Bir şey keşfetmenin insanın yeni bir şeygörmesi değil de bakışını biçimlendirmesidemek olduğu söylenir. Evreni sicim kuramıtarafından biçimlendirilmiş bir bakışla görenokurlaryenimanzaranınnefeskesiciolduğunugörecek.

Önde gelen sicim kuramcılarından BrianGreene, çok açık ve anlaşılır bir dille yazdığıbu kitapta okuyucuya nihai kuram arayışınınardındakibilimselhikâyeyivebiliminsanlarınınçabalarını anlatıyor. Heyecan verici ve çığıraçıcı fikirlerin, örneğinuzayındokusundagizliyeniboyutlar,temelparçacıklaradönüşenkaradelikler, uzay-zamanda yarıklar ve delikler,birbirlerininyerinegeçebilençokbüyükveçokküçük evrenler ve bunlar gibi birçok başkafikrin, günümüzde fizikçilerin üstesindengelmeye çalıştığı bazı sorunların çözümündeçokönemlibiryerivar.

EvreninZarafetibukonudayapılankeşiflerive hâlâ çözülememiş gizemleri, durupdinlenmeden uzayın, zamanın ve maddeninnihai doğasını araştıran bilim insanlarının

yaşadığı coşkuları ve hayal kırıklıklarınıyetkinlik ve incelikle bize aktarıyor. BrianGreeneakıllıcakullandığıbenzetmelerle,fiziktebugüne kadar ele alınmış kavramlardan enkarmaşıkolanlarınıgerçektendeeğlendiricibiranlatımla okuyucu için kavranabilir halegetiriyor ve bizi evrenin nasıl bir işleyişiolduğunu anlamaya daha önce hiç olmadığıkadaryaklaştırıyor.

TÜBİTAKPopülerBilimKitapları

Evrenin Zarafeti Süper sicimler, GizliBoyutlar ve Nihai Kuram Arayışı TbeElegant Universe Superstrtngs, HiddenDimensions,andtheQuestfor tbeUltimate

Theory

BrianGreene

Çeviri:EbruKılıç

EvreninZarafeti

süpersicimler,gizliboyutlarvenihaikuramarayışı

BrianGreene

ÇeviriEbruKILlÇ

TÜBİTAKPOPÜLERBİLİMKİTAPLARI

Anneme ve babamın anısına, sevgi veminnetle.

Önsöz

Albert Einstein hayatının son otuz yılıboyunca, birleşik alan kuramı olarak bilinenkuramı -doğanın kuvvetlerini, tutarlı bir tekçerçeve içinde tanımlayabilen bir kuramı-yakalamayaçalıştı.Einstein'ıhareketegeçirennedenler, genellikle bilimsel çalışmalarlailişkilendirdiğimiz şeyler, örneğin şu ya da budeneysel veriyi açıklama çabası değildi.Tutkuyla sarıldığı bir inançtı onu hareketegeçiren; evreni derinden anlamanın, onun enhakiki mucizesini, dayandığı ilkelerin basitliğive kuvvetini ortaya koyacağı inancıydı.Einstein evrenin işleyişini, onun güzelliği vezarafeti karşısında hepimizi hayretler içindebırakacak önceden erişilmemiş bir açıklıklaresmetmeyiistiyordu.

Buhayalinihiçgerçekleştiremedi,bunundasebebi büyük ölçüde elindeki kâğıtların iyiolmamasıydı: Onun zamanında maddenin vedoğadakikuvvetlerintemelniteliklerininbirkaçıya bilinmiyordu ya da en iyi ihtimalle pek iyi

anlaşılmamıştı.Fakat geçenyarımasır içindeyeni kuşaktan fizikçiler -çıkmaz sokaklaradalıp çıkarak- seleflerinin keşifleri üzerineçalışıp evrenin nasıl işlediğine dair dahaeksiksizbirkavrayışoluşturmak içinparçalarıbirleştirmeyi sürdürdü. Bugün, Einstein'ınbirleşik bir kuram arayışında olduğunuaçıklamasından ve bunda başarılıolamamasından uzun zaman sonra, fizikçilerbu keşifleri, derinlikli görüşleri eklenti yerleribelli olmayan bir bütün haline getirmelerinisağlayacak bir çerçeve, prensipte bütünfizikselolgularıbetimleyebilecek tekbirkurambulduklarına inanıyor nihayet. Bu kitabınkonusudaiştebukuram,süpersicimkuramı.

Evrenin Zarafetini, fizik alanında öncephelerdeki araştırmalardan doğan bu dikkatçekicigörüşleri,genişbirokurkesimi,özelliklede hiç matematik ve fizik eğitimi görmemişokurlar için erişilebilir kılma çabasıyla kalemealdım. Geçen birkaç yıl içinde süpersicimkuramı hakkında verdiğim konferanslarda,geniş kesimlerin, halihazırda sürmekte olan

araştırmalarınevrenintemelyasalarıhakkındaneler dediğini, bu yasaların kozmosukavrayışımızda ne tür devasa bir yenidenyapılanma gerektirdiğini, devam etmekte olannihai kuram arayışını ne gibi zorluklarınbeklediğini anlama arzusuyla yanıptutuştuğuna tanık oldum. Umuyorum ki bukitap,EinsteinveHeisenberg'denbuyanafizikalanındaki büyük başarıları açıklayarak,onlarınkeşiflerininçağımızınatılımlarındanasılkocaman çiçekler gibi açtığını göstererek bumerakıhemzenginleştirirhemdoyurur.

Evrenin Zarafetinin biraz bilimsel birikimiolanokurlarındailgisiniçekeceğiniumuyorum.Umarım bu kitap bilim öğrencileri veöğretmenleriiçinözelgörelilik,genelgörelilikvekuantum mekaniği gibi modern fiziğin temelyapıtaşlarının bazılarına ışık tutar,araştırmacılarınuzunzamandırarananbirleşikalan kuramına yaklaşırken duyduğu bulaşıcıheyecanı onlara da aktarır. Meraklı popülerbilim okurları için de kozmosu anlayışımızataze kan sağlayan, son on yıl içinde gün

ışığına çıkan ilerlemelerin birçoğunuaçıklamaya çalıştım. Başka bilimseldisiplinlerdeçalışanmeslektaşlarım içindebukitabın, sicim kuramcılarının nihai bir doğakuramı arayışında kaydedilen ilerlemelerdendolayınedenbukadarheyecanlıolduğunadairdürüst ve tutarlı bir açıklama sunacağınıumuyorum.

Süpersicim kuramı fizikteki başlıcakeşiflerin birçoğundan yararlanan geniş vederinliklibirkonudur.Kuram,büyükolanla ilgilikuramlarla, küçük olanla ilgili kuramları,kozmosunenücra köşelerindenmaddeninenküçük parçasına dek fiziği yöneten yasalarıbirleştirdiğinden, konuya yaklaşmanın birçokyolu vardır. Ben uzay ve zamankavrayışımızıngelişmesineodaklanmayıtercihettim.Bununözellikle insanısaranbirgelişmeçizgisiolduğunugördüm,zenginvebüyüleyicibir harmanın içinden temel önemdeki yenigörüşlerle geçen bir yol. Einstein dünyayauzayvezamanınhiçbilmediğimiz,hayretvericibiçimlerdedavrandığınıgöstermişti.Bugünson

araştırmalar,bukeşifleribirleştirmiş,kozmosundokusunaişlenmişbirçokgizliboyutasahipbirkuantum evreni ortaya çıkarmıştır; öyleboyutlardır ki bunlar, bir sarmaşıktan farkıolmayangeometrileribugünedeksorulmuşentemelsorularıcevaplayacakanahtarısunabilir.Bu kavramların bazıları çok ince olsa da,gerçekçi benzetmelerle kavranabileceklerinigöstereceğiz.Bu fikirlerinanlaşılması,evrenleilgilişaşırtıcıvedevrimcibirbakışaçısısunar.

Kitap boyunca, okura bilim insanlarınınmevcut kozmos kavrayışına nasıl ulaştığınadair sezgisel bir anlayış kazandırmayaçalışırken-genelliklebenzetmelervemetaforlaryoluyla- bilime yakın durmaya çalıştım. Fakatteknik dilden ve denklemlerden kaçındım,çünkü konuyla ilgili yeni kavramlar nedeniyle,okurun, fikirlerin gelişimini tam olarakizleyebilmesi için şurada burada durması,şurada bir bölüm üzerine düşünmesi, buradabir açıklamayı tartması gerekebilir. Songelişmelerikonualandördüncükısımdakibazıbölümlerkitabıngeri kalankısmınagörebiraz

daha soyuttur; okuru bu bölümler hakkındaönceden uyarmaya, metni bu bölümlerinatlanmasının kitabın mantıksal akışınıetkilemeyecek şekilde yapılandırmaya özengösterdim.Ana metinde ortaya atılan fikirlerleilgili kolay ve erişilebilir bir hatırlatma olmasıamacıylabirbilimselterimlersözlüğünedeyerverdim. İlgisiz okurdipnotları tümüyleatlamakisteyebilir, gayretli okursa notlarda metindegeçen konulara dair ayrıntılı açıklamalarbulacak,metindebasitleştirilerekortayakonanfikirlerin açıklamalarıyla karşılaşacaktır,matematik eğitimi almış olanlar birkaç teknikgezintiyedeçıkacaklardır.

Kitabın yazımı sırasında yardımlarınıgördüğüm birçok kişiye teşekkür borçluyum.DavidSteinhardt,kitabıntaslaklarınıbüyükbirdikkatle okuyup editöryel açıdan keskin bazıgörüşlerini benimle cömertçe paylaştı, değerbiçilemezbirteşviktebulundu.DavidMorrison,Ken Vineberg, Raphael Kasper, NicholasBoles, Steven Carlip, Arthur Greenspoon,David Mermin, Michael Popowits ve Shani

Offen kitabın taslağını yakından inceleyiptepkilerini ve tavsiyelerini ayrıntılı bir biçimdeortaya koyarak sunuma büyük bir katkıdabulundular. Metni tamamen ya da kısmenokuyup tavsiyelerde bulunarak beni teşvikedenlerarasındaPaulAspinwall,PersisDrell,Michael Duff, Kurt Gottfried, Joshua Greene,Teddy Jefferson,MarcKamionkowski, YakovKanter, Andras Kovacs, David Lee, MeganMcEwen, Nari Mistry, Haşan Padamsee,RonenPlesser,MassimoPoratti,FredSherry,Lars Straeter, Steven Strogatz, AndrewStrominger, Henry Tye, Cumrun Vafa veGabriele Veneziano dayer alıyor. RaphaelGunner'a başka birçok şeyin yanı sıra,yazımınerkenbiraşamasındagetirdiği,kitabınbiçiminin genel olarak şekillenmesini sağlayanderinlikli eleştirilerinden, Robert Malley ye dekitap hakkında düşünmenin ötesine geçipkâğıda dökmem konusundaki nazik, fakatısrarlı teşvikinden ötürü teşekkür ederim.StevenWeinberg ve Sidney Coleman değerlitavsiyelerde bulunup yardımlarını sundular,CarolArcher, Vicky Carstens, David Cassel,

Anne Coyle, Michael Duncan, Jane Forman,Erik Jendresen, Gary Kass, Shiva Kumar,Robert Mawhinney, Pam Morehouse, PierreRamond, Amanda Salles ve EeroSimoncelli'yle de yararlı birçok fikiralışverişindebulunmuşolduğumuteslimetmekbenim içinbir zevk.Olguların kontrol edilmesive referansların bulunmasındakiyardımlarından,yaptığımilkkaralamalarıçizimhaline getirmesinden dolayı CostasEfthimiou'ya borçluyum. Tom Rockwell,Efthimiou'nun çizimlerinden yararlanarak -birazizin sabrı ve ustalıklı bir sanatçı gözüyle-metnisüsleyenşekilleriyarattı.AndrewHansınve Jim Sethna'ya da özel bazı şekillerinhazırlanmasındaki yardımlarından dolayıteşekkürederim.

Kitaptaki çeşitli konularda benimle söyleşiyapıpkişiselgörüşleriniaktarmayıkabuledenHoward Georgi, Sheldon Glashow, MichaelGreen,JohnSchwarz,JohnWheeler,EdwardWitten ve yine Andrew Strominger, CumrunVafa,GabrieleVeneziano'yadateşekkürlerimi

sunuyorum.

W.W.Norton'dakieditörlerime,AngelaVonder Lippe'ye derinlikli görüşleri ve değerlitavsiyeleri için, Traci Nagle'ye de ayrıntılaraduyarlılığı için teşekkürlerimi sunmaktanmutluluk duyuyorum. Her ikisi de sunumunaçıklığına önemli katkılarda bulundu. EdebiajanlarımJohnBrockmanileKatinkaMatson'ada, yazılmaya başlamasından yayınlanmaaşamasınadekkitabıngeçtiğisüreçleriuzmankılavuzluklarıyla yönlendirdikleri için teşekkürediyorum.

