Evrenin dokusunu oluturan uzay ve zaman... En gizemli kav-ramlar.

Uzay bir varlk m? Neden zamann bir yn var? Uzay ve za-man olmadan evren olabilir miydi? Gemie dnebilir miyiz?

Brian Greene bizi Newton'un uzay ve zaman deimez gren anlayndan Einstein'n akkan uzay-zaman kavra-mna, kuantum mekaniinin birbirlerinden ok uzaktaki cisimlerin davranlarn annda birbirlerine gre belirle-dikleri "dolank" uzayna doru gerekten de aydnlatc bir yolculua karyor. Yani gerekliin, fizikilerin gndelik dnyamzn hemen altnda yatmakta olduunu kefettii, yeni katmanlarna.

Evrenin Dokusu ayn yazarn daha nce yaymladmz Evrenin Zarafeti adl kitabn tamamlar nitelikte.

indekiler

nsz I

1 Gerekliin Alan

I. Blm Gereklie Giden Yollar 3

II. Blm Evren ve Kova 29

III. Blm Gre l i l ik ve M u t l a k 49

IV. Blm Dolank Uzay 95

2 Zaman ve Yaananlar

V. Blm Donmu Nehir 155

VI. Blm Olaslk ve Ok 175

VII. Blm Zaman ve Kuantum 217

3 Uzay-Zaman ve Kozmoloji

VIII. Blm Kar Taneleri ve Uzay-Zaman Hakknda 267

IX. Blm Boluun Buharlamas 305

X. Blm Pa t l ama 'n n zmlenmes i 331

XI. Blm Elmaslarla Bezeli Gkyzndeki Kuantumlar 369

4 Kkenler ve Birleme

XII. Blm Bir Sicimin zerindeki Dnya 395

XIII. Blm Z a r ze r indek i Evren 453

5 Gereklik ve Hayal Gc

XIV. Blm Yukarda Gklerde ve Aada Yerde 499

XV. Blm Tele-Tayclar ve Zaman Makineleri 525

XVI. Blm

Bir Antrmann Gelecei 565

Notlar 595

Szlk 635

Dizin 639

nsz

Uzay ve zaman, hayal gcn baka hibir bilimsel konuya benzemeyen bir biimde esir alr. Bouna deil. Bunlar gerek-liin alann, evrenin en temel dokusunu oluturur. Tm varl-mz -yaptmz, dndmz ve yaadmz her ey- uzayn belirli bir blmnde ve belirli bir zaman diliminde gerekleir. Ama bilim hl uzayn ve zamann aslnda ne olduunu anlama-ya alyor. Bunlar gerek fiziksel varlklar m, yoksa yalnzca yararl fikirler mi? Eer gereklerse temel yaplar m, yoksa da-ha da temel bileenlerden mi oluuyorlar? Uzayn bo olmas ne anlama geliyor? Zamann bir balangc var m? Ortak deneyim-lerimizin gsterdii gibi, gemiten gelecee doru kar konul-maz biimde akan bir yn var m ? Uzay ve zaman zerinde et-ki oluturabilir miyiz? Bu kitapta, tutkuyla yrtlen yzyl-lk bilimsel aratrmalar izleyerek, evrenin doas hakkndaki bylesine basit ama derin sorularn yantlarn ya da bu yantla-ra ilikin ipularn bulmaya alacaz.

Bu yolculuk bizi tekrar tekrar konuyla yakndan ilikili, kap-sayc olduu kadar anlalmas zor bir soruya gtryor: Ger-eklik nedir? Biz insanlar yalnzca alglama ve dnce gibi i-sel deneyimlere sahip olduumuza gre, bunlarn d dnyay doru yansttndan nasl emin olabiliriz? Filozoflar ok uzun zamandr bu sorunun farkndayd. Film yapmclar, bu soruyu yalnzca kahramanlarnn zihninde var olan, ok iyi ayarlanm sinirsel uyarmlarca yaratlan yapay dnyalar kapsayan olay di-zileri araclyla yaygnlatrdlar. Benim gibi fizikiler de, gz-lediimiz gerekliin -uzay ve zaman sahnesinde evrilen madde-dardaki gereklikle, o da eer varsa, ilgisiz olabileceinin ok iyi farkndadr. Yine de elimizde yalnzca gzlemlerimiz olduu iin, onlar ciddiye alrz. Snrsz d gc ve faslasz bir ku-

kuculuk yerine salam verileri ve matematiksel ereveyi kla-vuz olarak seiyor, bugnk ve gelecekteki deneylerin sonula-rn ngrme ve aklama kapasitesine sahip, en basit ama kap-sam en geni kuramlar aratryoruz. Bu da pelerinden gittii-miz kuramlar ciddi bir biimde snrlyor. (Bu kitapta, rnein benim imdi ii su dolu bir tankta, beynime binlerce uyarc tel bal olarak yzmekte olduumu ve yalnzca bu metni yazdm dndm gsteren hibir ipucu bulamazsnz.) Ama geen yzy lda fizik alannda yaplan keifler, gndelik gereklii kav-raymzda yaratc bilim kurgu rnleri kadar olaand, akl almaz ve paradigma sarsc deiiklikler yapmamz gerektirmi-tir. izleyen sayfalardaki gezintimizin erevesini bu devrim nite-liindeki deiiklikler belirleyecektir.

Cevabn bulmaya alacamz sorular alar boyunca de-iik biimlerde Aristoteles, Galileo, Newton, Einstein ve daha baka saysz bilim insann uratran sorularla ayndr. Bu ki-tap, bilimin yaplmakta olduu srada neler olduunu aktarmay amaladndan, bu sorularn bir kuak tarafndan nasl "cevap-land" diye nitelendiini, izleyen kuaklarca nasl altst edildii-ni ve sonraki yzyl larda yaayan bilim insanlarnca nasl geliti-rilip yeniden yorumlandklarn izleyeceiz.

rnein bo uzayn, tpk bo bir tuval gibi, gerek bir var-lk m yoksa sadece soyut bir fikir mi olduu gibi karmak bir sorunun nasl ele alndn bilimin tarihsel sarkacnda grece-iz: On yedinci yzylda Isaac Newton uzayn gerek olduunu ilan etmi, on dokuzuncu yzylda Ernst Mach gerek olmad sonucuna varm, yirminci yzylda ise Einstein uzay ve zama-n birletirerek sorunun kendisini tamamen yeniden biimlen-dirmi ve Mach in byk lde hatal olduunu gstermitir. Bunu, "bo" kavramnn anlamn yeniden tanmlayarak soruyu bir kez daha dntren, yani uzayn kanlmaz olarak kuan-tum alanlar denen alanlarla ve belki de kozmoloji sabiti ad veri-len dank, tekbiimli bir enerjiyle dolu olduunu -eski ve artk itibar grmeyen, uzay doldurduu varsaylan esir kavramnn modern yansmalar- ne sren keifler izliyor. Dahas yaknda

I I

uzayda yaplacak deneylerin, Mach'n elde ettii, Einstein'in ge-nel grelilik kuram ile uyuan baz sonularn kantlayabilece-ini anlatarak bilimsel ilerlemenin olaanst ve karmak a-na bir rnek vereceiz.

Kendi amzda ise ime kozmolojisinin bize kazandrd- zamann okuna dair kavraylara, sicim kuramnn fazladan uzamsal boyut eitlerine, M-kuramnn yaadmz uzayn da-ha byk bir evrende yzen bir kyma benzedii nerisine ve grdmz evrenin kozmik bir hologramdan baka bir ey ol-mayabilecei yolunda lgnca kurgulara rastlyoruz. Henz bu yeni kuramsal nermelerin doru olup olmadn bilmiyoruz. Ama bize tuhaf gibi grnseler de, bu kuramlar ayrntl olarak aratryoruz, nk evrenin en derinlerde yatan yasalar hak-kndaki srarl aratrmalarmz bizi bu kuramlara yneltiyor. Garip ve bize tandk gelmeyen bir gereklik yalnzca bilim kur-gunun verimli d gcnden deil, modern fiziin en son bulu-larndan da kaynaklanabilir.

Evrenin Dokusu esas olarak ok az bilim eitimi alm ya da hi almam, ama evrenin ileyiini anlamaya duyduklar istek sayesinde bir ok karmak kavramla urama cesareti bulan ge-nel okuyucuya yneliktir. lk kitabm The Elegant Universe'te0

(Evrenin Zarafeti) olduu gibi, temel bilimsel fikirlerden uzak-lamadm, ama matematiksel ayrntlar yerine benzetmeler, y-kler ve ekiller kullanmay tercih ettim. Kitabn en zor blm-lerine geldiimizde okuyucuyu nceden uyardm ve daha kar-mak konularn ele alnd bu blmleri atlamak ya da yalnz-ca yle bir bakp gemek isteyen okuyucu iin ksa zetler koy-dum. Bylece, okuyucu keif yolunda yrrken yalnzca ada fiziin dnyaya bak konusunda bilgilenmekle kalmayacak, bu dnya grnn nasl ve neden dierlerine stnlk salad-n da anlayacak.

renciler, popler bilim kitaplarn hevesle okuyanlar, -retmenler ve profesyoneller de bu kitapta ilgilenecekleri konular

* Evrenin Zarafeti, T B T A K Popler Bilim Kitaplar , 2008.

bulacak. Her ne kadar ilk blmler grelilik ve kuantum meka-niiyle ilgili standart ama gerekli baz temel konulan kapsyorsa da, uzay ve zamann fizikselliine basmakalp bir biimde odak-lanan bir yaklam iermiyor. Sonraki blmlerde pek ok ko-nu ele almyor (Bell teoremi, geciktirilmi seim deneyleri, kuan-tum lm, ivmelendirilmi genileme, gelecek kuak parack hzlandrclarnda kara delik oluturulmas olasl, solucan de-liklerinden oluan dsel zaman makineleri bu konulardan baz-lar). Bylece okuyucular balangta umut verip sonra gerek-lememi, ok tartlm baz konulan da renecek.

Burada ele aldm konulardan bazlar tartmaldr. Havada kalan bu konularla ilgili olarak farkl bak alarna ana metin-de yer verdim. zerinde az ok fikir birliine varldn dn-dm tartmal konularla ilgili farkl bak alarna ise notlar blmnde yer verdim. Baz bilim insanlar, zellikle de savun-duklar gr asndan aznlkta olanlar, baz fikirlerimden ra-hatsz olabilirler, ama ana metinde olsun notlarda olsun, denge-li bir yaklam gstermeye altm. Notlar blmnde, zellik-le alkan okuyucular, basitletirdiim konulara ilikin tamam-layc aklamalar ve dikkat edilmesi gereken noktalar bulacak-lar; matematie ilgi duyan okurlar da hi denklem kullanmad-m ana metni tamamlayan ksa, matematiksel aklamalar bula-cak. Arkadaki ksa szlk, baz bilimsel terimler iin bir bavu-ru kayna olarak dnld.

Bu uzunlukta bir kitap bile uzay ve zaman gibi byk konula-r batan sona incelemeye yetmiyor. Hem modern bilimin ortaya koyduu haliyle gereklii tam olarak anlamak iin gerekli olan hem de heyecan verici bulduum konulara odaklandm. Kuku-suz bu seimlerden ou benim kiisel tercihlerimi yanstyor, bu nedenle almalarna veya ilgilendikleri alanlara kitapta yete-rince yer verilmemi olduunu dnenlerden zr dilerim.

Evrenin Dokusu'nu yazarken baz adanm okuyucularn de-erli geribildirimlerini alma ansm oldu. Raphael Kasper, Lu~ bos Motl, David Steinhardt ve Ken Vineberg el yazmasnn de-iik biimlerini, bazen tekrar tekrar okuyup sunumun hem an-

I V

lalr hem de doru olmasna katkda bulunan ayrntl ve sezgi dolu nerilerde bulundular. Onlara iten teekkrlerimi sunuyo-rum. David Albert, Ted Baltz, Nicholas Boles, Tracy Day, Peter Demchuk, Richard Easther, Anna Hall, Keith Goldsmith, Shel-ley Goldstein, Michael Gordin, Joshua Greene, Arthur Greens-poon, Gavin Guerra, Sandra Kauffman, Edward Kastenmeier, Robert Krulwich, Andrei Linde, Shani Often, Maulik Parikh, Michael Popowits, Marlin Scully, John Stachel ve Lars Strae-ter de el yazmasnn bir blmn ya da tamamn okudular, on-larn nerileri de ok yararl oldu. Andreas Albrecht, Michael Bassett, Sean Carrol, Andrea Cross, Rita Greene, Wendy Gre-ene, Susan Greene, Alan Guth, Mark Jackson, Daniel Kabat, Will Kinney, Just in Khoury, Hiranya Peiris, Saul Perlmutter, Koenraad Schalm, Paul Steinhardt, Leonard Susskind, Neil Tu-rok, Henry Tye, William Warmus ve Eric Weinberg ile yaptm konumalardan ok yararlandm. zgn tartmalar konusunda keskin bir duyuya sahip olan ve eitli almalarm eletirmek-teki isteklilii benim iin ok deerli olan Raphael Gunner a zel bir teekkr borluyum. Kitabn basm aamasnda Eric Marti-nez yorulmak bilmeden nemli yardmlarda bulundu, Jason Se-vers ise izimlerde harika bir i kard. Temsilcilerim Katinka Matson ve John Brockman'a teekkr ediyorum. Destei, tav-siyeleri ve kitabn kalitesini nemli lde artran keskin sezgile-ri ve ngrleri iin editrm Marty Asher'e minnet borluyum.

Meslek yaamm boyunca Enerji Bakanl, Ulusal Bilim Vakf ve Alfred P. Sloan Vakf aratrmalarm destekledi. Des-teklerini burada kranla anyorum.

1

Gerekliin Alan

I. Blm

Doann Armaanlar

Uzay, Zaman ve Her eyin Byle Oluunun Nedeni

Babamn eski, tozlu kitaplndaki hibir kitap yasak de-ildi. Ama gene de ocukluumda hi kimsenin oradan bir kitap aldn grmedim. ou -kapsaml bir uy-garlk tarihi, bat edebiyatna ait cilt cilt byk eserler, ve im-di hatrlayamadm dierleri- zamanla aaya doru bel veren raflara kaynam gibi grnen kaln ciltli, kocaman kitaplard. Ama en st rafta ara sra gzmn takld ince bir kitap vard. Sanki devler lkesindeki Glliver gibi yerine yabanc dururdu. imdi dnnce o kitaba gz atmak iin neden o kadar bekle-dim, bilmiyorum. Belki de y l lar iinde, kitaplar okunmak iin yaplm nesneler deil de, uzaktan baklan aile yadigr eya-lar gibi grnmeye balamt. Sonunda o sayg yerini bir yeni yetme dncesizliine brakt. Kitaba uzandm, tozlarn silke-ledim ve birinci sayfay atm. lk satrlar, en hafifinden rk-tcyd.

