Her Şeyin Teorisi Peşinde >> Sicim teorisi & halka kuantum kütleçekim kuramı birleşiyor mu?

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Fizikçi Michio Kaku “Einstein’ın hayali tüm fiziği 2,5 cm boyundaki tek bir denklemle açıklamaktı” sözleriyle tanınıyor. Peki fiziği tek denklemde açıklayacak her şeyin teorisini geliştirmek mümkün mü? Belki de bunun için sicim teorisi ve rakibi halka kuantum kütleçekim kuramının birleşmesi gerekiyor.

Michio Kaku öteden beri “Sicim teorisi rakipsizdir” diyor. Ancak, sicim teorisi yerçekimini mikroskobik ölçekte tanımlayan kuantum fiziği ile Einstein’ın görelilik teorisini gerçek uzayda birleştiren bir kuantum kütleçekim kuramı geliştiremedi. Belki de bunun için en büyük rakibi olan halka kuantum kütleçekim kuramıyla birleşmesi gerek.

Üstelik bu teklifi getirenler de sicim teorisi uzmanlarıyla kavgalı olan halka kuantum fizikçileri! Ya Kanada Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü’nde üstlenen bu araştırmacılar bükemedikleri eli öpüyor ya da Evren’i açıklamak için bize yeni bir teori gerekiyor. Sicim teorisi, halka kuantum kütleçekim kuramı, termodinamik yasaları ve göreliliği birleştiren bu yeni çatı teorinin adı:

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Kaku.

 

Her şeyin teorisi

Fizikçilerin kuantum fiziği ile görelilik teorisinin uyuşmadığını fark etmesinden bu yana 80 yıl geçti ve bugüne dek ikisini nasıl birleştireceğimizi bulamadık. Öyle ki son yıllarda fizik dünyası birbiriyle kavgalı olan iki kampa bölündü. Bir yanda sicim teorisi ve diğer yanda kuantum kütleçekim kavramı var.

Bunlar uzmanlara göre birbiriyle uyuşmaz iki kuram. Çünkü sicim teorisi görelilik teorisine sadık bir yaklaşım. Halka kuantum kütleçekim uzmanları ise görelilik teorisi yerine bambaşka bir kütleçekim kuramı geliştirme peşinde. Oysa şimdi içlerinden bazıları iki teoriyi birleştirmeye çalışıyor.

 

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

 

Nereden çıktı?

Bu eğilim kütleçekim kuramından çıktı diyebiliriz. Çünkü kuantum dünyası ile Einstein’ın yıldızının barışmamasının basit bir sebebi var:

“Görelilik gezegenler ve yıldızlar gibi uzak mesafelerdeki dev cisimlerin hareketinin tanımlıyor. Kuantum fiziği ise atomlar ve atomaltı parçacıklar gibi mikroskobik cisimlerin hareketini araştırıyor.”

Bu nedenle bize yerçekimini mikroskobik ölçüde, yani 1 mm’den kısa mesafelerde açıklayacak bir kuantum kütleçekim kuramı gerekiyor. Henüz böyle bir teori geliştirmeyi başaramadık ve nedenini aşağıda anlatıyoruz.

İlgili yazı: Görelilik Teorisi 100 yaşında

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Görelilik

 

Cesur sicimciler

Sicim fizikçileri ilk günden beri görelilik ile kuantum fiziğini birleştirmeye çalışıyor. Sicim teorisine göre madde ve enerjiyi meydana getiren parçacıklar çok daha küçük ve tek boyutlu sicimlerden oluşuyor.

Bu sicimler lastik ve fiyonk gibi veya protein molekülleri gibi kendi üstüne kıvrılıp bükülüyor. Ayrıca gitar teli gibi farklı frekanslarda titriyor. Lastik gibi uzayan, kopan, birleşen ve gitar teli gibi titreyen sicimler hangi frekansta titrediklerine bağlı olarak farklı parçacıkları oluşturuyor.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Pisagor

 

Evren’in müziği

M.Ö. 570-495 arasında yaşayan ünlü Grek matematikçi ve filozof Pythagoras (Pisagor) matematik ve müzik arasında telli çalgılar üzerinden bağ kurarken, matematiğin Evren’in müziği olduğuna dair felsefe kuramlarının doğmasını sağlamıştı.