Kuramsalfizikalanındakiaraştırmalarımı15yılı aşkın bir süredir cömertçe destekledikleriiçin Ulusal Bilim Vakfı'na, Alfred P. SloanVakfı'na ve ABD Enerji Bakanlığı'namüteşekkirim. Araştırmalarımın süpersicimkuramının uzay ve zaman kavrayışımızdakietkisini konu alması belki de şaşırtıcı değil,sonraki birkaç bölümde benim de dahil olmaşansına eriştiğim bazı keşifleri anlattım.Okurun bu "içerden" değerlendirmeleriokumaktan keyif almasını umuyor olsam da,

süpersicim kuramının geliştirilmesindeoynadığım role dair abartılı bir izlenimbırakabileceklerini de fark etmiş bulunuyorum,izninizle bu fırsattan yararlanarak, nihai birevren kuramı oluşturma çabasının ciddi vekararlı bir katılımcısı olmuş, dünyanın dört biryanındaki bini aşkın fizikçiye de teşekkürederim. Bu değerlendirmede çalışmalarındanbahsedilmeyen herkesten özür diliyorum; buyalnızcaseçmişolduğumtematikbakışaçısınıve genel bir sunumun beraberinde getirdiğiuzunlukkısıtlamalarınıyansıtıyor.

Son olarak sarsılmaz sevgisi ve desteğiiçin Ellen Archer'a gönülden teşekkürediyorum.Oolmasaydıbukitapyazılamazdı.

I.Bölüm

SicimleBağlanmış

Bunaörtbasetmekdemek fazlaağırolur.Amafizikçiler,yarımyüzyılıaşkınbirsüredir-tarihteki en büyük bilimsel başarıların tamortasındayken bile- ufukta kara bir bulutuntoplandığını içten içe biliyorlardı. Sorunamodern fiziğin dayandığı iki temel kaidedenyolaçıkarakyaklaşmaktafaydavar.BiriAlbertEinstein'ın, evreni en geniş ölçeklerde -yıldızları, galaksileri, galaksi kümelerini-anlamayayönelikkuramsalbirçerçevesunangenel görelilik kuramıdır. Diğeriyse evreni enküçükölçeklerde,moleküller, atomlar ile dahaderinlere inip elektronlar ve kuarklar gibiatomaltı parçacıklar düzeyinde kavramayayönelik kuramsal bir çerçeve sunan kuantummekaniğidir. Yıllar süren araştırmalar sonucu,fizikçiler her iki kuramın da öngörülerininhemen hepsini neredeyse akıl almaz birdoğrulukla deneysel olarak doğrulamışbulunuyor. Fakat kaçınılmaz bir biçimde bu

kuramsal araçlar, rahatsız edici başka birsonuca da yol açtı: Halihazırda formüleedildikleri biçimiyle genel görelilik ile kuantummekaniğiaynı anda doğru olamaz. Geçenyüzyıl içinde fizikte kaydedilen muazzamilerlemenin -göklerin genişlemesini vemaddenintemelyapısınıaçıklayanilerlemenin-temelindeyatanbuikikurambirbirineuymaz.

Bu feci karşıtlığı öncedenincelemediyseniz, neden böyle diye merakediyorolabilirsiniz.Cevappekdezordeğil.Enuç durumlar hariç, fizikçiler ya küçük ve hafif(atomlarvebileşenlerigibi)yadabüyükveağır(yıldızlar ve galaksiler gibi) şeyler üzerindeçalışırlar, aynı anda her ikisinin de üzerindeçalışmazlar. Bu dayayalnızca kuantummekaniğini ya dayalnızca genel göreliliğikullanmalarıgerektiği,diğerininuyarıikazlarınaşöyle kaçamak bir bakış atıp omuzsilkebildikleri anlamına geliyor. Elli yıldır, buyaklaşımcehaletkadarneşedoluolmadı,fakatonaepeyceyaklaştı.

Fakatevren,uçlardaolabilir.Birkaradeliğin

merkezindeki derinliklerde,muazzambir kütleçokçokküçükboyutlara iner.BüyükPatlamasırasındaevren,yanındabirkumtanesinindevgibikaldığımikroskobikboyutlardabirkütledendoğmuştu. Bunlar küçük, fakat inanılmazderecede kütleli alanlardır, dolayısıyla hemgenel göreliliğin hem kuantummekaniğinin eşzamanlı olarak devreye girmesini gerektirirler.İlerledikçe giderek açıklık kazanacaksebeplerden ötürü, genel görelilik ile kuantummekaniği denklemleri birleştiklerinde, sukaynatmış bir otomobil gibi sarsılır, takırdar,buharlar çıkarır. Bu kadar süslemedensöyleyecek olursak, iyi kurgulanmış fiziksoruları,buikikuramınmutsuzbirleşmesindensaçma cevaplar çıkmasına neden olur. Karadeliklerin derinliklerini ve evrenin başlangıcınıbir gizem perdesinin ardında tutmak istiyorolsanızda,kuantummekaniğiilegenelgörelilikarasındaki karşıtlığın daha derin bir anlayışbeklediğini hissetmekten kendinizialamazsınız.Evrengerçektendeentemeldenbölünmüş; şeyler büyük olduğunda başkayasaları, küçük olduğunda başka yasaları

gerektiriyorolabilirmi?

Kuantum mekaniği ile genel göreliliğinsaygıdeğer yapıları ile kıyaslandığında gençbiryapı olarak karşımıza çıkan süpersicimkuramı,yankılananbirhayırlacevapveriyorbusoruya. Tüm dünyada fizikçiler ilematematikçilerinsononyıliçindeyaptığıyoğunaraştırmalar, maddeyi en temel düzeydebetimleyenbuyeniyaklaşımıngenelgörelilikilekuantum mekaniği arasındaki gerilimiçözdüğünüortayakoyuyor.Aslınabakarsanızsüpersicim kuramı daha da fazlasınıgösteriyor.Buyeniçerçevede,kuramınanlamlıolabilmesi için genel görelilik ile kuantummekaniğibirbirini tamamlıyor. Süpersicimkuramına göre, büyük olana dair yasalarlaküçük olana dair yasaların evliliği yalnızcamutlu değil, aynı zamanda kaçınılmaz birbirlikteliktir.

Buiyihaberinbirkısmı.Süpersicimkuramı-kısaca sicim kuramı- bu birlikteliği dev biradım daha öteye taşıyor. Einstein otuz yılboyuncabirleşikbirfizikkuramı,doğanınbütün

kuvvetleri ile maddi bileşenlerini tek birkuramsal dokumada birleştirecek bir kuramarayıp durdu. Bulmayı başaramadı. Bugün,yeni binyılın şafağında, sicim kuramıyandaşları bu ele geçmez, bütünlüklüdokumanın ipliklerinin nihayet ortayaçıkarıldığını iddia ediyor. Sicim kuramı,evrendeki bütün mucizevi olayların -atomaltıkuarkların çılgın dansından, birbirlerininetrafında dönen çift yıldız sistemleriningösterişli valsine, Büyük Patlama'nın ilk ateştopundan göklerdeki galaksilerin muhteşemgirdabına varıncaya dek- hepsinin, tek birbüyük fiziksel ilkenin, tek bir temel denkleminyansımalarıolduğunugösteriyor.

Sicimkuramınınbuözellikleriuzay,zamanve madde anlayışımızı ciddi biçimdedeğiştirmemizi gerektirdiğinden, bunlaraalışmak, rahatça sindirebilir halegelmekbirazzaman alacak. Fakat, bağlamınayerleştirildiğinde açıklık kazanacağı üzere,sicim kuramı, fizik alanında son yüzyıldayapılmış devrimci keşiflerin ciddi ve doğal bir

ürünüolarakbeliriyor.Aslınabakarsanızgenelgörelilik ile kuantum mekaniği arasındakiçatışmanın da, geçen yüzyılda karşı karşıyakalman, çözümleri evreni kavrayışımızınhayret verici bir biçimde değişmesiylesonuçlanan temel çatışmalar dizisindeki ilkdeğilüçüncüçatışmaolduğunudagöreceğiz.

ÜçÇatışma

1800'lerin sonu gibi uzak bir tarihtegörebildiğimiz ilk çatışma, ışığın hareketindegörülen şaşırtıcı özelliklerle ilgiliydi. Kısacaşöyleaçıklayabiliriz: IsaacNewton'unhareketyasalarına göre, yeterince hızlı koşarsanızhareket halindeki bir ışık demetineyetişebilirsiniz; James Clerk Maxwell'inelektromanyetizma yasalarına göreyseyetişemezsiniz. II. Bölüm'de tartışacağımızüzere Einstein bu çatışmayı özel görelilikkuramıyla çözdü, bunu yaparken de uzay vezaman anlayışımızı tümüyle alt üst etti. Özelgöreliliğe göre, uzay ve zaman artıkdeğişmeyen, herkesin aynı şekilde

deneyimlediği evrensel kavramlar olarakdüşünülemez. Einstein'ın yeniden işlediğibiçimiyle uzay ve zaman, biçimleri vegörünümleri insanın hareket haline bağlı olanşekillenebiliryapılarolarakkarşımızaçıkar.

Özelgöreliliğingeliştirilmesi,çokgeçmedenikinci çatışmaya zemin hazırlamıştır.Einstein'ın çalışmasından çıkan sonuçlardanbiri şuydu: Hiçbir nesne -aslına bakarsanızolumlu ya da olumsuz hiçbir etkiyle- ışıkhızından daha hızlı yol alamaz. Fakat III.Bölüm'de de tartışacağımız gibi, Newton'undeneysel olarak başarılı olmuş ve sezgiselolarakhoşagidenevrenselkütleçekimikuramı,etkilerin uzayda geniş mesafelerdeanındaaktarılmasını gerektiriyordu. 1915'te ortayakoyduğu genel görelilik kuramıyla yeni birkütleçekimi kavrayışı sunarak devreye giripçatışmayı çözen yine Einstein oldu. Özelgöreliliğin daha önceki uzay ve zamankavrayışlarınıaltüstetmesindeolduğugibi,bukezdegenelgörelilik, öncekiuzayvezamankavrayışını alt üst etti. Uzay ve zaman,

hareketlilikdurumundanetkilenmeklekalmıyor,madde ya da enerjinin varlığına bağlı olarakyamulabiliyor ve eğrilebiliyordu. Uzay vezamanın dokusundaki bu tür çarpılmalargöreceğimiz üzere kütleçekimi kuvvetini biryerden diğerine aktarıyordu. Dolayısıyla uzayve zaman artık, üzerinde evrendeki olaylarıngerçekleştiği atıl bir zemin olarakdüşünülemeyecekti; aksine özel ve sonra dagenel görelilik kuramlarıyla birlikte olaylarıniçindekioyuncularhalinegelmişlerdi.

Sahne bir kez daha baştan alındı: Genelgöreliliğin keşfi bir çatışmayı çözerken birdiğerine yol açtı. 1900'den beri 30 yıldır,fizikçiler, 19. yüzyılın fizik kavrayışlarınınmikroskobikdünyayauygulanmasıhalindebaşgösteren birtakım belirgin sorunlara cevabenkuantummekaniğini(IV.Bölüm'detartışacağız)geliştirmekteydi. Yukarıda da belirttiğimiz gibi,üçüncü ve en derin çatışma, kuantummekaniğiyle genel görelilik arasındakiuyumsuzluktan doğdu. V. Bölüm'de degöreceğimiz üzere, genel göreliliğin ortaya

koyduğu uzayın yumuşak kıvrımlı geometrikbiçimi, kuantum mekaniğinin anlattığı, evreninçılgın,bulanık,mikroskobikdavranışbiçimiylesürekli bir uyumsuzluk içindedir. Sicimkuramının bir çözüm önerdiği 1980'lerinortalarınadek,buçatışmahaklıolarakmodernfiziğinanasorunuolaraknitelenmiştir.Dahası,özel ve genel göreliliğin üzerine kurulan sicimkuramı da, uzay ve zaman kavrayışlarımızınciddi biçimde yenilenmesini gerektirmiştir.Örneğin birçoğumuz evrenimizin üç uzamsalboyutu olduğunu kabul ederiz. Fakat sicimkuramına göre durum böyle değildir; sicimkuramı evrenimizin gözle görülenlerden dahafazla boyuta -kozmosun katlanmış dokusuiçinde sıkıca kıvrılmış boyutlara- sahipolduğunu öne sürer. Uzay ve zamanındoğasıylailgilibudikkatçekicigörüşlerokadarmerkezi bir önem taşır ki, bundan sonrasöyleyeceğimizherşeydebunlarıkılavuztemaolarak kullanacağız. Sicim kuramı, gerçektende, Einstein'dan bu yana uzay ve zamanınhikâyesidir.

Sicimkuramınınaslındaneolduğunutakdiredebilmek için, bir adım geri atıp geçenyüzyıldaevreninmikroskobikyapısınadairneöğrenmiş olduğumuzu kısaca betimlememizgerekiyor.

EnKüçükHaliyleEvren:MaddeHakkındaBildiklerimiz

Eski Yunanlılar, evrendeki her şeyin atomdedikleri, küçük, "bölünemez" bileşenlerdenyapıldığınıvarsaymışlardı.Alfabekullanılanbirdilde, muazzam sayıda sözcüğün, az sayıdaharfleoluşturulmuşzenginkombinasyonlardanmeydana gelmiş olması gibi, engin bir varlıkgösterenmaddinesnelerindeazsayıdakiayrı,temelyapıtaşlarındanoluşmuşkombinasyonlarolabileceği tahmininde bulunmuşlardı. İleriyigörenbir tahminolmuşbu.En temelbirimlerinkimliği,sayılamayacakkadarçokdeğişikliktengeçmiş olsa da, 2000 yıl sonra hâlâ bunundoğru olduğuna inanıyoruz. 19. yüzyılda biliminsanları oksijen ve karbon gibi tanıdıkmaddelerinbirçoğununtanınabilir,enküçükbir

bileşeni olduğunu gösterdi; Yunanlılarıngeleneğine uyarak bu bileşene atom dediler.İsim tuttu, ama tarih bunun yanlış birisimlendirme olduğunu gösterdi, zira atomlartabiki"bölünebiliyordu."1930larınbaşındaJ.J.Thomson, Ernest Rutherford, Niels Bohr veJames Chadwick'in kolektif çalışmalarıylabirlikte, hepimizin aşina olduğu Güneşsistemine benzer bir atom modeli geliştirildi.Atomlar maddenin en temel bileşeni olmakşöyle dursun, yörüngede dönen elektronlarlaçevrelenmiş protonlar ve nötronlar içeren birçekirdektaşıyordu.

