15 Kasım 2020

Tek elektron evren

Wheeler haklıysa, bizler bilinçli gözlemciler olarak gerçekliğimizin yaratıcıları mı oluyoruz? Ya da evreni görselleştirme sürecinin katılımcıları mı, tabii kapasitemiz ölçüsünde!

John Wheeler, bilim kurgu filmlerinin vazgeçilmezi olan en çarpıcı iki kavramı modern fiziğe kazandıran bir bilim insanı.

1957'de genel görelilik üzerine yaptığı çalışmalar, onu uzay-zamanda olası "tünelleri" düşünmeye yöneltti ve onlara "solucan delikleri" dedi. 

1967'deki bir konferansta, "kara delik" terimini ilk kez onun kullandığı belirtiliyor. Ancak bu terimi bir başkasından duyduğunu söylediği yönünde söylemler de mevcut. 

Bir önceki yazımızda kara deliklerin babası olarak 2020 Nobel Fizik Ödülü sahibi Roger Penrose'u işaret etmiştik, yukarıdada belirttiğimiz gibi gerçek babanın John Wheeler olduğu yönünde oldukça kuvvetli bir kanı var. Belli ki aynı zaman diliminde farklı bilim insanları tarafından kullanılmış bir kavram.

Bu konuya dikkat çeken Boğaziçi Üniversitesi öğretim üyesi Prof. Dr. İbrahim Semiz'e öncelikle teşekkür etmek isterim. Ayrıca konuyla ilgili olarak iletmiş olduğu makale de altta yer alan kaynakçaya eklendi.

Wheeler'a dönersek, onun çok yetkin ve sıra dışı bir bilim insanı ve akademisyen olduğu; aynı zamanda zarif, yumuşak huylu ve kusursuz kibar bir yapısı olduğu söylenir. Çok sayıda doktora öğrencisi bulunan Wheeler'ın öğrencileri içinde Feynman, Kip Thorne, Jacob Bekenstein ve Hugh Everett gibi önemli bilim insanları bulunuyor.

Tek elektron

John Wheeler, 1940 baharında Princeton Üniversitesinde öğrencisi Richard Fynman'a soruyor: "Nasıl oluyor da elektronlar tam olarak aynı kütle ve aynı elektrik yüke sahipler. Sanki uzayda bir fabrika kurulmuş ve seri elektron üretimi yapılıyor."

Fynman soruyor: Yani?

Yanıt inanılmaz: Çünkü hepsi aynı elektron!

Aslında soru en az yanıtı kadar çarpıcı: Neden evrendeki tüm elektronlar aynı? Her elektron tam olarak aynı kütleye ve tam olarak aynı yüke sahip ve diğer özellikler de aynı, neden?

Ve bu durum diğer parçacıklar için de geçerli olmalı, değil mi?

John Wheeler'a göre, her elektronun tam olarak aynı özelliklere sahip olmasının nedeni, onların gerçekte aynı elektron olması. 

Nasıl mı?

Diyor ki: Evrendeki her elektronun aynı elektron olması, onun zamanda ileri ve geri sıçraması ile mümkün. Elektron bir ışık fotonu ile vurularak saçılır ve uzay-zamanda ileri ve geri zıplayabilir. Bu, elektronun zamanda ileri-geri gitmesi demek. Zamanda geriye giden elektronlar, elektronların antimadde bileşeni olan pozitronlardır. 

Yani evrendeki tüm elektronlar aslında aynı elektron ve tüm pozitronlar da o aynı elektronun geriye doğru hareket edeni mi oluyor?

Yanıtı basit: Biliyoruz ki, elektronlar negatif yüklüdür ve bir elektrik alana konulduğunda alanla ters yönde yönlenirler. Pozitronlar aynı kütleye sahip ama pozitif yüklü olduklarından elektrik alana konulduklarında, alanla aynı ama elektronla ters yönde hareketlenirler. 

Çok karışık bir durum, ama düşünmeye değer.

Zamanda geri gitmek

Elektron uzay-zamanda herhangi bir anda fotonlar tarafından vurularak saçılır ve yönü değişir.

