Evrenimiz Gerçekte Kaç Boyuttan Oluşuyor?

Dört bilindik boyut var: Yükseklik, genişlik, uzunluk ve zaman. Zaman (şimdilik) tek yönlü bir yolculuk. Sicim kuramının bazı savunucuları 10 boyut olabileceğini söylüyor. Ancak son nötron yıldızı gözlemleri, boyut dışı aktiviteye dair hiçbir kanıt göstermiyor.

Teorik fizik büyüleyici ve (zaman zaman) eğlenceli bir alandır. Çoğu insan bu araştırma alanı hakkında fazla bir şey bildiğini iddia etmese de, daha gelişmiş kavramlarının çoğu popüler kültürde her zaman karşımıza çıkar. Aslında, "nükleer", "kuantum" ve "çoklu Evren" gibi kelimeler genellikle en sevdiğimiz TV şovlarının ve filmlerin konusu için anahtardır.

Öte yandan, teorik fizikteki daha gelişmiş kavramlardan bazıları (tanımlandıklarında) bilimden çok felsefe ve metafiziğe benziyor. Aslında, bazı teoriler bilim ve din arasındaki çizgileri bile bulanıklaştırmayı başarıyor ve genellikle ya hayranlıkla ya da reddedilmeyle karşılanıyor.

Evrenimiz kaç boyuttan oluşuyor sorusu, oldukça temel bir soru gibi görünüyor. Modern fizikçilerin dünyanın yuvarlak mı düz mü olduğunu bilmesine eşdeğer. Ancak, "Evrende kaç boyut var?" sorusunun zor bir soru olduğu ortaya çıkıyor ve fizikçilerin cevap konusunda güçlü bir şekilde fikir ayrılığına düşmelerine neden oluyor.

Sicim teorisinin savunucuları, Evrenin ayrıntılı yapısının oldukça spekülatif ama popüler bir açıklaması 10 boyut olduğunu savunurlar. Bazı teorisyenler daha fazlasını, belirsiz sayıda olası boyuta kadar savunmuşlardır.

Diğer fizikçiler ise deneysel sonuçların daha yüksek boyutlar konusundaki iddiaları çürüttüğünü ve bize yalnızca uzunluk, genişlik ve yükseklik olmak üzere bildiğimiz üç boyutu ve buna ek olarak zaman boyutunu bıraktığını ileri sürüyorlar. Bazıları ise ek boyutların var olduğunu ancak bunların bir kâğıt parçası gibi buruşuk olduğunu, hatta o kadar buruşuk olduklarını savunuyorlar ki, bu yüzden onları tespit edemediğimizi ileri sürdüler.

Bilim insanları, doğanın yasalarını anlamak için bir " dördüncü boyut ", yani zamanın dâhil edilmesi gerektiğini savunuyorlar. Bu koordinat olmadan, Evrenimizdeki nesnelerin konumu, hızı ve ivmesi düzgün bir şekilde ölçülemez. Bir nesnenin üç uzamsal koordinat açısından nerede olduğunu bilmek yeterli değildir. Ayrıca nesnenin ne zaman nerede olduğunu da bilmeniz gerekir.

Bu dört boyutun ötesinde, teorik fizikçiler daha fazlasının da söz konusu olabileceğini ileri sürmüşlerdir. Boyutların sayısı değişir, ancak ekstra boyutların ardındaki amaç, teorik fizikçilerin yaklaşık bir asırdır yapmaya çalıştığı Evrenin bilinen yasalarını birleştirmenin yollarını bulmaktır.

Bunun nedeni iki çalışma alanıyla ilgilidir. Kuantum Mekaniği (QM) ve Genel Görelilik (GR). Bu alanlar 20. yüzyılın başlarında ortaya çıktı ve neredeyse birbirleriyle aynı zamana denk geldi. Kuantum Mekaniği 'nin birçok öncülü varken (Planck, Heisenberg, Schrodinger, vb.), Genel Görelilik varlığını en azından başlangıçta Albert Einstein'a borçludur.

Albert Einstein’ın ışığın davranışı üzerine yaptığı araştırmalarla Kuantum Mekaniği 'nin gelişimine katkıda bulunmuştur. Her durumda, Kuantum Mekaniği (QM) enerji ve maddenin atom ve atom altı düzeylerde nasıl davrandığını açıklarken, Genel Görelilik (GR) kütle çekiminin varlığında maddenin, enerjinin ve uzay-zamanın daha büyük ölçeklerde nasıl davrandığını açıklar.

Dört temel kuvvet

Doğa ve onu yöneten yasalar üzerine binlerce yıllık araştırmalardan sonra, bilim insanları dört temel kuvvetin ( Elektromanyetizma, Zayıf Nükleer Kuvvet, Güçlü Nükleer Kuvvet ve Yerçekimi) tüm madde-enerji etkileşimlerini yönettiğini belirlediler. Bu kuvvetler ve tüm maddeyi oluşturan temel parçacıklar (kuarklar, leptonlar, ayar bozonları ve skaler bozonlar), parçacık fiziğinin standart modeli'nin bir parçasıdır.

İlk üç kuvvetin hepsi Kuantum Mekaniği alanı tarafından tanımlanır ve belirli alt atomik parçacıklarla ilişkilendirilir. Elektromanyetizma, elektrik, manyetizma ve tüm elektromanyetik radyasyon formlarından sorumlu olan elektronlarla (bir lepton) ilişkilendirilir. Bunlara görünür ışık (renk), ısı, mikrodalgalar, radyo dalgaları, ultraviyole radyasyon ve gama ışınları dâhildir.

Peki Gerçekte Kaç Boyut Var?

Yerçekimi ve elektromanyetizmanın birleşik bir alan teorisini yaratma girişimleri Alman fizikçi Theodor Kaluza'ya kadar uzanmaktadır. 1921'de, Einstein'ın Alan Denklemleri'nin genişletilmiş bir yorumunu sunduğu bir makale yayınladı. Bu teori, uzay ve zamanın ortak 4D'sinin ötesinde bir boyut içeren 5D Evren fikri üzerine inşa edildi.

1926'da İsveçli teorik fizikçi Oskar Klein, Kaluza'nın 5D teorisinin kuantum yorumunu önerdi. Klein'ın uzantısında, beşinci boyut kıvrılmış, mikroskobikti ve 10-30 cm yarıçaplı bir daire şeklini alabiliyordu. 1930'larda, Kaluza alan teorisi üzerinde Einstein ve meslektaşları tarafından Princeton'da çalışmalar yürütüldü. 1940'larda, teori resmen tamamlandı ve “Kaluza-Klein” teorisi adı verildi.

Kaluza ve Klein'ın çalışmaları, ilk olarak 1960'larda önerilen Sicim Teorisi'nin (ST) ortaya çıkışını öngördü. 1990'lara gelindiğinde, Süper Sicim Teorisi, Kuantum Yerçekimi, M-teorisi ve Süper Yerçekimi dâhil olmak üzere birden fazla yorum ortaya çıktı. Bu teorilerin her biri, "ekstra boyutlar", "hiper uzay" veya benzer bir şeyin varlığını gerektirdiğini açıkladılar.

Özetlemek gerekirse, Sicim Teorisi'nin parçacık fiziğinin nokta benzeri parçacıklarının aslında "sicimler" adı verilen tek boyutlu nesneler olduğunu belirtir. Sicim ölçeğinden daha büyük mesafelerde, sıradan parçacıklara benzerler, ancak kütleleri, yükleri ve diğer özellikleri sicim titreşim durumu tarafından belirlenir. Bir durumda, sicim yerçekimine neden olan “Graviton’a“ ( kütleçekim kuvvetini ilettiği varsayılan sanal bir parçacık) karşılık gelir.

Sicim Teorisi'nin bir varyasyonu olan süper sicim teorisi, 10 uzay-zaman boyutunun varlığını gerektirir. Bunlar, bize hemen görünen dört boyutu (uzunluk, genişlik, derinlik, zaman) ve görünmeyen altı boyutu daha içerir. Bu ekstra altı boyut, kompakt bir alana kıvrılmıştır. İp ölçeğini (10 -33 cm) ekstra boyutların varlığını doğrudan tespit edemeyiz çünkü çok küçüktürler.

Teoriye göre beşinci ve altıncı boyutlar aynı başlangıç koşullarıyla başlayan olası dünyalarla ilgilidir. Beşinci boyut, bizimkinden biraz farklı sonuçlara sahip dünyaları kapsarken, altıncı boyut olası dünyaların bir düzleminin görülebileceği yerdir. Yedinci boyut, farklı başlangıç koşullarıyla başlayan ve sonra sonsuza kadar dallanan olası dünyaların görülebileceği yerdir. Bu nedenle onları tanımlamak için "sonsuzluk" terimi kullanılır.

Sekizinci boyut da benzer şekilde bize bu "sonsuzlukların" bir düzlemini verirdi, dokuzuncu boyutta ise tüm olası Evrenler ve fizik yasaları görülebilirdi. Onuncu boyutta, kozmik evrim açısından mümkün olan her şey erişilebilirdir. Bunun ötesinde, uzay-zaman sürekliliğinin parçası olan canlılar tarafından hiçbir şey görülemez.

Beş ayrı süper sicim teorisini birleştiren M-teorisi, 11 boyutun varlığını varsayar (On uzaysal ve bir zamansal). Süper sicim teorisindeki bu varyasyon, öngördüğü olgular nedeniyle çekici olarak kabul edilir. Birincisi, M-teorisi, sicim teorisinin bütünüyle tutarlı olan ve kuantum çekimi için bir açıklama sunan gravitonun varlığını öngörür. Ayrıca kara deliklerin " Hawking radyasyonu " yaydığı ve zamanla kütle kaybettiği kara delik buharlaşmasına benzer olay öngörür.

Süper sicim teorisinin bazı varyasyonları ayrıca Einstein-Rosen köprülerinin varlığını da öngörür. Diğer adıyla "solucan delikleri." Başka bir yaklaşım olan Döngü Kuantum Yerçekimi, yerçekiminin diğer temel kuvvetlerden tamamen farklı olduğunu ve uzay-zamanın kendisinin küçük, tek boyutlu döngüler biçiminde niceliklendirilmiş, ayrık bitlerden oluştuğunu varsayar.

Süper kütleçekim teorisinin bazı versiyonları ayrıca 4 ortak boyut ve 7 hiperuzay boyutuyla 11 boyutlu bir uzay-zaman modeli de destekler. Ayrıca, Evrenin kütle ve yüke sahip çok boyutlu titreşen "zarlardan" oluştuğunu ve uzay-zamanda yayılabileceğini varsayan "bran teorisi" de vardır.

Bugüne kadar, "ekstra boyutlar", "hiperuzay" veya algılayabildiğimiz dört boyutun ötesinde herhangi bir şeyin varlığına dair deneysel bir kanıt yoktur.