T

"Gerekten felsefi olan yalnzca bir sorun vardr, o da intihar-dr." diye balyordu metin, irkildim. "Dnyann boyutu olup olmad veya zihinde dokuz kategori mi yoksa on iki kategori mi olduu daha sonra gelir." diye sryordu. Metne gre byle-si sorular insanln oynad oyunun bir parasyd, ama ancak o tek gerek konu yerli yerine oturtulduktan sonra zerlerinde dnlmeyi hak ediyorlard. Kitap Sisyphos Sylen i idi. Ceza-y i r doumlu, Nobel Edebiyat dl n kazanm bir dnr olan Albert Camus tarafndan yazlmt. Bir an sonra bu buz gibi szler kavrayn scakl altnda eridi. Tabii, yle ya, di-ye dndm, isterseniz kmaz ayn son arambasna kadar u konu zerinde dnp bu konuyu analiz edebilirsiniz, ama asl soru, dncelerinizin veya analizlerinizin sizi hayatn yaanma-ya deer olduuna ikna edip edememesidir. Her eyin gelip da-yand nokta budur. Geri kalan her ey ayrntdr.

Camus'nn kitabyla ans eseri karlamam, kolayca etki al-tnda kaldm bir dneme rastlam olmal, nk onun bu sz-leri okuduum her eyden daha ok aklmda kald. Zaman za-man, karlatm, adlarn duyduum, televizyonda grdm eitli insanlar bu en temel soruyu nasl cevaplard diye d-nrdm. Geriye baktmda, aslnda, kitaptaki bilimsel ilerle-meye ilikin ikinci iddiann benim iin zellikle nemli olduu-nu fark ediyorum. Camus, evrenin yapsnn anlalmasnn de-erli olduunu kabul ediyordu, ama anlayabildiim kadaryla, bu kavrayn, hayatn yaamaya deer olup olmad konusun-daki deerlendirmemizi deitirebilecei olasln reddediyor-du. Tabii benim ilkgenliimde varoluu felsefe okumam, Bart Simpson'n romantik dnem iirleri okumas gibiydi, ama yine de Camus'nn vard sonu bana pek doru gelmemiti. Tut-kulu bir fiziki aday olarak bana gre, hayat bilgiye dayanarak deerlendirebilmek iin nce hayatn yaand alan, yani evre-ni tam olarak anlamak gerekirdi. Trmz eer yeraltndaki ka-yalara oyulmu maaralarda yaasayd ve daha yerkrenin y-zeyini, parlak gne n, okyanus rzgrlarn ve uzaklarda-ki yldzlar kefetmemi olsayd veya evrim farkl bir yol izle-

4

mi olsayd da dokunma duyumuz dnda hibir duyumuz ge-limemi olsayd, bildiimiz her ey sadece evremizdeki eyle-re dokunarak rendiklerimizle snrl olsayd veya zihinsel geli-imimiz ocukluun ilk evrelerinde durmu olsayd da duygusal ve analitik yeteneklerimiz be yandaki bir ocuunki kadar ol-sayd -ksaca deneyimlerimiz bize gerekliin ok eksik bir port-resini sunsayd- hayat deerlendirme biimimiz tamamen fark-l olurdu, diye dndm hatrlyorum. Sonunda yeryz-ne ktmzda veya grmeye, iitmeye, tat ve koku almaya ba-ladmzda veya zihnimiz normaldeki gibi gelitiinde hayata ve evrene topluluk olarak bakmz mecburen kkten deiirdi. nk gereklie ilikin nceki snrl kavraymz, btn felse-fi sorularn en temeline ok farkl bir k tutmu olurdu.

Ama, ne var yani, diye sorabilirsiniz. Tabii ki akl banda her deerlendirme, evren hakknda her eyi -maddenin nasl dav-randn veya hayatn nasl ilediini- anlamasak bile, doann tuvalini ssleyen betimleyici, geni fra darbelerinin srrna or-tak olduumuz sonucuna varacaktr. Tabii ki Camus'nn ima ettii gibi, fizikteki gelimeler, rnein uzay boyutlarnn say-snn anlalmas veya nrofizyolojideki gelimeler, rnein bey-nin dzeninin ve yapsnn anlalmas hatta dier btn bilimsel alanlardaki gelimeler nemli ayrntlar ortaya karabilir, ama btn bunlarn hayat ve gereklii deerlendiriimiz zerindeki etkisi en alt dzeyde olacaktr. Tabii ki gereklik, biz neyin ger-eklik olduunu dnyorsak odur; gereklik bize kendini de-neyimlerimiz yoluyla gsterir.

Gereklie bu bak, bir oumuz tarafndan sorgulanmadan da olsa u ya da bu lde benimsenir. Benim kendimi gnlk hayatta bu ekilde dnrken bulduum kesin; doann doru-dan duyularmza gsterdii yznn insan kandrmas kolay-dr. Ama Camus'nn metniyle ilk karlamamdan bu yana ge-en yl lar iinde modern bilimin ok farkl bir yk anlattn rendim. Getiimiz yzylda yaplan bilimsel aratrmalardan kan ana ders, insan deneyimlerinin, gerekliin gerek doas-na ulama yolunda genelde yanltc bir rehber olduudur. Gn-

lk hayatn yzeyinin hemen altnda hi bilmediimiz bir dnya var. Gizemli olaylara ve byye inananlar, astroloji dknleri, deneyimlerin tesinde bir gereklikten bahseden dinsel ilkeleri benimseyenler, ok farkl perspektiflerden de olsa oktan ben-zer bir sonuca ulamtr. Ama benim aklmdaki bu deil. Ben, kozmik soan katman katman soyarak, her katmanda bir gize-mi aa karan ve hem artc, tandk olmayan, heyecan ve-rici, zarif ve hem de kimsenin bekledii gibi olmayan bir evreni ortaya karan yaratc yenilikilerin ve yorulmak bilmez aratr-maclarn almalarndan sz ediyorum.

Bu ilerlemeler sadece birer ayrntdr. Fizikteki yeni bulu-lar evreni kavraymzda kkl deiiklikler yapmamza neden olmutur ve olmaya da devam edecektir. Yllar nce olduu gi-bi imdi de Camus'nn, nihai soru olarak hayatn deerini se-mekte hakl olduunu dnyorum; ama modern fiziin kazan-drdklar, beni, hayat gnlk deneyimlerin merceinden baka-rak deerlendirmenin, bir van Gogh tablosuna bo bir gazoz i-esinin dibinden bakmaktan fark olmadna ikna etti. Modern bilim, en temel alglarmz yoluyla elde ettiimiz kantlara sald-r ardndan saldr gerekletirerek, bunlarn ounlukla yaad-mz dnyaya ilikin bulank bir tahayyle yol atn gsterdi. Bu nedenle Camus fizikle ilgili sorular ikincil olarak nitelediy-se de, ben o sorularn birincil olduuna ikna oldum. Bana gre, fiziksel gereklik hem sahneyi belirliyor hem de Camus'nn so-rusuyla ba etmek iin gerekli klandrmay salyor. Varoluu modern fiziin bize kazandrdklarn benimsemeden deerlen-dirmeye almak, karanlkta bilinmeyen bir rakiple gremek gibi olurdu. Fiziksel gerekliin gerek doasn kavraymz derinletirerek, kendimize ilikin algmz ve evren hakkndaki deneyimlerimizi batan dzenleyebiliriz.

Bu kitabn temel kaygs, gereklii deerlendiriimizle ilgi-li bu yeniden dzenlemelerin en parlak ve en temel olanlarn aklamaktr. Bunu yaparken, trmzn uzay ve zaman anla-ma yolundaki uzun dnemli projelerini etkileyen dzenlemelere odaklanacaz. Aristoteles'ten Finstein'a, usturlabdan Hubble

6

Uzay Teleskopu'na, piramitlerden da tepelerindeki gzlemev-lerine kadar uzay ve zaman, dnmenin balangcndan bug-ne dncenin erevesini izmitir. Modern bilim ann ba-lamasyla bu konularn nemi de artmtr. Son yzyl boyun-ca fizikteki gelimeler uzayn ve zamann en artc ve en zor-layc, evreni bilimsel olarak zmlememizdeki en etkili kav-ramlar olduunu ortaya karmtr. Bilimdeki bylesi gelime-ler uzay ve zaman, en son aratrmalarn tamamen deitirdii yllanm bilimsel kurgular listesinin en tepesine yerletirmitir.

Isaac Newton a gre uzay ve zaman vard, o kadar. Evren-deki olaylarn sahnelendii hareketsiz, kozmik bir sahne olutu-ruyorlard. Onun ada ve rakibi olan Gottfried Wilhelm von Leibniz'e gre ise "uzay" ve "zaman", cisimlerin bulunduklar yer ile olaylarn olduu zaman arasndaki ilikilere ait szck-lerdi. Hepsi bu. Ama Albert Einstein'a gre uzay ve zaman, ger-ekliin altnda yatan hammaddeydi. Einstein grelilik kuramla-ryla uzay ve zaman konusundaki dncelerimizi sarst ve uza-yn ve zamann evrenin evriminde oynad temel rol ortaya -kard. O gnden bu yana, uzay ve zaman fiziin parlayan m-cevherleridir. Hem tandk hem de artcdrlar; onlar tam ola-rak anlamak fiziin en gz korkutan ama peine de en ok d-len konusu haline gelmitir.

Bu kitapta ele alacamz gelimeler, uzay ve zamann doku-sunu eitli ekillerde rmektedir. Baz fikirler, uzay ve zamann bin yldr olmasa da yzlerce yldr sorgulanamaz grnm en lemel zelliklerini tartmaya aacaktr. Bazlar uzay ve zaman kuramsal olarak kavraymz ile genelde yaadmz deneyim-ler arasndaki balanty aratracaktr. Bazlarysa olaan alg-larn dar snrlar iinde akl ermeyecek sorular ortaya atacaktr.

Felsefeden ok az sz edeceiz (intihardan ve hayatn anla-mndan hi sz etmeyeceiz). Ama uzay ve zamann srlarn zme yolundaki bilimsel arayta kendimizi snrlamayacaz. Uzay ve zamann gerek doasn, evrenin kk bir nokta ol-duu ilk anlarndan, ulat en uzak noktaya ve en uzak gele-ceine kadar, hem tandk hem de allmadk ortamlarda azimle

aratracaz. Uzay ve zamann yks henz tamamlanmam olduundan, bir sonuca ulamayacaz. Ama bize evrenin doku-sunu kavramaya ve gerekliin gerek yapsna ne kadar yak-latmz gsterecek gelimelere -kimisi ok tuhaf, kimisi ok tatminkr, kimisi deneysel olarak kantlanm, kimisi de tart-maya ak- deineceiz.

Klasik Gereklik Tarihiler tam olarak ne zaman balad konusunda fikir bir-

lii iinde olmasa da, modern bilim ann Galileo Galilei, Ren Descartes ve Isaac Newton dncelerini akladklar srada balam olduu kesin. O gnlerde gkbilimsel ve yeryzyle ilgili verilerde bulunan rntler, evrende olup biten her eyin dikkatle akl yrterek ve matematiksel zmleme yoluyla an-lalabilecek bir dzeni olduunu giderek daha ak hale getiri-yor, yeni bilimsel dnce biimi iyice yerleiyordu. Modern bi-limsel dncenin bu ilk ncleri, doru biimde bakldnda evrendeki olaylarn yalnzca aklanabilir olmakla kalmayp ayn zamanda ngrlebilir olduunu ileri sryorlard. Bilimin ge-lecein baz ynlerini nceden bilme gc -tutarl ve niceliksel olarak- ortaya kyordu.

lk bilimsel almalar, gnlk hayatta grebileceimiz ve ya-ayabileceimiz trden eylere odaklanmt. Galileo eri bir ku-leden aa arlk atyor (efsaneye gre) ve eik bir dzlem-den aaya yuvarlad toplar gzlyordu; Newton elmalarn dn (efsaneye gre) ve Ay'n yrngesini inceliyordu. Bu aratrmalarn amac, yeni yeni gelimekte olan "bilimsel kula" doann armonilerine gre akort etmekti. Elbette ki deneyimin hammaddesi fiziksel gereklikti, ama mesele ritmin ve dzenin ardndaki mant ve anlam "duyabilmekti." Adlar duyulmu ve duyulmam pek ok kahraman bu hzl ve etkileyici ilerlemeye katkda bulunmutu, ama Newton rol ald. Elindeki az sayda denklemle, yerdeki ve gkteki hareketlerle ilgili bilinen her e-yi bir araya getirdi ve bylece sonradan klasik fizik denilegelen eserin fon mziini bestelemi oldu.

8

Newton un almasn izleyen yllarda, onun kulland denk-lemler detayl bir matematiksel yapya dntrld, bylece hem kapsamlar hem de uygulamadaki kullanmlar ok genile-di. Klasik fizik yava yava olgun bir bilimsel disiplin haline gel-di. Btn bu gelimelerin ortasnda parlayan k, Newton'un zgn kavraylaryd. Bugn, yzyldan daha uzun bir sre sonra hl Newton'un denklemlerini, dnyann her yerinde fizi-e giri derslerinin verildii snflarn tahtalarnda, uzay arala-rnn yrngelerinin hesapland NASA uu planlarnda ve en ileri aratrmalarn karmak hesaplarnn iinde sakl olarak g-rebilirsiniz. Newton ok fazla sayda fiziksel olguyu tek bir ku-ramsal ereve iinde birletirmitir.

Ama Newton hareket yasalarn formlletirirken -bizim y-kmz iin de zel bir nemi olan (2. Blm)- bir engele takld. Nesnelerin hareket edebildiini herkes biliyordu, a m a y a bu ha-reketin iinde yer ald alan? Hepimiz buna "uzay ite" diye ya-nt veririz. Ama Newton'un yant "Uzay n e d i r ? " olurdu. Uzay gerek bir fiziksel varlk m, yoksa evreni anlamaya abalayan insann ortaya att soyut bir fikir mi? Newton bu kilit sorunun yantlanmas gerektiini biliyordu, nk uzay ve zamann anla-m hakknda bir fikre sahip olmadan hareketi tanmlayan denk-lemleri anlamsz olacakt. Bir eyi anlamak iin balamn bil-mek gerekir; kavrayn bir dayana olmaldr.

Bylece Newton Principia'da bir iki ksa cmleyle ak ve net bir uzay ve zaman kavray oluturdu; uzayn ve zamann evre-nin deimez alann oluturan, mutlak ve deimez varlklar ol-duunu ne srd. Newton'a gre uzay ve zaman, evrene bii-mini ve yapsn veren grnmez bir yap iskelesi oluturuyordu.

Herkes ayn fikirde deildi. Kimileri, son derece ikna edici bir biimde, hissedemediimiz, tutamadmz ve etkileyemedi-imiz bir eye varlk atfetmenin anlam olmadn ne sr-yordu. Ama Newton denklemlerinin ngrme ve aklama g-c eletirileri durdurdu. Sonraki iki yzyl boyunca Newton'un mutlak uzay ve zaman kavray artk sorgusuz kabul edilen bir lkeydi.

9

Greli Gereklik Dnyaya klasik Newtoncu bak iyiydi. Yalnzca doal olay-

lar artc bir kesinlikle betimlemekle kalmyor, betimlemenin ayrntlar da -yani matematik- deneyimlerle rtyordu. Eer bir eyi iterseniz, hzlanr. Bir topu ne kadar hzl frlatrsanz, duvara arpt zaman etkisi o kadar byk olur. Eer bir eye bask uygularsanz, onun da size bask uyguladn hissedersi-niz. Bir cismin ktlesi ne kadar byk ise ktleekimi de o kadar byk olur. Bunlar doal dnyann en temel nitelikleri arasnda-dr. Newton un kurduu yapy rendiinizde bunlarn denk-lemlerde gn gibi ak bir biimde temsil edildiklerini grr-snz. Bir falcnn kristal kresinin sorgulanamaz gizeminden farkl olarak, Newton yasalarnn ileyii, en alt dzeyde mate-matik bilgisine sahip herkesin anlayabilecei ekilde ortadayd. Klasik fizik insan sezgileri iin salam bir temel oluturuyordu.

Newton denklemleri ktleekimi kuvvetini kapsyordu, ama klasik fiziin yaps elektriksel ve manyetik kuvvetleri de kapsayacak biimde ancak 1860'ta sko bilim insan James Clerk Maxwell tarafndan geniletildi. Bunu yapabilmek iin Maxwell in yeni denklemlere ihtiyac vard. Kulland mate-matii tam olarak anlamak iin daha yksek dzeyde bir ei-tim alm olmak gerekiyordu. Ama Maxwell'in yeni denklemle-ri, elektriksel ve manyetik olgular, Newton denklemlerinin ha-reketi aklad kadar baarl bir ekilde aklyordu. 1800'le-rin sonuna doru artk insan aklnn gcnn, evrenin gizlerini zebilecei aka grlmeye balamt.

Nitekim, elektriin ve manyetizmann baarl bir ekilde bir-letirilmesiyle, kuramsal fiziin yakn bir zamanda tamamlana-ca duygusu gleniyordu. Kimileri fiziin ksa bir zamanda ar-tk tamamlanm bir konu olacan ve fizik yasalarnn kesin bir biimde ortaya konacan dnyordu. Tannm deneysel fi-ziki Albert Michelson 1894'te "en temel ilkelerden ounun ke-sin bir biimde" belirlendiini ifade etti ve "sekin bir bilim insa-nnn" -ki ou kimse bu kiinin ingiliz fiziki Lord Kelvin oldu-unu dnr- artk geriye sadece baz saylarn ondalk basa-

1 0

maklarn daha net olarak belirlemenin kaldn sylediinden sz etti.1 Kelvin'in kendisi de 1900'de ufukta "iki bulut" olduu-nu, bunlardan birinin n hareketinin zellikleri, deerininse cisimlerin stlnca yayd nmn zellikleri 2 olduunu syle-di. Ama genel kan, bunlarn da yakn bir zamanda kukusuz in-celenip zlecek ufak ayrntlar olduuydu.

On yl iinde her ey deiti. Tahmin edildii gibi, Kelvin'in ortaya att iki problem ele alnd, ama hi de ufak problem-ler olmadklar ortaya kt. Her biri bir devrim balatt ve gene ler biri doa yasalarnn yeni batan yazlmasn gerektirdi. Kla-sik uzay, zaman ve gereklik kavramlar -yzlerce yl boyunca yalnzca ilerliini korumakla kalmayan, ayn zamanda dnya-ya ilikin sezgisel alglarmz dorulayan kavramlar- tamamen deiti.

Kelvin'in "bulutlarndan" ilkini ele alan grelilik devrimi, 1905'ten Einstein'n zel ve genel grelilik kuramlarn (3. B-lm) tamamlad 1915'e kadar srd. Einstein elektrik, man-yetizma ve n hareketi konularndaki bilmecelerle urar-ken Newton'un klasik fizikteki en nemli kilometre talarn-dan olan uzay ve zaman kavramlarnn hatal olduunu fark et-ti. 1905 baharnda ok youn geen birka haftada uzay ve za-mann Newton'un dnd gibi birbirinden bamsz ve mut-lak olmadn, insanlarn ortak deneyimlerinin tam tersine g-reli ve birbirinin iine girmi olduunu belirledi. On yl kadar sonra ktleekimi fiziinin yasalarn yeniden yazan Einstein, Newton fiziinin sonunu hazrlam oldu. Einstein bu kez yal-nzca uzay ve zamann bir btnn paralar olduunu gster-mekle kalmam, erilip yamularak evrenin evriminde rol aldk-larn da gstermiti. Einstein'n bak asna gre, uzay ve za-man Newton'un dnd gibi kat ve deimez olmak yle dursun esnek ve dinamiktir.

Her iki grelilik kuram da insanln en deerli kazanm-lar arasndadr; Einstein bu kuramlarla Newton'un gereklik kavrayn alaa etmitir. Her ne kadar Newton fizii fizik-sel deneyimlerimizin ounu matematiksel olarak kapsyor gibi

1 1

grnse de, Newton'un betimledii gerekliin bizim dnya-mzn gereklii olmad anlalmtr. Bizimki, greli bir ger-ekliktir. Ama klasik fizik ve greli fizik arasndaki fark yal-nzca u koullarda (ok byk hzlar ve ktleekimi) kendi-ni gsterdii iin, Newton fizii ile pek ok koul altnda hl ok kesin ve yarar l yaklatrmlar yaplabilir. Ama yararl l k ve gereklik birbirinden ok farkl standartlardr. Greceimiz gibi, uzay ve zamann bizim iin neredeyse alkanlk haline gelmi zellikleri, hatal bir Newtoncu bak asnn parala-r haline gelmitir.

Kuantum Gereklii Lord Kelvin'in szn ettii ikinci aykrlk, modern insan

kavraynn maruz kald en byk altst olulardan biri olan kuantum devrimine yol at. Ate snmeye yz tutup duman da-ldnda klasik fiziin cilas dklm, altndan yeni kuantum gerekliinin ats ortaya kmt.

Klasik fiziin temel zelliklerinden biri udur: Eer tm nes-nelerin belli bir andaki konumlarn ve dorusal hzlarn biliyor-sanz Newton ve Maxwell denklemlerini kullanarak bu nesnele-rin gemite ya da gelecekte herhangi bir andaki konumlarm ve dorusal hzlarn bulabilirsiniz. Baka bir deyile klasik fizik, gemiin ve gelecein imdinin iine kaznm olduunu syler. Bu zellik zel ve genel grelilik kuramlarnda da vardr. Her ne kadar grelilik kuramndaki gemi ve gelecek kavramlar klasik karlklarndan daha zor anlalr ise de (3. ve 5. Blm) greli-liin denklemleri, imdiyi tam olarak deerlendirir ve gemi ve gelecek kavramlarn da bir o kadar eksiksiz belirler.

Bununla birlikte, 1930 lara gelindiinde fizikiler kuantum mekanii ad verilen tmyle yeni bir kavramsal ema nermek zorunda kaldlar. Beklenmedik bir biimde, yalnzca kuantum mekaniinin, atom ve atomalt dnyasnn sunduu eitli yeni verileri aklamay ve bilmeceleri zmeyi baarabildiini gr-dler. Ama kuantum yasalarna gre, nesnelerin imdi nasl ol-duklaryla ilgili olarak mmkn olan en mkemmel lmleri

1 2

bile yapsanz, bekleyebileceinizin en iyisi, nesnelerin gelecekte belli bir zamanda yle ya da byle olma olasl ya. da gemite belli bir zamanda yle ya da byle olmu olma olasldr. Ku-antum mekaniine gre, evren imdinin iine kaznmamtr; ku-antum mekaniine gre, evren ans oyunlar oynar.

Her ne kadar bu gelimelerin tam olarak nasl yorumlanma-s gerektii hl tartmalysa da, fizikilerin ou olaslk kavra-mnn kuantum gerekliinin dokusunda olduu konusunda fi-kir birlii iindedir. nsan sezgisi ve onun klasik fizikte somut-laan hali, eylerin her zaman kesinlikle ya yle ya da byle ol-duu bir gereklik tahayyl ederken, kuantum mekanii eyle-rin bazen ksmen yle ve ksmen de byle olmak arasnda gi-dip geldii bulank bir gereklik betimler. eyler ancak uygun bir gzlem onlar kuantum olaslklarndan vazgemeye zorlad-nda kesinleir ve belirli bir deer alr. Ama gerekleen bu de-er ngrlemez, ancak eylerin u veya bu deeri alma olasl- ngrlebilir.

Bu, dpedz gariptir. Alglanncaya kadar belirsiz olan bir gereklie alk deiliz. Ama kuantum mekaniinin gariplikle-ri burada bitmiyor. Einstein'n 1935 ylnda kendisinden daha gen iki bilim insan Nathan Rosen ve Boris Podolsky ile birlik-te kuantum kuramna bir saldr olarak kaleme ald makale-de sz edilen bir zellik de bir o kadar artcdr.'3 Daha son-ra bilimsel ilerlemede ortaya kan beklenmedik deiiklikler-le, imdi Einstein'n makalesine kuantum mekaniinin -ilk ba-kta- burada yaptnz bir eyin ayn anda orada olan bir ey-le, mesafeden bamsz olarak, balantl olduunu ne srd-ne dikkat eken makaleler arasnda bir ilk gzyle bakabili-riz. Einstein byle ayn anda balantl hale gelme dncesini gln buluyor ve kuantum kuramnn matematiinden bu so-nularn kmasn, kuramn kabul edilebilir hale gelmeden n-ce daha ok gelitirilmesi gerektiinin bir kant olarak gryor-du. Ama hem kuramsal hem de teknolojik gelimelerin kuan-tum kuramnn bu sama gibi grnen ynleriyle ilgili deneyler yaplmasna olanak verdii 1980'lerde, aratrmaclar gerekten

1 3

de birbirinden ok uzak konumlarda olup biten eyler arasn-da ayn anda bir balant olabileceini kantladlar. Einstein'n sama kabul ettii eyler laboratuvar koullarnda gerekten de olur (4. Blm).

Kuantum mekaniinin bu zelliklerinin gereklik tahayyl-mz zerindeki etkisi, devaml olarak aratrlan bir konudur. Benim de aralarnda olduum pek ok bilim insan bunu uza-yn anlamnn ve zelliklerinin kuantum asndan kkten bir bi-imde gncellenmesinin bir paras olarak gryor. Normalde uzamsal ayrklk fiziksel olarak bamszlk anlamna gelir. Eer bir futbol sahasnn br ucunda olanlar kontrol etmek isterse-niz ya oraya gitmeniz ya da etkinizi oraya iletmek iin en azn-dan oraya birisini veya bir eyi (yardmc antrenr, konumay ileten hava molekllerinin titreimleri, birinin dikkatini ekmek iin bir k akm vb.) gndermeniz gerekir. Eer bunu yap-mazsanz -yani eer uzamsal olarak yaltlm kalrsanz- aradaki uzay fiziksel bir balantnn olmamasn salayaca iin, orada bir etkiniz olamaz. Kuantum mekanii bu bak asna, en azn-dan baz koullar altnda uzay ama kapasitesi olduunu gste-rerek meydan okuyor; uzun erimli kuantum balantlar uzam-sal ayrklk sorununu aabilir. ki cisim uzayda birbirlerinden uzak olabilirler ama kuantum mekanii gz nne alndnda sanki bir tek gibidirler. Dahas, Einstein'n bulduu uzay ve za-man arasndaki sk balant nedeniyle kuantum balantlarnn zamansal uzantlar da vardr. Birazdan, kuantum mekaniinin gerektirdii artc uzam-zamansal i balantlar aratran, ze-kice hazrlanm ve gerekten olaanst baz deneyleri tanta-caz ve bunlarn oumuzun kabul ettii klasik, sezgisel dnya grne ok gl bir ekilde meydan okuduunu greceiz.

Bu etkileyici kavraylara ramen, geriye zamann -ne greli-liin ne de kuantum mekaniinin bir aklama getiremedii- ok temel bir zellii kalyor: Zaman gemiten gelecee ynlenmi gibi grnyor. Bu konuda ikna edici tek gelime fiziin kozmo-loji ad verilen bir alanndan gelmitir.

1 4

Kozmolojik Gereklik Evrenin gerek doasn grmemizi salamak her zaman fi-

ziin balca amalarndan biri olmutur. Yaadmz gerekli-in, aslnda gerekliin kk bir parasndan baka bir ey ol-madn renmekten -geen yzylda olduu gibi- daha zihin ac bir deneyim olabileceini dlemek zordur. Ama fiziin ay-n derecede nemli dier bir grevi de, yaadmz gerekliin elerini aklamaktr. Fiziin tarihine hzl bir bak atarsak, bu grev sanki yerine getirilmi, sanki sradan deneyimler fizikteki yirminci yzyl ncesi ilerlemeler tarafndan ele alnm gibi ge-lebilir. Bir dereceye kadar bu dorudur. Ama gndelik deneyim-ler sz konusu olduunda bile tam bir kavraytan ok uzaz, tam olarak aklayamadmz sradan deneyimlerin zellikleri

arasnda, modern fiziin henz zlmemi en derin gizlerinden biri -Britanyal byk fiziki Sir Arthur Eddington'un zamann oku4 olarak adlandrd g iz-yer alr.

eylerin zaman iinde gelitii bir yn olduunu hi sorgula-madan kabul ederiz: Yumurta krlr, mum erir, ama eski halleri-ne geri dnemezler; anlar gelecee deil gemie aittir; insanlar yalanr, genlemez. Bu bakmszlklar (asimetriler) yaam-mz ynetir; zamanda ileri ve geri ayrm, deneysel gerekliin hakim esidir. Eer zamanda ileri ve geri arasnda, sa ve sol, n ve arka arasnda grdmz bakm olsayd, dnya tann-maz olurdu. Yumurtalar krldklar gibi yaprlard; gemi ka-dar gelecee ait anlarmz da olurdu; insanlar yalandklar gibi genleirdi. Byle bir zaman-bakml gerekliin bizim gerek-liimiz olmad kesin. Ama acaba zamann bu bakmszl ne-reden geliyor? Zamann btn zellikleri arasndaki bu en temel olanndan sorumlu olan ne?

