Sicim teorisi, Einstein’in Genel Görelilik Kuramı ile atom altı parçacıkların dünyasını açıklayan kuantum fiziğini birleştiren bir teori. Çok uzun zamandır büyük nesnelerin dünyası ile atom altı parçacıkların bulunduğu “evren” tek bir teoride birleştirilmeye çalışıldı. Bu, fizikçiler için önemli bir konu idi. Sicim teorisi, bu konuda atılmış önemli bir adım oldu. Her şeyin “sicim” olarak adlandırılan iplikçiklerden meydana geldiğini, bu iplikçiklerin titreşerek atom altı parçacıkları oluşturduğunu ifade eden teori, evrenin doğasını açıklamaya aday olarak görüldü. Peki ama halihazırda matematiksel bir model olarak varlığını sürdüren bu teori tam olarak nedir? Teori, gerçekten de “her şeyin teorisi” olmaya aday mı?
İçindekiler
Kütleçekimi ile Diğer Kuvvetleri Birbirine Bağlayan Sicim Teorisi Nedir?
Sicim teorisi, parçacık fiziğindeki sağduyumuzla bağdaşmadığını düşündüğümüz sonuçlara neden olan kuantum teorisi ile Einstein’in Genel Görelilik kuramını tek çatı altında bir araya getiren ve atom altı parçacıkların iplikçiklerden meydana geldiğini belirten bir teoridir. Teori, fizikteki pek çok konuyu merkeze alıp bu konulara bir açıklık getirmeye çalışır. Örneğin kara delik, nükleer fizik; sicim teorisinin merkezinde yer alan konulara örnek verilebilir.
Sicim teorisinin çok daha iyi anlaşılabilmesi için teorinin bir araya getirmiş olduğu Genel Görelilik ve kuantum fiziğine detaylı bakılması gerekir. Öncelikle belirmek gerekir ki modern fizik, kütleçekim sorunu ile baş başa kalmış durumda. Genel Görelilik’in kuantum fiziğinin ilkeleri ile uzlaştırmak ve her şeyin teorisini oluşturmak için kuantum kütleçekim teorisine ihtiyaç duyulur. Fakat kuantum teorisinin ilkeleri yerçekimine uygulanmaya çalışıldığında ortaya birtakım sorunlar çıkıyor. Sicim teorisi tam da burada devreye girerek Genel Görelilik ile kuantum teorisinin birtakım ilkeler dahilinde uzlaştırılmasını hedefliyor.
Kuantum Alan Teorisi: Her Parçacığın Bir Alanı Var
Kuantum Alan Teorisi; foton, kuarklar başta olmak üzere temel parçacıkları analiz etmeyi hedefleyen matematiksel bir çalışma alanıdır. Teorisi temel olarak parçacıkları ortaya çıkaran alanların temel bileşenler olduğunu söyler. Her parçacık bir alana sahip. Örneğin evrendeki elektronların tamamı için elektronların hepsini kapsayan bir alan bulunuyor. Bu durum diğer parçacıklar için de geçerli.
Her alan içinde yer alan parçacık, diğer alanları etkileyebilme potansiyeline sahip. Bu, kendi alanlarında dalgalanan parçacıkların başka alanların dalgalanmasına neden olması anlamına geliyor. Çift Yarık Deneyi ile de anladığımız üzere dalga ve parçacık aynı şey olduğuna göre aslında kendi alanında dalgalanan parçacık, bir başka alanda parçacık oluşmasına sebep olabiliyor. İşte bu etkileşim, her şeyin temelini oluşturan bir tür dokunuş. Sicim teorisinin de ifade ettiği üzere aslında madde denilen şey, belirli alanlarda sıkışıp enerjinin bir tür etkileşimi.
Sicim Teorisinin Ana Unsurları Nelerdir?
Sicim teorisi, birtakım unsurlara sahip. Bu unsurlar, teorinin temelini oluşturduğu için son derece önemli. Peki bu ana unsurlar neler, sorusuna bir cevap arıyorsanız konuyu şu şekilde özetlemek mümkün:
- Sicimler: Teorinin temelini oluşturur. Temelde çeşitli şekillerde salınan iplikçiklerdir. Sicimler, kütle ve yük gibi özellikleri barındıran parçacıklar gibi davranabilir.
