Maddenin Yok Edici İkizi: Anti-Madde

1:05Hiçliğin Zaferi Epik kahramanlık hikayelerinin en önemli unsurudur bu karşıtlık. Hepsinde bir kahraman ve onun alt etmesi gereken bir canavar ya da bir kötülük vardır. Her dönemin en sevilen, hiç eskimeyen hikayesidir bu. Peki bunun evrenin tarihinde gerçekleşmiş bir hikaye olduğunu ve aslında tam da böyle bir savaş sonunda her şeyin var olabildiğini biliyor muydunuz?

1:30duyabileceğiniz en epik muharebeyi, madde ile antimaddenin savaşını duymuş muydunuz hiç? Şu anda galaksiler, kara delikler ya da dünya diye bir gezegen varsa ve biz hiçbir şey tesadüf değil adında bir podcast programında bunları konuşabiliyorsak, o epik savaşta maddenin galip gelmesine borçluyuz. Hiçbir şey tesadüf değil demiştik değil mi? İşte onu kanıtlayacağız şimdi. Gelin evrenin varoluş savaşında kaybeden tarafı konuşalım bugün.

2:00Antimad değil. Bir şeyleri sorgularken aklımıza gelen ilk sorudur neden. Fakat onu bir kenara bırakalım bugün ve nasıl sorusuna odaklanalım. Biz nasıl varız? Nasıl oluyor da biz, tüm maddeler, gezegenler? Her şey nasıl oluyor da var oluyor? Çünkü fiziğe, matematiğe ve bu disiplinlerde ortaya adılan teorilere baktığımızda var olmamamız gerekiyordu.

2:40Evet. Neresinden bakarsanız bakın. Evren dediğimiz şey var olmamalıydı aslında. Çünkü enerji dediğimiz şey yok edici bir etkileşimin sonucunda ortaya çıkıyor. İkiz kardeşlerin, bir arada bulunamayan, bir araya gelemeyen, geldiğinde birbirini yok eden ikiz güçlerin sonucu bu. Ve bu mantıkla karşıt güçlerin birbirini yok etmesi gerekiyordu elbette. Kısacası maddenin ve her şeyin var olmaması gerek. Peki nasıl oldu bu?

3:09Nasıl var olabildi her şey? Ve biz yani insanlık nasıl bunun farkına varabildik? Aslında obsesif ve sıradışı bir dahinin çılgın bir bulgusuyla ortaya çıktı her şey. Paul Dirac'tan bahsediyorum. Adına ithaf edilen Strangest Man yani en sıradışı insan isminde bir kitapta bulunan ve gerçekten de bir bulgusuyla fizik dünyasını altüst eden adamdan.

3:34Maddenin ölümcül ikizini yani antimaddeyi bulmuştu kendisi. Fakat acele etmeyelim. Zira Dirac'ın bulgusunu ve bu antimaddenin ne olduğunu anlamak için epey bir geçmişe gitmemiz gerekiyor. Yaklaşık 13.8 milyar yıl öncesini yani büyük patlama anını.

3:55O anda bir kameramız olsaydık ya da gözlemleyebilecek kadar yakınlaşabilseydik, göreceğimiz şey sadece bir enerji yumağı olurdu. Hiçbir maddenin, hiçbir atomun, hiçbir şeyin, ışığın bile var olmadığı bir enerji demeti. Tüm evreni ve olası başka evrenleri ortaya çıkaran inanılmaz bir enerji birikimi. Peki ya sonra? Bu enerji birikimi saniyenin trilyonda biri gibi bir sürede atomdan daha küçük bir oluşumdan bir portakal büyüklüğüne erişiyor. Evren bir anda var oluyor. Yaklaşık bir dakika sonra ise güneş sistemimizden daha büyük bir hale geliyor. Bu sürede genişledikçe soğuyor.

4:40soğudukça sayısız atom altı parçacık ortaya çıkıyor. Ve işte hikaye de tam burada başlıyor. Bu süreçte ortaya çıkan atom altı parçacıkların yarısı bildiğimiz maddeyi oluşturan parçacıklar. Diğer yarısı ise onun ölümcül ikisi, yani antimadde. Paul Dirac da bu noktada devreye giriyor. Biz bu antimaddeden 1928 yılına kadar haberdar bile değildik aslında.