Fiziin bilinen ve kabul edilen yasalar byle bir bakmszlk gstermez (6. Blm): Zamandaki btn ynler, yani ileri ve ge-ri, fizik yasalarnca bir fark gzetmeksizin ele alnr. Dev bilme-cenin balang noktas ite budur. Temel fizik denklemlerindeki

hi bir ey, zamanda bir yne kesinlikle dier ynden farkl dav-ranmaz ve bu da yaadmz her deneyimle taban tabana terstir6.

1 5

Gnlk yaamn bildik bir zelliine odaklanm da olsak, te-mel fizik ile en basit deneyimler arasndaki bu uyumsuzlua en ikna edici zmn, bizim iin en bilinmedik olan olay zerinde -evrenin balangc- dnmemizi gerektirmesi artcdr. Bu kavrayn kkleri byk on dokuzuncu yzyl fizikisi Ludwig Boltzmann'n eserlerindedir; daha sonra da pek ok aratrmac, en nemlilerinden biri Britanyal matematiki Roger Penrose ol-mak zere, bu konu zerinde almtr. Greceimiz gibi, ev-renin balangcndaki zel fiziksel koullar (Byk Patlama ve sonrasndaki ok dzenli evre) zamana bir yn vermi olabilir. Tpk bir saati kurmann, yani saatin zembereini ok dzenli bir ilk duruma getirmenin saatin ileri doru almasn salama-s gibi. leride daha net olarak aklayacamz bir anlamda, yu-murtann krlmas -tekrar birlemesinin aksine- evrenin 14 mil-ya r y l nce doumundaki koullara tanklk etmektedir.

Gnlk deneyimler ile evrenin ilk anlar arasndaki bu bek-lenmedik balant, olaylarn neden zamanda bir ynde olduuna -ve asla dier ynde olmadna- dair bir kavray getiriyor, ama zamann okunun gizemini tamamen zemiyor. Tersine, bilme-ceyi kozmolojinin -tm evrenin kkenini ve evrimini aratran bilim dal- alanna kaydryor ve bizi evrenin, zamann okunun bu aklamasnn gerektirdii gibi, balangta gerekten de ok dzenli olup olmadn aratrmaya zorluyor.

Kozmoloji insan trn cezbeden en eski konular arasnda-dr. Bunda aacak bir ey yok. Bizler yk anlatclaryz; han-gi yk yaratl yksnden daha grkemli olabilir? Getiimiz birka bin yl boyunca dinsel ve felsefi gelenekler, her eyin -ev-renin- nasl baladna ilikin ok sayda aklamayla varlklar-n hissettirdiler. Bilim de uzun sren tarihi boyunca kozmolojiy-le ilgilendi. Ama modern bilimsel kozmolojinin douunu bala-tan olay Einstein'n genel grelilii kefetmesidir.

Einstein genel grelilik kuramn yaymladktan ksa bir s-re sonra hem Einstein hem de baka aratrmaclar, grelilii bir btn olarak evrene uyguladlar. On be yirmi y l iinde bu aratrmalar, gkbilimsel gzlemlerin birok zelliini baaryla

1 6

aklayan bir yaklam olan, bugn Bjnik Patlama kuram de-diimiz kuramn, daha tam gelitirilmemi olsa da atsnn orta-ya kmasna yol at (8. Blm). 1960'larm ortasnda, gzlemler kuramn ngrd, uzay kaplayan, neredeyse tekbiimli -gz-le grlmeyen ama mikrodalga detektrleriyle kolayca lle-bilen- mikrodalga nmnn varln ortaya kardnda, B-

yk Patlama kozmolojisini destekleyen kantlar daha da artt. 1970 lere gelindiinde ise evrendeki temel bileenlerin s ve s-caklktaki u deiimlere nasl tepki verdiinin belirlenmesi ko-nusunda on yl sren aratrmalardan ve bunlarn sonucunda ya-anan nemli gelimelerden sonra artk Byk Patlama kura-m, nde gelen kozmoloji kuram olarak yerini salamlatrm-t (9. Blm).

Baarlarna karn kuramn nemli eksikleri vard. Uzayn neden ayrntl gkbilimsel gzlemlerin ortaya kard ekil-de olduunu aklayamyordu. Kefedildii andan itibaren dik-katle incelenmekte olan mikrodalga nmnn scaklnn ne-den her noktada ayn grnd konusuna bir aklama geti-remiyordu. stelik -anlatmakta olduumuz yk asndan asl nemli olan da bu- Byk Patlama kuram, evrenin balangta, zamann oku aklamasnn gerektirdii gibi, ok dzenli olmas gerektiine dair ikna edici bir sebep gsteremiyordu.

Bu ve bir sonuca balanamayan baka konular, 1970 lerin so-nunda ve 1980'lerin banda ime kozmolojisi ad verilen nem-li bir atlma esin kayna oldu (10. Blm). ime kozmolojisi Byk Patlama kuramna, evrenin ilk anlarnda ok ksa ve ok hzl bir ime dnemi ekleyerek kuram deitiriyordu (bu yak-lamda, saniyenin trilyonda birinin trilyon birinin milyonda bi-rinden daha ksa bir srede evrenin bykl milyon kere tril-yon kere trilyon kat artmtr). leride anlalaca gibi, gen ev-renin bu olaanst bymesi, Byk Patlama modelinin brak-t boluklar doldurmakta -uzayn biiminin neden byle oldu-unu, mikrodalga nmnn neden tekbiimli olduunu ve evre-nin ilk dnemlerinin neden o kadar dzenli olmu olmas gerek-tiini aklamakta- baarldr; bylece hem gkbilimsel gzlem-

1 7

lerin iaret ettii hem de herkesin kendi deneyimleri sonucu bil-dii zamann okunun aklanmasnda nemli bir ilerleme sala-mtr (11. Blm).

Bu nemli baarlara karn, ime kozmolojisi yirmi y l rahat-sz edici bir sr saklad. Deitirdii standart Byk Patlama ku-ram gibi ime kozmolojisi de Einstein'n genel grelilik kura-m ile kefettii denklemlere dayanyor. Her ne kadar ciltler do-lusu aratrma makalesi, Einstein'n denklemlerinin boyutlar ve ktleleri byk cisimleri kesin bir biimde tanmlamakta ok ba-arl olduunu onaylasa da, fizikiler kk cisimlerin -rnein henz bir saniyenin ok kk bir kesiri yandaki haliyle evre-nin- kuramsal olarak zmlenmesi iin kuantum mekaniinin kullanlmas gerektiini oktandr biliyorlard. Sorun, genel g-relilik denklemleri kuantum mekaniinin denklemleriyle bir ara-ya geldiinde ortaya bir felaket kmasndadr. Denklemler t-myle ker, bu da evrenin nasl doduunu ve o srada zama-nn okunu aklamak iin gerekli koullarn oluup olumad-n belirlememizi engeller.

Bu durumu bir kuramcnn karabasan olarak tanmlamak abartma saylmaz: Deneysel olarak eriilemeyen ok nemli bir alan zmlemek iin gerekli matematiksel aralarn olmamas. Uzay ve zaman bu zel ve eriilemeyen alanla -evrenin balang-cyla- ylesine i iedir ki, uzay ve zaman btnyle kavrama-mz iin evrenin ilk dakikalarndaki u koullan -devasa bir yo-unluk, enerji ve scaklk gibi- aklayabilecek denklemleri bul-mamz gerekir. Bu, mutlaka ulalmas gereken temel amatr; birok fiziki bu amaca ulaabilmek iin birleik kuram denilen bir kuramn gelitirilmesinin gerekli olduunu dnyor.

Birleik Gereklik Getiimiz birka yzyl boyunca fizikiler, birbirinden ok

farkl ve grne gre balantsz birok olayn aslnda ayn fi-zik yasalaryla ynetildiini gstererek doal dnyay kavray-mz pekitirmeye alt. Einstein iin bu birletirme amac -en ok sayda olguyu en az sayda fiziksel ilke ile aklamak- yaam

1 8

boyu sren bir tutkuya dnmtr. Einstein iki grelilik kura-myla uzay, zaman ve ktleekimini birletirmiti. Ama bu ba-ar onu yalnzca daha da byk dnmesi iin cesaretlendirdi. Doann tm yasalarn kucaklayan, her eyi kapsayan tek bir ereve bulmay dledi; bu ereveyi birleik kuram olarak ad-landrd. Zaman zaman Einstein'n bir birleik kuram bulduu sylentileri yayldysa da bu tr iddialarn temelsiz olduu orta-ya kt; Einstein'n d gereklemedi.

Yaamnn son otuz ylnda birleik kurama odaklanmas Einstein' dnemin yaygn fizik aratrmalarndan uzaklatrd. Daha gen birok bilim insan, en byk kuram bulmak iin y-rtt ve tek bir amac olan arayn, sonradan yanl yola gir-mi byk bir adamn sayklamalar olarak deerlendirdi. Ama Einstein'n lmnden sonraki y l larda giderek artan sayda fi-ziki onun bitmemi aratrmasn ele ald. Gnmzde birleik : ir kuram gelitirilmesi, kuramsal fiziin en nemli problemle-ri arasnda saylyor.

Fizikiler yl larca birleik bir kuram ortaya karmann nn-deki temel engel olarak yirminci yzyl fiziinin en nemli iki atlm olan genel grelilik ve kuantum mekanii arasndaki a-tmay grdler. Her ne kadar bu iki yap ok farkl alanlara uygulanmakta ise de -genel grelilik yldzlar ve galaksiler gi-bi byk eylere, kuantum mekanii ise molekller ve atomlar gibi kk eylere- iki kuram da evrensel olduklar, yani btn alanlara uygulanabilir olduklar iddiasndadr. Bununla birlik-te yukarda sz edildii gibi, bu iki kuram bir arada kullanld-nda denklemler bir anlam olmayan sonular verir. rnein, ktleekimi ile ilgili herhangi bir srecin gereklemesi olasl-nn hesaplanmasnda kuantum mekanii genel grelilikle bir-likte kullanldnda bulunan yant yzde 24 veya yzde 63 ve-ya yzde 91 gibi bir say olmaz; tersine, kullanlan birleik mate-matiin verdii sonu sonsuz olur. Ama bu, kan deer o kadar yksek ki btn paranz buraya yatrn, demek deildir. Yzde 100'den byk olaslk deerlerinin bir anlam yoktur. Sonsuz olaslk sonucu veren hesaplamalar, genel greliliin ve kuantum

1 9

mekaniinin denklemlerinin bir arada kullanlmasnn her eyi karman orman bir hale getirdiini gsteriyor sadece.

Bilim insanlar genel grelilik ile kuantum mekanii arasn-daki gerilimin elli yldan fazladr farknda, ama uzunca bir sre pek az bu gerilime bir zm arad. ou aratrmac, genel g-relilii yalnzca byk ve ktleli cisimleri, kuantum mekaniini de kk ve hafif cisimleri incelerken kulland. Bunu yaparken de iki kuram, aralarndaki uyumazl kontrol edebilecekleri kadar, birbirinden uzak tutmay ihmal etmediler. Bu yumuama taktii y l lar boyunca her iki alan kavraymzda arpc ilerle-meler ortaya kardysa da kalc bir bar salanamad.

ok az alan -ulardaki fiziksel koullar, rnein kendileri ok kk ktleleri byk cisimler- ayn anda hem genel greliliin hem de kuantum mekaniinin kullanlmasn gerektirerek asker-den arndrlm blgeye dorudan girer. En bilinen iki rnek, btn bir yldzn kendi arl altnda ezilip kerek ok kk bir noktaya skt bir kara deliin merkezi ve btn gzlenebi-lir evrenin bir atomdan ok daha kk bir topak byklnde ve skm olduunun dnld Byk Patlama'dr. Genel grelilikle kuantum mekanii arasnda baarl bir birlik olutu-rulamazsa, ken yldzlarn sonu ve evrenin balangc sonsu-za kadar bir giz olarak kalacakt. Birok bilim insan bu alanlar bir kenara koymay tercih etti ya da en azndan daha kolay ba-ka problemler zlnceye kadar bunlarn zerinde dnme-yi erteledi.

Ama baz aratrmaclar bekleyemedi. Fiziin bilinen yasala-r arasnda bir atma olmas demek, derin bir gereklii kavra-yamamak demekti ve bu bilim insanlarn rahatsz etmeye yeter-liydi. Bu alana el atanlar sularn derin, akntlarn gl olduu-nu grd. Uzun bir sre boyunca aratrmalarda ok az ilerleme kaydedildi, her ey i karartcyd. Byle iken bile, yollarna de-vam edip genel grelilikle kuantum mekaniini birletirmek r-yasn gerekletirmek kararlna sahip olanlarn azmi ve aba-lar dllendiriliyor. Bugn bilim insanlar, bu ncler tarafn-dan alan yollarda ilerliyor, byk eylerin yasalaryla kk

2 0

eylerin yasalar arasnda uyumlu bir birliktelik oluturmaya a-lyorlar. Pek ok kimsenin bu ii baaraca konusunda hemfi-kir olduu bir aday var: Spersicim kuram. (12. Blm).

