Cumartesi , 26 Eylül 2020
Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 1 – sicim teorisindeki sicimler nedir 5e0b500c56f6c

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir?

Sicim teorisine bakılırsa maddeyi oluşturan temel parçacıklar 10 boyutlu uzayda kendi üzerine kıvrılarak titreşen tek boyutlu enerji sicimleridir. Üstelik süpersicim teorisi ile evreni 5B anti-de Sitter uzayında hologram olarak tanımlayan bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirildi. Böylece sicim teorisi 4 temel fizik kuvvetini birleştirerek evreni tek denklemle açıklamaya çalışan kuvvetli bir her şeyin teorisi oldu.

Peki sicim teorisi doğru mu?

Evrendeki madde ve enerji hakkaten tek boyutlu sicimlerden mi oluşuyor? Uzay 3 yerine 10 boyutlu ise fazladan boyutlar nerede ve bu tarz şeyleri niçin göremiyoruz? Evren içi boş bir hologram mı? Yoksa evren bir yanılsama mı?

Önceki yazıda her şeyin teorisi talibi olarak sicim teorisinin en büyük rakibi halka kuantum kütleçekim kuramını gördük. Bu yazı dizisinde ise sicim teorisinin nereden çıktığını, sicimlerin ne olduğu ve niçin yapıldığını, son olarak da holografik ilkeyi göreceğiz. Enerji sicimleri nedir diye sorarak başlamış olalım:

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 2 –

Her şeyin teorisi nedir?

Fizik biliminde gerçekliği mekanik olarak ve en basite indirgenmiş haliyle açıklamaya çalışırız (kuantum fiziğinin temeli de kuantum mekaniğidir). Bir mevzuyu ne kadar iyi bilirseniz o denli kısa anlatırsınız misali, evreni de ne kadar iyi bilirsek o denli basite indirgeyip anlatabiliriz.

Fiziğin temeli elbet matematiktir ve evreni basite indirgemek derken, evren denilen makineyi minimum sayıda parçayla; şu demek oluyor ki mümkün olan minimum sayıda denklem ve özgür parametreyle açıklamaya çalışırız. İdeal olarak tüm evreni E=mc2 şeklinde tek bir denklemle açıklamak isteriz ki her şeyin teorisi budur. Bilim adamları her şeyin teorisini geliştirmek istiyor fakat hemen hemen geliştiremediler.

Sicim-teorisindeki-sicimler-nedir

Sicim teorisinin sicimleri nedir?

Özgür parametre nedir?

Evrende karanlık enerjinin birim uzaydaki sertliğini gösteren kozmolojik durağan(durgun) şeklinde birçok parametre var. Bunlar evrendeki fizik yasalarının işleyişini belirliyor. Halka kuantum kütleçekim yazısında gördüğümüz şeklinde bu şekilde +20 parametre var.

Sadece, bu parametreleri yerçekimini açıklayan görelilik teorisi, nükleer fizikle ile temel parçacıkları açıklayan standart model ve fizik biliminin altyapısı olarak düşündüğümüz kuantum fiziği denklemlerini çözerek çıkarımlayamıyoruz.

Genel göreliliğin gördüğümüz yerçekimi sertliğini ve standart modelin gördüğümüz temel parçacıkları tanımlaması için evrensel sabitleri denklemlere elle eklememiz gerekiyor.

Bunu da iki türlü yapıyoruz: Ya karanlık enerjide olduğu şeklinde deneysel (ampirik) olarak sabitleri ölçüyoruz (gözlem yapıyoruz) ya da denklemlerin bildiğimiz parçacıkları göstermesi için ihtiyaç duyulan uygun sabitleri hesaplayıp bu tarz şeyleri teoriye ekliyoruz. O süre da evren simülasyon mu sorusu çıkıyor.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 3 – 13 1

Sicim teorisi fizik yasaları değişik minimum 10^500 evren öngörüyor.

Evren iyi mi oluştu?