Bir süre, birçok fizikçi protonlar, nötronlarve elektronların Yunanlıların "atomları"olduğunu düşündü. Fakat 1968'de, StanfordDoğrusal Elızlandırıcı Merkezi'ndekiaraştırmacılar, teknolojinin artankapasitesinden yararlanarak maddeninmikroskobikderinlikleriniaraştırırken,protonlarve nötronların da temel bileşenler olmadığınıgördüler.Aksineherbirininkuarkdenilen-dahaönceden bu parçacıkların varlığını varsayan

kuramsal fizikçi Murray Gell-Man'in JamesJoyce'unFinnegan's Wake adlı romanındakipasajdan aldığı mizahi bir isimdi bu- dahaküçük üç parçadan daha oluştuğunugösterdiler.Deneyigerçekleştirenlerkuarklarında iki çeşitolduğunudoğruladı;bunlarapekokadar yaratıcılığa kaçılmadanyukarı kuarklarv eaşağı kuarklar dendi. Bir proton iki yukarıkuarkla,biraşağıkuarktanoluşur;birnötronsaikiaşağıkuarklabiryukarıkuarktan.

Maddelerin dünyasında ve yukarıdagöklerdegördüğünüzherşey,elektron,yukarıkuark ve aşağı kuark kombinasyonlarındanoluşur. Bu üç parçacığın daha küçük birşeylerden yapıldığını gösteren deneysel birkanıt yoktur. Fakat birçok kanıt, evreninparçacık türü başka bileşenleri olduğunugöstermektedir.1950'lerinortalarındaFrederickReines ve Clyde Cowannötrino denilendördüncübirtürtemelparçacığınvarlığınadairkesin deneysel kanıtlar buldular; 1930'larınbaşında Wolfgang Pauli tarafından varlığıtahmin edilen bir parçacıktı bu. Nötrinoları

bulmak çok güç oldu, çünkü bunlar başkamaddelerlenadirenetkileşimegeçenhayaletsiparçacıklardır: Ortalama düzeyde enerjiyesahip bir nötrino, trilyonlarca kilometrekurşunun içinden, onun hareketini bir nebzeolsunetkilemeksizinkolaycageçipgidebilir.Busiziepeycerahatlatmalı,çünküsizbusatırlarıokurken, Güneş'in uzaya saldığı milyarlarcanötrino, kozmostaki yalnız seyahatlerinisürdürürken, vücudunuzdan ve yerküreniniçinden geçip gidiyor. 1930'ların sonunda,kozmik ışınlar (dış uzaydan Dünyaya yağanparçacık yağmurları) üzerine çalışmakta olanfizikçilermüon denilen başka bir parçacıkkeşfetti. Kozmik düzende müonun varlığınıgerektirenhiçbir şey,çözülmemişbirbilmece,hazır edilmiş bir yer olmadığından, NobelÖdüllü parçacık fizikçisi Isidor Isaac Rabimüonunkeşfinihiçdeşevkliolmayan"Bunudakim sipariş etti?" sözleriyle karşılamıştı.Amaneyaparsınızvardıişte.Arkasıdagelecekti.

Daha da güçlü bir teknoloji kullananfizikçiler, madde parçacıklarını giderek artan

birenerjiyleçarpıştırmayı,BüyükPatlama'danbuyana hiç görülmemiş koşulları bir anlığınayaratmayı sürdürdü. Enkazın içinde, giderekuzayan parçacık listesine ekleyecek yenitemel parçacıklar arıyorlardı. İşte şunlarıbuldular:Dörtkuarkdaha-çekici, tuhaf,altveüst kuarklar- elektronuntau denilen dahaağırbir kuzeni, ayrıca nötrinoya benzer özelliklergösteren başka iki parçacık daha (bugünelektron-nötrino denilen özgün nötrinoylakarıştırılmamaları içinbunlaramüon-nötrino vetau-nötrino denmiştir). Bu parçacıklar büyükenerji patlamalarıyla oluşturulmuşlardır veancak geçici bir ömürleri vardır: Geneldekarşılaştığımızhiçbir şeyin bileşeni değillerdir.Fakathikâyeburadabitmiyor.Buparçacıklarınher birinin birkarşı parçacık partneri vardır;benzer kütleye sahip, fakat elektrik yükü(ayrıca aşağıda tartışacağımız başkakuvvetler bakımından yükleri) gibi başka bazıbakımlardan karşıt olan bir parçacık.Örneğinbirelektronunkarşıparçacığınapozitrondenir;elektronlaaynıkütleyesahiptir,amaelektronunelektrikyükü -1'kenonunelektrikyükü+1'dir.

Temasa geçtiklerindemadde ve karşı maddebirbirlerini ortadan kaldırıp saf enerji ortayaçıkarabilirler; etrafımızdaki dünyada doğalolarak mevcut son derece küçük miktardakarşımaddebulunmasınınsebebibudur.

Fizikçiler bu parçacıklar arasında, Tablo1.1'degösterilenbirörüntügörmüşlerdi.Maddeparçacıkları genellikle aile denilen üç grubaayrılmaktadır. Her aile iki kuark, bir elektron,elektronun kuzenlerinden birini ve nötrinotürlerinden birini içerir. Bu üç ailede, benzertipte parçacıklar benzer özellikler gösterirler,kütleleri dışında; kütlelerinin büyüklüğü ailesıralamasına göre artar. Netice itibarıyla,fizikçiler bugün maddenin yapısını, metreninmilyarda birinin milyarda biri ölçeğindearaştırmışlarvebugünekadarkarşılaşdanherşeyin -ister doğal olarak mevcut olsun, isterdevasa atom çarpıştırıcılarda yapay olaraküretilmiş olsun- bu üç ailede yer alanparçacıkların ve onların karşı maddepartnerlerinin bir kombinasyonundanoluştuğunugöstermiştir.

Tablo1.1Üçtemelparçacıkailesivebuparçacıklarınkütleleri(protonunkütlesininkatlanolarak).Nötrinokütlelerinindeğerleri,

bugünedekdeneyselolarakbelirlenememiştir.

Tablo 1.1'e şöyle bir göz gezdirdiğinizde,Rabi'ninmüonunkeşfikarşısındakişaşkınlığınıdaha iyi anlayacaksınız kuşkusuz. Ailelerindüzenlenmesi,enazındandüzenlilikbenzeribirşeyin var olduğunu gösteriyor, fakat birçok"neden"sorusudagündemegeliyor.Nedenbukadar çok temel parçacık var, özellikle deetrafımızdaki şeylerin büyük bir çoğunluğu

sadeceelektronları,yukarı-kuarklarıveaşağı-kuarkları gerektiriyormuş gibi görünürken?Nedenüçailevar?Nedenailesayısıbiryadadört ya da başka bir şey değil? Nedenparçacıkların kütlesel dağılımı görünüşterasgele; örneğin taunun ağırlığı nedenelektronun ağırlığının yaklaşık 3520 katı?Neden üst kuarkın ağırlığı, yukarı-kuarkınağırlığının yaklaşık 40.200 katı? Bunlar tuhaf,görünüşte rasgele rakamlardır. Şans eseri mimevcutturlaryoksailahibirtercihyüzündenmi,yoksa evrenimizin bu temel özelliklerininanlaşılabilirbirbilimselaçıklamasıvarmıdır?

KuvvetleryadaFotonNerede?

Doğadakikuvvetleridüşündüğümüzdeişlerdaha da karışıyor. Etrafımızdaki dünya etkiyaratmaaraçlarıyla doludur:Toplara sopalarlavurulabilir, bungee meraklıları yüksekplatformlardan kendilerini yere doğru bırakır,mıknatıslar süper hızlı trenleri metal raylarınüzerinde tutar, Geiger sayaçları radyoaktifmaddeye tepki verir, nükleer bombalar

patlayabilir.Şiddetlibirbiçimdeiterek,çekerekya da sarsarak; onlara başka nesnelerfırlatarak ya da ateşleyerek; çekiştirerek,bükerek ya da parçalayarak; dondurarak,ısıtarakyadayakaraknesnelerietkileyebiliriz.Geçen yüzyıl içinde fizikçiler, çeşitli nesnelervemaddelerarasındakibütünbuetkileşimlerin,ayrıca her gün karşılaştığımız milyonlarcaetkileşimin, dört temel kuvvetinkombinasyonuna indirgenebileceği yolundagiderek artan sayıda kanıt topladı. Bukuvvetlerden birikütleçekimi kuvvetidir. Diğerüçüelektromanyetik kuvvet, zayıf kuvvet vegüçlükuvvettir.

Kütle çekimi en tanıdık kuvvettir, biziGüneş'in etrafında yörüngede tutar, ayrıcaayağımızınyeresağlambasmasınısağlar.Birnesnenin kütlesi, ne kadar çekim kuvvetiuygulayabileceğivehissedebileceğiyleölçülür.Elektromanyetik kuvvet, dört kuvvet arasındaen tanıdık ikinci kuvvettir. Modern hayatınsunduğu bütün rahatlıkların -ampuller,bilgisayarlar, televizyonlar, telefonlar- itici

gücüdür; ışıklar saçan fırtınalar ve bir insanelinin yumuşak dokunuşundaki tuhaf kudretintemelinde yatar. Mikroskobik olarak, birparçacığın elektrik yükü, kütlenin kütleçekimiaçısından oynadığı rolün bir benzerinielektromanyetik kuvvet açısından oynar: Birparçacığın elektromanyetik olarak ne kadarkuvvet açığa çıkarabileceğini ve ne kadarkarşılıkverebileceğinibelirler.

Güçlü ve zayıf kuvvetler o kadar tanıdıkdeğildir,çünkügüçleriatomaltımesafeölçekleridışında heryerde hızla azalır; bunlar nükleerkuvvetlerdir. Bu iki kuvvetin bu kadar yakındönemde keşfedilmiş olmasının sebebi debudur.Güçlükuvvet,kuarklarınprotonlarınvenötronların içinde "yapışık" durmasını,protonlar ve nötronların atom çekirdekleriiçindebiraradasıkışıkdurmasınısağlar.Zayıfkuvvet, uranyum ve kobalt gibi maddelerinradyoaktif bozunmasından sorumlu kuvvetolaraktanınırdahaçok.

Geçen yüzyıl içinde fizikçiler bütün bukuvvetlerde ortak olan iki özellik buldular. İlki,

V. Bölüm'de tartışacağımız gibi, mikroskobikdüzeyde bütün kuvvetlerin kuvvetin en küçükdemeti ya da paketi olarak düşünebileceğinizbirleşikbirparçacığasahipolmasıdır.Birlazerışını ateşlerseniz -"elektromanyetik bir ışıntabancası"- birfoton akımı, elektromanyetikkuvvetin en küçük demetlerini ateşlersiniz.Keza, zayıf ve güçlü kuvvet alanlarının enküçük bileşenleri dezayıfayar bozonları ileglüonlardır. (Glüonları atom çekirdeklerini birarada tutan kuvvetli bir tutkalın mikroskobikbileşenleri olarak düşünebilirsiniz.) 1984'egelindiğinde deneyciler, bu üç tür kuvvetparçacığının varlığını ve ayrıntılı özelliklerini,Tablo1.2'degörüldüğügibi kesinleştirmişlerdi.Fizikçiler kütleçekimi kuvvetinindebirleşikbirparçacığı-graviton-olduğunainanıyor,fakatbuparçacığın varlığı deneysel olarak henüzdoğrulanmışdeğildir.

Kuvvetlerin ikinci ortak özelliği şudur:Kütlenin, kütleçekimin bir parçacığı nasıletkileyeceğinibelirlemesinde,elektrikyükünündeelektromanyetikkuvvetinbirparçacığınasıl

etkileyeceğini belirlemesinde olduğu gibi,parçacıklar,güçlüvezayıfkuvvetlertarafındannasıl etkileneceklerini belirleyen bellimiktarlarda"güçlüyük"ve"zayıfyük"esahiptir.(Bu özellikler, bu bölümün sonundakidipnotlarda ayrıntılı olarak verilmiştir.) Fakattıpkıparçacıkkütleleribakımındansözkonusuolduğu gibi, deneysel fizikçilerin bu özelliklerititizlikle ölçmüş olması gerçeği dışında,evrenimizin neden bu özel parçacıklardan, buözel kütlelerden ve kuvvet yüklerindenoluştuğuna, kimse bir açıklama getirebilmişdeğildir.

Ortak özellikleri bir tarafa, sadece temelkuvvetlerin incelenmesibileyalnızcasorularınağırlığını artırıyor. Örneğin neden dört temelkuvvetvar?Nedenbeşyadaüçyadabelkideyalnızca bir kuvvet yok? Neden kuvvetlerinböyle farklı özellikleri var? Neden güçlükuvvetle zayıf kuvvetin etkisi mikroskobikölçeklerle sınırlıyken, kütleçekimi ileelektromanyetikkuvvetinsınırsızbiretkialanıvar?Nedenbukuvvetleriniçkingücündeböyle

muazzambiryayılmavar?

