Bin Formüle Bedel: Feynman Diyagramları - Bölüm 2
31 Eki 2021
Bu videoda oy verenler…
Kuantum mekaniğini yeni bir seviyeye taşıyarak formülleriyle artık bu teorinin atomaltı evreni kusursuz bir şekilde açıkladığı görülmüştü. Böylece fizikte yepyeni bir kapı kapanmamak üzere açılmıştı. Artık bu evrende keşfedilecek ne varsa fizikçiler onun peşine düşmüştü. Yeni norm buydu.
Artık keşfedilmeyi bekleyen sorunlardan biri de özellikle **yüklü parçacıkların davranışıydı**. Kuantum mekaniği henüz elektron gibi yüklü parçacıkların hareketini açıklamaya yetmiyordu. Yani elektromanyetizma ile kuantum fiziği henüz barışmamıştı.
Elbette fizikçiler, elektrik yükü taşıyan parçacıkların etkileşimini inceleyen **elektrodinamiğe** yönelmişti. Ancak klasik elektrodinamiğin artık modası geçmişti. Burada yeni bir bakış açısına ihtiyaç vardı.
Tam bu noktada, 1927 **Solvay Konferansı**’na katılan en genç fizikçi olan **Paul Dirac** devreye girecekti. Dirac, kuantum mekaniği ile elektromanyetizmayı bir araya getiren **kuantum elektrodinamiğinin** fitilini ateşledi.
Işığın emilimi, emisyonu ve yayılımını ilk kez tutarlı ve doğru bir şekilde ifade etmişti. Bugün optikle ilgili bildiğimiz birçok şeyin temelini de atmıştı. 1927’de yayınladığı **ışığın kuantum teorisi** bunun önemli bir parçasıydı.
Ancak özellikle elektromanyetik alan ile kuantumu birleştirirken ürettiği formüllerle sorunlar yaşıyordu. Bir keresinde:
> “Bazı formüller onları yaratanlardan daha zeki olabiliyor.”
demişti.
Bu aslında oldukça mütevazı bir bakış açısıydı. Dirac deneyden çok **matematikle fiziksel gerçeklikleri tahmin edebilen** sıra dışı bir dahiydi. Hatta antimaddeyi — özellikle **pozitronu** — adeta şapkadan çıkarırcasına öngörmüştü.
Ama Dirac zaten başlı başına bir belgeseli hak ediyor. Biz tekrar hikâyemize dönelim.
---
Normal bir gün. **Richard Feynman** Cornell Üniversitesi’nin kafeteryasında oturuyor. Kendi sözleriyle olay şöyle gerçekleşiyor:
> “Öğle yemeği yiyordum. Bu sırada biri tabağını havaya fırlattı. Üzerinde Cornell’in mavi logosu vardı. Tabak havada süzülüp yere düşerken yalpalamaya başladı. Üzerindeki mavi logo da tabakla birlikte yalpalıyordu. Ama bir gariplik vardı. Sanki logo tabaktan daha hızlı dönüyordu.”
Bu ilişki Feynman’ın kafasını kurcalamaya başladı.
> “Bir önemi olması gerekmiyordu. Ama denklemleri düşünmeye başladım.”
Dönen nesnelerin hareketine dair denklemler gittikçe daha ilginç görünmeye başlamıştı. Bu tabağın dönüşü ona elektronların **spin** davranışıyla ilgili bir problemi hatırlatmıştı.
Sonrasında ise her şey bir anda çözülmeye başladı.
Sanki gazlı bir içeceği sallayıp kapağını açmışsınız gibi: fikirler birbiri ardına geliyordu.
Hatırlarsınız, **Dirac’ın formülleri sonsuzluk veriyordu**. Bu kabul edilemezdi. Feynman ise bu sonsuzlukların aslında bir sorun olmayabileceğini fark etmişti. Ona göre fizikçiler yanlış yerden bakıyordu.
Feynman çok spekülatif fikirlerin peşinden koşmayı sevmezdi. Çoklu evrenler ya da yeni kuvvetler hakkında boş konuşmak yerine **test edilebilir problemlerle** uğraşmayı tercih ederdi.
Elektrodinamikteki sonsuzluk problemini çözmek için devrimsel bir fikir ortaya attı.
O zamanlar kendisi de fizikçi olan kız kardeşi, çalışma kâğıtlarına bakıp sormuştu:
— “Bunlar ne?”
Feynman cevap vermişti:
— “Çalışmalarım.”
Ama ortada formül yoktu. Sadece garip çizimler vardı. Devre şemalarına benzeyen çizgiler…
Feynman gülümseyerek şöyle demişti:
— “İşte benim çalışmalarım bunlar.”
