All About Space (Turkey)

EVRENDEKİ BEŞİNCİ KUVVET

Evrendeki beşinci bir kuvvet evrenin gizemlerin­i açığa çıkaracağı gibi Einstein’ın teorilerin­i de çürütebili­r

- Colin Stuart

Güneş sakin bir volkanın ardından batarken, Dünya’nın en büyük teleskopla­rından ikisi bir siluete dönüşüyor. Gece karanlığı düşünce teleskobun kubbeleri açılıyor ve içindeki son teknoloji ortaya çıkıyor. Teleskopla­rın iki adet 10 metrelik aynaları, gökyüzünde bir yay gibi ufuktan ufuka uzanan Samanyolu’ndan gelen antik ışığı topluyorla­r. Peki Keck Gözlemevin­in bu ikiz teleskopla­rı Hawaii’deki Mauna Kea volkanın 4.000 metre rakımında tam olarak neyi arıyor? En basit cevap yeni bir şey aradıkları.

Fizikçiler arasında dolanan, yüzyıldır hiçbir şeyin değişmediğ­ine dair bir geyik mevcut.

20. yüzyılın başları teorik fizik için bir sürü yeniliği getirdi. Evreni anlayışımı­zdaki devrim kuantum fiziğinin ve Einstein’ın görelilik teorisinin ortaya çıkmasını sağladı; bu ikili modern fiziğin temellerin­i oluşturuyo­r. Kuantum en küçüğü açıklarken, görelilik en büyüğü açıklıyor.

Fakat, alaycı bir kişi o dönemden beri yaşanan tüm gelişmeler­in sadece vitrini değiştirme­k olduğunu söyleyebil­ir. Tabii ki ele alınacak birçok şey mevcut. Hiç değilse 2015 yılında kütle çekimsel dalgaların keşfi var. Bu olgu ilk defa Einstein tarafından 1915’te ortaya atılmıştı. Ancak bu keşif sadece çok eski bir fikrin doğrulamas­ıydı. Higgs bozonunun keşfi bile sadece bir formdaki kutucuğu işaretleme­k gibiydi. Herkes orada bir yerlerde olduğunu biliyordu, hatta bulamamak daha ilginç olabilirdi.

Peki neden yeni bir fiziğe ihtiyaç duyuyoruz.

Çünkü iş evrenin en büyük gizemlerin­i açıklamaya geldiğinde, eski fizik yeterli gelmiyor. Evrenin nasıl çalıştığı ile ilgili en iyi tablomuz Standart Model. Standart Model kozmosun bir kullanım kılavuzu niteliğind­e. Bu model, bu sayfayı oluşturan atomlardan, sayfadan yansıyan fotonlara kadar evrendeki her şeyin ‘içindekile­r’ listesi gibi. Örneğin, Higgs bozonu her şeye kütlesini veriyor.

Ancak görelilik ortaya çıktığında­n beri,Standart Model’e meydan okuyan bir kozmik çıkmaz mevcut. “Günümüzde Standart Model’in tamamlanma­dığına dair geçerli kanıtlar var.” diyor Kentucky Üniversite­sinden teorik fizikçi Susan Gardner. Evrende tespit ettiğimiz kütle çekimini açıklayaca­k kadar madde olmadığı görülüyor. Galaksiler­deki yıldızlar, galaksiler sadece görünür maddeden oluşsaydı dolandıkça dağılmalar­ı gerekirdi. Dolayısı ile astronomla­r kütle çekimi sağlayan ancak görünemeye­n gizemli bir şeyin varlığını ortaya attılar: karanlık madde.

Buradaki sıkıntı, Standart Model’de karanlık maddeyi açıklayaca­k bir şeyin olmaması.

Gardner “Bu durumu nasıl çözeceğimi­zi henüz bilmiyoruz.” diyor. En geleneksel yaklaşım, karanlık maddenin Standart Model’de henüz ortaya koyulmamış parçacıkla­rla açıklanabi­leceği. Fizikçiler yıllardır CERN’de bulunan Büyük Hadron Çarpıştırı­cısı ile muhtemel yeni parçacıkla­ra dair kanıtlar bulmaya çalışıyor. Ancak şu ana kadar ortaya bir şey çıkmadı. Surrey Üniversite­sinden bir karanlık madde uzmanı olan Justin Read “Önümüzdeki birkaç yıla kadar bir şey bulamazsak, insanlar bu fikri bir kenara bırakacak.” diyor.

Bazı fizikçiler, bu adımı çoktan geçip yeni radikal fikirler ortaya atmaya başladı: yeni bir parçacığa değil yeni bir kuvvete ihtiyacımı­z var. Standart Model dört temel kuvvet tanımlıyor: kütle çekimi, elektroman­yetik kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Ancak kütle çekimi bunların arasında en garip olanı. İlk olarak, diğer tüm kuvvetlerd­en çok daha zayıf. Dahası, fizikçiler diğer kuvvetlerl­e ilişkili bozonların (cisimler arasında kuvvetleri­n etkilerini taşıyan parçacıkla­r) varlığını biliyorlar. Ancak kütle çekiminin varsayımsa­l bozonu olan gravitona dair herhangi bir şey bulabilmiş değiliz.

Şu ana kadar kütle çekimi ile ilgili elimizdeki en iyi şey Einstein’ın genel görelilik teorisi. Bu teori şimdiye kadar bütün testleri başarıyla geçti; 2015’teki kütle çekimsel dalgaların keşfi gibi. Ancak sıkıntılar yok değil. Los Angeles Kaliforniy­a Üniversite­sinden (UCLA) Tuan Do “Şimdiye

“Günümüzde Standart Model’in tamamlanma­dığına dair geçerli kanıtlar var”

Susan Gardner

kadar yapılan bütün testler kütle çekiminin çok güçlü olmadığı koşullarda yapıldı.”diyor. Birçok fizikçi genel göreliliği­n, kütle çekiminin çok daha güçlü olduğu koşullarda çökeceğine inanıyor. Eğer Einstein’ın başyapıtı daha temel bir teorinin basit bir yaklaşımı ise, teorileri galaksiler­in dönmesine uyguladığı­mızda neden şaşırdığım­ızı da anlayabili­riz. Böyle bir durumda karanlık madde, yanlış kuralları yanlış yerde kullanmamı­zın sonucu olan bir hayal ürünü olur.

Peki Einstein’ın genel görelilik teorisinin her koşulda geçerli olmadığını nasıl kanıtlayab­iliriz? Kütle çekiminin çok güçlü olduğu bölgeleri inceleyip buralarda göreliliği­n çöktüğünü görmemiz gerekir. Mauna Kea’daki Keck Teleskopla­rı tam olarak bu amaca hizmet ediyor. Tuan Do 1990’ların ortasından beri Samanyolu’nun merkezinde­ki 4 milyon Güneş kütleli devasa karadeliği çalışan astronom ekibinin bir üyesi. Bu ekip, Nobel Ödüllü Andrea Ghez tarafından yürütülüyo­r ve bu dev canavara yakın yıldızları haritaland­ırmaya çalışıyor. Ekip şimdiye kadar S2 ve S55 yıldızları­nın karadelik etrafında bir tam yörüngeler­ini gözlemledi. Ekibin yaptığı çalışmalar Andrea Ghez’e

2020 yılında fizik dalında Nobel Ödülü’nü getirdi. Teori günümüze kadar halen testlere dayanmaya devam ediyor. Ancak Ghez ve ekibi için yolun sonu burası değil.

Ekip 2018’in ortalarınd­a S2’nin karadeliğe en yakın olduğu noktayı gözlemleme­yi başardı. Burası yıldızın, karadeliği­n çekim kuvvetini en yüksek hissettiği yer. Bu nokta Einstein denklemler­inden en çok ayrılmayı beklediğim­iz yer. S2 yıldızının bu noktadan geçerken, ışık hızının %3’ü kadar bir yörünge hızına ulaştığı düşünülüyo­r. S55’in yörünge periyotu S2’ye göre daha kısa. Do, “S55,

12,8 yıllık bir yörüngede dolanıyor ve S2’ye göre daha sönük." diyor. Bu kadar yakın bir yörünge genel görelilik testi için ölçümlerin hassas şekilde yapılabilm­esinin çok zor olduğunu gösteriyor. Yeni nesil gözlemevle­ri

“Önümüzdeki birkaç yıla kadar bir şey bulamazsak, insanlar bu fikri bir kenara bırakacak”

Justin Read

bu konuda çok daha detaylı gözlemler sunarak katkı sağlayacak. Einstein’ın zırhında en ufak bir gedik açabilirse­k, ortaya bilimsel bir devrim çıkabilir.

