EİNSTEİN’I AŞMAK / Seyfullah DEMİR

Görelilik Teorisi’nin yüzüncü yılı dolayısıyla “Dünya Fizik Yılı” ilan edilen 2005 yılında hâlâ Einstein’ın bıraktığı yerde sayılırız. Onun hayali, bilimin de en büyük gereksinimi olan bir birleşik alan teorisini oluşturamamışız hâlâ.

Bence bunun nedenlerinden en önemlisi bilimsel araştırma yaparken, felsefi düşünmemek ya da yanlış felsefeye sahip olmak. Einstein’ın (her ne kadar kesin nedenselliğe inandığı için, atomaltı parçacıkların davranışlarındaki doğal belirsizlikten kaynaklanan olasılı nedenselliğe bir türlü alışamayıp “Tanrı zar atmaz” dediyse de) “Bir önyargıyı yok etmek, bir atomu parçalamaktan zordur” ve Newton’un “Fizik, kendini metafizikten koru!” sözleri önemini günümüzde de koruyor. Bilim insanlarının bir kısmı da dâhil olmak üzere hâlâ açıklayamadıklarımız karşısında metafizik güçlere başvuruyoruz. Oysa her şeyin, hiç çözemesek bile, mutlaka bilimsel bir açıklaması vardır. Bilimsel yöntem, olayları metafizik güçlere başvurmadan açıklamaya çalışmaktır. Bunu ne kadar çabuk fark edersek o kadar çabuk gelişiriz.

Nedenlerden bir diğeri, bilimin ve büyük keşifler yapan bilim insanlarının tabu haline getirilerek sorgulatılmaması, bilimin tamama erdiği sanılıp, bilimin son bulgularının en son ve kesin bilgilermiş gibi kabul edilmesi, yeni bilimsel önerilere, yeniliklere karşı çıkılması ve insanların yaratıcılıklarının ve cesaretlerinin kırılıp yok edilmesi. Hiç kimse hatasız, eksiksiz, çelişkisiz ve mükemmel değildir. Hiçbir doğa yasası da tam olarak, birden keşfedilemez. Zaman içinde birkaç kişinin incelemesinden, yanlışlarını ve eksiklerini gidermesinden sonra gelişir, olgunlaşır ve yasa haline gelirler. Yasalar bile zamanla yanlış ve eksik oldukları anlaşılırsa değiştirilirler. Çünkü ilerleme daha çok yanlışları bulup kanıtlamakla olur. Bulduğumuz yanlışın yerine doğrusunu koymamız da şart değildir. Yani bir şeyin yanlış olduğunu bilebiliriz, fakat doğrusunu bilmeyebiliriz. Örneğin, Aristoteles’in yanlışları günümüze kadar gelmişse, bunun suçlusu o değil, onu sorgulatmayan ve sorgulamayanlarda. O, elinden geleni yapmış, zamanına göre en kapsamlı bilimsel araştırmayı yapmış ve büyük bir bilgi birikimini oluşturmuş; ama çabaları Ortaçağ karanlığına gömülmüş. Bize düşen de onu yerden yere vurmak değil, onun bilgilerini sorgulayıp düzeltmekti. Bilim insanları keşiflerini kendinden öncekilerin yanlış ve eksiklerini düzelterek yapmışlardır. Einstein’ın da düzeltmelerini düzeltmek bize düşüyor. Yanlışları ve eksikleri, onlara olan saygımızı eksiltecek değil. Onlar, elinde meşalelerle insanlığı n önünden gidenler. Onlar en büyük saygıyı hak edenler.

Einstein’ın keşiflerinin çoğu önceden keşfedilmiş zaten. Evrimin doğal bir sonucu olarak keşifler birkaç kişi tarafından aynı zamanlarda yapılıyor ve keşfedilenlerin anlam ve önemi daha sonradan anlaşılıyor genellikle. Einstein’ında da diğerleri gibi yaptığı, bu keşifleri sorgulayıp birleştirerek bunlara “E=mc2” eklemek oldu. Bu keşifler, aralarındaki bağlantılar kurulup birleştirilince, insanların evrene ve dünyaya bakışlarını değiştirdi. Bu denklemin kendisi küçük, ama (belki de Einstein’ın kendisinin bile tam olarak anlayamadığı) anlamı çok büyük. Bunun anlamı; evrendeki madde saf kütlesiz enerjiden oluşmuş. Peki enerji neden oluşmuş? Enerji de maddeden oluşmuş. Madde, enerjinin bir şeklidir yalnızca ve enerjinin iş yapma yeteneği hiç bitmez, korunur. Yani, şu gördüğümüz haliyle ezeli ve ebedi değildir evren. Evrendeki her şey sürekli bir hareket halinde kendini yeniler durur. Atomaltı parçacıklardan evrenin kendisine kadar her şey bir canlı gibi doğar yaşar ve ölür. Evren yalnızca kendisini ve kendi bilimsel doğa yasalarını içerir.

İnsanlık ve bilim, evrenin yaşına kıyasla daha çok yeni. Bizler bilim ve teknolojinin patladığı çağlarda yaşıyoruz. Kendimizi teknoloji sarhoşluğuna kaptırıp bilimi bir kenara atmış gibiyiz. Oysa daha, yanlış bildiğimiz ve bilmediğimiz çok şey var ve bizim bu keşifleri yapma şansımız ve sorumluluğumuz var. Kendini aşan neleri, kimleri aşmaz ki. Kendimize güvenip sorgulayalım bilimi, bir çocuk saflığı ve bir deli cesaretiyle; küstahlıkla, şarlatanlıkla suçlanmaya, küçümsenmeye, alay edilmeye aldırmadan. Doğruları görebilen çoğunluk değil, azınlıktır. Yani bütün dünya yanlış, bir tek sen doğru olabilirsin; Demokritos, Galileo, Einstein ve daha niceleri gibi. Einstein’ında “Benim özel bir yeteneğim yok. Yalnızca fazla meraklıyım” dediği gibi, ihtiyacımız olan, korkulardan ve zincirlerden arınmış özgür bir zihin ve merak yalnızca. Keşfedilmeyi bekleyen bilinmeyenler, gözlemlediğimiz, okuduğumuz yerlerde bize el sallıyorlar, bir adada mahsur kalmış, kurtarılmayı bekleyenler gibi. Bizse onları göremiyoruz, gözündeki gözlüğü arayanlar gibi.

Nilufer Tekin/Zonguldak

BİLİM ve TEKNİK Ocak 2006

YUNUSLAR İNSANLAR KADAR ZEKİ OLABİLİR Mİ? / Seyfullah DEMİR

Yunuslar insanlar kadar zekilerse onlarla biraz daha farklı bir iletişim kurmamız gerekmez mi? Bu sorular oldukça önemli bir toplantıda tartışıldı: Amerikan Bilimi Geliştirme Derneği’nin (American Association for the Advancement of Science) yıllık toplantısında. Konu başlıklarından biri yunusların zekâsının etik ve politik etkileri idi.

En baştan başlayalım: Yunuslar ne kadar zeki? Araştırmacılar bu soruyu yaklaşık 30 yıldır araştırıyor. Ya sonuç: Azımsanmayacak kadar zekiler. Hatta, panelistlerden Emory Üniversitesi deniz memelileri sinir anatomisi uzmanı Lori Marino’ya göre, onlar Dünya’daki en zeki ikinci yaratık sayılabilirler.

Marino bu düşüncesini yunus beyni üzerinde yapılan çalışmalara dayandırıyor. İngilizlerin şişe burunlu olarak adlandırdığı, iri burunlu yunuslar insanlardan yaklaşık 300 gram daha büyük bir beyne sahipler. (Hatırlayalım: İnsan beyni ortalama 1300 gr.). Beyin ağırlığı vücut ağırlığı kıyaslaması ise insanınki kadar iyi olmasa da dev maymunlarınkinden daha iyi.

Ayrıca bu düşünceyi destekleyen tek konu büyüklük değil. Yunuslar aynı zamanda çok karmaşık neokortekse (beyinde problem çözme, farkındalık vb. zekâ belirtileri ile ilgili bir birim) sahipler. Ek olarak araştırmacılar yunuslarda Von Economo sinir hücreleri denilen hücreler de buldular. Bu hücreler insan ve maymunlarda duygular ve sosyal algılamalar ile bağlantısı olduğu bilinen hücre gruplarıdır. “Sonuç olarak yunusların beyinleri insanlarınkinden pek de basit sayılamazlar” diyor Marino.