Diyoruz ki biz evrensel sabitleri denklemlere elle ekliyorsak kim bilir evreni yaratan üstün bir varlık vardır ve o da evrensel sabitleri evrene elle eklemiştir. Varoluşu kafadan ve keyfine bakılırsa uydurarak yaratmak istediği evreni yaratmıştır. Peki bu üstün varlık nedir? En genel cevabıyla:

Her iki yanıt da bilimsel değildir! Biri inanç meselesidir. Diğeri ise evreni yaratan her şeye gücü yeten bir tanrı olduğu fikrini beğenmediğimiz süre, tanrı yerine tanrısal uzaylıları koymaktan ibarettir. İki yanıt da bilim yapma yetimizi elimizden alıyor! Sonuçta fizik yasalarının bilimsel sebepleri olmuyor. Bunlar özünde tadı oluyor ve bilimsel olarak açıklanamıyor.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 4 – big bang ten gunumuze evrenin tarihi

Büyük patlamaya ne yol açtı? Evreni var eden ilk niçin nedir?

Fizikçiler bunu sevmiyor

Birçok fizikçiye bakılırsa, bu cevaplar insan aklına en büyük hakaret oluyor ve umuda ihanet ediyor; şundan dolayı insanoğlunun doğayı üstün güçlerden bağımsız olarak anlama imkanını elinden alıyor. Bilim yapma imkanını yok ediyor. Öte taraftan, fizik bilimi de hemen hemen evreni tümüyle açıklamayı başaramıyor. Ender dünya hipotezi ve kainatta birden fazla evren var mı yazılarında görülen antropik ilke de buradan çıkıyor:

Yaşamın mümkün olması için evrenin en küçük değişiklikte yaşamı yok edecek kadar duyarlı parametrelere ihtiyacı var. Bu parametreleri kimse koymadıysa bu tarz şeyleri fizik denklemlerinden türetebilmemiz gerekiyor. Evrensel sabitlerin doğadan bilimsel olarak iyi mi ortaya çıktığını kesinlikle göstermemiz gerekiyor. Sicim teorisi işte bunu halletmeye çalışan bir her şeyin teorisi adayıdır.

Peki sicim teorisi nereden çıktı? Fizikçiler akşam rüyasında görüp sabah teoriyi yazmadığına bakılırsa bunun bir sebebi olmalı. Dahası niçin sicim? Niçin titreşen mikroskobik ballı enerji lokmaları değil de tek boyutlu enerji sicimleri? Bilim tarihinde bunların fazlaca garip cevapları var ki derhal görelim:

Sicim-teorisindeki-sicimler-nedir

Sicim teorisi 101

Sicim teorisinin kökeni 1960’lara ve hadron parçacıklarının davranışlarını açıklamaya dayanıyor. Hadronlar proton ve nötronlar şeklinde birleşik parçacıklardır. Bunlar vücudumuz ve evreni oluşturan bildiğimiz maddenin temeli olup kuvvetli nükleer kuvvet taşıyıcısı gluonlarla birbirine bağlanan kuarklardan oluşur (Ne kadar fazlaca terim var! Fakat detaylar için köprüleri tıklamanız kafi 🙂 ).

Birleşik parçacıklar derken, kuark ve antikuark birleşimlerinden (kombinasyon) oluşan mezonlar da hadron sınıfına giriyor. Kısacası 60’lı yıllarda fizikçiler mezon çiftleri arasındaki fizyolojik etkileşimleri açıklamaya çalışıyordu. Bilhassa de kuarkların açısal momentumu ve hacmi, mezonları oluşturan kuarkların birbirine enerji sicimleriyle bağlı olduğu izlenimini uyandırıyordu.

Bu yazıda her şeyi yazmak mümkün değil; fakat devam etmeden süratli bir ipucu: Protonları oluşturan kuarkları birbirine bağlayan gluon parçacıklarının gerilmiş enerji yayları şeklinde davranılmış olduğu ve tanımlandığına dikkat edin. Enerji sicimleri fikri enerji yaylarının bir uzantısıdır.

Bonus ipucu: Tek boyutlu sicimler yerine 3B enerji şeritleri matematikte enerji yayı olarak tanımlanabilir; şu demek oluyor ki 60’ların fizikçileri hippi gençliği üyesi olarak marihuana içip sarhoş gezmiyordu. Sicimleri LSD hayallerinde uydurmak yerine, bu tarz şeyleri detaylı olarak düşünüyordu.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 5 – e23 2

Protonları oluşturan kuarkları birbirine bağlayan gluonları gerilmiş enerji yayları şeklinde düşünebiliriz (üçgen çizgiler).

Sicim teorisi ve protonlar

Kuvvetli nükleer kuvvet taşıyıcısı gluon bozonları, protonların içindeki kuarkları plastik dosya spiralleri şeklinde birbirine bağlayan kalınca ve elastik enerji yayları-helezonları oluştururlar (gluon titreşimlerini ve enerji gerginliğini enerji yayları fikri ile görselleştirerek analitik geometriye dahil ederiz).

