Çok uzun zamandır Kindle’ımda bekliyordu; nihayet bu hafta okumaya başladım, şimdi de elimden bırakamıyorum. Nobel ödüllü fizikçi Frank Wilczek’in ‘Fundamentals-Ten Keys to Reality’ (Temeller: Gerçekliğin 10 Anahtarı) adlı kitabından söz ediyorum.

Wilczek bol ödüllü bir teorik fizikçi ve çok da renkli bir kişilik. Bilimi popüler dile indirgemekte, zor konuları son derece anlaşılır anlatmakta üstüne yok. Uzun süre The Wall Street Journal gazetesinde bilim köşesi yazdı; çok sayıda da kitabı var. Bazı kitapları Türkçe’ye de çevrilmiş durumda. Umarım ‘Gerçekliğin 10 Anahtarı’ da Türkçeye çevrilir ve yayınlanır.

Ben bugün Wilczek’in okumakta olduğum kitabından söz etmeyeceğim, onun yerine geçen yıl The Wall Street Journal gazetesinde çıkan bir yazısını size aynen çevirmeye çalışacağım.

Malum yaz ayları gelmek üzere ve pek çoğumuz mayo veya bikini giyme telaşında, kilo vermeye uğraşıyor. Ve bu evrendeki hemen hemen her şey gibi kilo vermek de son kertede fizik bilimiyle ilgili bir konu.

Nobel ödüllü bir fizikçinin son derece zor iki konuyu, atomaltı fiziği ve kilo verme meselesini nasıl bir araya getirebildiğini görün istedim.

Bana soracak olursanız dünyamız böyle insanlarla ve onların böyle yazılarıyla güzelleşiyor.

Wilczek’in 26 Ocak 2023’te The Wall Street Journal gazetesinde çıkan yazısı şöyleydi:

***

Yeni yılla birlikte pek çok kişi kendi kendine ‘Bu yıl kilo vereceğim’ diye sözler verdi. Onlar çoğunlukla kendi kendilerine ‘Nereden geldi bu kilolar’ diye soruyor. İşte cevabı:

Albert Einstein’ın E=mc2 denklemi fizikteki en meşhur denklemdir. Enerjinin (E) kütlenin (m) ışık hızının (c) karesiyle çarpımına eşit olduğunu söyler. Yani kütle enerjiye dönüştürülebilir. Bu konsept güneşin içinde ve diğer yıldızların yanı sıra nükleer reaktörlerde ve nükleer silahlarda gerçeğe dönüşür; bazı atom çekirdekleri daha düşük kütleli diğer atom çekirdeklerine dönüşürken aradaki fark da enerji olarak serbest kalır.

Biz E=mc2 denklemini tam tersten de yazabiliriz, yani m=E/c2 olarak. Bu da kütlenin de enerjiden kaynaklandığını söyler ki çoğu zaten öyledir!

Bu denklemin ortaya koyduğu şey modern fiziğin büyük zaferlerinden biridir.

Gelin daha yakından bakalım. Atomun bütün kütlesi ve genel olarak sıradan maddelerin kütlesi atomun çekirdeğindeki proton ve nötronlardan kaynaklanır. Proton ve nötronlar ise quark ve gluon adı verilen parçacıklardan meydana gelir. Ama proton ve nötronu ortaya çıkaran quark ve gluonların kendi kütleleri yok denecek kadar azdır. Gluonlar sıfır kütlelidir. ‘Yukarı’ ve ‘Aşağı’ diye adlandırılan quarklar ise protonun bütün kütlesinin sadece yüzde 1’ini oluşturur. Peki öyleyse kalan kütle nereden geliyor?

Protonun içinde onu meydana getiren quark ve gluonlar çok büyük bir hızla döner. Bütün bu hareketin anlamı protonun bir kinetik enerji toplamı olmasıdır. Ve işte m=E/c2 denklemini kullanarak protonun kütlesinin tam olarak bu hareket enerjisine eşit olduğunu buluruz.

Peki bu olağanüstü sonuçtan nasıl emin olabiliyoruz? Quarklar ve gluonlar proton ve nötronların yanı sıra başka örüntülerin etrafında da dönerler. Mezonlar ve baryonlar diye adlandırılan bu örüntülerin çoğu istikrarsızdır ama yine de bazıları yeterince uzun süre deneysel olarak gözlenebilir ve ağırlıkları ölçülebilir. Tabii burada ‘ağırlıklarını ölçmek’ten kasıt onları alıp tartının üstüne koymak değil, mezon ve baryonları kütle ve hareketleri bozunurken izlemek ve görelilik teorisinin formüllerini kullanarak hesap yapmak.

Fiziğin teoriler dünyasında bir de quark ve gluonların birbiriyle nasıl ilişkiye girdiğini açıklayan ve bugüne kadar pek çok gözlemsel testten başarıyla geçmiş bir teorimiz var: Kuantum kromodinamik veya QCD. Aslında QCD’nin denklemlerini çözmek hayli zordur ama bazı akıllı insanlar süper bilgisayarların da yardımıyla bunu gayet güzel yapar. Bu sayede hem bu hareketlerin, hem de proton ve nötronların ne kadar enerji (ve m=E/c2 denklemine göre ne kadar kütle) içerdiğini hesaplarlar. Teori ve gözlem çok güzel biçimde birbirine uyumlu çıkar, bu da bizim anlayışımıza olan güvenimizi pekiştirir.

Eğer kilonuzdan ötürü rahatsızsanız belki bu kilonun gerçekte sizin enerjinizi yansıttığını öğrenmekten memnun kalırsınız. Belki de kalmazsınız. Maalesef proton ve nötronların içindeki quark ve gluonlar yavaşlatılamaz, enerjileri azaltılamaz. Kilo vermenin sihirli bir atomaltı formülü yok.

Fazla kilolarınızdan kurtulmanın yegane geçerli formülü gerçekte sizin de bildiğiniz formül: Sizden eksilen proton ve nötronların miktarının her gün aldığınız proton ve nötronlardan daha fazla olması. Spor yapmak enerji harcamayı hızlandırdığı için vücudunuzdan proton ve nötronların eksilmesini arttırır. İyi şanslar!