Tablo1.2Doğadakidörtkuvvet,bunlarlailişkilikuvvetparçacıklarıvebuparçacıklarınprotonkütlesininkatlarıolarakkütleleri.(Zayıfkuvvetparçacıklarıçokçeşitlidir,ikiolasıkütlesıralanmıştır.Kuramsalincelemelergravitonundakütlesizolmasıgerektiğinigöstermektedir.)

Bu son soruyu değerlendirebilmek için solelinizde bir elektron, sağ elinizde bir başkaelektron tuttuğunuzu, benzer elektrik yükünesahip bu parçacıkları bir araya getirdiğinizidüşünün. Karşılıklı kütle çekimleriyaklaşmalarını desteklerken, elektromanyetikiticilikleri de onları ayırmaya çalışacaktır.Hangisi daha güçlüdür? Burada yarışa yer

yoktur: Elektromanyetik itiş 1041 kere dahakuvvetlidir!Sağkolunuzkütleçekimikuvvetiningücünü temsil ediyorsa, sol kolunuzunelektromanyetik kuvvetin gücünü temsiledebilmek için bilinen evrenin kıyısınınötelerine ulaşması gerekir. Etrafımızdakidünyada,elektromanyetikkuvvetinkütleçekimitümüyle aşmamasının tek sebebi, çoğu şeyineşitmiktardapozitif venegatif elektrikle yüklüolması, bu yüklerin kuvvetlerinin birbirini iptaletmesidir. Öte yandan kütleçekimi her zamançeken bir kuvvet olduğundan, benzer bir iptalsöz konusu değildir; daha fazla şey dahabüyük bir kütle çekim kuvveti anlamına gelir.Fakatesasen,kütleçekimisonderecezayıfbirkuvvettir. (Graviton'un varlığını deneyselolarak doğrulamanın güçlüğü bu olguylaaçıklanır.Enzayıfkuvvetinenküçükdemetiniaramak hayli zor bir iştir.) Deneyler güçlükuvvetin elektromanyetik kuvvetten yüz kat,zayıf kuvvetten de yüz bin kat daha güçlüolduğunu göstermiştir. Peki, evrenimizin buözellikleresahipolmasınınmantığınerededir?

Bazıayrıntılarınnedenşöyledeğildeböyleolduğuüzerineaylakaylak felsefeyapmaktanileri gelen bir soru değildir bu; maddenin vekuvvetparçacıklarınınözellikleribirparçabiledeğiştirilseydi, evren çok farklı biryer olurdu.Örneğinperiyodiktablodakiyüzkadarelementioluşturan kararlı çekirdeklerin varlığı, güçlükuvvetle elektromanyetik kuvvetin güçleriarasındaki hassas orana dayanır. Atomçekirdeklerinin içindeki protonların hepsi debirbirinielektromanyetikolarak iter;protonlarınbileşeni olan kuarkları etkileyen güçlü kuvvet,şükürler olsun ki, bu itkiyi yener ve protonlarısıkıca bir arada tutar. Fakat bu kuvvetleringöreli güçlerindeki küçücük bir değişiklik bilearalarındakidengeyikolaycabozacakveatomçekirdeklerinin çoğunun çözülmesine yolaçacaktır. Dahası elektronun kütlesi,olduğundan birkaç kat daha büyük olsaydı,elektronlar ve protonlar nötronlar oluşturmaeğilimindeolurlar, hidrojen (evrendeki enbasitelementtirvetekbirprotonasahiptekçekirdeğivardır) çekirdeklerini yutarlar, böylece dahakarmaşık elementlerin ortaya çıkmasını

engellerlerdi. Yıldızlar, kararlı çekirdeklerarasındaki füzyona dayanır ve oluşumları datemelfizikkoşullarıaçısındandeğişikdurumlaroluşturmaz. Kütle çekimi kuvvetinin gücüyıldızlarınoluşumundadaroloynar.Biryıldızınmerkezinde bulunan çekirdekteki maddenineziciyoğunluğu,yıldızınnükleerocağınıbeslervesonuçtaoluşanyıldızışığınayolaçar.Kütleçekimi kuvvetinin gücü artsaydı, yıldızkümelenmesi daha sıkı bir biçimde birbirinebağlanır, bu da nükleer tepkimelerin oranındaciddibirartışanedenolurdu.Fakattıpkıparlakbir alevin yakıtını, ağır ağır yanan bir mumanazaran daha hızlı tüketmesinde olduğu gibi,nükleer tepkimeoranındakibirartışdaGüneşgibiyıldızlarındahahızlıyanıptükenmesineyolaçardıki,bunundabildiğimizbiçimiylehayatınoluşumu üzerinde yıkıcı bir etkisi olurdu. Öteyandankütleçekimikuvvetiningücüazalsaydı,madde bir arada kümelenmezdi, bu dayıldızlarınvegalaksilerinoluşumunuengellerdi.

Devam edebiliriz, fakat fikir gayet açıktır:Evren olduğu gibidir çünkü madde ve kuvvet

parçacıklarısahipolduklarıözellikleresahiptir.Peki,neden bu özelliklere sahip olduklarınınbilimselbiraçıklamasıvarmıdır?

SicimKuramı:AnaFikir

İlk kez sicim kuramı, ortaya çıkan busoruları cevaplamaya yönelik güçlü birkavramsal değerler dizisi sunmuştur. Amaönceanafikrikapalım.

Tablo 1.1'deki parçacıklar maddenin"harfleri"dir. Dildeki karşılıkları gibi onların dabaşka bir içyapısı yoktur.Oysa sicim kuramıaksini iddia ediyor. Sicim kuramına göre, buparçacıklarıdahabüyükbirkesinlikle-bugünküteknolojik kapasitemizin ötesine geçen birölçekte- inceleyebilecek olsaydık, nokta gibiolmadıklarını, aksine tek boyutlu küçük birilmekten oluştuğunu görürdük. Parçacıklarınher birinde, sonsuz derecede ince lastik birbanta benzeyen ve titreşen, salman, danseden bir tel vardır; Gell-Mann'ın edebizevkinden yoksun fizikçiler bunasicim

demişlerdir. Şekil 1.1'de sicim kuramının butemel fikrini, sıradan bir maddeden, elmadanbaşlayarak, daha küçük boyutlardakibileşenlerini ortaya koyabilmek için elmanınyapısını her seferinde büyüterek resmettik.Sicim kuramı, atomlardan protonlara,nötronlara, elektronlara ve kuarklara uzanan,bilinen sıralamaya, mikroskobik düzeyde yeralantitreşenbirilmekeklemiştir.

Bu,şuandasiziniçinçokaçıkolmasada,VI. Bölüm'de madde bileşenlerinin noktasalparçacıklaryerinesicimlerolarakgörülmesininkuantummekaniğiylegenelgörelilikarasındakiuyumsuzluğu çözdüğünü göreceğiz. Sicimkuramı böylece çağdaş kuramsal fiziğinGordiyondüğümünüçözmüştür.Bumuazzambir başarıdır, fakat sicim kuramının böylebüyük bir heyecan yaratmasının gerisindekisebeplerdenbiridiryalnızca.

Şekil1.1Maddeatomlardanoluşur,atomlardakuarklarveelektronlardan.Sicimkuramınagöre,bütünbuparçacıklaraslındatitreşen

küçüksicimilmekleridir.

HerŞeyinBirleşikBirKuramıOlarakSicimKuramı

Einstein'ın zamanında, güçlü ve zayıfkuvvetlerhenüzkeşfedilmemişti,fakatEinsteiniki farklı kuvvetin varlığını -kütle çe-kimi ileelektromanyetizma-oldukçasorunlubulmuştu.Doğanınböyleabartılıbirtasarımadayandığınıkabuletmemişti.Buyüzdende,buikikuvvetinaslında tek bir büyük temel ilkenin tezahürüolduğunu göstereceğini umduğu birleşik biralankuramıarayışınagirmişti,buarayışı30yılsürecekti. Bu Don Kişot'unkine benzeyenarayış Einstein'ı, yeni yeni doğmakta olankuantum mekaniğinin çerçevesine dalmakonusunda gayet anlaşılır bir heyecan duyananaakımfiziktenayırdı.1940'larınbaşındabirdostuna, "Aslınabakarsan,çorapgiymemekletanınan, özel bazı durumlarda ilginç bir vakaolaraksergilenenyalnızbirihtiyarolupçıktım,"diyecekti.

Einstein zamanının ilerisindeydi. Yarımyüzyılıaşkınbirsüresonra,birleşikbirkuramhayali modern fiziğin Kutsal Kâsesi olupçıkacaktı. Bugün fizik ve matematikçevrelerinin hatırı sayılır bir kesimi sicim

kuramının bir cevap sunabileceğine giderekdahaçokiknaolmaktadır.Sicimkuramı,tekbirilkeden-enilerimikroskobikdüzeydeherşeyintitreşen tellerin bileşimlerinden oluştuğu ilkesi-bütün kuvvetleri ve bütün maddeyi içerebilenaçıklayıcıtekbirçerçeveoluşturur.

Sicim kuramı, parçacıklarda gözlenenözelliklerin, Tablo 1.1 ile 1.2'de özetlenenverilerin, bir sicimin çok çeşitli titreşmebiçimlerininbiryansımasıolduğunu iddiaeder.Nasıl bir keman ya da bir piyanodaki tellerintitreşmeyi tercih ettiği yankı frekansları -kulaklarımızın çeşitlimüziknotaları veonlarınarmonileriolarakduyduğuörüntüler-varsaaynışey, sicim kuramındaki ilmekler için degeçerlidir. Fakat sicim kuramında, bir sicimintercihettiğititreşimörüntülerinin,müziknotalarıortayaçıkarmakyerine,kütlesivekuvvetyüküsicimin salınım örüntüsüyle belirlenen birparçacıkolarakgöründüğünüilerdegöreceğiz.Elektron, bir biçimde titreşen bir sicimdir,yukarı kuark başka bir biçimde titreşen birsicim vs. Sicim kuramında parçacıkların

özellikleri kaotik deneysel olgular olmakdeğildir. Aslında tek bir fiziksel özelliğintezahürleridir, yani temel sicim demetlerinintitreşimlerinin, müziğin, yankı örüntülerinintezahürleridir.Aynıfikirdoğadakikuvvetleriçinde geçerlidir. Kuvvet parçacıklarının da bellisicim titreşim örüntüleriyle ilişkili olduğunu,dolayısıylaherşeyin,bütünmaddeninvebütünkuvvetlerin mikroskobik sicim salınışları -sicimlerin çaldığı "notalar"- başlığı altındabirleştiğinigöreceğiz.

Böylece fizik tarihinde ilk kez evreninyapısının dayandığı bütün temel özellikleriaçıklamakapasitesinesahipbirçerçeveoluyorelimizde. Bu yüzden de sicim kuramı kimizaman"herşeyinkuramı"yada "nihai", "son"kuramolaraktanımlanır.Buşaşaalıbetimleyiciterimler, kuramın mümkün olan en derin fizikkuramı olduğunu ifade etmeyi amaçlar; başkabütün kuramların temelindeki bir kuram, dahaderin bir açıklayıcı dayanağı gerektirmeyen,hattabunuolanaksızkılanbirkuram.Pratikte,sicim kuramcılarının birçoğu daha makul bir

yaklaşımıbenimservedahasınırlıbiranlamda,temel parçacıkların ve onların etkileşimegirdiği, birbirini etkileyebilen kuvvetlerinözelliklerini açıklayabilen bir kuram olmasıanlamında "her şeyi kapsayan bir kuramdanbahsederler.Sıkıbirindirgemecibununaslındahiçbirbiçimdebirsınırlamaolmadığını,prensipitibarıyla Büyük Pat-lama'dan gözümüz açıkdaldığımız rüyalara dek her şeyin maddenintemel bileşenlerini içeren, temel mikroskobikfiziksel süreçlerle açıklanabileceğini önesürecektir. Bileşenler hakkında her şeyianlıyorsanız, der indirgemeci, her şeyianlarsınız.

İndirgemeci felsefe, ateşli bir tartışmayıkolaycayangınaçevirebilir.Birçokkişi,hayatınve evrenin mucizelerinin, mikroskobikparçacıklarınyaptığı,koreografisitümüylefizikyasalarına ait amaçsız bir dansınyansımalarından ibaret olduğu iddiasınıahmakça ve baştan aşağı çirkin bulur. Neşe,üzüntü, sıkıntı duyguları gerçekten debeyindeki kimyasal tepkimelerden -moleküller

ve atomlar, daha da mikroskobik düzeydebakınca, gerçekten de titreşen sicimlerdenibaret olan, Tablo 1.1'deki bazı parçacıklararasındaki tepkimelerden- başka bir şey değilmidir?NobelÖdüllüStevenWeinbergDreamsof a Final Theory adlı kitabında bu eleştiriçizgisinecevabenşuuyarıdabulunuyor:

Yelpazenin diğer ucundaysa, modernbilimin sıkıcılığı olarak gördükleri şeykarşısında hayrete düşen indirgemecilikkarşıtlarıyeralır.Kendilerininvedünyalarının,parçacıklar ya da alanlar ile bu parçacıklararasındaki etkileşimler meselesineindirgenebilmesi karşısında bu bilgiylekendilerini eksilmiş hissederler... Bu türeleştirileri yapanlara modern bilimingüzelliklerine dairmoral verici bir konuşmaylacevap vermeye çalışmayacağım. İndirgemecidünya görüşü ürkütücü ve gayri şahsidir.Olduğu haliyle kabul edilmesi gerekir,sevdiğimiziçindeğil,dünyaböyleişlediğiiçin.

