Her Şeyin Teorisi

"Her Şeyin Teorisi" isminden de anlaşılacağı üzere günümüzde doğada gözlemlediğimiz bütün etkileşimleri aynı çatı altında açıklama ihtimali en yüksek teori. Bu teorinin ortaya atılma sebebi ise evrenin fiziği olarak bilinen Görelilik teorisi ile çok küçük atom altı parçacıklar için geçerli olan kuantum fiziği / Kuantum Alan Teorisi arasında bir uyuşmazlık olması.

Fiziğin iki ayrı alt alanı olarak incelendiğinde Görelilik teorisi ve Kuantum Alan teorisi kendi içinde tutarlı teoriler ancak birlikte incelendiklerinde ise tutarsızlıklar, çelişkiler söz konusu. İşte Her Şeyin Teorisi'nin amacı bütün bu teorilerin mükemmel bir biçimde uyduğu bütün sistemleri açıklayabilecek bir teori bulmak.

Gezegende gördüğümüz her şey basit yapıtaşlarının birleşimi ile oluştu, öyleyse basit parçacıkların fiziğinden yola çıkarak en büyük gök cisimlerin fiziğini açıklayabiliyor olmamız gerekiyor ama açıklayamıyoruz. Bu nedenle fiziğin iki yakası olan Görelilik teorisi ve kuantum fiziği arasında bir köprü kurulmaya çalışılıyor ve bunu gerçekleştirmeye en yakın olan teori de Her Şeyin Teorisi.

Ancak Her Şeyin Teorisi'nin bir önceki adımı olan bir teori daha var. Bu da Sicim Teorisi. Her Şeyin Teorisine gelmeden önce bu teoriyi anlamak gerekiyor. Peki nedir bu Sicim Teorisi ?



Sicim teorisi ilk olarak doğadaki tüm etkileşimleri anlatan “Her Şeyin Teorisi” olarak ortaya çıkmadı; protonu oluşturan kuarklar arasındaki etkileşmeyi anlamak için bir çaba olarak başladı.

Yapılan deneylerde kanıtlandığı üzere bir protonun içindeki üç kuarkı alıp birbirinden uzaklaştırmaya çalışırsak aralarındaki etkileşim büyüyor. Bu olay normalde doğadaki kuvvetlerde meydana gelen durumun tam tersi. İşin ilginç kısmı da bu.

Kuarklar arasındaki etkileşimin birbirlerinden uzaklaştıkça artmasını açıklamak amacıyla sicim fikri geliştiriliyor. Bu fikre göre kuarklar birbirlerine sicim denen ipliklerle bağlılar. İki kuarkı birbirinden uzaklaştırdıkça bize daha fazla kuvvet uygulaması ise tıpkı esnek biz cismi çektikçe onu esnetmemizin giderek daha zorlaşmasına benziyor. Esnek cisim bize daha fazla kuvvet uygulamaya başlıyor.

Sicim teorisinin arkasındaki temel fikir, parçacıkları noktasal nesneler yerine titreşen ve hareket eden sicimler olarak düşünmek. Aynı zamanda bu sicimler çok küçük olarak düşünülüyor, yaklaşık 10^(-32) cm, öyle ki sicimlerin dinamiğini kuantum mekaniği yasaları belirliyor. Bu teoride sicimler maddenin en küçük yapı taşı olarak düşünülüyor.

Farklı maddelerin oluşmasının sebebi ise bu sicimlerin boylarının, şekillerinin ve rezonanslarının yani titreşimlerinin farklı olması. Müzik enstrümanlarında farklı titreşen teller nasıl farklı sesler çıkartıyorsa, sicimlerin farklı titreşim modları da farklı parçacıkların oluşmasını sağlıyor. Evrende bir düzen olmasının sebebi ise bütün evrenin birbiriyle haberleşerek titreşmesi, bu sayede düzgün şekiller oluşabiliyor. 

Ancak Sicim Teorisi'nin de bazı sorunları var. Bunlardan biri doğadaki temel parçacıkları ve parametreleri açıklamak.

Evrende 26 civarında temel parametre var ve bu parametreler evrenin ne olduğunu ve nasıl çalışması gerektiğini tanımlıyor. Bu parametrelerin birbirleri ile ilişkileri ve neden o şekilde olduklarına dair açıklamalar 3 boyutlu fizik ile çözülmeye çalışıldığında hata veriyor.

Standart Model’deki bütün parçacıkları Sicim Teorisi’nden elde etmek için teoriye şimdiye kadar doğada gözlemlemediğimiz yeni simetriler eklemek zorundayız. Bu da şu anlama geliyor: Sicim Teorisi'nin kendi içinde tutarlı bir teori olması 10 uzay-zaman boyutunda geçerli (bazı fikirlere göre 11 ve 12 boyut da olabilir, ancak matematiksel olarak en tutarlı sonuçlar 10 boyutta alınıyor). 10 boyut ile yapılan hesaplamalarda 3 boyutlu uzay ve 1 boyutlu zaman evrenimizde gözlemlediğimiz tüm parçacıkları ve kuvvetleri tam da bu boyutta gördüğümüz biçimlerde üretebiliyoruz.

Aynı zamanda Sicim Teorisi'nin henüz deneysel olarak kanıtlanmadığını ve kanıtlanmasının da oldukça güç olduğunu, sadece matematiksel formüllere dayandığını söylememiz gerekiyor.

