Max Rauner

Saatler acımasızdır. Amerikalı koşucu Jon Drummond start blokundan ayrıldığında, Stade de France'daki kronometre yalnızca 0,052 saniye göstermekte ve bu, izin verilen reaksiyon süresinden 48 milisaniye daha hızlı. Çıkış hatası ve kırmızı kart. Drummond öfkeleniyor, ağlıyor, çarmıha gerilmişçesine tartan piste uzanıyor ve Paris'teki Dünya Atletizm Şampiyonasına engel oluyor. "Kıpırdadım, yanımdaki kıpırdadı ve sonra biri daha..." Ama faydası yok, Drummond yarışma dışında.

Bir mili ile femtosaniye arasında tam on iki hane ve yüz yıllık çalışma bulunuyor. İnsanlar virgül ardı virgül, zamanı giderek daha küçük parçalara böldüler. Bu işin sonu ufukta şimdilik görünmüyor. Gerçi teorik fizikçiler zamanın da sonsuza dek bölünemeyeceğini iddia ediyorlar; tıpkı maddenin atomlardan meydana gelişi gibi saniye de, yeteri kadar derinine inebildiğimizde, birbiri ardına sıralanan şimdi zerrelerinden oluşuyor olmalı. Ancak bu noktaya ulaşana dek önümüzde uzun bir yol var. Fizikçilerin şu anki hedefi, attosaniye: Virgülün ardındaki 18’inci ondalık hanede başlıyor ve "atto fiziği" disiplininin temelini atacağa benziyor.

Yabancısına sıradan gelen sıfırlar, araştırmacılar ve teknisyenler için kesinliğin heyecan vesilesi. Ancak temellere inen biliminsanlarının sıfırın ardındaki bir sonraki haneyi kovalamalarından halk da elbette faydalanıyor. Şimdiden tıp uzmanları ileri derece miyop olanların korneasını ultrakısa lazer ışınlarıyla düzeltiyor. Otomobil sanayisi püskürtme memelerine delik açarken kullanıyor, atom saatleri tarafından ayarlanan navigasyon cihazları araç sürücülerine kılavuzluk ediyor.

Saniyenin derinine yolculuk, Kaliforniya valisi ve yarış atı yetiştiricisi Leland Stanford’un fotoğrafçı Eadweard Muybridge’ten bir atın koşar adım fotoğrafını çekmesini istemesiyle başlıyor. Muybridge yarış pistinin yanına kameralarını kurup, deklanşörü atın geçerken koparacağı bir ipe bağlıyor. Yarım saniye içinde çekilen on iki resmin, eski bir tartışmayı açıklığa kavuşturması bekleniyor: Koşturmakta olan bir at kısa süreliğine dört nala havalanıyor mu, havalanmıyor mu? Bridge bunu kanıtlar: At uçmaktadır. Sinemanın başlangıcıdır bu. 1930’lu yıllarda fotoğrafçı Harold Edgerton mikrosaniyeye kadar ulaşır. Açık pozometreyleuçan tabanca mermilerinin, sıçrayan süt damlalarının, dans eden topların flaşla resmini çeker. İnsan beyni artık bu hıza yetişememekte, sinapslarının ateşlenmesi bin kez daha ağır, birkaç milisaniye sürmektedir. Bundan daha hızlı düşünmek mümkün değil.

1967’de saniye resmen parçalara ayrılır. Yaklaşık 40 ülkeden biliminsanının verdiği radikal kararla, dünyanın ritmini yerkürenin dönüşü yerine artık bir atom belirleyecektir. Bir saniye, sezyum atomunun rezonans frekansı periyodunun 9 192 631 770 katı olarak tanımlanır. Bu, gelgit yüzünden saniyenin birkaç milyonda biri kadar sapma gösteren yerkürenin dönüş hareketinden çok daha kesindir.Oysa sezyum atomları her zaman aynı atar, ister Braunschweig, ister Sydney ya da uzayda olsunlar. O günden beri, Braunschweig’daki Fiziksel-Teknik Federal Kurum (PTB) gibi ayar enstitüleri zamanı atomik olarak ölçmekte.

Peki, temel araştırma konularını süpermarketlere kadar sokabilmiş biliminsanları ne yapar? Tabii ki yoğun biçimde araştırmaya devam ederler.

