Bilim Kurguları

Gerard't Hooft - Bilim Kurguları


Üçüncü Bölüm

İÇERİSİ

Profesör Prtplwyszpo, yıllarca araştırdıktan sonra, peşinde olduğu şeye nihayet ulaştı: Bir çektirme makinesi icat etmişti. Küçük gizli kapısından makineye giren herkes, diğer taraftan yaklaşık yüzde on daha küçük çıkıyordu. Gönüllü bu işlemi yedi kez tekrarlasaydı, orijinal boyutlarının yarısından daha küçük olacaktı. Makineden yeterince sık geçilirse, orijinal boyut dilediğiniz kadar küçültülebiliyordu. Bir tıp ekibi, makineden yüz kez geçtikten sonra, bir hastaya burun deliğinden girebilirdi ve mikroskobik araçlarla devrim niteliğinde ameliyatlar gerçekleştirmek için vücudun hastalıktan etkilenen alanına seyahat edebilirdi. Başarılı bir ameliyatın ardından, ekibin orijinal boyutlarına dönmek için makineden aynı sayıda ama bu kez tersinden geçmesi yeterli olurdu.

Bu çok müthiş olurdu. Peki ama bu tıp ekibindekilerin vücutlarının atomları ve moleküllerine ne olurdu? Onlar da küçülür müydü, yoksa bazıları ortadan mı kalkardı? İkinci durumda, vücutlarındaki hücrelerin çekirdekleri tamiri imkansız bir şekilde zarar görürdü ve ekiptekiler ansızın ölüverirdi. Vücudumuzdaki her hücre, DNA adı verilen ve hücrelerin fonksiyonlarını kontrol eden moleküller içerir. DNA molekülünün her atomu, hayati önemdedir; bunların yüzde onunu kaybederseniz, ölürsünüz. Okuyucu, bu bilimkurgu öyküsünde muhtemelen başka yanlış varsayımlar da tespit edebilir. Bu hoş bir fikirdir ama kesinlikle uygulanamaz. O küçük şeylerin dünyası hakkında gerçekten ne biliyoruz?

Kulağa gayet mantıklı geliyor; küçük parçacıkların dünyasını keşfetmek için çok küçük araçlara ihtiyaç vardır. Böcekler, diğer böcekleri bizden daha iyi görebilir mi? Küçük gözleriyle, çok daha yakına gidemezler miydi? Bunun olabileceğini düşündüyseniz, tekrar düşünün. Gözlerimiz, ışığın yardımıyla dünyayı gözlemleyen çok hassas araçlardır. Temel bir yasaya göre, tespitin gerçekleştirildiği makine ne kadar büyükse, o kadar iyi çalışır. Küçük şeylerin gizemlerini çözmek, daha büyük gözlerle çok daha kolaydır. Gözlerimiz, böceklerin gözlerinden büyük olduğu için, onların birbirlerini veya kendi dünyalarını görebildiğinden çok daha iyi görebiliriz. Sinek pencereye doğru uçar, çünkü camdaki tozu veya yansımayı göremez. Keza, balinalar bizden çok daha iyi bir işitme yetisine sahiptir. Görsel ve işitsel duyum fonksiyonları söz konusu olduğunda, boyut önemlidir. Bu nedenle, bazı hayvanların mümkün olabildiğince büyük hale gelmek için evrilmesinde şaşırtıcı bir yan yoktur.

Maddenin en küçük parçacıklarını tespit etmek için devasa büyüklükteki araçlara ihtiyaç duyarız. İsviçre'nin Cenevre şehrinin yakınlarındaki CERN adlı laboratuvar kompleksi, çok sayıda Avrupa ulusunun ortak girişimidir. CERN, Avrupa Nükleer Araştırma Konseyi (Conseil Europeen de Recherche Nucleaire) ifadesinin kısaltmasıdır. Aslında nükleeraltı ifadesinin kullanılması daha yerinde olurdu; çünkü araştırılan parçacıklar, gittikçe daha küçük hale gelmektedir.  Kompleksin içinde, bir kısmı İsviçre, bir kısmı da Fransa'da yer alan ve toplam uzunluğu yirmi beş kilometreyi geç en bir tünel bulunmaktadır. Büyük bir halka şeklindeki bu tünelde, parçacıklar zıt yönlerde büyük hızlara ivmelendirilir. Parçacıklar çarpıştığında, büyüklükleri bir kamyon ve ev arasında değişen çeşitli dedektörler kullanılarak, çarpışmanın etkileri kaydedilir. Bu etkiler, saniyede milyonlarca kez kaydedilir. Maddenin özelliklerini son derece küçük ölçekte analiz etmenin en başarılı yolunun bu olduğu kanıtlanmıştır.