Sicim teorisyenleri de protonların içyapısını enerji yayı modeliyle açıklamaya çalışıp kısmen başarı göstermiş oldular. Öte taraftan çıkmaz yola saptıklarında, öteki fizikçiler kuantum renk dinamiğini geliştirdi ve enerji yayı tasarımındaki bazı matematiksel araçları alarak bu tarz şeyleri renk dinamiği teorisinde kullandılar. Sonuçta kuvvetli nükleer kuvveti kuantum renk dinamiği teorisiyle tanımladılar.

Dahası bunu elektromanyetik kuvvet ile radyoaktif bozunumdan görevli olan zayıf nükleer kuvveti birleştirip elektrozayıf kuvveti tanımlayan kuantum elektrodinamiği teorisine eklediler. Böylece fizikçiler tüm evreni tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisine yaklaştıklarını düşündüler.

Ne de olsa artık ellerinde elektromanyetik kuvvet ile zayıf ve kuvvetli nükleer kuvveti birleştiren bir kuantum elektrorenk dinamiği teorisi, yararlı yaratı olarak öncül bir her şeyin teorisi prototipi vardı. Peki sicim teorisi ilk başta niçin başarısız oldu ve sonrasında küllerinden tekrardan hayata merhaba dedi?

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 6 – 23

Sicim ve kuvvetli nükleer kuvvet

Sicim teorisinin kuvvetli nükleer kuvveti tanımlamakta başarısız olmasının sebebi, gluon enerji helezonları fikrini sonuna kadar götürdükleri süre ortaya çıkan yeni titreşim modlarıydı: Sicim teorisi gluon enerji alanında beklenmedik istenmeyen yeni tür titreşimler ortaya çıkarıyordu. Nitekim temel parçacıklar da ana kuantum enerji alanlarındaki titreşimlerdir.

Özetle sicim teorisi kuvvetli nükleer kuvveti açıklamak için evrende yeri olmayan başka parçacıkların varlığını öngörüyordu. Şimdi diyeceksiniz ki “Nereden bildiğiniz gibi hocam? Bir ihtimal vardır bu şekilde parçacıklar. Yeni parçacıklar keşfetmiş oluruz.” Sadece bu iş o denli kolay değil. Dikkatli olmak lazım:

Dört fizik kuvvetinin enerjisini taşıyarak evrendeki parçacıkların, bu kuvvetler vasıtasıyla birbiriyle fizyolojik etkileşim kurmasını elde eden parçacıklara bozon diyoruz. Mesela elektromanyetik bozon foton, zayıf bozonlar W ve Z parçacıkları, kuvvetli bozon da gluonlardır.

Oysa bozonik sicim teorisi tutarsızdı. Işıktan süratli giderek geçmişe ulaşan ve neden-sonuç ilişkisini bozup süre paradoksuna neden olan takyonlar öngörüyordu. Üstelik bunlar -1’in karekökü şeklinde sanal sayılarla tanımlanan sanal parçacıklardı. İşte bu Braking Bad dizisinde met çekmek şeklinde çılgınca bir şeydi. Peki bu şekilde acayip öngörülerde bulunan sicim teorisi niçin çöpe atılmadı?

Sicim-teorisindeki-sicimler-nedir

Kapalı sicimler ve iki ucu açık sicimler var.

Sicim teorisi ve gravitonlar

Bunun sebebi tüm o fazladan sicim titreşimleri içinde kütlesiz bir spin 2 parçacığı da öngörmesi. Buna graviton diyoruz. Graviton, kütleçekim kuvvetinin yayılmış olduğu yerçekimi alanının taşıyıcısı olan varsayımsal parçacıktır. Varsayımsal; şundan dolayı 1) Yerçekimi alanının kuantum parçacıklardan oluştuğundan güvenli değiliz ve 2) Graviton parçacığını görmedik (aslına bakarsak önümüzdeki 50 yılda inşa edebileceğimiz hiçbir hızlandırıcıda göremeyeceğimiz kadar zayıf sinyal veren bir parçacıktır).

Burada kısa bir mola verelim: Sicim teorisi üstündeki tartışmalar sürüyor; şundan dolayı elimizdeki teknoloji evreni açıklayan fizik teorilerini kontrol etmeye kafi değildir. Yoksa bu teorileri mesela evreni oluşturan büyük patlamadan kalan ilkin kütleçekim dalgalarına bakarak kontrol edebiliriz; fakat ilkin kütleçekim dalgaları göremeyeceğimiz kadar zayıftır. Mola bitti, devam:

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 7 – Graviton illustration

Uzay-zamanı büken yerçekimini gravitonlar taşıyor olabilir.