“Yunusların zekâlarını kullanarak yaptıkları şeyler inanılmaz etkileyici.” diyor Bilişsel Psikoloji Uzmanı Diana Reiss ve yunusların çok hızlı yapabildiği davranışlara dikkat çekiyor.

Reiss, vaktinin çok büyük kısmını akvaryumlardaki yunuslar üzerine çalışarak geçiriyor ve onların sosyal zekâlarının, büyük maymunlara rakip olacak düzeyde olduğunu söylüyor. Mesela yunuslar aynada kendilerini tanıyabiliyorlar. Bu, birçok hayvanın başarılı olamadığı bir özellik. Ayrıca insanların sergilediği karmaşık mimiksel anlatımları anlayabiliyorlar. Ya da özel su altı klavyesindeki tuşlara basarak oyuncak istemeyi öğrenebiliyorlar. “Öğrenme biçimleri küçük çocuklarda gördüğümüz biçimlere çok benziyor” diyor Reiss.

Mademki yunuslar insanlara bu kadar benziyor, onlara insanlara davrandığımız gibi davranmamız gerekmez mi? Mesela, onları hayvanat bahçelerinde ya da akvaryumlarda esir etme konusunu tekrar düşünmemiz gerekmez mi? “Yunusların tüm bu şaşırtıcı özelliklerini düşününce, onları esaret altına almamız hiç de etik değil” diyor Marino ve ekliyor: Doğal ortamlarında yaşayan yunuslar yaklaşık 100 kilometrekarelik bir alanı kendilerine yerleşim yeri olarak seçebilirken, esaret altında olanlar bunun sadece milyonda biri kadar bir alana mahkûm oluyorlar.

Daha da üzücü örnekler de verilebilir. Reiss, dünyanın çeşitli bölgelerindeki yunus katliamlarına dikkat çekiyor ve Japonya’daki Taiji kasabasında çekilmiş bir videoda yunusların nasıl katledildiğini gösteriyor. Videoda suyun tamamen kırmızıya boyandığını görmek bile bu vahşeti anlamaya yetiyor. “Bilim insanları artık yunusların nasıl düşündüğünü ve hissettiğini biliyorlar. Elde ettikleri verileri kullanarak insanları da yunuslara karşı daha özenli davranmaya sevk edecek çalışmalar yapmalılar. Zaten bu seneki toplantının önemli konularından biri de bu. Bizim bilimsel çalışmalarımız ve elde ettiğimiz veriler uluslararası politika ve etik çalışmalarını yönlendirmekte kullanılmalı.” diyor Reis ve konuşmasını şöyle tamamlıyor: “Bilimsel gerçekler ve yönlendirmeler coğrafi sınırları aşmalı.”

Son olarak Loyola Marymount Üniversitesi’nden filozof Thomas White, yunusların insana benzeyen canlılar olarak düşünülmesi yanlış, onlar doğrudan insan olarak düşünülmeli diyor. Çünkü yunuslar felsefecilerin tanımlarına göre insan olmak için gereken özelliklerin çoğuna sahipler. Canlı olmaları, çevrelerinin farkına varmaları ve duygulara sahip olmalarının yanı sıra, kişilik sahibi olmaları, kendini kontrol etme davranışları sergilemeleri ve başkalarına da etik denilebilecek şekilde davranmaları onlara insan diyebilmek için yeterlidir diyor filozof White. Bu özelliklerin hepsini bir arada bulabileceğiniz diğer tek canlı insan.

Yunus Can Esmeroğlu

Bilim ve Teknik Nisan 2010

EVREN DEV BİR BİLGİSAYAR MI? / Seyfullah DEMİR

İnsanoğlu yüzyıllardır doğayı ve evreni,  arka planda işleyen ve matematik denklemlerine dayanan yasaları ortaya çıkararak anlamaya çalışıyor. Bilgisayar çağı da denilen bilgi çağında ise artık şunları sorguluyoruz: Evren aslında bir bilgisayar çıktısı mı? Bütün hareket ve etkileşimler matematik denklemlerinin ötesinde, 0’lardan ve 1’lerden oluşan bilgi parçaları mı?

Bu sorular size Matrix filmini anımsatabilir. Hemen belirtelim, bu yazı ne Matrix kadar felsefi olacak ne de okumayı bitirdiğinizde gerçeği görmenize engel olan perdenin kalktığını hissedeceksiniz. Size, mavi ile kırmızı hap arasında seçim yapması ve kırmızı hapı içmesi durumunda yaşadığı dünya hakkındaki gerçeği öğreneceği teminatı verilen Neo’ya verildiği gibi bir teminat da verilmiyor. Ama yukarıdaki soruların, felsefi tartışmalara ve bilim kurgu filmlerine konu teşkil etmenin ötesinde kuramsal fizik ve bilgisayar bilimlerinde nasıl ele alındığını merak ediyorsanız, doğru yerdesiniz. Matrix’teki Morpheous karakterinin dediği gibi “Her şey bir tercih ile başlar”. Yazıya devam edip etmemek arasında seçim sizin.

Evrenin dev bir bilgisayar olabileceği fikri 1940’lı yıllarda ilk programlanabilir bilgisayarı icat eden Konrad Zuse tarafından ortaya atılmış. Başta garipsenen bu fikir sonraları Edward Frenkin, Leonard Suskind, Stephen Wolfram, Gerard’t Hooft, Juergen Schmidhuber, Seth Lloyd gibi birçok bilim insanı ve felsefeci tarafından kabul görmüş. İşin ilginç tarafı “evren bir bilgisayar gibi işliyor”, kendi vücudumuzdan elimizde tuttuğumuz kitaba kadar her şey aslında bir bilgisayar imülasyonudur” gibi önermelere deneysel destek olarak fizik yasaları gösteriliyor. “Fiziğin temelleri ile dijital bilgisayarlar arasındaki uyum, evrenin bilgisayar mantığıyla çalıştığını ve fiziğin dijital olduğunu gösterir” deniyor. Tabii “evren dev bir bilgisayardır” kabulünü, “kayıt edilen bilgi nasıl tanımlanıyor, nerede kaydediliyor” gibi sorular takip ediyor. En az bu sorular kadar ilginç bir başka soruyu Matrix’te Morpheous Neo’ya yöneltmişti:

“Gerçek olduğundan emin olduğun bir rüya gördün mü hiç? Ya bu rüyadan uyanmak mümkün olmasaydı? Rüya ile gerçek dünya arasındaki farkı nasıl bilecektin?”

Bilgisayar bilimciler de kendilerine benzer sorular soruyor ve gerçekle örtüşen simülasyonlar geliştirmeye çalışıyor. Bu tür simülasyonlar için kullanılan modeller henüz emekleme aşamasında olsa da her geçen gün gerçeğe daha da çok yaklaşıyor. Evrendeki olguların ve doğa olaylarının, gerçeklerine çok yakın olarak simüle edilebilmesi evrenin bir simülasyon olduğuna işaret eder, fikrine katılır mısınız?

Evren Dijital mi Analog mu?

Evren bir bilgisayardır fikrinin savunucularına göre “bilgisayarların çalışma ilkesi doğa yasalarına dayanıyor” cümlesi tersten de okunabilir. Bu ise doğa yasalarının bilgisayarın çalışma mantığı üzerine kurulduğunu gösterir. Fiziğin temelinde kuantum mekaniği olduğuna göre kuantum fiziğindeki kavram ve olguları bilgisayar kavramlarıyla karşılaştırarak evrenin bilgisayar gibi işleyip işlemediği ortaya çıkarılabilir. Evren, içinde Pentium işlemci olan elektronik bir bilgisayar değilse de arka planında kuantum elektrodinamiğinin işlediğini biliyoruz.

Öyle ise evrenin yapısının analog mu dijital mi olduğunu tespit etmek için kuantum fiziğinin dijital mi analog mu olduğuna bakabiliriz. Analog veri televizyon, ses vb. dalgalarının elektrik sinyaline dönüştürülmesiyle oluşur. Oluşan elektrik sinyali genliği değişen ama süreklilik arz eden bir dalga formatındadır. Dijital veride ise sinyal sürekli değil. Var/yok ya da doğru/yanlış mesajlarına karşılık gelen, ikilik sayı sistemine dayalı 1’lerden ve 0’lardan oluşan kesikli bir yapıya sahiptir. Yani analog süreklilik, dijital kesiklilik ile ilişkilendirilebilir.

