M-Teorisi Her Şeyin Teorisine Ne Kadar Yakın?

Evreni anlamaya çalışırken insanın karşısına bazen tuhaf bir manzara çıkıyor. Aynı evrende yaşıyoruz, lakin onu açıklamak için kullandığımız en başarılı iki kuram sanki birbirinden habersizmiş gibi davranıyor. Genel görelilik yıldızları, galaksileri, kara delikleri ve evrenin genişlemesini oldukça iyi açıklıyor. Kuantum mekaniği ise atomların ve temel parçacıkların dünyasında neredeyse kusursuz biçimde çalışıyor. Sorun, bu iki kuramı aynı yerde kullanmamız gerektiğinde başlıyor.

Bir kara deliğin merkezini ya da evrenin henüz çok genç olduğu dönemleri düşünelim. Burada hem çok güçlü bir kütleçekim alanı hem de kuantum etkileri bulunuyor. Dolayısıyla genel görelilik ile kuantum mekaniğinin birlikte çalışması gerekiyor. Fakat bunu yapmaya kalktığımızda denklemler denetlenemeyen sonsuzluklar üretmeye başlıyor. Bu durum kuramlardan birinin bütünüyle yanlış olduğunu göstermiyor. Daha ziyade, ikisinin de daha temel bir yapının farklı yüzleri olabileceğini düşündürüyor.

Her Şeyin Teorisi arayışı da buradan doğuyor. Buradaki “her şey” ifadesini biraz dikkatli kullanmak lazım. Böyle bir kuramın insan bilincini, sevgiyi ya da gündelik hayattaki bütün olayları tek denklemle açıklaması beklenmiyor. Amaç; doğadaki temel parçacıkları ve kütleçekim dahil bütün temel kuvvetleri aynı kuantum çatısı altında toplayabilmek. M-Teorisi’nin adı bu nedenle sık sık Her Şeyin Teorisi ile birlikte anılıyor.

Parçacık Dediğimiz Şey Gerçekten Bir Nokta mı?

Bugünkü parçacık fiziğinde elektronlar ve kuarklar gibi temel parçacıkları, iç yapısı olmayan noktalar şeklinde ele alıyoruz. Bu yaklaşım şimdiye kadar yapılan deneylerde oldukça başarılı sonuçlar verdi. Lakin işin içine kütleçekim girdiğinde, bu noktasal yapı çok kısa mesafelerde matematiksel sorunlara yol açıyor.

Sicim teorisi burada farklı bir öneride bulunuyor: Belki de temel parçacıklar gerçekte birer nokta değildir. Belki onlar, hayal edemeyeceğimiz kadar küçük, tek boyutlu sicimlerin farklı titreşimleridir. Bir gitar telinin farklı biçimlerde titreşerek farklı sesler çıkarması gibi, bu sicimlerin farklı titreşimleri de elektron, kuark ya da başka bir parçacık olarak karşımıza çıkabilir.

Elbette burada sözünü ettiğimiz sicim, bildiğimiz anlamda maddeden yapılmış küçük bir ip değildir. Maddenin altında bulunduğu düşünülen daha temel bir yapıdır. Bu fikri ilginç kılan şey ise kütleçekimin kurama sonradan eklenmemesidir. Sicimin olası titreşimlerinden biri, kütleçekimin kuantum taşıyıcısı olduğu düşünülen gravitonun sahip olması gereken özellikleri taşır. Yani kuramı kurmaya başladığınızda kütleçekim bir noktada kendiliğinden karşınıza çıkar. Bana kalırsa sicim teorisinin en etkileyici taraflarından biri tam olarak budur.