1990 yılında İskoç bir fizikçi, kısa ve yoğunluklu bir ışın paketçiğinin aynalar arası dönüp durduğu bir lazer geliştirir. Aynalardan birinden her geçişinde, incecik bir ışık kıvılcımı dışarıya sıçrar: Femtosaniye pulse’ı... Böylece saniyenin trilyonda biri aralığında zamanı ölçmekle kalmayıp, ultrakısa ışın kıvılcımları da üretmek mümkündür artık. Pratik sonuçları vardır bunun: Pek çok malzeme bu hıza yetişemez. Femtosaniye lazerinin hedef aldığı metal ya da dokunun eriyecek veya kömürleşecek zamanı yoktur, dokunduğu yerler bir bakıma yok olur. Dolayısıyla kesim ve delme işlemleri uzun lazer ışınlarıyla olduğundan çok daha ince ve temiz gerçekleşir.

Hannover Lazer Merkezi’nde örneğin Alexander Heisterkamp femtosaniye lazerini domuz gözlerine yöneltiyor. Doktora tezinde, “Sürekli deney malzemesi sağladıkları için Gleidingen Mezbahası’ndaki çocuklara çok teşekkürler” diye yazıyor. Hayvan gözleri üzerinde, görme bozukluklarının tedavisi için yeni bir yöntem geliştiriyor fizikçi Heisterkamp. 100 femtosaniye kısalığında ışınları, korneanın birkaç on mikrometre içinde odaklanacak şekilde ayarlıyor. Orada lazerin yoğunluğu o derece yükseliyor ki, doku aniden buharlaşıyor. Birkaç nanosaniyelik, daha uzun lazer ışınlarıyla bu kadar ince kesmek olanaklı değil, ve küçük baloncuklar oluşurdu. Kısa ışın lazeriyle hekimler bir gün korneanın içinden dilimler kesip, incecik bir aralıktan çıkarabilecekler.

Komşu laboratuarda Heisterkamp’ın meslektaşları plastikten minik bir kadın heykeli yonttular: Saç teli inceliğinde bir Milo Venüsü. Salt gösteri amaçlı bir obje. Aslında buradakiler sanayi için dizel motorlarının enjeksiyon memelerine incecik delikler açıyor, seramikten diş dolgusu kesmeyi deniyorlar. Saniyede bin atışla kesin şekiller kesiyorlar. Daha uzun ışınlarla kesim metale erimesi için zaman ve kenarları sökük sökük bırakıyor.

Hamburg’daki Alman Elektron Synchrotron’da fizikçilerin inşa ettikleri bir femtosaniye lazeri daha da kudretli görünüyor.Uzunluğu 300 metre ve proteinlerin araştırılması sürecinde enerji yüklü röntgen şimşekleri sağlaması amaçlanıyor. Hamburg Belediyesi bu yüzden AOL Arena’daki bir otoparkı feda etti.

Prizden akan saniye?

Femtosaniyenin titreşim süresinin de altına inmek ve saniyeyi daha da küçük parçalara ayırmak isteyenler aletlerini kendileri yaratmak zorunda. Garching’ten lazer fizikçisi Ferenc Krausz ve bugün Bielefeld Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdüren asistanı Markus Drescher, attosaniye alanına ulaşan ilk üç araştırma grubundan (kimin önce ulaştığı tartışma konusu). İki yıl önce –o dönem Viyana Üniversitesi’nde- bir femtosaniye lazeriyle argon atomlarından oluşan bir gazın titreşmesini sağladılar. Titreşirken üst frekansta sesler oluşturan bir piyano teline benzer, argon atomları bunun üzerine 0.5 femtosaniye (500 attosaniye) süren röntgen ışını (pulse)ürettiler. “Fikri bulduktan sonra herşey çok hızlı gelişti” diyor Markus Drescher, “yarım yıl sonra olayı kavramıştık.”

Sıfırın ardındaki bir sonraki hanenin peşinde koşturanlarda sportif bir hırs seziliyor; Drescher “Olimpik fikir”den söz ediyor. Bu arada fizikçiler, sıradan insanlara kapalı olan bir boyuta, kuantum dünyasına giriyorlar. Orada bu hızda herşey yeni başlıyor. Attosaniye ritminde moleküller dans ediyor, elektronlar atom çekirdeğinin çevresinde uçuşuyor. “Hayalimiz, atomik süreçleri belirli bir doğrultuya yönlendirmek” diyor Drescher. Şimdiden kimyasal reaksiyonlarına kısa ışın kıvılcımlarıyla etki etmek olanaklı. Femtokimyanın buluşu 1999’da Nobel ile ödüllendirildi. Attofizikte ise moleküllerin yerini birer birer atomlar alıyor.

