Söylentiye göre, Albert Einstein dünyadaki son birkaç saatini, her şeyle ilgili teorisini açıklamak için son bir girişim olarak bir parça kağıda bir şeyler karalayarak geçirdi. Yaklaşık 60 yıl sonra, teorik fiziğin bir başka efsane figürü olan Stephen Hawking, benzer düşüncelerle aramızdan ayrılmış olabilir. Hawking’in “M-teorisi” denen bir şeyi düşündüğünü biliyoruz ve bu evrene dair en mükemmel teori olabilir. Peki ama bu teori nedir?
Einstein’ın 1915’teki genel izafiyet kuramının bu yana her teorik fizikçi, atom ve parçacıkların son derece küçük dünyasıyla kozmosun son derece geniş kapsamı ile ilgili anlayışımızı ortak bir paydada buluşturmayı hayal ediyor. Kozmosun geniş kapsamı Einstein’ın denklemleri ile etkili bir şekilde tarif edilirken, atom ve parçacıkların küçük dünyası temel etkileşimlerin Standart Modeli ile olağanüstü bir doğrulukla hesaplanır.
Şu andaki anlayışımız, fiziksel nesneler arasındaki etkileşimin dört temel güç tarafından açıklandığıdır. Bunlardan ikisini – yerçekimi ve elektromanyetizmayı – çıplak gözle görebiliriz ve günlük yaşamımızda bunların etkilerini anlayabiliriz. Diğer ikisi, güçlü ve zayıf etkileşimler, çok küçük bir ölçekte hareket eder ve yalnızca atomla ilgili süreçleri ele aldığımızda belirgin olur.
Temel etkileşimlerin standart modeli, bu kuvvetlerin üçünü birleştiren bir çerçeve sağlar, ancak yer çekimi bu resme kalıcı olarak dahil edilemez. Bir gezegenin yörüngesi veya galaksi dinamikleri gibi büyük ölçekli olaylar olarak doğru bir şekilde tanımlamasına rağmen, genel izafiyet ayrıntılarını açıklamaya sıra geldiğinde tıkanır. Standart modele göre, tüm kuvvetlere belirli parçacıklar aracılığıyla oluşur. Yerçekiminde bu görevi graviton denilen bir parçacık yerine getirir. Fakat bu gravitonların nasıl etkileştiği hesaplanmaya çalışıldığında mantıksız sonsuzluklar ortaya çıkar.
Tutarlı bir yerçekimi teorisi her ölçekte geçerli olmalı ve temel parçacıkların kuantum doğasını hesaba katmalıdır. Böylece, diğer üç temel etkileşimle birlikte yerçekimine ortak bir çerçeve sağlanır ve bu sayede ünlü her şeyin teorisi ortaya çıkar. 1955 yılında Einstein’ın ölümünden beri elbette pek çok ilerleme kaydedildi ve günümüzde bu gelişmeler içinde en iyi adayımız M-teorisidir.
Sicim Devrimi
M-teorisinin temel fikrini anlamak için, bilim adamlarının, evreni parçacıklar gibi bir noktaya dayalı olarak tanımlamaktan ziyade, onu küçük salınım yapan sicimler (enerji tüpleri) olarak tanımlanabileceğinin farkına vardıkları zaman olan 1970’lere geri dönmeliyiz. Doğanın temel bileşenleri hakkında bu yeni düşünce tarzı birçok teorik problemi çözmüştür. Her şeyden önce, sicimin belirli bir şekilde salınımı bir graviton olarak yorumlanabilir. Standart yerçekimi teorisinin aksine, sicim teorisi, etkileşimlerini matematiksel olarak tuhaf sonsuzluklar elde etmeden açıklayabilir. Böylece, yerçekimi nihayet ortak bir çerçeveye dahil edilebildi.
Bu heyecan verici keşiften sonra, teorik fizikçiler bu ufuk açıcı fikrin sonuçlarını anlamak için çok çaba harcadılar. Ancak, bilimsel araştırmalarda sıklıkla olduğu gibi, sicim teorisinin tarihi iniş ve çıkışlarla doludur. İlk başta insanlar şaşırmıştı çünkü bir “takiyon” olarak adlandırılan ışık hızından daha hızlı hareket eden bir parçacığın var olduğu öngörülüyordu. Bu öngörü, tüm deneysel gözlemlere tezattı ve sicim teorisi hakkında ciddi şüphe uyandırıyordu.
