Doğanın Tüm Kuvvetleri Tek Teoride Buluşabilir mi?
Cesur yeni bir kuantum yerçekimi teorisi, Einstein’ın genel göreliliği ile kuantum alan teorisi arasında uzun süredir devam eden uçurumu nihayet kapatabilir.
Bu potansiyel “Her Şeyin Teorisi”, kara delik tekilliklerinden evrenin kökenine kadar bilimdeki en derin gizemlerden bazılarına cevap verebilir ve aynı zamanda küresel bilim camiasını nihai kanıta katkıda bulunmaya davet edebilir.
Fiziği Birleştirmede Uzun Süredir Aranılan Atılım
Onlarca yıllık arayışın ardından, bilim insanları nihayet fizikteki en büyük gizemlerden birine yaklaşıyor olabilir: yerçekiminin doğanın diğer temel güçleriyle nasıl birleştirileceği. Fizikçiler nesiller boyunca iki güçlü ama uyumsuz teoriyi -Einstein’ın yerçekimi teorisi ve kuantum mekaniği- uzlaştırmak için mücadele ettiler. Şimdi, Finlandiya’daki araştırmacıların büyük bir atılımı bizi uzun zamandır aranan “Her Şeyin Teorisi ”ne bir adım daha yaklaştırabilir.
Aalto Üniversitesi’ndeki fizikçiler, yerçekimi hariç bilinen tüm parçacıkları ve kuvvetleri tanımlayan Standart Model ile uyumlu yepyeni bir kuantum yerçekimi teorisi geliştirdiler. Çalışmaları, bilim insanlarının evrenin nasıl başladığı ya da kara deliklerin içinde gerçekte ne olduğu gibi kozmik bulmacaları daha iyi anlamalarına yardımcı olabilir. Kulağa derin bir teori gibi gelebilir, ancak bu gibi ilerlemeler genellikle gerçek dünya teknolojisine yol açar – sonuçta, telefonunuzun GPS sistemi Einstein’ın yerçekimi teorisi olmadan çalışmazdı.
Yerçekimi kuantum alanı düz uzay-zamanda hesaplanır. Eğrisel klasik metrik, yerçekimi kuantum alanının beklenen değeri kullanılarak hesaplanır. Kaynak: Mikko Partanen ve Jukka Tulkki / Aalto Üniversitesi.
Yeni Makale Büyük Patlama Gizemlerini Açığa Çıkarabilir
Raporlar Üzerine Fizikte İlerleme dergisinde yeni yayınlanan bir makalede araştırmacılar Mikko Partanen ve Jukka Tulkki çığır açan teorilerini ortaya koyuyor. Ve etkileri çok büyük olabilir.
“Eğer bu, yerçekiminin eksiksiz 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.”
Yerçekimi Ölçer Teorisi Bulmacasını Çözmek
Anahtar nokta, yerçekimini uygun bir ölçü teorisinde tanımlamanın bir yolunu bulmaktı; parçacıkların bir alan aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girdiği bir teori türü. Tulkki, “En bilinen ölçü alanı elektromanyetik alandır. Elektriksel olarak yüklü parçacıklar birbirleriyle etkileşime girdiğinde, ilgili ölçü alanı olan elektromanyetik alan aracılığıyla etkileşime girerler,” diye açıklıyor. “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 ölçü teorileriyle uyumlu bir yerçekimi ölçü teorisi bulmaktır; elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet. Parçacık fiziğinin Standart Modeli, bu üç kuvveti tanımlayan bir ölçü teorisidir ve belirli simetrilere sahiptir. Çalışmanın baş yazarı Partanen, “Ana fikir, teoriyi genel göreliliğin çok farklı bir tür uzay-zaman simetrisine dayandırmak yerine, Standart Model simetrilerine benzer bir simetriye sahip bir kütle çekim gösterge teorisine sahip olmaktır” diyor.
Görelilik ve Kuantum Teorisinin Çatıştığı Yer
Böyle bir teori olmadan, fizikçiler en güçlü iki teorimiz olan kuantum alan teorisi ve genel göreliliği uzlaştıramazlar. Kuantum teorisi çok küçüklerin dünyasını tanımlar – olasılıksal yollarla etkileşime giren minik parçacıklar – genel görelilik ise tanıdık nesnelerin ve onların kütle çekimsel etkileşimlerinin daha büyük dünyasını tanımlar. Bunlar evrenimizin farklı bakış açılarından yapılan açıklamalarıdır ve her iki teori de olağanüstü bir kesinlikle doğrulanmıştır – ancak birbirleriyle uyumsuzdurlar. Dahası, kütle çekimsel etkileşimler zayıf olduğundan, klasik bir teori olan genel göreliliğin ötesinde gerçek kuantum kütle çekim etkilerini incelemek için daha fazla hassasiyete ihtiyaç vardır.
Partanen, “Kütle çekim alanı ve yüksek enerjilerin olduğu durumlarda ne tür fenomenlerin olduğunu anlamak için bir kütle çekim kuantum teorisine ihtiyaç vardır” diyor. Bunlar kara deliklerin etrafındaki koşullar ve Büyük Patlama’dan hemen sonra evrenin ilk zamanlarında – 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. Partanen ve Tulkki şimdiye kadar bunun belirli bir noktaya kadar işe yaradığını gösterdiler -sözde ‘birinci dereceden’ terimler için- ancak sonsuzlukların tüm hesaplama boyunca ortadan kaldırılabileceğinden emin olmaları gerekiyor. Tulkki, “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. “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 bununla tanışabilir, sonuçlarını kontrol edebilir, daha da geliştirilmesine yardımcı olabilir ve üzerine inşa edebilir.
Yeni Bir Keşif Çağı İçin Umut
“Kuantum mekaniği ve ondan önceki görelilik teorisi gibi, teorimizin de bilim insanlarının keşfedebileceği sayısız yol açacağını umuyoruz,” diye sonlandırıyor Partanen.
Kaynak: https://scitechdaily.com