Greceimiz gibi, spersicim kuram, ie eski bir soruya ye-ni bir yant nererek balar: Maddenin blnemeyen, en kk paralar nelerdir? Yllar boyunca klasik yant, maddenin nokta olarak modellenebilecek, bykl ve i yaplar olmayan, b-lnemeyen paracklardan -elektron ve kuarklar- olutuu idi. Geleneksel kuram, bu paracklarn eitli ekillerde birleerek protonlar, ntronlar ve grdmz her eyi oluturan ok e-itli atomlar ve moleklleri oluturduunu ne srer ve deney-ler de bunu dorular. Spersicim kuram ise bambaka bir y-k anlatr. Elektronlarn, kuarklarn ve deneylerde ortaya kan dier parack trlerinin oynad kilit rol inkr etmez, ama bu

2 1

na gre her parack, tek bir atom ekirdeinden yz milyar ke-re milyar kez daha kk (gnmzde inceleyemediimiz ka-zar kk) bir sicime benzeyen minik bir enerji iplikiinden olumutur. Nasl bir keman teli farkl rntlerle titreir ve her farkl titreim farkl bir nota retirse, spersicim kuramndaki iplikikler de farkl rntlerle titreebilir. Ama bu titreimler nota retmez, kuramn ne srdne gre farkl paracklarn farkl zelliklerini retir. Belli bir rntyle titreen minik bir sicim bir elektronun ktlesine ve elektrik ykne sahip olacak-tr; yani kurama gre, byle titreen bir sicim, geleneksel olarak elektron dediimiz eydir. Farkl bir rntyle titreen minik bir sicim ise kuark, ntrino veya herhangi bir baka parac ta-nmlayan zelliklere sahip olacaktr. Her biri ayn varln dei-ik rntlerle titremesinden ortaya ktndan, tm parack trleri spersicim kuramnda birleir.

Noktalardan, ok ok kk olduklar iin nokta gibi gr-nen sicimlere gei, bak asnda olaanst byk bir dei-iklik gibi grnmeyebilir. Ama yledir. Bylesine mtevaz bir balangtan yola kan spersicim kuram, nceki birletirme giriimlerinin bana bela olan sonsuz sayda olaslk tehlikesi-

paracklarn nokta olmadn ne srer. Spersicim kuram-

ni savuturarak, genel grelilii ve kuantum mekaniini tutarl, tek bir kuramda birletirmitir. Bu da yetmezmi gibi, spersi-cim kuram doadaki tm kuvvetlerin ve tm maddenin ayn ku-ramsal erevede birletirilmesi iin gerekli olan gr almn ortaya karmtr. Ksacas, spersicim kuram Einstein'n bir-leik kuram iin en nemli adaydr.

Bunlar byk iddialardr ve eer doru iseler, ileri doru dev birer admdrlar. Ama spersicim kuramnn en arpc ve eer yayor olsayd Einstein'n da kalbini kt kt attracana hi kuku duymadm zellii, evrenin dokusunu kavraymza yapt byk etkidir, ileride greceimiz gibi, spersicim kura-mnn genel grelilii ve kuantum mekaniini birletirme iddia-s, ancak uzay-zaman kavraymz bir kere daha altst edersek matematiksel olarak anlamldr. Spersicim kuram, ortak dene-yimlerin gsterdii gibi uzam boyutu ve bir zaman boyutu ye-rine dokuz uzam boyutu ve bir zaman boyutu gerektirir. Sper-sicim kuramnn M-kuram olarak bilinen salam ve gl bir trevinde, birletirme on uzam boyutu ve bir zaman boyutu ge-rektirir, yani kozmik altyap toplam on bir uzay-zaman boyutu-na sahiptir. Bu fazladan boyutlar grmediimiz iin, spersicim kuram bize imdiye kadar gerein ancak ok kk bir para-sn yle bir grdmz syler.

Tabii fazladan boyutlarn varln kantlayan gzlenebilir ve-rilerin olmay, bu boyutlarn olmad ve spersicim kuramnn yanl olduu anlamna da geliyor olabilir. Ama hemen bu sonu-ca varmak acelecilik olur. Spersicim kuramnn kefinden on yl larca nce bile, Einstein'n da aralarnda olduu ileri grl bilim insanlar, grdklerimizin tesinde uzamsal boyutlar ola-bilecei fikri zerinde uzun uzadya dnm ve bu boyutlarn nerede gizli olabilecei konusunda fikir yrtmtr. Sicim ku-ramclar bu fikirleri ok gelitirmi ve bu fazladan boyutlarn, ok skk olduklar iin gzmzle ve u an elimizde olan ara-larla gremeyeceimiz kadar kk olabileceklerini (12. Blm) ya da byk olabileceklerini ama evreni incelediimiz yntem-lerle grlemiyor olabileceklerini (13. Blm) buldular. Her iki

22

senaryonun da ok nemli sonular vardr. Skm boyutlarn geometrik ekilleri, sicim titreimlerinin zerindeki etkileri ara-clyla ok temel sorularn, rnein evrenimizde neden yldz-lar ve gezegenler olduu sorusunun yantlarn barndryor ola-bilir. Byk fazladan boyutlarn getirdii olanak ise daha da ola-anst bir eyi dikkate almamz salayabilir: imdiye kadar tmyle habersiz olduumuz -bildiimiz uzayda deil de, fazla-dan boyutlarda yaknmzda olan- dnyalar.

Bu her ne kadar fazla cesur bir iddia ise de, fazladan boyutlar gereklemesi olanaksz, kuramsal bir d deildir. ok yakn-da varlklar deneylerle snanr hale gelebilir. Fazladan boyutlar, eer var iseler, gelecek kuak atom arptrclar ile ilk insan yaps mikroskopik kara deliin oluturulmas ve yeni, imdiye kadar kefedilmemi ok sayda yeni parack trnn retilme-si gibi dikkate deer sonulara yol aabilir (13. Blm). Bunlar ve baka allmam sonular, dorudan grlebilenlerin tesin-deki boyutlar konusunda ilk kantlar ortaya koyabilir ve bizi s-persicim kuramnn uzun zamandr aranan birleik kuram oldu-u sonucuna bir adm daha yaklatrabilirler.

Eer spersicim kuramnn doruluu kantlanrsa, bildii-miz gerekliin, kaln ve zengin dokulu kozmik kuman zeri-ne sarlm ince bir tl olduunu kabullenmek zorunda kalaca-z. Camus'nn sylediklerine ramen, uzay boyutlarnn says-n belirlemek -zellikle de yalnzca tane olmadn bulmak-bilimsel olarak ilgin ama sonu olarak nemsiz bir ayrnt ola-caktr. Fazladan boyutlarn keli, bir btn olarak insan dene-yimlerinin bizi evrenin temel bir niteliinden tamamen habersiz braktn gsterecektir. Evrenin insan duyular tarafndan ko-layca alglandn dndmz zelliklerinin bile yle olma-yabileceini gsterecektir.

Gemi ve Gelecek Gereklii Spersicim kuramnn gelitirilmesiyle birlikte, aratrmac-

lar nihayet ne kadar ar olursa olsun hibir koulda kmeye-cek bir erevemiz olduu, gnn birinde denklemlerimizi kul-

23

lanarak geriye doru bakabileceimiz ve bildiimiz evrenin tam olutuu anda her eyin nasl olduunu renebileceimiz konu-sunda iyimserler. Bu gne kadar hi kimse spersicim kuramn tartmasz bir aklkla Byk Pat lamaya uygulayacak maha-reti gsterememitir, ama kozmolojiyi spersicim kuram ere-vesinde kavramak gnmz aratrmalarnn en ncelikli konu-larndan biri olmutur. Tm dnyada yrtlen spersicim koz-molojisi ile ilgili youn aratrma programlan, getiimiz birka y l iinde yeni kozmolojik ereveler ortaya karm (13. B-lm), spersicim kuramnn astrofizik gzlemler araclyla s-nanabilmesi iin yeni yollar nermi (14. Blm) ve kuramn za-mann okunu aklamakta stlenebilecei rol konusunda ilk kav-raylar salamtr.

Zamann oku, gnlk yaamda oynad belirleyici rolle ve evrenin balangcyla yakndan ilikili olmas nedeniyle, yaa-dmz gereklik ile en son bilimsel aratrmalarn ortaya -karmaya alt daha rafine gereklik arasnda tekil bir eikte bulunuyor. Bu haliyle zamann oku, ileride szn edeceimiz gelimelerden birounu birletiriyor. Bu konu, bundan sonra-ki blmlerde de kendini gsterecek. ok uygun, nk yaa-mmz biimlendiren etkenlerin en baskn olanlarndan biri za-man. Spersicim kuramn ve onun uzants olan M-kuramn anladka kozmolojik kavraymz derinleecek, bu da zama-nn kayna ve oku konularna bakmz giderek netletire-cektir. Hayal gcmz serbest brakrsak, kavraymzn g-nn birinde uzay-zaman iinde yolculuk yapmamza ve bylece de imdiye kadar eriemediimiz alanlar incelememize olanak salayacak kadar genileyeceini bile tasavvur edebiliriz (15. Blm).

Bylesi bir gce eriebilmek tabii ki ok byk lde olanak d. Ama uzay ve zaman kontrol etme gcn hi kazanama-sak bile, derin bir kavray kazanmak da bize bir g verir. Uza-yn ve zamann gerek doasn anlamak, insan aklnn snrlar-n belirler. Sonunda insan deneyiminin en d snrlarn gste-ren sessiz birer iaret olan uzay ve zaman anlayabiliriz.

24

Uzay ve Zaman ann Gelii Yllar nce Sisyphos Syleri'nin son sayfasn evirdiimde,

metnin genelindeki iyimserlik havas karsnda armtm. Ne de olsa, tekrar aaya yuvarlanacan ve her eye batan bala-yacan bile bile bir kayay tepeye kadar iterek karmakla ce-zalandrlm bir adamn yksnn mutlu sonla bitmesi bek-lenmez. Ama Camus, Sisyphos un zgr iradesini kullanp s-tesinden gelinemeyecek engellere kar durarak, o umursamaz evrende sama bir ile cezalandlm olsa bile yaam srdrme-yi semi olmasnda umut verici bir eyler bulmutur. Camus, Sisyphos'un dolaysz deneyimlerin tesindeki her eyden vazge-erek ve daha derin bir kavray, daha derin bir anlam aramay brakarak zafere ulatn ne srer.

ou kimsenin ancak umutsuzluk grecei yerde Camus'nn umudu yakalama yetenei bana ok arpc gelmiti. Ama yir-mi yann altnda bir genken de aradan geen yl larda da Camus'nn evreni daha derinden kavramann yaam daha zen-gin ve deerli klmayaca grn bir trl tam olarak kabul edemedim. Sisyphos Camus'nn kahramanyd; bilim insanlar-nn en byklerinden Newton, Einstein, Niels Bohr ve Richard Feynman da benim kahramanlarm old. Feynman'n bir giil betimleyiini okuduumda ona iyice hayran oldum. Feynman, nasl herkes gibi gln kokusunu aldn, gzelliini grd-n ama fizik bilgisi sayesinde o gzelliin altndaki molekler, atom ve atomalt dzeydeki mucizevi grkemi de kavrayabildi-i iin yaad deneyimin ne kadar zenginletiini anlatyordu. Ben de Feynman'n anlatt eyi istiyordum: Yaama deer ver-mek ve evreni yalnzca duyularmzla alglayabildiimiz kadary-la deil de olas btn dzeylerde kavramak. Evreni olabilecek en derin kavraya ulancaya kadar aratrmak yaammn ama-c haline geldi.

Bugn profesyonel bir fiziki olarak, lisede fizie delice tu-tulmamda naif bir eyler olduunun uzunca bir sredir farkn-daydm. Fizikiler genellikle alma gnlerinde vakitlerini koz-mik bir hayranlk ve sayg ile iekleri seyrederek geirmez.

25

Zamanlarnn ounu tahtaya yazlm karmak matematiksel denklemlerle mcadele ederek geirirler, ilerleme yava olabilir. Umut veren fikirler ounlukla bir yere kmaz. Bilimsel aratr-mann doas budur. Ama, ilerlemenin en yava olduu zaman-larda bile, denklem zerken ve hesap yaparken harcadm a-ba sayesinde evrenle daha yakn bir bam olduunu hissettim. Evreni anlamann yolunun yalnzca onun gizlerini zmek de-il, bu gizlere kendimizi brakmak da olabileceini anladm. Ya-nt bulmak harikadr. Deneyle kantlanan yantlar daha da ha-rikadr. Ama sonunda yanl olduu kantlanan yantlar bile ev-renle kurulan derin bir ilikinin sonucudur; sorulara ve dolays ile evrenin kendisine parlak bir k tutan bir ilikinin. Herhan-gi bir bilimsel aratrmann "kayas" gerisin geri en baa dne-cek olsa bile, bir ey renmi oluruz ve evrene ilikin deneyim-lerimiz zenginleir.

Tabii ki bilim tarihi, ortak bilimsel aratrmalarmzn -yz-yl lar boyunca farkl ktalardan saysz bilim insannn olumas-na katkda bulunduu- "kayasnn" dadan aa yuvarlanp en baa gitmediini gsterir. Sisyphos'un aksine, biz her eye sfr-dan balamyoruz. Her kuak kendinden ncekilerden bir ey-ler devralr, ncllerinin sk almasna, kavrayna ve yarat-clna sayg duyar ve "kayay" biraz daha yukar iter. Yeni ku-ramlar ve daha gelimi lmler bilimsel ilerlemenin iaretidir ve bu ilerleme kendinden ncekilerin zerine ina edilir, hemen hemen hibir zaman gemi tamamen silinmez. Durum byle ol-duu iin, bizim iimiz hibir zaman sama ve amasz deildir. Kayay dan tepesine doru iterken grevlerin en zarif ve en asilini yerine getiririz: Evimiz dediimiz bu yerin gizemini z-mek, kefettiimiz harikalarn tadn karmak ve bilgilerimizi ardmzdan gelenlere aktarmak.

Kozmik zaman leine gre iki ayak zerinde yrmeyi da-ha yeni renmi bir tr iin zerinde dnd bu konular akllara durgunluk vericidir. Ama, son yzylda klasikten g-reli gereklie, oradan da kuantum gerekliine ilerlerken, im-di de birleik gereklik konusundaki keiflerle uramaktayken,

26

aklmz ve elimizdeki aralar uzay ve zamanda byk mesafe-ler kat etmekte ve bizi, byk bir klk deitirme ustas oldu-unu kantlayan bir dnyaya her zamankinden daha fazla yak-latrmaktadr. Yava yava maskesini syrdmz evrenle, an-cak gerein kazandrd berrakln getirebilecei bir yakn-lk kurduk. Yapacamz daha ok keif var, ama ounluk t-rmzn nihayet ocukluk dneminin sonuna yaklatn d-nyor.