Sicim teorisine göre Evren’in müziği dediğimiz şey de sicimlerin farklı frekanslarda dalgalanarak titreşmesinden ibaret. Sicimlerin matematikte manifold dönüşümleri dediğimiz şekilde biçim değiştirmesi uzay-zaman dahil gördüğümüz her şeyi, yani maddeyi ve enerji alanlarını oluşturuyor.

1 gGt6KLQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacenawf73HMOTDyy-wNsOQ

Halka kuantum kütleçekim kuramında uzay mikroskobik enerji halkalarından üretiliyor.

 

Halka kuantum kütleçekim

Bu kuramla sicim teorisi arasında temel bir fark var: Sicim teorisi sicimlerden oluşan parçacıkların uzay-zamandaki davranışlarını inceliyor, ama uzay-zamanın kendisini incelemiyor. Öte yandan, kuantum halka kütleçekim kuramı (LQG) uzay-zamanın kuantum özelliklerini inceliyor.

LQG’ye göre Evren’in dokusu olan uzay-zaman fizik yasalarının geçerliği olduğu en küçük ölçek olan Planck ölçeğindeki mini enerji halkalarından oluşuyor. Bu mikroskobik ilmiklerin arasında ise hiçbir şey bulunmuyor (Koç Üniversitesi’nden fizikçi Tekin Dereli ile 2004’te Focus dergisi için yaptığım söyleşide bu örneği kullanmıştım).

 

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

 

Görünmez enerji ağı

LQG kuramında, Einstein’ın klasik fiziğe dayalı pürüzsüz geometrisinin yerini enerji halkaları ve delikler alıyor. Einstein için uzay düz bir kumaşken LQG için yalnızca uzaktan bakınca düz görünen bir enerji ağı.

LQG’nin bu halkaları incelemeye odaklanması sicim teorisiyle asla uyuşmayacağının düşünülmesine yol açtı. Gerçekten de ikisi arasındaki kavramsal farklar çok büyük. Örneğin, LQG uzay-zamanın doğasını araştırırken sicim teorisi uzay-zamandaki cisimlerin davranışlarını inceliyor.

İlgili yazı: Evren’in kumaşı ne marka? Halka kuantum sicim teorisine karşı

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Sicim teorisinde madde enerji sicimlerinden oluşuyor.

 

Matematiksel uyuşmazlık

Ancak bu işin arkasında teknik problemler var: Sicim teorisi, 7’si göremeyeceğimiz kadar küçük olan toplam 10 boyutlu bir uzayda yaşadığımızı söylüyor. Buna göre Evren, bir zaman boyutuyla birlikte toplam 11 boyuttan oluşuyor.

Oysa LQG sadece üç boyutlu uzayda çalışıyor. Ayrıca sicim teorisine göre bilinen tüm parçacıkların henüz keşfedilmemiş olan daha ağır kütleli eşleri var ve buna süpersimetri diyoruz. LQG’de ise süpersimetri yok.

İlgili yazı: Şaşırtan varsayım > Evren 2 boyutlu başladı, 4 boyutlu oldu

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Farklı parçacıklar için farklı sicimler var.

 

Bilim dünyası ikiye bölündü

Fizikçiler bu nedenle iki ayrı kampa ayrıldılar: Profesör Lee Smolin gibi kendisiyle aynı fikre sahip olmayan bilim adamlarına sert çıkan “ateşli” fizikçiler yüzünden birbiriyle konuşmayan iki düşman kampa.