Bazıları bu keskin görüşe katılır, bazılarıkatılmaz.

Başka bazıları ise kaos kuramı gibigelişmelerin,birsistemdekikarmaşıklıkdüzeyiarttıkçayenitüryasalarınişlemeyebaşladığınısavunur.Birelektronunyadakuarkındavranışbiçimini anlamak bir şeydir; bu bilgiyi birhortumun davranış biçimini anlamak içinkullanmak ise bambaşka bir şeydir. Bunoktada çoğu kişi hemfikirdir. Fakat tek tekparçacıklardan daha karmaşık olansistemlerde ortaya çıkabilen çok çeşitli vegenelde beklenmedik olguların gerçekten yeniprensiplerin devreye girdiğini mi gösterdiği,yoksabuolgularıngerisindekiprensiplerinsonderecekarmaşıkbirbiçimdedeolsamuazzamsayıdatemelparçacığıyönetenfizikselilkeleredayanan, onların türevi olan prensipler miolduğu konusunda fikir ayrılıkları mevcuttur.Ben bu prensiplerin yeni ve bağımsız fizikyasalarını temsil etmediğini düşünüyorum. Birhortumunözelliklerinielektronyadakuarklarınfiziğiyle açıklamak zor olsa da, ben bunuhesaplarla ilgili bir çıkmaz olarak görüyorum,yeni fiziksel yasalara ihtiyaç olduğunun birgöstergesi olarak değil. Fakatyine, bu görüşe

katılmayanlardavar.

Sorgulamalarınbüyükölçüdeötesindeolanve bu kitapta betimlenen yolculuk açısındanasılönemliolanşeyşudur:Katıindirgemecinintartışmalı akıl yürütmesini kabul etsek dahi,prensipbirşeydir,uygulamatümüylebaşkabirşey. "Her şeyi kapsayan kuram"ı bulmuşolmanınhiçbirbiçimde,psikoloji,biyoloji,jeoloji,kimya,hattafiziğinçözüldüğü,yanibiranlamdasınırlandırıldığıanlamınagelmediğikonusundaneredeyse herkes hemfikirdir. Evren öylemuhteşembirzenginliğesahip,öylekarmaşıkbir yerdir ki, burada betimlediğimiz anlamdanihai kuramın keşfi, bilimin sonu anlamınagelmeyecektir. Tam tersine: Her şeyinkuramının -evreninmikroskobikolaraken ileridüzeydeki nihai açıklaması, daha derin biraçıklamaya dayanmayan bir kuram- keşfi,dünyaya dair anlayışımızı üzerineinşaedeceğimizensağlamtemelioluşturacaktır.Bukuramın keşfi bir son değil, bir başlangıçolacaktır.Nihai kuram, evrenin anlaşılabilir biryer olduğu yönünde bizi ebediyen temin

edecek sarsılmaz tutarlılıkta bir temelsunacaktır.

SicimKuramınınDurumu

Bu kitabın temel kaygısı, sicim kuramınagöre evrenin işleyişini açıklamaktır, bunuyaparken asıl ağırlığı kuramın vardığısonuçların uzay ve zamanı kavrayışımızüzerindeki etkilerine vereceğim. Bilimselgelişmelerle ilgili başka birçok açıklamanıntersine, burada sunulacak açıklama, tümüyleoturtulmuş,birçokdeneyseltestledoğrulanmış,bilimsel çevre tarafından tam anlamıyla kabuledilmiş bir kuramı ele almaz. Sonrakibölümlerde de tartışacağımız üzere bununsebebi şudur: Son yirmiyılda kaydedilenetkileyici ilerlemelere rağmen, sicim kuramıöylederin,öyleinceliklibirkuramsalyapıdırkikuramatamanlamıylahâkimolduğumuzuiddiaedebilmemiziçindahaepeyceyolkatetmemizgerekiyor.

Bu yüzden de sicim kuramı, tamamlanmış

kısımlarıyla uzay, zaman ve maddeninderinliklerine dair şaşırtıcı kavrayışlar ortayaçıkarmış, hâlâ geliştirilmekte olan bir çalışmaolarakgörülmelidir.Genelgörelilik ilekuantummekaniğinin uyumlu bir biçimde bir arayagetirilmesi büyük bir başarıdır. Dahası sicimkuramı, doğanın en temel bileşenleri vekuvvetleriyle ilgili esas sorulara cevap vermekapasitesinesahiptir.Aktarmasıdahagüçolsada,sicimkuramınınortayaattığıcevaplarınvebucevaplarıoturttuğuçerçevenindikkatçekicibir zarafete sahip olması da aynı derecedeönemlidir. Söz gelimi sicim kuramına göre,doğanın, yapay teknik ayrıntılar olarakgörünebilecek birçok yönünün -örneğin, ayrıtemel parçacık bileşenlerinin sayısı veözellikleri gibi- evrenin geometrisinin temel vesomut veçhelerinden kaynaklandığıgörülmektedir. Sicim kuramı doğruysa eğer,evrenimizin mikroskobik dokusu, evrendekisicimlerin sonu gelmez bükülmeler vetitreşimlerlekozmikyasalarıritmikolarakifadeettiği, iç içe geçmiş birçok boyuttan oluşanzengin bir labirenttir. Doğanın temel

yapıtaşlarının özellikleri tesadüfi ayrıntılarolmak şöyle dursun, uzay ve zamanındokusunaderindensarılmıştır.

Gerçi son kertede, sicim kuramınınevrenimizin en derin gerçeklerini örten gizemperdesini gerçekten kaldırıp kaldırmadığınıbelirleyebilecekeksiksiz,sınanabilirtahminlerinyerini hiçbir şey alamaz.Anlayış düzeyimizinbu amaca ulaşabilecek derinliği kazanmasızaman alabilir, fakat IX. Bölüm'de detartışacağımızgibi,deneyseltestlergelecekonyıl içinde sicim kuramına güçlü, ayrıntılı birdestek kazandırabilir. Ayrıca XIII. Bölüm'de,sicimkuramınınyakındönemdekaradeliklerleilgili, yaygın deyişle Bekenstein-Hawkingentropisiyle ilişkilendirilen,dahabildik,alışıldıkyöntemlerleçözülmeye25yılıaşkınbirsüredirinatla direnen temel bir bulmacayı daçözdüğünügöreceğiz.Bubaşarıbirçokkişiyi,sicimkuramınınbizi,evrenimizinişleyişinedairen derin kavrayışı kazandırma yolundaolduğunaiknaetmiştir.

Sicim kuramının öncülerinden ve önde

gelen uzmanlarından biri olan EdwardWitten,durumu"sicimkuramı21.yüzyıl fiziğininşanseseri 20. yüzyıla düşmüş bir parçasıdır,"sözleriyle özetler, ilk kez ünlü İtalyan fizikçiDanielle Amati'nin dile getirdiği birdeğerlendirmedirbu.Ohaldebiranlamda,19.yüzyıldaki atalarımızın nasıl çalıştıracaklarınıbilemedikleri,modernzamanlaraözgüsüperbirbilgisayarla karşı karşıya kalmış olmasınabenzer bir durum söz konusudur. Denemeyanılmalarla süper bilgisayarın gücüne dairipuçları elde edebilirlerdi, fakat gerçek birustalığaerişmelerisıkıveuzunsürelibirçabagöstermelerini gerektirirdi. Bilgisayarınpotansiyeline dair ipuçları, tıpkı sicimkuramının açıklayıcı gücüne ilişkinkavrayışlarımız gibi, tam bir kullanma yetisikazanmakonusundasonderecegüçlübirsaikolurdu.Bugündebenzerbirsaikbukuşaktanfizikçilere, sicim kuramının eksiksiz ve somutbirbiçimdeanlaşılmasıçabasınagirmeenerjisiveriyor.

Witten'ın ve bu alanda çalışan başka

uzmanların sözleri, sicim kuramının tamanlamıylageliştirilipanlaşılmasınınyıllar,hattayüzyıllar alabileceğini gösteriyor. Bu pekâlâdoğru olabilir. Aslına bakarsanız, sicimkuramının matematiği o kadar karmaşıktır ki,bugüne dek kuramın kesin denklemlerinibilebilen biri çıkmamıştır. Fizikçiler, budenklemlerin yalnızca yaklaşıklarını bilirler,yaklaşıkdenklemlerbileokadarkarmaşıktırki,bugüne dek ancak kısmen çözülebilmişlerdir.Yinede1990'larınsonyarısındailhamvericibirdizi atılım -bugüne dek tahayyül edilemezderecede zor görülen kuramsal sorularıcevaplayan atılımlar- sicim kuramına ilişkineksiksiz bir niceliksel anlayışın baştadüşünüldüğünden daha yakın olduğunugösteriyor olabilir pekâlâ. Dünyanın dört biryanında fizikçiler,bugünedekkullanılmışolançok sayıda yaklaşık yöntemi aşmaya yönelikyeni, güçlü teknikler geliştirmekte, hep birliktecanla başla sicim kuramı bulmacasının farklıunsurlarınıbirarayagetirmekteler.

Şaşırtıcıdır ki, bu gelişmeler kuramın bir

süredir kabul görmüş olan bazı temelveçhelerinin yeniden yorumlanması için yenihareketnoktalarısunmaktadır.Örneğin"Nedensicimler? Neden küçük frizbiler değil? Ya damikroskobik ölçeklerde kabarcıklar değil? Yadabütünbuolasılıklarınbirbileşimideğil?"gibisorular, Şekil 1.1'e bakarken aklınızagelebilecek doğal sorulardır. XII. Bölüm'degöreceğimiz üzere, son dönemde ulaştığımızkavrayışlar,bubaşkatürbileşenlerindesicimkuramında önemli bir rolüolduğunugöstermekte, sicim kuramının aslında bugünM-kuramı denilen daha büyük bir sentezin birparçasıolduğunuortayakoymaktadır.Busongelişmeler, bu kitabın son bölümlerinde elealınacaktır.

Bilimdeki ilerlemeler aralıklarla gerçekleşir.Bazıdönemlerbüyükatılımlarladoludur;başkabazı dönemlerde araştırmacılar kuru sözlerleuğraşır. Bilim insanları hem kuramsal hemdeneysel sonuçlar ileri sürer. Sonuçlar bilimçevrelerinde tartışılır; bazen bir kenarabırakılırlar, bazen değiştirilirler, bazen de

fizikselevrenianlamanınyenivedahageçerliyollarıiçinilhamvericisıçramatahtalarıolurlar.Başka bir deyişle, bilim nihai gerçek olmasınıumduğumuz şeye doğru zikzaklı bir yolizleyerek ilerler; insanlığın, evreni etraflıcaanlamaya yönelik ilk girişimleriyle başlamış,sonunu tahminedemeyeceğimizbiryoldurbu.Sicim kuramı bu yolda tesadüfi bir dinlenmemolası mı, bir dönüm noktası mı, yoksa sondurak mı, bunu henüz bilmiyoruz. Fakat çoksayıda ülkede kendilerini bu işe adamışyüzlercefizikçi,yüzlercematematikçidoğruvemuhtemelen de nihai yolda olduğumuza dairbize sağlam bir umut vermişlerdir. Bugünküanlayış düzeyimizin bile evrenin işleyişineilişkin yeni, çarpıcı görüşler edinmemizisağlamış olması, sicim kuramının zengin veuzunerimliniteliğine ilişkinanlamlıbir işarettir.Bundan sonra gelen sayfaların ana teması,Einstein'ınözel vegenel görelilik kuramlarınınuzay ve zaman kavrayışımızda başlattığıdevrimiileriyetaşıyangelişmelerdir.

II.Bölüm

Uzay,ZamanveGözlemcininGözü

Haziran 1905'te 26 yaşındaki AlbertEinsteinAnnalsofPhysicsdergisineteknikbirmakale gönderdi; on yıl kadar önce birdelikanlıyken aklına takılan, ışıkla ilgili birparadoks hakkındaydı makalesi. DerginineditörüMaxPlanckEinstein'ınmakalesininsonsayfasınıdaçevirdiktensonraanladıki,kabulgören bilimsel düzen yerle bir olmuştu,isviçre'de Bern'de yaşayan bir patent ofisikâtibi, geleneksel uzay ve zamankavrayışlarınıgürültüsüzpatırtısıztamamenaltüst etmiş, bu kavrayışların yerine, ortakdeneyimlerimizden aşina olduğumuz her şeyekarşıolanyenibirkavrayışgeçirmişti.

