Tanrı Denklemi (The God Equation, Michio Kaku): konusu, bilimi ve rehberi

The God Equation: The Quest for a Theory of Everything (Türkçesi Tanrı Denklemi: Her Şeyin Teorisi Arayışı), kuramsal fizikçi Michio Kaku'nun fiziğin dört temel kuvveti tek bir çatı altında birleştirme çabasını anlattığı popüler bilim kitabıdır. Doubleday 6 Nisan 2021'de ABD'de, Allen Lane ise Birleşik Krallık'ta yayımladı; ilk baskı 240 sayfaydı. Kitap, Newton'dan günümüzün sicim kuramına uzanan bir fikir tarihini kısa ve akıcı bir anlatıyla topluyor. Bu yazıda kitabın ne anlattığını, savunduğu fikrin bugünkü bilimdeki yerini ve kimlere uygun olduğunu özetliyoruz; kitabın içeriği kendi cümlelerimizle aktarılmıştır.

Kitap ne anlatıyor?

Kitabın temel sorusu şu: Evrendeki bütün olayları açıklayacak tek bir kuram olabilir mi? Kaku bu kuramı "Tanrı Denklemi" diye adlandırıyor; adın dinî bir iddia taşımadığı, bütün doğa yasalarını tek bir çatı altında toplama hayalini anlatan bir ifade olduğu açık. Yazar anlatıyı kronolojik kuruyor: Newton'un kütleçekim çerçevesinden başlayarak Einstein'ın genel göreliliğine, kuantum mekaniğine ve bugünün Standart Modeline geliyor. Sonra ana tezine ulaşıyor: Kaku'ya göre 11 boyutlu sicim kuramı (M-kuramı), kütleçekim ile kuantum kuramını birleştirme hedefini karşılayan, kendi içinde tutarlı tek aday.

Bu son iddia, kitabın hem en ilgi çekici hem de en tartışmalı yanıdır. Kaku'nun görüşü fizik camiasında paylaşılan bir sonuç değil, bir uzmanın savunduğu bir yaklaşımdır; kitabı okurken bu ayrımı akılda tutmak gerekir.

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır. Bilim kitaplarında özet, bölüm bölüm ana fikirlerden oluşur. Aşağıda kitabın izlediği yolu kendi cümlelerimizle özetliyoruz; yazarın örneklerini ve ayrıntılı anlatımını aktarmıyoruz.

• Birleştirme hayali. Bilim tarihi, ayrı görünen olguların tek bir yasayla açıklanması hikâyesidir. Yeryüzündeki düşen cisimle gökteki gezegenin aynı kütleçekim yasasına uyması bunun ilk büyük örneğidir. Kitap bu çizgiyi, "son birleştirme" arayışına bağlıyor.
• Newton ve kütleçekim. Newton kütleçekimi evrensel bir yasa olarak kurdu. Bu çerçeve gezegen hareketlerini olağanüstü doğrulukla açıklıyordu, ama kütleçekimin neden var olduğunu açıklamıyordu.
• Einstein ve genel görelilik. Einstein kütleçekimi uzay-zamanın bükülmesi olarak yeniden tanımladı. Bu kuram kara delikler, kütleçekim dalgaları ve genişleyen evren gibi fikirlere kapı açtı (bkz. Kütleçekim dalgaları).
• Kuantum devrimi ve Standart Model. Atom ve atomaltı dünya, kuantum mekaniğinin olasılıksal kurallarıyla anlaşıldı. Bunun sonunda elektromanyetik, zayıf ve güçlü kuvvetleri anlatan Standart Model ortaya çıktı (bkz. Standart Model). Model çok başarılıdır, ama kütleçekimi içermez.
• İki dev kuramın uyumsuzluğu. Genel görelilik büyük ölçekleri, kuantum kuramı çok küçük ölçekleri başarıyla anlatır; ancak ikisi bir araya getirilince, özellikle kara deliklerin merkezi ve evrenin ilk anı gibi aşırı koşullarda, tutarlı bir yanıt çıkmaz. Kitabın dramı buradan doğuyor.
• Sicim ve M-kuramı. Kaku çözümü, parçacıkları nokta değil, titreşen küçük sicimler sayan yaklaşımda görüyor. Farklı sicim kuramları sonradan tek bir 11 boyutlu çerçevenin sınır durumları olarak yorumlandı ve bu çerçeve kütleçekimi doğal olarak içine alıyor. Yazar bu yüzden bu kuramı Tanrı Denklemi'nin en güçlü adayı sayıyor.