Buna benzer bir şeyi Louisiana Devlet Üniversitesi’nden fizikçi Jorge Pullin söylüyor. Kendisi aynı zamanda LQG’nin bilinen tek ders kitabının yazarı. Doğrusu sicim teorisyenleriyle kavga etmeyen bir LQG uzmanına rastladığım için sevinçliyim ve yazının devamı için Pullin’le bir e-posta söyleşisi ayarlamak istiyorum. Çünkü:

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Kuantum fiziği atom dünyasını açıklıyor.

 

Durum ciddi

Pullin’e göre, “Konferanslar bile bölünmüş durumda. Halkacılar halkalı konferanslara gidiyor. Sicimciler de sicimli konferanslara. Artık fizik konferanslarına bile gitmiyorlar. İşlerin bu şekilde gelişmiş olması büyük bir talihsizlik.”

Bununla birlikte iki alanı birbirine yakınlaştıran yeni sebepler ortaya çıktı. Yeni teorik buluşlar LQG ile sicim teorisinin bazı açılardan birbirine benzediğini ortaya koyuyor.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Görelilik ise galaksileri açıklıyor. Bu yüzden Einstein’in görelilik teorisini kuantum fiziğiyle birleştirmek çok zor.

 

Ne varsa gençlerde var

Bir grup genç sicim fizikçisi “her şeyin teorisini” geliştirmek için yeni matematik formülleri bulmak amacıyla sicim teorisinin dışına çıkmaya karar verdiler. Özellikle sicim teorisinin kara deliklerde enformasyon paradoksunu çözememiş olması, bu teorinin taraftarlarını alçakgönüllü olmaya itti.

Ayrıca, her iki teori de fiziksel olarak kanıtlanmadı ve sadece matematik formülleriyle açıklanıyor. Bunun için de bilgisayar simülasyonlarından yararlanılıyor. Oysa fizik bilimi deney ve gözlemlerle işliyor. Kanıt yokluğunda bilgisayar simülasyonlarına yüklenmek bazı fizikçiler için fizikle değil, metafizikle uğraşmak anlamına geliyor. Bunun fiziğin ruhuna aykırı olduğunu düşünüyorlar.

Neyse ki sicim teorisi Evren’in doğumundan kalan eski kütleçekim dalgaları ve kara delik çarpışmalarıyla oluşan yeni kütleçekim dalgalarıyla ilgili kesin öngörülerde bulunuyor. Bu açıdan sicim teorisi LQG’den farklı olarak gelecekteki teleskoplarla test edilebilecek bir teori. Aynı nedenle LQG’ye teori değil, sadece kuram ve matematik modeli diyoruz.

İlgili yazı: Kozmik bilmece > Kütleçekim dalgaları bulundu mu?

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Aykırı fizikçi Smolin

 

Kara deliklerde enformasyon paradoksu

Bu konuyu 4 bölümlük Kara Delik Savaşları dizisinde detaylı olarak anlattım. Ancak sicim teorisinin LQG ile işbirliği yapmaya iten sebepleri açıklamak için kısaca özetleyeceğim.

Kara deliklere düşen madde bir daha geri çıkmıyor. Ayrıca kara deliğe düşen madde Hawking radyasyonuna neden oluyor. Oysa biz dışarıdan bakınca kara deliğin sadece 3 özelliğini görebiliyoruz: Kütlesi, elektrik yükü ve spini (eğer kara delik kendi çevresinde dönüyorsa).

Daha net bir ifade ile kara deliğe 80 kilo pamuk da atsak 80 kiloluk işe yaramaz bir politikacı da atsak kara delik hep aynı radyasyonu çıkarıyor. Öyleyse kara deliğe düşen cisimlere ait bilgiler yok oluyor mu? Enformasyon yok oluyorsa bu görelilik teorisine aykırı bir durum.

 

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

 

Kara delik savaşları

Hawking radyasyonunu keşfeden fizikçi Stephen Hawking, aynı zamanda kara delikler konusunda ortalığı karıştıran adam olarak tanınıyor. Nitekim bilim adamları, “Sıkıntı yok. Biz dışarıdan göremesek de kara delikler içine düşen cisimlerin bilgisini yok etmiyor” diyordu.

Oysa Hawking, “Kara delikler radyasyon yayarak buharlaşıyor ve bir gün tümüyle yok olacaklar, hem de içindeki bilgilerle birlikte” dedi. Hatta bu söyledikleri fizikçi Leonard Susskind ile Hawking arasında Kara Delik Savaşları çıkmasına neden oldu.

İlgili yazı: Kuantum fiziğinde uzaktan etki solucandelikleriyle açıklanabilir mi?

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Belki de her şeyin teorisini geliştirmek için Evren’in doğumundan gelen kütleçekim dalgalarını tespit etmemiz gerekecek.

 

Ateş duvarı

Ardından, Susskind ve diğer sicim teorisi uzmanları kara deliğin dış sınırında bilginin yok olmadan (holografik olarak) korunduğuna dair yeni bir teori geliştirdiler. Oysa bu sevinç kısa sürdü: Fizikçi Polchinski, kara delikleri kuşatan bir görünmez ateş duvarı olduğunu ve söz konusu enerji alanının bu bilgiyi yok ettiğini gösterdi.

Ancak bu iddia sicim teorisini 60’larda geliştiren dönemin hippi gençleri arasında yer alan Susskind’i durdurmadı. Zeki fizikçi derhal solucandelikleriyle kara delikleri birleştiren bir teori geliştirerek ateş duvarının kara deliğin sınırındaki (olay ufkundaki) bilgiyi yok etmediğini gösterdi.

Oysa bu teori henüz kanıtlanmadı ve genç sicim teorisyenleri işte bu yüzden enformasyon paradoksunu çözmek istiyor. Bunun için de halka kuantum kütleçekim uzmanlarının matematik formüllerini kullanmayı planlıyor.

İlglii yazı: Holografik evren > Varoluş içi boş bir hologram mı?

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

 

Klonlama yasağı

İşin ilginci, her ne kadar LQG uzmanları ile sicim fizikçilerinin işbirliği yapmasına ve belki de her şeyin teorisinin geliştirilmesine vesile olsa da “Kara delik enformasyon paradoksu diye bir şey yoktur” diyen fizikçiler de var.

Onlara göre Susskind, geçenlerde kendi hologram teorisini geliştiren Hawking (gelecek bölümde yazacağım) ve düşmanla (LQG) işbirliği yapan sicimciler havanda su dövüyor. 🙂 Nasıl mı? Kuantum fiziğindeki klonlama yasağı yüzünden!

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Pullin ilginç bir kişilik.

 

Einstein ve eşdeğerlilik ilkesi

Einstein’a göre kara deliğin içine düşen bir astronot geri gelmiyor; yani astronot ve astronota ait bilgi kara deliğin içinde kalıyor. Öte yandan Susskind’e göre, astronota ait bilginin kusursuz bir kopyası (hologramı) kara deliğin olay ufkunda kalıyor. Böylece kara deliğin dışındaki Evren’de bilgi korunuyor.

Bu durumda astronota ait iki bilgi var: Biri kara deliğin içindeki astronota ait bilgi, diğeri de kara deliğin dış sırındaki olay ufkunda yer alan bilgi ve bu ikisi orijinal bilginin kusursuz birer kopyası.

 

everything-you-ever-wanted-to-know-about-albert-einstein

 

Arap saçı

Oysa Evren’de aynı bilgiden iki tane olması, termodinamik yasalarına ve enerjinin korunumu ilkesine aykırı. Şansımıza Einstein’in eşdeğerlilik ilkesi bu sorunu çözüyor.

Eşdeğerlilik ilkesine göre aynı bilgi iki kez var olabilir! Nasıl olsa bizim için bilginin diğer kopyası kara deliğin içinde ve onu göremiyoruz. Astronot için de kendi kopyası kara deliğin hemen dışında: O da o bilgiyi göremiyor. İki kopya aynı anda var olsa bile neden-sonuç ilişkisi olarak birbirine bağlı değil.

 

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

 

Termodinamik yasasına aykırı

Ancak bu durum Adami gibi fizikçilerin hoşuna gitmiyor, çünkü enerjinin korunumu yasası Evren’in termodinamik açıdan kapalı bir sistem olması demek.

Öyle ki kara deliğin içi de Evren’in bir parçası sayılır ve Evren’in toplam enerjisi değişmediğine göre, kara deliğin içinde kusursuz bilgi kopyası olamaz, yani enformasyon klonlanamaz. Kuantum fiziğinde klonlamanın yasak olması ilkesi bunu dayatıyor.

Yine de Adami’ye göre bunu çözmenin basit bir yolu var: Kara deliğin dışından bakınca içindeki bilgiyi göremiyoruz, ama görebilseydik bile bu içerideki astronotun bilgisinin kusurlu bir kopyası olurdu. Astronot da kara deliğin içinden bakınca dışarıdaki bilgiyi göremiyor, ama görebilseydi bu bilgi astronotun kusurlu bir kopyası olurdu. Eşdeğerlilik ilkesine göre iki durum da aynı anda geçerli. Bu modele göre kusursuz kopya diye bir şey yok ve dolayısıyla:

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Sırasıyla kozmolojik sabit 1’den büyük (çöken evren – büyük çökme). Kozmolojik sabit 1’den küçük (büyük yırtılma – eyer şekilli evren). Kozmolojik sabit 1 (düz evren).

 

Enformasyon paradoksu da yok

Öyleyse sorun ne? Neden sicim teorisyenleri ile kuantum halka kütleçekim uzmanları bu sorunu çözmek için işbirliği yapmak istiyor? Çünkü yukarıda anlattığımız noktalar henüz kanıtlanmadı.

Bu durumda “Enformasyon paradoksu var ama çözeriz” diyenlerle “Enformasyon paradoksu yok ki! Neyi çözeceksiniz?” diyenler arasında kimin haklı olduğunu görmek için iki rakip teoriyi birleştirmemiz gerekiyor. Bunu neyle yapacağız? Her şeyin teorisiyle.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Işıktan hızlı gitmek olmayacak hayalimiz.

 

Beklenmedik bağlantı

Her şey LQG fizikçilerinin halka kuantum kütleçekim kuramındaki bazı problemleri çözememesiyle başladı. Örneğin, kuramda uzay-zamanı oluşturan mikroskobik enerji ağlarını kullanarak gözle görülen büyük cisimlerden oluşan uzayı türetemiyorlardı. Böylece kuantum ile göreliliği birleştiremiyorlardı.

Dahası, bu teori Einstein’ın özel görelilik teorisindeki “özel” bir duruma da aykırıydı: Buna göre ışık hızına yakın hızda giden bir uzay gemisinin boyu hareket yönünde kısalır ve kütlesi inanılmaz artarak geminin daha fazla hızlanmasını, yani ışık hızına ulaşmasını önler. Kütleli cisimlerin ışık hızında gidememesinin sebebi budur.

Halka kuantum kütleçekim kuramında uzay-zamanın dokusunun ışık hızına yakın hızda giden geminin hareket yönünde örtü gibi buruşmasını açıklamanın tek yolu, uzay-zamanı oluşturan enerji halkalarının şekil değiştirdiğini kabul etmek.

Oysa bu Einstein’ın eşdeğerlilik ilkesine aykırı. Çünkü görelilik teorisine göre ister ışık hızına yakın hızda gidin ister Dünya’da pinekleyin, fizik yasaları herkes için aynı olmak zorunda. LQG’de ise ışık hızına yaklaşırken boyu kısalan geminin uzayı Evren’deki uzaydan farklı! Bu da büyük bir sorun.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Maldacena ilk kuantum kütleçekim kuramını geliştirdi.

 

Çözmek zor ama imkansız olmayabilir

Pullin ve Uruguay, Montevideo Cumhuriyet Üniversitesi’nden birlikte çalıştığı fizikçi meslektaşı Rodolfo Gambini bu sorunu çözmek için yeni bir matematik formülü geliştirdi.1 Pullin’e göre LQG’yi özel görelilikle birleştirmek için sicim teorisi formüllerini kullanabiliriz.

Juan Maldacena’nın 1990 tarihli devrimsel makalesi iki fizikçiye esin kaynağı oldu. Maldacena gerçek uzayda geçerli olmasa da 5 boyutlu Anti-de Sitter (AdS) matematik uzayında kuantum fiziğiyle görelilik teorisini birleştirerek ilk kuantum kütleçekim kuramını geliştirmeyi başarmıştı.

Maldacena, Evren’i içinde kütleçekim kuvveti olan 4 boyutlu bir küre olarak tanımladı ve kuantum fiziğini de 5 boyutlu uzaydaki bu kürenin 3 boyutlu yüzeyi olarak ifade etti. Bunun için de AdS ile uyumlu bir kuantum alan kuramından yararlandı (CFT) ve bu yaklaşımıyla Gerard t’Hooft ile Susskind’in gelecekteki holografik evren modeline örnek oldu.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Ancak CERN’de sicim teorisi ve süpersimetride öngörülen parçacıklar bulunamadı. bu da kuantum halka çekim taraftarları sicimcileri birbirine yaklaştırdı.

 

Kütleçekim kuramlarının anası

O zamandan beri bütün sicim teorisyenleri kuantum kütleçekim teorisi geliştirmek için AdS/CFT ile uyumlu matematik formülleri bulmaya çalışıyor (Zaten CFT modern kuantum alan teorisinin temeli). Pullin, Maldacena’nın modelinin gerçek uzayda geçerli olmadığını biliyor.

Öte yandan, AdS/CFT tüm kuantum teorilerinin ortak yanı ve hepsinde kullanılabilen bir matematik aracı. Bu yüzden de kuantum halka kütleçekim kuramı ile sicim teorisini birleştirmekte kullanılabilir. Böylece LQG’deki mikroskobik ölçekli enerji ağından uzay-zamanın ve galaksiler gibi büyük oluşumların nasıl ortaya çıktığını gösterebiliriz.

Nitekim Princeton Üniversitesi’nden Herman Verlinde 2 uzay boyutu ve bir zaman boyutundan oluşan yassı bir Evren’de LQG ile sicim teorisini birleştirmeyi başardı.2 Bu da gerçek Evren’de iki teoriyi birleştirebileceğimize dair umut verdi.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Kara delikler her şeyin teorisini geliştirmemize yardımcı olabilir.

Ancak Evren’in doğumunu açıklamıyor

Anti-de Sitter (AdS) matematik uzayı fizikçilere çok estetik gelen güzel bir model. Ancak gerçek Evren açısından bir sorun var: AdS’de uzay-zamanı tanımlayan kozmolojik sabit negatif değer alıyor; yani bu modelde Evren eyer şekilli.

Öte yandan, bizim evrenimizde kozmolojik sabit 0’a yakın olmakla birlikte pozitif değer taşıyor, yani bu sayı sıfırdan büyük.

Verlinde’ye göre bu sorunu çözmek için yaşadığımız Evren’in kainatın tamamı değil de sadece gözlemlenebilir evren olduğunu kabul edebiliriz; yani biz negatif eğriye sahip dev bir kainatın görebildiğimiz küçük bir kısmında yaşıyoruz. Nasıl ki Dünya yuvarlak ama biz küçük olduğumuz için durduğumuz yerden düz görünüyor, Evren de eyer şekilli olabilir fakat görebildiğimiz kadarıyla düzdür.

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Hawking her şeyin teorisi için hayatını adadı.

 

Her şey gelip kara deliğe dayanıyor

Verlinde ile Pullin’e göre kuantum halka kütleçekim kuramı ile sicim teorisini birleştirmek için Evren’in sınırında yer alan ve merkezindeki tekillikte fizik yasalarının ortadan kalktığı kara delikler ile enformasyon paradoksunu inceleyebiliriz. Evren’deki bu tuhaf gökcisimleri belki de iki teorinin doğada birleştiği tek noktayı oluşturuyor.

Almanya, Erlangen’deki Friedrich-Alexander Üniversitesi bu konuda önemli bir adım attı. Fizikçi Thomas Thiemann ve meslektaşları 3 boyuttan daha fazla boyutlu evrenlerde çalışan yeni bir LQG modeli geliştirdiler.3 Üstelik bu model LQG’de olmayan süpersimetriyle de uyumluydu!

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

CERN’deki en büyük parçacık hızlandırıcısı Büyük Hadron Çarpıştırıcısı.

 

Her şeyin teorisine doğru gidiyoruz

Thiemann’ın eski öğrencisi Norbert Bodendorfer bundan cesaret alarak LQG’nin sicim teorisinde zor olan bir sorunu çözeceğini söylüyor: “LQG’yi kullanarak sicim teorisinde kuantum kütleçekim kuramı geliştirmek için kullanılan matematik problemlerini hızla çözebiliriz. Bununla ilgili bilgisayar simülasyonlarını kısa sürede tamamlayabiliriz.”

Bodendorfer göre sicim teorisiyle LQG arasındaki düşmanlık azalıyor: “Öyle durumlar oluyor ki sicim teorisyenlerinin LQG hakkında hemen hiçbir şey bilmediğini, üstelik bu konuda konuşmak bile istemediklerini görüyorum. Ancak sicim teorisindeki gençler çok açık fikirli. İki teoriyi birbiriyle uyumlu hale getirmekle ilgileniyorlar.”

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Halka kuantum kütleçekim kuramında uzay küçük yapboz parçalarından üretiliyor ama bunu zamanla nasıl birleştirecek ve Einstein’ın uzay-zamanını türetecekler?

 

Bize sosyoloji de lazım

Verlinde bazı sicim teorisi uzmanlarının “Biz hep sicim çalışıyoruz, sen de git LQG çalış, ihmal edilmesin” diyerek öğrencilerini halka kuantum kütleçekim alanına yönlendirdiklerini hatırlatıyor. Böylece bilmedikleri bir alandan gelebilecek çözümü kaybetmek istemiyorlar.

Verlinde bu yüzden, “Asıl mesele bilimsel zorluklar değil. Maalesef bu fizikçiler arasındaki iletişim kopukluğundan kaynaklanan sosyolojik bir sorun. Ben iki model arasında çatışma olduğunu sanmıyorum. Sicim ve halka kuantum kütleçekim modellerini aynı bütünün parçası olarak görüyorum” diyor.

“LQG bir teori değil, yöntemdir. Kuantum mekaniği ile geometriyi birlikte düşünmek için kullandığımız bir yöntemdir. Bu yöntemi sicim teorisinde de kullanabilirler. Hatta kullanıyorlar. Bu ikisi uyumsuz değil.”

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Kuantum fiziğinde klonlama yasak; yani kusursuz kopya çıkaramazsınız. Fizikçilere göre bu kara deliklerdeki enformasyon paradoksunu çözebilir.

 

İnatçılar var ama onlar da haklı

Elbette herkes iki teorinin birbiriyle barışacağına inanmıyor. British Columbia Üniversitesi’nden Moshe Rozali konuyu şöyle açıklıyor:

“LQG ile çalışmıyor olmamın sebebi özel görelilik meselesi. Özel görelilikteki uzay-zaman simetrisine saygı duymayan, uzay-zamanın ışık hızında ve daha yavaş hızlarda aynı özelliklere sahip olduğunu kabul etmeyen bir kuramla yola çıkarsanız sicim teorisiyle bunu birleştirmek için işiniz mucizeye kalır. Matematiksel olarak gereken ara adımları bir türlü tamamlayamazsınız.”