Bu tip bir araştırmaya, yüksek enerji fiziği adı verilir, çünkü en küçük ayrıntıları ortaya çıkarmak için parçacıkların içine mümkün olabilecek en büyük enerji miktarlarının pompalanmasını gerektirir. Zira parçacıkların konumlarını tam olarak ölçebilmemiz için çok yüksek bir hıza ulaşmaları gerekir. Bu ilke, Birinci Bölümde sözünü ettiğimiz Heisenberg'in Belirsizlik İlkesiyle doğrudan ilişkilidir. Bu ilkeye göre, bir parçacığın hızını ve konumunu aynı anda ve net bir şekilde tespit etmek mümkün değildir. Bilimsel teori, küçük mesafelerin araştırılmasının, yüksek bir hız aralığını gerektirdiğini söyler.

Dünyada, CERN gibi birçok laboratuvar vardır ve ABD, Almanya ve Japonya başta olmak üzere birçok yerde benzer araştırmalar gerçekleştirilmektedir. Bu araştırmalar, maddenin yapısı hakkında çarpıcı yeni kavrayışlarla sonuçlanmıştır.

Kendimiz de dahil olmak üzere bizi çevreleyen bütün madde, molekül adını verdiğimiz parçacıklardan oluşur. Her molekül atom adı verilen birimlerden oluşur. Her atom da elektronlarla çevrelenmiş çok küçük bir çekirdekten oluşur. Normal koşullar altında, atomlar dayanıklı ve değişmezdir. Ancak atomlar farklı moleküller oluşturmak için kendilerini yeniden düzenleyebilir; atomların birbirleriyle nasıl birleşeceğini veya birbirlerinden nasıl ayrılacağını dış elektronlar belirler. Kimya, bu ilkeyi temel alır. Bu yeniden düzenleme, yanma işleminde olduğu gibi genellikle ısı formunda enerji üretebilir. Bir atom, aynı zamanda enerjiyi soğurabilir; örneğin fotosentez sürecinde, bitkiler hava, su ve minerallerden organik moleküller üretmek için güneş ışığını kullanır. Biz konumuza geri dönelim.

Tespit edebildiğimiz kadarıyla, elektronlar öylesine sonsuz küçüklüktedir ki matematiksel anlamda sadece birer "nokta" olarak görünür. Aslında, bu henüz uzaysal yapılarını tanımlayamadığımız anlamına gelir. Yakın çevrelerindeki uzay, biraz bozulur veya kutuplaşır ve bu biçim bozulması tam olarak hesaplanabilir, dolayısıyla elektronlar bu anlamda yapıya sahiptir.

Öte yandan, bir atomik çekirdek çok daha fazla içsel yapıya sahiptir, çünkü iki tür parçacıktan oluşur: protonlar ve nötronlar. Bu parçacıklar da, pion adı verilen başka parçacıklar tarafından bir arada tutulur. Protonlar ve nötronlar, bir nükleer reaksiyon aracılığıyla farklı çekirdekler etrafında yeniden düzenlenebilir. Bu, kimyasal reaksiyonlarda görülen miktarlardan çok daha fazla enerji gerektirir; bazen milyonlarca kat daha fazla enerji. Buna nükleer enerji adını veririz. Yalnızca nükleer reaksiyonlar aracılığıyla, bir atomu bir başka atama dönüştürmek mümkün olabilir.

Ortaya çıkarabilecekleri muazzam miktarda enerjiyle birlikte, nükleer reaksiyonların keşfi, fizikte gelmiş geçmiş en büyük dönüm noktalarından biriydi ve toplum için en dramatik sonuçları doğuran keşiflerden biri oldu. Doğasında var olan tehlikeler nedeniyle, nükleer fizik genel kamuoyundan ciddi itirazlarla karşılaşmıştır. Ancak nükleer fizik toplumsal problemleri çözmek için yapıcı bir şekilde kullanılabilir. Sekizinci Bölümde bu konuyu ele alacağız.

Protonlar ve nötronlar da değişmez değillerdir. Her proton ve nötron, glüon adı verilen parçacıklar tarafından birarada tutulan üç kuark içerir. Proton ve nötronları birarada tutan pionlar, bir kuark ve bir karşı-kuarktan oluşur. Kuark ve glüonlar, tıpkı elektronlar gibi birer "nokta"dır. Dahası, türlü türlü egzotik kuark ve egzotik elektron varyasyonları vardır ama bunlar nadirdir ve yalnızca kısa bir süreliğine var olur. Kuarkları yeniden konumlandırmak için gerekli enerji, nükleer reaksiyonlar için gerekli enerjiden bile büyüktür.

Nötrinalar gibi başka madde parçacığı türleri de vardır. Bunlar son derece etkisizdir, çok az kütleye sahiptir ve çok zor tespit edilebilir; ama devasa büyüklükteki araçlarımızla bunu başardık. Bunların dışında, hakkında hemen hiçbir şey bilmediğimiz kara madde vardır. Sadece bunun varlığının, gözle görülür maddeyi hareketli kılan çekimsel kuvvetler tarafından açığa vurulduğunu biliyoruz. Kara madde, bugün bilebildiklerimizden, ayırt edilebilir derecede farklı olması gereken parçacıklardan oluşur.