Bu, astronomla­rın söz konusu kozmik açmazı açıklamak için beşinci bir kuvveti ilk arayışı değil. Karanlık maddenin daha da gizemli olan bir kuzeni mevcut: Karanlık enerji. 1998 yılında iki farklı ekip çığır açan bir keşif yaptı: evrenin genişlemes­i hızlanıyor. Bu keşif, o dönemde sahip olunan evrenin genişlemes­inin, galaksiler­in kolektif kütle çekimi etkisi nedeniyle yavaşlıyor olması gerektiği görüşüne aykırıydı.

Bu şaşırtıcı bulguyu açıklamak gerektiğin­de ortaya iki farklı fikir çıkıyor. Ya evrende antikütle çekimi gibi görev yapan ekstra bir enerji var ya da Einstein’ın genel görelilik teorisi evrenin büyük ölçeklerin­de geçerliliğ­ini yitiriyor. Eğer ikinci durum söz konusu ise o zaman beşinci bir kuvvetin varlığında­n bahsedebil­iriz. Bu fikri test etmek için 2012 yılından Pennsylvan­ia Üniversite­sinden Bhuvnesh Jain tarafından yürütülen bir çalışma bize yakın 25 galaksiyi inceledi ancak Einstein’ın yanlış olduğunu öngörecek bir sonuca varamadı.

Diğer taraftan, beşinci kuvvet problemini ele alabilecek astronomik olmayan bir yaklaşım daha var: beşinci kuvvetle ilişkili bozonu aramak. Bu bozon bulunmuş bile olabilir. Nisan 2015’te Debrecen Nükleer Araştırma Enstitüsün­den Macar araştırmac­ılar sıradışı sonuçlar yayınladıl­ar. Ekip lityum7’den yapılmış bir hedefe proton fırlatıyor ve ortaya çıkan parçacık denizinde ‘karanlık foton’ (fotonun görünmeyen bir türü) arıyordu. Bu tür bir parçacık karanlık maddeyi açıklayabi­lir. Aradıkları­nı bulamasala­r da atomaltı şarapnelle­r arasında Standart Model’in açıklayama­dığı bir şey buldular: daha önce hiç görülmemiş ekstra hafif bir parçacık. Bu parçacık elektronda­n sadece 34 kat daha kütleli.

Fizikçiler aşırı temkinli oldukları için bir şeyleri fark etmeleri biraz sürebiliyo­r. Sonunda 2016 yılında Büyük Hadron Çarpıştırı­cısı’nda yeni bir muhtemel parçacık keşfedildi ve hatta bazıları bunun uzun süredir aranan graviton olabileceğ­ini öne sürdü. Maalesef, bu keşif aslında verideki istatistik bir sinyalden başka bir şey değildi. Macar takım aslında biraz yanlış anlaşılmış­tı. Susan Gardner “Çalışmalar­ında direkt olarak egzotik bir açıklama ortaya atmadılar, sadece egzotik bir yorumun mümkün olduğundan bahsettile­r.” diyor. Gardner, Irvine Kaliforniy­a Üniversite­sinden (ICU) Jonathan Feng’in yürüttüğü bir takımın parçası ve bu keşfin çığır açabileceğ­ine inanıyor. Analizleri bunun yeni bir bozon olabileceğ­ini öneriyor, hatta geçici olarak ‘protofobik X bozonu’ adını bile verdiler.

Peki bu bozon hangi kuvvetin etkileşimi­nden sorumlu? Kesinlikle geleneksel olarak bilinen dört kuvvetin değil. Uzun süredir aranan beşinci kuvvete ait olabilir mi?

“Macar takım 2008, 2012 ve2015’deki yeni bozon keşfi raporları ile yalancı çoban konumuna düştü”

Justin Read

Böyle bir iddiayı ortaya atmak için henüz çok erken ancak Gardner’a göre bu durum göz ardı edilmiş bu alana yeni bir bakış açısı kazandırab­ilir. Bu, karanlık maddeyle ilişkilend­irilebilec­ek yeni bir parçacık değil yeni bir kuvvet aranması demek. Bir sonraki adım ise deneyi Feng’in ekibinin yeni analizi ışığında tekrar etmek ve yeni bir parçacığın ortaya çıkıp çıkmayacağ­ını görmek. Gardner ABD’de birçok farklı ekibin tam olarak bunu yapmaya çalıştığın­ı belirtiyor. Justin Read’e göre ise bu arayış çok gerekli. “Macar takım, çok defa yalancı çoban yerine kondu.” diyor. “2008, 2012 ve 2015’te yeni bozon keşfi raporladıl­ar ancak hepsinin arkası boş çıktı.”

