Sicim Teorisindeki Sicimler Nedir?

Sicim teorisine göre maddeyi oluşturan temel parçacıklar 10 boyutlu uzayda kendi üstüne kıvrılarak titreşen tek boyutlu enerji sicimleridir. Üstelik süpersicim teorisi ile evreni 5B anti-de Sitter uzayında hologram olarak tanımlayan bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirildi. Böylece sicim teorisi 4 temel fizik kuvvetini birleştirerek evreni tek denklemle açıklamaya çalışan güçlü bir her şeyin teorisi oldu.

Peki sicim teorisi doğru mu?

Evrendeki madde ve enerji gerçekten tek boyutlu sicimlerden mi oluşuyor? Uzay 3 yerine 10 boyutlu ise ekstra boyutlar nerede ve bunları neden göremiyoruz? Evren içi boş bir hologram mı? Yoksa evren bir yanılsama mı?

Önceki yazıda her şeyin teorisi adayı olarak sicim teorisinin en büyük rakibi halka kuantum kütleçekim kuramını gördük. Bu yazı dizisinde ise sicim teorisinin nereden çıktığını, sicimlerin ne olduğu ve neden yapıldığını, son olarak da holografik ilkeyi göreceğiz. Enerji sicimleri nedir diye sorarak başlayalım:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Her şeyin teorisi nedir?

Fizik biliminde gerçekliği mekanik olarak ve en basite indirgenmiş haliyle açıklamaya çalışırız (kuantum fiziğinin temeli de kuantum mekaniğidir). Bir konuyu ne kadar iyi bilirseniz o kadar kısa anlatırsınız misali, evreni de ne kadar iyi bilirsek o kadar basite indirgeyip anlatabiliriz.

Fiziğin temeli elbette matematiktir ve evreni basite indirgemek derken, evren denilen makineyi en az sayıda parçayla; yani mümkün olan en az sayıda denklem ve serbest parametreyle açıklamaya çalışırız. İdeal olarak tüm evreni E=mc² gibi tek bir denklemle açıklamak isteriz ki her şeyin teorisi budur. Bilim insanları her şeyin teorisini geliştirmek istiyor ama henüz geliştiremediler.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Serbest parametre nedir?

Evrende karanlık enerjinin birim uzaydaki şiddetini gösteren kozmolojik sabit gibi birçok parametre var. Bunlar evrendeki fizik yasalarının işleyişini belirliyor. Halka kuantum kütleçekim yazısında gördüğümüz gibi böyle +20 parametre var.

Ancak, bu parametreleri yerçekimini açıklayan görelilik teorisi, nükleer fizikle ile temel parçacıkları açıklayan standart model ve fizik biliminin altyapısı olarak düşündüğümüz kuantum fiziği denklemlerini çözerek çıkarımlayamıyoruz.

Genel göreliliğin gördüğümüz yerçekimi şiddetini ve standart modelin gördüğümüz temel parçacıkları tanımlaması için evrensel sabitleri denklemlere elle eklememiz gerekiyor.

Bunu da iki türlü yapıyoruz: Ya karanlık enerjide olduğu gibi deneysel (ampirik) olarak sabitleri ölçüyoruz (gözlem yapıyoruz) ya da denklemlerin bildiğimiz parçacıkları göstermesi için gereken uygun sabitleri hesaplayıp bunları teoriye ekliyoruz. O zaman da evren simülasyon mu sorusu çıkıyor.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Evren nasıl oluştu?

Diyoruz ki biz evrensel sabitleri denklemlere elle ekliyorsak belki de evreni yaratan üstün bir varlık vardır ve o da evrensel sabitleri evrene elle eklemiştir. Varoluşu kafadan ve keyfine göre uydurarak yaratmak istediği evreni yaratmıştır. Peki bu üstün varlık nedir? En genel cevabıyla:

• Tanrı olabilir.
• Evren simülasyonları yapan süper gelişmiş uzaylı uygarlıklar olabilir.

Her iki cevap da bilimsel değildir! Biri inanç meselesidir. Diğeri ise evreni yaratan her şeye gücü yeten bir tanrı olduğu fikrini beğenmediğimiz zaman, tanrı yerine tanrısal uzaylıları koymaktan ibarettir. İki cevap da bilim yapma yetimizi elimizden alıyor! Sonuçta fizik yasalarının bilimsel sebepleri olmuyor. Bunlar özünde keyfi oluyor ve bilimsel olarak açıklanamıyor.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Fizikçiler bunu sevmiyor

Birçok fizikçiye göre, bu cevaplar insan aklına en büyük hakaret oluyor ve umuda ihanet ediyor; çünkü insanın doğayı üstün güçlerden bağımsız olarak anlama imkanını elinden alıyor. Bilim yapma imkanını yok ediyor. Öte yandan, fizik bilimi de henüz evreni tümüyle açıklamayı başaramıyor. Nadir dünya hipotezi ve kainatta birden fazla evren var mı yazılarında görülen antropik ilke de buradan çıkıyor:

Yaşamın mümkün olması için evrenin en ufak değişiklikte hayatı yok edecek kadar hassas parametrelere ihtiyacı var. Bu parametreleri kimse koymadıysa bunları fizik denklemlerinden türetebilmemiz gerekiyor. Evrensel sabitlerin doğadan bilimsel olarak nasıl ortaya çıktığını mutlaka göstermemiz gerekiyor. Sicim teorisi işte bunu yapmaya çalışan bir her şeyin teorisi adayıdır.

Peki sicim teorisi nereden çıktı? Fizikçiler akşam rüyasında görüp sabah teoriyi yazmadığına göre bunun bir nedeni olmalı. Dahası neden sicim? Neden titreşen mikroskobik ballı enerji lokmaları değil de tek boyutlu enerji sicimleri? Bilim tarihinde bunların çok ilginç cevapları var ki hemen görelim:

İlgili yazı: Yapay Zeka ile İnsan Zekası Arasındaki 10 Fark Nedir?

 

Sicim teorisi 101

Sicim teorisinin kökeni 1960’lara ve hadron parçacıklarının davranışlarını açıklamaya dayanıyor. Hadronlar proton ve nötronlar gibi birleşik parçacıklardır. Bunlar vücudumuz ve evreni meydana getiren bildiğimiz maddenin temeli olup güçlü nükleer kuvvet taşıyıcısı gluonlarla birbirine bağlanan kuarklardan oluşur (Ne kadar çok terim var! Ama detaylar için köprüleri tıklamanız yeterli 🙂 ).

Birleşik parçacıklar derken, kuark ve antikuark birleşimlerinden (kombinasyon) oluşan mezonlar da hadron sınıfına giriyor. Kısacası 60’lı yıllarda fizikçiler mezon çiftleri arasındaki fiziksel etkileşimleri açıklamaya çalışıyordu. Özellikle de kuarkların açısal momentumu ve kütlesi, mezonları oluşturan kuarkların birbirine enerji sicimleriyle bağlı olduğu izlenimini uyandırıyordu.

Bu yazıda her şeyi yazmak mümkün değil; ama devam etmeden hızlı bir ipucu: Protonları oluşturan kuarkları birbirine bağlayan gluon parçacıklarının gergin enerji yayları gibi davrandığı ve tanımlandığına dikkat edin. Enerji sicimleri fikri enerji yaylarının bir uzantısıdır.

Bonus ipucu: Tek boyutlu sicimler yerine 3B enerji şeritleri matematikte enerji yayı olarak tanımlanabilir; yani 60’ların fizikçileri hippi gençliği üyesi olarak marihuana içip sarhoş gezmiyordu. Sicimleri LSD hayallerinde uydurmak yerine, bunları detaylı olarak düşünüyordu.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Sicim teorisi ve protonlar

Güçlü nükleer kuvvet taşıyıcısı gluon bozonları, protonların içindeki kuarkları plastik dosya spiralleri gibi birbirine bağlayan kalın ve elastik enerji yayları-helezonları oluştururlar (gluon titreşimlerini ve enerji gerginliğini enerji yayları fikri ile görselleştirerek analitik geometriye dahil ederiz).

Sicim teorisyenleri de protonların içyapısını enerji yayı modeliyle açıklamaya çalışıp kısmen başarılı oldular. Öte yandan çıkmaz yola saptıklarında, diğer fizikçiler kuantum renk dinamiğini geliştirdi ve enerji yayı tasarımındaki bazı matematiksel araçları alarak bunları renk dinamiği teorisinde kullandılar. Sonuçta güçlü nükleer kuvveti kuantum renk dinamiği teorisiyle tanımladılar.

Dahası bunu elektromanyetik kuvvet ile radyoaktif bozunumdan sorumlu olan zayıf nükleer kuvveti birleştirip elektrozayıf kuvveti tanımlayan kuantum elektrodinamiği teorisine eklediler. Böylece fizikçiler tüm evreni tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisine yaklaştıklarını düşündüler.

Ne de olsa artık ellerinde elektromanyetik kuvvet ile zayıf ve güçlü nükleer kuvveti birleştiren bir kuantum elektrorenk dinamiği teorisi, faydalı eser olarak öncül bir her şeyin teorisi prototipi vardı. Peki sicim teorisi ilk başta neden başarısız oldu ve sonra küllerinden yeniden doğdu?

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Sicim ve güçlü nükleer kuvvet

Sicim teorisinin güçlü nükleer kuvveti tanımlamakta başarısız olmasının sebebi, gluon enerji helezonları fikrini sonuna kadar götürdükleri zaman ortaya çıkan yeni titreşim modlarıydı: Sicim teorisi gluon enerji alanında beklenmedik istenmeyen yeni tür titreşimler ortaya çıkarıyordu. Nitekim temel parçacıklar da ana kuantum enerji alanlarındaki titreşimlerdir.

Özetle sicim teorisi güçlü nükleer kuvveti açıklamak için evrende yeri olmayan başka parçacıkların varlığını öngörüyordu. Şimdi diyeceksiniz ki “Nereden biliyorsunuz hocam? Belki vardır böyle parçacıklar. Yeni parçacıklar keşfetmiş oluruz.” Ancak bu iş o kadar kolay değil. Dikkatli olmak lazım:

Dört fizik kuvvetinin enerjisini taşıyarak evrendeki parçacıkların, bu kuvvetler aracılığıyla birbiriyle fiziksel etkileşim kurmasını sağlayan parçacıklara bozon diyoruz. Örneğin elektromanyetik bozon foton, zayıf bozonlar W ve Z parçacıkları, güçlü bozon da gluonlardır.

Oysa bozonik sicim teorisi tutarsızdı. Işıktan hızlı giderek geçmişe ulaşan ve neden-sonuç ilişkisini bozup zaman paradoksuna yol açan takyonlar öngörüyordu. Üstelik bunlar -1’in karekökü gibi sanal sayılarla tanımlanan sanal parçacıklardı. İşte bu Braking Bad dizisinde met çekmek gibi çılgınca bir şeydi. Peki böyle garip öngörülerde bulunan sicim teorisi neden çöpe atılmadı?

İlgili yazı: Kuantum Üstünlük Ne Zaman Geliyor?

 

Sicim teorisi ve gravitonlar

Bunun nedeni tüm o ekstra sicim titreşimleri arasında kütlesiz bir spin 2 parçacığı da öngörmesi. Buna graviton diyoruz. Graviton, kütleçekim kuvvetinin yayıldığı yerçekimi alanının taşıyıcısı olan varsayımsal parçacıktır. Varsayımsal; çünkü 1) Yerçekimi alanının kuantum parçacıklardan oluştuğundan emin değiliz ve 2) Graviton parçacığını görmedik (aslında önümüzdeki 50 yılda inşa edebileceğimiz hiçbir hızlandırıcıda göremeyeceğimiz kadar zayıf sinyal veren bir parçacıktır).

Burada kısa bir mola verelim: Sicim teorisi üzerindeki tartışmalar sürüyor; çünkü elimizdeki teknoloji evreni açıklayan fizik teorilerini test etmeye yeterli değildir. Yoksa bu teorileri örneğin evreni oluşturan büyük patlamadan kalan ilkin kütleçekim dalgalarına bakarak test edebiliriz; ama ilkin kütleçekim dalgaları göremeyeceğimiz kadar zayıftır. Mola bitti, devam:

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Sicim teorisi ve graviton

Takvimler 1970’leri gösterdiğinde sicim teorisyenleri çıtayı ve beklentilerini yükselttiler: Boş ver mezonları dediler. Acaba sicim teorisini kuantum kütleçekim kuramı geliştirmekte kullanabilir miyiz? Yoksa fizik kuvvetlerini taşıyan bütün bozonlar farklı farklı titreşen tek boyutlu enerji sicimlerinden mi oluşuyor?

Bunu yapabilirdik! Tek yapmamız gereken, sicimleri protondan 10²⁰ kat küçülterek (milyon kere trilyon kere trilyon) evrende mümkün olan en küçük ölçeğe, Planck ölçeğine indirgemektir. Karşılaştırma açısından, bu oran Samanyolu galaksisi ile oturma odanız arasındaki farka eşittir.

Sicim teorisyenleri bununla da yetinmeyip teoriyi tutarlı yapmak üzere, bildiğimiz üç uzay boyutuna 22 boyut daha eklediler. Zaman boyutuyla birlikte 26 boyutlu bir evrende kuantum kütleçekim kuramı geliştirebildiklerini gördüler. Artık sicim teorisi ilkel bir her şeyin teorisi adayı idi:

Peki daha ileri gitsek ne olur? Kainatta boş boyut mu yok? Madem enerjiyi oluşturan bozonları sicimlerle açıklıyoruz öyleyse maddeyi oluşturan fermiyonları da sicimlerle açıklayabiliriz; ama dur bakalım!

İlgili yazı: 180 Resimde Varoluşun Kısa Tarihi

 

Hızlı gitmeyelim

Felsefedeki Occam’ın usturası yöntemine göre, kanıt olmayan bilmediğimiz bir konunun olası en iyi açıklaması mümkün olan en basit açıklamadır. Oysa sicim teorisi evreni basite indirgemek yerine iyice karmaşıklaştırıyor. 22 uzay boyutu ve ışıktan hızlı yeni parçacıklar ekliyor. İleride göreceğimiz en yeni versiyonu olan süpersicim teorisi bile, standart modeldeki bütün parçacıklara ek olarak süpersimetrik parçacık eşleri öngörüyor (nötrinoya kardeş nötralino vb.).

Fizikteki bütün sağduyu alarmları aman hızlı gitme diye çalmaya başlamış olmalı! Gerçi Hemingway’in çanları sicim teorisyenleri için de çaldı. Onlar da bu teoriyi sadeleştirmek için çok dürüst bir çaba gösterdiler. Sonunda 1995 yılında, Ed Witten süpersicim teorisinin birçok formunu birleştirip M teorisini ([M]embrane, Zar Teorisi) geliştirdi.

26 boyut yerine, biri zaman olmak üzere toplam 11 boyutlu bir süper sicim teorisi! Üstelik sadece bildiğimiz üç uzay boyutu gözle görebileceğimiz büyüklükte olan, geri kalan 7 boyutun ise mikroskobik ölçekte tespihböceği gibi kendi üzerine kıvrıldığı bir teori.

Tamam, sicim teorisinin kapsamı hakkında fikir vermek için bu kadarı yeter. Daha fazlası bizi diğer yazıların konularına götürür. Öyleyse bu bölümün ana konusuna geri dönelim. Sicim teorisindeki sicimler nedir?

İlgili yazı: Yaşadığımız Evren Nasıl Yok Olacak?

 

Sicimlerin girişim yapması

Evrenin tek boyutlu enerji sicimlerinden oluştuğu çok büyük bir iddia ve bunu test etmek üzere önce sıradan sicimlere bakmamız gerekiyor. Lastik ip gibi sıradan sicimler ilk bakışta kuantum sicimleri kadar ilginç olmayabilir; ama aslında kuantum sicimlerin nasıl çalıştığını açıklar. Nasıl derseniz:

Sicimler dalgalanan ve titreşen cisimlerdir. Ayrıca bir sicimi alıp kendi üzerine kıvırarak kapalı halka yapabilirsiniz. Bu durumda sicimlerde yayılan dalgalar (titreşimler) kendi kendisiyle örtüşecektir. Bu da enerjiyi uzaya yayılmadan bir yere sıkıştırmak için müthiş bir fikirdir!  

Kısacası halka şekilli sicimlerde durağan dalgalar oluşturabilirsiniz. Bu dalgaların tepe ve çukurları üst üste gelerek dalgayı sönümleyebilir veya tepelerle tepeleri ve çukurlarla çukurları üst üste gelerek dalgayı pekiştirebilir; yani yıkıcı ve yapıcı girişim yapabilir.

İlgili yazı: Antimadde Evreni Neden Yok Etmedi?

 

Yapıcı girişime yakından bakalım

Bir halkanın çevre uzunluğu belirli ve sonludur; çünkü halkanın çapı bellidir. Yapıcı girişim, sadece dalga frekansı sicim uzunluğuna tam olarak uyuyorsa gerçekleşebilir. Ayrıca yapıcı girişim yoksa dalga enerji kaybederek sönümlenecektir. Bunu kavramak için önce frekans ve dalga boyu gibi temel tanımları görelim:

Frekans bir noktadan saniyede geçen dalga tepesi veya çukuru sayısıdır ve Hertz ile ölçülür. Dalga periyodu bir noktadan arka arkaya iki dalga tepesi veya çukuru (aslında dalga boyu) geçmesi için gereken süredir. Buna bir dalga döngüsü denir ve saniye ile ölçülür.

Dalga boyu tekrarlanan bir dalganın iki tepesi veya çukuru arasındaki mesafedir. Öyle ki bir dalga döngüsü bir noktadan arka arkaya bir dalga tepesi ve çukurunun geçmesiyle tamamlanır. Dalga hızı ise dalga boyunun frekansla çarpılmasıyla belirlenir; yani bir dalga döngüsünün tekrarlanma hızıdır. Formüllerle ifade edersek:

• Dalga boyu = dalga hızı / frekans
• Dalga periyodu = 1 / frekans
• Dalga hızı = dalga boyu x frekans

Bu durumda yapıcı girişim ancak A) açık uçlu bir sicimin başlangıç ve bitiş noktasının ya da B) halka şekilli bir sicimin tam tur noktasının, her zaman için bir dalga tepesi veya çukuru ile sonlanmasıyla gerçekleşebilir. O zaman dalga fazları eşleşir ve dalga periyodu = 1 / frekans uyarınca dalga pekişir. Özetle dalga boyu halkanın çevresine tam oturmayan frekanslar sönümlenir; çünkü bir dalga sicimin çevresine bir tur sarılırken tepesi veya çukuru dışarıda kalan frekanslar yapıcı girişim sağlamayacaktır.

Sicime sarılan dalgalar

Peki bunu neden anlattık? Sıradan dalga mekaniğini ve lastik ip gibi sıradan sicimleri kuantum fiziğine uyguladığımızda görüyoruz ki sicim teorisinde geçen enerji sicimleri sadece belirli frekanslarda titreşebilir ve sadece belirli enerjilere sahip olabilir. Diğer frekans ve enerji dalgaları sönümlenir. Dalga pekiştiğinde ise sicim sürekli titreyecektir. Öte yandan, titreşimler parçacıklara karşılık geldiğine ve sicimler de sadece belli frekanslarda titreştiğine göre, bunlar ancak sonlu sayıda parçacık oluşturabilir. Eh, bu da sicim teorisi ile standart modeldeki sonlu parçacıkları üretmeyi sağlar!

İlgili yazı: Solak Evren: Elektron Neden Sol Elli?

 

Sicim teorisi ve evrenin müziği

Sicimlerin titreşimlerini gitar tellerine benzetirsek bunların evrenin müziğini ürettiğini ve her parçacığın da belirli bir armoniğe karşılık geldiğini söyleyebiliriz. Öyle ki frekansların rezonansı sicimin uzunluğuna bağlı olacaktır. Dahası sicimlerin gerginliği (lastik gibi gerilmesi) dalga hızını belirler ve dalga hızı da frekans üzerinden dalga boyunu gösterir. Evrende her şey birbiriyle ilişkilidir!

Pekala, bu kadar benzetme yeter. Sonuçta kuantum sicimleri mekanik gitar tellerine benzer, ama aynı zamanda onlardan farklı yanları vardır; çünkü kuantum sicimleri sadece belirli enerji modlarında titreyebilirler. Aslında bu iyi bir şeydir. Ne de olsa kuantum fiziğindeki parçacıklar da sonsuza dek bölünebilen süreğen enerji değerleri alamaz. Parçacıklar kesikli enerjiden oluşan enerji paketleridir.

Örneğin, yarım spine sahip olarak Pauli dışarlama ilkesine uyan elektronlar kendi çevresinde dönerken kesintisiz bir tur atmazlar. Kesintili açısal momentumuna sahip olarak adeta göz kırpar ve bir var olup bir gözden kaybolarak kesik kesik dönerler. Öyleyse enerji sicimlerinin kesikli olması sicim teorisini kuantum fiziğine bağlıyor. Kuantum dünyasını sicimlerden türetmeye prensipte izin veriyor.

Üstelik bunu akıl eden ilk kişi sicim teorisyeni değildi: Einstein’a karşı kuantum fiziğini geliştiren Niels Bohr, elektron yörüngelerini kuantum fiziğiyle açıklamaya çalışırken bu fikirden yararlandı. Elektronları hidrojen atomunu saran halka şekilli durağan dalgalar olarak modelledi. Ancak, kuantum sicimleri halka tasarımlı elektron yörüngesi modelinden daha iddialı ve ihtiraslıdır.

İlgili yazı: Kuantum Darwinizm: Evren Doğal Seçilimle mi Oluştu?

 

İhtiraslı sicimler

Sicim teorisyenleri enerji sicimlerinin titreşim modlarını doğru ayarladıkları zaman bunları bilinen parçacıkların özellikleriyle eşleştirebileceklerini umuyorlar. Sonuçta bir sicimin gerilimi, enerji çarpı birim uzunluğa eşittir. Dahası kütle enerjiden türeyen bir özelliktir (m=E/c²). Burumda bir parçacığın kütlesini sicimin boyu ve geriliminden türetebiliriz. Matematik oyunları…

Üstelik sicimlerin uzunluğu kütleye ek olarak hangi karmaşık titreşim modlarının mümkün olduğunu da belirler. Bu titreşim modları da parçacıkların elektrik yükü ve spini gibi özelliklerini belirler. Şimdi anlıyor musunuz sicim teorisinin en büyük ihtirası ve hedefini? Sicim teorisyenleri sicimlerin sadece gerilimi ve uzunluğundan yola çıkarak evrendeki bütün madde ile enerjiyi tanımlamayı umuyorlar.

Sicim teorisi doğrulanırsa evreni 20 parametre yerine 1-2 parametreyle tanımlamış olacağız. Oysa artık burada duruyoruz; çünkü seziyor olmalısınız: Sicim teorisi dediğim kadar başarılı olsaydı standart kuantum fiziği ders kitabı olarak okutulurdu. Peki neyi eksik? Neyse ki kuantum sicim gazı gibi kafa karıştırıcı uçuk kozmoloji modellerine girmeden bunu gösterebiliriz. 😉

Evren belirli şekillerde titreyen tek boyutlu fiziksel enerji sicimlerinden oluşuyor dedik. Peki bu fiziksel sicimlerin ham maddesi nedir? Bunu sicim teorisyenleri bile bilmiyor. Enerji sicimleri neyin enerjisidir? Nereden gelmiştir, nasıl oluşmuştur? Neden evrenin en temel ve bölünemez yapıtaşıdır? Bunlar gerçekliğin dokusundaki topolojik düzensizlikler midir? Kimse bilmiyor.

İlgili yazı: İlkin Karanlık Madde Evrenden Eski Olabilir mi?

 

Sicim teorisinin zorlukları

Peki bu durumda fizikçiler ne yapsınlar? Sus, uzatma ve karıştırma, işine bak ve hesapla mı yapsınlar? Evrenin temelini, kökenini bulmaya çalışırken enerji sicimlerini uydurup sonra da bunların nereden geldiğini bilmeyen; dahası nereden geldiğini bulmaya bile çalışmayıp hiç merak etmeyen fizikçi olur mu?

Fizikçileri cevabını bilmedikleri konular yüzünden yargılayıp suçlamayalım. Elinden geleni yapıyorlar. Ancak, bu en temel varoluş sorularını henüz yanıtlayamadıkları için sicimlerin ham maddesinden çok ne yaptığına odaklanıyorlar. Peki sicimler ne yapıyor? Bir kere titreşerek enerji tutabiliyorlar, geriliyor ve birbiriyle birleşip birbirinden kopabiliyorlar. Bu konuda sabun köpüğü gibiler.  

Sicimlerin köpük gibi birleşip kopabilmesi de çok önemli; çünkü zayıf nükleer kuvvet uyarınca 1) radyoaktif parçacıkların daha kararlı parçacıklara bozunması, 2) parçacıkların birbirine dönüşmesi veya 3) parçacık çarpışmalarında yeni parçacıklar üreterek yok olmasını sicim teorisinde bu mantıkla açıklıyoruz. Sicim teorisinin en büyük gücü budur ve neden derseniz:

Birleşip kopan sicimler kütleçekimin kuantumlaştırılmasını sağlıyor. Bu da fizikte kuantum alan kuramı dahil, başka bir hiçbir teorinin yapamadığı bir şeydir. Nitekim yerçekimine yol açan kütleçekim kuvveti evrendeki en zayıf fizik kuvvetidir. Öte yandan, yerçekimini mikroskobik ölçekte tanımlamak için gereken fiziksel etkileşimler o kadar yüksek enerji gerektiriyor ki yerçekimi ile kuantum fiziğini birleştirmek m=E/c² uyarınca kara delikler üretiyor!

İlgili yazı: Bilinen Evrenin En Aşırı Üç Kara Deliği

 

Kuantum kütleçekim için sicimler

Enerji sicimleri ise Planck ölçeğinde kara delik oluşturmadan yerçekimini kuantumlaştırabiliyor. Bu müthiş avantaj ise sadece tek boyutlu sicimlerde işe yarıyor; yani 2 boyutlu davul zarı kılıklı tasarımlar yine kara delik üretiyor. İşte bu yüzden sicimlerin tek boyutlu olduğunu söylüyoruz.

Ancak, tek boyutlu sicimlerden bildiğimiz üç boyutlu parçacıkları türetmenin tek yolu, bu sicimlerin 3 boyutlu değil, zar teorisini baz alırsak 10 boyutlu uzayda titremesini sağlamaktır.

Şimdi diyeceksiniz ki ne var? Daha ne olsun? Evrende 10 uzay boyutu yok ki! Üç uzay boyutu var. Üstelik ekstra boyutların mikroskobik olduğu için göze görülmediğini söylemek de zor; çünkü deneyler evrende sadece üç boyut olduğunu gösteriyor. Mikroskobik boyutlar varsa bile bunları görecek test aygıtımız da yok. Özetle sicim teorisini ispat edemiyoruz.

İlgili yazı: Kuantum Köpük Mikro Evrenlerden mi Oluşuyor?

 

Süpersimetri yanlış mı çıktı?

Öte yandan, zar teorisinde gereken süpersicim versiyonunu CERN parçacık hızlandırıcısında test ettik. Ancak, bu kuramın öngördüğü süpersimetrik parçacıkları en sorunsuz ve basit modellerde gösterilen enerji değerlerinde göremedik.

Kısacası ya sicim teorisi yanlış, ya süpersimetri yanlış ya da süpersimetrik parçacıkları görmek için gelecek kuşak hızlandırıcıları beklememiz gerekecek. Dahası yüksek enerjili süpersimetrik parçacıkları açıklamak için teoriyi de güncellememiz gerekecek.

Yine de bunlar sicim teorisyenlerini yıldırmıyor; çünkü matematiksel olarak üç boyutlu evrene ek boyutlar ekleyip teoriyi işletebiliyorlar. Nitekim gelecek bölümde göreceğimiz gibi sicim teorisini istediğimiz gibi ayarlayabiliriz. Bu teoriyi çürüten kanıtları yok saymak için teoriyi istediğimiz gibi düzeltebiliriz. Ne de olsa bu her şeyin teorisi adayı; ama sorun da burada zaten:

Sicim teorisi sadece bu evreni değil, kainatta mümkün olan en az 10⁵⁰⁰, belki de sonsuz sayıda evreni açıklayabilir. Bu evrenlerin fizik kuralları bizden farklı olabilir. Oysa bu da sicimlerin bilimsel olmadığı iddialarına yol açıyor. Sonuçta her şeyi açıklayan bir teori, aslında hiçbir şeyi açıklamıyor demektir. Bu patlıcan, patlıcan ve domates domatestir demek gibidir. Bir şeyi kendisiyle açıklayamazsınız!

Bilim felsefesinde tıkanıklık var

Öyleyse sicim teorisinin yanlış olduğunu asla gösteremeyiz; çünkü sicim teorisyenleri her seferinde bütün gözlem ve deneylerimize uygun olan yepyeni denklemler geliştirebilirler. Bu durumda sicimler gerçek olsa bile, bunların varlığını deney ve gözlemlerle ispat edemeyiz. Demek ki sicim teorisinin en güçlü yanı aynı zamanda en zayıf yanıdır: Her şeyi açıklayabilir ama hiçbirini ispat edemez.

İlgili yazı: Evren Neden Var? Nötrinolar ve Leptonlar Açıklayabilir

 

Bir örnek verelim

Sicim teorisyenleri 7 ekstra uzay boyutunun nötrinolardan bile küçük olduğunu söylüyor. Haklı olabilirler; ama biz nötrinolardan küçük şeyleri göremiyoruz ki! Nereden bileceğiz? Dahası var: Uzun yıllar boyunca en sevdiğim teori olan; fakat süpersimetri başarısızlığından sonra içimde gittikçe şüphe uyandıran modern M teorisi daha da ileri gidiyor:

Düşünün ki “7 ekstra uzay boyutu var; ama göremeyeceğiniz kadar küçükler” deyip işin içinden çıkabilirsiniz. Oysa M teorisi evrende 3 değil, 4 büyük uzay boyutu var diyor! Öyle ki evrenimiz beş boyutlu sonsuz uzayda yüzen, zaman dahil en az dört boyutlu bir düzlemdir ve fotokopi kağıdı gibi düzdür. Buna zar katmanı kozmolojisi diyoruz (brane cosmology, mem[brane]).

Detaylar başka yazının konusu olsa da şu sorulara dikkat edelim: Beş boyutlu uzay nereden çıktı? Neden sonsuz? Evrenimiz neden 4 boyutlu düz bir fotokopi kağıdı VE sonsuz? Sicim teorisyenleri sadece şu cevabı verebilirler: “Çünkü teorimiz ancak öyle olduğunu kabul edersek işliyor.” Peki hayal ettiğimiz ve tasarladığımız her şey gerçek midir? Bunun tek boynuzlu atlara (unicorn) veya kanatlı atlara (pegasus) inanmaktan ne farkı var?

İlgili yazı: Evrenin Şekli Hakkında Kozmolojik Kriz Çıktı

 

Yine de sicimlerde hayır vardır

Objektif olarak karşı görüşleri de dile getirmeme rağmen, sicim teorisinin umutsuz ve bilim dışı olduğunu düşünmüyorum. Yine de bu teorinin tümüyle doğru olması şimdilik zor görünüyor.

Belki tam kapsamlı bir teori olarak değil de gerçek her şeyin teorisini geliştirmek için gereken matematiksel araçları içeren parça buçuk bir teori olabilir. Henüz hiçbir öngörüsü doğru çıkmadı. Hatta bazılarına göre test edilebilir öngörülerde bulunmuyor. Yine de holografik ilkeyi türetti:

Üç boyutlu evrenimizi ve yerçekimini 3B kürenin 2B yüzeyindeki bir holografik projeksiyon gibi; daha doğrusu, kütleçekim kuvvetini zaman dahil 4B hiperküre olan evrenin 3B yüzeyinde tanımladı. Böylece evren ve bizlerin içi boş bir hologram olabileceğini ortaya koydu. Siz de evrenin hologram olup olmadığına şimdi bakabilirsiniz; ama merak etmeyin, göründüğü kadar tuhaf bir fikir değildir. 😉

Yazı dizimizin gelecek bölümünde sicim teorisini incelemeye devam edeceğiz. Bu bölümde sicim teorisindeki sicimler nedir sorusunu ele aldık ve tüm evreni tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisi olma iddialarını değerlendirdik. Aynı zamanda şeytanın avukatlığını üstlenerek teoriyi yerden yere vurduk. Önümüzdeki bölümde ise teoriyi savunarak sicim teorisi neden doğru diye soracağız.

Siz de sicimlerden türetilen zar katmanları kozmolojisine giriş yapmak için büyük patlama öncesinde ne vardı diye sorabilir, zaman büyük patlamayla mı akmaya başladı diye devam ederek sicimlere alternatif halka kuantum kütleçekim kuramına göz atabilirsiniz. Keyifli okumalar!

Sicim teorisini açıklayalım

¹Lectures on String Theory
²Introductory Lectures on String Theory
³String theory: a perspective over the last 25 years
⁴An Introduction to String Theory