Sicim teorisi ve graviton

Takvimler 1970’leri gösterdiğinde sicim teorisyenleri çıtayı ve beklentilerini yükselttiler: Boş ver mezonları dediler. Acaba sicim teorisini kuantum kütleçekim kuramı geliştirmekte kullanabilir miyiz? Yoksa fizik kuvvetlerini taşıyan tüm bozonlar değişik değişik titreşen tek boyutlu enerji sicimlerinden mi oluşuyor?

Bunu yapabilirdik! Tek yapmamız ihtiyaç duyulan, sicimleri protondan 1020 kat küçülterek (milyon kere trilyon kere trilyon) evrende mümkün olan en minik ölçeğe, Planck ölçeğine indirgemektir. Karşılaştırma açısından, bu oran Samanyolu galaksisi ile oturma odanız arasındaki farka eşittir.

Sicim teorisyenleri böyle de yetinmeyip teoriyi tutarlı yapmak suretiyle, bildiğimiz üç uzay boyutuna 22 boyut daha eklediler. Süre boyutuyla beraber 26 boyutlu bir evrende kuantum kütleçekim kuramı geliştirebildiklerini gördüler. Artık sicim teorisi ilkel bir her şeyin teorisi talibi idi:

Peki daha ileri gitsek ne olur? Kainatta boş boyut mu yok? Madem enerjiyi oluşturan bozonları sicimlerle açıklıyoruz öyleyse maddeyi oluşturan fermiyonları da sicimlerle açıklayabiliriz; fakat dur bakalım!

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 8 – 6 4

Sicimler davranış açısından titreyen gitar tellerine benzer.

Süratli gitmeyelim

Felsefedeki Occam’ın usturası yöntemine bakılırsa, kanıt olmayan bilmediğimiz bir mevzunun ihtimaller içinde en iyi açıklaması mümkün olan en kolay açıklamadır. Oysa sicim teorisi evreni basite indirgemek yerine iyice karmaşıklaştırıyor. 22 uzay boyutu ve ışıktan süratli yeni parçacıklar ekliyor. İleride göreceğimiz en yeni versiyonu olan süpersicim teorisi bile, standart modeldeki tüm parçacıklara ek olarak süpersimetrik parçacık eşleri öngörüyor (nötrinoya kardeş nötralino vb.).

Fizikteki tüm sağduyu alarmları aman süratli gitme diye çalmaya başlamış olmalı! Gerçi Hemingway’in çanları sicim teorisyenleri için de çaldı. Onlar da bu teoriyi sadeleştirmek için fazlaca dürüst bir çaba gösterdiler. Sonunda 1995 senesinde, Ed Witten süpersicim teorisinin birçok formunu birleştirip M teorisini ([M]embrane, Zar Teorisi) geliştirdi.

26 boyut yerine, biri süre olmak suretiyle toplam 11 boyutlu bir süper sicim teorisi! Üstelik bir tek bildiğimiz üç uzay boyutu gözle görebileceğimiz büyüklükte olan, geri kalan 7 boyutun ise mikroskobik ölçekte tespihböceği şeklinde kendi üstüne kıvrıldığı bir kuram.

Tamam, sicim teorisinin kapsamı hakkında düşünce vermek için bu kadarı yeter. Daha fazlası bizi öteki yazıların mevzularına götürür. Öyleyse bu bölümün ana mevzusuna geri dönelim. Sicim teorisindeki sicimler nedir?

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 9 – 15 1

Sicimlerin girişim yapması

Evrenin tek boyutlu enerji sicimlerinden oluştuğu fazlaca büyük bir iddia ve bunu kontrol etmek suretiyle ilkin bayağı sicimlere bakmamız gerekiyor. Lastik ip şeklinde bayağı sicimler ilk bakışta kuantum sicimleri kadar garip olmayabilir; fakat aslına bakarsak kuantum sicimlerin iyi mi çalıştığını açıklar. Iyi mi derseniz:

Sicimler dalgalanan ve titreşen cisimlerdir. Ek olarak bir sicimi alıp kendi üstüne kıvırarak kapalı halka yapabilirsiniz. Bu durumda sicimlerde yayılan dalgalar (titreşimler) kendi kendisiyle örtüşecektir. Bu da enerjiyi uzaya yayılmadan bir yere sıkıştırmak için müthiş bir fikirdir!  

