Sicim Alanı Teorisi, Kuantum Mekaniği'nin Temeli Olabilir!

Güney Kaliforniya Üniversitesi’nden iki araştırmacı, sicim alanı teorisi ile kuantum mekaniği arasında bir bağlantı ileri sürdü. Bu bağlantı, sicim alanı teorisini (veya onun daha geniş sürümü olan M-kuramını) bütün fizik biliminin temeli haline getirebilir. Adı geçen üniversitenin profesörü ve aynı zamanda araştırma raporunun başyazarı olan Itzhak Bars, bu bağın kuantum mekaniğinin nereden geldiğine dair gizemi çözebileceğini iddia ediyor. Makale, Physics Letters dergisinde yayınlandı.

Sicim alanı teorisini geçerli kılmak için kuantum mekaniği kullanmak yerine, araştırmacılar tersini yapıp kuantum mekaniğini doğrulamayı denemek amacıyla sicim alanı teorisini kullandılar. Bars ve doktora öğrencisi Rychov, sicim alanı teorisini daha anlaşılır bir dil kullanarak tekrar ele aldıkları araştırma yazılarında, “komütasyon kuralları” olarak bilinen bir dizi temel kuantum mekaniği prensibinin, sicimlerin birleşme ve bölünme geometrisinden türetilebileceğini gösterdi. Bars bu konuda şöyle diyor:

Savımız, büyük ölçüde sadeleştirilmiş matematiksel bir yapı içerisinde bütün esaslarıyla ortaya konabilir. Savımızın temelini oluşturan düşünce, tüm maddenin sicimlerden oluştuğu ve mümkün olan tek etkileşimin, sicim alanı teorisinde belirtildiği gibi, birleşme/bölünme olduğu varsayımıdır.

Sicim Teorisinin Tarihçesi

Uzun zamandır fizikçiler, “kuantum mekaniği”ni “genel görelilik”le birleştirmeye ve niçin her birinin kendi alanında işlediğini araştırmışlardır. İlk kez 1970’lerde öne sürülen sicim teorisi, kuantum kütleçekiminin tutarsızlıklarını çözüme kavuşturmuş ve maddenin temel biriminin bir noktacık değil, küçük bir şerit olduğunu ve madde etkileşimlerinin olası tek yolunun bu sicimlerin birleşmesi veya bölünmesi olduğunu ileri sürmüştür.

Kırk sene sonra fizikçiler hâlâ sicim teorisi kurallarını yeniden çözüme kavuşturmaya çalışıyorlar. Bu kuralların işe yaraması için bazı ilginç başlangıç koşullarına gereksinim olabilir. Kuarkların ve leptonların, onları birbirlerinden ayıran elektrik yükleri, renkleri ve “çeşni”leri vardır ve ilave boyutlar neden bu özelliklere sahip olduklarını açıklayabilir. Şu anda görünen evrende meydana gelen tüm fiziksel etkileşimleri açıklamada kullanılabilecek bir kurallar dizisine sahip değiliz.

Bilim insanları, yerçekiminin Ay’ı yörüngede nasıl tuttuğunu ya da bir jet motorunun bir jet uçağını niçin ileri ittiğini açıklamak için bu tip büyük ölçekli olaylarda “klasik Newton mekaniği”ni kullanırlar. Newton mekaniği sezgiseldir ve genellikle çıplak gözle gözlemlenebilir.

Diğer taraftan bir atomdan 100 milyon kat küçük olan inanılmaz ufak ölçeklerde bilim insanları, atomaltı parçacıkların etkileşimlerini ve kuark ile leptonları protonların, nötronların, atom çekirdeklerinin ve atomların içinde bir arada tutan gücü açıklamak için bağıl kuantum alanı teorisini kullanırlar. 

Paha Biçilemez Bir Çerçeve

Kuantum mekaniği, bir parçacığın aynı anda iki farklı yerde olmasına imkân tanıyarak, genellikle sezgilerimize aykırı düşer. Hal böyle iken, meşruluğu atomdan kuarklara kadar defalarca ispatlanmıştır. Küçük mesafelerdeki madde ve enerji etkileşimlerini anlamak için paha biçilemez ve tam bir çerçeve olmuştur. 

Kuantum mekaniği bir model olarak küçük ölçeklerde olayların nasıl işlediğini açıklamada fevkalade başarılıdır ama içinde büyük bir gizem barındırır: evrendeki her bir noktanın konumundaki ve hareketindeki belirsizliği tahmin eden fakat kendisi açıklanamayan “temel kuantum komütasyon kuralları”.

Komütasyon kurallarının daha temel bir bakış açısı içinden bir açıklaması yok, fakat geçerlilikleri çok güçlü hızlandırıcıların en küçük mesafelere kadar yaptığı derinlemesine araştırmalar sayesinde deneysel olarak ispatlanmıştır. Bu yüzden kuralların doğruluğu şüphe götürmez ancak bu kuralların kökenlerinin çok daha derin bir takım fiziksel olgular içerisinde açıklanmaya ihtiyacı var.

İşin zorluğu bu konuda hiçbir deneysel verinin olmaması gerçeğinde yatıyor. Böylesi küçük ölçekteki olayları test etmek şimdilik bilim insanlarının sahip olduğu teknolojik sınırların ötesinde bulunuyor.