Einstein'ı on yıldır uğraştıran paradoksşuydu: 1800'lerin ortalarında iskoç fizikçiJames Clerk Maxwell, ingiliz fizikçi MichaelFaraday'ın deneysel çalışmalarını yakındaninceledikten sonra elektrik ile manyetizmayı

elektromanyetik alan çerçevesindebirleştirmeyi başarmıştı. Gökgürültülü veşimşekli bir fırtına öncesinde bir dağıntepesinde bulunduysanız ya da bir Van deGraafjeneratörünün yakınlarında durduysanızelektromanyetik alanın ne olduğunu içorganlarınızla anlamışsınızdır, çünkühissetmişsinizdir.Bunuyaşamamışsanızeğer,şöyle anlatabiliriz: Elektromanyetik alan,uzayda içinden geçtikleri bölgeye nüfuz edenelektrik ve manyetik kuvvet çizgilerindenoluşanbirdalgagibidir.Örneğinbirmıknatısınyakınınademir tozu serpiştirdiğinizde, tozlarınoluşturduğudüzenli örüntü,manyetik kuvvetingözle görünmeyen çizgilerini ortaya çıkarır.Kuru bir günde üzerinizdeki yün kazağıçıkarırken bir çıtırtı duyup belki bir iki kereelektrik çarpmış gibi olursunuz; kazağınızınliflerinin topladığı elektrik yükünün yarattığıelektrik kuvvet çizgilerinin varlığına tanıkolmaktasınızdır.Maxwell'inkuramı,buvediğerbütün elektrik ve manyetik olguları tek birmatematiksel çerçevede birleştirmeninötesinde, pek de beklenmedik bir biçimde

elektromanyetik dalgaların sabit, hiçdeğişmeyen bir hızda, sonradan ışık hızınayakın olduğu anlaşılan bir hızda yol aldığınıgöstermişti.Maxwellburadan,görülebilir ışığınbirtürelektromanyetikdalgadanbaşkabirşeyolmadığınıanladı;bugünbudalganınretinadakikimyasallarla etkileşime girerek görmeduyumuna yol açtığı anlaşılmıştır. Ayrıca(burası önemlidir) Maxwell'in kuramı bütünelektromanyetik dalgaların -görünebilir ışık dadahil- durmadan bir yerden bir yere giden birseyyaha benzediğini göstermiştir.Elektromanyetik dalgalar hiç durmaz, hiçyavaşlamaz.Işıkhepışıkhızındayolalır.

Tıpkı 16 yaşındaki Einstein'ın yaptığı gibi"Peki ışık hızında hareket ederek bir ışıkdemetinin peşine düşersek ne olur?" diyesoruncaya kadar her şey iyi hoş. KökleriNewton'unhareketyasalarınauzanansezgiselakıl yürütme, ışık dalgalarına yetişeceğimizi,böylece dalgaların sabit görüneceğini, ışığınduracağını söyler. Fakat Maxwell'in kuramınave bütün güvenilir gözlemlere göre durağan

ışıkdiyebirşeyyoktur:Bugünedekhiçkimseavcunda durağan bir ışık topağı tutmamıştır.Sorun da buradan çıkar. Talihe bakın ki,Einsteindünyanınöndegelenbirçokfizikçisininbu soruyla uğraştığından (ve yanlış yollarasaptığından) habersizdi ve Maxwell ileNewton'un paradoksu üzerine büyük ölçüdedüşüncelerinin bozulmamış mahremiyetiiçerisindekafayormuştu.

Bu bölümde Einstein'ın bu çatışmayı özelgörelilik kuramıyla nasıl çözdüğünü, bunuyaparken uzay ve zaman kavrayışlarımızınasıl tamamendeğiştirdiğini tartışacağız.Özelgöreliliğin temel kaygısının, dünyanın genelde"gözlemciler"denilenvehareketleribirbirleriylegörelilik oluşturan bireylere tam olarak nasılgöründüğünüanlamakolması şaşırtıcı olabilir,ilk başta, son derece önemsiz zihinsel biregzersiz gibi görünebilir. Tam tersine: Işıkdemetlerini takipedengözlemcilerihayaledenEinstein'ın elinde, en sıradan durumların bilegöreli hareket durumundaki bireylere nasılgöründüğünü tam olarak anlamamızı

sağlayacaksağlambazısonuçlarvardı.

İçgüdüveKusurları

Ortak deneyim, bireylerin gözlemlerininhangi biçimlerde farklılaşabileceğini gösterir.Örneğin bir yol kenarındaki ağaçlar, şoförünbakış açısından hareket ediyormuş gibigörünür, oysayol kenarındaki korkuluklaraoturmuş otostopçunun bakış açısına göredurağandırlar. Aynı şekilde, şoförün bakışaçısından otomobilin gösterge paneli hareketediyor gibi görünmez (yani öyle umalım),otostopçununbakışaçısınagöreiseotomobilingeri kalan kısımları gibi kontrol paneli dehareket ediyor görünür. Bunlar dünyanınişleyişine dair öyle temel, öyle sezgiselözelliklerdirki,pekdikkatealmayız.

Fakat özel görelilik, böyle iki bireyingözlemleri arasındaki farklılıkların o kadarkolay görülemeyen, daha köklü farklılıklarolduğunugösterir.Görelihareketdurumundakigözlemcilerin mesafeyi ve zamanı farklı

algılayacaklarıgibituhafbiriddiadabulunur.Buda birazdan göreceğimiz gibi, göreli hareketdurumundaki iki bireyin taktığı kol saatlerininfarklı hızlarda çalışacağı, dolayısıyla seçilmişolaylar arasında ne kadar zaman geçtiğikonusunda aynı sonucu vermeyeceklerianlamına gelir. Özel görelilik, bu ifadenin sözkonusu kol saatlerinin doğru olmadığınısöylemediğini, aksine zamanın kendisihakkındadoğrubirifadeolduğunugösterir.

Aynı şekilde, ellerinde birbirinin tamamenaynı birer metre olan göreli hareketdurumundaki bireyler, ölçülen mesafekonusunda da aynı sonuca varamayacaktır.Bu durum da ölçüm aygıtlarındaki ya dabunların kullanımındaki hatalardankaynaklanmaz. Dünyanın en hatasız ölçümaygıtları, uzay ile zamanın -mesafe ve süreolarak ölçüldüklerinde- herkes tarafından aynışekilde algılanmadığını doğrulamıştır. Özelgörelilik,tamdaEinstein'ıntasvirettiğişekilde,harekete dair sezgilerimizle ışığın özellikleriarasındaki çatışmayı çözer, ama bunun bir

bedeli vardır: Birbirlerine göre hareket halindeolan bireylerin uzaya ve zamana ilişkingözlemleriaynıolmayacaktır.

Einstein'ın bu büyük keşfini dünyayaduyurmasının üstünden neredeyse bir yüzyılgeçti, fakat çoğumuz hâlâ uzayı ve zamanımutlak terimlerle düşünüyoruz. Özel göreliliğiiliklerimizde hissetmiyoruz. Etkilerisezgilerimizin temel bir parçası değil. Bununsebebi gayet basit: Özel göreliliğin etkileri,insanınnekadarhızlıhareketettiğinebağlıdır;otomobillerin,uçakların,hattauzaymekiklerininhızısözkonusuolduğundabilebuetkilerçokküçüktür. Yerde duran ve otomobilde ya dauçaktaseyahatedenbireylerarasındauzayvezaman algısı açısından farklılıklarmeydanagelir, fakat bunlar o kadar küçüktür ki farkedilmezler. Ama ışık hızına yakın bir hızdaseyahat eden bir uzay aracıyla bir seyahateçıkabilecek olsanız, göreliliğin etkileri gayetbelirgin olacaktır. Tabi bu hâlâ bilimkurgununkonusu.Yine de, daha sonraki bölümlerde detartışacağımız üzere, akıllıca düzenlenmiş

deneyler, uzayın ve zamanın Einstein'ınkuramınınöngördüğügöreliözelliklerininnetbirbiçimdegözlemlenmesinimümkünkılar.

Bahsettiğimizölçekleribirazkavrayabilmekiçin 1970 yılında olduğumuzu, büyük, hızlıotomobillerin moda olduğunu düşünün. Bütünbirikimini yeni bir Trans Amayatıran Slim,satıcının izin vermediği türden bir denemesürüşüyapabilmekiçinkardeşiJim'lebirlikteocivardaki otomobil yarışına elverişli bölgeyegider.Slimotomobilinmotorunuhızlandırdıktansonra,1mil(1,6kilometre)uzunluğundakiyolusaatte 120 mil (yaklaşık 195 kilometre) hızlaşimşekgibikateder,buaradaJimdekenardadurup zaman tutar. Bağımsız bir doğrulamaisteyenSlimdeyeniotomobilininyolunekadarzamanda kat edeceğini görmek için kolunakronometreli bir saat takmıştır. Einstein'ınçalışması öncesinde hiç kimse her ikikronometrenin de, tabi eğer düzgünçalışıyorlarsa, geçen zamanın aynı olduğunugöstereceğinden şüphe etmezdi. Fakat özelgöreliliğe göre Jim geçen zamanı 30 saniye

olarak ölçerken, Slim'in kronometresi29,99999999999952 saniye geçtiğinigösterecektir -yanibirazcık daha az. Tabi bufarklılık o kadar küçük ki, parmakla basılarakçalıştırılan kronometrelerin, Olimpiyatlar'dakullanılanzamanölçümsistemlerinin,hattaenhassas atom saatlerinin çok ötesinde birhassaslıktaki zaman ölçerlerle ölçülebilirancak. Gündelik deneyimlerimizin, zamanınakışının hareket durumumuza bağlı olduğugerçeğiniortayakoymamasıhiçşaşırtıcıdeğil.

Uzunluklarınölçümükonusundadabenzerbir uyuşmazlık vardır. Örneğin başka birdeneme sürüşünde Jim, Slim'in yeniotomobilininuzunluğunuölçmekiçinakıllıcabirnumaraya başvurur: Kronometresini tamotomobilin önü ona ulaştığında çalıştırır veotomobilinarkasıönündengeçtiğindedurdurur.Jim, Slim'in saatte 120 mil (yaklaşık 195kilometre) hızla gittiğini bildiğinden bu hızıkronometrenin gösterdiği süreyle çarparakotomobilin uzunluğunu hesaplayabilir. YineEinstein öncesinde hiç kimse, Jim'in böyle

dolaylı bir biçimde ölçtüğü uzunluğun, Slim'inotomobil galeride hareketsiz dururken ölçtüğüuzunluklatamı tamınaaynıolupolmayacağınısorgulamazdı bile. Tersine özel görelilik, Slimile Jim bu şekilde kesin ölçümlergerçekleştirirlerse ve Slim otomobilin farzedelim tam olarak 16 feet (yaklaşık 5 metre)uzunluğunda olduğunu bulursa, Jim'inölçümünün de otomobilin 15,99999999999974feet (yaklaşık 4,6 metre) uzunluğunda -yanibirazcık daha az- olduğunu göstereceğinisöyler. Tıpkı zaman ölçümlerinde olduğu gibibudaokadar küçükbir farklılıktır ki, sıradanaygıtlarbunubelirleyecekdoğruluktadeğildir.

Bufarklılıklarsondereceküçükolsalarda,uzayvezamanınevrenselvedeğişmezolduğuyönündeki yaygın kavrayışta temel bir kusurolduğunugösterirler.Bireylerin,örneğinSlim'inveJim'ingörelihızlarıarttıkçabukusurgiderekbelirginleşir. Farklılıkların ayırt edilebilir olmasıiçin, söz konusu hızların mümkün olan enyüksek hıza -yani ışık hızına- yakın olmasıgerekir; Maxwell'in kuramı ve deneysel

ölçümler ışık hızının saniyede 186.000 mil(yaklaşık 300.000 kilometre) olduğunu, yanisaatte 670 milyon mil (yaklaşık 1 milyarkilometre) olduğunu göstermiştir. Bu hızlaDünya'nın çevresinde saniyede yedi keredolaşılabilir. Örneğin Slim, saatte 120 mil(yaklaşık195kilometre)değilde580milyonmil(870milyonkilometre)hızla(ışıkhızınınyüzde87'si) gidiyor olsaydı, özel görelilikmatematiğinegöreJimotomobilinuzunluğunu8feet (yaklaşık 2,5 metre) olarak ölçecekti; buda Slim'in yaptığı ölçümden (otomobilinkullanıcıkılavuzundabelirtilenözelliklerdende)ciddiorandafarklıolacaktı.Aynışekilde,Jim'egöre yarış yolunu kat etme süresi de Slim'inölçtüğüsüreninikikatıolacaktı.

Bu tür muazzam hızlara günümüzdeerişilemediğinden, teknik olarak "zamangenleşmesi" ve "Lorentz büzülmesi" diyeisimlendirilen bu olguların etkileri gündelikhayattasondereceküçüktür. Işıkhızınayakınhızlardayolalmanınnormalolduğubirdünyadayaşıyor olsaydık, uzay ve zamanın bu

özellikleri-onlarısürekligözlemleyebileceğimiziçin-okadarsezgiselolurduki,üzerlerindebubölümün başında bahsettiğimiz, yolunkenarındaki ağaçların görünür hareketindendahafazladurmazdık.Fakatöylebirdünyadayaşamadığımızdan,buözelliklereaşinadeğiliz.İleride göreceğimiz gibi, bunları anlamak vekabul etmek, dünyayı algılayışımızı herbakımdangözdengeçirmemizigerektiriyor.

Görelilikİlkesi

Özel göreliliğin temelinde, basit fakatkökleşmiş iki yapı vardır. Daha önce debelirttiğimiz gibi biri ışığın özellikleriyle ilgilidir;bunu gelecek bölümde daha kapsamlıtartışacağız.Diğeriysedahasoyuttur.Belli birfizik yasasıyla değil,bütün fizik yasalarıylailgilidir vegörelilik ilkesi olarak bilinir. Görelilikilkesibasitbirgerçeğedayanır:Hızdanyadayönlü hızdan (bir nesnenin hızı ve hareketdoğrultusu) bahsettiğimizde, ölçümü kimin yada neyin yaptığını özel olarak belirtmemizgerekir. Şimdi anlatacağım durum üzerine

düşünerek, bu ifadenin anlamını ve öneminikolaycaanlayabiliriz.

