya, bilim insanları son sürat devam ediyorlar çalışmalarına. 

Bu günlük yeterli sanırım. Epey uzun oldu yazı yine, ama CERN'de kütle çekimi konusunda yapılan deneylerden epey bir şeyler öğrenilmiş benim anladığım.

Kim bilir, belki bir gün Einstein'ın son günlerinde bile aklını epeyce kurcalayan şu "her şeyin teorisi" bulunur da, işte o zaman tanrı ne düşünmüş bizi yaratırken, belki biraz olsun anlayabiliriz.

Şahsen ben Tanrı fiziğin derinlerinde bir yerlerde bir gün karşımıza çıkacak diye düşünüyorum. 

Bilimden ayrılmayın, fizikle kalın.

Şimdilik Moskova'dan herkese sevgi ve saygılar.

Araştırmacı Yazar Deniz BURSALIOĞLU
Araştırmacı Yazar Deniz BURSALIOĞLU
Tüm Makaleler

  • 28.08.2022
  • Süre : 5 dk
  • 405 kez okundu

Google Ads