Temelinde bilgisayar gibi işleyen bir evrende yaşadığımıza kanıt olarak, sürekli görülen fiziksel olaylara kuantum mekaniksel düzeyde baktığımızda kesikli bir yapıya sahip olduklarını fark etmemiz gösteriliyor. Yani kuantum fiziğinin dijital bir yapısı var. Kuantum mekaniğine göre hareket ve enerji sürekli değil, kesikli. Parçacıklar, kuantum durumları denen belli durumlarda bulunabiliyor ve parçacığın bir kuantum durumundan diğerine geçebilmesi için de enerji paketçikler halinde taşınıyor. İnsan ölçeğindeki olaylarda, örneğin bir topun hareketinde, değişik enerji sevileri arasındaki uzaklık gözümüzle fark edemeyeceğimiz kadar küçük olduğu, bir diğer deyişle enerji seviyeleri birbirine çok ama çok yakın olduğu için kesikliliği fark edemiyoruz.

Temelinde kesikli olan olayları sürekli algılamamız tabii ki duyularımızla da ilgili. Sinema perdesinde 1 saniye içinde geçen 60 film karesinin ya da saniyede 120 kez yanıp sönen bir ampulün sürekli olduğu izlenimi, beynimizin art arda gelen anlık görüntüleri sürekliymiş gibi algılamasından kaynaklanıyor.

MIT profesörlerinden Edward Fredkin “bir zamanlar sıvı akışının kesintisiz olduğu düşünüldü, elektrik akımı sürekli bir akım gibi algılandı, şimdi ise maddenin yapısının kesikli olduğunu biliyor, elektrik akımını elektronların hareketiyle anlatıyoruz” diyor. Bilim tarihi boyunca sürekli olduğu zannedilen olguların aslında süreksiz olduğu ortaya çıktı. Atom fiziğindeki alan kavramının yerini bozon kavramına bırakması belki de bunun en uç örneklerinden biri.

Fizik yasalarının Konrad Zuse’un bilgisayarında olduğu gibi belirlenimci (deterministik) bir algoritma ile hesaplanabilmesi simüle edilmiş bir gerçeklikte yaşadığımızın kanıtı olarak sunulsa da fizik yasalarının belirlenimci olduğunu söyleyemeyiz. Kuantum fiziğinin doğası bilgisayar mantığı ile uyumlu. Bu ise fiziği dijital, evreni hesaplanabilir kılıyor. Ancak bir parçacığın konumunu ya da momentumunu hiçbir zaman tam bir kesinlikle bilemeyeceğimizi söyleyen Heisenberg’in belirsizlik ilkesi ve birbiriyle ilişkili olayların birbirine etkisinin matematiksel sınırlarını veren Bell eşitsizliği hesaplanabilirliğe kısıtlama getiriyor. Ayrıca kesikli enerji düzeyleri örneğinde olduğu gibi, dijital olgular içeren kuantum fiziği bir parçacığın aynı anda birkaç yerde bulunabilmesi, dalga boyu gibi analog olgular da içeriyor.

Evrendeki Dinamik Bilgi

Kuramsal fizikçi Leonard Suskind’e göre kuantum kuramı, her bir kuantum durumunun bir bilgiye karşılık geldiği bir bilgi kuramı. Suskind’in bilgi ile kuantum durumlarını eşleştirmesi bilgiyi “farklılık” olarak tanımlıyor olmasından kaynaklanıyor. Ancak bu tanımlama kişisel bir tercih değil. Hidrojen atomunu oksijen atomundan ayıran, içerdikleri bilgilerin farklı olması; bu da kuantum durumlarındaki farklılıktan kaynaklanıyor. Kuantum durumlarının hesaplanabilirliği ve matematiksel olarak temsili ise fiziksel gerçekliğin bilgisayar gibi işlediğini gösteriyor. Bu mantıktan hareketle evrendeki her cismin her farklı durumu bilgisayar dilindeki bir bit olarak düşünülebilir. Kuantum bilgisayarlar üzerine yaptığı çalışmalarla bilinen ve Matrix’in bilimsel danışmanı Seth Lyold bu konuda elektronun spini örneğini veriyor. Kuantum mekaniğine özgü bir özellik olan ve kuantum parçacığına manyetik kimlik kazandıran spin, vektörel bir nicelik. Yani büyüklüğünün yanı sıra yönü de var. Lyold evrendeki bir elektronun spini yön değiştirince, bilgisayarda bir bitin 1 den 0’a dönüşmesi gibi, evrende ufacık bir bilginin değiştiğini belirtiyor. Var olan her parçacığı, kuarkı, elektronu, cismi ve her birindeki olası bilgi değişimlerini göz önüne aldığımızda, evren basit bir bilgisayar olmamalı diye düşünüyoruz. Bilginin statik değil dinamik olması, bizi yine evren dev bir bilgisayar olsa da yazılımı Konrad Zuse’un bilgisayarındaki kadar basit olamaz, sonucuna götürüyor. Evrendeki kayıtlı bilginin dinamik olduğunu gösteren en çarpıcı örneklerden biri DNA’mız. Göz rengimizden karakterimize ve hatta duygularımıza kadar tüm özelliklerimizin kayıtlı olduğu DNA çevresel faktörlerle değişime uğruyor. Evrendeki bilgiler dijitaldir tezini savunanların, bu değişimlerin 0’lar ve 1’lerle nasıl ifade edilebileceği sorusuna cevap verebilmesi beklenir. Evrenin ikilik sayı sistemi üzerine kurulu bir bilgisayar gibi işleyecek kadar basit olamayacağını savunan felsefecilerin en büyük delili, henüz duygularımızı simüle eden bir bilgisayarın yapılamamış olması.

Holografik Evren

Bir kuantum sisteminin alabileceği kuantum durumlarının sayısına işaret eden entropi, bir fiziksel sistemin içerdiği bilgiyle yakından ilişkilendirilen bir kavram. Sistemin alabileceği maksimum entropi ile sahip olduğu entropi arasındaki fark, doğrudan sistemin bilgisine karşılık geliyor. Bir sistemin bulunabildiği kuantum durumu sayısı ne kadar fazla ise o kadar fazla bilgi içeriyor diyebiliriz. Modern fiziğin kuantum mekaniği ile klasik fiziğin genel göreliliğini kullanarak karadeliklerin entropisini hesaplayan Stephen Hawking 1970’lerde karadeliklerde bilginin kaybolduğunu öne sürdü. Hawking kuantum denklemlerini kullanmıştı ve hesapları doğru idi. Ama sonuç korunum yasalarını ihlal ettiği için kabul edilemezdi. Fizikçilerin “bilgi paradoksu” olarak adlandırdığı bu bilmecenin çözümü Gerald’t Hooft’un 1990’larda holografik ilkeyi bulmasına kadar devam etti. Hooft baştan beri bilgi paradoksunun Planck ölçeğinin (10-35 metre) ötesinde, bilinmeyen fizik yasalarına işaret ettiğini söylüyor ve anlaşılmaz sonucun Hawking’in yarı klasik yaklaşımından kaynaklanmış olabileceğini belirtiyordu.

Karadelik, yakıtını tüketmiş çok büyük kütleli bir yıldızın süpernova patlamasının ardından kendi üzerine çökmesi ile oluşuyordu. Yıldız sonuçta tekillik denen, sonsuz yoğunluklu sıfır hacimli bir noktada toplanıyordu. Kütleçekimi öyle kuvvetleniyordu ki çevresindeki tüm maddeyi hatta ışığı yutuyordu. Karadelik maddeyi yuttukça kuantum durum sayısı artıyor  dolayısıyla  entropisi artıyordu. Karadeliğin çapı ne kadar büyük ise entropisi o kadar fazlaydı. Ancak Hawking bir karadeliğin sıcaklığı olduğuna göre ışıma yapması ve bu ışıma yoluyla yuttuğu maddeyi kusması ve kütlesini yavaş yavaş kaybetmesi gerektiğini öne sürdü. Karadelik ışıma yapa yapa er geç buharlaşıp yok olacak ve geriye sadece ışıma bulutu kalacaktı. Hawking’in hesaplarına göre başlangıçta karadelik neyi yutmuş olursa olsun, sonuçta oluşan ışıma bulutu aynı oluyor yani bu buluttan karadeliğin yok olmadan önceki kuantum durum bilgisine ulaşılamıyordu. Bu ise korunum yasalarına tersti. Karadelikler ve holografik ilke üzerine çalışan bilim insanlarından Raphael Bousso, Hawking ışımasından karadeliğin bilgisine ulaşmayı, trafikte kaza yerini inceleyerek ve yerdeki lastik izlerine, araçlardaki hasara bakarak çarpışmanın nasıl gerçekleştiğine dair ipuçları elde etmeye benzetiyor. Hawking’in iddiasına göre ise çarpışan kamyon, araba, tır ne olursa olsun, çarpışma nasıl gerçekleşirse gerçekleşsin yerdeki izler ve araçtaki hasarlar hep aynı. Yani bilgi kayboluyor ve görevli memurlar hiçbir zaman hatalı olanı bulamıyor.

