Albert Einstein'ın, 1915 yılında öne sürdüğü uzay ve zamanın ayrı boyutlar olmadığı, birlikte tek bir boyut olarak uzayın dokusunu oluşturduğu öngörüsü bilim dünyasında şok etkisi yaratmıştı. Öngörü, zaman boyutunun yanısıra 3 uzaysal boyut içermekteydi.

Polonyalı asıllı matematik ve fizik bilim insanı Theodor Kaluza'nın sorusu çarpıcıdır:

"Ya göremediğimiz başka boyutlar da varsa?"

Kaluza, 1921 yılında Einstein'ın denklemlerine bir dördüncü uzay boyutu yerleştirerek onları çözmeyi dener ama daha karmaşık denklemler elde eder.

Ancak beklenmedik bir sürprizle karşılaşır. Kaluza'nın dört uzay boyutu içeren denklemleri, elektromanyetik teorinin temel denklemleri olan Maxwell denklemleri ile şaşırtıcı şekilde benzerlik göstermektedir.

Biliyorsunuz doğada dört temel kuvvet bulunuyor ve bu dört kuvvet evrenin başlangıç anında birlikte ve tek bir süper kuvvet formunda bulunurlar. Daha sonra birbirinden ayrılan bu dört kuvvetten üçü (kuvvetli nükleer, zayıf nükleer, elektromagnetik kuvvetler) standart modelde tanımlanabilirken, kütlesel çekim hala gizemini korumaktadır.

Dolayısıyla Kaluza'nın bulguları, kütlesel çekim ile elektromanyetik kuvvet arasında bir bağ olasılığını gösteriyor olması açısından çok önemlidir: Çünkü, elektromanyetik kuvvet mikro ölçekte atomik yapıyı bir arada tutarken, yerçekimi kuvveti makro evrende gök cisimlerini bir arada tutmaktadır.

Öte yandan, evreni şekillendiren bu dört kuvvetin üçü (kuvvetli nükleer, zayıf nükleer ve elektromanyetik kuvvetler) etki anlamında güç olarak birbirine eşit ve kısa menzilli, dördüncü kuvvet olan kütlesel çekimin etkisi ise bu üç kuvvete oranla çok zayıftır.

Bu zayıflığın nedeni yerçekimi kuvvetininin başka boyutlara dağılıyor olması olabilir mi?

Kütlesel çekim ile elektromanyetizmanın bu denklem benzerlikleri çok şaşırtıcı ve önemli görünse de Kaluza dördüncü boyuta bir açıklama getiremez.

Bu açıklama 1926 yılında İsveçli bir teorik fizikçi olan Oskar Benjamin Klein'dan gelecektir.

Klein, bu dördüncü boyutun kıvrılarak sıkışmış olması gerektiğini ve bu nedenle onu asla göremeyeceğimizi söyler. Bu boyut, çok ince bir elektrik kablosuna benzetilebilir; uzaktan bakıldığında tek boyut gibi görünürken yakından sıkıştırılmış mini silindiri andırmaktadır.



Daha sonraları "Kaluza-Klein Teorisi" olarak anılacak olan bu yaklaşım, 50 yıl sonra tekrar ele alınmak üzere rafa kaldırılır. Çünkü, bilim dünyası bu dönemde kuantum fiziğinin gizemli dünyasını çözmeye odaklanmıştır.

Boyut nedir?

Fizikte boyut, bir niceliğin fiziksel doğasını veya konumunu tanımlayan bir özellik olarak tanımlanır: Durum, içerik, derinlik, uzunluk, genişlik, yükseklik, büyüklük, zaman gibi.

Bunlardan uzunluk, genişlik ve yükseklik bizim 3 boyutlu gerçekliğimizde uzaysal boyutları temsil eder.

Uzay, üzerinde durduğumuz bir platform, bir dekor; doğa olaylarının oluştuğu düz, katı, her zaman aynı olan bir arka plan olarak tanımlamak mümkün.

Nokta, sıfır boyutludur. İki noktayı birleştiren doğru tek bir boyutu gösterir. Dört nokta dik açıyla birleştirilirse iki boyutlu bir düzlem olan kareyi; aynı şekilde üç boyut da iki boyutlu karenin (ya da sekiz noktanın) birleşerek bir küp oluşturmuş biçimidir.

Dört uzay boyutlu bir sistem ise iki küpün köşelerinin birleşmesi ile elde edilir.

Uzaysal boyutlar

 

Bizim klasik gerçekliğimizde üç uzay boyutunu görselleştiren beynimizdir. Çünkü, gözlerimizin arkasında yer alan retina, aynı televizyon ekranında gördüğümüz kareler gibi iki boyutlu görüntüler üretir ve biz onları üç boyutlu algılarız.

Yani, üç boyut beynimizin yarattığı bir illüzyondan başka bir şey değil.

Dört uzay boyutlu bir sistemin beynimiz tarafından görselleştirmesi ise olanaksızdır.

Zaman boyutu

Zaman, bizim gerçekliğimizde mutlak, tek yönlü, kontrol dışı ve sürekli ileriye akan, tüm doğal olgu ve olayların, her şeyin, hepimizin kontrol edildiği bir boyut.

Zaman olmazsa, ya da zaman durursa uzay değişmez.

Zaman, bu anlamda uzayın değişimini sağlar ve tek yönlü olarak daima ileriye doğru akar.



Zaman boyutunun nasıl çalıştığını anlamak için yatay bir zemin üzerinde, örneğin bir masa üzerinde hareket eden iki bilye düşünelim. Biri yeşil diğeri kırmızı olsun.

Bu hareketli bilyelerin ardı ardına resimlerini çekelim ve sonra bu resimleri üst üste yerleştirelim. İlk resim en altta, en son resim en üstte olacak şekilde sıralansın. Resimlerin yukarıya doğru sıralanışı zaman boyutunu gösterecektir.

Aşağıda ve en sağdaki şekilde yer alan yeşil ve kırmızı çizgiler, bilyelerin zaman içindeki konumlarını verir. Bilyeler hiç hareket etmeseler bile uzay-zamanda hareket halindedirler.



İki bilyenin, iki boyutlu uzay-zaman grafiği

 

Klause ve Klein'ın 1920'lerde gerekleştirdiği çalışmalar, çok boyutlu bir gerçekliğe doğru atılan minik adımlardı. Ancak kuantum fiziğinin baskılaması onu geri plana itmişti.

Günümüzün önemli kuramlarından biri olan Sicim Kuramı (String Theory) bu öngörüleri tekrar bilim dünyasının gündemine taşıyor. Uzay-zaman boyutuna yeni boyutlar ekleyerek kütlesel çekim ile elektromanyetizma olguları arasında olası bir bağlantının kurulmasını, dahası kuantum mekaniği ile Einstein'in genel görelilik kuramını birleştirmeyi amaçlıyor.

Sicim kuramı, 9 uzaysal boyut önermekte; buna göre gerçekliğimizin dışında saklı, algılarımızın ötesinde altı boyut daha olmalı.  

Sicim kuramını bir başka yazıya bırakarak kendi gerçekliğimize dönecek olursak biliyoruz ki hepimiz, uzay-zamanda akıp gidiyoruz. Bir sandalyede oturuyor olsak bile uzay-zamanda hareket halindeyiz.

Yaşadığımız bu 3 boyutlu dünya sadece bizim algıladığımız gerçeklik; belki de gerçek olan gerçeklik bizim algılarımızın çok ötesinde ve çok daha farklıdır!



T24 Haftalık Yazarı

Güneç Kıyak

[email protected]