Birleştirme çabasının neden önemsendiği, Standart Model'in yapısından da görülür: Dört temel kuvvetten üçü (elektromanyetik, zayıf ve güçlü kuvvet) kuantum dilinde anlatılabiliyor, kütleçekim ise hâlâ genel göreliliğin geometrik diliyle yazılıyor. Kuantum kütleçekim kuramı arayışı, bu iki dilin tek bir çatıda toplanması demek. Kaku kitapta bu hedefe ulaşma yollarını anlatırken okuru fizikçilerin düş gücü, matematiksel tutarlılık ve estetik kaygıyla yaptığı çalışmanın içine sokuyor.

Özetle kitabın ana fikri şu: Fizik tarihindeki ilerlemeler, daha az sayıda ilkeyle daha çok olgunun açıklanmasından geçmiştir; bu çizginin devamı, kütleçekimi kuantumla birleştiren tek bir kuramdır ve Kaku'ya göre bu kuram sicim/M-kuramıdır. Kuramın deneysel olarak sınanması ise ayrı ve büyük bir sorundur; aşağıda bu konuya dönüyoruz.

Yazar ve yazıldığı dönem

Michio Kaku, 24 Ocak 1947'de San Jose'de doğdu. Harvard'dan 1968'de lisans, Berkeley'den 1972'de Stanley Mandelstam danışmanlığında doktora derecesi aldı. New York Şehir Koleji'nde Henry Semat kuramsal fizik profesörü olarak çalışıyor; araştırma alanları sicim kuramı, süpersimetri ve kuantum alan kuramıdır. 70'ten fazla hakemli makalesi ve bu konularda ders kitapları var. Geniş okuyucu için yazdığı kitaplar arasında Olanaksızın Fiziği, Hiperuzay, Paralel Dünyalar ve İnsanlığın Geleceği bulunuyor. Tanrı Denklemi, yazarın uzmanlık alanına, yani sicim kuramına en yakın kitaplarından biridir. Kitap 2021'de çıktığında, Higgs bozonunun keşfinin üstünden dokuz yıl, kütleçekim dalgalarının ilk doğrudan gözleminden altı yıl geçmişti.

Kitaptaki bilim

Kitabın bilimsel zemini iki ayağa dayanır; biri sağlam, biri tartışmalı.

Sağlam ayak: Standart Model. Parçacık fiziğinin Standart Modeli, kütleye nasıl sahip olunduğunu Higgs mekanizmasıyla açıklar. 1964'te önerilen bu fikir, 4 Temmuz 2012'de CERN'deki ATLAS ve CMS deneyleriyle bir parçacığın bulunmasıyla doğrulandı; kütlesi yaklaşık 125 GeV/c². Peter Higgs ve François Englert 2013'te Nobel Fizik Ödülü'nü aldı (ayrıntı için Higgs bozonu ve Peter Higgs sayfaları). Bu parçacık Standart Model'in tamamlayıcı parçası oldu; ama model hâlâ kütleçekimi içermiyor.