Paradoksun çözümü kuantum alan kuramı üzerine çalışan Gerard‘t Hooft’tan geldi. Tekilliğin çevresinde ışığın bile kütle çekiminden kaçamadığı bölgeye karadelik, bu bölgenin alanına ise olay ufku deniyor. Hooft karadelikteki tüm bilginin olay ufkunda kaydedildiğini öne sürdü. Yani üç boyutlu karadeliğin bilgisi iki boyutlu yüzeyde saklanıyordu. Karadeliğin hacmi ne kadar büyük ise o kadar fazla bilgi depolayabiliyor, ancak hacmi çevreleyen yüzey alanı depolanabilecek bilgiye sınır getiriyordu. Fotoğraf tekniklerinden olan holografide de aynı ilke geçerli. Lazer ışığı kullanılarak üç boyutlu cismin bilgisi iki boyutlu film yüzeyine kaydediliyor, sonra film lazerle aydınlatılınca cismin üç boyutlu görüntüsü elde ediliyor. Fotoğraf filminde bir piksele ne kadar fazla bilgi yüklendiyse ortaya çıkan görüntü o kadar gerçeğe yakın oluyor. Peki evrende bir pikselin karşılığı var mı? Bilim insanları bunun fiziksel olarak anlamlı en küçük alan olan Planck alanı olduğunu söylüyor ve 4 Planck’lık alana en fazla 1 bitlik bilgi girişinin yapılabileceğini belirtiyor.

Peki evren, içindeki tüm bilginin kayıtlı olduğu bir olay ufkuna sahip mi? Bu konuda çalışan bir bilim insanı olan Raphael Bousso, evreni içi dışına çıkmış bir karadeliğe benzetiyor. Evren ivmelenen bir hızla genişlediği için gökadalar bizden hızla uzaklaşıyor. Daha uzaktaki gökadalar daha büyük bir hızla uzaklaştıkları için belli bir uzaklıktan ötedeki gökadaları göremiyoruz. Işığın karadeliğin çekiminden kurtulup bize ulaşamaması gibi, genişleyen evrenin uzak noktalarındaki ışık da bize ulaşamıyor. Bousso evreni bir hologram gibi düşünüp ne kadar bilginin kayıtlı olduğunu hesaplayabileceğimizi belirtiyor. Bunun için evrenin geçmişine bakılmalı, Büyük Patlama’dan bu yana her yönden bize ulaşabilen ışık ışınlarının oluşturduğu alan tespit edilmeli ve bu alanın kaç Planck birimlik olduğu hesaplanmalı.

Basit Algoritmalardan Karmaşık Doğa Olayları Simüle Edilebilir mi?

Üç boyutlu koca evrenin bilgisinin iki boyutlu bir alana sığabileceği fikrine başta şüphe ile yaklaşılabilir. Ancak Planck uzunluğunun 1 metrenin on milyar × milyar × milyar × milyarda biri olması bunu mümkün kılıyor. Evreni, kenarı Planck uzunluğu kadar olan alanlara (hücrelere) bölerek modelleme fikri bir bilgisayar mühendisine hücresel otomat modelleri anımsatabilir. Mathematica adlı bilgisayar programının geliştiricisi Stephen Wolfram bu benzerliği farklı açıdan gören ve hücresel otomat modeli doğa yasalarına uygulayan bir bilim insanı. Wolfram uzay-zamanın birbiriyle ilişkili küçük alanlara bölündüğü bir modelleme yapıyor. Her bir hücredeki bilgi o hücreyi çevreleyen diğer hücrelerdeki bilgiye göre şekilleniyor. Diğer bir deyişle, bir hücreye 1 veya 0 olarak girilecek değer, komşu hücrelerin çıktılarına bağlı. Bir boyutlu bir modelde her hücrenin 2, 2 boyutlu bir modelde ise 8 komşusu var. Tabii hücrenin hangi durumda 1, hangi durumda 0 değerini alacağı, belirlenen komut dizisine bağlı. Her bir hücrenin üç komşusunun olduğu Wolfram’ın 110 kuralında, her bir komşu iki farklı (1 veya 0) değer alabiliyor. Komşu hücrelerin üçünün de 1 değerini aldığı 111 kombinasyonunda merkez hücreye 0 değeri giriliyor. Komşular toplam sekiz (2×2×2) farklı kombinasyonda bulunabiliyor; her bir durum için merkez hücrenin alacağı değer de belli. Sekiz farklı kombinasyon da 2⁸= 256 tane hücresel otomata karşılık geliyor. 110 kuralının hesabı evrensel. Asıl önemlisi, her türlü matematiksel hesabı yapan evrensel bir bilgisayar olarak tasarlanan Turing makinesinin 110 kuralıyla simüle edilebileceği belirtiliyor. Karmaşık hesapların Turing makinesiyle ve hücresel otomat modellerde olduğu gibi belirli bir komut dizisiyle yapılabilmesi, evreni dev bir bilgisayar olarak değerlendiren bilim insanlarının çok da boş bir iddia peşinde koşmadığı izlenimini veriyor.

110 kuralıyla, kendini tekrarlamayan ama tamamen de rastgele olmayan örüntüler oluşturulabiliyor. Doğa olaylarını simüle edebilmek için hücresel otomat modelleri kullanan bilim insanlarından matematikçi John Horton Conway’in geliştirdiği “Hayat Oyunu” isimli program, mikroorganizma gibi yapılar üretiyor. Stephen Wolfram’ın geliştirdiği bir model ise kar tanelerini modelleyebiliyor.

Evrende Kaç Bit Bilgi Var?

Evrenin bir bilgisayar olduğunu kabul edersek ister istemez, elektronlardan gök cisimlerine, mikroorganizmalardan kar tanelerine her fiziksel sistemin içerdiği bilgi evrende bir şekilde kaydediliyor, demek durumunda kalıyoruz. Sistem zaman içinde ister değişsin ve gelişsin ister eski konum ve durumunu koruyup hiçbir iş yapmadan öylece dursun, bilgi içeriyor ve evrende tüm bu bilgiler bir şekilde işleniyor olmalı. Kompleks sistemler, bilgi ve kuantum bilgisayarlar üzerine çalışan Seth Lloyd’a göre bu yaklaşım gayet makul, zira bilgisayarlar da çoğu zaman beklemede, hiçbir iş yapmadan masalarımızda oturuyor. Evrende var olan bütün enerjiyi ve maddeyi kullanacak kadar güçlü bir bilgisayar yapmak istesek, ne kadarlık bilgi işleyen bir bilgisayar yapmamız gerekir? Lyold’un evrende şu an var olan 10⁹⁰  parçacığı göz önüne alarak yaptığı hesaba göre, cevap 10¹²⁰.

Evrende işlenen bilgiye karşılık gelen sayının çok çok daha büyük bir sayı olmasını beklerdik. İsterseniz Seth Lloyd’un hesabına kısaca bir göz atalım. Örneğin her bir atomu 1 bitlik bilgi olarak düşünürsek, Avogadro sayısı kadar atom içeren bir maddede yaklaşık 10²⁴bit bilgi var demek olur. Ancak söz konusu atom sistemi olduğu için, bu bilginin sistemin entropisi ile değişeceğini göz önüne almamız gerekir. Bir kiloluk bir madde en fazla ne kadar bilgi taşır? En fazla bilgiyi, elimizdeki madde bir ateş topuna dönüştüğünde, daha bilimsel bir ifadeyle entropisi en yüksek değerini aldığında taşıyacaktır. Bu enerjiyi hesaplamak kolay. E=mc²  formülünü kullanırsak bir kilo için 10¹⁷  Joule’lük enerji buluruz. Bu enerjinin saniyede ne kadarlık işleme karşılık geleceğini hesaplayan Lloyd bunun Planck sabiti başına 10¹⁷ Joule olduğunu buluyor. Böyle bir sistemin alabileceği kuantum durum sayısından ise sistemde kaç bitlik bilginin tutulabileceği hesap ediliyor ki bu da 10³⁰ bite karşılık geliyor.