Ancak Rozali de LQG’den yararlı matematik formülleri çıktığına inanıyor: “Sicim teorisiyle LQG’nin ortak müşterekte birleşeceğini sanmıyorum, ama kullandığımız matematiksel yöntemler örtüşebilir.” Aslında Rozali fikirlerinde yalnız değil. LQG “cemaatinde” de iki teorinin birleşeceğini düşünmeyenler var.

Bunlardan biri de Focus dergisine 2004’te hazırladığım yazının kaynağı olan makaleyi yazan Carlo Rovelli (Evet, İtalyanlar LQG’de çok aktif 🙂 ): “Sicim dünyası on yıl öncesine göre çok daha az küstah. Çünkü CERN’deki parçacık hızlandırıcısı LHC en şık teori versiyonlarında öngörülen süpersimetrik parçacıkları bulmayı başaramadı.”

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

Susskind holografik evren modelinin geliştirilmesine yardımcı oldu. Ayrıca kara deliklerde enformasyon paradoksunu aşmak için solucandeliklerini kullandı.

 

Ya doğa fake atarsa?

Bunu derken tüm fiziği açıklayacak her şeyin teorisi hiç beklenmedik bir keşifle gelebilir demek istiyoruz. Rovelli sicim teorisini eleştirirken hem LQG hem sicim teorisine alternatif olabilecek bu üçüncü ihtimali göz ardı ediyor gibi:

“İki teori ortak çözümün parçası olabilir ama bence bu düşük ihtimal. Sicim teorisi 80’lerde sözünü verdiği şeyleri yapamadı ve bilim tarihindeki ‘güzel fikir ama doğa bu şekilde işlemiyor’ diyebileceğimiz modellerden biri olduğunu gösterdi. İnsanlar buna hâlâ nasıl bel bağlıyor, anlamıyorum.”

 

LQG-halka_kuantum_kütleçekim-sicim_teorisi-sicim-kuantum_kütleçekim-kütleçekim-yerçekimi-fizik-kuantum-görelilik-einstein-kaku-michio_kaku-her_şeyin_teorisi-kozmoloji-evren-uzay-uzay.zaman-uzayzaman-kara_delik-karadelik-karadelikler-kara_delikler-enformasyon_paradoksu-paradoks-susskind-hawking-pullin-maldacena

 

Sağduyunun sesi

Ancak sözünü ettiğimiz fizikçiler arasında en sağduyulu ve alçakgönüllü olanı yine Pullin. En azından Pullin tüm fiziği tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisi için yeni bir fizik geliştirmek gerekebileceğini inkar etmiyor:

“LQG taraftarları arasında asıl bizim teorimiz rakipsiz diyen çok sayıda meslektaşım var fakat ben bu argümana katılmıyorum. Bence iki teoride de büyük eksiklikler bulunuyor. Her şeyin teorisi için daha çok fırın ekmek yemeliyiz.”

 

Brian Greene sicim kuramını anlatıyor (TED Talks)

1Emergence of string-like physics from Lorentz invariance in loop quantum gravity. Rodolfo Gambini, Jorge Pullin. International Journal of Modern Physics D 23, 1442023 (2014). DOI: 10.1142/S0218271814420231.
2Poking Holes in AdS/CFT: Bulk Fields from Boundary States. Herman Verlinde. (Submitted on 19 May 2015 (v1), last revised 17 Jul 2015 (this version, v2)).
3Towards Loop Quantum Supergravity (LQSG). Norbert Bodendorfer, Thomas Thiemann, Andreas Thurn. DOI: 10.1016/j.physletb.2012.04.003.

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir


*