Yazının başlığında iki soru var, izninizle ben ikinci sorudan başlamak istiyorum.

Biz çoğunlukla 4 boyutlu bir dünyada yaşıyoruz, ömrümüzün önemli bölümü bu dört boyutlu dünyada geçiyor.

Bu cevap sizi şaşırtmış olabilir, şaşırmayın: Bizim için dördüncü boyut zaman boyutudur. “Beş dakikaya geliyorum” dediğinizde, üç boyutlu bir nesne olarak dördüncü boyutta yolculuk yaptığınızı anlatmak istiyorsunuz.

Ama biz kendi yaşadığımız evrende üç boyutlu dünyaya ve hatta iki boyutlu dünyaya da alışkınız. Yani bütün bu boyutları aynı anda deneyimliyoruz.

Bu yazıyı okumak için bir ekrana bakıyorsunuz, okuduğunuz yazı iki boyutlu sadece. Ama okurken elinizde tuttuğunuz telefon veya masanın üzerinde duran bilgisayar elbette üç boyutlu.

Biz iki ve üç boyutlu evrenlere aşinayız, gündelik hayatımızda ama yine de aslında mesela iki boyutlu dünyayı gerçek anlamda idrak etmekten uzağız; bunun sebebi bizim üç, hatta dört boyutlu olmamız.

Henüz okumayanlarınız varsa, 1838-1926 yılları arasında yaşamış bir matematikçi ve yazar olan Edwin A. Abbott’un “Düzdünya” adlı minik kitabını çok tavsiye ederim. Kitabın Türkçesi de var, ama dileyen İngilizcesini hemen buradan okuyabilir.

Bu kitap bize iki boyutlu bir dünyada yaşadığımızı hayal ettirmeye çalışır ama aslında onu sadece biz üç boyutlu (veya dört) varlıklar olduğumuz için hayal edebiliriz. Yoksa gerçekten iki boyutlu bir evrende yaşayan akıllı varlıklar olsa, onlar iki boyutlu olduklarını bile bilemezdi. Kitabın son bölümleri, yazarın iki boyutlu evdendekilere üç boyutlu bir evreni hayal ettirmeye çalışması hakkındadır ve sahiden çok eğlencelidir. Edemezler hayal.

Dikkat edin, aslında biz de gerçekten dört boyutlu bir evrende yaşadığımız halde üç boyuttan ötesini hayal etmekte zorlanıyoruz.

Ama üzülmeyin, yüksek boyutları hayal etmekte zorlanan sadece siz değilsiniz. Örneğin Albert Einstein da zorlanıyordu, hele daha çok boyutlu evrenlerin matematiğini hiç beceremiyordu. Oysa genel görelilik teorisini yazarken buna ihtiyacı vardı.

Yardım istemek için yakın dostu, büyük matematikçi David Hilbert’e, Göttingen Üniversitesine gitti. Hilbert, Einstein’ın derdini öğrendiğinde onunla hafifçe alay etti, camdan dışarıyı gösterip “Şuradaki herhangi bir matematik doktora öğrencisine sorsan sana anlatır” dedi.

Gerçekten de, uzay geometrisi ve topoloji gibi özel matematik dallarıyla uğraşan matematikçiler için beş, altı boyutlu evrenleri hayal etmek, bu tür evrenlere ilişkin matematik yapmak gündelik bir alışkanlık ama biz sıradan ölümlüler için gerçekten hayal etmesi zor bir durum.

Örneğin ‘Sicim Teorisi’ adı verilen bir fizik teorisi var. Bu teori 10 boyutlu uzaylardan söz ediyor ama en çarpıcısı 2 boyutlu uzayın sadece soyut bir şey olduğunu söylüyor, “böyle bir evren yok” diyor. Sicim Teorisiyle uğraşanlara göre eğer yeterince yakından bakabilirsek, bizim iki boyutlu dediğimiz şeylerin de aslında üçüncü boyutu var. Nitekim o sayede sicim titreşiyor, o titreşimler kuantum titreşimleri oluyor, evreni bir arada tutuyor bu teoriyi savunanlara göre.