Üzerindeyanıpsönenküçükbirkırmızıışıkbulunan bir uzay elbisesi giymiş olanGeorge'un bütün gezegenlerden, yıldızlardan,galaksilerden uzakta, tamamen boş evreninmutlak karanlığında yüzdüğünü düşünün.Kendi bakış açısına göre George tümüyledurağandır, kozmosun durgun karanlığınagömülmüştür. George uzakta yanıp sönenküçük bir yeşil ışık görür, ışık giderekyaklaşıyor gibi görünmektedir. Sonunda ışıkiyice yaklaşır veGeorge bu ışığın, başka biruzay gezgininin, boşlukta ağır ağır yüzenGracie'nin uzayelbisesinin üzerindeolduğunuanlar. Gracie geçerken ona el sallar, Georgeda karşılık verir ve sonra Gracie uzaklaşıpgider.BuhikâyeGracie'ninbakışaçısındandaaynengeçerlidir.HikâyeninbaşındaGraciedışuzayın muazzam karanlığında yapayalnızdır.Uzaktayanıpsönenkırmızıbirışıkgörür,ışıkgiderek yaklaşıyormuş gibi görünmektedir.Sonunda iyice yaklaşır ve Gracie bu ışığın,

başka bir varlığın, boşlukta ağır ağır yüzenGeorge'unuzayelbisesininüzerindeolduğunuanlar. George geçerken ona el sallar, Graciede karşılık verir ve sonra George uzaklaşıpgider.

Buikihikâye,aynıdurumubirbirindenfarklıfakat aynı ölçüde geçerli iki bakış açısındanbetimlemektedir.Gözlemcilerinikisidedurağanolduklarını hissetmekte, diğerini harekethalinde algılamaktadır. Her iki bakış açısı daanlaşılabilir ve haklı çıkarılabilir niteliktedir. İkiuzay gezgini arasında bir simetribulunduğundan birinin bakış açısının "doğru",diğerininkinin "yanlış" olduğunu söylemeninhiçbirtemeliyoktur.Herikibakışaçısıdaaynıölçüdedoğrulukiddiasıtaşır.

Bu örnek görelilik ilkesinin anlamını gayetiyi açıklıyor: Hareket kavramı görelidir. Birnesnenin hareketinden ancak bir başkanesneye göre ya da bir başka nesneylekıyaslayarak bahsedebil iriz. Dolayısıyla,kıyaslama yapmamızı sağlayacak başka birnesnebelirlemediğimiz için "George saatte10

kilometrehızlayolalıyor" ifadesininbiranlamıyoktur. Ama "George, Gracie'nin yanındansaatte10kilometrehızlageçiyor"ifadesininbiranlamı vardır, çünkü Gracieyi karşılaştırmanoktası olarak belirlemişizdir. Örneğimizin degösterdiğigibi,busonifade"Gracie,George'unyanından(tersyönde)saatte10kilometrehızlageçiyor"ifadesiyletamamenaynıdır.Başkabirdeyişle "mutlak" bir hareket kavramı yoktur.Hareketgörelidir.

Bu hikâyenin kilit unsuru George'un veGracie'nin kuvvetten bağımsız, sabit hız vedoğrultudaki hareketlerinin seyrini bozabilecekbirkuvvet,yanietkitarafındanneitiliyornedeçekiliyor olması, başka bir etkiye maruzkalmamasıdır.Dolayısıyla,kuvvettenbağımsızhareketin sadece başka nesnelere kıyaslaanlamlı olduğu ifadesi daha kesin bir ifadedir.Bu önemli bir açıklamadır, çünkü işin içinekuvvetlerdahilolursa,gözlemcilerinhızlarında-hızlarında ve/veya hareket doğrultularında-değişiklikler olur ve bu değişikliklerhissedilebilir. Örneğin George'un giysisinin

sırtında ateşleyebileceği bir tepkili motorolsaydı, hareket ettiğini kesinlikle hissederdi.Bu içkinbirhistir.Georgemotoruateşleseydi,gözleri kapalı da olsa, dolayısıyla başkanesnelerle kıyaslama yapamayacak durumdaolsa bile hareket ettiğinibilirdi. Kıyaslamayapamaz durumdayken dahi, "dünyanın gerikalanı yanından geçip giderken" kendisinindurduğunu iddia edemezdi. Sabit hızdaki vesabit doğrultudaki hareket görelidir; hızı vedoğrultusu sabit olmayan hareket, yani başkabir deyişleivmeli hareket için ise aynı şeygeçerli değildir. (Gelecek bölümde ivmelihareketi ele alıp Einstein'ın genel görelilikkuramını tartıştığımızdabu ifadeyiyenidenelealacağız.)

Bu hikâyelerin boş uzayın karanlığındageçmesiaşinaolduğumuz,haklıolarakolmasada genellikle "durağanlık" gibi özel bir statüatfettiğimiz sokakları ve binaları ortadankaldırarak konuyu anlamamıza katkıdabulunuyor. Bununla beraber aynı ilke Dünyaüzerindekiortamlariçindegeçerlidirveaslında

herkes tarafından yaşanır. Diyelim ki trendeuyuyakaldınızve treniniz tambaşkabir treninyanından geçerken uyandınız. Yanındangeçmekte olduğunuz tren başka nesnelerigörmeniziengellediği,penceredenbaktığınızdasadece diğer treni gördüğünüz için geçiciolaraksizintreninizinmi,diğertreninmi,yoksaikisinin birden mi hareket ettiğinianlayamayabilirsiniz. Elbette ki treninizsarsılırsa ya da bir virajı alırken doğrultudeğiştirirse hareket ettiğinizi anlarsınız. Fakattrensarsılmadandümdüzgidiyorsa-treninhızıve doğrultusu sabitse- trenlerin birbirine görehareketettiğinigörür,ancakhangisininhareketettiğinikesinolaraksöyleyemezsiniz.

Eladi bir adım daha ileri gidelim. Böyle birtrende olduğunuzu, perdeleri iyice çektiğinizi,pencerelerin tümüyle kapandığını düşünün.Kendi kompartımanınız dışında bir şeygöremeyeceğiniziçin(treninsabitbirhızla,hepaynıdoğrultudailerlediğinivarsayarak)hareketedip etmediğinizi hiçbir biçimdebelirleyemezsiniz. İçinde bulunduğunuz

kompartıman,trenisterraylarüzerindeduruyorolsun,isteryüksekhızdahareketediyorolsun,s i z ekesinlikle aynı görünecektir. EinsteinaslındaGalileo'yadekuzananbufikri,nesizinne trendeki başka bir yolcunun kapalıkompartıman içindeyken trenin hareket edipetmediğini belirleyebilecek bir deneyyapabileceğini söyleyerek göstermişti. Bu dayine görelilik ilkesine çıkar: Kuvvettenbağımsız tüm hareketler tümüyle göreliolduğundan, ancak yine kuvvetten bağımsızolarak hareket eden başka nesnelere ya dabireylere kıyasla anlamlıdır. "Dış" nesnelerledoğrudan ya da dolaylı bazı kıyaslamalaryapmaksızın hareket edip etmediğinizianlamanızınbiryoluyoktur. "Mutlak"sabithızvedoğrultudahareketdiyebir kavramyoktur;fizik açısından yalnızca kıyaslama yapmanınanlamıvardır.

AslınabakarsanızEinsteingörelilikilkesinindaha da büyük bir iddiada bulunduğunu farketmişti:Fizikyasaları-hangiyasaolursaolsun-sabitbirhızvedoğrultudahareketedenbütün

gözlemciler için tamamen aynı olmalıdır.George ile Gracie uzayda tek başlarınayüzmüyor da uzayda yüzmekte olan uzayistasyonlarında birbirinin aynı bir dizi deneygerçekleştiriyor olsalardı buldukları sonuçlaraynıolacaktı.Elerikiistasyondagöreliharekethalinde olsa da hem George hem de Gracieyine kendi istasyonlarının duruyor olduğunainanmakta haklıdır. Kullandıkları donanımtamamen aynıysa, iki deney düzeneğinibirbirinden ayıran bir şey olmayacaktır;düzenekler tümüyle simetriktir. Eler ikisinindeneylerden çıkardığı fizik yasaları dayi-neaynı olacaktır.Ne onlar ne de deneyleri sabithız ve doğrultuda yol aldıklarını algılayabilir,yani hiçbir biçimde hareket halinde olduklarıbilgisini kullanamaz. Bu tür gözlemcilerarasında tambir simetri oluşturanşey iştebubasit kavramdır; görelilik ilkesinin özündekikavram da budur. Bu ilkeyi birazdan iyiceincelenmesigerekenbirbiçimdekullanacağız.

IşıkHızı

Özel göreliliğin ikinci kilit bileşeni ışık veışığınhareketininözellikleriyle ilgilidir. "Georgesaatte 10 kilometre hızla yol alıyor" ifadesininkıyaslama yapmamızı sağlayacak birkarşılaştırmanoktasıolmaksızınhiçbiranlamıolmadığını iddia etmiştik. Ama bu iddianıntersine, kendilerini işlerine adamış bir dizideneysel fizikçi neredeyse yüzyıllık birçabay la,kıyaslama için bir karşılaştırmanoktası olmaksızın da bütün gözlemcilerinışığın saatte yaklaşık 1milyar kilometre hızlayolaldığınıkabuledeceğinigöstermiştir.

Bu gerçek, evrene bakışımızda bir devrimyapmamızı gerekli kılmıştır. Önce dahasıradan nesneleri konu alan benzer ifadelerlekıyaslayarak, bu ifadenin ne anlama geldiğinianlayalım.Diyelimkigüzel,güneşlibirgün,sizde bir arkadaşınızla top oynamak için dışarıçıkıyorsunuz.Birsüre ikinizde tembel tembeltopu birbirinize saniyede diyelim ki 6 metrehızlaatıp tutuyorsunuz.Gelgelelimbirdenbireşimşek çakmaya, gök gürlemeye başlıyor,ikiniz de kaçıp saklanıyorsunuz. Fırtına

dindikten sonra oyunadevametmek için yinebir araya geliyorsunuz, fakat bir şeyindeğiştiğini fark ediyorsunuz. Arkadaşınızınsaçlarıdarmadağın,dikendikenolmuşvesizesert sert, deli deli bakıyor. Eline baktığınızdahayretle görüyorsunuz ki artık sizinle topoynamak istemiyor, onun yerine size bir elbombası fırlatmayahazırlanıyor.Tabi sizindetop oynama hevesiniz kalmıyor, dönüpkaçmaya başlıyorsunuz. Arkadaşınız elbombasını fırlattığında bombayine size doğruuçacak, ama siz koştuğunuz için bombanınsize yaklaşma hızı saniyede 6 metreden azolacak. Aslında sağduyu bize, saniyedediyelim ki 4 metre hızla koşuyorsanız, elbombasının size (6-4)=2 metrehızlayaklaşacağını söyler. Başka bir örnekverelim:Diyelimkidağdasınızveüstünüzeçığgeliyor, dönüp kaçma eğiliminde olursunuz,çünkü o zaman çığın size yaklaşma hızıazalacaktırvebudagenelolarakiyibirşeydir.Hareketsizhaldekibirbireyegöreyaklaşmaktaolan çığın hızı, kaçmakta olan bir bireyinalgıladığındandahafazladır.

Şimdi top, el bombası ve çığ ile ilgili bugenel gözlemleri ışıkla ilgili gözlemlerlekıyaslayalım. Kıyaslarımız daha doğru olsundiye, bir ışık demetinin foton olarak bilinenküçük"paketlerden"(ışığın,IV.Bölüm'dedahaetraflıca tartışacağımızbir özelliği) oluştuğunudüşünün.Birfeneriyaktığımızdayadabirlazerışını demeti gönderdiğimizde, aslında aygıtıyönelttiğimiz doğrultuda bir foton demetigönderiyoruz demektir. El bombası ve çığörneklerinde olduğu gibi, bir fotonunhareketinin, hareket halindeki birine nasılgöründüğünü düşünelim. Diyelim ki çdgınarkadaşınız el bombası yerine güçlü bir lazertaşıyor. Lazeri sizedoğruateşlerse -sizdedeuygunölçümcihazıvarsa-demettekifotonlarınyaklaşma hızının saatte yaklaşık 1 milyarkilometre olduğunu bulursunuz. Peki ya elbombasıyla top oynama ihtimali karşısındayaptığınız gibi kaçarsanız ne olur?Yaklaşmakta olan fotonların hızı o zaman neolacaktır?İşleribirazdahakarıştıralım,diyelimki uzay gemisiAtılgana, bindiniz vearkadaşınızdan saatte 160 milyon kilometre

hızla uzaklaşmaya başladınız. GelenekselNewtoncu dünya görüşüne dayanan akılyürütmeyi izleyecek olursak, artıkarkadaşınızdan hızla uzaklaşmaktaolduğunuzdan yaklaşan fotonların hızınınazaldığını görmeyi beklersiniz. Size (saatte 1milyarkilometre-saatte160milyonkilometre=)saatte 840 milyon kilometre hızlayaklaştıklarınıbulmayıumarsınız.

