Sicim Teorisi Beklenmedik Şekilde Yeniden Gündemde
Modern fiziğin en tartışmalı fikirlerinden biri olan sicim teorisi, yıllardır hem büyük umutlarla hem de ciddi eleştirilerle anılıyor. Bazı fizikçilere göre bu teori evrendeki tüm kuvvetleri tek çatı altında birleştirebilecek en güçlü adaylardan biri. Bazılarına göreyse deneysel olarak doğrulanması neredeyse imkansız olduğu için yalnızca matematiksel bir fikirden ibaret. Ancak yeni yayımlanan bir araştırma, bu eski tartışmayı yeniden alevlendirebilir.
Caltech, New York Üniversitesi ve Barselona’daki Institut de Fisica d'Altes Eneries araştırmacıları tarafından yürütülen çalışmada bilim insanları sicim teorisini doğrudan varsaymadan işe başladı. Bunun yerine, parçacıkların aşırı yüksek enerjilerde nasıl davranması gerektiğine dair birkaç temel fizik kuralı kullanıldı. Araştırmacılar daha sonra ortaya çıkan matematiksel sonuçları incelediğinde karşılarına şaşırtıcı bir tablo çıktı. Hesaplamalar, doğrudan sicim teorisinin temel özelliklerine işaret ediyordu.
Bu durum araştırmacıları bile şaşırttı. Çünkü çalışma boyunca baştan itibaren “evren titreşen sicimlerden oluşuyor” gibi bir varsayım kullanılmadı. Buna rağmen elde edilen matematiksel yapı, sicim teorisinin onlarca yıldır öne sürdüğü parçacık düzenleriyle büyük ölçüde örtüştü.
Bu gelişme, yıllardır teorik düzeyde kalan sicim teorisinin tamamen rastgele ortaya atılmış bir fikir olmayabileceğini düşündürüyor. Araştırmacılar henüz teorinin kanıtlandığını söylemiyor. Ancak doğanın temel kurallarından hareket edildiğinde aynı matematiksel yapının yeniden ortaya çıkması, teorinin düşündüğümüzden daha derin bir temele sahip olabileceğine işaret ediyor.
Sicim Teorisi Neden Bu Kadar Önemli?
Sicim teorisi ilk olarak 1960’lı yıllarda geliştirildi. Temel amaç, modern fiziğin iki büyük sütunu arasında köprü kurabilmekti. Bunlardan biri atom altı parçacıkları açıklayan kuantum mekaniği, diğeri ise Einstein’ın yerçekimini tanımlayan genel görelilik teorisiydi.
Bugün fizikçiler evreni açıklarken bu iki teoriyi ayrı ayrı kullanabiliyor. Ancak ikisini aynı anda çalıştırmaya çalıştıklarında ciddi matematiksel sorunlar ortaya çıkıyor. Özellikle yerçekimi kuantum ölçekte hesaba katıldığında denklemler sonsuz değerlere gidiyor ve fiziksel anlamını kaybediyor.
Sicim teorisi bu problemi farklı bir yaklaşımla çözmeye çalışıyor. Teoriye göre evrenin temel yapı taşları noktasal parçacıklar değil, son derece küçük titreşen sicimler. Elektron, foton veya varsayımsal graviton gibi parçacıklar ise bu sicimlerin farklı titreşim biçimlerinden oluşuyor.
Örneğin bir keman telinin farklı titreşimlerde farklı sesler üretmesi gibi, sicimler de farklı parçacıkları meydana getiriyor olabilir. Bu yaklaşım sayesinde yerçekimi de kuantum düzeyde teorinin içine dahil edilebiliyor.
Fakat burada çok büyük bir sorun bulunuyor. Sicim teorisini doğrudan test etmek için gereken enerji seviyesi bugünkü teknolojinin çok ötesinde. Araştırmacılar böyle bir deney yapmak için galaksi büyüklüğünde parçacık hızlandırıcısına ihtiyaç duyulabileceğini söylüyor.
Yeni Yaklaşım Eski Bir Fikri Yeniden Canlandırdı
Doğrudan deney yapılamadığı için fizikçiler alternatif yöntemler geliştirmeye çalışıyor. Son çalışmada kullanılan “bootstrap” yaklaşımı da bunlardan biri.
Bu yöntemde araştırmacılar detaylı bir teori kurmak yerine önce doğanın uyması gereken birkaç temel kural belirliyor. Daha sonra bu kurallardan hangi fiziksel yapıların doğal biçimde ortaya çıktığı araştırılıyor.
Yeni çalışmada ekip, parçacık çarpışmalarının yüksek enerjilerde nasıl davranması gerektiğini matematiksel olarak modelledi. Hesaplamalarda “ultrasoftness” adı verilen özel bir davranış kullanıldı. Bu özellik, çok yüksek enerjilerde parçacıkların birbirine sert biçimde çarpmak yerine daha yumuşak etkileşim göstermesini ifade ediyor.
