Astronomi ve Kozmoloji

Her Şeyin Teorisi Nedir? Neden Önemlidir?

Konuya yabancı olanlar başlığı okudukları zaman şaşırmış olabilirler. Bu nedenle detaylara geçmeden önce neden bahsettiğimizi aktaralım. Çok basitçe söylemek gerekirse Her Şeyin Teorisi evrendeki bütün maddenin, kuvvetlerin, uzayın ve zamanın olabilecek en temel seviyedeki en basit, en olası matematiksel tarifidir. Her şeyin teorisini bulmak gerçek bilimin başlama zamanıdır. Bu teori nihayetinde tüm temel kuvvetleri birbirine bağlayacaktır. Bu sayede her tür parçacığın davranışını ve etkileşimlerini tanımlama ve her durumda uzay ve zamanın nasıl davrandığını ayrıntılı olarak açıklama şansına erişme şansımız olacaktır. Bunların sonucunda da evreninin sırları teker teker açıklığa kavuşacaktır.( mı acaba!). Heyecan verici, değil mi? Konuya yabancı olanlar için bir kaç tanım ile başlayalım.

Her Şeyin Teorisi Nedir?

Evrende gerçekleşen tüm olaylar aslında dört temel kuvvet tarafından yönetilir. Bunlar Kütleçekim kuvveti, Zayıf Nükleer Kuvvet, Elektromanyetik Kuvvet ve Güçlü Nükleer Kuvvetidir. Ancak sorun mikroskobik dünyayı makroskopik olanla birleştirmenin mümkün olmamasıdır. Astronomik ölçeklerde, yerçekimi hakimdir ve en iyi Einstein’ın genel görelilik teorisi tarafından tanımlanır. Ancak moleküler, atomik veya atom altı ölçeklerde kuantum mekaniği doğal dünyayı en iyi şekilde tanımlar. Ve şimdiye kadar kimse bu iki dünyayı birleştirmenin iyi bir yolunu bulamamıştır. İşte, her şeyin teorisi bu işi başaracaktır.

20. Yüzyılın ortalarında, fizikçiler “neredeyse her şeyin teorisi” olarak adlandırılan Standart Modeli geliştirdiler. Bu model, bilinen tüm atom parçacıkların ve dört temel kuvvetten üçünün etkileşimlerini, Elektromanyetizma, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetleri açıklıyabilir fakat yer çekimini açıklayamaz. Her Şey Teorisini oluşturmanın önündeki en büyük engellerden biri de kütle çekimini ve kuantum mekaniğini birleştirmektir. Bu iki temel teoriyi kaynaştır­mak oldukça zordur, aslına bakarsanız bunu yapabileceğimizden bile emin değiliz. Ya bu iki teoriyi birleştirmek için doğru matematiğe sahip değiliz ya da onları kaynaştırma biçimimiz yanlış. Ya bu iki seçenekten biri ya da her ikisi de geçerli! Kuantum mekaniğin­ de kuvvetleri nasıl hesaplayacağımızı biliyoruz, ama ortaya çıkan sonucu uzayın bükülmesini hesaplamak için nasıl kullanacağımızı bilmiyoruz.

Evrensel Kütleçekim Yasası İle İlgili Sorunlar

Evrensel Kütleçekim Yasası bize Ay’ın neden Dünya’nın etrafında döndüğünü, neden tüm yörüngelerin eliptik olduğunu ve hatta gezegenlerin, yıldızların, ayların ve Dünya’nın neden yuvarlak olduğunu hızlı bir şekilde açıklar. Bu gerçeklerin her biri, Newton’un hareket ve yerçekimi denklemlerinin çözümlerinden gelir. Ancak bu formüller kağıt üzerinde bize bazı cevaplar verse de bazı şeyleri açıklamak için başka şeyler de bilmek gereklidir. Garipliklerin çıktığı yerlere örnek vermek gerekirse ikisi Lagrange noktaları ve birçok galaksinin neden sarmal kollara sahip olduğudur. Daha da kötüsü, üç veya daha fazla nesneyi içeren sorunları da gerçekten çözemezsiniz. İki nesnenin birbirinin yörüngesinde tam olarak nasıl döneceğini yazabilirsiniz ancak üç tane olduğu anda yapabileceğiniz en iyi şey tahmin etmektir. Bu “üç cisim problemi” olarak bilinir ve genel olarak çözülemez olarak kabul edilir.