Kısacası halka şekilli sicimlerde durağan dalgalar oluşturabilirsiniz. Bu dalgaların tepe ve çukurları üst üste gelmiş olarak dalgayı sönümleyebilir yada tepelerle tepeleri ve çukurlarla çukurları üst üste gelmiş olarak dalgayı pekiştirebilir; şu demek oluyor ki yıkıcı ve yapıcı girişim yapabilir.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 10 – 4 1

Yapıcı girişime yakından bakalım

Bir halkanın çevre uzunluğu belirli ve sonludur; şundan dolayı halkanın çapı bellidir. Yapıcı girişim, bir tek dalga frekansı sicim uzunluğuna tam olarak uyuyorsa gerçekleşebilir. Ek olarak yapıcı girişim yoksa dalga enerji kaybederek sönümlenecektir. Bunu kavramak için ilkin frekans ve dalga boyu şeklinde temel tanımları görelim:

Frekans bir noktadan saniyede geçen dalga tepesi yada çukuru sayısıdır ve Hertz ile ölçülür. Dalga periyodu bir noktadan arka arkaya iki dalga tepesi yada çukuru (aslına bakarsak dalga boyu) geçmesi için ihtiyaç duyulan süredir. Buna bir dalga döngüsü denir ve saniye ile ölçülür.

Dalga boyu tekrarlanan bir dalganın iki tepesi yada çukuru arasındaki mesafedir. O şekilde ki bir dalga döngüsü bir noktadan arka arkaya bir dalga tepesi ve çukurunun geçmesiyle tamamlanır. Dalga hızı ise dalga boyunun frekansla çarpılmasıyla belirlenir; şu demek oluyor ki bir dalga döngüsünün tekrarlanma hızıdır. Formüllerle ifade edersek:

  • Dalga boyu = dalga hızı / frekans
  • Dalga periyodu = 1 / frekans
  • Dalga hızı = dalga boyu x frekans

Bu durumda yapıcı girişim sadece A) açık uçlu bir sicimin başlangıç ve bitiş noktasının ya da B) halka şekilli bir sicimin tam tur noktasının, devamlı için bir dalga tepesi yada çukuru ile sonlanmasıyla gerçekleşebilir. O süre dalga fazları eşleşir ve dalga periyodu = 1 / frekans uyarınca dalga pekişir. Özetle dalga boyu halkanın çevresine tam oturmayan frekanslar sönümlenir; şundan dolayı bir dalga sicimin çevresine bir tur sarılırken tepesi yada çukuru dışarıda kalan frekanslar yapıcı girişim sağlamayacaktır.

Sicime sarılan dalgalar

Peki bunu niçin anlattık? Basit dalga mekaniğini ve lastik ip şeklinde bayağı sicimleri kuantum fiziğine uyguladığımızda görüyoruz ki sicim teorisinde geçen enerji sicimleri bir tek belirli frekanslarda titreşebilir ve bir tek belirli enerjilere haiz olabilir. Öteki frekans ve enerji dalgaları sönümlenir. Dalga pekiştiğinde ise sicim devamlı titreyecektir. Öte taraftan, titreşimler parçacıklara karşılık geldiğine ve sicimler de bir tek belli frekanslarda titreştiğine bakılırsa, bunlar sadece sonlu sayıda parçacık oluşturabilir. Eh, bu da sicim teorisi ile standart modeldeki sonlu parçacıkları üretmeyi sağlar!

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 11 –

Sicim teorisi ve evrenin müziği

Sicimlerin titreşimlerini gitar tellerine benzetirsek bunların evrenin müziğini ürettiğini ve her parçacığın da belirli bir armoniğe karşılık geldiğini söyleyebiliriz. O şekilde ki frekansların rezonansı sicimin uzunluğuna bağlı olacaktır. Dahası sicimlerin gerginliği (lastik şeklinde gerilmesi) dalga hızını belirler ve dalga hızı da frekans üstünden dalga boyunu gösterir. Evrende her şey birbiriyle ilişkilidir!