5:06Evet maddeyi biliyorduk. Atomları, elektronları, protonları, nötronları. Ama o kadar. Yani zaten görebildiğimiz ve test edebildiğimiz olguları kabul etmekten daha normal bir şey de yoktu.

5:19Fakat Paul Dirac elektron gibi parçacıkların ışık hızına yaklaştığında nasıl davrandığını hesaplarken ortaya inanılmaz basit ancak bir o kadar da kapsamlı bir denklem çıkarmıştı. Ve işler de burada karışmaya başlamıştı. Bir soru düşünün şimdi. Ve bu sorunun iki farklı cevabı olduğunu. Bir hesaplıyorsunuz, sonuç 10 çıkıyor. Doğru bildiniz. Sağlamasını yapayım diyerek bir daha hesaplıyorsunuz, sonuç 500. O da doğru.

5:49İşte Dirac'ın denklemi de böyleydi. İki farklı sonuç veriyordu ve ikisi de doğruydu. İlk sonuçta Dirac'ın denklemi bir elektronu açıklıyordu. Bildiğimiz negatif yüklü bir elektron. Diğer sonuçsa… İşte o epey bir garipti. Olmayan bir şeyi, hatta olamayacak bir şeyi açıklıyordu. Böyle bir durumda siz ne düşünürdünüz?

6:12Muhtemelen bir yerde hata yaptı. Formülü yanlış oluşturdum diye düşünebilirsiniz. Ki başta Dirac da böyle düşünüyor. Tam 3 yılını alıyor bu formül üzerinde çalışması. Daha doğrusu cesaretini toplayıp insanlara ben böyle bir şey buldum demesi 3 yıl sürüyor. Çünkü ne yaparsa yapsın. Sonuç tek bir şeyi işaret ediyordu. Antimadde.

6:35Kısacası ilk çözüm bir elektrondu. Diğeri ise bir antielektron. Elektronun neredeyse aynısı. Aynı kütleye, aynı spine yani dönüşe sahipti. Fakat elektrik yükü farklıydı. Bildiğiniz gibi elektron negatif yüklüdür. Bu antielektronun yükü ise pozitifti. Yapısal olarak elektronun aynısıydı. Fakat pozitif yüklüydü. O yüzden de pozitron diyoruz buna.

7:05Ama daha bitmedi. Dirac'ın denklemi işleri iyice karıştırıyordu. En ufak detaydan bütüne gittikçe işler daha da çetrefilli bir hal alıyordu. Zira bu sadece elektron için değil, tüm parçacıklar için geçerli diyordu bu denklem. Quarklar varsa, anti-quarklar da var.

7:24E kuartlar da protonları oluşturuyor. Bu durumda protonlar varsa anti-protonlar da olmalıydı. Malum elektronlar ve protonlar da atomların temel parçacıkları. Yani o zaman atom varsa anti-atom da vardı. E atom da maddeyi oluşturuyor. Dolayısıyla madde varsa anti-madde de olmalıydı.

7:46Bu denklemin sonuçları ise şu anlama geliyordu. Dirac'ın formülünün kanıtlanması durumunda o zamana kadar bildiğimiz parçacıkların sayısı ikiye katlanacaktı. Ve sadece 4 yıl sonra, 1932 yılında Carl Anderson bir fotoğraf çekecekti. Çektiği fotoğraf ilk bakışta karmaşık görünse de anlayabilen için çok netti. Bir elektronun fotoğrafıydı bu. Her şeyiyle bir elektron. Fakat pozitif yüklüydü. Evet.

8:15Antimaddenin fotoğrafı çekilmiş. Dirac'ın sıra dışı teorisi kanıtlanmıştı artık. Bu durumda büyük, çok büyük bir soru ortaya çıkıyordu. Madde nasıl var olabiliyordu? Nasıl oluyor da biz var olabiliyorduk? Bu sorunun cevabı için ortaya atılan fikirleri ve teorileri konuşacağız. Ancak bu noktada kısa bir ara versek çok iyi olur. Zira birazdan konuşacaklarımız en az bu soru kadar karmaşık olacak.