Lagrange noktaları ile ilgili bir animasyon. Lagrange noktaları ortak kütle merkezi etrafında dönen, biri genellikle diğerinden çok daha küçük, iki kütlenin yarattığı potansiyelin denge noktalarıdır. Lagrange noktaları iki cismin yarattığı kütleçekim kuvvetinin, dönmeden kaynaklanan merkezkaç kuvveti ile birbirlerini götürdükleri noktalardır.

Her Şeyin Teorisini Bulsak Bile Tam Olarak Her şeyi Bilemeyebiliriz

Belli bir fiziksel süreç hakkında bilinmesi gereken her şeyi (sözde) bildiğimizde bile, çoğu zaman bu bilgiyle yapabileceğimiz her şey, öngörü gücümüzün sınırlarını belirlemektir. Bunun nedeni, birçok sürecin temelde rastgele veya aynı derecede kaotik olmasıdır. Üç cisim problemi, kaotik sistemin bir örneğidir. Kaotik bir sistemde, küçük hatalar veya belirsizlikler zamanla birleşerek büyük hatalara dönüşür. Bu nedenle uzaydaki herhangi bir üç veya daha fazla cisim kümesinin uzun vadeli geleceği elimizdeki denklemlere bakarak tahmin edilemez.

Truva Asteroitleri tuhaf, kıvrımlı “Lissajous yörüngelerine” sahiptir ve Jüpiter’in Lagrange noktalarından ikisinin (L4 ve L5) yakınında bulunurlar. Bunun sebebi Evrensel KütleÇekim Yasası ve Newton’un Hareket Yasaları tarafından tanımlanabilse de, tam olarak neler olup bittiğini ortaya çıkarmak için yeterli değildir. Altta yatan tüm yasaların tam olarak anlaşılmasına rağmen, Truva Asteroitlerinin neden bu biçimde kümelendiklerinin anlaşılması kolay değildir.

Her şeyin teorisi, tüm kuvvetlerin, parçacıkların ve uzay zamanının tüm seviyelerde nasıl etkileşime girdiğinin ayrıntılarını tanımlayabilir. Yine de yalnızca bir dizi denklemden ibaret olacaktır. Bazı denklemlere sahip olmak, bu denklemlere çözüm bulmak demek değildir. Daha da önemlisi çözüm bulsak bile her zaman çözümlerin sonuçlarını anlamak da başka bir meseledir.

Kuantum Elektrodinamiğine göre bir parçacığın hareketini tanımlamak için gereken denklemler. Bu denklemleri çözmek okuyucu için bir alıştırma olarak bırakılmıştır 🙂

Kaynak:

  • What Is the Theory of Everything?; https://www.space.com/
  • Seth Stannard Cottrell; Do Colors Exist? And Other Profound Physics Questions; Springer International Publishing 2018

Matematiksel

Sibel Çağlar

Merhabalar. Matematik öğretmeni olarak başladığım hayatıma 2016 yılında kurduğum matematiksel.org web sitesinde içerikler üreterek devam ediyorum. Matematiğin aydınlık yüzünü paylaşıyorum. Amacım matematiğin hayattan kopuk olmadığını kanıtlamaktı. Devamında ekip arkadaşlarımın da dahil olması ile kocaman bir aile olduk. Amacımıza da kısmen ulaştık. Yolumuz daha uzun ama kesinlikle çok keyifli.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu