Sicim Kuramı ve İlmek Kuantum Kütle Çekimi Aslında Aynı Şey Mi?

Sicim Kuramı ve İlmek Kuantum Kütle Çekimi Teorisi

Sicim Kuramı ve İlmek Kuantum Kütle Çekimi Aslında Aynı Şey Mi?

Fizikçilerin peşinde olduğu “Her Şeyin Teorisi“nın başlıca iki adayı olan Sicim Teorisi (string theory) ile İlmek Kuantum Kütle Çekimi (loop quantum gravity) aslında aynı şey olabilir. Kuantum mekaniği ile kütleçekimin uyumsuz olduğunun fark edilişinin üstünden  80 yılı aşkın zaman geçti.

Bunların nasıl birleştirilebileceği halen çözülememiş bir bilmece olmayı sürdürse de, araştırmacılar bu yönde iki farklı yaklaşım izliyordu: Sicim Kuramı ve İlmek Kuantum Kütle Çekimi.

İlginizi çekebilir: İlmek Kuantum Kütle Çekim Teorisi Nedir?

İlginizi çekebilir: Her Şeyin Teorisi Var Mıdır ve Nedir?

Kuantum Mekaniği ile Görelilik Kuramı‘nı birleştirerek Her şeyin Kuramı olmayı deneyen bu iki yaklaşım da birbirleri ile uyum göstermiyordu.

Sicim kuramı oldukça basit bir öncüle sahip: Her şey minik sicimlerden oluşur. Bu iplikçikler kendi üstlerine kapanmış da olabilir, açık uçlu da olabilir. Titreşebilirler, esneyebilirler, birleşip ayrılabilirler. Yaptıkları bu etkileşimlerin neticesinde de, gözlemlediğimiz tüm görüngüler oluşur; hem madde hem de uzay-zaman için.

İlmek kuantum kütle çekimi ise madde ile daha az ilgili olup, uzay-zamanın kendisinin kuantum özelliklerini konu alır. Uzay-zaman bir ağdır. Einstein ‘ın kütleçekim kuramındaki pürüzsüz arka planın yerini, kuantum özelliklerin atandığı düğümler, ilmekler ve bağlantılar alır. Böylelikle uzay- İlmek kuantum kütle çekimi makalesinde de değinilen- uzay atomlarından inşa edilmiş olur. İlmek kuantum kütle çekimi büyük ölçüde bu uzay atomlarının incelenmesidir.

Fizik camiası ikiye ayrılmış

İlmek kuramı uzay-zaman parçalarını incelerken, Sicim kuramı uzay-zamanda bulunan nesnelerin davranışına bakıyordu. Belirgin teknik sorunlar da bu iki alanı birbirinden uzak tutuyordu. Sicim kuramı uzay-zamanın 10 boyutlu olmasını gerektiriyordu; İlmek kuramı  için ise yüksek boyutlara gerek yoktu. Sicim kuramı ayrıca süpersimetrinin varlığına işaret ediyordu; İlmek kuramında böyle bir durum yoktu.

Bu ve diğer farklılıklardan dolayı fizik camiası ikiye ayrılmış ve belli bir yerden sonra Louisiana State Üniversitesi’nden fizikçi Jorge Pullin’in dediğine göre ‘’İlmekçiler ilmek konferanslarına katılıyordu; sicimciler de sicim konferanslarına. Bunlar bir yerden sonra ‘fizik’ konferanslarına bile gitmemeye başlıyordu.’’

-Jorge Pullin –

Her iki kısmı da zıtlaştıran birçok etken var. Ama bazı bulgular iki kuram arasında bağlantı olabileceğini söylüyor. Yeni nesil sicim kuramcıları, araştırmalarında işlerine yarayabilecek yöntem ve araçlar aramak için alanlarının sınırlarından dışarı çıkmaya başladı.

Her iki kuram için de deneysel kanıt yokken onların ortak noktasını bulan matematiksel kanıt “Her Şeyin Kuramı“na ulaşmada çok büyük bir adım olur.

Beklenmeyen Bir Bağlantı

İlmek kuramcılarının bazı içsel sorunlarını çözme çabası, sicim kuramı ile aralarındaki şaşırtıcı bağlantının ilk ortaya çıktığı yer oldu. İlmek kuramı için çalışan fizikçiler, uzay-zaman yığınlarından oluşan ağlarına nasıl uzaktan bakabileceklerini tam anlayamamışlardı ve elimizdeki en iyi kütle çekim kuramı olan Einstein genel göreliliği ile iyi uyuşan bir büyük ölçekli uzay-zaman tanımına varmışlardı.

Yine de kuramlarının kütle çekimin ihmal edilebileceği özel durumla uyumlu olmaması göz ardı edilemez. Yığınlardan oluşmuş uzay-zamana dayanan her yaklaşımın bu duruma düşmesi rahatsızlık vericiydi: Einstein’ın özel görelilik kuramında bir nesne, gözlemcinin göreli hızına bağlı olarak uzunluğu büzüşmüş gibi görünür.