8:47Evet, antimaddeye rağmen biz nasıl var olabilmiştik? Bu felsefi ya da varoluşsal bir soru değil. Çünkü madde ve antimadde bir araya geldiğinde ne olur biliyor musunuz? Birbirlerini yok ederler. Peki mantık olarak büyük patlama sonrasında eşit miktarda madde ve antimadde oluştuğunu varsayarsak, ki en mantıklı senaryo da bu, bu durumda bütün maddeler, bütün antimaddelerle etkileşime girerek yok olmalıydı.

9:15Kısacası evrende enerjiden başka hiçbir şey olmamalıydı. Peki ne oldu? Bilmiyoruz. Ama elbette buna dair bazı teoriler de mevcuttur. Bunlardan ilki şu. Bazı bilim insanlarına göre madde ile antimadde en baştan ayrıldılar. Ve antimadde dediğimiz güç hala orada bir yerde. Ve bu antimaddede anti-gezegenler, anti-yıldızlar ve anti-galaksilerden oluşan bir evrende ya da evrenlerde varlığını sürdürüyor.

9:44Diğer bir teori ise yine en başta. Büyük patlama sonrasında madde ile antimadde arasında ufacık bir dengesizlik olduğu yönü. Yani madde antimaddeden bir tık daha fazlaydı. Hatta bir oranda veriyor bazı bilim insanları. Milyarda bir. Yani her 1 milyarlık antiprotona karşı 1 milyar artı yüklü bir proton vardı. Ve bu geriye kalan milyarda bir madde de işte bugün gördüğümüz her şey, tüm evreni oluşturmaya yetmişti. Ve bu bulgunun arkasındaki sihir, yani Dirac'ın formülü de karmakarışık görünen sembollerden ibaretti.

10:22Bu tip karmaşık formüllere bakınca birçoğumuzun başı ağrıyor değil mi? Ama izlediğim bir konferansta bu tip fizik formülleri için şöyle bir benzetme yapılmıştı. Misal Beethoven'ın 9. Senfonisi'nin notalarına bakarsak yine birçoğumuz için anlamsız semboller görürüz. Fakat müzik dilini bilen biri o notaları bir enstrümanla icra edince çaldığı melodiyi duyan herkes bir şey hisseder değil mi?

10:47O güzelliği takdir etmek için Beethoven olmaya gerek yoktur yani. Sonucu gördüğümüzde hissettiklerimiz de bir o kadar önemlidir aslında. Bilim insanlarının, akademisyenlerin ve öğretmenlerin de yapması gereken budur. Herkesin duyabileceği, takdir edebileceği bir melodi ortaya koymalılar ki bilimin o güzelliğini hepimiz takdir edebilelim. İşte Dirac'ın denklemi de aynı onun gibiydi. Uygulandığında çok güzel bir melodi ortaya çıkarıyordu.

11:15Antimaddenin Senfonisi Ne? Bu arada bu denklem genel görüllülük ve kuantum mekaniğinin ilk birleşimi olarak da görülüyor. Tıpkı kuantum süperpozisyonu gibi. Bir soru ve iki doğru cevap. Dirac'ın şaşkınlığını da tekrar anlayabiliriz burada sanırım. Ortaya yepyeni bir evren çıkarıyorsunuz. Neyse. Kanıtlara tekrar gelirsek. Antimadde büyük patlamada kaybolup gitti mi peki?

11:43Hayır. Madde ve antimadde ilk başta ortaya çıkan bir enerjinin sonucuydu. Ve enerji söz konusu olduğunda madde ve antimadde her zaman oluşabilir. İşte bu noktada kim giriyor devreye? Elbette Albert Einstein ve ünlü formülü E eşittir m c kare. Bir süredir ziyaret etmiyordu bölümlerimizi. Einstein'ın bu denklemi ne diyordu bize? Enerji eşittir kütle. Kütle de eşittir enerji.