Benzer işlemi evrene uygulayabilmek için iki bilgiye daha ihtiyaç var. Biri evrenin kütle yoğunluğu, diğeri ise evrenin yaşı. Metreküp başına bir hidrojen atomuna denk gelen kütle yoğunluğundan toplam enerjiyi ve bu enerjinin Planck sabitine bölünmesinden evren için saniyedeki işlem sayısını bulabiliriz. Sonucu, evrenin yaşı olan 13,7 milyar yıl ile çarptığımızda ise evrenin başlangıcından beri yapılan işlem sayısını buluruz. Sonuç 10¹²⁰.

Bu yöntem, evren fazlaca basite indirgenmiş gibi görünse de bilimsel. Zira evrenin gözlemciler tarafından anlaşılabilir olduğunu düşünen bilim insanları, kompleks olguları mümkün olan en basit açıklama yoluyla anlamaya çalışıyor. Söz konusu olan, evrenin bir bilgisayar olup olamayacağını, dev bir bilgisayar ise işletim sisteminin nasıl olduğunu ortaya çıkarmak gibi zor bir araştırma olsa da durum değişmiyor. Evrenin beklenmedik bir şekilde homojen yapıda ve düşük entropiden yana olmasının, hesapları kolaylaştıran etmenlerin başında geldiğini de belirtmeden geçmeyelim. En önemlisi ise evren bilgisayarının bildiğimiz bilgisayarlardan çok daha sağlam oluşu. Düşünsenize, 13,7 milyar yıldır ne bir virüs bulaşmış, ne de bazı programlar çalışmaz hale gelip bilgisayarın çökmesine yol açmış.

Bilim Teknik Dergisi Aralık 2011

Kaynaklar

Lloyd, S., “Ultimate Physical Limits to Computation”,

Nature, Sayı 406, s. 1047-1054, Ağustos 2000.

World Science Festival 2011, Rebooting the Cosmos: Is

the Universe the Ultimate Computer?

World Science Festival 2011, a Thin Sheet of Reality:

The Universe As a Hologram

http://edge.org/conversation/the-computationaluniverse: Seth Lloyd ile Hesaplanabilir Evren üzerine Röportaj

GENEL GÖRELİLİK KURAMINDAN KUASARLARA / Seyfullah DEMİR

EPFL astrofizik laboratuvarında ilk defa Dünya ile uzak bir gökada arasına yerleşmiş ve kütleçekimsel mercek görevi gören bir kuasar keşfedildi.

Einstein’ın genel görelilik kuramına göre, büyük kütleli bir cisim (büyük gökadalar ya da yıldız kümeleri gibi) Dünya ile bir gökadanın arasına girerse, bu gökadadan gelen ışık kırınıma uğrar. Başka bir deyişle gökadanın ışığı büyük kütleli cismin yanından geçerken onun kütleçekimine girmiş gibi davranır ve ışıkta sapmalar olur. Burada gökadadan gelen ışığın kırılmasına sebep olan gökcismi mercek görevi görür ve bu olay kütleçekimsel merceklenme olarak adlandırılır.

Bu yöntemle gökcisimlerinin kütlelerinin yani madde yoğunluğunun ölçülebileceği düşüncesi ilk olarak 1936 yılında ortaya atıldı ve 1979 yılında ilk gözlem yapıldı. Kuasardan gelen ışığın bir gökada tarafından kırınıma uğraması sonucu yeni kuasarlar keşfedildi ve gökadalar hakkında bilgi toplandı. Ancak tersi durum, yani gökadadan gelen ışığın kuasar tarafından kırınıma uğratılmasının keşfi ilk defa 16 Temmuz 2010’da oldu.

Kuasarlar gökadaların merkezinde olduğu düşünülen ve büyük kütleli karadelik içeren, çok parlak gökcisimleridir. Tek bir kuasar, yüz milyarlarca yıldız içeren bir gökadanın tamamından 1000 kat parlak olabilir. Bu kadar parlak olmaları gözlemlenmelerini zorlaştırır. EPFL laboratuvarından Frédéric Courbin kuasarları gözlemlemeyi, geceleyin farlarına bakarak bir otomobilin rengini ayırt etmeye benzetiyor.

Kütleçekimsel merceklenme, kuasarların gözlemlenmesindeki bu zorluğu ortadan kaldırıyor. Böylece kuasar içeren bir gökadanın ağırlığı, madde yoğunluğu ve hatta karanlık madde hakkında bilgi toplanabilecek. Kütleçekimsel mercek gibi davranan gök cisimlerini bulabilmek için, araştırmacılar SLOAN Dijital Gökyüzü İnceleme Veritabanını (SDSS) incelemiş. Gökyüzünün çeyreğinden fazlasının 3 boyutlu haritasını ve 1 milyon gökada, 120.000’in üzerinde kuasar içeren bu veritabanından 23.000 kuasarı örnek olarak almışlar. İçlerinden 4’ünün kütleçekimsel mercek gibi davrandığını tespit etmişler. Bu 4 kuasardan Dünya’dan 1,6 milyar ışık yılı uzakta olan birini de Hawaii’deki Keck Teleskobu’yla gözlemleyerek kuasarın 7,5 milyar ışık yılı uzaktaki bir gökadanın ışığını saptırdığını fark etmişler. EPFL ekibinin başkanı böyle bir sonuç almaktan çok mutlu olduklarını, böylece kuasarlar ve gökada oluşumu hakkında daha çok bilgi edinebileceğimizi söylüyor.

Bilim Teknik Ağustos 2010

KARŞI-MADDE/ EVRENDE PEK VAROLMAYAN İKİZİMİZ / Seyfullah DEMİR

Maddenin zamanda ters ilerleyen ikizi olarak yorumlar Richard Feynman karşı-maddeyi. Parçacık fiziği diyagramlarında karşı-maddenin zaman oku ters yöne çizilir. Fizikçilere hesaplama kolaylığı getirdiğinden olsa gerek, çabuk benimsenmiştir bu yorum. Hâlbuki zamanın okunu ters çizmek kolay, ama anlaması zordur.

Paul Dirac, 24 yaşında Cambridge Üniversitesi’nde bitirdiği doktora teziyle kuantum fiziği dünyasının matematiksel yapısını değiştirmişti bile. 26 yaşında, geliştirdiği denklemlerden elektronun artı yüklü bir ikizi, yani karşı-maddesi (antimaddesi) olması gerektiği sonucuna vardı. Parçacığın ismini pozitron koyan Dirac’ın doğrulanması sadece dört yıl alacaktı. 1932’de 27 yaşında bir Amerikalı olan Carl Anderson, Caltech’te pozitron parçacıklarını kozmik ışınlarda keşfetti ve insanlığın karşı-madde ile olan ilginç serüveni başladı. Keşifleri nedeniyle Dirac 1933 yılında, Anderson ise 1936’da Nobel Ödülü’nü aldıklarında henüz 31 yaşındaydılar.

Karşı-madde, maddenin zıt elektrik yükü taşıyan ikizi. Yukarıda bahsettiğimiz gibi eksi yüklü elektronun karşı-maddesi, onunla aynı kütleye sahip olan fakat artı yük taşıyan ters ikizi yani, pozitron. Elektron ve pozitron örneği özel çünkü elektronun karşımaddesinin kendi ismi var. Pozitronlarla, sağlık alanında özellikle onkolojide tümörlerin tanısında kullanılan PET yani pozitron emisyon tomografisi sayesinde bir tanışıklığımız var. Diğer parçacıkların karşımadde ikizlerinin isimleri ise karşı kelimesiyle birleştirilerek veriliyor. Mesela protonun karşı-maddesi, karşı-proton. Artı yüklü protonla aynı kütleye sahip olan karşı-proton ise eksi yüklü. En basit karşı-atom ise bir karşı-hidrojen atomu: bir karşı-protonun yörüngesinde dönen bir pozitrondan ibaret. Diğer tüm elementlerin de karşı-maddesi olduğunu düşünerek hayalinizde karşı-maddeden yapılmış bir dünya hatta evren kurmak serbest… ama acaba gerçekçi mi?

