Bilim insanları, sicim teorisini kazara kanıtladıklarını düşünüyor

Bilim insanları, sicim teorisini kazara kanıtladıklarını düşünüyor

Bu haberi okuduğunuzda şunları öğreneceksiniz:

• Sicim teorisi, genel görelilik ve kuantum teorisini birleştirmeyi amaçlar.

• 1990'larda popüler olan sicim teorisi; test edilebilir öngörüler sunmakta başarısız olması ve matematiksel tutarlılık için on boyut gerektirmesi nedeniyle zamanla gözden düştü.

• Yeni bir çalışma, "bootstrap" (kendi kendine inşa) yaklaşımını kullanarak; evrene dair yalnızca dört fiziksel varsayımın kullanılmasının, sicim teorisi tarafından daha önce öngörülmüş olan saçılma genliklerini ortaya çıkardığını tespit ediyor.

Bilinen evren —ya da en azından ona dair anlayışımız— iki temel teori tarafından yönetilir. İlki, Albert Einstein'ın eseri olan ve uzay-zaman fiziğini devasa ölçeklerde isabetle tarif eden genel görelilik teorisidir. İkincisi ise, ilgi odağı subatomik alem olan kuantum alan teorisidir. Her iki teori de kendi bilimsel etki alanlarında olağanüstü derecede isabetlidir; ancak fizikçiler bu iki teoriyi birbiriyle uzlaştırmaya çalıştıklarında, hiç de azımsanmayacak sayıda sorunla karşılaşırlar.

Temel düğüm noktası, kütleçekimidir (yerçekimi). Evrenin diğer temel kuvvetleri; fotonlar, gluonlar veya W ve Z bozonları gibi "kuvvet taşıyıcılarına" sahipken, kütleçekiminin böyle bir parçacığı yoktur —en azından, bizim bildiğimiz kadarıyla. Basitçe ifade etmek gerekirse, elimizde bir kuantum kütleçekim teorisi bulunmamaktadır; bu teori olmaksızın da, o hep peşinde koşulan ama bir türlü yakalanamayan "her şeyin teorisi" (Theory of Everything) ulaşılamaz bir hayal olarak kalacaktır. Yine de, son yarım yüzyıl boyunca bu durum, fizikçilerin kuantum alemi ile genel görelilik alemini birleştirme yöntemleri önermelerine engel teşkil etmemiştir.

Sicim teorisi; evrenin, bir protondan milyar kere milyar kat daha küçük ölçeklerde, farklı parçacıkları —kütleçekimi de dahil olmak üzere— meydana getiren, titreşen minik sicimlerden oluştuğunu öne sürer. İlk kez 1960'ların sonlarında ortaya atılan bu fikir, 90'lı yıllarda zirve noktasına ulaşmıştır. Ancak sicim teorisi hiçbir zaman test edilebilir öngörüler üretememiş; ayrıca teorinin gerçekten işleyebilmesi için on boyutun varlığını şart koşmuştur ki, bu da ampirik (deneysel) yollarla test edilmesi pek de kolay olmayan bir husustur.

Sicim teorisi etrafındaki heyecan, takip eden on yıllar içinde yatışmış olsa da, bu fikir tamamen silinip gitmemiştir. Nitekim Physical Review Letters dergisinde yayımlanan yeni bir çalışma, sicim teorisinin aslında "neredeyse hiçlikten" türeyip ortaya çıktığını teorik düzeyde gözler önüne sermektedir. Başka bir deyişle; yalnızca birkaç fiziksel varsayımın kullanılmasıyla birlikte sicim teorisi, kuantum mekaniği ile genel göreliliği birleştirme yolunda oldukça cazip bir aday haline gelmektedir. Çalışmanın başyazarı olan California Teknoloji Enstitüsü'nden (Caltech) Clifford Cheung, bir basın açıklamasında, “Dizeler (strings) hakkında hiçbir varsayımla yola çıkmamıştık; ancak çözüm, dizelerin temel karakteristik izlerini barındırıyordu,” dedi. “Dizeler, kendiliğinden ortaya çıktı.”

Bu gelişme, sicim teorisinin (string theory) daha ciddi bir hipotez statüsüne yükselebilmesi için elzem olan, o çok ihtiyaç duyulan deneysel kanıt niteliğinde değildir. Bunun yerine, yeni araştırma, fizikçilerin doğruluğuna inandıkları temel varsayımlardan yola çıkıp, bu varsayımları izleyerek hangi teorilerin ortaya çıkacağını gözlemledikleri, “bootstrap” (kendi kendine yükselme) yaklaşımı olarak bilinen bir yönteme dayanıyor. Science News'un aktardığına göre araştırmacılar, söz konusu dört temel varsayım ışığında, ne tür saçılma genliklerinin —parçacıkların belirli bir biçimde etkileşime girme olasılığını belirlemek için kullanılan matematiksel nesnelerin— mümkün olabileceğini incelediler.

İlk iki varsayım genel kabul görmüş niteliktedir: birimlik (unitarity) —kuantum mekaniğinden gelir ve tüm olasılıkların toplamının yüzde 100'e eşit olması gerektiğini ifade eder— ve Lorentz değişmezliği —Einstein'ın özel görelilik kuramından gelir ve fizik yasalarının, konum veya hızdan bağımsız olarak evrenin her yerinde geçerli olduğunu belirtir. Sonraki iki varsayım ise biraz daha iddialı sıçramalar gerektiriyor. Bunlardan biri, fiziğin aşırı yüksek enerjilerde —genel görelilik gibi bazı teorilerin geçerliliğini yitirdiği bir alanda— “düzgün davranmaya” (tutarlı kalmaya) devam edeceği varsayımıdır. “Minimal sıfırlar” olarak adlandırılan son varsayım ise, daha karmaşık olanlar yerine, mümkün olan en basit saçılma genliklerini tercih eder. Sadece bu dört varsayımı kullanarak yazarlar, sicim teorisyenleri tarafından on yıllar öncesinden öngörülmüş olan —ve İtalyan teorik fizikçi Gabriele Veneziano tarafından 1960'ların sonlarında ilk kez tanımlanan o sonsuz parçacık kulesini de içeren— iki spesifik saçılma genliğini (Veneziano ve Virasoro-Shapiro genliklerini) türetmeyi başardılar.

Çalışmanın ortak yazarlarından, New York Üniversitesi'nden Grant Remmen, bir basın açıklamasında, “Sicim teorisinin tüm o ince detayları —teorinin ününü borçlu olduğu sicimin ‘harmoniklerini’ oluşturan, kütleli ve spinli parçacıklardan oluşan o sonsuz kule de dahil olmak üzere— kendiliğinden ortaya çıktı,” dedi.

Elbette bu durum, “her şeyin teorisini” bulduğumuz anlamına gelmiyor. Ancak, aradığımız cevapların, gözlem yapamayacağımız kadar küçük ölçeklerde gizlendiği bir bağlamda; evrene dair, makul varsayımlardan oluşan küçük bir kümenin, neredeyse kaçınılmaz bir biçimde sicimlere işaret ettiğini bilmek, insana güven veriyor.

Kaynak: PM