CANSIZDAN-CANLIYA MADDENİN GİZEMLİ SERÜVENİ-FROM LIFELESS TO LIFE ENIGMATIC ADVANTURES OF MATTER

PROLOG

Kasırgalarla canlılar arasındaki benzelikler nelerdir? Tsunami dalgaları neden evrimin temel ilkesi olan doğal seçilimin bir fizik yasası olduğunun kanıtıdır? Bir düzensizliği simgelediği söylenen entropi neden evrendeki düzenden sorumludur? Canlı vücudundaki işlevsel ahenkten ve düzenden sorumlu bir santral otorite var mıdır? Hortumlar, kasırgalar ve depremler gibi doğal felaketler düzeni mi simgelerler, yoksa düzensizliği mi? Bilinci maddenin davranışları ile  açıklayabilir miyiz?

Günlük yaşamımızda karşılaştığımız her olay, gözlemlediğimiz her olgu, yaşadığımız her deneyim ve varlığından haberdar olduğumuz her süreç, madde ve enerjinin davranış şekillerinin geride bıraktığı izlerdir. Madde ve enerjinin davranışları sürekli olarak değişmekte ve bu değişikliklerden bazıları geride derlenebilir bilgiler olarak birikmektedir. Bu birikime zaman da eşlik etmekte ve davranış şekillerine katılarak onların daha derin anlamlar kazanmasını sağlamaktadır. 

İnsan olarak yaşamımızı diğer canlılarla karşılaştırınca kendimizde bulduğumuz, diğer canlılarda olmadıklarını farzettiğimiz, hatta onlara yakıştıramadığımız bazı ilginç niteliklerle karşılaşıyor, nesnellikten uzaklaşıyoruz. Bu o kadar emin bir uzaklaşma ki, bize hayvan aslımızı ve sadece diğer bir canlı türü olduğumuz gerçeğini ihmal ettirebiliyor. Moleküler düzeyde bir solucandan farklı olmadığımız gözlemi bizi çok rahatsız ediyor ve bu sinir bozucu durum bizi insan olarak yaşamımıza anlam verecek, diğer canlılarda olmayan üstün nitelikler aramaya sevkediyor. İlginç olarak hemen her seferinde aradıklarımızın çoğunu   buluyoruz. Kendiliğinden menkul ve yanlış da olsa, üstünlüğümüzün tescili anlamına gelen bu durum bizi rahatlatıyor. Ama bunun bilimsel bir çözüm olmadığını da biliyoruz. Çünkü büyük bir engel olarak karşımıza çıkan bencil egomuzu aşmadan yaşamın gizemini çözemeyeceğimizi bilecek kadar akıllıyız.

Bu kitapla biz insanın hislerine ve egosuna değil, gerçekten üstün olduklarından emin olduğumuz aklına, sağduyularına ve sezgilerine hitabediyoruz. Ayrıca onların bize diğer canlılardan ve cansız maddeden intikal ettiğini de özellikle vurgulamak istiyoruz. Bu kitapta biz akıllı bir canlı olarak   önyargılarımızdan mümkün olduğu kadar uzaklaşmaya çalışacak ve maddenin davranışları ile ilgili gözlemler bizi nereye götürürse, hiç çekinmeden, oraya gideceğiz. Akıllı canlılar olarak bir doğa harikası olabiliriz. Ama bunu kendimize değil, eseri olduğumuz doğaya borçluyuz. Bu gerçeği asla ihmal etmemeli ve ona karşı duyarsızlaşmamalıyız.

Son 12 yıl içinde ateistforum.org internet sitesinin Bilim Forumu'nda yayımlanan ileti ve makalelerden derlenen bu kitap, bilimsel tartışmalara iletileri, soruları, yorumları ve eleştirileri ile renk ve heyecan katan ve izleyicilerin bilgi dağarcığını zenginleştiren Ateistforum yazarlarına  adanmıştır.”

This book which is mostly compiled from the author's scientific communications that are published in the science forum of the ateistforum.org within the last 12 years, dedicated to the ateistforum.org participants who enriched science forum with their exciting questions, dialogs, messages, critics and comments.

Canlılarla ilgili sorunların çoğu biyolojinin ilgi alanına girerler belki ama, fizikten yararlanmadan yaşamda anlam aramak, samanlıkta iğne aramaktan farksızdır.

Altough many of the problems related to living things is subject of biology, to search for the meaning of life without the benefit of physics is not much different than to look for a needle in a haystack.

ÖMER ALPAY ORUÇ MD. Pathologist. Boston, Massachusetts, USA.

BU KİTABIN YAZILIŞ NEDENİ....

İnsan hemen her olguda bir başlangıç arar. Columbia Dünya Tarihi, evrenin ve dünyanın tarih öncesi yaşamının kısa öyküsü ile başlar. Big Bang, galaksilerin, yıldızların, güneşin ve dünyanın oluşumu,  jeolojik devirler ve evrim ile devam ederek, beşinci bölümde Mezopotomya'nın tarihi ile buluşur. Ondan sonrası insanlık tarihidir.

Biz de bu kitapta aynı geleneği izleyecek, canlı varlığımıza bir anlam verdiğini düşündüğümüz maddesel geçmişimizin ekzotik ve gizemli öyküsü ile başlayıp, maddenin davranış şekilleri ile devam ederek, sonunda canlılığın varlık nedeni ile buluşacağız. Ve haddimizi bilerek orada duracağız. Çünkü ondan sonrası maddeyi aşan ve evrene transend olan yaşamın, bilimsel öyküsüdür.

Bu kitapta özne canlı değildir. Maddedir. Bu kitap madde bakış açısından yazılmıştır. Bu kitapta okuyacaklarınız maddenin bilimsel serüvenidir. Bu serüvende madde kendini canlılık şeklinde de manifest edebilir, cansızlık şeklinde de. Aynı madde hem canlıdır, hem cansız. Bazen canlıdır, bazen cansız.

Elementer düzeyde maddenin fiziksel ve kimyasal davranışları, canlıda ve cansızda farksızdır. Buna rağmen maddenin canlılarda gözlemlenen kollektif davranışları, cansızlarda gözlemlenen kollektif davranışlardan farklıdır. Canlı ile cansız arasında mevcut en belirli fark da budur zaten. Peki ama neden arada böyle bir fark vardır? Bu farktan madde ile ilgili nasıl bir nitelik sorumludur? Madde bazı durumlarda neden ve nasıl canlı olarak nitelendirdiğimiz davranışlar kazanmaktadır?  Bu evrensel bir davranış örnegi midir? Yoksa evrende yalnız dünyada karşılaşılan bir uç davranış mıdır? Bu soruların yanıtı yaşamla ilgili yeni teorilerin ortaya atılış ve bu kitabın yazılış nedenidir.  

Hangi niteliklerin maddeyi canlı yaptığı, üzerinde henüz kesin bir konsensusun olmadığı, tartışmalı bir konudur. Geniş bir yelpaze oluşturan maddenin davranışları bir yerde canlı olarak nitelendirdiğimiz özellikler kazanmaktadır.  Ama bu süreçte canlı-cansız sınırının nerede olduğunun ve canlılığın o sınırın neresinden başladığının kesinliği yoktur.  Maddeyi canlı ve cansız olarak ikiye ayırmak sanıldığı kadar kolay değildir.  

Madde ve enerjinin davranışlarının ayrıntılarını tartışırken, şimdiye kadar yapılan klasik açıklamalardan uzaklaşmanın ve soruna taze bir bakış açısından bakarak yaklaşmanın yararlı olacağını düşünüyoruz. Özellikle canlılar söz konusu olunca insan olarak bazı önyargilardan kendimizi soyutlayamamak gibi önemli bir kusurumuzun olduğu bir gerçektir. Bu kitapta onlardan kurtulmaya çalışacağız. Bu da gözlemlere değişik bir açıdan bakan, yeni ve özgün teorileri gerektirecektir. Hücresel olduğu için bireysel olduğu izlenimi uyandırmasına rağmen canlılık aslında, toplumsal ve ekolojik bir olgudur. Bu ilke tek hücreden oluşan canlılar için  bile geçerlidir. Her canlı bir kolonidir. Yaşamın bu özelliğini dikkate almadan değil gizemini çözmek, boyutlarını anlamak bile mümkün değildir.
 
Big Bang kuramına göre evren sanal bir vakümda, çok kısa bir süre içinde, son derece büyük bir enerjinin birikmesi ve genişleyerek bir kısmının maddeye dönüşmesi sonucu oluşmuştur. Big Bang  önemli bir yaratılış teorisidir. Bu teoriye göre evren, boyutları sonsuz olan bir boşlukta ortaya çıkıp genişlemiştir. Evren yoktan var olmamıştır. Daha önce mevcut olup, sonsuz boşluğu dolduran ve vaküm enerjisi olarak da bilinen doğası meçhul bir enerji türünün, belirsizlik ilkesine uyarak genişlemesi sonucu ortaya çıkmıştır. Başka bir deyişle vaküm enerjisi evrenin kaynak aldığı bir enerjidir. Doğası hakkında bilinenler çok azdır.

Evrenin görünüşü bizi aldatmasın. Evrende var olan herşey enerjidir. Şekilden şekle girebilen bu enerji yok edilemez ve ona yenileri eklenemez. Bu çok önemli ve temel bir doğa kanunudur. Evrende madde ve enerjinin her türlü davranışı, bu arada canlılık ve yaşam da, bu ana temanın varyasyonlarından ibarettir.

Evrenin yüzde 4'ünü oldukça iyi bildiğimiz olağan baryonik madde, yüzde 23'ünü, hakkında çok az bilgi sahibi olduğumuz karanlık baryonik madde ve yüzde 73'ünü, hakkında hemen hiçbir şey bilmediğimiz karanlık enerji oluşturmaktadır. Evrenin tümü enerji olduğu halde o enerji hakkında bilgi eksikliği vardır. Enerji evrendeki bütün etkinliklerden ve bu arada evrenin giderek artan bir hızla genişlemesinden de, sorumludur.  

Evrenin her davranışı aslında enerjinin davranışıdır. Enerji doğası bilinmeyen, gizemli bir kuvvettir. Bu enerji bize varlığını maddeyi manüple ederek gösterir. İlginç olarak manüple edilen madde de bir başka enerji türüdür. Pür enerji çesitli kılıklara bürünmekte ve onlar birbirleri ile tepkileşmektedirler.

Canlı, madde ve enerjinin davranışlarından bazılarına anlam kazandıran bir sıfattır. Bazı niteliklere sahip olan maddenin canlı olduğu söylenir. Madde tarafından simgelenen canlılık temelde, kendisine özgü spesifik somut bir fiziksel yapının içinde enerji dönüşümlerinin gerçekleştiği ve idame ettirildiği soyut bir kavramdır. Somut olan canlı ve canlılık değildir! Onların çıktığı maddedir. Canlılık, somut maddenin davranışları sırasında açığa çıkan soyut bir kavramdır. Bir epifenomendir. Canlılığın kendisi madde değildir ama, maddenin aracılığı ile vardır.

NEDEN VE NASIL?

Evrenin ve evrende yaşamın ortaya çıkış senaryolarının hemen hepsinde kuramlar, onların nasıl ortaya çıktığı sorusunu yanıtlamaya çalışırlar. Bu temel konularda madde ve enerjinin neden oluştuğu sorusunu bazı ayrıntıları ile yanıtlamaya çalışan bir kuram henüz ortaya atılmamıştır.  Evren neden vardır? Canlılık nedir ve canlılar neden vardırlar?  Madde neden canlı diyebileceğimiz bazı ilginç ve sıradışı nitelikler kazanmakta ve onunla da yetinmeyip hücreler  şeklinde organize olduktan sonra düşünmekte, tasarımlamakta, varlığına anlamlar vermeye çalışmakta, sevinmekte,  üzülmekte, ızdırap çekmekte ve çektirmektedir?  Cansız maddeyi bu şekilde davranmaya zorlayan ve kendi dışında yer alan bazı doğa üstü kanunlar mı vardır? Yoksa madde doğası gereği mi bu şekilde davranmak zorundadır?

Neden sorusu yanıtlanması çok daha zor ve temel bir sorudur. Nasıl sorusunu birden fazla alternatif kuramlarla yanıtlamak mümkündür. Bu bağlamda dikkat edilecek en önemli husus bu kuramların o anda bilinen, doğruluklarına inanılan, mantıklı gözlemlerle bağdaşmalarıdır. Bu yaklaşım neden sorusunu yanıtlamada yetersiz kalmaktadır. Çünkü rasyonel insan aklı yoktan varoluşun nedenlerini anlamada zorluk çekmektedir. İnsan aklı için yoktan var oluş imkansız bir olgudur.

İnsan aklı bir takım postulatlar oluşturarak bu engeli aşmaya çalışır. Postulatlar doğrulukları tartışmasız kabul edilen ve başlangıcı simgeleyen öncüllerdir. Başlangıçta doğası meçhul bir enerji vardır. Bu enerji Big Bang sırasında  genişleyerek çoğalmış ve maddeye dönüşmüştür. Bu postulata göre içi enerji dolu sonsuz bir boşluk vardır. Bu boşluktaki enerjiden karşıtı ile birlikte ortaya çıktıktan ve 10^-21 saniye var olduktan sonra, yine karşıtı ile birlikte yok olan yalancı parçacıklar (virtual particles) sorumludur. Bu enerji belirsizlik ilkesine tabidir. Yani yalancı parçacıklardaki enerjinin belirsizliği vardır. Bu yalancı parçacıklardan birinde enerji belirsizlik kuralının etkisi altında false vacuum olarak genişlemiş ve maddeye dönüşerek evreni oluşturmuştur.

Bu kitabın ana teması canlılığın nasıl kazanıldığından çok, neden var olduğudur. Madde neden kendiliğinden örgütlenip organize olmakta ve canlılık kazanmaktadır? Cansız madde ne zaman, neden ve nasıl canlılık kazanmıştır? Canlılık maddenin nasıl bir davranış şeklidir? Bazı koşulların yerine getirildiği durumlarda bu davranış olağan ve sıradan mıdır, yoksa hala uç mudur? Bu bağlamda cevap veremeyeceğimiz en önemli soru, canlılığın evrende yaygın bir fenomen olup olmadığıdır.  

Bu kitapta madde ve enerjinin davranış şekillerinden biri olan canlılığın gizemli doğasını,  materyelist felsefeye sadık kalarak, çağdaş bilimsel gözlemlerin ışığında aydınlatmaya çalışacağız.

ÖNSÖZ

Canlılık maddenin davranış şekillerinden biridir. Onun nasıl bir davranış şekli olduğunu az çok biliyoruz. Çünkü bizler de canlıyız. Ama biz yine de maddenin neden ve nasıl canlılık kazandığını   bilmiyoruz. Aynı maddenin bazen canlı, bazen cansız davranması bizi büyülüyor. Canlı olarak nitelendirdiğimiz davranışların basit, doğal nedenler ve rastgele süreçler dizisi olabileceğini dikkate almıyor, onlarda ekzotik, bilinmeyen, doğaüstü ve gizemli nedenler arıyoruz. Henüz öyle bir neden veya nedenlerle karşılaşmamamız bizi düş kırıklığına uğratıyor.  Ama cesaretimizi kaybetmiyor ve maddede gizem aramaya devam ediyoruz.

Canlılığın başlangıcı hakkında da yeterli bilgi sahibi değiliz. Canlılık büyük bir rastlantı sonucu mu ortaya çıkmıştır, yoksa maddenin sıradan davranışlarının ürünü olarak mı vardır?  Bir araya gelerek sayıları artan elementlerin davranışlarının değiştiğini biliyoruz. Canlılık da böyle bir değişimi mi simgelemektedir? Canlılık kendisini oluşturan elementlerin toplamından daha fazla bir olgu olabilir mi? Bu bağlamda fazlalık nedir? Yaşam mıdır?

Canlı olduğuna emin olduğumuz vücudumuzu atom ve moleküllerine ayırıyoruz. Onların davranışlarını yakından inceliyoruz. Laboratuvar koşullarında onlarda olağanüstü davranışlarla karşılaşmıyoruz. Onlar yalnız vücudumuzda canlılığa atfedilen davranışlar sergiliyorlar. Vücudumuzdan ayrılan parçaların davranışlarının cansız maddelerin davranışlarından farklı olmadıklarını gözlemliyoruz.

İğne biyopsisi ile cildimizden küçük bir parçanın alındığını farzedelim. Kısa bir süre önce bizim bir parçamız olduğu için canlı olduğundan emin olduğumuz bu doku, vücuttan ayrılır ayrılmaz bu niteliğini kaybediyor. Kuruyor, çürüyor ve dağılıyor. Biyopsinin alındığı deri hala canlı ama. Daha da ötesi geride kalan canlı deri kendisinden alınan parçayı yerine koymak üzere harekete geçiyor ve zedelenen yeri tamir ediyor. O yer yeniden canlılık kazanıyor. Bunu biz maddenin olağanüstü bir davranışı olarak nitelendiriyoruz ama, nedenini anlayamıyoruz. Cansız, olağan madde neden bazı koşullarda canlılık kazanıyor ve canlılıkla ilgili sıradışı davranışlar sergiliyor? Onlar olağanüstü davranışlar mı? Madde bir dış kuvvetin etkisi altında kalarak mı canlı davranıyor, yoksa kendi davranış repertuvarında zaten var olan bazı davranış örneklerini mi izliyor?

Çoğu kere birbirlerine afinitesi olan iki madde bir araya gelince, yeni, özgün ve farklı bir madde ortaya çıkıyor. İlginç olarak bir araya gelen maddeler birbirlerinin aynısı olsalar bile ortaya, davranışları farklı yeni bir madde çıkabiliyor. İki Hidrojen atomu bir araya gelince ortaya çıkan Hidrojen molekülünün davranışları, Hidrojen atomlarının davranışlarından farklı. İki Hidrojen atomu ile bir oksijen atomundan oluşan su molekülü, ikisinde de olmayan yeni ve özgün nitelikler kazanıyor. Su molekülleri de bir araya geldikten sonra farklı davranışlar sergilemeye başlıyorlar. Bir damla su, bir göl, bir deniz ve bir okyanus arasındaki farkları belirtmeye gerek bile yok. Hepsi H2O. Bu su, davranış niteliğini niceliğinden alıyor. Bu evrensel bir olgu. Daha küçük maddelerin bir araya gelmesinden oluşan her yeni madde yeni davranışlar kazanıyor.  İlginç olarak yeni ortaya çıkan bu maddeleri biz davranışlarından tanıyoruz. Onları öğelerine ayırarak incelemeye teşebbüs edersek, bir araya gelerek kazandıkları niteliklerin doğasını anlamamız mümkün değil.

Evrenin ortaya çıkış senaryolarının hepsinde ana tema, enerjinin maddeye dönüşmesidir. Fizikle açıklanamayan yaratılış teorileri bilimsel olarak kabul edilmezler. Bu bağlamda fizik yegane somut bilimdir. Fiziğin dışında evrenin ortaya çıkışını açıklayan bir bilim dalı yoktur. Kimya fiziğin bir alt dalıdır. İkisi birlikte bütün somut bilimlerin temelini oluştururlar. Kozmoloji ve astrobiyoloji somut bilim dalları olarak kabul edilemezler. Çünkü onlarla ilgili gözlemlerin çoğunu laboratuvarda denemek mümkün değildir. Canlıların yaşam döngüleri ile ilgilenen biyoloji, fizik ve kimyadan bağımsız bir bilim dalı değildir. Yalnız canlılara özgü yasalar yoktur. Çünkü canlılık madde-enerji ilişkilerinin ilginç bir manifestasyonundan başka bir şey değildir. Bu ilişkiler de fizik ve kimyanın ilgi alanına girerler. Her canlı varlık yalnız maddeden ibaret bir kütleden oluşmuştur. Bu kütle çevresi ile madde ve enerji alış verişi yaparak varlığını sürdürür. Bu alış verişi denetleyen kanunlar olağan fizik kanunlarıdır.  Fizik kanunları aynı koşullar altında evrenin her yerinde aynıdırlar. Yalnız maddeden oluşan canlıların farklı, ya da özgün yasalar izlemesi için bir neden yoktur. Şimdiye kadar fizik kanunları dışında, fizikötesi  yasalar gösterilememişlerdir. Bize ne kadar garip gelirlerse gelsinler, evrende karşılaşılan her gözlem, her süreç ve her fenomeni fizikle açıklamak zorunluğu vardır. Canlılık onlardan biridir. Çünkü canlılık başlangıcı fizikle açıklanan bir evrende, diğer fiziksel varlıklarla birlikte ortaya çıkan bir olgudur.

Maddenin bir araya gelme süreci geniş bir yelpaze oluşturur. Canlı varlıklar cansız varlıkların devamıdır. Canlı oluştuğu maddelerden çok, yaptıkları ve davranışları ile tanınır.  Aynı elementlerden oluşan iki maddeden canlı olanının cansızdan tek farkı davranışlarındadır. Arada başka fark yoktur. Bu gözlemi kabaca şöyle bir örnekle açıklayabiliriz:

Biri doğumda ölen, diğeri canlı doğan aynı yumurta ikizlerinin varlığını düşünelim. Ölü doğan bebekte ne kadar madde varsa, onun tek yumurta ikizi olan ama, canlı doğan bebekte de nitel ve nicel olarak yaklaşık aynı madde vardır. Aradaki en önemli fark yaşayan ve ölü doğan bebeklerin davranışlarındadır.

Her canlı cansız elementlerden oluşmuştur. Buna rağmen canlılarda mevcut elementlerin tümünü aynı oranlarda bir araya getirerek yeni bir canlı oluşturmak mümkün değildir. Bu gözlem bizi ilk canlı ortaya çıkmadan önceki bir zaman ve mekana götürmektedir. O zaman ve mekanda aynı fizik kanunları egemendi. Fizik kanunları zaman ve mekandan bağımsızdırlar. O halde ilk canlının ortaya çıkmasından önce, ilerde canlı varlıkların çıkacağı, bazı ilkel kimyasal tepkileşmelerin varlığına gereksinim vardır. Bu kimyasal tepkileşmeler zamanla karmaşıklaşmışlar ve bir süre sonra ilk canlının tohumlarını atmışlardır. Bu süreçte önemli olan hangi elementlerin nasıl bir araya geldikleri olduğu kadar, onların bir araya gelme sırasıdır da. Aslında bu sıra herşeydir. Evrende mevcut düzenden ve canlıların ortaya çıkmasından bu sıra sorumludur.

Evren neden böyle bir sıra izlemiştir? Bu sıradan sorumlu fizik kanunları var mıdır? Varlarsa nelerdir? Hangi fizik kanunları evrendeki düzenden ve sıradan sorumludur? Canlıların varlığından ve yaşamından sorumlu fizik kanunları, cansız maddenin davranışlarını nasıl denetlemektedir? Canlılar cansız maddenin uyduğu fizik kanunlarına nasıl uymaktadırlar? Fizik kanunları kendilerini canlı ve cansız varlıklarda farklı olarak mı manifest etmektedir? Bu bağlamda canlı ile cansız arasında mevcut farklar nelerdir? Bunlara son derece önemli sorulardır. Cevaplarını 41'inci ve Epilog bölümlerinde vermeye çalışacağız.
 
Evrende madde her fırsatta organize olmaya çalışır. Maddenin bu özelliğini atomaltı parçacıklardan, kara deliklere kadar, hemen her davranışında gözlemlemek mümkündür. İçinde yaşadığımız evrende maddenin organize olmadan  bir araya geldiği durumlar istisnadır. Birikme sürecini deneyimlerken davranışları yakından izlenen hemen her çeşit maddede bir tür organizasyonun varlığı gözlemlenir. Bu organizasyonda çoğu kere mükemmel bir düzen yoktur ama, nedense bize herşey mükemmelmiş gibi gelir. Hemen her organizasyonda bir düzen ararız ve buluruz. Fizik düzensizliklerde bulunan düzenli süreçlerle uğraşan bir bilim dalıdır. Fizik düzensizliklerle uğraşmaz. Evrende düzen ve düzensizlik yan yana ve iç içedir. Düzen düzensizlikten çıkar. Maddenin organize olma eğilimi evrenin gözlemlediğimiz şekilde yapılanmasından, gezegen, yıldız ve galaksilerin oluşmasından ve canlıların ortaya çıkmasından sorumludur. Maddenin davranış şekilleri arasında organizasyon olmasaydı, evren amorf bir kütle yığınından başka birşey olmayabilirdi. Canlılık da böyle bir organizasyon gibi durmaktadır. Ama neden? Cansız maddeyi canlı madde olarak organize olmaya zorlayan kanunlar nelerdir? Bu kitapta bu soruların da yanıtını vermeye çalışacağız.