Pekala, bu kadar benzetme yeter. Sonuçta kuantum sicimleri mekanik gitar tellerine benzer, fakat bununla birlikte onlardan değişik yanları vardır; şundan dolayı kuantum sicimleri bir tek belirli enerji modlarında titreyebilirler. Aslına bakarsak bu iyi bir şeydir. Ne de olsa kuantum fiziğindeki parçacıklar da sonsuza dek bölünebilen süreğen enerji değerleri alamaz. Parçacıklar kesikli enerjiden oluşan enerji paketleridir.

Mesela, yarım spine haiz olarak Pauli dışarlama ilkesine uyan elektronlar kendi çevresinde dönerken kesintisiz bir tur atmazlar. Kesintili açısal momentumuna haiz olarak adeta göz kırpar ve bir var olup bir gözden kaybolarak kesik kesik dönerler. Öyleyse enerji sicimlerinin kesikli olması sicim teorisini kuantum fiziğine bağlıyor. Kuantum dünyasını sicimlerden türetmeye prensipte izin veriyor.

Üstelik bunu akıl eden ilk şahıs sicim teorisyeni değildi: Einstein’a karşı kuantum fiziğini geliştiren Niels Bohr, elektron yörüngelerini kuantum fiziğiyle açıklamaya çalışırken bu fikirden yararlandı. Elektronları hidrojen atomunu saran halka şekilli durağan dalgalar olarak modelledi. Sadece, kuantum sicimleri halka tasarımlı elektron yörüngesi modelinden daha iddialı ve ihtiraslıdır.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 12 – music of universe

İhtiraslı sicimler

Sicim teorisyenleri enerji sicimlerinin titreşim modlarını doğru ayarladıkları süre bu tarz şeyleri malum parçacıkların özellikleriyle eşleştirebileceklerini umuyorlar. Sonuçta bir sicimin gerilimi, enerji çarpı birim uzunluğa eşittir. Dahası kütle enerjiden türeyen bir özelliktir (m=E/c2). Burumda bir parçacığın kütlesini sicimin boyu ve geriliminden türetebiliriz. Matematik oyunları…

Üstelik sicimlerin uzunluğu kütleye ek olarak hangi karmaşık titreşim modlarının mümkün bulunduğunu da belirler. Bu titreşim modları da parçacıkların elektrik yükü ve spini şeklinde özelliklerini belirler. Şimdi anlıyor musunuz sicim teorisinin en büyük ihtirası ve hedefini? Sicim teorisyenleri sicimlerin bir tek gerilimi ve uzunluğundan yola çıkarak evrendeki tüm madde ile enerjiyi tanımlamayı umuyorlar.

Sicim teorisi doğrulanırsa evreni 20 parametre yerine 1-2 parametreyle tanımlamış olacağız. Oysa artık burada duruyoruz; şundan dolayı seziyor olmalısınız: Sicim teorisi söylediğim kadar başarı göstermiş olsaydı standart kuantum fiziği ders kitabı olarak okutulurdu. Peki neyi noksan? Her neyse ki kuantum sicim gazı şeklinde kafa karıştırıcı uçuk kozmoloji modellerine girmeden bunu gösterebiliriz. 😉

Evren belirli şekillerde titreyen tek boyutlu fizyolojik enerji sicimlerinden oluşuyor dedik. Peki bu fizyolojik sicimlerin ham maddesi nedir? Bunu sicim teorisyenleri bile bilmiyor. Enerji sicimleri neyin enerjisidir? Nereden gelmiştir, iyi mi oluşmuştur? Niçin evrenin en temel ve bölünemez yapıtaşıdır? Bunlar gerçekliğin dokusundaki topolojik düzensizlikler midir? Kimse bilmiyor.

Sicim-teorisindeki-sicimler-nedir

Sicim teorisinin zorlukları

Peki bu durumda fizikçiler ne yapsınlar? Sus, uzatma ve karıştırma, işine bak ve hesapla mı yapsınlar? Evrenin temelini, kökenini bulmaya çalışırken enerji sicimlerini uydurup sonrasında da bunların nereden geldiğini bilmeyen; dahası nereden geldiğini bulmaya bile çalışmayıp asla merak etmeyen fizikçi olur mu?

Fizikçileri yanıtını bilmedikleri mevzular yüzünden yargılayıp suçlamayalım. Elinden geleni yapıyorlar. Sadece, bu en temel varoluş sorularını hemen hemen yanıtlayamadıkları için sicimlerin ham maddesinden fazlaca ne yaptığına odaklanıyorlar. Peki sicimler ne yapıyor? Bir kere titreşerek enerji tutabiliyorlar, geriliyor ve birbiriyle birleşip birbirinden kopabiliyorlar. Bu mevzuda sabun köpüğü gibiler.  