Fakat sicim teorisinin de beraberinde getirdiği yeni sorunlar var. Kuramın matematiksel olarak tutarlı olabilmesi için alıştığımız dört boyut yeterli olmuyor. Dokuz uzay ve bir zaman boyutuna, yani toplam on boyuta ihtiyaç duyuluyor. Üstelik karşımıza tek bir sicim teorisi değil, beş farklı süpersicim teorisi çıkıyor. Her şeyi birleştirmeye çalışan bir fikrin beş ayrı kurama ayrılması ilk bakışta pek de birleşme gibi görünmüyor.

Beş Farklı Teori Aslında Tek Bir Teori Olabilir mi?

Uzun süre bu beş teoriden hangisinin doğru olduğu tartışıldı. Sonrasında ise beklenmedik bir şey fark edildi: Bu teoriler bütünüyle birbirinden bağımsız olmayabilirdi. Düalite adı verilen matematiksel ilişkiler, bir teoride farklı görünen bazı durumların başka bir teoride aynı fiziksel gerçeği anlattığını gösteriyordu.

Örneğin teorilerden birinde çok küçük görünen fazladan bir boyut, başka bir anlatımda büyük bir boyuta karşılık gelebiliyordu. Keza bir teoride güçlü etkileşim altında çözülmesi son derece zor olan bir problem, diğerinde zayıf etkileşimli ve daha kolay hesaplanabilir bir hale dönüşebiliyordu. Başta birbirine rakip görünen teoriler, giderek aynı yapıya farklı yönlerden bakan anlatımlar gibi görünmeye başladı.

1995 yılında Edward Witten bu bağlantıları daha geniş bir çerçevede ele aldı. Tip IIA olarak adlandırılan sicim teorisinde etkileşim güçlendikçe, daha önce görünmeyen yeni bir uzay boyutunun ortaya çıktığı anlaşıldı. Bu boyut çok zayıf etkileşimlerde öylesine küçüktü ki on boyutlu kuramın içinde saklanıyordu. Etkileşim güçlendikçe boyut genişliyor ve karşımıza on bir boyutlu yeni bir yapı çıkıyordu.

İşte bu daha temel yapıya M-Teorisi adı verildi. Beş farklı sicim teorisi de M-Teorisi’nin farklı koşullar altında görünen sınırları olarak yorumlanmaya başladı. Bunu aynı dağın farklı yönlerden çekilmiş fotoğraflarına benzetebiliriz. Fotoğraflar birbirinden farklı görünür, fakat hepsinde gördüğümüz şey aslında aynı dağdır.

Evren On Bir Boyutluysa Diğer Boyutlar Nerede?

Gündelik yaşamda üç uzay boyutunu algılıyoruz: sağ-sol, ileri-geri ve yukarı-aşağı. Bunlara zamanı eklediğimizde dört boyutlu uzay-zaman ortaya çıkıyor. M-Teorisi ise on uzay ve bir zaman boyutundan söz ediyor. Dolayısıyla geriye şu soru kalıyor: Diğer yedi uzay boyutu nereye gitti?

Kurama göre bu boyutlar kaybolmuş değil; yalnızca göremeyeceğimiz kadar küçük ölçeklerde kendi üzerlerine kıvrılmış olabilir. Uzaktan baktığımız ince bir kabloyu düşünelim. Kablo bize tek boyutlu bir çizgi gibi görünür. Fakat üzerine küçücük bir karınca koyduğumuzda, karınca yalnızca ileri ve geri gitmez; kablonun çevresinde de dolaşabilir. Biz uzaktan baktığımız için o ikinci yönü fark etmeyiz.

Fazladan boyutlar da buna benzer biçimde uzayın her noktasında bulunuyor olabilir. Lakin boyutları çok küçükse onları günlük yaşamda ya da bugünkü deneylerde doğrudan görmemiz mümkün olmayabilir. Burada asıl mesele, bu boyutların yalnızca saklanması da değildir. Nasıl kıvrıldıkları, bizim dört boyutlu evrenimizde hangi parçacıkların ve kuvvetlerin ortaya çıkacağını da belirleyebilir. Başka bir ifadeyle doğanın bildiğimiz özellikleri, göremediğimiz boyutların geometrisinden doğuyor olabilir.