BİG BANG

Madde ve enerjinin davranışlarının ayrıntılarına değinmeden önce onları yaratmak gibi bir zorunluğumuz vardır. Bu zorunluk bizi ister istemez bir başlangıca götürür. Evrenin Big Bang (Büyük Patlama) olarak bilinen, çok kısa ve şiddetli bir başlangıç dönemi vardır. Big Bang bilimin yanı sıra, Katolik kilise ve papalık ve İslam tarafından da benimsenen dramatik bir yoktan varoluş kuramıdır.  Bir başlangıç olan Big Bang, hemen bütün bilim insanları tarafından kabul edilen varoluşun epik dramıdır. Dinlere göre Big Bang yoktan varoluşu simgeler. Bilim ise Big Bang’in yoktan değil, vaküm enerjisinden kaynak aldığını savunur. Dinsel açıklama ile bilimsel açıklama arasındaki fark, ilkinde evrenin yoktan (ex nihilo) yaratılması, ikincisinde ise, yoktan değil, zaten var olan bir enerjiden kaynak almış olmasıdır.

Evrenin kendiliğinden, entropinin maksimum olduğu kaos içinde ortaya çıkıp bir düzen   kazandığını telkin eden gözlemler vardır. Böyle bir evrenin bir yaratıcıya ve tasarımcıya gereksinimi yoktur. Einstein’ın genel görelik kuramına göre, her ne kadar uzay-zaman dokusu madde ve radyasyondan yoksunsa da, kavis ve büküntülerinde enerji depolanmıştır. Herhangi spesifik bir yapısı olmayan düz ve boş uzay-zaman dokusu rastgele quantum dalgalanmalara maruz kalınca, yerel olarak pozitif ve negatif bükülmelere maruz kalmaktadır. Onlar için uzay-zaman köpüğü ve yerel pozitif ve negatif kavisler için de yalancı vaküm kabarcığı deyimleri kullanılmaktadır. Einstein’a göre uzay-zaman köpüğündeki yalancı vakümun bükülmesi pozitif ise, yalancı vaküm geometrik olarak genişleyecektir. 10^-42 saniye içinde kabarcık bir proton büyüklüğüne ulaşacak ve içinde bütün evrende mevcut maddeyi oluşturacak kadar enerji birikecektir.

Kabarcık genişlemeye başladığı zaman içinde henüz madde, radyasyon veya herhangi bir güç alanı yoktur. Entropisi ise maksimumdur. Bu kabarcık büküntülerinde enerji barındırır. Onlara false vacuum denir. Burada false geçici anlamına kullanılmıştır. Vacuum ise mümkün olabildiği kadar düşük enerji demektir. Yarım foton değerinde olan bu enerji pratik olarak sıfırdır. Yalancı veya geçici vaküm genişlerken içindeki enerji de geometrik olarak artacaktır. Artmak zorundadır. Çünkü geçici vaküm, içindeki yoğunluğu kolaylıkla düşüremez. Bu süreç fizik yasalarına aykırı değildir. Enerji yasaları ihlal edilmemişlerdir. Çünkü kabarcık içinde artan enerji pozitif değildir. Negatiftir. Einstein’ın genel görelik kuramına göre de bu böyledir. Genişleyen kabarcıkta negatif enerji kendiliğinden ortaya çıkacaktır

Kabarcık genişlerken içindeki enerjide bir tür friksiyon oluşacak ve enerji parçacıklara dönüşecektir. Buna enerjinin faz değişimi de diyebiliriz. Bir yandan sıcaklık düşerken, öte yandan simetrinin kırılmasına neden olacak bir dizi spontane süreçler vuku bulacak ve onlara bağlı bir dizi parçacık açığa çıkacaktır.  Big Bangin başlarında, çok kısa bir zaman diliminde (10^-34 ve 10^-37 saniyeleri arasında), evren ışık hızını 100 kere aşan bir hızla genişleyecek ve bu kısa sürenin sonunda genişleme duracak ve Big Bang daha yavaş bir hızla genişlemeye devam edecektir. Açığa çıkan parçacıklar ve kuvvetler rastgeledirler ve yalnız simetri ilkelerine bağımlı olarak ortaya çıkmışlardır. 

Uzay zaman köpüğünden sonsuz evrenler kabarcıklar şeklinde ortaya çıkabilirler ve muhtemelen çıkmışlardır da. Bu evrenlerin her birinde açığa çıkan parçacıklar ve kuvvetler farklıdır. Bizim evren bu sayısız evrenlerden yalnız biridir ve karbon bazlı yaşama izin verecek niteliklere sahiptir.

Big Bang basit bir patlama değildir. Çünkü biliyoruz ki her patlamada madde etrafa rastgele dağılır. Big Bang sırasında madde etrafa düzensiz ve rastgele bir şekilde dağılmamıştır. Aslında bu patlama aynı zamanda oluşumdur. Var olan bir madde patlamamıştır. Genişleyen false vacuum olduğu düşünülen yarım foton enerjisine sahip bir yalancı parçacıktır. Evren belki yoktan var olmamıştır ama, yok denecek kadar küçük ve önemsiz bir parçacığın genişlemesinden ortaya çıkmıştır. Ama bu basit, rastgele ve düzensiz bir patlama değildir. Big Bang son derece düzenli bir patlamadır. Bu nedenden ona patlama değil, genişleme demek daha uygundur. Big Bang’in doğasının ayrıntılarına ve fiziğine değinmeden önce, onun neden herhangi bir patlama olmadığını açıklamak gerekmektedir.

Big Bang neden düzenli bir genişlemedir?

Evreni yakından inceleyen bilim insanları, Big Bang kuramını yaptıkları gözlemlerle açıklamaya çalışırlarken, karşılaştıkları bazı sorunları çözmede zorluk çekmektedirler. Ortada  düzenli de olsa, genişleme ile bağdaşmayan bazı gözlemler vardır.

Açıklanması gereken anomalilerin ilki evrenin, büyük boyutlarda, oldukça homojen bir yapıya sahip olmasıdır. Evreni kenarları 300 milyon ışık yılı uzunluğunda küplere ayırırsak, her küpün, kütle yoğunluğu, galaksi yoğunluğu, ışık verimi gibi bazı niteliklerinin yaklaşık aynı olduklarını gözlemleriz. Yani büyük ölçülerle incelenen evren homojendir.

Ayrıca ve daha da ilginç olarak, kozmik zemin radyasyonu denen doğal fenomeni incelersek, mevcut radyasyondaki heterojenitenin yalnız yüzbinde bir (100000 de 1) olduğunu gözlemleriz. Zemin radyasyonu aslında Big Bang’in ilk anlarından kalan bir fosil radyasyondur. Evrenin başlangıcının bu kadar düzenli olması, tek başına Big Bang kuramı ile açıklanamamaktadır. Big Bang kuramının yaşayabilmesi için modifiye edilmesi gerekmektedir.  Big Bang kuramının genişleme kuramı ile desteklenmesinin nedeni budur.

Madde ve enerjinin yaratılış senaryosu ile devam etmeden önce kozmik zemin radyasyonuna kısaca değinelim. Big Bang’in ilk anlarında enerji maddeye dönüşürken ortam inanılmayacak kadar sıcaktı. O kadar sıcaktı ki, maddenin öğeleri bir araya gelip, atomları oluşturamıyor ve fotonlar serbest hareket edemiyorlardı. 300 bin yıl kadar süren bu dönem için evrenin opak dönemi denir. 300 bin yıl sonra evren yeterince soğumuş, atomun öğeleri bir araya gelmeye başlamış ve evren transperan, (şeffaf) bir görünüş almıştır. İşte kozmik zemin radyasyonu bu devirden kalmadır.

Soğuk su dolu bir kaba, sıcak su dökelim ve sıcaklığın dağılımını inceleyelim. Bir süre sonra sıcaklık homojen bir durum arzedecektir. Yani sıcaklık her tarafta aynı olacaktır. Ama bu tür homojeniteyi Big Bang için ileri süremeyiz. Çünkü Big Bang son derece hızlı vuku bulan bir süreç olduğu için, ısının homojenite kazanması için aradan geçen zaman çok kısadır ve ısının her yerde aynı olması için yeterli değildir. Yapılan hesaplamalara göre, 300 bin yıl sonra yüzbinde bir hata ile üniformite kazanan bir sıcaklığın gerçekleşmesi için evrenin ışık hızından 100 kere daha hızlı genişlemiş olması gerekmektedir. Bu da fizikte bir sorun yaratmaktadır. Bilginin ışık hızından daha hızlı hareket edemeyeceği gerçeği anımsanırsa, sorunun ne olduğu kolaylıkla anlaşılır. Big Bang kuramını açıklarken bu hususun da açıklığa kavuşturulması gerekmektedir. Buna horizan (ufuk) sorunu denir.

Burada kullanılan ufuk terimi, informasyonun (bilginin) veya enerjinin kısa bir zaman içinde kat etmesi gerekli mesafe olarak da tanımlanabilir. Eğer bunu ışık hızı ile sınırlarsak, Big Bang’de karşılaşılan ufuk sorununu açıklamak mümkün değildir.

Big Bang kuramının yaşayabilmeşı için flatness (düz olmak) denen bir sorunun da çözüme bağlanması gerekmektedir. Bu terimin tam Türkçe karşılığı mevcut değil. Evrenin bu niteliğini bazı ayrıntılara değinerek açıklamak gerekiyor.

Einstein’ın genel görelilik kuramına göre üç boyutlu evren, içinde yer alan maddeden dolayı, katlanmış ve bükülmüştür. Bu katlanma ve bükülmeden evrendeki kütlenin yoğunluğu sorumludur. Evreni idealize edelim.. Yani yukarda değindiğimiz gibi homojen ( her tarafta aynı) ve izotropik (her yönden aynı görünen) olduğunu dikkate alalım. Üç kuramsal durumla karşılaşırız.
 
1.Evrenin total kütle yoğunluğu, kritik yoğunluk denen bir yoğunluktan fazla ise, evren kendi üzerine katlanan bir yapıya sahip olacaktır. Buna kapalı evren denir. Bu evrende bir uzay gemisi düz gittiğini sanacak ama, bir süre sonra başladığı yere geri dönecektir. Bu evrende üçgenin köşe açılarının toplamı 180 dereceden fazla olacaktır. Parelel çizgiler aslında parelel değildir. Bir süre soran kesişeceklerdir.

2.Ortalama kütle yoğunluğunun kritik yoğunluktan az olduğu durumlarda, uzay başka türlü katlanarak, eğer şeklinde bir yapı arzedecektir. Buna açık evren diyoruz. Bu evrende üçgenin iç açılarının toplamı 180 dereceden daha az olacaktır. Ayrıca parelel çızgiler birbirlerini kesmeyecekler ve giderek birbirlerinden uzaklaşacaklardır.

3.Ortalama kütle yoğunluğunun kritik yoğunluğa eşit olduğu evren için flat (düz) evren terimi kullanılmaktadır. Bu evrene Öklid geometrisi hükmedecek ve üçgenin iç açılarının toplamı 180 derece olacaktır.

Gerçek kütle yoğunluğunun, kritik kütle değerine ola oranı OMEGA olarak bilinir. Bu değeri saptamak son derece zordur. içinde yaşadığımız evrende yapılan gözlemlerin doğru olması için, en son yapılan hesaplara göre, kütle yoğunluğunun, kritik yoğunluğa çarpımının, evrenin başlangıcının ilk anlarında, 0,999999999999999 ile 1,000000000000001 arasında olması gerekmektedir. Görüldüğü üzere Omega, son derece dar değerler arasında yer almak zorundadır.

BİG BANG-TEMEL ELEMENTLER VE KUVVETLER

Big Bang bölümünde çok küçük, sıcak ve yoğun bir noktanın aniden ve çok kısa bir zaman aralığında genişlediğine değinmiştik. Bu kısa dönem içinde ortaya çıkan madde, Big Bang soğurken,  faz değişiminden geçmiştir. Bu faz değişimini su örneği ile açıklayabiliriz.

Bilindiği üzere su oda sıcaklığında sıvı, 100 santigrad derecenin üstünde gaz, sıfır derecenin altında ise katıdır. Big Bang sırasında evren genişleyip, soğurken maddeye dönüşen enerji de benzer bir faz değişiminden geçmiştir. Her fazın sıcaklığı ve yoğunluğu farklı olduğundan, ortaya çıkan madde parçacıkları da farklı olmak zorundadırlar. Çünkü enerji farklı koşullarda aynı maddeye dönüşemez.   Daha sonra bu parçacıklar bir araya gelerek ilk atomları oluşturacaklardır. Onlar hidrojen, helyum, az miktarda lityum ve daha da az miktarda berilyumla, onların izotoplarıdır.  Diğer elementler çok sonraları yıldızların merkezindeki fırınlarda ve süpernovalarda sentez edileceklerdir.

Atomu oluşturan parçacıkların bazıları, örneğin elektronlar, elementer parçacıklardır.  Daha küçük öğelerden oluşmamış oldukları için onlara elementer parçacık denmiştir. Onlar temel yapı taşlarıdır. Bir araya gelerek atomun diğer parçacıklarını oluşturmuşlardır.

Örneğin quark’ları ele alalım. Altı farklı quark türü vardır. Evren genişleyip, yoğunluk ve sıcaklığı azalırken geçtiği ilk faz  değişiminde, enerji maddeye quark’lar şeklinde dönüşmüş olmalıdır. Daha sonra bu quark’lar birbirleri ile çeşitli şekillerde bir araya gelip hadronlara oluşturmuşlardır.  Bu arada çeşitli sıcaklıklara maruz kalan quarklardan gluonlar, bozonlar ve gravitonlar gibi, maddeyi manüple eden kuvvetler çıkmıştır. Daha sonra çok daha kararlı leptonlar, fotonlar, protonlar, nötronlar, nötrinolar ve elektronlar oluşmuşlardır.

Aynı parçacığın hafifçe farklı sıcaklıklarda ve yoğunluklarda ortaya çıkan çeşitleri bir araya gelerek kararlı madde parçacıklarına dönüşmüşlerdir.  Evrenin en büyük gizemi bu faz değişimi sırasında ortaya çıkan parçacıkların birleşerek nasıl daha kararlı parçacıklara dönüştüğü, onların da bir araya gelerek nasıl atomları oluşturduğudur.

Hızlandırıcılarda birbirlerine ışık hızına yakın hızlarda çarptırılan atomlar ve atomaltı paçacıklar, müthiş bir ısı çıkararak  parçalanınca, Big Bang'in o sıcaklığı sırasında oluşmuş olan atomaltı parçacıklar  açığa çıkmaktadırlar. Bu parçacıklar, Big Bang’in ilk anlarında olduğu gibi kararsız olduklarından, hızla daha kararlı parçacıklara dönüşerek ortadan kaybolmaktadırlar. Tabii maddenin korunumu yasasından dolayı yok olmamakta ve kendileri gibi diğer kararsız paracıklarla birleşerek kararlı parçacıklara dönüşmektedirler.

Özet olarak diyebiliriz ki: Big Bang sırasında genişleyen evrende hızla düşmekte olan temperatür ve yoğunluk sırasında maddeye dönüşen enerjiden oluşan atomaltı parçacıklar bir araya gelerek, çok kararlı bir enerji türü olan ilk atomları oluşturmuşlardır. Madde olarak bildiğimiz bu atomlar aslında yoğunlaşmış enerjiden başka bir şey değillerdir. Atom çekirdeği oluşurken, atomaltı parçacıklarla birlikte ortaya çıkan kuvvetler de atomun çekirdeğine hapsedilmişlerdir.

Atomun çekirdeğindeki parçacıkları manüple eden ve onlardan atomun ortaya çıkmasını sağlayan kuvvetler şunlardır:

Bağlayıcı kuvvet (güçlü nükleer kuvvet ki quark’ları ve onlardan oluşan proton ve nötronları bir arada tutar),

Elektromanyetik kuvvet ki elektronlarla atom çekirdeği arasındaki ilişkileri denetler.

Zayıf nükleer kuvvet ki, atomun yavaş bir tempo ile çürümesini sağlar. Yani atom aniden çürümez.

Çekim kuvveti. Evreni bir arada tutan bir kuvvettir.

Bilinen bu dört kuvvetten yalnız çekim kuvvetinin nasıl iletildiği bilinmemektedir. Diğer kuvvetler karşılıklı foton ve  parçacık alış verişi ile etkilerini gösterirler.

BIG BANG-GENİŞLEYEN EVREN

Big Bang’le ilgili ufuk ve omega sorunlarını açıklamaya yönelik olanlar arasında en olası kuram, genişleme kuramıdır. Bu cosmic inflation kuramı olarak da bilinir. Kozmik Genişleme, yani. Bu kurama değinmeden önce kısaca, Hiçlik diyebileceğimiz yokluğun nasıl bir şey olduğuna bakalım. Gerçekten Hiçlikte hiç bir şey yok mu?

Kuantum mekaniği yoklukta bile bir tür enerjinin var olması gerektiğini kurgular. Parçacık fiziği ile uğraşanlara göre Hiçlik olarak nitelendirebileceğimiz vaküm basit olmayıp, nisbeten karmaşık bir yapıya sahiptir. Bu ilginç yokluk ortamında virtual particle’lar denen yalancı parçacıklar aniden ortaya çıkarlar ve 10^-21 saniye varlıklarını sürdürdükten ve bu süre içinde doğadan aldıkları yarım fotonluk enerji borçları ile sefa sürdükten sonra, onu doğaya iade ederek, yok olur giderler. Buna quantum fluctuation denmektedir. Yani Kuantum dalgalanma...
Bu yalancı parçacıklar Heisenberg’in belirsizlik ilkesine uyarlar. Ortaya çıkış ve yok oluşlarında belirsizlik vardır. Görüldüğü üzere Hiçbirşeylikde belirsizlik ilkesine tabi bir enerji vardır.

Evrenin ortaya çıkabilmesi için bir enerjinin aniden genişlemesi ve bu arada maddeye dönüşmesi gerekmektedir. Bu enerjinin fiziksel bir yapıya sahip olması gerekmez. Yalancı parçacıktan kaynak olan ilk ve ilkel enerji hakkında bilinen hiçbirşey yoktur. Yalancı parçacık false vacuum denen, ilginç bir kuantum sürece tabi olarak genişlemiştir. Bu herhangi bir vaküm değildir. Öyle bir vakümdür ki içindeki yüksek enerji yoğunluğu hızla düşürülemez.

False vacuum teriminde kullanılan false kelimesinin teknik karşılığı geçicidir. Vacuum ise mümkün olabildiği kadar küçük enerji yoğunluğu olarak anlaşılmalıdır.

False vacuumun en büyük özelliği, hızla genişlemekte olan evrenin başlangıç döneminde enerji yoğunluğunu azaltamamasıdır. False vacuum’un içindeki basınç hem çok büyüktür, hem de negatiftir.  Enerjinin azaltılması uzun zaman alan bir süreçtir. Big Bang’in ilk anlarındaki koşullar bu azalma için uygun değildir.

False vacuum, yönü olmayan elektrik ve manyetik alanlara benzeyen scalar alanlar içeren her kuramda ortaya çıkar. Scalar alanların şu örnekleri vardır. Standard parçacık fiziğinin Higgs alanları veya spekülatif grand birleştirici teoriler gibi. Higgs alanlarında enerji yoğunluğu alan yok olurken kolaylıkla sıfıra inemez. Gerçek vakümda enerji yoğunluğu sıfırdır. False vacuum ise enerjisi kısa zamanda azaltılamayacak bir vaküm olarak düşünülebilir.

False vacuum içindeki basıncı basit bir enerji tutumu argümanı ile saptayabiliriz.

False vacuum daki enerji yoğunluğu belli bir değerde fiksedir. O değer için Uf diyelim ve false vacuum’u bir pistona benzetelim.

Pistonun boşluğundaki enerji:

U=UfV olacaktır.

Burada kullanılan V hacimdir.

Pistonun kolunu aniden dışa doğru çekelim... Ve bu hacmi genişleterek artıralım. Bunu dV ile simgeleyebiliriz.

Boşlukta dağılmış bir madde varsa, pistonu dışarı doğru çektiğimiz zaman onun enerji yoğunluğu azalacaktır. Çünkü daha geniş bir vaküma dağılmaya zorlanan enerji seyrekleşecektir.

Bu normal bir vakümda gözlemlenen olgudur.

False vacuum da ise bu gözlemlenemeyecektir.

Çünkü false vacuum içindeki enerjinin yoğunluğu hızla azaltılamaz. Enerji yoğunluğu aynı kalmak zorundadır. False vacuum’un hacmi ne kadar artırılırsa artırılsın, enerji yoğunluğu seyrekleşmeyecek ve hep aynı kalacaktır. Başka bir deyişle, vakümun hacmi genişlediği ve enerji yoğunluğu değişmediği için, false vacuumun içindeki enerji artmış olacaktır. Bu bilinen bir fizik yasasıdır. Enerji tutumu yasasından dolayı, enerji pistonu çeken kol tarafından sağlanmalıdır. Bu demektir ki, false vacuum’un negatif basınç (p) oluşturabilmeşı için, pistonu dışa doğru çeken bir güce gereksinim vardır.

Değişen enerjiyi şu formülle açıklamak mümkündür:

dU=UfdV

Bu da yapılan ise eşit olmalıdr. Yapılan iş:

dW = -pdV=UfdV

False vacuum daki basınç p = -Uf olacaktır.

Başka bir deyişle basınç hem negatiftir, hem de son derece büyüktür.

Einstein’ın genel görelik kuramına göre evrenin genişlemesini yavaşlatan çekim alanını Uf+3p formülü ile ifade etmek mümkündür. Böylece false vacuum içindeki negatif basınç, pozitif enerji yoğunluğunun üstesinden gelir ve itici bir güç ortaya çıkar. İşte bu güç evreni aniden geometrik olarak genişletmiştir. Evrenin ışık hızından 100 kere daha büyük bir hzla genişlediği hesaplanmıştır.

Einstein’a göre basınçlar, örneğin enerji yoğunluğu, etraflarında çekici-itici güç oluşturacaklardır. Pozitif basınç çekici güce, false vacuum’daki negatif basınç ise, ilk anlarında evreni genişletecek ve sonra yerini çekici güce terkedecek olan, itici güce neden olacaktır.

Genişleme kuramlarından birine göre, içeriğinde hiç bir şey olmayan, bir protondan 100 milyar kere küçük ilk evren (virtual particle), aniden false vacuum durumuna girmiş ve genişlemiştir. False vacuum’un nedeni Heisenberg’in belirsizlik ilkesidir. Normalde bu yalancı parçacığın ömrü 10^-21 saniyedir. Yalancı parçacık doğadan borç aldığı yarım fotondaki değere sahip enerjiyi bu sürenin sonunda doğaya geri iade edecektir. Bu süre içinde ise onu istediği gibi kullanabilecektir. Ortada kullanılacak önemli bir enerji yoktur.

Heisenberg’in belirsizlik ilkesine göre false vacuum niteliğine sahip bir yalancı parçacık ortaya çıkabilir. Ve evrenin başlangıcında çıkmıştır da. Bu false vacuum, ortaya çıkışının
10^-37 ile 10^-34 saniyeleri arasında genişlemiştir. Bu genişleme sonunda ulaşılan büyüklük yalnız bir (1) cm dir. Bu süre sonunda false vacuum çözünmüs ve içindeki enerji açığa çıkmıştır.  

False vacuum genişlerken büyük negatif basınçtan dolayı, yoğunluğu düşemeyen enerji etrafında itici kuvvet oluşmuş ve bu kuvvet evreni katapult etmiştir. False vacuum çürüyüp, enerji açığa çıkınca, aniden ortaya çıkan pozitif basınç ise, etrafta çekici kuvvetin ortaya çıkmasına neden olmuştur. Enerji ne kadar fazla ise, çekici kuvvet de o kadar fazladır. Enerji geometrik olarak çoğalmış ve çoğalma faktörü 10^75 veya daha da fazla bir düzeye ulaşmıştır. Buna uygun olmak ve bunu kompanze etmek üzere çekim kuvveti de giderek artan negatif bir değer kazanmaya başlamıştır.

Enerji tutumu kanunları evrenin ne kadar genişleyeceği konusunda bir sınır koymazlar. Çünkü negatif çekim kuvvetinin bir sınırı yoktur. Bir kuvvet gerektiği kadar negatif olabilir. Bu yüzden pozitif enerjiye karşı bir denge olarak ortaya çıkan negatif enerji çekim kuvvetinde gerektiği kadar birikebilecektir. Bu genişleme sırasında fizik kanunlarına uyulmuş ve enerji karşılığı ile birlikte ortaya çıkmıştır. False vacuum bir anomalidir belki ama, fizik kanunlarının ihlal edildiği bir oluşum değildir. Bu anomalide enerji karşılığı ile birlikte ortaya çıkmaya zorlandığı için, toplam enerji sıfırdır. Çekim kuvveti negatiftir ve evrende mevcut bütün madde ve enerjinin toplamına eşittir. Evrende madde ve enerji vardır ama, fazlası yoktur. Madde ve enerjinin çekim kuvveti ile birlikte toplamı sıfırdır. Bu ilginç fenomende bunlar heterojen bir şekilde dağılmışlardır. Artık birbirlerini nötralize etmeleri söz konusu olamaz.

Şimdi sıra neden böyle bir genişlemenin olması gerektiğini açıklamaya geldi. Genişleme kuramı Big Bang’in yapılan gözlemlere cük oturması için ortaya atılmamıştır. Yani bir zorlama değildir. Bilimsel bir mantığı ve ilginç bir mekanizması vardır.

Einstein’ın genel görelik kuramı uzay zaman kavramını matematiksel olarak belirtir. Geriye doğru giderken kuantum fiziğinin hükmetmeye başladığı bir domaine ulaşılınca, görelik kuramı çözünür ve artık bir anlam ifade etmemeye başlar. Uzay zaman kavramı genel görelik kuramının özüdür. Quantum kuramına göre herşey quanta ile açıklandığından, uzay-zaman da quantize edilmelidir. Yani daha küçüğü olmayan öğelerine bölünmelidir. Bu durumda 10^-35 metrenin altındaki uzaklıklar anlamsızlık kazanır. Quantum teorisine göre mesafelerin daha küçüğü olamaz. O zaman Einstein’ın genel görelik kuramı orada hükmünü yitirir. Yapılan hesaplamalar anlamsızlaşır ve sonunda iflas eder. 10^-35 metre Planck mesafesi olarak bilinir. Daha kısası yoktur. Fotonun nasıl küsürü olmuyorsa, quantum dünyasında mesafenin de daha kısası yoktur. O alemde herşey quanta olarak ifade edilir ve ölçülür.

Aynı şekilde zamanın da quantumu vardır. Yani daha kısası olmayan bir zaman diliminden bahsedilebilir. 10^-43 saniye bunu simgeler. Planck zamanı denen bu zamandan daha kısa bir zaman yoktur.

Görelik kuramı tekilliğe (singulariteye) ulaşamaz. Tekillik, yani sıfır zaman ve sıfır uzaklık yoktur. Bu minumun değerlere sahip evrenin çapı 10^-43 saniyede, 10^-35 metre ve her santimetreküpü 10^94 gram yoğunluğundadır. Daha önceki bir zamana dönmek bilimsel olarak artık anlamsızdır. Bu durumda quantum kuramı ile genel görelik kuramını birleştirmek tümüyle olanaksızdır. Şu andaki halleriyle her ikisi de evrenin nasıl ortaya çıktığını tam olarak açıklayamamaktadırlar. Nihai gerçeğin bu iki kuramın da dışında olması gerekmektedir. Başka bir deyişle bu iki kuramı birleştiren kuram onlardan farklı olmak zorundadır.

Evrene hükmeden kuvvetlerin Planck zamanından önce bir zamanda tek bir kuvvet oldukları konusunda kesin bir konsensus vardır. Çünkü elektromanyetik kuvvetle zayıf nükleer kuvvet Abdu Salam ve arkadaşları tarafından birleştirilebilmişlerdir. Diğer kuvvetlerin bu şekilde oluşan electro-weak kuvvete katılması için çok daha büyük enerjilere gereksinim olduğu için, bütün kuvvetleri birleştirmek mümkün olamamıştır. Planck zamanında bu kuvvetler mevcut olan tek bir kuvvetten ayrılmışlardır. Bu ayrılmanın ne anlama geldiğini açıklamada zorluk çekilmektedir. Bu kuvvetin enerjinin maddeye dönüşmesi sırasında somutlaşan parçacıklardan oluşması mümkündür. Başka bir deyişle, enerji maddeye dönüşme sürecini deneyimlerken, bir kısım enerjinin bozonlar tarafından simgelenen ve maddeyi manüple eden parçacıklara dönüşmüş olması mümkündür.  Bu da bir tür faz değişimidir. Ayrılan kuvvetlerin her biri, ayrıldıkları ana kuvvetin yalnız tek bir özelliğini yansıtmaktadırlar. Tabii bu ana kuvvetin nasıl bir şey olduğu bilinmemektedir. Ama dörde ayrılmasının bazı sonuçları olduğu tahmin edilmektedir. Kurama göre evren soğurken bir faz değişiminden geçmiştir. Bu faz değişimi sırasında değişen sistemler arasında enerji alış verişi yapılmıştır. Bu faz değişiminin nasıl bir şey olduğunu su-buz örneği ile açıklamak mümkündür..

Sıfır (0)santigrad derecede erimekte olan bir buz parçasını ele alalım. Bütün erime süreci boyunca buzun sıcaklığı sıfır santigrad derece olarak kalacaktır. Ama etrafındaki materyel daha sıcaktır. Buzun etraftan kendisine çekeceği enerji, buzu ısıtmada değil, eritmede kullanılacaktır.

Su donarken bu süreç tersine dönecektir. Sıfır santigrad derecede su donarken, etrafdaki ısı çok daha soğuk olmasına rağmen, yine 0 derecede kalacaktır. Su donarken etrafa ısı (ki buna latent ısı deniyor) yayılacaktır. Donan buzu eritmek istiyorsak bu latent ısıyı yerine koymamız gerekecektir.

Su buharının su damlalarına dönmesi sırasında daha da büyük bir latent ısı açığa çıkacak ve etrafa yayılacaktır. Aslında bu süreç, yağmur damlaları oluşurken convection olayını tetikleyecek ve yağmur bulutlarını oluşturacaktır. Convection sıvı veya gazın ısınarak yükselmesi ve başka bir yerde soğuyup, ağırlaşarak aşağı inmesi olarak tanımlanabilir.

Big Bang’in başlarında kabaca buna benzer bir convection olayı vuku bulmuş olabilir. Çekim kuvveti diğer kuvvetlerden Planck zamanıda (10^-43 saniyede), güçlü nükleer kuvveten de 10^-35 saniyede ayrılmıştır. Bu faz değişimi sırasında, su buharının yoğunlaşarak su damlalarına dönüşmesi sırasında etrafa yayılan latent ısıda olduğu gibi, saniyenin küsürü içinde, (10^-37 ile 10^-34 saniyeler arasında), etrafa çok büyük bir enerji yayılmış ve bu enerji evreni geometrik olarak katapult etmiştir. Yani evren genişlemiştir. Big Bang’in genişlemesinin nedeni işte bu latent enerjidir.

Big Bang mevcut teoriler arasında oluşumu en iyi açıklayan bilimsel bir kuramdır. Bu modelin yeğlenmesinin çeşitli nedenleri vardır.

Evrenin genişlediğinin gözlemlenmesi (evrenin derinliklerindeki galaksilerden dünyaya ulaşan ışığın tayfının kırmızıya kayması) bu nedenlerin ilkidir.Bu gözlem geçmişte evrende herşeyin birbirlerine çok daha yakın olduklarını ve evrenin bir patlama, daha doğrusu bir genişleme, sonucu ortaya çıktığını düşündürmektedir.

Big Bang'le açıklanan ikinci neden evrende hidrojenin bir izotopu olan deuterium'un ve helyumun bolca olmasıdır. Her ikisinin de varlığı sıcak, yoğun ve hızla genişlemekte olan bir evren modelini zorunlu kılmaktadır.

Üçüncü neden kozmik zemin radyasyonudur.

 

MADDE NEDİR?

Kütlesi ve hacmi olan herşey maddedir.

Klasik mekaniğe göre kütle: Üzerine belli bir kuvvet uygulanan bir cismin hızlanmaya karşı olan direncinin ölçüsüdür. Kuvvetin ivmeye olan oranı kütledir.

Kuantum mekaniğinde atom kütlesi ve hacmi olan en küçük madde değildir. Protonlar ve nötronlar bir araya gelerek atomun çekirdeğini oluştururlar. Elektronlar bu çekirdeğin etrafında yer alan orbitallerde dönerler.

Madde doğası bilinmeyen bir enerjinin yoğunlaşmış, katılaşmış şeklidir. Yani madde yoğun bir enerjidir. Einstein bu ilginç gerçeği ünlü formülü ile şu şekilde ölümsüzlestirmistir:

E=MC^2

Bu denkleme göre en küçük bir maddede bile son derece büyük bir enerji vardır. Evrenin kaynak aldığı bu enerjinin doğası hakkında hiçbir şey bilinmemektedir. Bu enerji yaklaşık 13,4 milyar yıl önce aniden genişleyip madde parçacıklarına dönüşerek, evreni oluşturmuştur. Evrenin çok küçük ama çok sıcak bir başlangıcı vardır. Madde hakkında çok şeyler biliniyor ama bu kitapta bizim için bu kadarı yeterlidir.

ENERJİ NEDİR?

Fiziksel anlamda enerji, iş yapabilme yeteneği olup, elle tutulup gözle görülemeyen soyut bir değer ve kavramdır. Doğrudan ölçülmez. Doğrudan ölçülen diğer değerler aracılığı ile hesaplanır. Bu soyut kavram hareketle, pozisyonla veya vibrasyonla (titreme ile) ilgilidir. Enerji, objeler üzerinde etki yapan güçlere ve diğer enerji türlerine dönüştürülebilir. Bu enerji dönüşümlerinde kayıp olmaz ama, enerjinin kullanılabilirliği azalır. Bu entropi olarak bilinir.
 
Bilinen beş enerji türü vardır.

1. Kineti enerji: Herhangi bir cismin hareketine bağlı olan enerjidir. Hareket halinde olan bir otomobil, durmakta olan bir otomobilden daha fazla kinetik enerji içerir. Göreli bir enerji türüdür.

2. Potansiyel enerji: Bir güç alanında yer alan her hangi bir objenin pozisyonu ve şekli ile ilgili bir enerji türüdür. Çekim kuvveti potansiyel enerji türlerinden biridir. Yer çekimi dünya yüzeyine göre ölçülür. Potansiyel enerji de göreli bir enerjidir. Bir odada ölçüleceği zaman bir cismin zemine göre ne kadar yüksekte olduğu dikkate alınır. Obje yerden ne kadar yüksekte ise, o kadar potansiyel enerjiye sahiptir. Diğer potansiyel enerji türleri arasında elektrik, kimyasal ve nükleer olanlar vardır.

3. Isı enerjisi: Tek tür enerji değildir. Çeşitleri vardır. Maddeyi oluşturan moleküllerin rastgele hareketinin neden olduğu bir enerji türüdür.

4. Radyasyon: Elektromanyetik radyasyon, Örneğin ışık, bir tür enerjidir. Önceleri ışık enerjisinin yalnız bir ısı türü olduğu sanılmışsa da, diğerlerine dönüşebildiği için, kendi başına bir enerji türü olduğu kabul edilmiştir.

5. Kütle: İlk defa Einstein tarafından kütlenin enerji olduğu ortaya konmuş ve bu enerji ünlü E=MC^2 formülü ile ölümsüzlestirilmıştir.

Yukarda değindiğimiz enerji türlerinden biri olmayan, farklı ve gizemli bir enerji türü daha vardır. Bu maddeye dönüşen enerjidir. Madde bir diğer maddeye dönüşürken bu enerji açığa çıkar. Madde önce bu enerjiye, sonra diğer maddeye dönüşür. Bunun için  saf, pür enerji terimini kullabiliriz. Bu enerjinin Big Bang sırasında açığa çıkan enerji ile olan ilişkisi bilinmemektedir. Belki de aynı enerjidir. Bu enerji türünü bir örnekle açıklayalım:

Atomdan ayrılan nötronun ortalama ömrü 10-15 dakikadır. Bu süre sonunda iki down ve bir up quark'dan oluşan nötron, bir proton, bir elektron ve bir elektron anti-nötrinoya dönüşür..
Bunu nasıl yapar? Nötronun içinde onlar mı vardır? Nötron onlara mı parçalanır?
Hayır!
Nötronun içinde onlar yoktur ve nötron onlara parçalanmaz.
Nötron önce saf enerjiye dönüşür. Ve bu saf enerji de proton ve elektronla, elektron anti-nötrinoya dönüşür.

FİZİK NEDİR?

Fizik maddenin uzay zaman içinde hareketlerini inceleyen en eski doğal bilim dalıdır. İkibin yıldır fizik kimya, matematik ve biyoloji ile birlikte doğal felsefenin önemli bir öğesi durumunda idi. Ama 17'nci yüzyıldan sonra durum değişmiş ve beş doğal bilim dalı doğal felsefeden ayrılarak kendi disiplinleri olan doğal bilimleri oluşturmuşlardır. Onlar astronomi, biyoloji, kimya, fizik ve jeolojidir. Aslında yalnız tek bir bilim dalı vardır. O da fiziktir. Kimya onun bir alt dalıdır. Diğer bilim dallarının kendilerine özgü spesifik kanunları olmayıp, onlar fizikte mevcut kanunlardan yararlanırlar.  

FİZİĞİN İLGİ ALANI

Fiziğin ne ile uğraştığına kısa bir göz atalım.

Eugene Wigner:
"Physics doesn't deal with processes. Physics deals with regularities, and only with regularities among processes."

"Fizik süreçlerle uğraşmaz. Fizik düzenlerle ve yalnız süreçler arasındaki düzenlerle uğraşır"
 
Fizik evrende mevcut herşeyle mi ilgilenir?

Fiziğin ilgi alanının sınırları yoktur belki ama, fizik her süreçle ilgilenmez. Çünkü ilgilenemez. Fizik düzensiz (irregülar) süreçlerde regülarite arar. Düzen arar. Buldukları ya fizik kanunları olarak ifade edilir, ya da onlar bir takım genellemeler, kurallar ve çıkarımlardir.

Fizik düzensizliklerde mevcut olan düzenle ilgilenir. Düzensizliğin kendisi ile ilgilenmez. Düzensizlikler fizik için hiç bir şey ifade etmezler. Düzensizliklerde bir düzen varsa fizik onları araştırır, bulur, çıkarır. Matematiğin de yaptığı budur. Diğer bütün somut bilimlerin de yaptığı budur. Fizik ve somut bilimler bize düzensiz gelen olgularda düzen ararlar ve bulurlar. Her düzensizlikte kriptik bir düzen vardır. Onları bulup çıkarmak fiziğin ilgi alandır.

Fiziği biyolojiye uygularsak, biyolojik süreçlerin doğalarını daha kolay anlarız. Bütün yapacağımız biyolojik süreçleri fizikle açıklamaya çalışmaktır. Fizik çok karmaşık da olsalar biyolojik süreçlerdeki düzenleri ve kanunları bulmada çok daha yararlı bir bilim dalıdır.

Fizik kanunlarının canlı ve cansızlarda farklı olmadığını ciddiye almamak, hatta farklı olduklarını düşünmek, bazı biyolojik süreçlerin doğasını doğru yorumlamada önemli hatalara neden olacaktır. Canlılığı ilgilendiren fizik kanunlarının canlı-cansız bütün evreni denetleyen fizik kanunları ile aynı olması, doğanın ilginç esprilerinden biridir.

BİLİM VE FANTEZİLER..........

İnsan aklının imgelemesinin sınırı yoktur. Akciğerler nasıl sürekli solumak, kalp nasıl her an çarpmakla yükümlü ise, organların durmaları veya kısa bir süre için bile olsa, görev yapmaya ara vermeleri ölümle nasıl özdeşse, aynı ilkeler beyin için de geçerlidir. Beyin yerinde duramaz. Uykuda bile düşün üretmekten kendini alıkoyamaz. Tabii uykuda akıldan geçenlere imgeleme ve mantıklı düşün demiyoruz. Rüya diyoruz.

Karşılaştığı doğal olgu ve fenomenlerin doğasını çözmeye çalışan insan aklı, hayal gücüne sıklıkla baş vurur ve birçoğunu, kurduğu görkemli fanteziler aracılığı ile açıklamaya çalışır. Antik mitlerin, batıl inançların ve bazıları sapkın  geleneklerden birçoğunun doğuş nedeni budur. İnsan doğayı kendi algıladığı ve anladığı şekilde açıklamaya çalışır.

İnsanların doğal süreçlere bulduğu çözümlerle, doğal süreçlerin gerçek doğaları arasındaki çelişki ve uyuşmazlıklardan bu ilginç durum sorumludur. Doğal fenomenlerin çoğu ne insan akıl ve mantığı ile, ne de, ilginç olarak, onun müthiş imgeleme yetisi ile, açıklanabilir... Doğal olguların kendilerine göre işleyiş mekanizmaları vardır. Bu mekanizmaların çoğu insan beyninin imgeleyemeyeceği kadar fantestik süreçlerdir.  Onları kuramsal olarak imgelemek ve çözmek mümkün olmayabilir.

Deneysel olarak kanıtlanamayan  doğal olguların birçoğunun gizemi belki asla çözülemeyecekdir. Ama bu düşünce insanı onların peşinde koşmaktan alıkoyamayacaktır. İnsanlar sorunlarına çözüm bulmada hiç bir zaman umutsuzluğa düşmezler. Yenilgiyi kabul etmezler. İnsan aklı  durmaz.. Düşün üretir..... Doğal olgulardaki mekanizmaların gizemini çözmeye çalışır. Üretilen düşünlerin çoğu önceleri kurgusal imgeler şeklindedir. Onların peşinde koşan insanların yaşamı, arada bir gerçekleştirebildikleri fantazilerle zenginleşir... Gerçekleşen her fantezi insanı diğerlerini de gerçekleştirmede cesaretlendiren, dar ve dönemeçli uzun bir patikayı döşeyen bir taştır. İnsan fantezilerini ne pahasına olursa olsun gerçekleştirmeye çalışır.

Bilimin kökeninde, doğayı tanıma ve ondan yararlanma isteğinin yanı sıra, insanın imgelerini gerçekleştirme tutkusu da vardır. İnsanın hayal gücü geniş olmasaydı, bilim bu kadar hızlı gelişemezdi. Bilim insanlar, özellikle erkekler için, ciddi bir meşgale ve yararlı bir atılım olmaktan öte,  zevkli ve neşeli bir oyundur da. Öyle olmasaydı Einstein görelilik kuramını ortaya atamaz, Planck quantum mekaniğini başlatamaz, Heisenberg belirsizlik kuramını belirleyemez, Pauli dışlayacak hiç bir şeyle karşılaşamazdı. İnsanlar ne uçabilirlerdi, ne de okyanusların derinliklerinde pervasız dolaşabilirlerdi.....

İnsan, ayrıca,  sonu ve sınırı olmayan imgelerini matematikle silahlandırmış ve onu sezgilerinin görkemli bir yapıtı olarak kullanarak doğanın gizemini çözmeye başlamıştır. Matematik insan imgelerine paralel bir gelişme kaydetmiş ve yalnız doğanın gizemini çözmede değil, aynı zamanda insanın fantezilerine ışık tutmada da yararlı bir bilim dalı haline gelmiştir.  

Bu durum gerçekler ve fantaziler arasındaki sınırın giderek daralması ve muğlaklaşmasından sorumludur. Bilim-kurgu bilim arasındaki geçişi simgeleyen bu ilginç alan bir yandan genişlerken, öte yandan bilime yön vermeye başlamıştır. İnsanlar her alanda fantezilerini gerçekleştirmede oldukca başarılı olmaktadırlar. Bilimin sonu olmadığı ve hemen her rüyanın yaşanabileceği inancı insan düşüncesine hakim olmaya başlamıştır. Bu inanç bilim adamlarına doğaları iyi anlaşilmayan ve bilinmeyen fenomenleri kendi fantezileri ile açıklama cesareti vermiş, bazıları daha da ileri giderek bu fantezilerin pratik sonuçları üzerinde kuramsal projeler tasarımlamaya bile başlamışlardır.

Bilime bir şeylerin olduğu kesindir. Ama ne olduğu yeterince açık değildir. Geçmişte bilim kurgusal yaklaşimlardan yararlanmış ve onların sayesinde teknoloji müthiş bir ilerleme kaydetmiştir. Çocukluk fantazilerinin peşinde koşan bilim adamları,  yüzyıl önce hayal bile edilmesi olanaksız araç, gereç ve aletler tasarımlamışlar, buluşlar yapmışlardır. Artık aya ve diğer gezegenlere gitmek, ya da oralara uzaktan kumandalı araçlar göndermek, bir sorun değildir. Teknoloji insan yaşamını derin bir şekilde etkilemeye başlamış ve geleceği dikte ettirecek büyük bir güç haline gelmiştir.

Bu bağlamda insanların ihmal ettiği ilginç bir gerçek vardır.  O da doğanın yaratıcılığının insanın, ne kadar fantestik olurlarsa olsunlar, bütün imgelerinden çok daha geniş ve cüretkar olduğudur. Aslında insanın zengin imgeleri kaynağını, doğanın sergilediği çözümü olanaksız gösterilere ayak uydurma çabasından almaktadır. Yine de bu konuda doğa ile yarışmak ve ona faik olmak olanaksızdır. Onlardan bazılarını ögrenmek ve ögrenilenlerin küçük bir kısmını taklit etmek bile insan yaşamını  zenginleştirmeye yetecektir.

21’nci yüzyılda ve ilerisinde insanın imgeleri, bilim ve teknolojiye giderek artan bir oranla yön vermeye devam edecektir. Bilim ve teknoloji bu yüzyıllarda önceki yüzyıllardan çok daha hızlı bir tempo ile ilerleyecek ve hem insan yaşamı, hem de onun sınırsız imgeleri ile daha sıkı bir şekilde entegre olacaktır. İnsanda zaman, mekan, uzay, evren, madde, enerji kavramları fantestik boyutlar ve nitelikler kazanacak, fizik şimdiki bilimsellik sınırını aşarak metafizik bir rüya aleminin sınırlarını zorlamaya devam edecek, hatta belki de o sınırı aşacaktır....

Bu süreç çoktan başlamıştır.

 

 

FİZİK KANUNLARI NEDİR?

Doğada madde ve enerjinin davranışları ne basit ve deterministiktir, ne de tam anlamı ile rastlantısaldır.  Evrende mükemmel olmayan kaotik ve karmaşık bir düzen vardır.

Buna ek olarak evrene entropi olarak bilinen ve giderek artan bir düzensizlik hakimdir.  Evrende düzensizlik Big  Bang'in ilk anlarından itibaren giderek artmaktadır.

Fizik kanunları evrenin düzenli olmasını sağlayacak bir otoriteye sahip değillerdir. Fizik kanunları olarak nitelendirdiğimiz yasalar maddenin davranış şekillerinden başka birşey değillerdir.

Maddenin evrendeki davranışları karmaşık ve düzensizdir. Buna rağmen bu düzensizlikde kriptik ve kaotik bir düzen vardır.

Fizik kanunlarını teker teker incelerseniz, onlarda müthiş ve kesin bir düzenin olduğunu görürsünüz. Karmaşık bir düzensizliğin hükmettiği evrende böyle bir düzen nasıl var olabilir? Ama bu mükemmel fizik kanunları yalnız laboratuvar koşullarında vardır. Çünkü o koşullarda madde ve enerjinin davranışları son derece dar sınırlar içinde tutularak araştırılmaktadır. Evrende dar sınırlar yoktur. Evren bir bütün olarak davranır.  Evrenle ilgili olarak yapılan her gözlem onun düzensizliğini gösterir. Evren genişlemekte ve güneş sisteminde gezegenler ve güneş arasındaki mesafeler zamanla değişmektedir. Aynı olan hiçbir şey yoktur. Herşey sürekli bir değişim ve devinim içindedir. Madde ve enerjiyi evrenden alıp laboratuvar koşullarına taşıdığımız zaman karşılaştığımız müthiş düzeni biz fizik kanunları ile açıklarız. Aslında bütün yaptığımız madde ve enerjiyi manüple etmek ve onları istediğimiz davranışı yapmaya zorlamaktır. Doğada onlar hiçbir zaman laboratuvarda olduğu kadar düzenli davranmayacaklardır. Canlı veya cansız maddelerle ilgili davranışları yakından incelersek, onlarda gözlemlediğimiz düzenin aslında bir uzlaşma olduğunu görürüz. Evren madde ve enerjinin davranışlarının tam düzenli olmadığı bir ortamdır.

Ama biz insanlar yine de doğada müthiş bir düzenin olduğuna inanırız. Canlılığı incelerken de onda müthiş bir düzenin olduğunu sanırız. Aslında bunun bir illüzyon olduğunu bilmeyiz. Canlılarda genetik yapının etkinliği stokastiktir. Yani hangi genlerin ne zaman ve ne kadar etkin olacaklarının kesinliği yoktur. Genetik etkinlikler tümüyle rastlantısaldır. Canlı vücudunu oluşturan doku ve organların bir arada bulunmasından sorumlu santral bir otorite yoktur. Canlılık sadece bir uzlaşmadır. Aynı ilkeler evren için de geçerlidir. Evren de, madde ve enerjinin uzlaşarak bir araya geldiği ilginç bir mekandır.

Doğada kanunlardan çok bazı kaba kurallar vardır. Evren davranışlarını o kurallar muvacehesinde sergiler. Biz onları evrenden laboratuvara taşıyarak çok dar sınırlar içinde incelersek, ilginç bir düzenle karşılaşırız. Sınırlı koşullar altında madde kanun olarak nitelendirdiğimiz son derece düzenli davranışlar sergiler.  Aslında o davranışların çoğu doğada yoktur.  Madde ve enerji evrende mevcut yerel koşullara bağlı, rastgele bir bütün olarak hareket eder. Biz laboratvuar koşullarında onlardan rastgeleliği alarak, onları yalnız belli şekilde hareket etmeye zorluyoruz. Onlar başka türlü hareket edemeyince ilginç bir düzen ortaya çıkıyor. Ve biz o düzene fizik kanunu diyoruz. Fizik kanunlarını yaratanlar bizleriz.  

İnsan aklı gözlemlediği her olguda düzen arar ve bulur. Doğada düzen neden olsun? Doğada neden fizik kanunları olsun? Yoksa onlar bizim insansal bakış açısından dolayı mı varlar? Doğada gözlemlediklerimizi insansal bakış açısından değerlendirmek bizi yanıltmaktadır. Düzenin olmadığı yerlerde düzen arıyor ve buluyoruz.  Bunu neden yapıyoruz? Düzensizlikte neden düzen arıyoruz?

Çünkü insan olarak buna mecburuz. Varlığımızı başka türlü anlamlandıramayız. Aklımız bizi kendimize göre bir düzen kurmaya zorluyor. Önce düzensizlikte düzen arıyoruz. Bulamayınca düzensizliği laboratuvara taşıyor ve o ortamda düzensizlikte düzen arıyoruz. Madde ve enerjiyi öğelerine ayırınca, onların davranışlarında bir takım düzenlerin olduğunu görüyoruz.

Örneğin elektronları yakından inceleyince onlarda müthiş bir düzenin varlığı dikkatimizi çekiyor. Oysa elektronlar doğada düzenli davranmıyorlar. Yıldırımların doğasını hala iyi bilmiyoruz. Çünkü yıldırım ve şimşeklerde elektronlar çok farklı davranışlar sergiliyorlar. Onlarda bizim laboratuvarda gözlemlediğimiz bir düzen yok. Aynı şekilde fotonları inceliyor ve bir takım kanunlara uyduklarını buluyoruz ama, o kanunların hemen hepsi yalnız laboratuvar koşullarında varlar. Doğada lazer yok örneğin. Doğada ışığı durduramıyoruz. Ama laboratuvar koşullarında fotonları yavaşlatabiliyor, hatta durdurabiliyoruz.

21'nci yüzyılda bilimin yeni teorilerle kendini tazelemesi mümkün olmayabilir ama, mevcut verileri yeniden yorumlayarak farklı sonuçlara ulaşılması mümkündür. Bu özellikle canlılık için önemlidir.  Canlı nedir, neden vardır gibi soruların cevabını bize biyoloji sağlayamamaktadır. Bu soruların bilimsel yanıtları için fiziğe baş vurmaktan başka çaremiz yoktur. Fizik bilim olarak bütün bilimlerin üstündedir. Ama onu bile bir takım fantezilerle açıklamaya çalışıyoruz. İnsanlığımız araya giriyor. Egomuza yeniliyoruz. Onlardan kurtulup tam anlamı ile nesnel olamıyoruz. Ama olmalıyız. 21'nci yüzyıl bilimin şimdiye kadar bulduklarını yeniden yorumlayarak farklı sonuçlara ulaşacağı bir zaman olacaktır.  Bu süreç başlamıştır.

Bizim anladığımız anlamda fizik kanunları ancak laboratuvar koşullarında var olabilirler. Evrende onlar karmaşık bir yumak oluştururlar. Evrende mükemmel bir düzen yoktur. Oysa laboratuvar koşullarında fizik kanunları mükemmeldirler. Ama onlar maddenin manüple edilen davranışlarıdır. Başka bir deyişle fizik kanunları madde ve enerjinin davranışlarının sonucu olarak ortaya çıkmaktadır. Örneğin ışık suda kırılırken, ışığın suda kırılmasından sorumlu bir kanun yoktur. Su ve ışıkla ilgili bazı özellikler bu kırılmadan sorumludur. Ve ışık suda bu şekilde kırılınca biz onu bir kanun ilan ediyoruz. Çünkü aynı koşullar altında su ve ışığın davranışları aynıdır. Değişmez. Bunu biz bir kanun yapıyoruz. Su ve ışık bu kanuna uymuyor. Onu yaratıyor. O kanunun ortaya çıkmasına neden oluyor.

Fizik bilimini evrenin doğasını ögrenmek için kullanırsak, yalnız evrende madde ve enerjinin düzenli olan davranışlarını öğrenebiliriz. Onların düzensiz olanlarını öğrenemeyiz. Buna rağmen madde ve enerjinin  laboratuvardaki davranışlarını araştırmaya devam ediyoruz ve bu arada yeni davranış örnekleri buluyoruz. Başka bir deyişle, yeni fizik kanunlarını buluyoruz ve onları evrene uyguluyoruz. O kanunlar sayesinde evrendeki düzensizliklerden bir kısmının gizemini çözüyoruz. Evrendeki düzensizlikler aslında araya sıkışmış çok sayıda düzenler içerirler. Laboratuvar çalışmaları sonunda o düzensizliklerde mevcut düzenleri ortaya koyabiliyoruz. Bu arada yaşamdan sorumlu bazı fizik kanunlarının olması gerektiğini kurguluyor ve onları bulmaya çalışıyoruz. Bazılarını buluyoruz da. 

Zamanla fizik kanunları arasında ilginç bir benzerlik vardır. Madde ve enerjiden bağımsız soyut bir zaman kavramı var mıdır? Yoksa zaman, madde ve enerjinin davranış şekillerinin ürünü müdür?
Zamanı madde ve enerjinin davranış biçimlerinin ürünü olarak kabul edersek, onlardan bağımsız  olarak var  olmadığını kabul etmiş olmuyor muyuz?

Fizik kanunları yoktur diyebilir miyiz?
Eğer fizik kanunları madde ve enerjinin davranış şekillerine hükmeden kanunlar iseler, yokturlar. Yani madde ve enerjinin davranışlarına anlam veren, onların boyun eğdiği fizik kanunları yoktur. Madde kendi doğası gereği belli bir şekilde davranmaktadır. Bu durumda fizik kanunları maddenin içsel nitelikleridir. O nedenen madde her zaman aynı şekilde davranmaktadır. Fizik kanunları maddenin kendinden menkuldür. Evrende madde ve enerji fizik kanunlarına uymak üzere davranmamaktadır. Evrende madde ve enerjinin davranışları fizik kanunlarını yaratmaktadır.

DOĞAL KUVVETLER

Atomaltı parçacıklar arasındaki ilişkileri sağlayan ve idame ettiren kuvvetler için doğal kuvvetler deyimi kullanılır. Bu kuvvetler bozonlar aracılığı ile, fermion olarak bilinen madde parçacıklarını manüple ederler.

Fermionlar madde parçacıklarıdır. Bozonlar ise fermionları manüple eden kuvvet parçacıklarıdır.

Bozonlar ve fermionlar aynı fizik kanunlarına boyun eğmezler.

Fermionlar Pauli'nin dışlama yasasına uyarlar ve bir araya gelmeye direnirler.

Bozonlar ise dışlama yasasına uymazlar ve bir araya gelme eğilimindedirler.

Fermionlar bir araya gelemedikleri için evren bildiğimiz şeklini almıştır. Fermionlar dışlama yasasına uymasalardı evren koca ve şekilsiz bir kütleden ibaret olacaktı. Bozonlar dışlama yasasına uymadıkları için bir araya gelebilirler ve bir araya gelemeyen fermionları manüple etmede zorluk çekmezler. Bozonların bir araya gelmesi, madde parçacıkları olan fermionların manüple edilmesini kolaylaştıracağı için, yeğlenen bir durumdur. Fermionların ve bozonların bu davranışlarından spin denen durumları sorumludur.

Spin nedir?
Atomaltı parçacıkların en önemli özelliklerinden biri, kutuplanabilmeleri, yani bir eksen etrafında dönebilmeleridir. Spini tenis toplarının veya dünyanın kendi ekseni etrafında dönmesi şeklinde bir hareket olarak düşünebilirsiniz. Ancak küçük parçacıkların ne dünyaya, ne de tenis toplarına benzer bir yanı vardır. Dolayısıyla spini başka türlü tanımlamaya çalışacağız.

Bozonlar tam sayı ile, fermiyonlar ise kesirli sayılarla ifade edilirler. Lepton ve baryon denen parçacıklar fermiyon, foton ve mezonlar ise bozondurlar.  Kütlesiz oldukları için fotonların ve çok küçük bir kütleye sahip nötrinoların dönme eksenleri, hareketlerinin doğrultusuna paraleldir. Diğer parçacıklar, herhangibir yönde dönebilirler.

Spin atomaltı parçacıkların çeşitli açılardan nasıl görüldüklerini açıklamak için kullanılan bir deyimdir.  1/2, 0,1 ve 2 olmak üzere 4 spin vardır. Onlardan 1/2 (yarım  olanı) madde parçacıklarının spinidir. 0, 1 ve 2 tam sayıları madde parçacıklarını manüple eden parçacıkların (bozonların) spinidir.  

Spin 0 (sıfır) olan parçacık, nokta gibidir. Her yerden aynı görülür.

Spin 1 ok gibidir. Her yönden, her açıdan farklı görünür. Aynı görülebilmesi için kendi etrafında 360 derece döndürülmesi gerekmektedir. İskambil kağıtlarından "As" böyle bir parçacıktır. Aynısını elde etmek için kendi etrafında tam bir tur yaptırmanız gerekir.

Spin 2'yi 180 derece döndürmekle ifade etmek mümkündür. İskambil kağıtlarından maça kızını düşünün. 180 derece döndürünce aynısını elde edersiniz.   

Madde parçacıklarını manüple eden parçacıkların spininin 1/2 (yarım) olduğuna değinmiştik. Yarım spini tanımlamak için 360 derece döndürmeniz yetmez. 360 derece daha, yani toplam 720 derece, döndürmeniz gerekecektir.

Spin, kabaca kütle, yarıçap ve hızın çarpımına eşit açışal bir momentum olarak tanımlanabilir. Değeri Planck sabiti bölü 2π’nin bazı katları olarak ölçülebilir.

Kuantum mekaniğine göre herhangi bir parçacığın spininin, yukarıdaki birimin tam sayı, ya da tam sayı artı yarım katı olması gerekir. Her bir parçacığın toplam spini sabittir; ancak spinin yönü sabit değildir. Örneğin elektronun spini 1/2’dır. 

Spini sıradan sözcüklerle ifade etmek çok zordur. Kuantum mekaniğine göre dönme ekseninin yönünü tam olarak belirlemek olanaksızdır. Çok büyük ve hızlı dönen cisimlerin dönme yönlerini daha kesin bir biçimde belirlemek mümkündür. Ama yinede belirsizlikleri mutlaka olacaktır.

Görüldüğü üzere doğa madde parçacıkları ile onları manüple eden kuvvetlerle ilgili parçacıklar arasında kesin bir ayrım yapmaktadır. Madde parçacıkları Pauli'nin dışlama ilkesine tabi olarak, bir araya gelemezler. Onları manüple eden parçacıklar ise bir araya gelebilirler. Bu özelliklerinin nedeni onların spin denen davranışlarıdır.

Wolfgang Pauli Avusturya'lı bir fizikçidir. 1925 yılında dışlama ilkesini tanımlamıştır. Pauli'nin dışlama ilkesi olarak bilinen bu ilkeye göre madde parçacıkları yarım spinli kuvvet parçacıkları tarafından manüple edilirlerken, aynı pozisyonu alınca hızları değişmektedir. Bu hız değişiminin ilginç bir mekanizması vardır. Madde parçacığından (örneğin bir elektrondan veya bir quark'dan) kuvvet ileten bir parçacık hızla ayrılmakta ve bu ayrılma sırasında madde parçacığını geriye doğru itmektedir. Madde parçacığından ayrılan kuvvet parçacığı ise diğer madde parçacığına çarpmakta ve onun tarafından absorbe edilmektedir. Yani onun yapısına katılmaktadır. Bu süreç sırasında iki madde parçacığı da birbirlerinin aksi yönünde hızlanmakta ve bir araya gelmeleri imkansızlaşmaktadır.

Kuvvet parçacıkları Pauli'nin dışlama ilkesine uymazlar. Yani aynı hızı ve konumu alarak daha da güçlenebilirler. Bundan dolayı güçlü nükleer kuvvet ortaya çıkabilmektedir. Kuvvetlerin birleşip güçlü nükleer kuvvet oluşturması sırasında, parçacıkların kütleleri artacağı için, etki alanları daralarak çekirdekle sınırlı olacaktır. Kuvvet taşıyan parçacıkların kütlesi yoksa etkileri uzun mesafelere ulaşabilir. Ama kütleli kuvvet parçacıklarının etki alanı sadece atom çekirdeğidir.

Madde parçacıkları arasında değiş tokuş yapılan parçacıklar virtual particle (yalancı parçacıklar) olarak bilinirler. Bu parçacıklar parçacık detektörleri tarafından tanınamazlar. Var oldukları etkilerinden dolayı bilinir.

Pauli'nin dışlama ilkesi çok önemli bir doğa kanunudur. Doğada madde parçacıkları bu şekilde davranmasalardı, çökerek bir tortu oluştururlar ve atomlar oluşamazdı. Yalnız 1/2 spinli parçacıklar bu ilkeye uyarlar.