Sicimlerin köpük şeklinde birleşip kopabilmesi de fazlaca mühim; şundan dolayı zayıf nükleer kuvvet uyarınca 1) radyoaktif parçacıkların daha emin parçacıklara bozunması, 2) parçacıkların birbirine dönüşmesi yada 3) parçacık çarpışmalarında yeni parçacıklar üreterek yok olmasını sicim teorisinde bu mantıkla açıklıyoruz. Sicim teorisinin en büyük gücü budur ve niçin derseniz:

Birleşip kopan sicimler kütleçekimin kuantumlaştırılmasını sağlıyor. Bu da fizikte kuantum alan kuramı dahil, başka bir hiçbir teorinin yapamadığı bir şeydir. Nitekim yerçekimine neden olan kütleçekim kuvveti evrendeki en zayıf fizik kuvvetidir. Öte taraftan, yerçekimini mikroskobik ölçekte tanımlamak için ihtiyaç duyulan fizyolojik etkileşimler o denli yüksek enerji gerektiriyor ki yerçekimi ile kuantum fiziğini birleştirmek m=E/c2 uyarınca kara delikler üretiyor!

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 13 – 7 3

Kuantum kütleçekim için sicimler

Enerji sicimleri ise Planck ölçeğinde kara delik oluşturmadan yerçekimini kuantumlaştırabiliyor. Bu müthiş avantaj ise bir tek tek boyutlu sicimlerde işe yarıyor; şu demek oluyor ki 2 boyutlu davul zarı kılıklı tasarımlar gene kara delik üretiyor. İşte bu yüzden sicimlerin tek boyutlu bulunduğunu söylüyoruz.

Sadece, tek boyutlu sicimlerden bildiğimiz üç boyutlu parçacıkları türetmenin tek yolu, bu sicimlerin 3 boyutlu değil, zar teorisini baz alırsak 10 boyutlu uzayda titremesini sağlamaktır.

Şimdi diyeceksiniz ki ne var? Daha ne olsun? Evrende 10 uzay boyutu yok ki! Üç uzay boyutu var. Üstelik fazladan boyutların mikroskobik olduğundan göze görülmediğini söylemek de zor; şundan dolayı deneyler evrende bir tek üç boyut bulunduğunu gösteriyor. Mikroskobik boyutlar var ise bile bu tarz şeyleri görecek kontrol aygıtımız da yok. Özetle sicim teorisini kanıtlama edemiyoruz.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 14 – 10 2

Süpersimetri yanlış mı çıktı?

Öte taraftan, zar teorisinde ihtiyaç duyulan süpersicim versiyonunu CERN parçacık hızlandırıcısında kontrol ettik. Sadece, bu kuramın öngördüğü süpersimetrik parçacıkları en sorunsuz ve kolay modellerde gösterilen enerji değerlerinde göremedik.

Kısacası ya sicim teorisi yanlış, ya süpersimetri yanlış ya da süpersimetrik parçacıkları görmek için gelecek dönem hızlandırıcıları beklememiz gerekecek. Dahası yüksek enerjili süpersimetrik parçacıkları açıklamak için teoriyi de güncellememiz gerekecek.

Gene de bunlar sicim teorisyenlerini yıldırmıyor; şundan dolayı matematiksel olarak üç boyutlu evrene ek boyutlar ekleyip teoriyi işletebiliyorlar. Nitekim gelecek bölümde göreceğimiz şeklinde sicim teorisini istediğimiz şeklinde ayarlayabiliriz. Bu teoriyi cerh eden kanıtları yok saymak için teoriyi istediğimiz şeklinde çözebiliriz. Ne de olsa bu her şeyin teorisi talibi; fakat mesele da burada esasen:

Sicim teorisi bir tek bu evreni değil, kainatta mümkün olan minimum 10500, kim bilir sonsuz sayıda evreni açıklayabilir. Bu evrenlerin fizik kuralları bizlerden değişik olabilir. Oysa bu da sicimlerin bilimsel olmadığı iddialarına yol açıyor. Sonuçta her şeyi açıklayan bir kuram, aslına bakarsak hiçbir şeyi açıklamıyor anlama gelir. Bu patlıcan, patlıcan ve domates domatestir demek gibidir. Bir şeyi kendisiyle açıklayamazsınız!