Bu büzüşme uzay-zaman yığınlarını da etkileyecektir ve farklı hızlardaki gözlemciler tarafından farklı algılanacaktır. Uyumsuzluk Einstein’ın kuramının temel direklerinden olan fizik yasalarının tüm gözlemciler için aynı olacağı postülası ile sorun yaratır.

“Özel göreliliği zora sokmadan ayrık yapılar düşünmek pek mümkün olmuyor” diyor JorgePullin. Kendisi 2014 yılında yayımladığı bir makalede, İlmek kuramını özel görelilik ile uyumlu duruma getirmek için sicim kuramında bulunan etkileşimlerin benzerlerine gerek olduğunu yazmıştı.

1990’ların sonunda teorik fizikçi Juan Maldacena uzay-zaman sınırında, bir alan kuramı (CFT) ile anti-de Sitter (AdS) uzay-zamanındaki bir kütle çekim kuramını eşleştirmişti. Yığın-sınır eşdeğerliliğini, yani bu AdS/CFT özdeşliğini kullanarak, kütle çekim kuramını daha iyi anlaşılmış olan alan kuramı ile tanımlamak mümkündü.

Pullin, bu iki kuram arasında ortak bir şey olmasına olası gözüyle bakıyordu

Maldacena’nın yaptığı bu keşiften dolayı Pullin, bu iki kuram arasında ortak bir şey olmasına olası gözüyle bakıyordu. İkiliğin bütünü tahminiydi, ama sicim kuramının rol oynamadığı iyi anlaşılmış bir limit durumuna sahipti. Bu limit durumunda sicimler önemli olmadığından, herhangi bir kütleçekim kuramında da aynı olmalıydı. Pullin bağlantı noktası olarak bunu görüyor.

                                                      – Juan Maldacena –

Sicim kuramı üzerinde çalışan Princeton Üniversitesi kuramsal fizikçilerinden Herman Verlinde, İlmek kuramının yöntemlerinin söz konusu ikiliğin kütle çekim yanını aydınlatmaya yardımcı olabilmesinin mümkün olabileceğini düşünüyor.

Yakın zamanda yayımladığı bir makalede, Verlinde sadece iki uzay boyutu ve bir zaman boyutu olan, yani fizikçilerin deyişiyle 2+1’lik basitleştirilmiş bir AdS/CFT modelini ele almış. 

AdS uzayının, İlmek kuantum kütle çekiminde kullanılanlara benzer bir ağ ile tanımlanabileceğini bulmuş. Bu yapılandırma her ne kadar şimdilik sadece 2+1 için işe yarıyor olsa da, kütle çekim hakkında düşünmek için yeni bir yol öneriyor.

Verlinde, modeli daha yüksek boyutlara genelleştirmeyi umuyor. “İlmek kuantum kütle çekime çok dar bakılıyordu. Benim yaklaşımım kapsamlı. Düşünsel açıdan çok daha ileri görüşlü” diyor. Ancak AdS uzayında ilerleme kaydetmek adına ilmek metodları sicim ile başarılı şekilde birleştirilse bile şu soru yanıtlanmıyor:

Bu birleştirme ne kadar yararlı?

AdS uzay-zamanları negatif kozmolojik sabitlere (evrenin büyük ölçekli geometrisini tanımlayan sayı) sahip oluyor. Bizim evrenimizin ki ise pozitif. Yani AdS uzayınınkine benzer matematiksel yapılı bir evrende yaşamıyoruz.

Verlinde,pozitif kozmolojik sabitli evren için bütünüyle yeni bir kurama gereksinim olduğunu söyleyenler olduğunu belirtiyor ve öyle bir kuramın ne kadar farklı olacağını soruyor. Şu anda aradığımız yapı için elimizdeki en iyi ipucunun AdS olduğunu vurguluyor. Buradan pozitif kozmolojik sabitli bir evrene geçiş yapmak gerektiğini belirtiyor.

Kara Delikte Bir Araya Geliyorlar

Hem Verlinde hem de Pullin sicim ve ilmek camialarının bir kara delikte bir araya gelebileceğini düşünüyor.

2012’de California Üniversitesi Santa Barbara Kampüsü’nden dört araştırmacı, varolan kuramdaki içsel bir uyumsuzluğu gözler önüne serdi.

Bir kara deliğin enformasyon kaçışına izin vermesi için ufkunun çevresindeki narin boş uzay yapısını yıkması gerektiğini, dolayısıyla yüksek enerjili bir bariyer (bir nevi güvenlik duvarı) yaratacağını ileri sürdüler.

Bu güvenlik duvarı, temeldeki genel görelilik kuramına uymuyordu.

Çünkü göreliliğe göre, gözlemciler ufku geçip geçmediklerini ayırt edemezlerdi. Bu durumda, kara delik enformasyonunu anladıklarını sanan sicim kuramcılarının konuya tekrar eğilmeleri gerekiyordu.

Tabi meydan okumayla yüz yüze kalan sadece sicimciler değildi. Verlinde neden tartışmanın sadece sicim camiasının sınırları içinde kaldığını anlayamadığını, sonuçta kuantum enformasyon, dolaşıklık ve bir Hilbert uzayının matematiksel olarak yapılandırılması sorularının tam olarak ilmekcilerin konusu olduğunu söylüyor.

Bu sıralarda sicimcilerin çoğunun dikkatinden kaçan bir gelişme oluyordu. Bir zamanlar süpersimetri ve ek boyutlar tarafında ortaya konan bariyer de çöküyordu. Almanya’da bulunan Friedrich-Alexander Üniversitesi’nden Thomas Thiemann liderliğinde bir ekip, İlmek kuantum kütle çekimini yüksek boyutlara genişletmiş ve süpersimetriyi kurama dahil etmişti, ki bunların her ikisi de evvelce sicim kuramının alanındaydı.

Daha yakın zamanda ise şu anda Varşova Üniversitesi’nde çalışan ve Thiemann’ın eski öğrencilerinden olan Norbert Bodendorfer, ilmek kuramının ilmek kuantizasyon metodlarını AdS uzayına uygulamayı başardı. Bodendorfer, ilmek kuramının AdS/CFT ikiliği için sicimcilerin kütle çekimsel hesaplamaları nasıl yapacaklarını bilemedikleri durumlarda yararlı olabildiğini öne sürdü. Sicim ile ilmek arasındaki uçurumun kaybolmaya başladığını hissediyordu. Sicimcilerin ilmek kuramı hakkında çok az şey bildikleri için o konuda konuşmak istemedikleri izlenimine kapıldığını belirtiyor. “Ama genç nesil sicimciler daha açık fikirli” diye ekliyor.

Sicim Kuramı ve İlmek Kuantum Kütle Çekimi Aslında Aynı Şey Mi?

“En büyük fark, sorularımızı tanımlayış biçimimizde. Bilimselden ziyade sosyolojik, ne yazık ki” diyor Verlinde. İki yaklaşımın anlaşmazlık içinde olduğunu da düşünmüyor. “Bu iki kurama hep aynı tanımın iki parçası olarak baktım.

İlmek kuantum kütle çekimi bir kuram değildir; bir yöntemdir. 

Kuantum mekaniği ve geometriyi düşünme metodlarından biridir. Sicim kuramcılarının kullanabileceği ve zaten kullanmakta olduğu bir yöntemdir. Bunlar bir araya getirilemeyecek şeyler değil” diye açıklıyor.

Buna herkesin ikna olduğu söylenemez. British Columbia Üniversitesi’nden sicim kuramcısı Moshe Rozali kuşkuculardan biri. “Benim kişisel olarak ilmek kuramı üzerinde çalışmama sebebim özel görelilik meselesi. Eğer yaklaşımınız özel göreliliğin simetrilerine riayet etmiyorsa, o takdirde ara adımlarınızdan birinde bir mucizeye ihtiyacınız var demektir” şeklinde konuşuyor.

Rozali yine de ilmek kuramında geliştirilmiş bazı matematiksel araçların yararlı olabileceğini ekliyor. “Sicim ile ilmek kuramlarının yakınlaşacağı bir orta nokta olacağına ihtimal vermiyorum. Ama normal olarak insanlar metodları önemser ve bunlar yeterince benzer. Belki bir noktada matematiksel yöntemler örtüşür” diyor.

İlmek cephesinde de herkesin birleşme beklediği yok. İlmek kuramının kurucularından olan ve Marsilya Üniversitesi’nde çalışan Carlo Rovelli,kuramının yükselmekte olduğuna inanıyor. “Sicim gezegeni özellikle süpersimetrik parçacıkların ortaya çıkmamasının acı hayal kırıklığından dolayı on yıl öncesine göre çok daha az kibirli “ diyor.

-Carlo Rovelli-

İki yaklaşımın ortak bir çözümün parçaları olabileceğini ama kendisinin bunu pek olası görmediğini söylüyor. Sicim kuramının 80’li yıllardaki vaatlerini gerçekleştiremeyen bir kuram olduğunu ve bilim tarihine ‘’güzel fikir ama gerçek öyle değil’’lerden biri olarak iz bıraktığını belirtiyor. İnsanların halen ondan umutlu olmalarına da anlam veremediğini söylüyor.

Berk Keskin

Karantinada uyku: Karantina rüyalarımızı etkiliyor mu ?

İnsanlığın Yok Olma Yoluna Gitmesinin Beş Yolu.