- Farklı Boyutlar: Fizikçilerin bir kısmı temel olarak evrende 3 uzaysal boyut ve 1 zaman olmak üzere 4 boyut olduğunu ifade eder. Fakat sicim teorisi, 4 boyuta ek olarak farklı boyutların da bulunduğunu belirtir. Teori, 6 boyut daha önermekte olup bu boyutların, mekan ve zaman boyutlarına bağlı alt boyutlar olduğunu ifade eder. Yani teoriye göre 3 uzaysal boyut ve 1 zaman boyutu üzerine dairesel şekilde katlanmış yeni boyutlar bulunur. 4 boyutu deneyimleyen canlılar için geriye kalan boyutlar nerede? Aslında sicim teorisinin merkezinde yer alan gizli boyutlar, teoriden çok daha önce Theodor Kaluza ve Oskar Klein ikilisi tarafından ortaya atılmış bir fikir. Einsten, Genel Görelilik teorisinde uzayın bükülmesini tanımladı. Bu tanım, Kaluza ve Klein’in bir düşünce deneyi yapmasına neden oldu. Uzaysal boyutun bükülmesi ve yeniden birleşmesi neye gebedir? İşte Kaluza ve Klein’in çıkış noktaları bu düşünce oldu. Böyle bir durumda yeni boyutların oluşacağını ifade eden Kaluza ve Klein, bu boyutların çok küçük olacakları için gözlemlenme ihtimallerinin çok düşük olduğunu belirtti.
- Kuantum Yerçekimi: Bakıldığında sicim teorisi, bir tür kuantum yerçekimi teorisi olarak varlık gösterir. Çünkü Genel Görelilik ve kuantum fiziğinin bir araya gelmesindeki en büyük engel kuantum teorisinin her iki teoride tek bir paydada birleşememesidir.
- Birleşik Kuvvetler: Doğadaki 4 temel kuvvet olan elektromanyetik kuvvet, yerçekimi kuvveti, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet; teoriye göre titreşen sicimlerle açıklanabilir. Daha doğrusu bu 4 kuvvetin her şeyin teorisini oluşturma yolunda bir araya gelmesinin sicimlerle mümkün olacağı ifade ediliyor.
- Süpersimetri: Standart Model’de yer alan parçacıklara eş, simetrik parçacıkların bulunduğu fikrinden yola çıkılarak oluşturulan süpersimetri, temel olarak fermiyonlar ve bozonlar arasındaki ilişkiyi ifade eder.
Çok Boyutlu Bir Evren: Sicim Teorisinde Kaç Boyut Var?
Daha önce de bahsettiğimiz üzere sicim teorisinin dayandığı boyut sayısı 10. 4’ünü zaten biliyoruz. 3 uzay ve 1 zaman boyutu. Bunlara ek olarak temel boyutların üzerine dairesel olarak kıvrılmış ve fark edilmeleri zor 6 boyut daha var. Aslında fazladan boyut, temel olarak kütleçekiminin zayıf bir kuvvet olmasının nedenini anlamak için ortaya atılmış durumda. Çünkü enerji merkezden uzaklaşmaya başladıkça enerjinin miktarı da azalacaktır. 5 boyutlu bir evrende yayılmakta olan kütleçekimi, 4 boyutta daha zayıf görünür.
Sicim teorisindeki boyut sorununa farklı bir yönden daha bakalım. Örneğin 2 boyutlu bir evrende yaşıyor olsanız ve evreninizde 3 boyutlu bir nesne belirmeye başlasa, siz sadece bu nesnenin kendi düzleminizle kesişe taraflarını görürdünüz. Sicim teorisi, belirtilen örnekte olduğu gibi evrenimizde var olan üst boyutların doğrudan gözlemlenemediğini ancak bu boyutların izdüşümleri ve etkilerinin fark edilebildiğini belirtir.