Bilim felsefesinde tıkanıklık var

Öyleyse sicim teorisinin yanlış bulunduğunu asla gösteremeyiz; şundan dolayı sicim teorisyenleri her seferinde tüm gözlem ve deneylerimize uygun olan yepyeni denklemler geliştirebilirler. Bu durumda sicimler gerçek olsa bile, bunların varlığını gözlem ve gözlemlerle kanıtlama edemeyiz. Demek ki sicim teorisinin en kuvvetli yanı bununla birlikte en zayıf yanıdır: Her şeyi açıklayabilir fakat hiçbirini kanıtlama edemez.

Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir? 15 – Fotolia 53709275 S 1024x461 1

Bir örnek verelim

Sicim teorisyenleri 7 fazladan uzay boyutunun nötrinolardan bile minik bulunduğunu söylüyor. Haklı olabilirler; fakat biz nötrinolardan minik şeyleri göremiyoruz ki! Nereden bileceğiz? Dahası var: Uzun seneler süresince en sevdiğim kuram olan; fakat süpersimetri başarısızlığından sonrasında içimde gittikçe kuşku uyandıran çağıl M teorisi daha da ileri gidiyor:

Düşünün ki “7 fazladan uzay boyutu var; fakat göremeyeceğiniz kadar küçükler” deyip işin içinden çıkabilirsiniz. Oysa M teorisi evrende 3 değil, 4 büyük uzay boyutu var diyor! O şekilde ki evrenimiz beş boyutlu sonsuz uzayda yüzen, süre dahil minimum dört boyutlu bir düzlemdir ve fotokopi kağıdı şeklinde düzdür. Buna zar katmanı kozmolojisi diyoruz (brane cosmology, mem[brane]).

Detaylar başka yazının mevzusu olsa da şu sorulara dikkat edelim: Beş boyutlu uzay nereden çıktı? Niçin sonsuz? Evrenimiz niçin 4 boyutlu düz bir fotokopi kağıdı VE sonsuz? Sicim teorisyenleri bir tek şu cevabı verebilirler: “Bu sebeple teorimiz sadece o şekilde bulunduğunu kabul edersek işliyor.” Peki hayal ettiğimiz ve tasarladığımız her şey gerçek midir? Bunun tek boynuzlu atlara (unicorn) yada kanatlı atlara (pegasus) inanmaktan ne farkı var?

Sicim-teorisindeki-sicimler-nedir

Gene de sicimlerde hayır vardır

Objektif olarak karşı görüşleri de dile getirmeme karşın, sicim teorisinin umutsuz ve bilim dışı bulunduğunu düşünmüyorum. Gene de bu teorinin tümüyle doğru olması şimdilik zor görünüyor.

Bir ihtimal tam kapsamlı bir kuram olarak değil de gerçek her şeyin teorisini geliştirmek için ihtiyaç duyulan matematiksel araçları içeren parça buçuk bir kuram olabilir. Hemen hemen hiçbir öngörüsü doğru çıkmadı. Hatta bazılarına bakılırsa kontrol edilebilir öngörülerde bulunmuyor. Gene de holografik ilkeyi türetti:

Üç boyutlu evrenimizi ve yerçekimini 3B kürenin 2B yüzeyindeki bir holografik projeksiyon şeklinde; daha doğrusu, kütleçekim kuvvetini süre dahil 4B hiperküre olan evrenin 3B yüzeyinde tanımladı. Böylece evren ve bizlerin içi boş bir hologram olabileceğini ortaya koydu. Siz de evrenin hologram olup olmadığına şimdi bakabilirsiniz; fakat merak etmeyin, görünmüş olduğu kadar garip bir düşünce değildir. 😉

Yazı dizimizin gelecek bölümünde sicim teorisini incelemeye devam edeceğiz. Bu bölümde sicim teorisindeki sicimler nedir sorusunu ele aldık ve tüm evreni tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisi olma iddialarını değerlendirdik. Bununla birlikte şeytanın avukatlığını üstlenerek teoriyi yerden yere vurduk. Önümüzdeki bölümde ise teoriyi savunarak sicim teorisi niçin doğru diye soracağız.

Siz de sicimlerden türetilen zar katmanları kozmolojisine giriş yapmak için büyük patlama öncesinde ne vardı diye sorabilir, süre büyük patlamayla mı akmaya başladı diye devam ederek sicimlere alternatif halka kuantum kütleçekim kuramına göz atabilirsiniz. Keyifli okumalar!

Sicim teorisini açıklayalım

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir