Fizik

Sonsuzluğu Anlamak 2: Fizikte ‘Sonsuz’ Kavramı

İlk makalemizde, matematikte ‘sonsuz’ kavramını ele almıştık. Burada sonsuzun tanımı ve matematikçilerin bir terim olarak sonsuz kavramı ile bize ne anlatmak istediklerini detaylı bir şekilde açıklamıştık. Bundan dolayı işbu yazımızda, sonsuzluğun tanımını ve ne ifade ettiğini tekrar etmeye gerek görmüyorum. Dileyen konu hakkında daha detaylı bilgi için “Sonsuzluğu Anlamak -1: Matematikte ‘Sonsuz’ Kavramı” isimli makalemize başvurabilir.

Konumuza geçmeden önce fiziğin tanımını yapmakta fayda var; çünkü yapacağımız tanım ileride sonsuzluk kavramını ele alırken birkaç soruya kendiliğinden açıklık getireceği kanaatindeyim. Etimolojik olarak fizik sözcüğü, Hint-Avrupa grubuna bağlı olup bheu (üremek, olmak anlamına gelir) kökünden türemiştir. Yunanca doğa anlamına gelen phusis sözcüğü bu kökten gelir.[1] Nitekim Antikçağ Yunan filozoflarına doğa filozofu denilmesinin nedeni de bu sebepten dolayıdır. Tanım itibariyle basitçe fizik, kimyasal değişiklerin dışındaki maddi olayları inceleyen bilimdir, yani maddi olarak varolan her şeyi kapsar. Elbette ki bu tanım çok genel olarak fizik bilimini ifade eden bir tanım. Öte yandan fiziğin detaylı tanımını şöyle yapabiliriz: Maddenin kimyasal yapısındaki değişiklikler dışında kalan genel özelliklerini, genel-geçer yasalara bağlı olarak deney yoluyla inceleyen, matematiksel formüllerle tanımlayan bir bilim dalıdır.

Fizikteki sonsuz kavramı, matematikteki kadar karışık ve soyut bir yapıya sahip değildir çünkü tanım olarak fizik, somut olan şeyleri belirli doğa yasaları kapsamında açıklanmasına dayanır. Şayet siz, bir fizikçiye Büyük Patlama’dan önce ne olduğunu soracak olursanız eğer, hala üzerinde çalıştıklarına dair bir cevap alma ihtimaliniz çok büyüktür ki alacağınız bu cevap da size pek tatmin edici gelmeyebilir. Fizikçiler açısından yöneltilen bu soru, kuzey kutbunun kuzeyinde ne var sorusuyla eşdeğer görünür. Bu konular onlar için ilahiyatçıların ve felsefecilerin ilgi alanına girer.

Fizikte sonsuz kavramını makalemizde tek örnek üzerinden ele alacağız. Açıklamamız tekillik kavramı üzerinden olacaktır. Ama mevzubahis olan terimleri açıklık getirmeden önce Planck uzunluğundan bahsetmemiz gerekiyor. Bu uzunluk, fizikçilerin yaklaşık 10-33 santimetre olarak tanımladıkları bir ölçektir. Fizik yasalarının geçerli olduğu en ufak boyuttur ve bilinen diğer ismi konum kuantıdır. Bundan daha kısa olan uzunluklar, fiziksel olarak mümkün değildir. Ayrıca bu uzunluk uzay-zamanın parçacıklı olduğunu gösterir. Bu uzunluk idrak sınırlarımızı zorlayacağından dolayı bunu bir benzetmeyle şöyle izah edebiliriz; bir protonu bilinen evren büyüklüğüne getirirsek Planck uzunluğu sadece bir ağaç kadar olur. Bunun önemi şudur; Planck uzunluğu bize, fizikteki bir şeyin var olabilmesi için gereken en küçük birim olduğunu söyler. Yani bu uzunluktan daha küçük ölçekler için fiziksel anlamda bir şeyin cisimleşmesi, şekil bulması söz konusu değildir. Bu ölçeğin altında uzay-zamandaki kuantum dalgalanmaları muazzam seviyede olacağından, daha küçük uzunlukta herhangi bir şey şekil alamaz. Birçok kuramsal parçacık fizikçisine göre, dört temel doğa kuvveti (elektromanyetik kuvvet, kütleçekimsel kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet) bu uzunlukta birbirine öylesine girift bir dokuyla bağlı, iç içe geçmiş durumdadır ki hiçbiri birbirinden ayırt edilemez ve tanımlanamaz. Kısacası, nasıl ki evrendeki kozmik hız sınırı ışık hızıysa, Planck uzunluğu da evrendeki kozmik varoluşun sınırıdır.

Öte yandan bu uzunluğun şimdilik bir ispatı yoktur sadece bir tanımdan ibarettir. Bunun nedeni olarak bu kadar küçük bir ölçeği tanımlayabilecek ve gözlemleyebilecek herhangi bir teknolojik aletimizin olmaması gösterilebilir. Ancak Planck da dâhil olmak üzere birçok bilim insanı evrendeki herhangi bir şeyin fiziksel olarak var olarak tanımlanabilmesi için tüm uzunlukların bu sayının katları şeklinde olması gerektiğini dile getirmiştir. Yukarıda da belirttiğimiz üzere bilim insanlarının Büyük Patlama öncesinde neler olduğunu açıklayamamasının en büyük nedenlerinden biri hiç kuşkusuz bu durumdan kaynaklanmakta. Nitekim bunun müsebbibi tekillik kavramıdır. Kozmik çağın ilk zamanlarında, Büyük Patlama denen tekillikte, evrenin yoğunluğu ve uzay zamanın eğriliği sonsuz olmalıydı. Burada dikkat çekeceğimiz nokta; fizikçilerin, evrenin başlangıcına olanak tanıyan ‘tekillik’ kavramı üzerinden olacaktır.

Fizikçiler herhangi bir değerin sonsuzluğa doğru yöneldiği (uzay zamanda fiziksel niceliğin sonsuz olduğu) noktaya veya sıfır genişlikte bir çizgiye tekillik demektedirler. Tekillik bir olay değildir, sonsuz bir yoğunluk hali veya uzay zamanın durduğu benzer bir şeydir.[2]Genel Görelilik Teorisi ve teorinin özünü belirten uzay zaman sürekliliği, kuantum fiziğinin hüküm sürmeye başladığı noktada bir nevi çöker. Evren tek bir noktaya doğru büzülürken, maddesel içeriği de sıkıştırılmış sıcak bir duruma geçer. Çünkü genel görelilik kuramı zamanda; evrenin hem ısısının, hem yoğunluğunun, hem de eğikliğinin sonsuz olduğu bir noktanın varlığını öngörür.[3] İşte tekillik, böylesi uzay ve zamanın girift desenler içerisinde birbirine geçerek ortaya çıkan çöküntüsü neticesinde meydana gelen delinme sonucu oluşmuş, üç boyutlu olmayan, sıfır hacimli olarak kabul edilen “şey” dir.

Tekilliğin en önemli özelliklerinden biri onun uzay zamanın, dolayısıyla (varsayıma göre) fiziksel evrenin kenarı veya sınırı gibi olmasıdır. Tekillik için verilebilecek en güzel örneklerden birisi hiç kuşkusuz evrenin başlangıcı olsa gerek; çünkü patlamayı tetikleyen gücün harekete geçirdiği tekillik, sonsuz yoğun ve sonsuz bir karmaşa içerisinde var olmuş kozmik bir olgudur. Ayrıca, karadeliklerin en uç noktasının tekillikle (eğer karadelikleri bir koni şeklinde düşünürsek, karadeliğin tekillik noktası koninin sivri uçlu tarafı olacaktır) şekil bulduğunu kabul eden fiziksel varsayım bir diğer örnek olarak gösterilebilir.

İngiliz fizikçi Marcus Chown, Biraz Kuantumdan Zarar Gelmez isimli kitabında, tekilliğin gizemi hakkındaki görüşlerini bir bilim insanı gözüyle ele alır.

“Tekilliğe gerçekten yaklaşıldığında, uzay zamanın eğikliği öylesine şiddetli ve kaotik bir düzeye çıkacak ki, uzay ve zaman paramparça olacak, sayısız zerreye ayrılacak. “Önce” ve “sonra” gibi kavramlar anlamını yitirecek. “Uzaklık” ve “yön” gibi kavramlar da. Buradan ilerisi ise yoğun bir sis perdesinin altında kalıyor. Sisin içinde kuantum kütleçekimin esrarengiz hükümdarlığı sürüyor ve henüz bizi oraya ulaştıracak bir rehberimiz yok.”[4]