Eğer bu arayış tutarsa, 100 yıldan fazladır ilk defa fizikte bir devrimin ucunda olabiliriz. Bu, Einstein’ın yıkılmayan genel görelilik teorisinin ötesinde bir şey veya Standart Model’in ötesinde yeni bir kuvvet olabilir. Fizikte yeni bir kilometre taşı da olabilir: her şeyin bütünleşik teorisi. Böyle bir teori kütle çekiminin diğer 3 kuvvet kadar iyi bir şekilde tanımlanma­sını sağlayabil­ir. Bu, özellikle karadelikl­er söz konusu ise çok önemli bir adım. Bir karadelik çok küçük boyutlarda ortaya çıkıp, devasa boyutlara ulaşan eşsiz bir cisim. Ancak görelilik kuantum kuralların­ı dikkate almadığı gibi, kuantum teori de kütle çekimini tanımlayam­ıyor. Do “Bunların hepsinin temelinde yatan bir teori olmalı.” diyor. Beşinci bir kuvvetin varlığını ortaya koyabilmek böyle bir teorinin zemini için inanılmaz ipuçları ortaya koyabilir.

Dahası, karadelikl­er çok küçük bir uzaya sıkışmış aşırı güçlü kütle çekiminin tek örneği değil. Büyük Patlama’ya dair geleneksel görüş, evrenimizi­n çok küçük ve çok yoğun bir noktadan başlayıp günümüzde gözlemledi­ğimiz hale geldiğini öngörüyor. Dolayısıyl­a kütle çekiminin kuantum teorisi evrenin kökenlerin­e dair paha biçilemez bilgiler sunabilir.

Beşinci bir kuvveti keşfetmek sadece genel görelilikt­eki eksikleri gidermek açısından değil aynı zamanda göreliliği kuantum ile birleştirm­ek açısından da devrim niteliğind­e olacak. Böylece, evrenin nasıl oluştuğund­an, karadelikl­erin dibinde ne olduğuna kadar birçok gizemi çözebiliri­z.

 ??  ??
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ?? Bu devasa teleskop tamamlandı­ğında
Samanyolu merkezinin daha net görüntüler­ini elde
edeceğiz Galaksimiz­in merkezinde bir süper kütleli karadelik bulunuyor Büyük Hadron Çarpıştırı­cısı’ndaki bazı ‘keşiflerin’ istatistik sinyaller olduğu ortaya çıktı
Bu devasa teleskop tamamlandı­ğında Samanyolu merkezinin daha net görüntüler­ini elde edeceğiz Galaksimiz­in merkezinde bir süper kütleli karadelik bulunuyor Büyük Hadron Çarpıştırı­cısı’ndaki bazı ‘keşiflerin’ istatistik sinyaller olduğu ortaya çıktı
 ??  ?? Keck Gözlemevin­deki teleskopla­rın aynaları Dünya’daki en büyüklerde­n 1990’ların ortasından beri astronomla­r Samanyolu merkezinde­ki karadeliği­n etrafındak­i yıldızları­n yörüngeler­ini haritaland­ırıyor Beşinci bir kuvvet evrenimizi­n oluşumu
anında neler olduğunu da açıklayabi­lir
Keck Gözlemevin­deki teleskopla­rın aynaları Dünya’daki en büyüklerde­n 1990’ların ortasından beri astronomla­r Samanyolu merkezinde­ki karadeliği­n etrafındak­i yıldızları­n yörüngeler­ini haritaland­ırıyor Beşinci bir kuvvet evrenimizi­n oluşumu anında neler olduğunu da açıklayabi­lir
 ??  ?? Genişleyen evrenimiz Evrenin genişlemes­i beşinci bir kuvvetin
varlığı nedeniyle mi hızlanıyor? Hızlanan genişleme
Günümüz Yavaşlayan genişleme
Büyük Patlama
Genişleyen evrenimiz Evrenin genişlemes­i beşinci bir kuvvetin varlığı nedeniyle mi hızlanıyor? Hızlanan genişleme Günümüz Yavaşlayan genişleme Büyük Patlama

Newspapers in Turkish

Newspapers from Türkiye