Küçük parçacıkların dünyası hakkında sunduğum özetin sonuna geldik. Peki, bütün bunları neden anlatıyorum? Çünkü bilimin bu parçasıyla neler yapabileceğimiz sorusuyla sık sık karşılaşıyorum. Enerji üretmek için bu kuarklar ve elektronları nasıl kullanabiliriz? Bir kuark bilgisayarı mevcut mu? Bilimkurgu öyküleri bu fikirlerden beslenir. Ne yazık ki gerçek daha iç karartıcıdır. Yepyeni keşifler yapılabileceği düşünülebilir; örneğin nükleer reaksiyonlar için katalizör vazifesi üstlenebilecek yeni bir temel parçacık sınıfı keşfedilebilir ve şu anda düşünülmesi bile imkansız nükleer reaksiyonlar üretilebilir. Böylece halihazırda nükleer reaksiyonları kullanarak elde ettiğimizden çok daha fazla enerji üretilebilir. Fizik, bildiğimiz kadarıyla, bunun teorik olarak mümkün olduğunu söyler; sözde "manyetik monopol" bu tür bir parçacık olabilir. Bu parçacığı ele almak, bu kitabın sınırlarının ötesindedir ama bu parçacıkların yardımıyla, bilinen nükleer reaksiyonlardaki gibi maddenin küçük bir kısmı değil bütün madde enerjiye dönüştürülebilir. Ne yazık ki bunu üretebilmek bir tarafa, bu tür bir parçacığın var olduğuna dair somut bir kanıta dahi sahip değiliz. Bunun hiçbir zaman mümkün olmaması kuvvetle muhtemel ama kim bilebilir?

Temel parçacıkların karakteristikleri, yalnızca büyük bir kuvvetle birbirlerine çarptıkları zaman tespit edilebilir. Bunun için çok fazla enerjiye ihtiyaç duyulur ve genellikle çok fazla enerji kaybedilir. Kuarklar ve glüonları incelemek için kullandığımız araçlar da çok miktarda enerji soğurur. Aslında, tek ilgilediğiniz şey bunların özellikleri üzerinde çalışmaksa bu bir problem değildir; tam aksine bu parçacıklar hoş bir zorluk yaratır. Yine de bu onları çok da faydalı kılmaz ve kuark bilgisayarı gibi pratik uygulamalar kolay kolay hayal edilemez. Dahası, bu konuyu, uzak yıldızlar ve galaksiler hakkındaki araştırmalarımızla karşılaştırmamız gerekir; bu doğaya ve doğadaki yerimize ilişkin genel anlayışımız için önemli ve hatta hayatidir ama pratikte kolonileştirme için menzilimizin dışındadır. Bu konuya daha sonra değineceğiz.

Peki, gerçekçi olan nedir? Minik aletler yapabilir miyiz? Bilgisayar parçaları? Robotlar? Dedektörler? Tam olarak ne kadar küçük olabilecekler? Uygulamada, sınır atomik seviyedir. Atomlar, karmaşık kimyasal etkileşimleriyle bizim için çalışabilir. Her kimyasal fabrikada bunu bizim için zaten yapıyorlar. Ancak en büyüleyici olan yanı, birçok atomun nasıl var olduğunu ve bunları bir araya getirdiğinizde etkileşimlerinin ne kadar karmaşık olduğunu fark etmektir. Bu atomların ne kadar küçük olduğunu fark ederseniz, keşfedilecek ne kadar çok şey olduğunu hayal etmek zor değildir. Kuarklara ihtiyacımız yok; gelecekle ilgili düşlerimizi bu atomlar üzerine kurmamız daha gerçekçidir.

Atomların dünyasının karmaşık doğası, neler için kullanılabilecekleri ve ne tür kimyasal etkileşimler içine girebilecekleri, gündelik hayatımızda rahatlıkla görülebilir. Bütün hayat bunu temel alır. Her canlı organın oluşumu ve işlevi hakkındaki bütün bilgiler, iplik şeklindeki DNA moleküllerinde depolanır ve vücut hücreleri, adeta gelişmiş birer süper bilgisayar gibi bu bilgilere derhal erişebilir. Biyokimya gibi bilimler, DNA moleküllerinde depolanan bütün bilgilerin kaydedilmesi ve her canlı hücredeki bilgisayarın bu verileri nasıl işlediğinin ortaya konması söz konusu olduğunda yüzeysel kalmıştır.

İdeal olarak, atomlar temelinde nesneleri analiz edebilmeyi ve oluşturmayı ya da yeniden oluşturmayı isteriz. Ancak bu tür şeyleri yapabilmekten halen çok uzağız. Yine de bu konudaki ret hakkımı çok daha dikkatli bir biçimde kullanıyorum; gidilecek daha uzun bir mesafe var ve bu konuda daha çok şey duyacağımız muhakkaktır.

Gerard't Hooft - Bilim Kurguları







Share this article :

Yorum Gönder

Not: Yalnızca bu blogun üyesi yorum gönderebilir.

 
SUPPORT / DESTEK : ATLAS
Copyright © 2014 ATLASİZM