Bu fikir oldukça etkileyici, fakat beraberinde büyük bir sorun getiriyor. Fazladan boyutlar çok farklı biçimlerde kıvrılabiliyor ve her kıvrılma biçimi başka bir evren ortaya çıkarabiliyor. O halde neden tam olarak bu parçacıklara, bu kuvvetlere ve bu fiziksel sabitlere sahip bir evrende yaşadığımızı açıklamak gerekiyor. M-Teorisi burada henüz tek ve zorunlu bir cevap verebilmiş değil.

Sicimlerin Ötesinde Zarlar

M-Teorisi’ne geçtiğimizde iş yalnızca sicimlerle sınırlı kalmıyor. Kuramda zar adı verilen daha yüksek boyutlu yapılar da bulunuyor. İki uzay boyutuna sahip M2-zarları ve beş uzay boyutuna sahip M5-zarları bunların en bilinenleri.

İlk bakışta sicimlerle zarlar birbirinden tamamen farklı nesneler gibi görünebilir. Oysa bazı durumlarda bir zar, daha düşük boyutlu bir gözlemciye sicim gibi görünebilir. Mesela M2-zarının bir yönü küçük ve kapalı on birinci boyuta sarılırsa, bizim görebildiğimiz tarafta geriye tek boyutlu bir sicim kalır. Bir kağıda tam kenarından baktığımızda onu çizgi gibi görmemiz de buna benzer. Kağıdın ikinci boyutu ortadan kaybolmaz; yalnızca bakış açımız nedeniyle görünmez hale gelir.

Bu nedenle M-Teorisi’ni yalnızca sicim teorisinin biraz daha geliştirilmiş biçimi olarak düşünmek doğru olmaz. Sicimler, zarlar ve daha önce ayrı zannettiğimiz teoriler onun içinde aynı yapının parçalarına dönüşüyor. M-Teorisi’ni güçlü kılan şey de zaten her probleme tek tek cevap vermesinden ziyade, birbirinden kopuk görünen bu parçalar arasında beklenmedik bağlar kurabilmesidir.

M-Teorisi’ni Güçlü Bir Aday Yapan Ne?

M-Teorisi her şeyden önce kütleçekim ile kuantum fiziğini aynı çerçevede ele alma imkanı sunuyor. Kütleçekimi dışarıdan kurama eklemek gerekmiyor; yapı zaten onu kendi içinde barındırıyor. Ayrıca beş farklı sicim teorisini tek bir temel yapının farklı görünümleri haline getiriyor. Bu, fizik açısından oldukça büyük bir birleşme anlamına geliyor.

Kuram kara delikler konusunda da önemli sonuçlar ortaya koydu. Bazı özel kara deliklerin entropisi, onları meydana getiren mikroskobik kuantum durumları sayılarak hesaplanabildi. Böylece kara deliklerin yalnızca uzay-zamanda açılmış karanlık çukurlar olmadığı, arkalarında çok sayıda kuantum durumunun bulunabileceği görüldü. Bu sonuç bütün kara delik problemini çözmüyor elbette; lakin kuantum fiziği ile kütleçekim arasında gerçek bir bağ kurulabildiğini gösteriyor.

Agora Bilim Pazarı

Həvəskar Şahmat Turniri

Həvəskar Şahmat Turnirimizə dəvətlisiniz! ♟️Evrim Ağacı Azərbaycan Topluluğu olaraq bu həftə şahmatsevərləri Estesna Chess & Coffee-də gözləyirik. Şahmat oynama…

Devamını Göster

₺140,00

Satın Al Tüm Ürünler

M-Teorisi’nin bazı özel koşullarda matris modelleri veya holografik yaklaşımlar üzerinden tanımlanabilmesi de boş bir varsayımdan ibaret olmadığını gösteriyor. Matematiksel olarak oldukça güçlü bir yapı var karşımızda. Fakat tam da burada dikkatli olmak gerekiyor. Bir teorinin matematiksel olarak güzel olması, doğanın o teoriye göre çalıştığını kanıtlamaz. Evrenin bizim estetik anlayışımıza uyma gibi bir zorunluluğu yoktur.

Peki Sorun Nerede?

M-Teorisi’nin en büyük eksiği doğrudan deneysel kanıtının bulunmaması. Bugüne kadar fazladan boyutları, temel sicimleri, süpersimetrik parçacıkları ya da M-zarlarını gözlemleyemedik. Bunların ortaya çıkacağı enerji ölçeği bugün ulaşabildiğimizin çok üzerinde olabilir. Bu nedenle gözlenmemiş olmaları teoriyi doğrudan yanlışlamıyor; fakat doğru olduğunu da göstermiyor.

Bir başka sorun, M-Teorisi’nin her koşulda kullanılabilecek tamamlanmış bir tanımına henüz sahip olmamamız. Teorinin bazı parçalarını, belirli sınırlarını ve diğer teorilerle ilişkilerini biliyoruz. Fakat bütün bunları kapsayan tek ve eksiksiz bir formül elimizde değil. Bu bakımdan M-Teorisi’ni bitmiş bir yapıdan çok, hala inşa edilen büyük bir fizik programı olarak görmek daha doğru olabilir.

Fazladan boyutların sayısız biçimde kıvrılabilmesi de tahmin yapmayı zorlaştırıyor. Eğer teori birbirinden çok farklı evrenlere izin veriyorsa, neden bizim evrenimizin ortaya çıktığını ayrıca açıklamak gerekir. Bir teorinin her olasılığı içinde barındırması ilk bakışta güç gibi görünür; oysa hangi sonucun gerçekleşeceğini söyleyemiyorsa bu durum aynı zamanda bir zayıflığa dönüşebilir.

Her Şeyin Teorisine Gerçekten Ne Kadar Yakın?

Bu soruya kesin bir mesafe vermek mümkün değil. Matematiksel birleşme açısından baktığımızda M-Teorisi gerçekten büyük bir yol aldı. Beş farklı sicim teorisini bir araya getirdi, kütleçekimi kuantum yapının içine yerleştirdi ve sicimlerin ötesinde daha geniş bir evren tasviri sundu. Bu nedenle Her Şeyin Teorisi için en güçlü adaylardan biri olarak görülmesi boşuna değil.

Lakin deneysel açıdan aynı şeyi söylemek zor. On birinci boyutun izini görmüş değiliz. Teorinin hangi çözümünün bizim evrenimizi anlattığını bilmiyoruz. Üstelik kuramın tamamlanmış haline de sahip değiliz. Dolayısıyla M-Teorisi’ne bugün “Her Şeyin Teorisi” demek yerine, bizi o teoriye götürebilecek en kapsamlı yollardan biri demek daha doğru görünüyor.

Bana göre M-Teorisi’nin bugüne kadar ortaya koyduğu en önemli düşünce, evrenin mutlaka on bir boyutlu olması değildir. Asıl önemli olan, birbirinden farklı sandığımız kuramların daha derinde aynı gerçeği anlatabileceğini göstermesidir. Bir yerde sicim dediğimiz şey başka bir yerde zar olarak, güçlü etkileşim dediğimiz durum başka bir anlatımda zayıf etkileşim olarak karşımıza çıkabiliyor.

Belki de doğa bizim onu böldüğümüz kadar parçalı değildir. Kuvvetleri, parçacıkları ve boyutları ayrı ayrı ele alan biziz. M-Teorisi doğru olsun ya da olmasın, bize şu ihtimali ciddi biçimde düşündürüyor: Evrenin temelinde birbirinden kopuk yasalar değil, henüz tamamını göremediğimiz tek bir yapı bulunuyor olabilir.