Drescher ve Krausz, çekirdeğin etrafında dönen elektronları görünür kılmak istiyorlar. “Bildiğimiz fotoğrafçılıktaki gibi” diye belirtiyor Krausz, “bir Formula-1 aracının resmini çekmek istediğinde, oldukça kısa pozlayan özel bir kameraya ihtiyaç var.” Ve atomdaki elektronlar, mikrokozmostaki Fomula–1 gibi. Stroboskop ışığındaki disko dansçıları misali, attosaniye ışınlarıyla elektronlara flaş patlatabilirsiniz... Ne yazık ki elektronlar bu esnada atomun dışına fırlatılıyor.  “Aslında bunlar parçacık olmaktan çıkıyor” diye açıklıyor Drescher, “artık daha ziyade, uzamda yayılan minik bulutlar... Bunu kabul etmek gerekiyor. Sorumlusu Heisenberg’in teorisi.”

Braunschweig’daki Fiziksel Teknik Federal Kurumun zaman cerrahları da anlaşılan aynı itkiden mustarip. Jürgen Helmcke ve Christian Tamm saniyenin tanımını yenilemek istiyorlar.

Gerçi zamanın biriminin yine bir atoma dayanması öngörülüyor ama, sezyum atomunun dokuz milyar titreşimini saymak yerine, rezonans frekansı 100 bin kat daha yüksek olan bir atomu tercih ediyorlar. Avantajı: Böyle bir titreşimi lazer ışınıyla başlatmak olası. Görünür lazer ışını aynı zamanda frekansını belirleyebilirdi; bu yüzden de “optik” atom saatlerinden söz ediliyor. “Fiberoptik kablodan bir laboratuardan diğerine yollayabilirdik” diye hevesleniyor Helmcke, “prizden gelen saniye olurdu.” Braunschweig’dan Hannover’e ve Berlin’den Darmstadt’a birer deney kablosu döşenmiş durumda. Ekibi kalsiyum atomları ve kırmızı ışık üzerinde çalışıyor, Christian Tamm ise Ytterbium iyonları ve mor ışığı deniyor. Münih’teki Max Plank Enstitüsü’nde ve Boulder/Colorado’daki Standartlar ve Teknoloji Ulusal Enstitüsü’nde yeni atom saatleri üzerinde uğraşılıyor; yeni bir zaman yarışı başlamış durumda.

Ve bu noktada attofizik etrafındaki çember daralıyor. Araştırmacılar, optik atom saatleriyle zamanın sezyumla olduğundan bin kez daha doğru, birkaç attosaniyelik kesinlikle ölçülebileceğini düşünüyorlar. Tabii uydu navigasyon sistemleri tutkunlarına bu saatlerin pek faydası yok – kim konumunu milimetrik olarak bilmek ister ki? Hatta, daha doğru saatler zaman zaman sorun bile yaratabilir. Birkaç hafta önce Uluslararası Telekomünikasyon Birliğinin bir workshop’unda buluşan uzmanlar, saniyenin bir nebze uzatılması gibi garip bir öneriyi tartıştılar; ki atom saati, güneş saati ve GPS saatleri birbiriyle daha eşgüdümlü çalışabilsin diye. Yerkürenin dönüşü sabit olmadığı için, radyo saatlerine birkaç yılda bir saniyelik ayarlama yapılıyor ve bu da bazı cihazların kafasını karıştırıyor.

Teorik fizikte ise asıl 18’inci hanede heyecan başlıyor. Bu saatlerle, yer çekiminin zamanı etkilediğini gösteren İzafiyet Kuramını denemek mümkün olurdu. “Bir attosaniye doğruluğundaki saati bir santim kaldırsan farklı gösterirdi” diyor Christian Tamm. Dünyanın en pahalı yükseklik ölçeri olurdu, ve bilim için gerçek bir hazine. Araştırmacılar, teorik fizikçilerin yeteri kadar derinine inildiğinde zamanın bir sürü şimdi zerrelerinden oluştuğu hipotezinin doğruluğunu öğrenmek için yanıp tutuşurlardı. Alman Elektron Synchrotron’dan string teorisyeni Jan Louis, “en azından fikir ortada” diyor, zira String Teorisi de uzamın kuantlaştığını varsayıyor. Ancak zamanı parçalarına ayırma düşüncesinin bugün için sağlam bir teoriden ziyade bir arzu olduğunu söylüyor: “Zamanın temelleri ender olarak sarsılır.” Deneyselciler de şimdilik buna fırsat bulamayacaklar. Bir attosaniyeyle bile bundan çok uzaktalar. Çünkü teorisyenler anın son zerresini “Planck Zamanı” dedikleri birimde tahmin ediyorlar. Ve bu da 0, -lütfen burada 43 sıfır olduğunu düşünün- 5 saniye.

Çeviren: Melih Kafa