Normal şartlarda Einstein’ın genel görelilik denklemleri Planck ölçeğine yaklaşıldığında çökmeye başlıyor. Denklemler sonsuza gidiyor ve sonuçlar anlamsız hale geliyor. Sicim teorisi ise bu sonsuzluk problemini daha dengeli hale getirebiliyor.
Araştırmacılar yalnızca birkaç matematiksel koşul kullandıklarında ortaya çıkan çözümün doğrudan sicim teorisinin karakteristik özelliklerini ürettiğini gördü. Özellikle farklı kütle ve dönüş özelliklerine sahip sonsuz parçacık dizisi, teorinin en bilinen imzalarından biri olarak kabul ediliyor.
Çalışmanın yazarlarından Clifford Cheung, sonuçların bu kadar net çıkmasının önemli olduğunu söylüyor. Çünkü teorik olarak çok farklı matematiksel sonuçlar ortaya çıkabilirdi. Ancak hesaplamalar tek bir yapıya yöneldi ve bu yapı sicim teorisiyle örtüştü.
Modern Fizik İçin Yeni Bir Dönem Olabilir
Çalışmanın dikkat çekici yönlerinden biri de kullanılan yaklaşımın aslında yeni olmaması. 1960’lı yıllarda bazı fizikçiler parçacık davranışlarını açıklamak için benzer yöntemler geliştirmişti. Ancak zaman içinde bu fikirler geri planda kaldı.
Bugün ise gelişmiş matematiksel teknikler sayesinde eski yöntemler yeniden değerlendiriliyor. Araştırmacılar artık hangi varsayımların kullanılabileceğini daha iyi anlıyor ve çok daha güçlü hesaplama yöntemlerine sahip bulunuyor.
Bu araştırma sicim teorisini kesin olarak doğrulamıyor. Ancak onlarca yıldır yalnızca soyut matematik olarak görülen bazı fikirlerin, doğanın temel prensiplerinden doğal biçimde ortaya çıkabilmesi fizik dünyasında ciddi yankı uyandırmış durumda.
Özellikle kuantum yerçekimi problemi hala çözülmediği için fizikçiler alternatif yollar aramaya devam ediyor. Eğer sicim teorisinin temel özellikleri farklı yöntemlerle sürekli yeniden ortaya çıkıyorsa, bu durum teorinin tamamen yanlış olma ihtimalini azaltabilir.
Önümüzdeki yıllarda kuantum hesaplama sistemleri, yeni matematiksel araçlar ve gelişmiş parçacık deneyleri sayesinde bu teorilere dair daha somut ipuçları elde edilmesi bekleniyor. Belki de bugün yalnızca denklem olarak görülen bazı fikirler, gelecekte evrenin temel yapısını anlamamızda kritik rol oynayacak.
Kaynak: sciencedaily.com - String theory suddenly emerged from simple physics rules
Gökhan Yalta'nın Yorumu: Sicim teorisi yıllardır fizik dünyasının en tartışmalı alanlarından biri oldu. Bir taraf onu evrenin her şeyini açıklayabilecek büyük bir çatı teori olarak görüyor, diğer taraf ise test edilemeyen matematiksel bir kurgu olarak değerlendiriyor. Açıkçası ben bu yeni çalışmanın önemli tarafının “sicim teorisi kanıtlandı” gibi bir sonuç üretmesi değil, doğanın temel kurallarından yola çıkıldığında aynı yapının tekrar tekrar karşımıza çıkması olduğunu düşünüyorum.
Çünkü bilim tarihinde bazı fikirler önce matematikte ortaya çıkıp yıllar sonra gerçek dünyada karşılık buldu. Kara delikler bunun en bilinen örneklerinden biri. Einstein denklemleri çözülürken ortaya çıkan tuhaf sonuçlar önce fizikçileri bile şaşırtmıştı. Ama bugün kara deliklerin gerçek olduğunu biliyoruz. Belki sicim teorisi için de benzer bir süreç yaşanıyor olabilir.
Bir diğer dikkat çekici nokta ise modern fiziğin hala tamamlanmamış olması. Günlük hayatta teknolojinin ulaştığı noktayı görünce fiziğin her şeyi çözdüğünü sanıyoruz. Oysa evrenin temel yapısı konusunda hala büyük boşluklar var. Yerçekiminin kuantum düzeyde nasıl çalıştığını bilmiyoruz. Karanlık maddeyi tam olarak anlayamıyoruz. Bu yüzden böyle çalışmalar sadece teorik matematik egzersizi değil. Belki de gelecekte evrenin nasıl oluştuğunu, zamanın ne olduğunu ve gerçekliğin temel yapısını anlamamızı sağlayacak ilk işaretlerden biri olabilir.