Öte yandan, tekilliklerde fizik yasaları ve bu yasalara açıklama getiren denklemler tanımlanamaz. Bu yüzden ne olacağı konusunda bir öngörüde bulunulamaz; zira tekillik, uzay ve zaman kavramlarının bir sona ulaştığı yerlerde var olduğu için bilinen fiziksel yasalar ve denklemler açısından gizemli bir belirsizliğe yol açar. “Aslında bilim kuramlarımızın tümü uzay zamanın pürüzsüz ve neredeyse düz olduğu varsayımıyla formüle edilmiştir, dolayısıyla uzay zamanın bükülmesinin sonsuz olduğu Büyük Patlama tekilliğinde hepsi çöker,” diyen Hawking şu sonuca varır. “Bu Büyük Patlamadan önce kimi olaylar var olsa bile bu olayların sonrasında olacakları belirlemek için kullanılamayacağı, çünkü Büyük Patlamada öngörülebilirliğin de çökeceği anlamına gelir.”[5]

Madde yoğunluğu veya kütleçekim alanı gibi temel fiziksel nicelikler o kadar büyüktür ki, onları matematiksel ifadelerde sonsuz değerler olarak düşünürüz. Bundan dolayı fizik yasalarının matematiksel tanımları, tekillik içinde hükümlerini kaybederek geçersiz hale gelirler. Bilim insanları, böylesi uzay zamanın bazı kısmi konumlarını anlamakta ve varolan yasaları uygulamada ve uygun şekilde yasalaştırmada bir hayli güçlük çekerler. Netice itibariyle uzay ve zaman gibi anlaşılması zor bir takım metaforları ve yıldızlar ile galaksiler gibi karmaşık oluşumları bünyesinde barındıran herhangi bir şeyin kaotik olmaması mümkün değildir. Öyle görülüyor ki, tekillik kavramı için insan sezgisi iyi bir rehber değildir.

İngiliz popüler bilim yazarı John Gribbin, Evren: Bir Biyografi isimli kitabındaki yaklaşımı şöyledir:

“Kuantum teorisine göre, uzay ve zaman kuantize edilmiştir ve (Planck uzunluğu olarak bilinen) 10-35 metreden daha kısa mesafeler ve (Planck zamanı olarak bilinen) 10-43 saniyeden daha kısa süreler hakkında konuşmak anlamsızdır. Yani, tekillik (sıfır mesafe ve sıfır zamanda) yoktur ve tüm gözlemlenebilir Evrenin 10-35metre çapında, 1094 gr/cm3 yoğunlukta ve 10-43 saniye yaşında doğduğunu kafamızda canlandırmalıyız. Bu bağlamda, daha kısa mesafeler, süreler ve daha büyük yoğunluklardan bahsetmemiz anlamsızdır.”[6]

Sonuç olarak fizikteki sonsuz kavramı matematikteki gibi soyut olarak görünmektedir. Ancak makalemizde de dile getirdiğimiz üzere Planck uzunluğundan daha küçük ölçekler fizikçilerin ilgi alanı dâhilinde değildir. Genişçe ele aldığımız tekillik kavramı da bunu ispatlar niteliktedir. Kısacası fizikte sonsuzluk denilen bir olgu söz konusu değildir ancak tanım olarak her zaman, zor durumlarda başvurulan birikmiş bir para gibi varlığı çok değerlidir çünkü yeni bilimsel öngörülere zemin hazırlar.

Ö. Faruk KIRMACI (14.02.2018 / Balıkesir)

[1]Orhan Hançerlioğlu, Felsefe Ansiklopedisi, Remzi Kitapevi, 1977, Cilt II, s:169.

[2]Paul Davies, Tanrı ve Yeni Fizik, Çeviren: Barış Gönülşen, ALFA Yayınları, Kasım 2014, s: 35

[3]Stephen Hawking, Büyük Tasarım, Çeviren: Selma Öğünç, Doğan Kitap, Mart 2012, s:109

[4]Marcus Chown, Biraz Kuantumdan Zarar Gelmez, Çeviren: Taylan Taftaf, ALFA Yayınları, Ekim 2011, s:164

[5]Stephen Hawking, Zamanın Kısa Tarihi, Çeviren: Barış Gönülşen, ALFA Yayınları, Eylül 2015, s:67-8

[6]John Gribbin, Evren: Bir Biyografi, Çeviren: Kerem Kaynar, ALFA Yayınları, Temmuz 2015, s:67

Reklamlar