Geriye saçılan elektron tekrar saçılarak yönünü tekrar değiştirir. Dolayısıyla elektron uzay-zamanda ileri- geri zikzaklar yaparak hareketini sürdürür. Bu herhangi bir anda elektronun farklı yönlerde geçişler yapması demektir.

Daha iyi anlamak için ardı ardına çok keskin virajları olan bir yol düşünün. Resimde de görüldüğü gibi, bu yolda gitmekte olan bir otomobil, her defasında ileri-geri kıvrılan virajlar nedeniyle yön değiştirmek durumunda kalıyor; aynı saçılan elektronun yön değiştirmesi gibi.

Dolayısıyla farklı yönlere giden farklı otomobiller varmış gibi bir durum ortaya çıkıyor, oysa hepsi aynı otomobil.

Şimdi, aynı durumu Wheeler'ın tek elektronu için düşünün. Süreki zamanda yukarı-aşağı hareket eden tek bir elektron. Bunu bir film olarak kaydedin ve daha sonra zamanın herhangi bir anında filme baktığınızda birçok parçacığın aşağı yukarı hareket ettiğini görürsünüz. Aşağı doğru olanlar pozitron, yukarı doğru yönelenler ise elektronlar: Çok sayıda parçacık ve anti parçacık görüntüsü veren tek bir parçacık.

Onlar, sanki bir zaman makinasından geçiyor gibiler!

Ancak bu çarpıcı fikir, elektronların neden pozitronlardan daha fazla olduğuna yanıt vermiyor. Fynman bu soruyu yönelttiğinde Wheeler'ın yanıtı onların proton ya da başka bir parçacık içinde saklı olabileceği yönünde olur.

Peki, ya diğer parçacıklar? O zaman proton, nötron gibi diğer her parçacık, zamanda ileri geri sıçrayan tek bir parçacık değil midir?

Ancak Wheeler'ın "tek elektron evren" fikri Fynman tarafından ciddiye alınır; bildiğimiz Fynman diagramlarının mantığı da zaten bu kavramlar üzerine kuruludur. Bu doğrultudaki çalışmaları ile Feynman 1965'te Nobel Fizik Ödülü alacak ve Nobel konuşmasında Wheeler'ın bu fikrinden esinlendiğini söyleyecektir.

Tek elektronlu evren fikrinde olduğu gibi Wheeler, fiziğin tuhaf ve alışılmadık köşelerini kurcalamaktan çekinmez. 

Ona göre gerçeklik, evrende gözlemciler tarafından yaratılmaktadır. Bu doğrultuda "Katılımcı Antropik İlke"yi ortaya atar: "BigBang var, çünkü biz buradayız. Tek elektron fikri gibi ona da inanmak zorunda değilsiniz, ama büyüleyici bir düşünce." 

Eğer haklıysa, bizler bilinçli gözlemciler olarak gerçekliğimizin yaratıcıları mı oluyoruz? Ya da evreni görselleştirme sürecinin katılımcıları mı, tabii kapasitemiz ölçüsünde!


Kaynakça

Yazarın Diğer Yazıları

Zihnimizdeki resimler ve Dorian Gray'in Portresi

Kişiler gözümüzün önünde onların aynadaki görüntüleri ile değil, beynimizde yüklü özellikleri ile canlanır. Nasıl görünürlerse görünsünler zihinlerdeki resim bu algılara göre şekillenir

Doğanın gizemleri ve kuantum

Kuantum mekaniği bize atomların ve atomaltı parçacıklarının tuhaf dünyalarının kapılarını açtı; kuantum teknolojisi ile yaşamımız değişti. Evreni daha farklı algılar olduk. Şimdi yaşam bilmecesini onunla anlamaya çalışıyoruz

Kuantum bilgisayarlar

Ne diyordu Hawking: "Dünya dışı akıllı yaşamın neler yapabileceğini merak ediyorsanız Dünya üzerindeki insan türünün yaptıklarına bakın!"