Fizik

Sicim Teorisi Gerçekten Sicimler Hakkında mıdır?

Sicim teorisi, teorik fizikçilerin büyük bir hayalini temsil eder: Tek bir matematiksel resimde tüm kuvvetlerin ve maddenin açıklaması. Bir zamanlar birçoklarının umut bağladığı bu nefes kesici buluş, günümüzde her zamankinden daha uzak görünüyor. Bununla birlikte, ortaya çıkan iç görü hem fizik hem de matematik üzerinde derin bir iz bırakmış durumda. 

“Her Şeyin Teorisi” adayı olarak sicim teorisi, çeşitli teorik bilmeceleri ele almayı amaçlamaktadır; en temel olanı elektronlar ve fotonlar gibi küçük nesnelerde kütle çekiminin nasıl çalıştığıdır.

Parçacık fizikçileri, evreni açıklamak için “Standart Model” adlı bir teori kullanırlar. 1960’larda ve 1970’lerde geliştirilen bu model, her şeyi oluşturan ve evreni bir arada tutan doğanın temel parçacıklarını ve güçlerini tanımlar.

Bununla birlikte, Standart Model ile ilgili bir sorun, Albert Einstein’ın yerçekimini, uzay ve zamanın yapısıyla ilişkilendiren genel görelilik teorisine uymamasıdır. Standart Model, genel göreliliğe göre uzay-zaman eğriliği ile bağdaştırılamaz. Öte yandan kuantum mekaniği, parçacıkların en küçük seviyelerde nasıl etkileştiklerini açıklar, ancak yerçekimini hesaba katamaz. Kısacası söz konusu olan şey parçacıklar olduğunda fizikçiler iki ayrı fizik ile ilgilenmek zorunda kalır, oysaki ilgilenilen parçacıklar aynıdır.

Fizikçilerin bir çoğu her ne kadar eksik olsa da iyi işleyen standart model ile çalışmaktan memnundur. Ama bir bölümü de yeni bir fizik arayışına girmiştir. Bu fizikçilerden biri olan Leonard Susskind, 1969’da sicim teorisi fikrini geliştirmiştir. Sicim teorisine göre, evrenin yapı taşları olan parçacıklar noktasal değil, çok daha küçük, tek boyutlu enerji ipleri olan sicimler biçimindedir.

Teori, bu sicimlerin çok farklı şekillerde titreşebileceğini ve her titreşim biçiminin de farklı bir parçacık türüne denk geldiğini savunur. Bu sicimlere uzaktan baktığımızda sicim biçimlerini algılayamadığımız için bize noktasal parçacıklar olarak görünür.

Titreşimler

Sicim teorisinde sicimler bir gitarın üzerindeki teller gibi değildir. Bir gitar teli uzayda üç boyutta titreşir, eğer bir düzleme sınırlandırırsak da iki boyutta titreşir. Ama atom altı sicimler tek boyutta titreşir. Sicimler belirli bir frekansta titreşirse kuark oluşturabilir, başka bir frekansta biraz farklı titreşirse bir elektron veya foton oluşturabilir .

Sicim kuramında sicimlerin uçları bir parçacık ve onun karşı parçacığıyla, örneğin bir elektron ve bir pozitronla ilişkilidir. Sicimin titreşimi bu yüklü çift arasında faaliyet gösteren kuvveti taşır. Bir sicim ikiye bölünebilir ya da başka bir sicimle çarpışabilir. Bütün bunların sonucunda kapanıp bir ilmek oluşturan sicimler ortaya çıkar.

Boyut Sorunu

Bilim ve matematik açısından “boyut” kelimesi bir hareketin olası yönünü ifade eder. Eğer düz bir çizgi çizerseniz, o çizgi boyunca herhangi bir hareket tek boyutta bir harekettir. Bizim dünyamız üç uzay boyutu ve bir zaman boyutundan oluşur. Sicim kuramcıları göremediğimiz, kıvrıldıkları için fark edemediğimiz daha birçok boyut olduğunu düşünür.

Sicim teorisinin farklı biçimleri vardır ve her biri evrendeki boyut sayısını farklı yorumlar. Mesela süpersicim teorisi evrende on uzamsal boyut olduğunu öne sürer. Bozonik sicim kuramı 26 boyutlu bir evreni tercih eder. M-Teorisi 11 boyut olduğunu ortaya koyar. Evrenimizde kaç tane uzamsal boyut bulunduğuna dair net bir fikir ortada yoktur.

Peki, bu boyutlar nerededir?

Buna verilecek kısa cevap, en azından bizim bakış açımıza göre fazladan boyutların sarılıp sarmalanıp çok küçük bir hale gelmiş, yani “sıkıştırılmış” olmasıdır. Oradadırlar; fakat bizim üç uzamsal boyutumuzu etkilemezler.