Elbette, Samanyolu'nun'' d blgelerindeki yerimizde bu aa-maya geliimiz uzun zaman ald. yle ya da byle binlerce yl-dr evren konusunda dnyor ve dnyamz kefediyorduk. Ancak o srenin byk ksmnda bilinmeyene doru gitmeyi de-niyor ve her seferinde eve daha akllanm ama byk lde deimemi olarak dnyorduk. Modern bilimsel aratrmann bayran ekip bir daha geri dnmemek, Newton'un atlganl sayesinde gerekleti. O gnden beri hep daha ileriye gidiyoruz. Btn yolculuumuz da basit bir soruyla balad.

Uzay nedir?

27

II. Blm

Evren ve Kova

A c a b a Uzay insann Bir Soyut l amas m Y o k s a Fiziksel Bir Var l k m ?

U yzyl sren bir tartmada bir kovann ana karakter olmas pek sk rastlanan bir ey olmasa gerek. Ama Sir Isaac Newton'a ait bir kova sradan bir kova deildir. Newton'un 1689'da yapt basit bir deney o tarihten beri dn-yann en byk fizikilerinden bazlarn derinden etkilemitir. Deney udur: Su dolu bir kovay aln, sapndan bir halatla asn, kovay dndrerek halatn burulmasn salayn ve brakn. Ba-langta kova dnmeye balar ama iindeki su duraandr ve y-zeyi dzdr. Kova hzlandka hareketi srtnme yoluyla yava yava suya aktarlr ve su da dnmeye balar. Dnerken de su-yun yzeyi, ekil 2.1 'deki gibi ibkey bir hal alr, yani kenar-larda yksek, ortada daha alaktr.

Deney budur; pek de insann kalp atlarn hzlandracak bir ey deil. Ama biraz dnnce, dnmekte olan bu bir kova su-yun son derece artc olduu anlalr. Bizi yzyldr u-

29

ratran bu problemi zmeye almak, evrenin yapsn kavra-ma yolunda attmz en nemli admlar arasndadr. Bunun ne-denini anlamak iin biraz bilgiye gerek var, ama sonu bu aba-ya deer.

eki l 2.1 Suyun yzeyi ba langta dzdr, kova dnmeye ba lad nda da suyun yzey i dzln korur . Daha sonra, su da kova ile birl ikte dnmeye ba lay nca yzey i ibkey bir ekil a l r ve su dnmeye devam ett ike -kova y ava l a y p durduunda b i l e - yzey i o ekli korur .

Einstein dan nce Grelilik "Grelilik' Einstein'la zdeletirilen bir szcktr ama kav-

ramn tarihi ok daha eskidir. Galileo, Newton ve bakalar do-rusal hzn -yani bir nesnenin hareketinin dorultusunun ve s-ratinin- greli olduunun farkndaydlar. Gnmzn terimle-riyle konuursak, bir beysbol oyununda vurucunun bak as-na gre beysbol topu saatte 150 kilometre hzla yaklamaktadr. Beysbol topuna greyse saatte 150 kilometre hzla yaklaan vu-rucudur. Her iki betimleme de dorudur; bu yalnzca bir bak as sorunudur. Hareket yalnzca greli olduunda bir anlam ifade eder: Bir nesnenin dorusal hz yalnzca bir baka nes-neninkine gre belirlenebilir. Byk olaslkla bunu yaams-nzdr. iinde bulunduunuz tren vagonunun yannda bir ba-ka vagon varsa ve bu iki vagon birbirlerine gre hareket ediyor-

30

sa, raylar zerinde hareket eden trenin hangisi olduunu hemen anlayamazsnz. Galileo bu etkiyi, kendi zamannn tat aralar olan tekneleri kullanarak tarif etmitir. Galileo der ki, dzgn-ce gitmekte olan bir teknedeyken elinizden braktnz para tp-k kyda olaca gibi ayanzn dibine der. Kendi bak an-za gre siz duraansnzdr, su ise geminin gvdesine gre hare-ket etmektedir. Bu bak asna gre siz hareketsiz olduunuz iin parann ayanza gre hareketi tpk gemiye binmeden n-ceki gibidir.

Ama biraz dnrseniz, burada bir gariplik olduunun far-kna varrsnz. Hzdaki deiimleri fark etmenizi salayan ey esas olarak nedir? Eer dorusal hz yalnzca karlatrmalar sonucunda -bu cisim u cisme gre hareket ediyor- bir anlam ifade ediyorsa, nasl oluyor da dorusal hzdaki deiimler kar-latrma yapmadan da anlaml olacak ekilde farkl olabiliyor? Aslnda acaba bunlar da bir tr karlatrma gerektiriyor olabi-lir mi? Acaba ivmeli hareketi her yaadmzda veya ondan her sz ediimizde aka grlmeyen, gizli bir karlatrma yap-yor olabilir miyiz? Yneldiimiz temel soru budur, nk bu so-ru -belki artc ama- uzay ve zamann anlamn evreleyen en derin konularla balantldr.

Galileo'nun hareket konusundaki kavray, en nemlisi de Dnyann hareket ettiini sylemesi Enkizisyon'un gazabna uramasna neden oldu. ok daha ihtiyatl olan Descartes, ben-zer bir akbete uramamak iin ne yapmas gerektiini aratr-d ve Principia Philosophiae adl eserinde hareket konusunda-ki -otuzyl sonra Newton'un dikkatli incelemelerine gs gere-meyecek olan- grlerini iki anlama da gelecek ekilde dikkat-li bir biimde ifade etti. Descartes, nesnelerin hareket durumla-rnn deitirilmesine kar diren gsterdiklerinden sz ediyor-du: Hareketsiz bir cisim, birisi veya bir ey onu hareket etmeye zorlamadka hareketsiz kalr; bir doru zerinde sabit bir hz-la hareket eden bir cisim, birisi veya bir ey bunu deitirmedik-e yapmakta olduu hareketi srdrr. Ama Newton, bu "ha-reketsiz" ve "doru zerinde sabit bir hz" kavramlar gerek-

31

ten ne anlama geliyor, diye sordu. Neye gre "hareketsiz" ve ne-ye gre "sabit hzl hareket"? Kimin bak asna gre "hareket-siz" ya da "sabit hzl hareket"? Eer dorusal hz sabit deilse, neye gre ya da kimin bak asna gre sabit deil? Descartes hareketin baz zelliklerini doru bir biimde saptamt, ama Newton'a gre kilit sorular yantsz brakmt.

Newton'un -ylesine gerein peine dm bir insand ki, bir keresinde gz anatomisi almak iin kendi gzyle gz ke-miinin arasna kr bir ine sokmutu, sonraki yl larda Darpha-ne Mdr olduunda da kalpazanlara en ar cezalarn veril-mesini salam ve yzden fazla kiinin daraacna gitmesine ne-den olmutu- yanl ve eksik akl yrtmeye hi tahamml yok-tu. Dolaysyla yanl dzeltmeye karar verdi. Kova1 konusunu da o zaman ortaya att.

Kova Kovay braktmzda hem kendisi, hem de iindeki su dn-

yordu, suyun yzeyi ibkeydi.Newton'un sorduu soru uydu: Suyun yzeyi neden bu ekli alyordu? Dnd iin, diyebilir-siniz; nasl otomobilde bir dnemeci dnerken yana doru sav-rulduumuzu hissedersek, su da dnmekte olan kovann kenar-larna doru savrulur. Bu suyun gidebilecei tek dorultu da yu-kardr. Bu dnce bir dereceye kadar mantkl ve salam ol-makla birlikte Newton'un sorusunun gerek amacna ulamak-tan uzaktr. Newton suyun dndn sylemenin ne anlama geldiini bilmek istiyordu: Su neye gre dnyordu? Newton, hareket konusunun temeliyle urayordu ve ivmeli bir hareke-tin, rnein dnmenin bir ekilde d karlatrmalara gereksin-menin tesinde olduunu kabul etmeye henz hazr deildi.*

Kovann kendisini referans cismi olarak kullanmak doal bir neri olurdu. Ama Newton'un ileri srd gibi bu ie yaramaz. Kova dnmeye baladnda su ile kova arasnda kesinlikle gre-

* Dnme hareketini tanmlarken bazen merkezka kuvvet ve merkezci l kuvvet terimle-ri kul lan l r . Asl nda bunlar ya lnzca birer addr . Amacmz dnme hareket in in neden bir kuvvet ortaya kard n anlamakt r .

32

Ii bir hareket vardr, nk su hemen hareket etmeye balamaz. Ona ramen suyun yzeyi dz kalr. Derken biraz sonra, su d-nerken yani kova ile su arasnda greli hareket yokken, suyun yzeyi ibkey olur. Yani referans cismimiz kova olursa, bek-lediimizin tam tersi bir sonu ortaya kar: Greli hareket var-ken suyun yzeyi dzdr, greli hareket yokken suyun yzeyi ibkeydir.

Aslnda Newton'un kova deneyini biraz ileri gtrebiliriz. Ko-va dnmeye devam ettike halat yeniden burulacak (dier yn-de) ve bu da iindeki su dnmeye devam ederken kovann dn-mesinin yavalamasna ve bir an iin durmasna neden olacak-tr, ama iindeki su dnmeye devam edecektir. Bu noktada su ve kova arasndaki greli hareket deneyin bandakiyle ayndr (sonucu etkilemeyen saat ynnde dnme ve saat ynnn tersi ynde dnme dnda), ama suyun yzeyinin ekli farkldr (n-ce dzdii, imdi ibkeydir); bu da suyun yzeyinin ald eklin greli hareketle aklanamayacan net bir biimde gsteriyor.

Suyun hareketi iin kovann referans olamayaca anlalnca, Newton cesur bir adm att. Kova deneyinin bir benzerinin uzak, souk ve tmyle bo uzayda yapldn dleyin, dedi. Suyun yzeyinin ekli ksmen Dnya nn ktleekiminden kaynaklan-d ve bu deneyde de Dnya olmad iin ayn deneyi yapama-yz. O nedenle, uygulanabilir bir rnek olarak bo uzayn karan-lnda yzen dev bir kovamz olduunu ve korkusuz astronot Homer'in bu dev kovann iyzne skca bal olduunu d-nn. (Aslnda Newton bu rnei vermedi, onun verdii rnekte birbirine iple bal iki ta vard, ama anlatlmak istenen ey ay-ndr.) Homer'in kovaya doru bastrldn hissetmesi, yz-nn derisinin gerilmesi, midesinde hafif bir basn olumas ve salarnn (her iki telin de) geriye doru gitmesi kovann dn-dnn (suyun kovann eperine doru savrularak ibkey bir yzey oluturmasnn benzeri) iaretidir. Soru udur: Tamamen bo uzayda -Gne yok, Dnya yok, hava yok, rek yok, hibir ey yok- kovann "ona gre" dnmekte olduunu syleyebilece-imiz "o ey" ne olabilir? Uzayn kova ve iindekiler dnda ta-

33

mamen bo olduunu dndmzden ilk bakta "o ey" ola-rak kullanabileceimiz bir ey yokmu gibi grnr. Ama New-ton ayn fikirde deildi.

Onun yant, deerlendirme erevesi olarak "nihai kab" yani uzayn kendisini semekti. Hepimizin iinde olduu ve tm ha-reketlerin iinde yer ald -kendisinin mutlak uzay2 adn verdi-i- saydam ve bo alann gerek bir fiziksel varlk olduunu ileri srd. Mutlak uzay tutamayz, tadamayz, koklayamayz ve ii-temeyiz, ama Newton mutlak uzayn "bir ey" olduunu syledi. Mutlak uzayn, hareketi tanmlamak iin gereken en salam de-erlendirme erevesi olduunu ne srd. Bir cisim eer mut-lak uzaya gre duraansa, gerekten duraandr. Bir cisim eer mutlak uzaya gre hareket ediyorsa, gerekten hareket halinde-dir. En nemlisi de, bir cisim eer mutlak uzaya gre ivmeleni-yorsa, gerekten ivmeleniyordur.

Newton bu nermeyi, yeryznde yaplan kova deneyini aklamak iin u ekilde kulland: Deneyin banda kova mut-lak uzaya gre dnmektedir, ama su mutlak uzaya gre dura-andr. Suyun yzeyinin dz olmasnn nedeni budur. Su ko-vayla beraber dnmeye baladnda artk mutlak uzaya gre dnmektedir, yzeyinin ibkey olmasnn nedeni budur. Ha-latn burulmas nedeniyle kova yavaladnda, su dnmeye de-vam eder -mutlak uzaya gre dnmeye devam eder- yzeyinin ibkey olarak kalmasnn nedeni de budur, ite, su ile kova ara-sndaki greli hareket gzlemleri aklayamazken, su ile mutlak uzay arasndaki greli hareket aklamaktadr. Hareketi tanm-lamak iin gerekli olan gerek referans sistemini uzayn kendi-si salamaktadr.

Kova yalnzca bir rnektir; doal olarak buradaki akl yrt-me ok daha geneldir. Newton'un bak asna gre, otomo-bilde bir dnemeci dnerken mutlak uzaya gre ivmelendii-niz iin dorusal hznzdaki deiiklii hissedersiniz, iinde bu-lunduunuz uak pistten havalanmak zere hzlanrken mut-lak uzaya gre ivmelendiiniz iin koltua doru bastrldn-z hissedersiniz. Buz pateniyle kendi ekseniniz evresinde d-

54

nerken mutlak uzaya gre ivmelendiiniz iin kollarnzn da-rya doru aldn hissedersiniz. Eer siz buzun zerinde ha-reketsiz dururken birisi buz pistini tutup dndrebilecek olsay-d (ideal olarak patenlerin srtnmesiz olduunu varsayyoruz) -ve bylece sizinle buz pisti arasnda ayn greli hareket ortaya ksayd- mutlak uzaya gre ivmelenmeyeceiniz iin kollarn-zn dar doru aldn hissetmezdiniz. nsan vcudunun kul-lanld rneklerin ayrntlarnda boulmamak iin, Newton'un birbirine iple bal iki ta rneini dnelim. Talar dnerken mutlak uzaya gre ivmelendikleri iin ip gerilir. Hareket etme-nin ne demek olduu konusunda son sz mutlak uzay syle-mektedir.