DÖRT DOĞAL KUVVET VARDIR

Big Bang'in ilk anlarında mevcut olan tek bir kuvvetin, Big Bang sırasında dört ayrı kuvvete ayrıldığına inanılmaktadır. Bunlar:

1.    Elektromanyetik kuvvet.
2.    Güçlü Nükleer kuvvet.
3.    Zayıf Nükleer kuvvet.
4.    Çekim kuvveti.

Bu kuvvetlerden üçünün atom içinde yer aldıklarını ve onları ileten parçacıların ne olduklarını kesin olarak biliyoruz. Hakkında çok az bilgi sahibi olduğumuz tek kuvvet çekimdir. Bu kuvveti ilettiği kurgulanan parçacıklar graviton olarak isimlendirilmişlerdir ama, henüz varlıkları gösterilememiştir.

Yukarda Big Bang öncesinde bir zamanda bütün kuvvetlerin birleşip, tek bir kuvvet oluşturduklarına değinmiştik. Bu dönem için singularite terimi kullanılmaktadır. Atom hızlandırıcılarında yapılan deneylerden anlaşıldığı kadarıyla, Big Bang’de geriye doğru gidildikçe sıcaklığın arttığı gözlemlenmiştir. Tabii sıcaklıkla birlikte yoğunluk da artmaktadır. Daha doğrusu atomları veya atomaltı parçacıkları, örneğin protonları, ne kadar büyük enerjilerle birbirleri ile çarpıştırırsak, o kadar büyük bir ısı ortaya çıkmaktadır. Yapılan gözlemler açıkca Big Bang’in son derece sıcak bir patlama olması gerektiğine işaret etmektedir. Aşağıda doğal kuvvetlere kısaca değineceğiz.

Elektromanyetik kuvvet:
Atomun öğelerini ve atomları bir arada tutan kuvvettir. Negatif yüklü elektronlar, pozitif yüklü atom çekirdeği etrafında yer alan orbitallerde (yörüngelerde) dönerler.  Her  yörüngede yalnız belli sayıda elektronların dönmesine izin verilir. Örneğin ilk yörüngede yalnız iki elektron yer alabilir. İkinci yörünge yalnız sekiz elektronun dönmesi için elverişlidir. Atomun pozitif yükünden protonlar sorumludur. Atom çekirdekleri, hidrojen dışında, proton ve nötronlardan oluşmuşlardır. Hidrojen çekirdeğinde yalnız tek bir proton vardır. Protonlar pozitif yüklü olduklarından birbirlerini iterler. Onları kuvvetlerden biri olan güçlü nükleer kuvvet bir arada tutar.  Nötronlar yüksüzdürler.

Elektromanyetik kuvvet yalnız pozitif ve negatif yüklü parçacıklar arasında vardır. Yüklü parçacıklar, yüklerden yoksun olan parçacıkları ihmal ederler ve onlarla etkileşmezler.   Etkisini atomun dışında da gösteren ve atomların bir arada tutulmasını sağlayan bu kuvvet 1864 yılında İskoçyalı ünlü fizikçi James Clark tarafından bulunmuştur.  Örneğin suyu oluşturan hidrojen ve oksijeni bu kuvvet bir arada tutar. Hidrojen ve oksijen bir elektronu paylaşırlar. Bu kuvvet sayesinde çok sayıda atom ve molekül birbirlerine tutunmuşlardır.  Bu kuvvet olmasaydı, canlılık için gerekli DNA molekülü ve diğer moleküller oluşamaz, madde katılık kazanamazdı.

İlginç olarak çekim kuvveti gibi elektromanyetik kuvvet de, iki elektrik yükü arasındaki mesafenin kare kökü ile ters orantılı olacak şekilde azalır. Her ne kadar elektromanyetik kuvvet çekim kuvvetinden çok daha güçlü ise de, atom dışında ve evrende elektromanyetik kuvvetin önemli bir etkisi yoktur.  Ayrıca pozitif ve negatif yükler birbirlerini nötralize ederler. Objelerin çoğu elektriksel olarak nötraldirler. Geniş bir yelpaze oluşturan elektromanyetik radyasyon insanlık tarafından geniş ölçüde kullanılmaktadır. Onlarsız çağdaş bir uygarlık düşünülemez.

Elektromanyetik kuvvetin kaynağı atomdur. Birinci yörüngedeki elektronların yörünge değiştirip tekrar eski yörüngelerine dönmeleri X ışınlarının ortaya çıkmasına neden olur. Diğer ışınlar diğer elektronların yörünge değiştirmesi sırasında açığa çıkarlar. En güçlü gama ışınlarının kökeni atom çekirdeğidir.  Atom çekirdeğinin titreşimi sırasında gama ışınları açığa çıkarlar. Elektromanyetik radyasyon yelpazesinin bir ucunda gama ışınları yer alır. Diğer ucunda ise uzun dalga radyo dalgaları vardır. Bu spektrumun hemen her kesimi ya  hastalıkların tanısında, ya tedavisinde, ya haberleşmelerde, ya hareket eden cisimleri tanımada ve izlemede ve diğer alanlarda insanlığın yararına kullanılmaktadır.

İsminden anlaşılacağı üzere, elektro-manyetik kuvvet, elektrik ve manyetik olmak üzere iki ayrı kuvvetin bir araya gelmesinden oluşmuştur. Bu kuvvetler birbirleri ile iç içedirler. Onları birbirlerinden ayırmak olanaksızdır. Hareket halinde olan elektrik yükü, manyetik bir kuvvet, daha doğrusu bir alan, oluşturur. Sürekli değişen manyetik alan da elektrik akımının ortaya çıkma nedendir. Bu yöntemle barajlardan ve diğer santrallardan alternatif elektrik akımı elde edilir.

Bu arada ilginç bir gözleme değinmeden duramayacağım:
Pusulanın kuzey kutbunu göstermesinin nedeni, dünyanın çekirdeğindeki  yüklü parçacıkların, yani proton ve elektronların, hareketidir. Dünyanın merkezi o kadar sıcak ve öylesine yüksek bir basınç altındadır ki, katı ve solid bir madde gibi değil de, maddenin proton ve elektronlarına ayrıldığı bir sıvı gibi davranmaktadır. Güneş ve diğer yıldızların manyetik alanlarının nedeni de maddenin elektrik yüklerine parçalanmasıdır. Proton ve elektronların yerin merkezindeki sürekli hareketi dünyanın etrafındaki manyetik alanın ortaya çıkmasından sorumludur.

Çürüme kuvveti (zayıf nükleer kuvvet, weak nuclear force)
Çürümenin de kuvveti olur mu demeyin. Çünkü oluyor. Doğada radyoaktif bir maddenin (elementin) çürümesinden ve bir tür maddenin, diğer bir tür maddeye dönüşmesinden sorumlu bir kuvvet vardır. O kuvvet radyoaktif maddenin bir düzen içinde değişiminden sorumludur. Radyoaktif madde bir anda çürüyüp bozunmaz. Parçacıkların ve bazı fiziksel süreçlerin ömrü bu kuvvet tarafından uzatılmaktadır. Bazı elementer parçacıkların çürümeden ve bozunmadan sonsuza kadar varlıklarını koruyacakları sanılıyor. Yalnız kalan nötronlar ortalama 10 dakika içinde proton, elektron ve elektron anti nötrinoya çözünürler. Protonların bozunup bozunmayacağı kesin olarak bilinmiyor ama bozunmayacakları görüşü daha ağır basıysor.

Çürüme sırasında bir parçacık diğer bir parçacığa dönüşmektedir. Bu süreç sırasında açığa çıkan madde ya çürümektedir ya da çürümesi olanaksız bir parçacığa dönüşmektedir. 

Çürümeden sorumlu güç zayıf nükleer kuvvet olarak biliniyor. Her ne kadar bu kuvvet elektromanyetik kuvvetten bin kere daha zayıfsa da, çekim kuvvetinden çok daha kuvvetlidir. Ancak etki alanı çok dar olup etkisini yalnız atom çekirdeği içinde gösterebilir. Elektronları bile etkilemez.

Radyoaktivitenin nedeni bu kuvvettir. Çürümeden sorumlu bu kuvvet sayesinde madde uzun zamanda çürümektedir. Yani bu kuvvet hem çürümeden sorumludur, hem de çürüme sürecinin uzamasından sorumludur. Bu çok önemli bir özelliktir. Bu kuvvet olmadan güneş büyüklüğünde bir yıldızın ömrünün 10 milyar yıl değil, birkaç milyon yıl olacağı hesaplanmıştır. Zayıf nükleer kuvvet yıldızların enerjiyi çok etkili bir şekilde kullanmalarını sağlayarak onların ömrünü uzatmaktadır.
 
Güçlü Nükleer Kuvvet (Strong nuclear force)
Bu kuvvet atom çekirdeğinin öğelerini bir arada tutan bir kuvvettir. Elektromanyetik kuvvetten 100 kere daha güçlü olup, mevcut kuvvetlerin en kuvvetlisidir. Normalde aynı pozitif yüke sahip oldukları için protonlar birbirlerini iterler. Bu kuvvet sayesinde protonlar bir arada tutulurlar. Protonlar yine birbirlerini iterler ama onları bir arada tutan güçlü nükleer kuvveti yenemezler. 

Elektromanyetik kuvvet protonların birbirlerinden uzaklaşmasından sorumlu bir kuvvettir. Aynı pozitif yüke sahip protonlar birbirlerini iterler.  Güçlü nükleer kuvvet elektromnyetik kuvvetten 100 kere daha kuvvetli olduğundan, 100'e yakın protonun bir araya gelmesine izin verir. Proton sayısı 100'e yaklaştıkça atom çekirdeğinin kararsızlığı artar. Bu şekilde oluşan elementlere radyoaktif elementler denir.  Bu kuvvetin de etki alanı yalnız çekirdekle sınırlıdır.  

Çekim kuvveti, (Gravity)
Daha önce değindiğimiz kuvvetler atomaltı parçacıkların atomlar şeklinde bir araya gelmesini ve atom ve moleküllerin birbirlerine bağlanmasını sağlarken, çekim kuvveti bütün evreni bir arada tutar.  Çok zayıf bir kuvvet olmasına rağmen etki alanı sonsuzdur. Bütün evreni bir arada tutan bir kuvvettir. Ölçülüp biçılmesine rağmen doğası hakkında çok az şey bilinmektedir. Çekim kuvveti kavramını başlatan Newton'dur. Daha önce yalnız Aristo bu kuvvete değinmiş ve onun ay ve dünya gibi, mükemmel olmayan cisimlerde olduğunu iddia etmiş ve mükemmel olduğu için, güneşte olmadığını kurgulamıştır. Newton Aristo'nun bu kurgusunu reddetmiş ve bu kuvvet sayesinde ay ve dünyanın ve bütün gezegenlerin güneşe bağlı olduklarını ileri sürmüştür. Çok zayıf olmasına karşın bu kuvvetin etkisinden kurtulan bir gök cismi yoktur.
 
 KUVVETLER NASIL İLETİLİRLER?

İki tahtayı birbirlerine çivilerken kullanılan kuvvet çiviye çekiç tarafından iletilir. Madde parçacıklarının manüplasyonu için de doğa benzer bir mekanizmaya baş vurmuştur. Madde parçacıklarının manüplasyonu için gerekli olan kuvvetler çeşitli parçacıklar tarafından iletilirler.

Elektromanyetik kuvvet fotonlar aracılığı ile iletilir. Negatif yüklü elektronların birbirlerini ittiği bilinir. Bu itmenin ilginç bir nedeni vardır. Elektronların yakın çevrelerinde bir elektrik veya güç alanı vardır. Bu alanda bir bulut şeklinde elektronu saran fotonlar yer almışlardır. Elektronlar birbirlerini bu foton bulutu aracılığı ile tanırlar. Elektronlar arasında foton alış verişi yapılır. Bir foton elektrondan ayrılır ve elektronu diğer elektronun olduğu yönün tersine doğru iter. Bu foton diğer elektrona çarparak onun da ters yöne doğru uzaklaşmaşını sağlar.

Ters yüklü parçacıklar, örneğin elektronlar ve protonlar da birbirlerini bu foton bulutları aracılığı ile tanırlar.

Güçlü nükleer kuvvet quarkdan oluşan nötron ve protonları bir arada tutan bir kuvvettir ve gluon denen parçacıklar tarafından iletilir. Gluonlar mesaj ileten parçacıklardır. Zayıf nükleer kuvveti W ve Z parçacıkları iletirler. Her ne kadar çekim kuvvetini ileten parçacıklar henüz gösterilememişlerse de graviton olarak isimlendirilmişlerdir.