Geçmişleri 1880'lere kadar uzanan çeşitlideneylerden elde edilen yığınla kanıt, ayrıcaMaxwell'in ışığın elektromanyetik kuramınıntitizlikle incelenmesi ve yorumlanması bilimcamiasını yavaş yavaş aslında göreceğinizşeyin buolmayacağına ikna etmiştir.Kaçıyorolsanız da, yaklaşmakta olan fotonların hızınısaatte 1 milyar kilometre olarak ölçersiniz,bundan birazcık bile az değil. Başta kulağatümüylesaçmagelsede,yaklaşmaktaolanbirtoptan,elbombasındanyadaçığdankaçarkenolanıntersine,yaklaşmaktaolanfotonlarınhızıhepsaatte1milyarkilometredir.Aynışeysizeyaklaşmakta olan fotonların üstüne doğru

gittiğinizdeyadapeşlerindenkoştuğunuzdadageçerlidir. Yaklaşmaya da uzaklaşma hızlarıhiç değişmez, fotonlar yine saatte 1 milyarkilometre hızla yol alıyor görünecektir. Fotonkaynağı ile gözlemci arasındaki görelihareketten bağımsız olarak, ışığın hızı herzamanaynıdır.

Yukarıdabetimlenentürdenışık"deneyleri"teknolojik sınırlamalar yüzünden aslındayapılamaz. Fakat kıyaslanabilecek deneyleryapılabilir. Örneğin 1913'te Hollandalı fizikçiWillemdeSitter, hızlahareketedençift yıldızsistemlerinin (birbirinin çevresinde dönen ikiyıldız) hareket eden bir kaynağın ışık hızınınüzerindeki etkisini ölçmekte kullanılabileceğiniileri sürdü.Geçtiğimiz80yıl içindeyapılanbutürdeneyler,hareketlibiryıldızdangelenışığınhızının, sabit biryıldızdan gelen ışığın hızıylaaynı olduğunu -saatte 1 milyar kilometre-giderek gelişen ölçüm aygıtlarıyla elde edilenkesinsonuçlarlagösterdi.Ayrıcageçenyüzyılboyuncabaşkabirçokdetaylıdeneydaha-ışıkhızını çeşitli koşullarda doğrudan ölçmenin

yanı sıra, ışığın kısaca ele aldığımız buözelliğinden kaynaklanan sonuçlan sınayandeneyler- gerçekleştirildi ve hepsi de ışıkhızınınsabitolduğunudoğruladı.

Işığın bu özelliğini kabullenmektezorlandıysanız, yalnız değilsiniz. Yüzyılbaşında fizikçiler bunu çürütmek için çokuğraşmışlardı. Yapamadılar. Einstein isetersine, ışık hızının sabit olduğunu kabul etti,çünkü gençliğinden beri onu uğraştıranparadoksun cevabı orada yatıyordu: Bir ışıkdemetininekadarkovalarsanızkovalayın,yinede sizden ışık hızındauzaklaşır. Işığı durgungörüneceği kadar yavaşlatmak şöyle dursun,ışığın görünür hızını saatte 1 milyarkilometreden zerre kadar daha azyapamazsınız. Konu kapanmıştır. Fakatparadoksa karşı kazanılmış bu zafer, hiç deküçük bir zafer değildi. Einstein, ı şık hızınınsabit oluşunun Newton fiziğinin sonunugetirdiğinianlamıştı.

GerçekveSonuçlan

Hız, bir nesnenin belli bir süre içinde nekadaryolalabileceğininölçüsüdür.Saatte100kilometreyleyolalanbirotomobiliniçindeysek,tabi ki bir saat boyunca bu hareket halinikorursak100kilometre yol alacağızdemektir.Bubiçimdedilegetirildiğindehızhayli sıradanbir kavramdır. Topların, kartoplarının vefotonlarınhızıhakkındanedenokadargürültükopardığımızımerakediyorolabilirsiniz.Fakatunutmayalım kimesafe uzaya ilişkin birkavramdır; iki nokta arasında ne kadar uzayolduğununölçüsüdür.Şunudaunutmayalımkisüre de zamanla ilgili bir kavramdır; iki olayarasında geçen zamandır. Dolayısıyla hız,uzay ve zaman kavramlarıyla yakındanbağlantılıdır. Bu biçimde dile getirdiğimizde,hızla ilgili ortak kavrayışımıza ters düşenherhangi bir deneysel olgunun, örneğin ışığınhızınınsabitolmasının,uzaylavezamanlailgiliortak kavrayışlarımıza ters düşme potansiyelitaşıdığını görürüz. Işık hızıyla ilgili tuhafgerçek, işte bu yüzden ayrıntılı olarakincelenmeyihakediyor;Einsteinbuincelemeyiyapmış,olağanüstüsonuçlaraulaşmıştır.

ZamanÜzerindekiEtki:I.Kısım

Pek az çabayla, ışık hızının sabitolmasındanyararlanarakbildikgündelikzamankavrayışımızın açıkça hatalı olduğunugösterebiliriz. Diyelim ki savaş halindeki ikiülkenin liderleri uzun birmüzakeremasasınıniki ucunaoturmuş ve ateşkes kararı almışlar,ama ikisi de anlaşmayı ilk imzalayan olmakistemiyor. Birleşmiş Milletler Genel Sekreteriparlak bir öneri getiriyor: İki başkanın tamortasınabirampulyerleştirilecek,ampulbaştakapalı olacak.Ampul açıldığında yaydığı ışık,ikibaşkandaampuleeşituzaklıktaolduğuiçin,ikisine de aynı anda ulaşacak. İki başkan daışığı gördüklerinde anlaşmayı imzalamayıkabulediyor,planuygulanıyorveanlaşmaherikitaralıdatatminedecekşekildeimzalanıyor.

Bu başarıyla koltuklan kabaran GenelSekreter, barış anlaşmasına varmış savaşhalindekibaşkaikiülke içindeaynıyaklaşımıkullanmayakararveriyor.Busefertekfark,bumüzakeredekidevletbaşkanlarınınsabitbirhız

ve doğrultuda ilerleyen bir trenin içindeki birmasanınikiucundaoturuyorolmaları.Adlarınauygun düşecek şekilde, İleriülke'nin liderininyüzü trenin hareket doğrultusuna dönük,Geriülke'nin liderinin yüzü ise hareketdoğrultusununtersine.Fizikyasalarınınbireyinhareketinden -buhareket değişmediği sürece-bağımsızolarakkesinlikleaynıkalacağınıbilenGenel Sekreter, farkı dikkate almıyor veampulün yanmasıyla başlayan imza töreninidaha önce yapıldığı gibi gerçekleştiriyor. İkibaşkan da anlaşmayı imzalıyor ve danışmanheyetleriyle birlikte düşmanlıkların sonbulmasınıkutluyor.

Gelgelelim tam o sırada, imza töreninihareket halindeki trenin dışındaki platformdanizlemişolanikiülkehalkıarasındaçatışmalarınbaşladığı haberi geliyor. İleriülke halkınınkandırıldıklarını ve başkanlarının anlaşmayıGeriülke'nin liderinden dahaönce imzaladığınıiddia ettiğini, çatışmaların bu yüzden yenidenpatlakverdiğiniöğrenmekmüzakeretrenindekiherkesidehşetedüşürüyor.Trendekiherkes -

iki taraf da- anlaşmanın aynı andaimzalandığında hemfikir olduğuna göre, töreniizleyen dışarıdaki gözlemciler nasıl bununaksinidüşünebilir?

Platformdaki gözlemcinin bakış açısınıdaha detaylı inceleyelim. Başlangıçta trendekiampul kapalıdır, sonrabelli bir anda yanar veher iki başkanadoğru ışık demetleri gönderir.Platformdaki bir kişinin bakış açısına göre,İleriülke'nin başkanı yayılan ışığa doğrugitmektedir, Geriülke'nin başkanı ise ışıktanuzaklaşmaktadır. Yani platformdakigözlemcileregöreışıkdemetinin,yaklaşmaktaolan ışığa doğru giden İleriülke devletbaşkanına ulaşmak için, ışıktan uzaklaşanGeriülkebaşkanınaulaşmak için kat ettiği yolkadaryolkatetmesigerekmez.Bu, ışığınheriki başkana doğru yol alırkenkihızıyla ilgili birifade değildir; ışık kaynağının ya dagözlemcininharekethalindenbağımsızolarak,ışığın hızının hep aynı olacağını zatenbelirtmiştik. Şimdi sadece ilk ışık çakımının,platformdaki gözlemcilerin bakış açısınagöre,

her iki başkana da ulaşmak içinnekadar yolkatetmesigerektiğinibetimlemeyeçalışıyoruz.Bu mesafe İleriülke'nin başkanı için,Geriülke'ninbaşkanıiçinolduğundandahakısaolduğundanveışıkherikibaşkanadoğruaynıhızla yol aldığından, ışık önce İleriülke'ninbaşkanına ulaşacaktır. İleriülke yurttaşlarınınkandırıldıklarınıiddiaetmesininsebebibudur.

CNN görgü tanıklarının ifadeleriniaktardığında Genel Sekreter, başkanlar vedanışmanlar kulaklarına inanamaz. Hepsi de,ampulün tam iki başkanın arasına gayetsağlam olarak yerleştirildiğinde, dolayısıylabaşka söze gerek bırakmayacak şekildeampulün yaydığı ışığın başkanlara ulaşmakiçin aynımesafeyi kat ettiğinde hemfikirdir.Hem sağa hem de sola doğru yayılan ışığınhızıaynıolduğundan,ışığınherikibaşkanadaaynı anda ulaştığını düşünmektedirler, hattaöyleolduğunugözlemlemişlerdir.

Peki kim haklı, trendekiler mi trenindışındakiler mi? İki grubun gözlemlerinde de,gözlemlerini destekleyen açıklamalarında da

hata yok. Cevap heriki tarafın dahaklıolduğudur. Uzay gezginlerimiz George ileGracie içinolduğugibi, ikibakışaçısıdaaynıölçüdedoğrulukiddiasıtaşımaktadır.Buradakiayrıntı,ikidoğrununçelişiyorgibigörünmesidir.Önemli bir siyasi mesele söz konusu:Başkanlar anlaşmayı aynı anda imzaladı mı?Yukarıdaki gözlemler ve akıl yürütme bizikaçınılmaz olarak anlaşmanıntrendekileregöre aynı anda imzalandığı, amaplatformdakileregöreaynıandaimzalanmadığısonucuna götürür. Başka bir deyişle, ikigözlemcigrubugöreliharekethalindeyse,bazıgözlemcilerin bakış açısına göre eşzamanlıolan şeyler, diğer gözlemcilerin bakış açısınagöreeşzamanlıolmayacaktır.

Bu şaşırtıcı bir sonuçtur. Gerçekliğindoğasına dair bugüne kadar keşfedilmiş enderin kavrayışlardan biridir. Yine de bu kitabıokuyupbirkenarabıraktıktanuzunsüresonra,bu bölümden şu talihsiz barış girişimi dışındabirşeyhatırlamayacakolsanızbile,Einstein'ınkeşfininözünükapmışolurdunuz.Hiçyüksek

matematiğe ya da karışık birmantık zincirinebaşvurmaksızın, bu senaryonundagösterdiğigibi, zamanın tümüylebeklenmedikbuözelliğidoğrudan ışığın hızının sabit olmasındankaynaklanmaktadır.Işığınhızısabitolmasaydıdayavaş hareket eden toplara ve kartoplarınadayalı sezgilerimizin bize düşündürdüğü gibihareket ediyor olsaydı, platformdakigözlemcilerintrendekigözlemcilerleaynıfikirdeolacağınıhatırlatırım.PlatformdakibirgözlemciyinefotonlarınGeriülke'ninbaşkanınaulaşmakiçin, İleriülke'nin başkanına ulaşmak içinolduğundan daha uzun birmesafe kat etmesigerektiğini iddia ederdi. Ancak sezgi,Geriülke'nin başkanına yaklaşmakta olanışığın, ileri doğrugiden tren tarafından "itildiği"için daha hızlı yol alacağını söyler. Aynışekilde bu gözlemciler, İleriülke'nin başkanınayaklaşmakta olan ışığın trenin hareketiyle"geriye çekilip" daha yavaş yol aldığını dagörürdü.Bu(hatalı)etkilerdikkatealındığında,platformdaki gözlemciler ışık demetlerinin ikibaşkana da aynı anda ulaştığını görecekti.Fakat gerçek hayatta ışık hızlanmaz ve

yavaşlamaz,hızıartırılamazveazaltılamaz.Oyüzden de platformdaki gözlemciler haklıolarak ışığın önce İleriülke'nin başkanınaulaştığınıiddiaedecektir.

Işık hızının sabit olması, eşzamanlılığın,hareket hallerinden bağımsız olarak herkesinhemfikir olduğu evrensel bir kavram olduğuyönündeki asırlık kavrayıştan vazgeçmemizigerektirir. Dünya'da, Mars'ta, Jüpiter'de,Andromeda galaksisinde, kozmosun herköşesindesakinsakinaynısaniyelerivurduğuhayal edilmiş olan evrensel saat yoktur. Tamtersine, göreli hareket halindeki gözlemciler,hangi olayların aynı anda olduğu konusundagörüş ayrılığına düşecektir. Bir dahatekrarlayalım, bu sonucun -yaşadığımızDünyanın gerçek bir özelliği- bu kadaryadırgatıcı olmasının sebebi, gündelik hayattakarşılaşılan türden hızlar söz