Bunlar bugün **Feynman diyagramları** olarak bildiğimiz çizimlerdi.
Kuantum elektrodinamiğinde herkesin boğulduğu karmaşık formülleri bir kenara bırakıp, sorunu birkaç çizgiyle anlatmayı mümkün kılmıştı.
Bu basit görünen şemaların içinde inanılmaz derecede karmaşık matematik saklıdır. Ama aynı zamanda kaosun içindeki düzeni de çok net gösterirler.
---
II. Dünya Savaşı’ndan sonra fizikçiler elektromanyetizmayı daha iyi anlamaya çalışıyordu.
Neden benzer yükler birbirini iter?
Neden zıt yükler birbirini çeker?
Elektrodinamiğin temel sorusu buydu.
Ancak iki büyük problem vardı:
**1.** Tüm parçacıkların — hatta sanal parçacıkların bile — etkileşimini gösteren denklemleri yazmak neredeyse imkânsızdı. Olasılık sayısı **sonsuzdu**.
**2.** Parçacıklar çarpışıp yeni parçacıklara dönüştüğünde ortaya çıkan olasılık sayısı yine **sonsuz** hale geliyordu.
İşte “sonsuzluk problemi” denilen şey buydu.
1948’de **Richard Feynman** bir konferansta bu soruna çözüm sundu.
Parçacık etkileşimlerini **görsel diyagramlarla** ifade ediyordu.
Bu diyagramlarda:
* **Düz çizgiler:** elektron gibi kütleli parçacıkları
* **Dalgalı çizgiler:** foton gibi kuvvet taşıyan parçacıkları
gösterir.
Her diyagram aslında uzay-zamanda gerçekleşen bir parçacık etkileşiminin hikâyesidir.
Her bir çizgi ve köşe, kuantum elektrodinamiği denklemlerinin bir bölümüne karşılık gelir.
Ortadaki bölgelerde ise sanal parçacıklar oluşur ve yok olur. Hatta matematiksel olarak **zamanda geri gidiyormuş gibi** davranabilirler.
---
Feynman’ın yaklaşımı şuydu:
> “Tüm olasılıkları tek tek hesaplamaya gerek yok.”
Bu bakış açısı fizikçileri yıllardır içinde oldukları matematiksel bataklıktan çıkarmıştı.
Ama diyagramları herkes hemen anlayamadı.
Bu noktada **Freeman Dyson** devreye girdi. Dyson, Feynman diyagramlarını matematiksel dile çevirerek araştırmacıların kullanabileceği forma soktu.
Ve burada **renormalizasyon** ortaya çıktı.
Bu yöntem sayesinde sonsuz görünen hesaplamalar **sonlu ve anlamlı sonuçlara** dönüştürülebiliyordu.
---
Bundan sonra teorik fizikte hiçbir şey eskisi gibi olmadı.
Bugün bile fizikçiler parçacık etkileşimlerini hesaplamak için hâlâ Feynman diyagramlarına başvururlar.
Bir söz vardır:
> “Bazen bir fotoğraf bin kelimeden daha değerlidir.”
Feynman’ın yaptığı da tam olarak buydu.
Evrendeki tüm olaylar — yıldızların oluşumu, gezegenler, yaşamın başlangıcı — aslında **atomaltı parçacıkların etkileşimlerine dayanır**.
Feynman diyagramları bu etkileşimleri bize **iki boyutlu bir resim halinde** gösterir.
Bu sayede yeni parçacıklar keşfedildiğinde fizikçiler hemen şunu sorar:
“Bu etkileşim hangi diyagrama karşılık geliyor?”
Eğer diyagramda olmayan bir şey gözlenirse, bu **yeni bir parçacığın ya da yeni bir etkileşimin** işareti olabilir.
---
Bu çalışmalar nedeniyle **1965 yılında**
**Richard Feynman**,
**Julian Schwinger** ve
**Shinichiro Tomonaga**
birlikte **Nobel Prize in Physics** ödülünü kazandılar.
Ama Feynman için ödüller hiçbir zaman önemli değildi. Onun için asıl ödül **yeni bir şeyi anlamak ve keşfetmekti.**
---
Ayrıca çok renkli bir kişiliğe sahipti.
1959’da eşi **Gweneth Howarth** ile birlikte bir minibüs almış ve minibüsü tamamen **Feynman diyagramlarıyla boyamışlardı**.
Kızının anlattığına göre bir gün biri minibüse bakıp sormuş:
“Bunlar Feynman diyagramları mı?”
Feynman gülerek cevap vermiş:
“Hayır, bunlar **benim diyagramlarım**.”
https://www.youtube.com/watch?v=eN-Xg95-XDE