Bununla birlikte, bu konu 1980’lerin başlarında sicim teorisinde “süper simetri” adı verilen bir kavramın ortaya atılmasıyla çözülmüştür. Bu, her parçacığın bir süper partneri olduğunu ve olağanüstü bir tesadüfle, aynı durumun aslında takiyonu ortadan kaldırdığını öngörür. Bu ilk başarı genellikle “ilk sicim devrimi” olarak bilinir.
Bir başka çarpıcı özellik ise, sicim teorisinin on uzay zamanı kadar bir boyutun var olduğunu iddia etmesidir. Şu anda sadece dört tanesini biliyoruz: derinlik, yükseklik, genişlik ve zaman. Bu büyük bir engel gibi görünse de, birkaç çözüm önerilmiştir ve günümüzde bir problemden ziyade dikkate değer bir özellik olarak görülmektedir. Örneğin, ekstra boyutlara erişim olmaksızın bir şekilde dört boyutlu bir dünyada yaşamaya zorlanabiliriz. Ya da ekstra boyutlar, o kadar küçük bir ölçeğe “sıkıştırılmış” ki onları fark etmeyiz. Bununla birlikte, farklı sıkıştırmalar, fiziksel değişmezlerin farklı değerlerine ve dolayısıyla farklı fizik kanunlarına yol açacaktır. Olası bir çözüm, evrenimizin, farklı fizik yasaları tarafından yönetilen sonsuz bir “çoklu-evrenden” sadece bir tanesi olmasıdır.
Bu size tuhaf gelebilir; ancak birçok teorik fizikçi bu fikre inanmaya başladı. İkna olmadıysanız, Edwin Abbott tarafından kaleme alınan ve içindeki karakterlerin iki uzaysal boyutta yaşamaya zorlandığı ve üçüncü bir boyutun olduğunu fark edemedikleri Flatland(Düzülke): Çok Boyutluluk Serüveni adlı romanı okumayı deneyebilirsiniz.
M-Teorisi
Ancak, o zamanlarda sicim teorisyenlerini rahatsız eden bir sorun vardı. Tam bir sınıflandırma, beş farklı tutarlı sicim kuramının varlığını gösterdi ve doğanın neden beş kuramdan birini seçeceği açık değildi.
İşte bu noktada M-teorisi devreye girdi. 1995’teki ikinci sicim devrimi sırasında fizikçiler, beş tutarlı sicim teorisinin aslında on bir uzay boyu boyutunda gerçekleşen ve M-teorisi olarak bilinen eşsiz bir teorinin sadece farklı yüzleri olduğunu öne sürdüler. M-teorisi sicim teorilerinin her birini farkı fiziksel bağlamlarda içerir, ancak yine de hepsi için geçerlidir. Bu son derece etkileyici resim, çoğu teorik fizikçinin M-kuramına her şeyin kuramı olarak inanmasını sağladı – aynı zamanda diğer aday teorilerden de matematiksel olarak daha tutarlı.
Ancak, şimdiye kadar M-teorisi, deneylerle test edilebilen tahminler üretmekte zorlandı. Süper simetri şu anda Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda test ediliyor. Bilim adamları, süper partnerlere dair kanıt bulurlarsa, bu sonuç olarak M-teorisini güçlendirecektir. Fakat mevcut teorik fizikçilerin test edilebilir deneyler üretmeleri ve deneysel fizikçilerin bunları test etmek için deneyler oluşturmaları için hala zor görünüyor.
Birçok büyük fizikçi ve kozmolog, dünyanın her şeyini açıklayabilecek güzel ve basit bir tanımını bulmak için tutkuyla ve kararlı bir şekilde çalışıyor. Henüz tam bir kavram oluşturulamasa da, Hawking gibi insanların üstün ve yaratıcı fikirleri olmadan bir şansımız olmazdı.
Kaynak: https://phys.org/news/2018-03-stephen-hawking-pinned-m-theory-fully.html
Çeviren: Özlem SEİS