Değişen İnce Yapı Sabiti

-İki milyar yıl önceki fiziksel süreçlerin bugünkünden farklı olup olmadığını araştırmanın mümkün olduğunu mu söylüyorsunuz?

-Evet. Bu sayede doğa sabitlerinn iki milyar yıl önceki değerlerine bakabiliriz. Elektromanyetik süreçlerin α sabitine bağlı olmasına benzer şekilde kimi fiziksel süreçler doğa sabitlerinin katılımıyla gerçekleşir. Bu sabitlerin bazıları zaman içinde değişiklik göstermiş olabilir; artık bunu tespit edebiliriz.

Burada özellikler samaryum elementi önem kazanıyor. Samaryum lantanit grubundadır ve nadir bulunan bir metaldir. Samaryum çekirdeğinin nötron bombardımanına tutulması sonucunda, atom bir nötron fazla olan bir izotopa dönüşür. Çok yakın mesafede bir çekirdek rezonansın konumu, biraz da ince yapı sabitine bağlı bir enerji düzeyine geçer ve nötron tepkimesi çok daha yavaş gerçekleşir.

Çekirdek fizikçileri bu olguyu daha yakından incelediklerinde, geniş nötron saçılma kesitini ölçerek α değerinin değişip değişmediğini belirleyebileceklerini bulgular. Yapılan araştırmalar sonucunda ince yapı sabitinin  son iki milyar yıl içerisinde en fazla 10^-16 ölçeğinde değişmiş olabileceği sonucuna vardılar. Elbette bu  çıkarım, başka sabitlerin değişmeden kaldıklarını varsayacak olursak geçerlidir.

-Bu durum α'nın değişmediği anlamına gelmiyor mu?

-Belki de değişmiştir. Bu konuya birazdan daha ayrıntılı değinmek isterim. Dediğim gibi başka sabitler de değişmiş olabilir. Doğa sabitler evrenin en tuhaf gizemleridir. Nereden gelmekteler? Gerçekten de mutlak bir sabitliğe sabipler mi? Evrenin her köşesinde aynılar mı? Aralarında bir bağlantı var mı? Tüm bu sorulara henüz yanıt vermemiş mümkün değil.

Herr Einstein doğa sabitlerinin verili etkileşimler nedeniyle sabitlendiğini, dolayısıyla burada herhangi bir özgürlük olmadığını ileri sürüyor. Bugün bunu da kanıtlayabilir durumda değiliz. Tahminimce sabitlerin seçiminde bir özgürlük olmalı, ama bu sorunun cevabı mutlaka yakında bulunacaktır. Bir sonraki soru, doğa  sabitlerinin gerçekten sabit olup olmadıkları. Acaba zamana bağlı küçük de olsa değişiklik oluyor mu? Tam da bo noktada birkaç yıl önce yapılan bir gözlemler dizisinden söz etmek istiyorum. Artık uzak galaksilerdeki, özellikle de kuasarlardaki atomların ince yapısını inceleyebilecek durumdayız.

-Elindeki verilerin kesin olmamasından kaynaklı olarak Sommerfeld'in zamanında ince yapı kuramıyla ilgili ne büyük güçlüklerle boğuştuğunu düşününce... Peki bu kuasarlarda hangi element ölçüldü?

-Tek bir tane değil, bir dizi elemente bakıldı. Avustralya, İngiletere ve ABD'den bir grup gökbilimci Hawaiide kurulu Keck gözlemevinde ölçümler yaptı. Demir, nikel, magnezyum, kalay, gümüş gibi atomların ince yapısı incelendi. Uzak kuasarlardan gelen ışığı inceleyerek buradaki doğa sabitleri hakkında bilgi edinmek mümkün. Elbette bu ışığın dünyaya ulaşması için milyarlarca yıl geçmesi gerekiyor. Ama işin ilginç yanı, uzak kuasarların atom tayfı analizini yapan astrofizikçiler bundan dört yıl önce ince yapı sabitinde zamana bağlı bir değişiklik gözlemledi.

-Uzak kuasarlarda gümüş bulunabileceğini hiç tahmin etmezdim. Peki ya altın?

- Dünyamızdaki tüm elementleri bu kuasarlardaki tüm elementleri bu kuasarlarda da bulabiliriz. Bugüne kadar yaklaşık 150 farklı kuasar gözlemlendi; bunların bazıları tam on bir milyar ışık yılı uzaktaydı.

-Mr. Feynman, zira adı geçen tarih Büyük Patlama'dan tam üç milyar yıl sonrasına tekabül ediyor. Dediğim gibi, on bir milyar yıl önce ufak da olsa zamansal bir sapma gözlemlendi.

Δα/α=-(0,54±0,12)x10^-5

İlginç olan, evrenin hangi yanına bakılırsa bakılsın, incelenen kuasarların tümünde yaklaşık olarak aynı sapmanın görülmesiydi. Yani ince yapı sabiti uzaya değil, zamana bağlı olarak değişmekte.

-Eğer dediğiniz doğruysa, uzay ile zaman arasında küçük bir fark olduğu anlaşılıyor. Zaten böyle olması da mantıklı, zira Büyük Patlama zamanın tam başladığı noktada gerçekleşti. Bu bağlamda zaman ile uzay arasında da bir farkın olması kaçınılmaz.

-Evet, bahsettiğiniz anlamda zamanla uzay farklıdır. Gözlemlerden elde edilen sonucu doğru kabul edip ilk yaklaştırımda değişimin lineer olduğunu varsayarsam, α'nın yılda yaklaşık olarak 1,2x10^-15 düzeyinde değiştiğini söyleyebilirim.

-Bir dakika, Oklo'dan elde edilen verilerin izin verdiğinden daha büyük bir miktar bu.

-Hakkınız var. Ama α'nın yanı sıra başka sabitlerin de değiştiğini varsayarsak, ortada sorun kalmıyor. 

-Eh, yaklaştırımın liner olup olmadığı da henüz belli değil. Yine de çok büyük bir miktar sayılmaz. Başka yoldan ölçmek mümkün mü?

-Oldukça zor olsa da imkansız değil. Lazerlerle çalışan fizikçiler daha bugünden harikulade kesinlikte ölçümler yapabiliyorlar. Hatırlatırsanız, lazere tekrar dönmek istiyorum.

-Eğer α gerçekten de zamana bağlı olarak değişiyorsa, bunun bizim için anlamı üzerine düşünmek gerek. İnce yapı sabiti α, malumunuz, (2πe^2)/(hc)'ye eşit. Yani h ve/veya c, hatta belki e bile zamana bağlı olabilir.

-Çok ilginç bir şey ileri sürüyorsunuz, Herr Einstein. Işık hızını temsil eden c gerçekten de zamana bağlı olabilir mi? Bunun görelilik kuramınız açısından anlamı  nedir? Kuramınızdan vaz mı geçiyorsunuz?

-Dediğiniz doğru, ışık hızı zaman bağlı olsa, kuram açısından bir felaket anlamına gelirdi.

-Evet, kuram açısından ölümcül sonuçları olurdu, Herr Einstein. Işık hızı gerçekten zamana bağlı olarak değişse görellik kuramı nasıl işlerdi, hiçbir fikrim yok. Bern Ünversite'ndeki öğrencilerime hep söyle derim: c eşittir 1. Eh, c zamana bağlı olsa, bu cümleyi kurmama olanak yok. 

-Birkaç gün önce gökbilim üzerine yazılmış bir makale geçti elime. Makale c'nin zamana bağlı olabileceği öne sürüliyordu. Yani bu düşünceyi ciddiye alan bilimadamları var demek ki.

-Gökbilimci dediğin, yıldızlara bakar, fizikten anlamadığı için göreliliği de bilmez. İşin aslı, gökbilimcilerin kuramsal makaleler yazmaları toptan yasaklanmalı. Az önceki  knuya dönecek olursak, haklısınız, c'nin zamana bağlı olma ihtimalini bir kenara bırakmakta fayda var. ϵ0, elektrik geçirgenliğidir.

-O zaman h zamana bağlı olarak değişiyor olsun. Yoksa burada da sorun mu var?

-Açıkcası, o da benim açımdan bir sorun teşkil ediyor. Öyle olursa kuantum kuramını  değiştirmek gerekir. O zaman da kuramı şimdikinden de az anlarım. Parçacık fiziğinde hesaplamayı kolaylaştırması bakımından genellikle c ile h/2π'yi 1 kabul ederiz. Bu durumda bu yuvarlamayı da yapamayacağız.

-Haklısınız. Zamana göre değişen h, dostum Max Planck'ı da büyük olasılıkla rahatsız ederdi. Bu konuyu bir an önce kapatalım bence. O zaman geriye tek bir şeçenek kalıyor, o da zamana göre değişme özelliğini e için geçerli olması.

-Yani elektri yükü mü zamanla değişiyor? Sizce de tuhaf değil mi bu?

-Aslında o kadar tuhaf değil. Elektrik yükü, elektrikle yüklü bir nesneye uygulanan kuvvet etkilerini tarif eder; şimdiyse bu etkilerin zamana bağlı olduğunu kabul ediyoruz. Çok küçük bir sapma olduğundan fazla sıkıntı çekeceğimizi sanmam.

-Elbette eğer bu gözlem gerçekten de doğruysa. Az önce anmış olduğunuz, yılda 1,2·10^-15 değerine dönelim. Söyledikleriniz doğruysa bu sapma günümüzde de devam ediyor olmalı. Zamansal değişim mesela üç milyar yıl önce sonra ermiş olabilir. Kuasarlar üzerinde yaptığımız gözlemler bundan etkilenmez, Oklo'daki değerlerle de bir çelişki oluşmaz.

-Doğru, tüm saorunlar ortadan kalkar. Peki ama zamansal değişim neden üç milyar yıl önce dursun? Neden on milyar yıl önce değil? Belki gerçekten de dediğiniz gibidir. Bu durumda α'nın zamansal değişimi lineer değildir. Ne e ned e'nin zamanla değişimi hakkında mantıklı bir kuramımız olmadığına göre, pekala olabilir de. 

Günümüzde Standart Model'in-, Büyük Birleşik Kuram adına taşıyan ve yüksek enerjilerde tüm etkileşimleri birleştiren bir sistemin parçası olduğu varsayılmakta, zira elektromanyetik, zayıf ve güçlü etkileşimlerin sebep olduğu kuvvetler adı geçen yüksek enerjilerde birleştirilebilir. bu durumda yüksek enerjiler için geçerli tek bir temel kuvvet olacaktır.

İnce yapı sabitinin zaman bağlı olarak değişmesi, ancak yüksek enerjilerde gerçekleşen tüm süreçleri açıklamayı başaran Birleşik Kuram'ın sabitinin zamana bağlı olmasıyla mümkündür. Dolayısıyla ince yapı sabiti zamanla değişiyorsa, aynı durum zayıf ve güçlü etkileşimleri için de geçerli olmalıdır. Öte yandan güçlü  etkileşimin kuvvetinin zamanla değişmesi, atom çekirdeklerinin kütlesinin ve bunların manyetik manyetik momentlerinin de zamanla bağlı olarak değişmesi anlamına gelir. Tüm bu birleşenler bir araya geldiğinde güçlü etkileşimdeki değişikliğin nispeten büyük, ince yapı sabitinden yaklaşık 40 kat büyük olacağı tahmin edilmekte.

Kaynak 1, 2, 3, makale, 5, 6, Harald Fritzsch Yanılıyorsunuz Einstein!, metris bilimleri, çeviri Oğuz Duman, ,195-200, (2010)