Ama mutlak uzay aslnda nedir? Bu soruyla urarken New-ton biraz kaamak yantlar verdi. Principia'da nce yle yaz-mt: "Herkesin bildii eyler olduu iin zaman, uzay, yeri ve hareketi tanmlamyorum."'' Bylece bu terimleri kesin bir biimde tanmlamaktan kanm oluyordu. Sonraki u szleri ise nl olmutur: "Mutlak uzay, doas gerei, herhangi bir d noktay referans almakszn, her zaman ayndr ve hareketsiz-dir." Yani, mutlak uzay vardr ve ebedidir, nokta. Ama doru-dan gremeyeceimiz, lemeyeceimiz ve zerinde bir etkimi-zin olamayaca bir eyin varln ve nemini sadece ilan eder-ken Newton'un kendini pek de rahat hissettmediinin baz ia-retleri vard. yle yazmtr:

Baz cisimlerin gerek hareketlerini kefetmek ve gr-nen hareketlerinden etkin bir biimde ayrmak gerekten son derece zordur, nk bu hareketlerin yer ald ha-reketsiz uzayn blmlerini duyularmzla gzlemlemek imknszdr.4

Bylece Newton bizi biraz skntl bir durumda brakyor. Mutlak uzay fiziin en temel unsurlarndan birinin -hareketin-tanmnn merkezine yerletiriyor, ama tanm belirsiz brakyor ve bylesine nemli bir konuyu byle kaamak bir biimde ele

35

almaktan duyduu rahatszl da ifade ediyor. Bu rahatszl bakalar da paylamtr.

Uzay Karmaas Bir keresinde Einstein, birisi "krmz", "sert" veya "d krk-

lna uram" dedii zaman hepimiz ne demek istendiini an-larz, demiti. Ama "psikolojik deneyimle balants daha dolayl olan 'uzay' szcne gelince, etki alan ok geni bir yorum be-lirsizlii vardr."5 Bu belirsizliin tarihesi olduka eskidir. Uza-yn anlamn zmek iin verilen ura antik alara kadar gi-der. alar boyunca "uzay"n anlamn u ya da bu nedenle ara-tranlar arasnda Demokritos, Epikuros, Lucretius, Pythagoras, Platon, Aristoteles ve onlarn birok takipisi vard. Uzay ve madde arasnda bir fark var mdr? Uzayn, maddesel cisimler-den bamsz bir varl var mdr? Bo uzay diye bir ey var m-dr? Uzay ve madde karlkl olarak birbirlerini dlar m? Uzay sonlu mudur, sonsuz mu?

Son binylda uzayn felsefi adan zmlenmeye allma-s genellikle dinbilimsel aratrmalarla birlikte ortaya kmtr. Bazlarna gre Tanr her yerdedir, bu da uzaya tanrsal bir ka-rakter verir. Bu dnce biimi, kimilerinin Newton'un akl ho-calarndan6 biri olmu olabileceini dnd on yedinci yzyl filozofu ve dinbilimcisi Henry More tarafndan savunulmutur. More, uzay bo olsayd var olmazd diye dnyordu, ama ay-n zamanda bunun ok da anlam olmayan bir gzlem olduunu, nk maddesel cisimler olmasa bile uzayn ruhla dolu olduu-nu ve hibir zaman gerekten bo olmadn sylyordu. New-ton da benzer bir fikre sahipti, uzayn maddesel cisimler kadar "ruhsal maddeyle" de dolu olduunu kabul ediyordu, ama bu ruhsal maddenin "maddenin hareketine engel olmadn"7 ekle-yecek kadar da dikkatliydi. Newton, mutlak uzayn Tanr'nn id-rak edilii olduunu ileri sryordu.

Uzay konusundaki bylesi felsefi ve dinsel dnceler ikna edici ve kkrtc olabilir, ama Einstein'n yukarda aktardmz uyarc yorumunda olduu gibi, bu dnceler net bir betimleme

36

zelliinden yoksundur, ki bu da ok nemlidir. Ama byle sy-lemlerden ortaya kan ok temel ve kesin olarak tanmlanm bir soru vardr. Uzaya daha sradan maddesel cisimlere (rnein imdi elinizde tutmakta olduunuz kitaba) atfettiimiz gibi ba-msz bir gereklik atfetmeli miyiz, yoksa uzay sradan madde-sel cisimler arasndaki ilikileri tanmlamak iin yalnzca bir dil olarak m yorumlamalyz?

Newton'un ada, byk Alman lilozof Gottfried Wilhelm von Leibniz uzayn beylik anlamda var olmadndan emindi. Uzaydan bahsetmenin, eylerin birbirlerine gre yerlerini belir-lemenin kolay ve elverili bir yolundan baka bir ey olmadn iddia ediyordu. inde/f/cisimler olmazsa uzayn kendisinin ba-msz bir anlam ya da varl olmadn ileri sryordu. ngiliz alfabesini dnn. Yirmi alt harften oluur, harflerin birbirle-rine gre belli ilikileri vardr: a ile b yan yanadr; d ile ) arasn-da be harf vardr; x u'dan iki harf sonra gelir vb. Ama harfler olmazsa alfabenin de bir anlam yoktur; "harfler-st" bamsz bir varl yoktur. Tersine, alfabe harflerle ve bu harfler arasn-da belirledii ilikilerle varla kavuur. Leibniz, ayn eyin uzay iin de geerli olduunu iddia ediyordu: Uzayn, bir cismin ko-numuyla baka bir cismin konumu arasndaki ilikiyi tartmak iin doal bir dil salamann tesinde bir anlam yoktu. Leibniz'e gre eer uzaydan btn cisimler karlacak olsayd -yani eer uzay tamamen bo olsayd- harfleri olmayan bir alfabe kadar an-lamsz olurdu.

Leibniz, greci ad yaktr lan bu konumunu desteklemek amacyla bir dizi sav ileri srd. rnein, eer uzay gerekten bir varlksa, bir arka plan maddesiyse, Tanr nn evreni bu mad-de iinde nereye yerletireceini semi olmas gerektiini sy-ledi. Ama hibir karar asla rastgele ve geliigzel olmayan, tm kararlar salam nedenlere dayanan Tanr, bir rnek uzay bo-luunun bir kesini nasl dier bir kesine tercih etmi olabi-lirdi? Bilimsel alglar gl olanlara bu sav ucuz gelir. Bununla birlikte, Leibniz'in ileri srd dier savlarda yapt gibi, bu savdan da dinbilimsel eler kartlrsa g sorularla kar kar-

3 7

ya kalrz: Evrenin uzaydaki yeri neresidir? Eer evren, iin-deki her eyin birbirine gre konumlar ayn kalmak kouluy-la, bir btn olarak birka metre saa ya da sola hareket ettiri-lebilseydi, bunu nasl anlardk? Evrenin uzay maddesi iinde-ki hz nedir? Uzay ve uzayn iindeki deiiklikleri temel ola-rak saptayamyorsak, uzayn gerekten var olduunu nasl iddi-a edebiliriz?

te tam burada Newton kovasyla sahneye kt ve tartma-nn karakterini kkten deitirdi. Newton da mutlak uzayn be-lirli zelliklerinin dorudan saptanmasnn ok zor, hatta ola-naksz grndn kabul ediyordu, ama mutlak uzayn var-lnn gzlenebilir baz sonular olduunu kantlamaya alt: Dnen kova rneinde olduu gibi, baz ivmelenmeler, mutlak uzaya gre ivmelenmedir. Dolaysyla Newton'a gre, kovada-ki suyun yzeyinin ibkey olmas, mutlak uzayn varlnn bir sonucuydu. Newton'a gre, ne kadar dolayl bir yoldan olsa da, bir eyin varl konusunda salam bir kant varsa, tartma sona ererdi. Tek bir zekice darbeyle Newton, uzay konusundaki tar-tmay felsefi dncelerden bilimsel olarak kantlanabilir veri-lere kaydrd. Bunun yaratt etki sanki elle tutulabilir gibiydi. Fazla gecikmeksizin Leibniz de kabul etmek zorunda kald: "Bir cismin mutlak gerek hareketi ile bir baka cisme gre yalnzca konumunun deimesi arasnda bir fark olduunu kabul ediyo-rum."8 Bu, Newton'un mutlak uzayna boyun eme deil, greci konuma sk bir darbeydi.

Sonraki iki yzyl boyunca Leibniz'in ve bakalarnn uzaya bamsz bir gereklik atfeden savlan bilim dnyasnda bir yan-k uyandrmad.9 Sarka Newton'un uzay anlayna doru kay-mt; mutlak uzay kavram zerine temellendirdii hareket ya-salar btn dikkati zerine ekti. Aktr ki bu yasalarn kabul grmesinin temel nedeni, hareketi betimlemekteki baarlaryd. Ancak Newton'un fizikteki tm baarlarn, gerekten nem-li tek kefi olarak grd mutlak uzay kavramn destekleyen salam bir temel olarak dnmesi, arpcdr. Newton iin her ey uzayla ilgiliydi.10

38

Mach ve Uzayn Anlam Byme alarmda, babamla birlikte Manhattan sokaklarn-

da yrrken bir oyun oynardk. Birimiz evreye bakar ve o an evrede olan bir eyi seer -hzla geen bir otobs, bir pence-re pervazna konan bir gvercin, yere bozuk para dren bir adam- ve o olayn otobsn tekerlei, uan gvercin veya yere dmekte olan madeni para gibi srad bir bak asndan na-sl grneceini anlatrd. Bilmeceyi zmek iin "Alak, doku-lu duvarlar olan karanlk ve silindirik bir yzeyde yryorum ve gkten kaln, kvrck ve beyaz bir nesne yayor" gibi tuhaf bir ifadenin, bir sokak satcsnn iine lahana turusu koymak-ta olduu sosisli sandviin zerinde yryen bir karncann ba-k as olduunu bulmak gerekiyordu. Her ne kadar ben ilk fi-zik dersimi almadan yl larca nce bu oyunu oynamay brakm olsak da, Newton yasalaryla ilk karlatmda ektiim zorlu-un nedenlerinden biri bu oyun olabilir.

Bu oyun dnyaya farkl bak alarndan bakmay destekli-yor ve her bak asnn dieri kadar geerli olduunu vurgu-luyordu. Ama Newton'a gre, dnyaya istediiniz perspektiften bakmakta kesinlikle zgr olsanz da, farkl bak alar hibir biimde eit deildir. Buz patencisinin pateninin zerindeki bir karncann bak asndan, dnen pist ve salondur; tribndeki bir seyircinin bak asndan ise, dnen patencidir. Bu iki ba-k as da ayn derecede geerli, eit ve yerleri her iki dnn birbirlerine gre simetrik olan ilikisi zerinde gibi grnyor. Ama Newton'a gre, bu perspektiflerden biri dierine gre daha dorudur. nk eer gerekten dnen patenciyse kollar da-r doru alacaktr, ama eer gerekten dnen pist ise patenci-nin kollar dar doru almayacaktr. Newton'un mutlak uzay kavramn kabul etmek, mutlak bir ivme kavramn ve zellik-le de kimin ya da neyin gerekten dnd konusunda mutlak bir yant kabul etmek anlamna geliyordu. Nasl olup da bunun doru olabileceini anlamaya altm. Bavurduum her kay-nak -ders kitaplar da, retmenler de- sabit hzl hareket sz konusu olduunda yalnzca greli hareketin nemi olduu ko-

39

nusunda fikir birlii iindeydi. O halde ivmeli hareketin neden o kadar farkl olduunu bir trl anlayamyordum. Hz sabit olmayan hareket gz nne alndnda, neden nemli olan tek ey -tpk greli hz gibi- greli ivme olmuyordu? Mutlak uzayn varl tersini emrediyordu, ama bana bu durum son derece ga-rip grnyordu.

ok sonra, son birka yzyl iinde pek ok fizikinin ve filo-zofun -kimi zaman yksek sesle, kimi zaman sessizce- tam da bu konuyla uratn rendim. Her ne kadar Newton'un kova-s bir bak asn deil de brn tercih edenin mutlak uzay olduunu kesin olarak gsteriyor gibi grnse de (eer biri ya da bir ey mutlak uzaya gre dnyorsa gerekten dnyordur, yoksa dnmyordur) bu konu zerinde dnen pek ok kimse iin bu zm hi doyurucu deildi. Mutlak uzay kavram, hi-bir bak asnn dierinden "daha doru" olamayacana ilikin ikin hissin tesinde, Leibniz'in yalnzca maddesel cisimler ara-sndaki greli hareketin bir anlam olduu yolundaki gayet man-tkl nermesinin tesinde, pek ok kiinin, mutlak uzayn nasl olup da -kova rneinde olduu gibi- gerek ivmeli hareketi be-lirlememize olanak verirken, gerek sabit hzdaki hareketi tanm-lamamza olanak vermedii sorusunu sormasna yol amtr. Ne de olsa, eer mutlak uzay gerekten varsa, yalnzca ivmeli hare-ket iin deil her tr hareket iin bir lm referans salamal-dr. Eer mutlak uzay gerekten varsa, o zaman neden bulundu-umuz konumu, baka maddesel cisimlere gre deil de mutlak olarak bilmemize olanak salamyor? Eer mutlak uzay gerek-ten varsa, o zaman neden biz grne gre ona hibir etki yapa-mazken o bizi etkileyebiliyor, rnein kendi eksenimiz evresin-de dnerken kollarmzn dar doru almasna neden oluyor?

Newton'un almalarndan sonraki yzyllarda bu konular zaman zaman tartld, ama Avusturyal fiziki ve filozof Ernst Mach sahneye kp uzay konusunda cesur, ileriyi gren ve son derece etkileyici yeni bir kuram nerdiinde 1800'lerin ortalar-na gelinmiti. Baka eylerin yan sra, bu kuramn ileride Albert Einstein zerinde derin etkisi olacakt.

40

Mach'n kavrayn anlamak iin -daha dorusu, genellikle Mach'a* atfedilen grlerin ada bir yorumu iin- kovaya ge-ri dnelim. Newton'un savnda garip bir yan vardr. Kova dene-yi bizi, suyun yzeyinin neden bir durumda dz, dier bir du-rumda ise ibkey olduunu aklamaya davet ediyor. Aklama ararken, iki durumu da inceledik ve bunlar arasndaki en nemli farkn suyun dnp dnmemesi olduunu bulduk. Suyun yze-yinin eklini hareket durumu ile aklamaya almamzda ar-tc bir yan yok. Ama ite nemli nokta da burada: Mutlak uza-y ne srmeden nce, Newton suyun hareket durumunun belir-lenmesi iin olas referans sistemi olarak yalnzca kovaya odak-lanmt, ama grdmz gibi bu yaklam baarsz oluyor. Ancak suyun hareketini saptamak iin kullanabileceimiz baka doal referans sistemleri de var, rnein deneyin yapld labo-ratuvarn zemini, duvarlar, tavan. Bu deneyi gneli bir gnde ak havadayapacak olsaydk, evredeki binalar veya aalar ya da ayamzn altndaki toprak suyun dnp dnmediini sapta-mak iin kullanabileceimiz "duraan" referans noktalar olu-tururlard. Ayn deneyi uzayda yapacak olsaydk, uzak yldzlar duraan referans noktalarmz olarak kullanabilirdik.

