Fizikte cevap bekleyen sorular

"Gün gelir de bilim biter mi?" diye düşünenler için müjdem var. Üzerinde çalışma yapmak için ne gibi konular var diye merak ediyor musunuz? Pekala, buyurun sizinle cevap bekleyen sorulara doğru bir yolculuğa çıkalım. Bu soruların bir amacı da piyasada görüşlerini desteklemek için bilimden yararlandığını ileri süren kişilerin yazdıklarını okurken veya sözlerini dinlerken nerelere dikkat etmek gerektiğini bilgilerinize sunmaktır.

Original by John Baez

Kozmoloji ve astrofizik

1. Big Bang sırasında veya Big Bang'dan önce neler oldu? Başlangıçta gerçekten bir tekillik (singularity) var mıydı? Bu sorunun hiçbir anlamı olmayabilir, ama olabilir de. (Bilimsel açıdan anlamsız soru ne demektir?) Evrenin tarihi geriye doğru sonsuza kadar gider mi, yoksa sonlu bir zaman mıdır?

2. Evrenin geleceği sonsuza kadar gider mi, yoksa sonlu mudur? Gelecekte Büyük Çökme (Big Crunch) gerçekleşecek mi? Evren mekan bakımından sonsuz mu?

3. Zaman niye tek yönlü olarak akar? Gelecek geçmişten niçin bu kadar farklıdır? Evren sonluysa ve geriye kendi üstüne çökecekse, zamanın termodinamik oku da büyük çökmeye giden yolda ters yöne akacak mı? Böyle olursa bunun ne gibi sonuçları olabilir? Örneğin, mezarımızdan kalkıp, anamızın rahmine mi döneriz?

4. Uzayzaman gerçekten 4 boyutlu mudur? 4 boyutluysa, niye? Değilse, kaç boyutludur? Yoksa bu saçma bir soru mudur? Yeterince kısa ölçeklerde incelenince uzayzaman gerçekte bir manifold olmayabilir mi?

5. Kara delikler gerçekten var mı? (Teori ve dolaylı kanıtlar var diyor gibi, ama?) Hawking'in öngördüğü gibi gerçekten enerji yayınlar ve buharlaşırlar mı? Böyleyse, sonlu bir zaman geçip de tüm enerjilerini yayınladıktan sonra ne olur? Geriye ne kalır? Kara delikler enerjinin, momentumun, açısal momentumun ve elektrik yükünün korunumu dışındaki bütün korunum yasalarını gerçekten çiğner mi? Kara deliğe düşen bir cismin sahip olduğu bilgiye ne olur? Kara delik buharlaştıkça bu bilgi kaybolur mu? Bu, quantum mekaniğinde bir modifikasyon gerektirir mi?

6. Kozmik Sansür hipotezi doğru mu? Çöken izole çekim sistemleri düzgün bir olay ufkunu geliştirerek onu arkasında gizlenirler mi? Kozmik Sansür göçerse, çıplak tekillikler neye benzer, ne gibi acayip sonuçlar ortaya çıkar?

7. Galaksiler niçin öbekler halinde ve ince tellere benzeyecek şekilde dağılmıştır? Evrendeki maddenin çoğu niye baryoniktir? Bu, yeni fizikle çözülebilecek bir konu mudur?

8. Kahverengi cüceler, Jüpiterler vs gibi gözlenemeyen maddeyi hesaba katmak için elimizden geleni yaptığımız halde, galaksilerin çekimsel kütlesi niçin görebildiklerimizden daha fazlaymış gibi çıkıyor? Kayıp "karanlık madde" var mı? Varsa, karanlık maddenin mahiyeti nedir? Baryonik mi, nötrino mu yoksa daha egzotik bir şey mi? Yoksa, bizim çekim anlayışımızda mı bir sorun var? Ya da ne?

9. Kozmik Gamma Işınları patlamalarının kaynağı nedir? Bazı müthiş astronomik olaylar sonucu ortaya çıktığı sanılan bu esrarengiz patlamalarla ilgili olarak yüzlerce teori ileri sürülmüştür.

10. Çok yüksek enerjili kozmik ışınların kaynağı ve mahiyeti nedir? Bu, ABD deki Sinek Gözü adlı detektörün kaydettiği yaklaşık 300 EeV şiddetindeki kozmik ışın sağanağıdır. Benzer bir olay Japon Scintillation dizisi AGASA tarafından da kaydedildi. Bu olaylar ilk tespit edildiklerinde beklenenden çok daha fazla şiddetliydiler. Şimdiye kadar sadece epey spekülatif birkaç teori ileri sürüldü.

Parçacık ve quantum fiziği

11. Fizik yasaları sağ ile sol, geçmiş ile gelecek ve madde ile antimadde arasında niçin simetrik değildir? CP ihlalinin mekanizması nedir? Zayıf etkileşimlerdeki parite ihlalinin kaynağı nedir? Şimdiye kadar tespit edilememiş zayıf sağ elli zayıf akımlar var mı? Varsa, simetriyi bozan nedir? CP ihlali standart model içinde bütünüyle açıklanabilir mi, yoksa yeni bir kuvvet veya mekanizma mı gerekiyor?

12. Temel kuvvetlerin (elektromagnetizm, zayıf ve güçlü kuvvetler, ve çekim) şiddetleri niçin şimdi olduğu gibidir? Elektromagnetizmin şiddetini ölçen ince yapı sabiti niçin 1/137.036 dır? Tabiatın bu boyutsuz sabitesi nereden geliyor? Yeterince yüksek enerjilerde bu kuvvetler birleştirilebilecek mi?

13. Lepton ve quarkların niçin 3 ırkı vardır? Kütle oranları niçin öyledir? Mesela muon kütlece 207 kat ağır olması dışında her bakımdan niçin kesinlikle elektron gibidir? Niçin vardır ve niçin kesinlikle bu kadar ağırdır? Quarkların veya leptonların bir içyapıları var mıdır?

14. 4 boyutlu uzayzamanda etkileşen ve serbest olmayan alanları tanımlayan, kendi içinde uyumlu ve kabul edilebilir bir quantum alan teorisi var mı? Örneğin, standart model matematiksel olarak uyum içinde midir? Ya quantum elektrodinamik (QED)? Noktasal parçacıkların klasik elektrodinamiği için bile matematiksel bakımdan tatminkar ve sağlam bir formülasyon bulunmuyor.

15. QCD quark dinamiğinin doğru bir ifadesi mi? Proton, nötron, pion vs gibi hadronların kütlelerini standart modelden hesaplamak mümkün mü? QCD yüksek sıcaklıklarda quark/gluon serbest kalma faz geçişini öngörüyor mu? Bu geçişin mahiyeti nedir? Tabiatta gerçekten olur mu?

16. Niçin antimaddeden çok madde bulunur, en azından bu civarda? Evrenin her tarafında madde gerçekten antimaddeden çok mudur?

17. Quantum fiziğinde "ölçme" ile ne kastedilir? "Dalgafonksiyonunun çöküşü" fiziksel bir proses olarak mı gerçekleşir? Öyleyse nasıl ve hangi şartlar altında? Değilse, onun yerine ne olur?

18. Görünüşte quantum alan teorisi tarafından öngörülen muazzam (muhtemelen sonsuz) vakum enerji yoğunluğunun çekim etkileri nelerdir? O gerçekten muazzam mıdır? Öyleyse niçin muazzam bir kozmolojik sabit gibi davranmaz?

19. Güneşten gelen nötrino akısı niçin öngörülenle uyumlu değildir? Bu uyumsuzluk gerçekten önemli midir? Öyleyse bu uyumsuzluk güneş modellerinde mi, nükleer fizik teorilerinde mi yoksa nötrino teorilerinde mi? Nötrinolar gerçekten kütlesiz mi?

Yoğunlaşmış madde ve lineer olmayan dinamik

20. Sonoluminisansın sebebi nedir? Sonoluminisans sıvılarda sesin sebep olduğu küçük ışık patlamalarıdır. Sıvıda ses dalgasının alçak basınç noktalarında kabarcıklar oluşur, sonra yüksek basınç dalgası geçerken bunlar tekrar çöker. Çökme noktasında küçük bir ışık parıltısı üretilir. Bu olayın kesin nedeni yoğun bir spekülasyon ve araştırma konusudur.

21. Türbülans nasıl anlaşılabilir ve onun etkileri nasıl hesaplanabilir? Bu en eski sorulardan biridir.

22. Yüksek sıcaklık süperiletkenliğinin sebebi nedir? Oda sıcaklığında süperiletken olabilecek bir malzeme yapmak mümkün müdür? Düşük sıcaklıklardaki süperiletkenlik 1957'den beri BCS teorisi çerçevesinde anlaşılabiliyordu, fakat yüksek sıcaklıklardaki süperiletkenlik 1986'da keşfedildi ve hala açıklanamadı.

Büyük soru

Bu son soru yukarıdaki kategoriler arasında bir yerde oturur.

Çekimin quantum teorisini kuracak şekilde quantum mekaniği ve genel relativite nasıl birleştirilebilir? Einstein'ın çekim teorisi (klasik GR) mikroskopik limitte de doğru mudur, yoksa gözlenen limit(ler)le uzlaştırmak için modifikasyonlar yapılmalı mıdır / yapılabilir mi? Çekim gerçekten eğrilik mi? Değilse ne ve niye eğrilik gibi davranıyor?

Bu sorunun cevabı hem yukarıdaki diğer soruların çoğunun cevaplarına bağlı olacak, hem de muhtemelen aynı zamanda o cevapların büyük bir kısmını oluşturacaktır.