Fazladan boyutlar sarılıp altı boyutlu bir halka haline; yani Calabi-Yau uzayları olarak bilinen, sayıları bir milyonu aşkın altı boyutlu şekillerden birine dönüştürülebilirler. Bunun sonucu sicim teorisi her şekil ve boyutta birçok evren yaratır.

Fazladan boyutların var olabileceği fikri kulağa son derece hoş gelir, çünkü bu sayede kütle çekiminin neden diğer kuvvetlere oranla daha zayıf olduğuna çok basit ve geometrik bir açıklama getirilir. Kısa mesafeler içerisindeki kütle çekimini ölçüp, bu mesafeler içerisinde kütle çekimi kuvvetinin beklenenden çok daha şiddetli olduğunu bulursak döngüsel boyutların varlığı dolayısıyla sicim teorisi bir biçimde kanıtlanmış olacaktır.

Ancak kütle çekimini kısa mesafelerde ölçmek uzun mesafelerde ölçmeye benzemez. Kütleler küçük olduğu zaman, aradaki kütle çekiminin de ölçülmesi neredeyse imkansız derecede azdır.

Son yıllarda yapılan yoğun çalışmalar sayesinde fizikçiler, kütle çekiminin bir milimetrelik mesafede bile nasıl değiştiğini ölçmeyi başardılar. Elde ettikleri bulgulara göre bir milimetreye kadar olan mesafede kütle çekimi kuvveti büyük ölçeklerde nasıl davranıyorsa gene aynı şiddetteydi. Bu, farklı boyutların mevcut olmadığı anlamına gelmez. Sadece boyutların, bir milimetreden bile küçük olabilecekleri anlamına gelir.

Okuma Önerisi: Dördüncü Boyutu 3D Perspektifimizden Anlamak

Sicim Teorisi İle İlgili Sorunlar ve Sorular

Sicim teorisi matematiksel olarak cazip ve teorik olarak da etkileyicidir. Ama, tamam oldu demeden önce cevaplanması gereken büyük ve önemli sorular vardır.

1- Sicim teoremi tamamlanmış olmaktan uzaktır. Kurama dair matematiksel çalışmalar hala devam etmekte ve bütünlüklü bir teori olarak tanımlanabilmesi için bazı eksik parçaların tamamlanması gerekmektedir.

2- Sicim teoremi hala varsayımsal bir teoridir. Bir teorinin tamamıyla tutarlı ve matematiksel olarak da cezbedici olması onun bilimsel anlamda geçerli olacağı anlamına gelmez. Planck uzunluğu seviyesindeki objelerle ilgilendiği için, şu ana kadar bilimsel anlamda test edilmesi mümkün olmamıştır.

3- Sicim teorisi tarafından tahmin edilen dinamikler, uzay-zaman boyutlarının sayısı ve şekilleri tarafından belirlenir. Bu boyutları seçmenin de birden fazla yöntemi vardır. Yaklaşık olarak söylemek gerekirse bu rakam, 10500‘den fazladır, bu da evrendeki bütün parçacıkların sayısından fazladır. Yapılan çalışmaların bu rastlantısal seçim fazlalığını azaltacağını ümit edebiliriz, ama parametre sayısına baktığımızda önde daha çok yol var gibi gözükmektedir.

Açık olan tek bir şey var: evren, hala keşfedilmeyi bekleyen sırlarla doludur ve bu sırları açığa çıkarmak için doğru boyuta farklı bir açıdan bakmamız yeterli olacaktır.

Kaynaklar:

  • What Is String Theory?https://www.space.com/17594-string-theory.html
  • Jorge Cham,Daniel Whiteson; Bilinmeyen Evrenin Kılavuzu; İndigo Kitap
  • The Physics Book: Big Ideas Simply Explained; Dorling Kindersley Ltd
  • Clifford A. Pickover; The Physics Book: From the Big Bang to Quantum Resurrection, 250 Milestones in the History of Physics; (Sterling Milestones)

Matematiksel

Sibel Çağlar

7 yıl Kadıköy Anadolu Lisesinin devamında lisans eğitimimi Marmara Üniversitesi İng. Matematik öğretmenliği üzerine tamamladım. Devamında 20 yıl çeşitli özel eğitim kurumlarında matematik öğretmenliği ve eğitim koordinatörlüğü yaptım. 2015 yılında matematiksel.org web sitesini kurdum. Amacım bilime ilgiyi arttırmak, bilimin özellikle matematiğin zihin açıcı yönünü açığa koymaktı. Yolumuz daha uzun ve zorlu ancak en azından deniyoruz.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.

İlgili Makaleler