Her neyse, sicim teorisine daha fazla girmeyelim, çıkamayız. Konumuza dönelim…

Bir an için kendinizi bir nötron yıldızının yüzeyinde hayal edin. Bu, eskiden kocaman bir yıldızdı, sonra kendi çekim gücüyle içine çöktü ama çekim gücü yeterince büyük olmadığı için kara deliğe dönüşemedi ve şimdi hemen hemen mükemmel bir küre haline dönüştü.

Fizikçilere göre nötron yıldızı o kadar mükemmel bir küre ki, eğer bu yıldızın üzerinde bir “dağ” olsa, o dağın yüksekliği 1 milimetreyi bile bulamazdı. Dolayısıyla siz o yıldızın üzerine gerçekten gitseniz ve hayatta kalmayı da başarsanız o inanılmaz kütle çekimi yüzünden aslında iki boyutlu bir varlığa dönüşürdünüz. Yıldızın yüzeyi orada yaşayan açısından iki boyutlu olduğu halde biz uzaktan bakanlar hala yıldızı bir küre, yani üç boyutlu nesne olarak görürdük.

Sizi boyutlar hakkında düşündürmeye çalışan bu kısım aslında bu yazının esas anlatmak istediği konuya bir giriş mahiyetindeydi.

10Haber’de dün Microsoft’un bu hafta açıkladığı ve eğer doğru çıkarsa dünyamızı kökünden değiştirecek bir buluşla ilgili oldukça uzun ve ayrıntılı bir haber vardı.

Bütün haberi burada tekrar etmeyeceğim, kaçırdıysanız az önce verdiğim linkten haberi okuyabilirsiniz zaten, ben özünü söyleyeme çalışacağım:

Dünyamız “kuantum bilgisayar” adı verilen ve bugünkü bilgisayarlarımızla işlem gücü bakımından kıyaslanamayacak büyüklükte işlem gücü vaat eden bilgisayarları yapmaya çalışıyor.

Bunları yapmakla ilgili başlıca güçlük, bu bilgisayarların işlem birimi olan “kübit”lerin sayısını arttırmak. Her bir kübit için neredeyse dev sayılabilecek yapılar kurmak, bunları özel şartlarda tutmak vs vs gerekiyor. Dolayısıyla kuantum bilgisayarı ölçeklendirmek çok zor ve masraflı bir iş.

Ama geçen hafta Microsoft açıkladı ki bir avuç içine sığacak kadar küçük olan bir yapı sayesinde artık belki 1 milyon kübite birden ulaşmak mümkün olabilecek.

Peki nasıl olacak da, eskiden devasa antrepolar gerektiren kübitler avuç içine sığacak?

İşte bunun sırrı iki boyutlu bir materyalde gizli. O yüzden bu yazının başında boyutlar meselesini uzun uzun yazdım.

Nedir bu iki boyutlu materyal peki?

Biraz geri dönelim şimdi. “Bir atom düşünün” dediğimde hepimizin gözünün önüne lise ders kitaplarında gördüğümüz meşhur şekil gelir. Ortada bir çekirdek, etrafında dönen elektronlar.

Boşverin elektronları, ortadaki çekirdeğe bakalım. Orada ‘Proton’ adı verilen + elektrik yüklü bir parçacık ve bir de “nötron” adı verilen elektrik yükü olmayan parçacık var.

Bunların ikisi de temel parçacık değiller. Yani başka parçacıkların birleşmesiyle meydana gelmiş şeyler.

O başka parçacıklara Fizikçiler “kuark”, “lepton” ve “bozon” adını veriyor. Onlar kendi içlerinde bir hayli farklılık gösteriyorlar ama ben kafanızı çok karıştırmak istemiyorum. Bu temel parçacıklar aslında iki ana türe ayrılıyor: Kendine ait bir kütlesi olanlara “fermiyon” diyoruz, kütlesi olmayan sadece güç taşıyanlara ise “bozon.”

Konumuz burada isimlerini büyük İtalyan fizikçi Enrico Fermi’den alan fermiyonlar. (Bozonlar da isimlerini Hintli fizikçi Bose’den alıyorlar.)

Fizikte ‘Standart Model’ olarak adlandırılan model, iki temel fermiyondan söz eder: Kuarklar ve leptonlar.

Bunlar tabii kimsenin gözüyle gördüğü şeyler değil, varlıklarını ancak yarattıkları etkileri ölçerek anlayabiliyoruz. Onu anlamamızın yolu da matematiksel teoriler kurmak, “Olsa olsa burada falanca enerji seviyesinde bir şey vardır” demek, sonra da o enerji seviyesinde bir olay gözleyecek olursak da varsaydığımız şeyin deneysel olarak kanıtlandığını söylemek.

Dolayısıyla bütün bu kuarklar ve leptonlar bir düzeyde baktığınızda tamamen matematiksel, neredeyse soyut varlıklar. Tam da bu sebeple fermiyonları salt matematiksel açıdan söyleyen pek çok teori var. Ama en yaygın üç matematiksel fermiyon, “Weyl fermiyonları”, “Dirac fermiyonları” ve “Majorana fermiyonları” adını taşıyor.

Bu fermiyonlara ismini veren üç kişi de çok büyük, deha seviyesinde fizikçilerdi.

Microsoft’un yaptığını söylediği buluş buradaki üçüncü türle, yani Majorana fermiyonlarıyla ilgili. (Bu tür fermiyonlara adını veren İtalyan fizikçi Ettore Majorana da dünkü 10Haber haberinde anlatılıyordu, burada ona girmiyorum o yüzden.)

Majorana fermiyonlarına “quasi particle” adı veriliyor, bazen “yarı parçacık” diye söylendiği de oluyor ama kelimenin tam karşılığı “neredeyse parçacık.”

Bu parçacıklar biraz atanamamış öğretmenler gibi. Öğretmen olmuşlar, çünkü okuldan mezunlar ama atamaları yapılmadığı için “öğretmen” değiller.

Majorana fermiyonları da kütle kazanmışlar ama tam olarak parçacık da olamamışlar. Çünkü onlar iki boyutlu.

Hemen itiraz etmeyin, bir şeyin hem kütlesi olup hem o şey nasıl iki boyutlu olabilir demeyin. Burada matematiğin alanındayız.

Microsoft iddia ediyor ki, “Biz bu iki boyutlu parçacığı gözledik, gözlemekle kalmadık onu manipüle etmeyi başardık ve bu sayede bir kübit yarattık. Yarattığımız bu kübit o kadar küçük yer tutuyordu ki, işte avuç içine sığan bu işlemciye onlardan bir milyon tanesini yerleştirmek bile mümkün.”

Microsoft, bu iki boyutlu parçacığı “topolojik durum” adı verilen bir hale soktuğunu söylüyor. Bu “hal” maddenin katı, sıvı veya gaz halinden tamamen farklı yeni bir “hal.”

Bunların her biri çok ama çok büyük iddialar. Çünkü Majorana parçacığı bugüne kadar gözlenebilmiş değil. Yine Ettore Majorana tarafından varlığı 1937 yılında öne sürülen nötrinoları bilim milyarlarca dolar ve on yıllar harcayarak ancak 2017’de gözleyebildi. Nötrinolar, iki boyutlu falan da değiller bu arada. (Geçen hafta bu köşede nötrinoları yazmıştım.)

O yüzden fizik dünyası Microsoft’un açıklamalarına kuşkuyla yaklaşıyor ve onların makalelerini titizlikle okuyor. Önümüzdeki haftalarda bu konuda daha çok açıklama ve haber çıkacaktır, şimdilik neredeyse bütün bilim basını ve “bilim influencer”ları Microsoft’un ne büyük iş başardığını anlatmakla meşgul.

Şu toz duman bir dağılsın, bakalım 17 yıldır bu konuda çalıştığını söyleyen Microsoft sahiden bir şey bulmuş mu? Eğer bulmuşsa, sahiden çok büyük bir şey oldu çünkü.