Karşı-madde ilk keşfedildiği 1932 yılında değil, 2000 yılında, Dan Brown’ın CERN kurgusu üzerine yazdığı romanı Melekler ve Şeytanlar’la meşhur oldu. Arada geçen yaklaşık 70 yılda, çok araştırılmış, tartışılmış fakat bir türlü tüm sırlarını vermemişti insanlığa. CERN’de kitapta bahsedilen NASA’nın X-33 uçağından olmadığı gibi, çeyrek gram karşı-madde de bulunmuyordu. Peki romanda çoğu şey hayal ürünü olduğu halde hiç gerçek payı yok muydu uğruna iki Nobel Ödülü verilmiş karşı-madde konulu senaryonun arkasında?

Mesela romanda bahsedildiği gibi, bir gram karşımadde (karşı-hidrojen) bir gramlık maddeyle birleştiği zaman ortaya çıkacak olan patlama, Hiroşima’ya atılan 20 kilotonluk nükleer bombayla aynı enerjiyi taşır mıydı? Meşhur E=mc² formülünden kolayca hesaplanabilecek olan cevap, 42,8 kilotona eşdeğer olduğunu gösteriyor. Peki CERN’ün yarım gram karşıhidrojen yapması ne kadar vakit alırdı? İşte kitabın kurgusu burada ortaya çıkıyor: CERN’deki deney düzeneklerinden gelecekte saniyede en fazla 10 milyon karşı-hidrojen atomu ortaya çıkabilir. Fakat bir gram karşı-hidrojende Avagadro sayısı kadar yani 6×10²³ karşı-hidrojen atomu olması lazım. Bu kadar karşıhidrojen atomu yapabilmek için 6×10¹⁶ saniye gerekli ki bu da yaklaşık 2 milyar yıl demek! Sizin de bizim de o kadar bekleyemeyeceğimiz açık! Zaten bunu gerçekleştirmenin de bilimsel bir nedeni yok. Peki neden CERN karşı-madde üretiyor? Bunun cevabını nasıl yapıldığını anlattıktan sonra verelim.

CERN’de karşı-madde nasıl yapılıyor? Maddenin kendi başına karşı-maddeye dönmesi imkânsız. Maddeyi (yani kütlesini) önce enerjiye dönüştürmek, sonra da o enerjiden bazı karşı-madde parçacıklarının çıkmasını gözlemlemek gerekiyor. Maddenin enerjiye dönüşme formülü Einstein’ın meşhur E=mc² formülünden başkası değil. Aslında formülün manası, maddenin kütlesinin enerjinin çok yoğun bir hali olduğu. Yani kütlenin kendisi enerjiyi teşkil ediyor. Peki bu enerjiyi nasıl ortaya çıkarabiliriz? Bunu bir örnekle anlatalım: Büyük meteorlar dünyamızın atmosferine ortalama saniyede 30 km’lik bir hızla giriyorlar. Meteorun hareket yahut kinetik enerjisi atmosfere sürtünmesinden dolayı ısıya dönüşüyor. 100.000 °C’ye kadar ısınabilen meteor eriyor. CERN’de meteorların yerine doğanın en küçük yapı taşları olan protonlar kullanılıyor. Bu parçacıklar, özel hızlandırıcılarda saniyede 300.000 km’lik hıza yani yaklaşık olarak ışık hızına kadar hızlandırılıyorlar. Bu hızda giden bir parçacık bir cisme çarptığında, onun enerjisi sayesinde 10.000.000.000.000 °C’lik bir sıcaklık ortaya çıkabiliyor. Çarpışma noktasında ortaya çıkan enerjinin artık yeniden maddeye dönüşmesi serbest.  Fakat doğanın bu dönüşüm için belirlediği bazı kurallar var. Bir madeni para fabrikası düşünelim. Eriyik metalden basılan bozuk paranın bazı birimleri var: 1, 5, 10, 25, 50 kuruş ve 1 lira gibi. Doğa da enerjiyi maddeye dönüştürürken, bazı birimler kullanıyor. Parçacık dünyasının bu birimlerinin en önemlisi tabii ki doğanın yapı taşı diye adlandırdığımız proton, nötron ve elektron. Ama bunların dışında da parçacıklar var: muon, tau, diğer hadronlar, … Hepsinin kendine göre kütle ve elektrik yükü özellikleri olduğu gibi, diğer parçacıklarla nasıl etkileşeceklerini belirleyen başka özellikleri de var. Bir eriyik metal bandından, yani var olan enerjiden, kuruş, mesela proton bastığımızı düşünelim. Basılan kuruşun bıraktığı boşluğu karşı-kuruş olarak düşünebiliriz yahut karşı-proton. Yani kuruş ve karşı-kuruş gibi, proton ve karşı-proton aynı anda oluşuyor. Bu şimdiye kadar yapılan deneylerle örtüşüyor. Doğa enerjiyi hep madde ve karşımadde çiftleri halinde kullanmayı tercih ediyor. Yukarıda bahsedilen çarpışmalarda ortaya çıkan enerji işte böyle madde ve karşı-madde çiftlerinin oluşumuyla son buluyor. Çıkan parçacıkların kinetik enerjisi yüksek olduğundan onlar çoğunlukla deney düzeneklerinin çarpışma noktasından hızla uzaklaşıyorlar. Önlerine çıkan cisimlerin içinden geçerken enerji kaybedip, bir süre sonra duruyorlar. Etrafımızda sadece madde var olduğu için, çıkan karşı-madde parçacıklar, madde parçacıklar ile karşılaştığında yeniden enerjiye dönüşebiliyor. Fakat bu dönüşüm artık kinetik enerjisinin çoğunu kaybetmiş bir karşı-madde ve madde parçacığı arasında gerçekleştiğinden, yeni bir karşı-madde parçacığı oluşturamıyor. Yani yeniden bir kuruş ve karşı-kuruş çifti oluşturacak enerjiye sahip olmayan dönüşüm, enerjinin sadece ışığa dönüşmesine izin veriyor. Melekler ve Şeytanlar romanında bahsedilen kör edici ışık saçılması bu açıdan doğru. Durağan haldeki (yahut ciddi bir kinetik enerjisi olmayan) karşı-madde ve maddenin karşılaşmasından çıkan enerji çoğunlukla sadece ışık olarak salınıyor.

Peki yine romanda bahsedildiği gibi karşı-madde atomları yapılabilir mi? Yani kimyanın kuralları simetrik olarak hem madde hem de karşı-madde için geçerli mi? Bir elektronun bir protonun elektrik potansiyelinde yakalanmasıyla oluşan hidrojen atomu gibi, bir pozitronun bir karşı-protonun elektrik potansiyelinde yakalanmasıyla karşı-hidrojen atomu yapmak da mümkün. Bu ilk olarak 1995’te CERN’de PS210 adı verilen bir deneyde gerçekleştirildi. Walter Oelert ve Mario Macri liderliğinde dokuz karşıhidrojen atomu yapmayı başaran deney, CERN’deki  EAR’ı (Low Energy Antiproton Ring-Düşük Enerjili Karşı-proton Çemberi) kullandı. Kısa bir süre sonra ABD’deki Fermi Laboratuvarı’nda 100 karşı-hidrojen atomu yapıldığı haberi geldi. İki deneyde de ortaya çıkan karşı-hidrojen atomları “sıcak”tı, yani hızları yüksek olduğundan hassas ölçümler için elverişli değildi. Bunun nedeni ise yapılış şekilleriydi. Hâlbuki amaç onları durağan halde gözlemleyip kimyasal ve fiziksel özelliklerini ölçmekti. Çarpışmalardan ortaya çıkan karşı-protonları vakumda manyetik alanlar yardımıyla hapsederek tutmak, maddeyle etkileşimlerini azaltıp, onları uzun süre yaşatmak için çok önemliydi. Ama daha önemlisi onları yavaşlatıp, enerjilerini düşürüp, etraflarında bir pozitronu yakalamalarını sağlayıp, nötr hale getirmekti. Bunları başarmak için CERN’de hepinizin tanıdığı hızlandırıcıların yanı sıra, bir yavaşlatıcı kurulmaya başlandı. 1999 yılında çalışmaya başlayan AD (Antiproton Decelerator) yani Karşı-proton Yavaşlatıcısı, çarpışmalardan çıkan karşı-protonlardan enerji çalıp onların enerjisini 3,5 GeV’den 5,3 MeV’e kadar düşürmeyi başardı. Bu yavaşlatıcı üzerinde birçok deney düzeneği kuruldu. ATRAP, ATHENA ve ASACUSA gibi. Deney düzenekleri karşı-protonları daha da yavaşlatmak için parçacıkları Penning tuzaklarına düşürüyor ve onları pozitronlarla buluşturuyorlar. Şu anda saniyede ancak 100 karşı-hidrojen atomu yapılabiliyor. CERN tahmini olarak bu sayının gelecekte 10 milyona kadar çıkabileceğini söylese de, halen karşı-hidrojeni uzun bir süre saklamak bir hayalden ibaret. Oluşan karşıatomlar tuzaklardan çıkıyorlar ve en fazla onlarca saniye hayatta kalıyorlar. Yine de bu süre içinde onları spektroskobik olarak incelemek ve fizik yasalarını test etmek mümkün oluyor. Fizikçilerin amacı da zaten bu: Doğanın kuralları madde ve karşı-madde için aynı şekilde mi işliyor yoksa farklı mı?

