Bilimin Kutsal Kâsesi: Her Şeyin Teorisine Bir Adım Daha
Sonunda, yerçekimini diğer temel kuvvetlerle birleştiren birleşik bir teori -elektromanyetizma ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler- ulaşılabilir durumda. Yerçekimini katlamak, modern fiziğin iki temel taşı olan kuantum alan teorisi ve Einstein’ın yerçekimi teorisi arasındaki uyumsuzluğu uzlaştırmak için mücadele eden nesiller boyu fizikçilerin hedefi olmuştur.
Aalto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, kütleçekimini parçacık fiziğinin standart modeliyle uyumlu bir şekilde tanımlayan yeni bir kuantum kütleçekim teorisi geliştirdiler ve evrenin nasıl başladığına dair daha iyi bir anlayışın kapısını açtılar.
Teorik fizik dünyası uygulanabilir teknolojiden uzak görünse de bulgular dikkat çekici. Modern teknoloji bu tür temel ilerlemeler üzerine kuruludur; örneğin akıllı telefonunuzdaki GPS, Einstein’ın kütleçekim teorisi sayesinde çalışmaktadır.
Mikko Partanen ve Jukka Tulkki, yeni teorilerini Reports on Progress in Physics’te yayınlanan bir makalede açıklıyorlar. Baş yazar Partanen, bulguların birkaç yıl içinde kritik anlayışın kilidini açacağını umuyor.
“Eğer bu, yerçekiminin tam bir kuantum alan teorisine yol açarsa, o zaman sonunda kara deliklerdeki tekillikleri ve Büyük Patlama’yı anlamanın çok zor sorunlarına cevaplar verecektir,” diyor.
“Doğanın tüm temel kuvvetlerini tutarlı bir şekilde tanımlayan bir teoriye genellikle her şeyin teorisi denir,” diyor Partanen, ancak kendisi bu terimi kullanmaktan hoşlanmıyor. “Fiziğin bazı temel soruları hala cevapsız. Örneğin, mevcut teoriler gözlemlenebilir evrende neden antimaddeden daha fazla madde olduğunu henüz açıklamıyor.”
Uzlaştırılamaz olanı uzlaştırmak
Anahtar nokta, yerçekimini uygun bir gösterge teorisinde tanımlamanın bir yolunu bulmaktı; parçacıkların bir alan aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girdiği bir teori türü.
“En bilinen gösterge alanı elektromanyetik alandır. Elektriksel olarak yüklü parçacıklar birbirleriyle etkileşime girdiğinde, ilgili gösterge alanı olan elektromanyetik alan aracılığıyla etkileşime girerler,” diye açıklıyor Tulkki.
“Yani enerjiye sahip parçacıklarımız olduğunda, sadece enerjiye sahip oldukları için sahip oldukları etkileşimler yerçekimi alanı aracılığıyla gerçekleşir.”
Fizikçilerin uzun zamandır karşı karşıya olduğu bir zorluk, diğer üç temel kuvvetin gösterge teorileriyle uyumlu bir yerçekimi gösterge teorisi bulmaktır; elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet. Parçacık fiziğinin standart modeli, bu üç kuvveti tanımlayan bir gösterge teorisidir ve belirli simetrilere sahiptir.
“Ana fikir, teoriyi genel göreliliğin çok farklı bir uzay-zaman simetrisine dayandırmak yerine, standart model simetrilerine benzer bir simetriye sahip bir yerçekimi gösterge teorisine sahip olmaktır,” diyor çalışmanın baş yazarı Partanen.
Böyle bir teori olmadan, fizikçiler en güçlü iki teorimiz olan kuantum alan teorisi ve genel göreliliği uzlaştıramazlar. Kuantum teorisi, olasılıkçı yollarla etkileşime giren çok küçük parçacıkların dünyasını tanımlarken, genel görelilik, tanıdık nesnelerin ve onların kütleçekimsel etkileşimlerinin daha büyük dünyasını tanımlar.
Bunlar evrenimizin farklı bakış açılarından açıklamalarıdır ve her iki teori de olağanüstü bir hassasiyetle doğrulanmıştır, ancak birbirleriyle uyumsuzdurlar. Dahası, kütleçekimsel etkileşimler zayıf olduğundan, klasik bir teori olan genel göreliliğin ötesinde gerçek kuantum kütleçekim etkilerini incelemek için daha fazla hassasiyete ihtiyaç vardır.
Partanen, “Kütle çekiminin kuantum teorisi, kütle çekim alanı ve yüksek enerjilerin olduğu durumlarda ne tür fenomenlerin olduğunu anlamak için gereklidir,” diyor. Bunlar kara deliklerin etrafındaki ve Büyük Patlama’dan hemen sonra evrenin ilk zamanlarındaki koşullardır; fizikteki mevcut teorilerin işe yaramadığı alanlar.
Fizikteki çok büyük sorulara her zaman hayranlık duyan, yerçekimi teorisine simetri tabanlı yeni bir yaklaşım keşfetti ve bu fikri Tulkki ile birlikte daha da geliştirmeye başladı. Ortaya çıkan çalışma, yerçekimini anlamanın sonunda GPS’in yaratılmasına giden yolu açmasıyla aynı şekilde, bilimsel anlayışta yepyeni bir çağın kilidini açma konusunda büyük bir potansiyele sahiptir.
Bilimsel topluluğa açık davet
Teori umut verici olsa da ikili, henüz kanıtını tamamlamadıklarını belirtiyor. Teori, hesaplamalarda ortaya çıkan sonsuzluklarla başa çıkmanın matematiksel bir yolu olan yeniden normalleştirme olarak bilinen teknik bir prosedür kullanıyor.
Şimdiye kadar Partanen ve Tulkki, bunun belirli bir noktaya kadar işe yaradığını gösterdiler -sözde ‘birinci dereceden’ terimler için- ancak sonsuzlukların tüm hesaplama boyunca ortadan kaldırılabileceğinden emin olmaları gerekiyor.
“Yeniden normalleştirme daha yüksek dereceden terimler için işe yaramazsa, sonsuz sonuçlar elde edersiniz. Bu nedenle bu yeniden normalleştirmenin işe yaramaya devam ettiğini göstermek hayati önem taşıyor,” diye açıklıyor Tulkki. “Hala tam bir kanıt yapmamız gerekiyor, ancak başarılı olma olasılığımızın çok yüksek olduğuna inanıyoruz.”
Partanen de aynı fikirde. Önümüzde hala zorluklar olduğunu söylüyor, ancak zamanla ve çabayla bunların üstesinden gelineceğini umuyor. “Ne zaman olacağını söyleyemem, ancak birkaç yıl içinde bu konuda çok daha fazla şey öğreneceğimizi söyleyebilirim.”
Şimdilik, teoriyi olduğu gibi yayınladılar, böylece bilim camiasının geri kalanı onunla tanışabilir, sonuçlarını kontrol edebilir, daha da geliştirilmesine yardımcı olabilir ve üzerine inşa edebilir.
“Kuantum mekaniği ve ondan önceki görelilik teorisi gibi, teorimizin bilim insanlarının keşfetmesi için sayısız yol açacağını umuyoruz,” diye sonlandırıyor Partanen.
Kaynak: https://phys.org