Tartışmalı ayak: M-kuramı. M-kuramı, birbirinden farklı beş tutarlı sicim kuramını (Tip I, IIA, IIB ve iki heterotik) tek bir 11 boyutlu çerçevede birleştirir. Edward Witten bunu 1995'te önerdi; "M"nin neyi simgelediği (büyü, gizem ya da zar) bile bugüne kadar kesinleşmedi. Kuram yalnız sicimleri değil, iki ve beş boyutlu zarlar adı verilen nesneleri de içerir ve düşük enerjide 11 boyutlu süperkütleçekimine yaklaşır. Sorun şudur: Kuramın hiçbir modeli için bugüne kadar kesin bir deneysel kanıt bulunmuyor, sınanması için gereken enerjiler öngörülebilir gelecekte teknolojik olarak ulaşılamayacak kadar yüksek. Yani Kaku'nun "tek tutarlı kuram" iddiası bir matematiksel güzellik ve tutarlılık savıdır; gözlemle doğrulanmış bir sonuç değildir. Sicim kuramının kendi sayfası Sicim kuramı, rakip yaklaşım için ise Döngü kuantum kütleçekimi sayfası var.

Astronomi bağı da burada başlar: Kuantum kütleçekimin hayati olduğu iki yer kara deliklerin merkezi ve evrenin ilk anıdır. Bunlar kitabın "Tanrı Denklemi"ne neden bu kadar önem verdiğini açıklar. Evrenin genişlemesini ve ilk anlarını anlatan modellerin tam bir kuantum kütleçekim kuramı gerektirmesi bu yüzden astronomik bir sorudur. Kuantum kuramının temelini Kuantum mekaniği sayfasında bulabilirsiniz.

Kitabı değerlendirirken bu ayrımı korumak gerekir: Kaku bir alanın uzmanıdır ve onun uzmanlık alanı sicim kuramıdır; kitap bu alandan bir bakış sunuyor. Fizik camiasında sicim kuramının geleceğine dair görüşler ayrışıyor ve kuramın deneysel sınanamazlığı eleştiri konusudur.

Etkisi ve karşılanışı

Kitap çıktığı hafta New York Times kurgu dışı çok satanlar listesine 6. sıradan girdi (10 Nisan 2021'de biten hafta). Bu yazıda kitabın eleştirmen değerlendirmelerinin ayrıntısına yer vermiyoruz; doğrulayabildiğimiz tek veri, çok satanlar listesindeki yeri. Türkiye'de kitap Tanrı Denklemi: Her Şeyin Teorisi Arayışı adıyla ODTÜ Geliştirme Vakfı Yayıncılık'tan çıktı; yayıncı kaydına göre bu baskı 184 sayfa.

Kitabın yayımlandığı dönemde sicim kuramı, kamuoyunda ve fizikçiler arasında hem büyük ilgi hem de ciddi şüphe toplayan bir konuydu. Kaku'nun kitabı bu tartışmayı sıradan okura taşıyan, ama tartışmanın bir tarafını güçlü biçimde savunan bir metindir; bu yüzden aynı konuda karşı görüşleri de okumak, kitabı daha doğru değerlendirmeye yardım eder.

Uyarlamaları

Kitabın bir film ya da dizi uyarlaması yok. Aynı arayışı bir bilim insanının hayatı üzerinden anlatan film arıyorsanız sitemizdeki Her Şeyin Teorisi (The Theory of Everything) sayfasına, kitap olarak ise Her Şeyin Teorisi (Stephen Hawking) sayfasına bakabilirsiniz.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

Kitap, genel okur için yazılmış bir popüler bilim kitabıdır ve ilk baskısı 240 sayfadır; lise düzeyinde fizik bilgisi başlamak için yeterlidir. Fizik tarihine ilgi duyan, kuantum ve kütleçekim arasındaki uyumsuzluğun nereden çıktığını merak eden okurlar için iyi bir ilk adımdır. Yine de "bilimin cevabını bulduğu" izlenimini bırakmaması gerekir: Kitabın savunduğu kuram henüz kanıtlanmış değildir. Yazarın diğer kitaplarıyla karşılaştırırsanız, Olanaksızın Fiziği daha eğlenceli bir giriş, Hiperuzay ise daha yüksek boyutlara odaklanan bir kitaptır.