Bu da yle bir soru dourur. Newton kovay kolayca bir ke-nara frlatp atabilir ve gerek hayatta bavurmaya meyilli oldu-umuz, rnein su ve laboratuvar, su ve Dnya veya su ve gk-yzndeki sabit yldzlar arasndaki greli hareketi hzlca atla-y p geebilir miydi? Byle bir greli hareket, mutlak uzay kav-ramnn kullanlmas ihtiyacn ortadan kaldrarak, suyun yze-yinin eklini aklayabilir miydi? Mach'n 1870'lerde ortaya att- sorgulama mant buydu.

Mach'n bak asn daha iyi anlayabilmek iin uzayda ol-duunuzu, kendinizi sakin, hareketsiz ve arlksz hissettiini-

* Mach ' n birazdan ele a lacamz konular zer indeki kesin fikirleri tart mal dr . Yaz-dklar ndan bazlar b iraz belirsizdir ve ona atfedi len baz f ikirler, eserler inin sonradan yorumlanmas sonucunda ortaya kmt r . Mach , bu yorumla rdan haberdar gibi g-rnd ve dzeltme yapmad iin, kimileri Mach ' n bu sonulara kat ldn ileri sr-mtr. Ama ben her "Mach ' n ileri s rd" veya "Mach' n f ikir ler i" yazd mda , siz "Mach' n balatt bir yak la mn u an geer l i olan yo rumu ' ek l i nde anlarsanz , tarih-sel kesinlik as ndan daha doru olacakt r .

41

zi hayal edin. evrenize baktnzda grebildiiniz uzak yldz-lar da tamamen hareketsiz grnyor. (Bu, gerek bir Zen an-dr.) Tam bu srada yannzdan biri geiyor, sizi tutup kendi ev-renizde dndrmeye balyor, iki ey fark edersiniz. lki, kol ve bacaklarnz ekiliyormu gibi hissedersiniz ve eer serbest b-rakrsanz dar doru alrlar, ikincisi, uzak yldzlara bakt-nzda, yldzlar size artk hareketsiz grnmez; uzak gky-znde devasa emberler izerek dnyor gibi grnrler. Ya-adnz bu deneyim, vcudunuzun zerine etkiyen bir kuvve-ti hissetmek ile uzak yldzlara gre harekete tank olmak arasn-da yakn bir iliki olduunu ortaya koyar. Ayn deneyi bu sefer farkl bir ortamda tekrarlarken bunu aklnzda tutun.

imdi de tmyle bo uzayn simsiyah boluunda olduu-nuzu hayal edin: Galaksiler yok, yldzlar yok, gezegenler yok, hava yok, mutlak siyahlktan baka hibir ey yok. (Gerek bir varoluu an.) Bu kez dnmeye baladnzda bunu hissedebi-lir misiniz? Kol ve bacaklarnz dar doru ekiliyormu gibi hisseder misiniz? Gndelik hayattaki deneyimlerimiz bizi "evet" demeye yneltiyor: Ne zaman dnmeme durumundan (hibir ey hissetmediimiz durum) dnme durumuna gesek, kol ve bacaklarmz dar doru ekilecei iin fark hissederiz. Ama u son rnek hibirimizin yaad hibir eye benzemiyor. Bil-diimiz evrende her zaman, eitli hareket durumlarmz iin re-ferans noktas olarak kullanabileceimiz yakn veya uzak (rne-in uzak yldzlar) baka maddesel cisimler vardr. Ama verdi-imiz bu rnekte "dnmeme" durumunu "dnme" durumundan dier maddesel cisimlerle karlatrma yaparak ayrt etmenizin olana yoktur; nk baka maddesel cisimler yoktur. Mach bu gzlemi ok nemsedi ve ok byk bir adm daha ileri gtrd. Bu durumda, eitli dnme durumlar arasnda bir fark hissedil-mesinin de bir yolu olmayabileceini ileri srd. Daha doru-su, Mach biz hari bo bir evrende dnme ve dnmeme arasnda bir fark olmayacan -karlatrma iin bir referans noktas ol-mad zaman hareket ve ivme kavram yoktur- dolays ile dn-me ve dnmemenin ayn olduunu ileri sryordu. Mach'a gre,

42

eer Newton un birbirine iple balanm talar bo uzayda d-nyor olsayd ip gerilmeyecekti. Eer bo bir evrende dnyor olsaydnz, kol ve bacaklarnz dar doru almayacak, kulak svnz etkilenmeyecek, hibir ey hissetmeyecektiniz.

Bu derinlii olan ve kolayca anlalmayan bir neridir. Tam olarak anlamak iin, kendinizi verilen rnein iinde gerekten de dnebilmeniz ve tamamen bo uzayn siyah, tekdze dur-gunluunu tam olarak hayal etmeniz gerekir. Bu durum, aya-nzn altnda zemini hissettiiniz veya gzlerinizin kapdan ya da pencereden szan ok az miktardaki a yava yava uyum sa-lad karanlk bir odada olmaya hi benzemez. Tersine, evre-de hibir ey olmadn hayal ediyoruz; o nedenle kesinlikle ze-min de yoktur, gzlerin uyum salayaca k da. Nereye uzan-dnza ya da baktnza bal olmakszn, kesinlikle hibir ey grmez ve hissetmezsiniz. Deimez siyahlkta bir koza sizi sar-m durumda, karlatrma yapmak iin kullanabileceiniz hi-bir maddesel varlk yok. Mach'n iddias uydu: Karlatrma cisimleri olmadan hareket ve ivme kavramlar anlamlarn kay-beder. Konu sadece dndnzde bir ey hissetmeyecek olma-nzla ilgili deil, ok daha temel bir ey. Bo bir evrende tama-men hareketsiz olmak ve dzgn bir biimde dnmek birbirin-den farkl eyler deildir.*

Newton buna katlmazd tabii. O, tamamen bo uzayda bile uzay olduunu ne srmt. Her ne kadar uzay dokunulama-yan ve dorudan elle tutulamayan bir ey ise de, Newton'a gre, yine de cisimlerin kendisine gre hareket ettiini syleyebilece-imiz bir ey salyordu. Ama Newton'un bu sonuca nasl ula-tn anmsayn: Dnme hareketi zerinde dnd ve labora-

*Fizik ile doutan gelen hisler arasnda hemen bir iliki kurulmasn salad iin in-sanl rneklerden holanyorsam da, vcudumuzun bir blmn dierine gre irade-mizle hareket ettirebil iyor oluumuz -yani vcudumuzun herhangi bir blmn baka bir blmnn hareketi iin bir referans sistemi olarak kul lanyor oluumuz (bir kolu-muzu bamza gre dndrmek gibi)- nemli bir sak nca oluturuyor. Konumuzla do-rudan ilgili o lmayan kar kl klar nlemek iin dzgn dnme hareketini -vcudun her ksmnn ayn biimde, birlikte dnd dnme hareketini- vurguluyorum. Bu nedenle, vcudunuzun dnmesinden sz ettiimde, Newton'un bir iple birbirine balanm iki ta- gibi ya da Ol impiyat lar 'da performansnn son anlar ndaki bir buz patenci gibi, vcu-dunuzun her ksmnn ayn asal hzla dndn dnmelisiniz.

43

tuvarda elde edilen sonularn (suyun yzeyi ibkey bir ekil alr; Homer vcudunun dev kovann kenarlarna doru bastrl-dn hisseder; kendi evrenizde dnerken kollarnz dar do-ru alr; dnmekte olan iki ta balayan ip gerilir) deneylerin bo uzayda yaplmas durumunda da ayn kalacan varsayd. Bu varsaym, Newton'u bo uzayda hareketin kendisine gre ta-nmlanabilecei bir ey aramaya yneltti; o eyin de uzayn ken-disi olduunu ne srd. Mach, bu kilit varsayma meydan oku-du: Laboratuvarda olanlarn tamamen bo uzayda olmayaca-n ne srd.

Mach in balatt bu tartma, iki yzyldan uzun zamandr Newton'un almalarna ynelik en nemli meydan okumayd ve yl lar boyunca da fizik dnyasn sarsmaya devam etti (da-has, Vladimir li Lenin Londra'da yaad 1909 ylnda yazd- felsefi bir kitapkta baka konularn yan sra Mach'n al-masnn baz ynlerini de tartmtr"). Fakat eer Mach hakl ise ve bo evrende dnme kavram yoksa bile -ki bu Newton'un mutlak uzay kantlamasn boa karr- yeryznde yaplan ve suyun yzeyinin ibkey ekil ald kova deneyi gene aklama-sz kalyor. Mach suyun yzeyinin ald ekli mutlak uzay kav-ramna bavurmadan -eer mutlak uzay "bir ey" deilse- nasl aklayacakt? Bu sorunun yant, Mach'n akl yrtme biimi-ne yaplan basit bir itiraz zerinde dnrken ortaya kyor.

Mach, Hareket ve Yldzlar Mach'n dnd gibi tamamen bo deil de gkyz-

ne salm bir avu yldzn olduu bir uzay hayal edin. Eer d uzayda yaptnz dnme deneyini imdi yaparsanz, yldz-lar -her ne kadar ok uzaklardaki k noktacklar gibi grn-yorlarsa da- hareket durumunuzu saptamakta kullanabilecei-niz referans noktalar haline gelirler. Dnmeye baladnzda, uzaktaki k noktacklar sizin evrenizde dnyor gibi grne-cektir. Yldzlar dnme durumunu dnmeme durumundan ay-rabilmenizi salayan grsel referans noktalar olduundan, ayn zamanda dndnz hissetmeyi da beklersiniz. Ama uzakta-

44

ki birka y ldz nasl byle byk bir fark yaratabil ir? Varlkla-r ya da yokluklar, dnme hissini (yani daha genel olarak, ivme-l hareket hissini) nasl olur da bir anahtar gibi ap kapayabil ir? Eer yalnzca uzakta birka yldzn olduu bir evrende dn-me hareketini hissedebiliyorsanz, bu belki de Mach'n gr-nn hatal olduu anlamna geliyordur; belki de Newton'un var-sayd gibi, bo bir evrende de dnme hareketini hissedersiniz.

Mach buna yle bir yant verdi. Mach'a gre, bo bir evren-de dnerseniz hibir ey hissetmezsiniz (daha dorusu, dnme ve dnmeme kavramlar bile yoktur) . Spektrumun dier ucu-na gittiinizde, yani yldzlarla ve gerek evrenimizde var olan dier maddesel cisimlerle dolu bir evrende gerekten dnd-nzde kol ve bacaklarnzda savrulma kuvvetini hissedersiniz. (Deneyin.) Asl nemli nokta udur: Mach bo olmayan ama bi-zimkinden daha az madde ieren bir evrende dnerken hissede-ceiniz kuvvetin, sfr ile bizim evrenimizde hissettiinizin ara-snda bir yerde olacan ne sryordu. Yani, hissettiiniz kuv-vetle evrendeki madde miktar orantldr. Eer iinde tek bir yldz olan bir evrende dnerseniz, vcudunuzda ok kk bir kuvvet hissedersiniz, iki yldzl bir evrende bu kuvvet biraz da-ha fazla olur ve bu byle gider. Sonunda iindeki madde mikta-r bizim evrenimizdekine eit olan evrene geldiinizde, dnerken o bildiiniz savrulma kuvvetini hissedersiniz. Bu yaklamda, iv-me sonucu hissettiiniz kuvvet, evrendeki tm dier maddenin toplu etkisi olarak ortaya kar.

Bu nerme yalnzca dnme iin deil btn dier ivmeli ha-reketler iin de geerlidir. Mach'n grne gre iinde bulun-duunuz uak pistte ivmelenirken, iinde bulunduunuz otomo-bil ani bir fren yapp durduunda, iinde bulunduunuz asan-sr ykselmeye balarken hissettiiniz kuvvet, evreni oluturan btn maddenin birleik etkisini temsil etmektedir. Daha faz-la madde olsayd, daha byk bir kuvvet hissederdiniz. Daha az madde olsayd, hissedeceiniz kuvvet de daha kk olurdu. Hi madde olmasayd, hibir ey hissetmezdiniz. Yani Mach'n dnne gre yalnzca greli hareket ve greli ivme nemli-

45

dir. vmelendiinizi yalnzca evrendeki dier maddenin ortala-ma dalmna gre ivmelendiiniz zaman hissedersiniz. Mach, madde yoksa -yani karlatrma iin gerekli referans sistemi yoksa- ivmeyi hissetmenin imknsz olduunu ne sryordu.

Birok fiziki iin bu, geen yz elli yl iinde evren konusun-da ortaya atlan en byleyici nermeydi. Kuaklar boyunca fi-zikiler, uzayn dokunulamaz, yakalanamaz dokusunun gerek-ten bir ey -hareket iin nihai ve mutlak bir referans sistemi sa-layacak kadar salam bir ey- olduu fikrini heyecan verici bul-mutur. Kimileri hareket kavrayn bylesine alglanamaz, du-yularmzn bu kadar tesinde, o kadar ki neredeyse mistisizmin snrndaki bir ey zerine temellendirmeyi sama veya en azn-dan bilimsel adan sorumsuzluk olarak grmtr. Ayn fizik-iler Newton'un kovasn baka nasl aklayabileceklerini ara-trdlar. Mach'n grleri heyecan yaratmt, nk bu gr-ler yeni bir yant olasln da peinde getiriyordu: Uzayn "bir ey" olmad bir yant, Leibniz'in savunduu gibi uzayn gre-ci olarak kavranmasna iaret eden bir yant. Mach'a gre uzay, Leibniz'in de hayal ettiine ok benziyordu; iki ayr cismin ko-numlar arasndaki ilikiyi ifade etmek iin bir dildi. Ama, harf-leri olmayan alfabe gibi uzayn da bamsz bir varl yoktur.

Mach, Newton'a Kar Mach'n grlerini niversite rencisiyken rendim, bu

benim iin ltuf gibi bir eydi. Yalnzca greli hareket ve g-reli ivme anlaml olduu iin, btn bak alarna eit davra-nan bir uzay ve hareket kuram vard demek. Hareketi deer-lendirmek iin Newton'un dnd referans sistemi -mut-lak uzay denilen grnmez ey-yer ine, Mach'n nerdii sis-tem -evrene dalm olan madde- herkesin grebilecei gibi ortadayd. Mach'n yantnn doru yant olduuna emindim. Bu tepk