Fiziğin Kısa Tarihi 6 - Sicim Teorisi

05.02.2014 09:10:11
A+ A-

Buraya kadar bildiğim kadarıyla fiziğin kuantum sonuna kadarki evresini kısaca anlattım. Ama atomaltı parçacıkları açıklayan günümüzün kabul gören modeli Standart modeli ile Kuantum fiziği ve Göreliliğin bir araya getirilmesinde bazı sorunları vardı. Bu hala da devam etmekte. İşte bu teoriye alternatif arayışlarındaki en büyük etkiyi Sicim teorisi yapmıştır. Bu yazımda bu teoriden bahsedeceğim. Hem genel hem özel görecelik fiziğe deterministik bakar. Yani belli bir zamandaki koşulları tam olarak bilebilirsek, daha sonraki bir zamanda tam olarak ne olacağını bilebiliriz. Tabi çok sayıda parametre bunu neredeyse imkansız kılar, ama önemli olan teoride de olsa, gerek Newton fiziği gerek Einstein fiziği bu neden sonuç ilişkisi üzerine kuruludur. Aslına bakılırsa Einstein için fiziğin varlık nedeni de budur. Ona göre fiziğin görevi olaylar arasındaki neden-sonuç arasındaki ilişkileri ortaya koymaktır. Ama Kuantum un belirsizlik ilkesi - ki kuantumu anlatan en önemli ilkedir- evrende herşeyi tam bir kesinlik içinde bilmemizin mümkün olmadığını söyler.

Kuantum çok küçükler dünyasının kurallarını koyarken, görecelik çok büyükler dünyasının kurallarını çok güzel açıklar. Böyle bakınca Newton fiziği de bizim görebildiğimiz dünyanın fiziğidir denilebilir. Fizikçiler uzun zamandır doğal olarak evrenin kurallarının böyle ölçekli olmasının anlamsız olduğunu düşünüp, her şeyin bir arada açıklanabildiği bir kuramın arayışı içindedir. Buna yönelik bazı kuramlar olsa da bunların en bilineni sicim teorisidir.

Sicim teorisi adından da anlaşılacağı üzere her şeyin sicimlerden meydana geldiğini iddia eder. Bu sicimler plank uzunluğuna yakın uzunluklardadır yani 1. 6 x10 üzeri -35 m standart modelin erişebildiği en küçük çekirdek parçacıkları (hadronlar) olan quarklar hafiften ağıra doğru (up-down, charm-strange, top-bottom) 3 grup halinde 6 tanedir. Simetri gereği bunların birerde karşı parçacığı bulunur. Yani toplam 12 quarkla bütün çekirdek kuvvetlerini oluşturan parçacıkları oluşturabiliriz. Bunun dışında leptonlar, en bilinenleri olan elektron ve nötrino, vardır. Kısaca Qaurklar ve leptonlar atomaltı parçacıkları oluşturan en temel yapı taşlarıdır. Bunların dışında kuvvet taşıyıcı parçacıklar; fotonlar(elektro manyetik kuvvet), gluoanlar (güçlü kuvvet-çekirdek parçacıklarını bir arada tutan), w, z vektör bozonları (zayıf etkileşim), ve varlığı kabul edilen ama henüz bulunamamış kütle çekim parçacığı gravitonlar vardır. Sicim teorisi, standart modelin öngörüsü olarak ortaya çıkan bu parçacık ve kuvvet taşıyıcılarının hepsinin aslında sicim benzeri ipliksilerin titreşimlerinin bir görünümü olduğunu varsayar. Sicimler kapalı uçlu olabileceği gibi açık uçluda olabilir. Titreşen uzun-kısa her sicimin farklı enerjileri vardır. Ve bu da bir parçacık ya da kuvvet taşıyıcısına karşılık gelir. Olası sicim şekilleri ve titreşimleri sonsuz sayıda olabilir.

Başta da bahsettiğim gibi sicim teorisi aslında en temel olarak kuantum fiziği ile genel göreceliği birleştirmek için geliştirilmişti. 1970'lerde ilk çıktığında standart modelin bazı koşullarını sağlayamamasından dolayı çok fazla da ilgi görmedi. Uzun bir sessizlik döneminden sonra 1980'lerde titreyen sicimlerin, hem kuantumun kararsızlığının, hem de göreceliğin alan denklemlerinin uzaydaki boyut sayısını 10 a çıkararak birleştirilebileceği bulundu. 10 boyutlu uzayda sicim denklemleri hem kuantum, hem de görecelik denklemlerini 5 farklı yolla karşılayabiliyordu. Bu yeni 6 farklı boyut, denklemlerin çözümü için gerekli olan bildiğimiz boyutlar gibi düz değil calabi-yau şekilleri diye tanımlanan özelliklerde olmak zorundaydı. Boyutlar iç içe geçmiş ve çok küçüktü. Sicimlerde bu boyutların hepsinin içinden geçiyordu.

Aslında bu durum da normal değildi. Zira sicim teorisinin 5 farklı çözümü de 10 boyutlu uzayda doğru sonuçlar veriyordu. Hiçbiri diğerinden üstünde sayılmazdı. 1995'de sicim kuramın en bilinen teorisyeni Edward Witten, 5 farklı çözümün aslında asıl çözümün farklı görünümleri olduğunu gösteren M-Theory'yi açıkladı. Bu teoride uzaya 11. boyutu ekleyerek 5 farklı çözümün arasındaki sis perdesini kaldırdı. Yeni boyut kavramı bir ormanın ağaçlarına tek tek bakıp farklı sonuçlar elde etmek yerine uçaktan bakarak, ağaçların hepsini görmek gibiydi. 1995 de Witten'ın büyük matematik dehası sonucu ortaya konan bu çözümle sicim teorisi beşinci büyük devrimini yaşıyordu.

Daha sonra teoriye sicimlerin davranışlarına kısıtlama getiren zar boyutlar kavramı eklendi. Kısaca sicim uçlarının zar benzeri çeperlere yapıştığını varsayan bu iddiaya göre sicimlerin titreşimleri kısıtlanmış oluyordu. 11 zar boyutun 3 tanesi bizim her gün gördüğümüz zar boyutlardır. Bir tanesi zaman, diğer 7 tanesi calabi-yau şekillerinde iç içe geçmiş zar biçiminde boyutlardır. P-zar teorisine göre sicimlerin uçları farklı şekillerde bu zar boyutlara yapışmış durumdadır.

Sicim teorisi bugün henüz her yönüyle bilim çevrelerince kabul görmüş değildir. Teorinin karşılık geldiği birçok alan olmasına karşılık henüz ispatlanabilmiş de değildir. Zira plank boyutlarındaki sicimleri gözlemleyebilmek henüz bilimin çok uzağındadır. Bir sonraki yazımda boyut kavramı üzerinde biraz daha derinlemesine eğileceğim.


serol.aksel@gmail.com

https://twitter.com/saksel1

 

Konuyla alakalı önceki yazılarım:

http://blog.radikal.com.tr/Sayfa/fizigin-kisa-tarihi-1-newton-fizigi-46722

http://blog.radikal.com.tr/Sayfa/fizigin-kisa-tarihi-2-ozel-gorecelik-47166

http://blog.radikal.com.tr/Sayfa/fizigin-kisa-tarihi-3-genel-gorecelik-47590

http://blog.radikal.com.tr/Sayfa/fizigin-kisa-tarihi-4-kuantum-fizigi-ve-dalga-fonksiyonu-48132

http://blog.radikal.com.tr/Sayfa/fizigin-kisa-tarihi-5-kuantum-fizigi-ve-belirsizlik-ilkesi-48362



YORUM YAZ
Yorumunuzu girmek için sisteme giriş yapmalısınız.
Eğer üye değilseniz üye olunuz.