Doğada sistem gerçekliĞİ ve biLGİ İŞlem süreci

4-ÇEKİRDEĞİN İÇİNDE OLUP BİTENLER, KUANTUM KROMODİNAMİĞİ

Atom ve molekülden sonra, şimdi de atom çekirdeğini bir sistem olarak ele almak, ve bu sistemin nasıl işlediğini görmek istiyoruz...
Atom çekirdeği, proton ve nötronlardan oluşuyor. Bunlar arasındaki ilişkiler ise, proton ve nötronların iç ilişkilerine bağlı olan “effektif kuvvetlerle” açıklanıyor. Bu yüzden, önce, proton ve nötronu bir sistem olarak ele almak, onların iç yapılarını, ilişkilerini incelemek durumundayız. İşte, “kuantum kromodinamiği’nin” konusu da bu zaten.
İki protonu biraraya getirdiğimiz zaman, her ikisi de (+) yüklü oldukları için, bunların elektriksel olarak birbirlerini ittiklerini görürüz. Ama zor kullanarak, bunları birbirlerine doğru daha da yaklaştırırsak, aradaki mesafe 10^-13 cm’yi bulunca, birden, bu itme kuvvetinin kaybolduğunu ve bunların birbirlerini çok daha kuvvetli bir şekilde çekmeye başladıklarını farkederiz. Aynı çekilde, bu mesafede bir protonla bir nötronun da birbirlerini çektiklerini tesbit ederiz. Ama örneğin, iki elektronu bu kadar yaklaştırınca aynı şey olmaz. Buradan da, elektronun farklı olduğu sonucuna varıyoruz. O, çekirdeğin içinde etkin olan kuvvetlerden etkilenmiyor. İşte bu yüzden, eğer bir elektronu 20000 Mev enerjiye kadar ivmelendirebilseydik, onu bir protonla çarpıştırıp, ortaya çıkacak sonuçları inceleyerek, protonun iç yapısı hakkında bilgiler elde edebilirdik. Nitekim de, 1966 da Amerika’da yapılan bu türden deneylerin sonucunda, protonun içine giren elektronların, tıpkı daha önceki Rutherford deneyinde olduğu gibi, yönlerinin saptırıldığı tesbit ediliyor. Buradan da, protonun içinde, “kuark” adı verilen, sistem içi elementlerin bulunduğu sonucuna varılıyor. Buraya kadar anlatılanlar, bir yerde deneysel tesbitlere dayanıyor. Bundan sonrası ise, bütün bunların ne anlama geleceğini açıklama çabaları. Buna da “kuantum kromodinamiği” deniliyor. Kısaca şöyle özetleyelim [11]:
Proton ve nötronların her birisi, üçer kuark’tan oluşuyorlar. Kuark’lar ise iki türlü : (u) ve (d) kuark’ları. (u) kuark (), (d) kuark da () elektriksel yüke sahipler. Bu durumda, proton iki (u) kuark ve bir (d) kuarktan oluştuğu için, olarak, nötron da, iki (d) kuarkla bir (u) kuarktan oluştuğundan, elektriksel olarak nötr oluyor. Yani, protonun neden (+1) yüke sahip olduğu, nötronun da neden elektriksel olarak nötr olduğu, onların kendi içindeki parçacıkların, kuarkların elektriksel yükleriyle açıklanıyor!..
Ama bu işin bir yanı. Her ne kadar kuarkların bir elektriksel yükleri varsa da, protonun ve nötronun içindeki ilişkiler elektriksel değildir. Bunlar, 10^-13 cm. de etkin olan, başka nitelikten ilişkiler. Şöyle ki : Kuarkların, elektriksel özelliklerinin yanı sıra, bir de “renkleri” var ! Öyle ki, bunlar üç renkte ortaya çıkabiliyorlar, kırmızı, yeşil ve mavi ! Bu da nereden mi çıktı diyorsunuz? Buradaki “renk”, öyle bildiğimiz renk değil tabi! Tıpkı, eksi ve artı elektriksel yük gibi bir şey. Bunlar (a), (b) ve (c) diye de adlandırılabilirdi, ama kolaylık olsun diye üç renk kullanılmış...
Bu kuarklar arasındaki etkileşme-ilişki ise, “gluon” adı verilen kuantumlarla gerçekleştiriliyor. Tıpkı, elektromagnetizmde fotonların oynadığı rolü oynuyor burda bu gluonlar da. Zaten bu teori kurulurken, aynen elektromagnetik teori örnek alınmış ve bir çok şey buradakinin benzeri olarak düşünülmüş. Ama burada, fotonların aksine, ilişkiyi sağlayan gluonlar da renkli parçacıklar. Toplam olarak sekiz çeşit gluon var !...