12:11Yani enerjiyi maddeye dönüştürebiliriz. Bu durumda ortaya bir madde ve bir de antimadde çıkıyor. Fakat bu denkleme göre maddeyi de enerjiye dönüştürebiliyoruz. Bunu nasıl yapıyoruz peki? Antimadde ve maddeyi birleştirerek. Bu iki zıt olgu birbirlerini yok ettiklerinde ortaya enerji çıkıyor. İşte burada işler daha da çılgınlaşıyor. Işık hızının karesi devreye giriyor.

12:36Bu da şu anlama geliyor. Çok küçük bir maddeyi enerjiye dönüştürdüğünüzde ortaya inanılmaz bir enerji çıkıyor. Buna göre tek bir atacı oluşturan atomları, anti-atomlarla bir araya getirdiğinizde bir atom bombasına eş değer bir güç ortaya çıkarabiliyorsunuz. Bu dev enerji potansiyeli ise bilimsel bir gerçek olması kadar bilim kurgunun da sık sık ele aldığı bir konu oldu tabii.

13:02Mesela Melekler ve Şeytanlar kitabında Vatikan'ı bir antimadde bombasından kurtarmaya çalışıyorlardı. Ya da Star Trek'te Enterprise uzay gemisi ışıktan hızlı hareket etmek için antimadde gücünü kullanıyordu. Ama işte bu sadece bilimkurgu değil, bir gerçeklik. Antimaddeyi oluşturup saklayabilseydik ve kullanabilseydik neler olabileceğini düşünsenize. Hatta gelin sayılarla ve bazı ilginç gerçekler üzerinden hayal edelim bunu.

13:30Dediğimiz gibi antimadde maddeyle birlikte var olup anında yok olur. Çok kısa sürelerde var olduğu için de yakalanması ve saklanması çok zor. Bunun yanında muz. Evet bildiğiniz muz da antimadde üretir. Muzda çok küçük miktarda potasyum 40 bulunur ve bu bozulurken 75 dakikada bir bir pozitron çıkarır. Marketten aldığınız muzun üzerinde birkaç gün geçince küçük küçük noktalar belirir ya, onlar bildiğiniz antimadde izleridir aslında.

14:00İşin esası biz de öyleyiz. İnsan bedeninde de potasyum 40 mevcuttur. Ve biz de antimadde üretiyoruz. Ama dediğim gibi maddeyle etkileşime girdiği anda yok olduğu için fark etmiyoruz. Diğer taraftan bahsettiğim devasa enerjiyi elde edebilmek tüm insanlığa seviye atlatabilecek bir olay elbette. Bu nedenle farklı laboratuvarlarda antimadde yakalanmaya çalışılıyor. Fakat bugüne kadar Fermilab, CERN ve Almanya'daki DESY gibi merkezlerde toplamda 18 nanogram yani 1 gramın milyarda 18'i kadar üretilebildi.

14:36Bu da ancak evinizdeki ampulleri yakabilecek bir enerji demek. Kaldı ki bu çalışmalar inanılmaz pahalı. 1 gramlık bir antimadde üretebilmek için trilyonlarca dolar yatırım gerekiyor. Bir de nütrinolar söz konusu. Garip parçacıklar. Bu parçacıkların antimaddesi henüz keşfedilmedi. Yani teoriye göre nütrinoların antimaddeleri de aslında kendileri. Çünkü yükleri yok bu parçacıkların.

15:00Büyük patlamadan sonra ortaya çıkan madde-antimadde asimetrisine de bu parçalıkların neden olduğu düşünülüyor. Gördüğünüz üzere işimiz çok ama çok zor. İnanılmaz, görünmeyen bir güç söz konusu. Bunu yakalamaya çalışıyoruz ama bir türlü olmuyor. Fakat bunun bir yolunu bulduğumuzda, antimadde üretip, saklayıp kullanabilecek seviyelere geldiğimizde olabilecekleri tahmin edebiliyor musunuz? Yıldızlar arası seyahatler. Sonsuz enerji. Sonsuz verimlilik ve sonsuz bir güç. Fakat bu gücü kimler ne için kullanır? İşte orası ayrı bir muamma.

15:37Burada yine insan ırkının en derin ve korkunç içgüdülerinin yeterince köreldiğine güvenmek durumundayız. Çünkü bilimin hiçbir suçu yok. Esas kritik soru onu kullananların amacının ne oldu?