Doğanın madde ve karşımadde çiftlerini hep aynı anda yaratması, gözlemlediğimiz evreni anlama yolunda, fizikçiler için çok büyük bir engel teşkil ediyor. Gözlemlediğimiz evrende şimdiye kadar pek fazla karşımaddeyle karşılaşmadık. Bu şu demek, karşımaddeden yapılmış bir gezegen ve yıldız görmediğimiz gibi, karşımaddeden yapılmış bir gökadanın olduğu yolunda bir verimiz de yok. Ama karşımadde hayatımızın bir parçası. Uzaydan gelen kozmik ışınların yani yüksek enerjili parçacıkların atmosferimize çarpmasında oluşan parçacıkların bir kısmı da karşımaddeden oluşuyor. Bu parçacıkların bazıları yeryüzüne ulaşıyorlar ve bizim içimizden geçiyorlar. Ortalama saniyede bir parçacık içinizden gelip geçiyor ve bu parçacıkların yaklaşık yarısı karşımadde… Doğal olarak oluşan karşımaddenin evrende büyük miktarlarda gözlemlenememesi, fizikçileri doğanın bir şekilde maddeyi tercih ettiği fikrine yönlendiriyor. Kozmik mikrodalga fon ışıması gözlemlerinden evrenimizin çok sıcak ve çok yoğun bir ortamdan geldiği sonucuna vardık. Büyük Patlama dediğimiz kuramla bunun dışında birebir örtüşen birçok bilimsel veri var. Şu ana kadar bulgularımızdan, kozmik mikro dalga ışımasının gerçekleştiği ortamdaki fizik yasalarının madde ve karşımadde için eşit çalıştığını düşünmek gerekiyor. Büyük Patlama’nın 377.000 yıl sonrasındaki elektromanyetik yankısı olarak düşünebileceğimiz kozmik mikrodalga fon ışımasında, o zamanda eğer evrende karşımadde var olsaydı, karşımadde ve maddenin etkileşmesinden ortaya çıkacak olan ışığı gözlemlemiş olurduk. Oysa böyle bir gözlem gerçekleşmedi. Bu da bizi o dönemde karşımaddenin var olmadığı düşüncesine götürüyor. İki seçeneğimiz var: Evren ya başlangıcından itibaren karşımaddeyi oluşturmadı ya da ilk saniyeler içinde varolan karşımaddeyi bir şekilde maddeye çevirdi. Her ikisinde de karşımaddenin henüz keşfetmediğimiz yüksek enerjiye bağımlı fizik yasaları tarafından tercih edilmediği sonucuna varıyoruz. Fakat bu fizik yasalarını keşfetmemiz lazım.

İşte fizikçiler karşıhidrojen atomunun yapısını belki bu henüz keşfetmediğimiz fizik yasalarına ışık tutar ümidiyle inceliyorlar. Bu sorulara CERN’de birkaç koldan cevap bulunmaya çalışılıyor. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı deney düzeneklerinden LHCb deneyi madde ve karşımadde arasında farklılık yarattığını bildiğimiz CP (Charge-Parity) denkliği yani yük ve parite denkliği ihlalini çalışmak üzere kuruldu. 1964’te keşfedilen bu yasa ihlali, James Cronin ve Val Fitch’e 1980 Nobel Ödülü’nü getirdiği ve madde ile karşımadde oluşumu arasında bir fark yarattığı halde, bu fark evrende gözlemlediğimiz durumu açıklamaya yetmiyor. Çünkü uzun yıllar boyunca başka parçacıklar için, Stanford Lineer Hızlandırıcısı’nda bulunan BaBar ve Japonya’daki Belle deney düzenekleri hassas bir şekilde bu farkı ölçtüler ve farkın gerçekten de küçük olduğunu buldular. LHCb ise yeni ihlal keşiflerinin peşinde koşacak. Yine CERN’de üzerinde çalışılan başka bir deney düzeneği ise bu yılın sonunda uzaya yollanacak olan AMS (Alfa Manyetik Spektrometresi). AMS uzayda karşımaddeyi aramayı ve şu ana kadar kuramlar üzerine konulan sınırları arttırmayı hedefliyor.

Karşımaddenin sırlarının peşinde koşan sadece CERN değil. 16 Mayıs 2010 Pazar günü, parçacık fizikçileri arasında bir hareketlenme gözlendi. Cuma günü ABD’deki Fermi Laboratuvarı’ndaki haftalık seminer web sitesinde bu konuda kırmızı renkle işaretlenmiş bir konuşmanın olduğu görülmüş ve ne olabileceği konusunda tahminler başlamıştı. Beklenen sonuçlar D0 deney düzeneği tarafından Pazar günü ilan edildi ve evrendeki karşımaddenin neden var olmadığını açıklamaya yarayacak, madde ile arasında fark yaratan yeni bir ipucu daha elde edildiği öğrenildi. Fakat hikâye sonlanmış değil. Sonuçların kesin olarak doğrulanması için daha fazla veriye ihtiyaç var ve görülen farkın neden olduğu bilinmiyor. Belki görülen fark bizlere yüksek enerjilerde başka parçacıklar keşfedeceğimizin işaretini veriyorlar. Halen çalışmakta olan Fermi Laboratuvarı’ndaki deney düzenekleri ile yeni çalışmaya başlayan CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı arasındaki zaman yarışı bu sonuçların açıklanmasıyla birlikte daha da kızıştı diyebiliriz…

Feynman’ın yorumuna göre karşımadde maddenin zamanda ters ilerleyen ikiziyse ve CP denkliği ihlali söz konusu ise, şu halde zamanda düz gitmek ile ters gitmek arasında da bir fark var. Zamanın oku neden tek yöne akıyor sorusunun da cevabı burada gizli olabilir mi? Kim bilir önümüzdeki yıllarda doğa bizi daha nasıl şaşırtacak…

Kaynaklar

CERN’ün Karşı-madde websitesi,  http://livefromcern.web.cern.ch/livefromcern/antimatter/

 

CERN’ün Melekler ve Şeytanlar açıklaması,  http://public.web.cern.ch/public/en/spotlight/ SpotlightAandD-en.html

 

Fermilab Basın Açıklaması,  http://www.fnal.gov/pub/presspass/press_releases/CPviolation- 20100518.html

 