Mekanizma şöyle işliyor : Bir fotonla bir elektronun ilişkisinde, sadece bir enerji alışverişi ve buna bağlı olarakta, elektronun hızının-momentumunun vs. değişimi söz konusuyken, gluonlarla kuarkların etkileşmesinde, buna bir de renklerin değişimi ekleniyor. Örneğin bir kırmızı kuark, bir gluon dışarıya vererek, mavi kuark haline gelebiliyor. Bu durumda, dışarı giden gluon, ondan kırmızı rengini alıp götürürken, ona mavi rengi getirmiş oluyor. Dışarı giden bu kırmızı gluon, eğer yolda bir mavi kuarka raslarsa, bu sefer de onun mavi yükünü alıyor ve ona kırmızı yükü veriyor. Ve işte bu şekilde kırmızı bir kuarkla, mavi bir kuarkın ilişkisi de sağlanmış oluyor. Aynı şekilde, yeşil bir kuark da, dışarıya bir gluon gönderebiliyor. Bunu da, mesela, kırmızı bir gluon alıp, yeşil bir gluon vererek yapmış oluyor.
Bu şekilde, altı çeşit gluon ortaya çıkıyor. Bunların hepsi de renkli ve kuarkların rengini de değiştirebiliyorlar. Buna, renkleri değiştirmeyen iki gluon daha eklenince, toplam sekiz gluon ediyor.
İşte böyle. “Kuantum Kromodinamiği teorisi” bunun adı da. Peki bu rengarenk kuarklar ve gluonlar şimdiye kadar hiç deneysel olarak tesbit edilebilmişler mi? Hayır! Zaten teori bunun prensip olarak mümkün olamayacağını da söylüyor. Yani, hiçbir zaman bir kuark ve bir gluon tesbit edemeyeceğiz laboratuarda.⁸⁴ Bunları sadece, sistemin içindeki parçacıklar olarak düşüneceğiz. Bir protonu bombarduman edip parçalayarak kuarklara ayırmak o kadar fazla enerjiyi gerektiriyor ki, bunu yapmaya çalıştığınız zaman, her seferinde daha onları parçalarına ayırmadan önce daima kuark ve anti kuarktan oluşan mesonlar ortaya çıkıyorlar. Bunlar da çok kısa ömürlü olduklarından, hemen iki fotona, yani elektromagnetik enerjiye dönüşüveriyorlar. Tıpkı bir elektronla bir pozitronun, yani anti elektronun fotonlara dönüşerek biribrlerini yok etmelerinde olduğu gibi...
Başka bir soru da şu : Neden iki değil de üç kuarktan oluşuyor proton ve nötronlar? KK (kuantum kromodinamiği) teorisini kuran fizikçiler, bunu da şöyle açıklıyorlar. “Sistemin kendi içinde beyaz olabilmesi için bu gereklidir”. “Beyaz”, yani nötr! Eğer, iki kuark olsaydı, bu mümkün olamazdı . Sistemin denge durumunun korunabilmesi için bu gerekli görülüyor.
Özetlersek, her biri birer renke sahip üç kuark var. Ve bunlar, sürekli, birbirlerine pinpon topları gibi renkli gluonlar atıp tutuyorlar. Bu alış veriş de, onları bir arada tutan “bağlayıcı kuvveti” oluşturuyor. Bu kuvvetin sınırı ise 10^-13 cm. Yani bu mesafenin içinde, örneğin 10^-14 cm ‘de, kuarklar serbestçe hareket edebiliyorlar. Ama ne zaman ki, 10^-13 cm‘ye ve daha ötesine geçmek, birbirlerinden uzaklaşmak isterlerse, işte o zaman bu kuvvet kendini hissettiriyor. Bu kuvvet, uzaklık arttıkça (tabi proton, yada nötronun sınırları içinde), elektriksel kuvvetlerde olduğu gibi azalmıyor, tersine artıyor. Tıpkı, ayaklarından zincirle birbirlerine bağlı kölelerin durumuna benzetiliyor bu da! Eğer kaçmak istemezlerse, zinciri germeden hareket ederlerse, onun farkına bile varmıyorlar. Bağlayıcı kuvvet, zincir gerildiği zaman ortaya çıkıyor...
Proton ve nötronlar arasındaki ilişki ve bağlantı ise, bunların her birinin kendi içinde gerçekleşen yukardaki mekanizmanın yan etkisi olarak ortaya çıkıyor. Yani, proton ve nötronların kendi içlerinde gluon alışverişi olurken, arada bir de, gluonlar birbirlerinin alanına giriyorlar. Protonun gluonu nötrona, nötronunkiler de protona giriyorlar ve atom çekirdeğini bir arada tutan effektif bir kuvvetin oluşmasına neden oluyorlar. KK’nin özü bu. Ha! bir nokta daha var. Elektromagnetizmde fotonlar kendi aralarında etkileşmeye giremezlerken, burada gluonlar biribirleriyle de ilişkiye girebiliyorlar [11].
Bütün bu çalışma boyunca, dış gözlemciler için potansiyel bir gerçeklik, bir ihtimaldalgası olmanın ötesinde hiç bir objektif varlığı ve anlamı olmayan, belirli bir kuantum seviyesinde denge halindeki bir atomun “varlığının” ne anlama geldiğini tartıştık. Yani, potansiyel gerçekliğin gerçekliği üzerinde yoğunlaştık. Atom belirli bir kuantum seviyesinde iken atom çekirdeğiyle elektronlar arasındaki bağlantının ne anlama geldiğinin üzerinde durduk. “Foton alış verişi” olayının mekanikleştirilmemesi gerektiğini, öyle pinpon topu oynar gibi sürekli bir etkileşmenin söz konusu olamayacağını söyledik. Elektronların ve atom çekirdeğinin, içiçe geçmiş iki madde-enerji alanı olduğuna işaret ederek, bunların kendi uzaylarıyla bir bütün olduklarını, yani zaten her an temas halinde olduklarını, birbirine geçmiş iki dalganın foton alışverişinde bulunmak için ekstra bir çabaya ihtiyaç duymayacağını belirttik. Dış gözlemciler için hiçbir objektif değeri-anlamı bulunmayan bu temasın virtuel-sanal bir ilişki olduğunu, ve ancak bu anlamdadır ki, bir foton alışverişinden bahsedilebileceğini ifade ettik.
Daha önceden bir atom için söylenilen bu sözlerin hepsi proton ve nötronların, atom çekirdeğinin içindeki ilişkiler için de geçerlidir. Evet, KK teorisinin kurucularına sormamız gerekir, nasıl oluyor da, sistemin içinde denge-atalet halinde olan kuarklar objektif realiteler olarak birbirleriyle masa tenisi oynar gibi “gluon alış verişinde” bulunabiliyorlar? Peki, bu işler olup biterken dışarıyla da enerji alış verişi oluyor mu bari?...
Bir kere, öyle durup dururken kendi içinde-sürekli olarak- enerji alışverişi diye birşey söz konusu olamaz! Bırakınız kuantum teorisini, böyle birşey informasyon işleme teorisine de aykırıdır. Sistem denge-atalet halindeyken (yani dış dünyayla etkileşme olmadan) içerde enerji alışverişi mümkün müdür? Kuarkların, birbirleriyle pinpon topu oynamaları, her biri objektif bir realite olan gluonları atıp tutmaları olayı ise tamamen mekaniktir, metafiziktir! Nasıl atıyormuş bir kuark o gluonu ? Bu, dışarıya bir enerji verme olayı değil midir? Biri atıyor, öteki de bunu tutuyor, yani o da bu enerjiyi alıyor öyle mi?... Arada hiç enerji harcanılmadan kurulmuş bir “devridaim makinası” değil midir bu! Eğer böyle bir mekanizma varsa doğada, hemen bunu sanayiye de uygulayalım! Müthiş bir şey olurdu gerçekten!! Enerji alış verişi mekanizması durum değiştirme üzerine kurulur. Yoksa, atom düzeyinden daha aşağıya inince dünya tersine mi dönmeye başlıyor!! Tabi bunlar işin espri tarafı!...
Bir elektron, durup dururken foton alıp verebilir mi? Belirli bir kuantum seviyesindeyken, ortada ivmelendirici bir dış kuvvet de yoksa, bir elektron objektif-maddi gerçeklik olarak foton falan yayınlayamaz etrafa! Hem sonra, böyle devamlı-aktif bir elektromagnetik alan mevcut değildir ki! Eğer böyle birşey söz konusu olsaydı enerji kaybeden elektron (ve bütün yüklü parçacıklar) güneşin altındaki kar gibi erir giderlerdi!...
Belirli bir kuantum seviyesinde iken elektronla protonu birarada tutan nedir?...
Birbirine geçmiş iki karşıt dalga düşünün. Öyle ki, bunlar, aynı fazda oldukları için, yapıcı girişim yaparak, aradaki uzayda bir çukurun oluşmasına yol açmış olsunlar, işte olay budur. Her an birlikte kazdıkları bu uzay çukuruna düşme eğilimidir ki, onları bir arada tutan da budur. Bu iki dalga, içiçe geçmiş olduklarından, arada öyle mekanik anlamda bir alış verişin olduğu da söylenemez. Bir alış verişten bahsedebilmek için objektif olarak iki ayrı varlığın söz konusu olması gerekir. Ama belirli bir kuantum seviyesindeki ilişki böyle değildir. Buradaki ilişki, iki ihtimaldalgası arasındaki, potansiyel olarak var olan iki unsur arasındaki ilişkidir.
Alternatif bir “kuantum kromodinamiği teorisi önerisi!...
Ben diyorum ki, aynı mekanizmanın kuarklar arasında da geçerli olmaması için bilimsel düzeyde hiçbir neden bulunmamaktadır...
Her üç kuark’ı da birer madde-enerji alanı-dalgası olarak düşünürsek, ortada-merkezde yer alan (d) kuarkın, (u) kuarklar tarafından kuşatılacak şekilde, bunların birbirlerine geçmiş vaziyette olduklarını tasavvur edelim. Aynı fazda oldukları için yapıcı girişim yaparak içiçe geçen bu (d) ve (u) kuarkların arasında bir uzay çukurunun oluşacağını da bu tabloya ekleyelim. Ortada bir (u) kuark; (d) kuarklarla arasında da sanki bir çukur, bir hendek kazılmış gibi!... Olay, içiçe geçmiş bu üç madde-enerji dalgasının girişiminden ibaret gibi düşünülebilir. Bu arada illa bir alışverişten bahsetmek gerekirse, bunu da gene virtuel paralarla yapılan bir alışverişe benzetebiliriz! Ya da, virtuel-sanal toplarla oynanan bir oyun da diyebilirsiniz buna! Kuarkları, birer ihtimaldalgası olarak, herbiri kendi etrafında kendi uzayıyla birlikte oluşan madde-enerji yoğunlukları olarak düşünürsek, gluonlar da bu durumda en fazla bu alanın-uzayın “sanal kuantumları” olabilirler. “Sanal fotonlar” nasıl ki ancak bir etkileşme anında gerçek fotonlar haline dönüşüyorlarsa, bu “sanal gluonlar” da gene ancak bir etkileşme anında gerçek gluonlar haline dönüşebilirler. Fakat burada, yani protonun ve nötronun içinde, öyle atomda olduğu gibi, dış kuvvetlere bağlı olarak gerçekleşen etkileşmeler sözkonusu olmadığından, elektromagnetizmde olduğu gibi dışarıya gluon yayınlanması falan mümkün değildir! Bu yüzden, kuantum dalgalanmalarıyla, bunların yarattığı durum değişikliğine yol açmayan sistem içi etkileşmeler hariç tutulursa, hiçbir zaman, “objektif maddi gerçeklikler” olarak belirlenebilecek “kendinde şey” kuarklardan ve gluonlardan bahsedilemeyecektir! İvmelendirici bir dış kuvvet yokken objektif mutlak bir gerçeklik olarak bir elektrondan nasıl bahsedemiyorsak, aynı şekilde, öyle uzay-zaman içinde, objektif-mutlak realite olarak gerçekleşen, “kendiliğinden var olan” kuarklardan, ya da gluonlardan da bahsedemeyiz...
Proton ve nötronların her birini kendi içinde bir A-B sistemi olarak ele alırsak, KK’nin konusu olan (d) ve (u) kuarkları arasındaki ilişkiler de, bir A-B sisteminde sistemin esas unsurları olan A ve B arasındaki ilişkiler olarak ele alınabilir. Öte yandan, kuarklar arasındaki bu ilişkilerin, “güçlü kuvvetler” (starke kräfte) denilen, potansiyel-sistem içi kuvvetler aracılığıyla gerçekleştiğini söylemiştik. Gluonlar da zaten bu “güçlü” potansiyel kuvvetin virtuel kuantumları oluyorlar. Bunlar, yani bu “güçlü kuvvetler” ancak sistemi (protonu veya nötronu) parçalamaya kalktığınız zaman objektif izafi gerçeklik haline geliyor. Kuarklar da zaten ancak o zaman sınırlı izafi bir objektiviteye sahip olabilirler.
Bir de protonla nötron arasındaki ilişkiler ayağı var teorinin.
Kuarklar arasında gluon alış verişi olurken, arada bir protona ait bir gluonun bitişikteki nötrona, veya nötrona ait bir gluonun da ptotona kaçtığı, bunun da ptotonla nötron arasında effektif bir kuvvetin oluşmasına yol açtığı, bunların birbirlerine bu yolla bağlandıkları söyleniyor. Tıpkı, bir molekülü ayakta tutan, Van der Wall kuvvetleri gibi bir kuvvetin oluştuğu, bunun da protonlarla nötronları birbirlerine bağlayan başlıca etken olduğu söyleniyor. Ama, her halukarda, çekirdeğin içinde de bir denge, atalet hali bulunduğundan, burada da ilişki gene öyle bir pinpon maçı gibi açıklanamaz!... Biz, proton ve nötronları da, gluonlarla kuantize alanlarının girişimi sonucunda meydana gelen uzay çukuruna düşme eğilimlerinin bir arada tuttuğunu söyleyeceğiz. Önemli olan, bir arada iken bunların bir zorlama altında olmamalarıdır. Serbestçe atalet hareketlerini yapıyor olmalarıdır⁸⁵.