Bilim Teknik Dergisi Haziran 2010

TARİH ÖNCESİNİN PİCASSOLARI / Seyfullah DEMİR

Deforme başları ve ardına kadar açılmış ağızlarıyla fantezi hayvanlar, at başlı bir bizon, çıplak bir kadının profili… Bunlar, Fransız araştırmacıların geçen Eylül ayında keşfettikleri yeni bir tarih öncesi mağaranın duvarlarına kazınmış resimlerden bazıları. Araştırmacıların, yeterli güvenlik önlemlerinin alınabilmesi için Temmuz ayına kadar keşfini gizli tuttukları mağarada 150 kadar resmin yanı sıra, yedi insanın kemiklerinin gömülü olduğu dört de mezar bulundu. Ustalıkla çizilmiş ve mağaranın yumuşak duvarlarına kazınmış resimler arasında kuşlar,mamutlar ve hatta bir gergedan da bulunuyor. Uzmanlar, resimlerin 22 000 – 28 000 yıl yaşında olduklarını tahmin ediyorlar. Mağara sakinlerinin ve resimlerin kesin yaşı, iskeletler üzerinde yapılan karbon – 14 ölçüm sonuçlarının bu ay içinde alınmasıyla belirlenebilecek. Ancak şimdiden tahmin yürüten bazı araştırmacılar, kemiklerin yanında çömlek ya da herhangi başka bir araç bulunmadığına işaret ederek, bunun kalıntıların eskiliğinin bir kanıtı olduğu görüşünü savunuyorlar. Buna karşılık başka bazı uzmanlar da, daha önce keşfedilen resimli mağaralarda insan kemiklerine rastlanmadığını, ayrıca yeni keşfedilen mağaradaki iskeletlerden birinin oldukça iyi korunmuş olduğunu vurgulayarak, kemiklerin, mağaraya daha sonra yerleşmiş insanlara ait olabileceğini belirtiyorlar.

BİLİM ve TEKNİK Ağustos 2001

ANTİKİTERA MAKİNESİ / Seyfullah DEMİR

1900 yılının Paskalyasından hemen önce, bir grup Yunan sünger avcısı Ege denizine açıldı. Ne var ki çıkan fırtına yüzünden tekneleri Girit ile  Kitera adaları arasında yer alan küçük Antikitera  adasına sürüklendi. Hava açtığında başka bir yere gitmek yerine bulundukları bölgede dalış yapan avcılar 60 m derinde antik bir batığa rastladı. Bölgeye çağrılan Yunan arkeologlar 2000 yıllık batıktan bronz ve mermer büstlerle birlikte çeşitli kalıntılar çıkardı. Buluntular Atina’daki Yunan Ulusal Müzesi’ne götürüldü ve incelenmeye başlandı. Sekiz ay sonra arkeologlardan birinin incelediği bronz heykel parçalarının gerçekte çok büyük bir ustalıkla yapılmış, saat benzeri bir makineye ait olduğu anlaşıldı. Bulunduğu yere gönderme yapılarak ‘Antikitera makinesi’ olarak anılmaya başlanan makinenin batıktan çıkarılan 80’i aşkın parçası arasında 30 da dişli vardı. Makine bilim dünyasında büyük bir heyecan yarattı. Bu öylesine sarsıcı bir buluntuydu ki birçok bilim insanının aklına doğal olarak makinenin daha sonraki bir döneme ait olup olamayacağı sorusu geldi. Ama makine gerçekten de tahmin edilen döneme aitti. Kalıntıların üzerindeki açıklamalarda kullanılmış yazı türü MÖ 1. yüzyıl dolaylarında kullanılan bir türdü. Yazıda hâkim olan evren görüşü ve kullanılan sözcükler de bu bulguyu destekliyordu.

Şekil 1 Antikitera makinesi ve prototipi.

Antikitera makinesi, bulunduğunda parçalarına ayrılmış durumdaydı. Bazı parçaları eksikti. Var olanlar da paslanmış ve tortuyla kaplanmıştı. Bilim insanları o günden bu yana bu sıra dışı makinenin işlevini çözmeye ve onu yeniden yapmaya uğraşıyor. Antikitera makinesinin gerçekten de son derece karmaşık bir yapısı var. Usturlabı andıran görüntüsünden dolayı önceleri gemilerde yön bulmada kullanılan bir alet olduğu düşünülmüş. Sonra çok daha karmaşık bir makine olduğu anlaşılmış. Hatta bir süre sonra en eski analog bilgisayar olarak görülmeye başlanmış. Antikitera makinesinin tam olarak ne zaman yapıldığı hâlâ bilinemiyor. İçinden çıkarıldığı geminin MÖ 70-60 yıllarında Yunan mallarını Roma’ya taşıyan bir Roma gemisi olduğu biliniyor. Bazı parçaları birkaç kez onarım görmüş olduğu belli olan makineyse çok daha önce yapılmış. Son bulgular MÖ 150-100 yılları arasında yapılmış olduğu yönünde.

2005’te Atina’da ki müzeye getirilen özel bir X-ışınlı tomografi aygıtıyla kalıntılar tarandı. X-ışınlı bilgisayar tomografisi, üç boyutlu görüntülerin oluşturulmasına olanak verdi. Yüksek çözünürlüklü bu görüntüler sayesinde de makinenin ön ve arka yüzlerine yazılmış ama üzerlerindeki tortu nedeniyle o güne kadar okunamayan açıklamalar okundu. Böylece donanımın başka ayrıntıları da ortaya çıktı.

Yapısını ve işleyişini, değişik alanlardan birçok bilim insanının ortak bir çabayla çözdüğü makinenin, tahta bir kutunun içinde çalıştığı düşünülüyor. Bronz çarklardan ve göstergelerden oluşan makinenin bütün parçaları 2 mm kalınlığındaki tek bir levhadan kesilmiş; hiçbir parçası dökme değil ya da başka bir metalden oluşmuyor. Çok zarif bir çark sistemiyle donatılmış makinenin klasik bir saatten çok daha karmaşık bir yapısı var. Ön yüzünde dairesel bir gösterge, Yunan burçlar kuşağı ve Mısır takvimi bulunuyor. Arka yüzünde de dairesel iki gösterge var. Bunlar Ay’ın evrelerini ve tutulma örüntülerini gösteriyor. Makine, yan yüzlerinin birinden çıkan bir kolun çevrilmesiyle çalıştırılıyor. Antik bilgisayarın Güneş’in ve Ay’ın konumlarını -hatta Ay’ın elips yörüngesinden kaynaklanan hızlanmasını- hesaplamada, Güneş ve Ay tutulmalarını belirlemede kullanıldığı anlaşılmış durumda (makineye bir tarih giriliyor, kol çevriliyor ve makine o tarihte Güneş’in, Ay’ın ve gezegenlerin gökyüzündeki konumlarını veriyor). Böyle bir makinenin o dönemin günlük yaşamında çok önemli bir yeri olmuş olmalı; çünkü tarımsal etkinliklerin, dinsel törenlerin, bayramların ve birtakım başka kutlamaların tarihlerini saptamak için de böylesi karmaşık hesapları yapabilmek çok önemli.

20. yüzyılın başında ortaya çıkarılan ve üzerinde yüz yıldır çalışılan bu sıra dışı makine bilim dünyasının antik dönem teknolojisine yaklaşımının tümüyle değişmesine yol açtı. Çünkü o dönemde bu denli ileri bir teknolojinin var olduğu düşünülmüyordu. Eski Yunan’da çark sistemlerinin bilindiği, mekanik güç sağlamak ya da açısal hız değiştirmek için birkaç çarktan oluşan basit çarklı aletlerin kullanıldığı biliniyordu. Ama bu makine o basit düzeneklerin çok ötesindeydi. Gerçekten de yaklaşık 1200 yıl boyunca, yani Ortaçağ Avrupa’sında ilk mekanik saatler yapılana kadar Antikitera makinesinin karmaşıklığına yaklaşan bir aygıt yapılamadı.

KAYNAKLAR

Marchant, J., ‘‘Archimedes and the 2000-Year-Old Computer’’, New Scientist, 12 Aralık 2008

Marchant, J., ‘‘Was Ancient Greek ‘Computer’ An Astronomical Tool?’’, New Scientist, 30 Temmuz 2008

Mullins, J., ‘‘Enigmatic Relic was An Eclipse Calculator’’, New Scientist, 29 Kasım 2006.

‘‘Th e Toughest Instruction Manual Ever’’, New Scientist, 11 Şubat 2006.

Price, D. de S., ‘‘An Ancient Greek Computer’’, Scientific American, s. 60-67, Haziran 1959.

http://www.antikythera-mechanism.gr/

http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/6191462.stm

http://www.sciencedaily.com/releases/2006/11/061129151439.htm

http://en.wikipedia.org/wiki/Antikythera_mechanism

ŞUBAT 2009 BİLİM VE TEKNİK  DERGISINDEN ALINTI.