Sicim teorisini bu kadar önemli kılan şey ise "kütle çekim " kuvvetini kuantum boyutunda açıklayabilmesi.  Fizik biliminde şu ana kadar kuantum mekaniği ve özel görelilik teorilerinin birleştirilmesi ile kütle çekim dışında kalan etkileşimleri açıklayan bir mekanizma ortaya konulabildi. Ancak işin içine kütle çekim kuvveti girdiğinde bu mekanizma bozuluyordu. Taki Sicim Teorisi ortaya atılana kadar. Bu teori ile kütle çekimi kuvveti ile parçacıklar üzerinden açıklayabileceğimiz diğer kuvvetleri birbirine bağlayabiliyoruz. Yani doğadaki 4 temel kuvveti (elektro-manyetizma, güçlü nükleer kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve kütle çekim kuvveti) ilişkilendirebiliyoruz.



Peki kütle çekimini açıklamak neden bu kadar önemli? Kütle çekimini diğer 3 temel kuvvetten ayıran en önemli özelliği diğerlerine göre oldukça zayıf bir kuvvet olması. Öyle ki ondan sonraki ikinci en zayıf kuvvet olan elektromanyetik kuvvet kütle çekim kuvvetinden 10^40 kat daha güçlü. Örnek olarak 5.972 × 10^24 kg ağırlığındaki dünyanın yer çekim kuvvetini basit bir mıknatısla bile yenebiliyoruz. Küçücük bir mıknatıs yerde duran çivileri kütle çekim kuvvetini yenip kendine çekebiliyor.

Kütle çekiminin bu kadar zayıf olmasının nedeni tam bilinmese de , matematiksel formüller kullanılarak fazladan boyutlar kavramı ileri atıldı. Eğer fazladan boyutlar varsa kütle çekiminin zayıflığının nedenini açıklamak mümkün.

Uzayda yayılan her türlü enerji kaynağından uzaklaştıkça gücünü kaybeder. Bunu bir lambadan uzaklaştıkça ışığın aydınlatma kuvvetinin azalmasına benzetebiliriz. Leonard Susskind adında bir fizikçi kütle çekiminin kuantum mekaniği ile açıklanan kısmının üst boyutlara taşması gerektiğini söylüyor, aksi taktirde formüller kontrolden çıkıyor.

Kütle çekiminin üst boyutlara taşması demek, kütle çekimi daha üst boyutlarla etkileşime geçebiliyor demektir. Ancak diğer temel kuvvetleri taşıyan parçacıklar bu üst boyutlarla etkileşemiyor. Kütle çekimi diğer boyutlarla etkileştiği için merkezden dışa doğru yayıldığında etkisi azalıyor olabilir. Bu nedenle gücü diğer kuvvetlerden daha zayıf olabilir. Ancak bu evrende bizim deneyimlediğimiz kısım için geçerli. Eğer üst boyutlar varsa ve birbirleri üzerine kıvrılıyorlarsa evrenin başka yerlerinde kütle çekim kuvveti yoğunlaşmış olabilir.

Ancak kütle çekim dalgalarının keşfinden sonra yapılan bazı analizlerde kütle çekiminin üst boyutlara sızdığını ve bu nedenle zayıfladığını gösteren verilere henüz rastlanmadı. Yani burada bahsettiğimiz her şey sadece bir teoriden ibaret.

Sicim Teorisini önemli kılan etkenlerden bir diğeri ise bilime yeni bir soluk getirmesi, hem de birden fazla alanda. Fizik biliminde bir çok yeni fikre öncü olması ve matematikte birbiriyle alakasız sayılan dalları birleştirmesi ve yeni sonuçlara ilham vermesi bu etkenlerden sayılabilir.

Sonuç olarak Sicim Teorisi bize tutarlı ve stabil bir evren modeli sunuyor.

Şu ana kadar ortaya atılmış 5 farklı Sicim Teorisi var. Ancak siz de hak verirsiniz ki bilim adamları HER ŞEYİ, yani bütün evreni/evrenleri açıklayacak yalnızca bir teorinin olabileceğini / olması gerektiğini düşünüyorlar.

Bunun üzerine bu 5 farklı Sicim Teorisi'ni birleştirip ortaya M-Teorisi'ni atıyorlar. Diğer bir ismiyle Membrane (Zar) Teorisi.



Bu teori ise toplamda 11 boyutta geçerli olan bir teori. 11. Boyutun sicim teorisi matematiğine eklenmesi evrenin var oluşuna ve yapısına yönelik çok daha farklı ve ilginç bir senaryonun ortaya çıkmasını sağlıyor. Eğer evren 10 değilde 11 boyutluysa iplik benzeri sicimlerin ötesinde daha 3 boyutlu gibi gözüken daha küresel yapıda olan sicimsi zarlar var olabiliyor. Bunun kozmolojik etkileri oldukça büyük. Eğer bu doğruysa evrenimizin kendisi tam da bu tarz bir membran olabilir. Ve sözünü ettiğimiz diğer ek boyutların bir kısmı aslında aşırı küçük olmaktan ziyade aşırı büyük hatta belkide sonsuz uzunlukta olabilir.

12’nin üstündeki boyutların matematiğine baktığımızda bu boyutların stabilitesi bozuluyor. Matematiksel nedenlerle hızla çöküveriyor. Örneğin eğer evren 12 boyutlu ise 2 farklı zaman kavramının olması gerektiği sonucuna varıyoruz. Bu nedenle 11 boyut optimum olarak gözüküyor.

Boyut kavramının bu teorilerdeki önemini daha iyi anlamak için biraz boyut kavramına da değinmek istiyorum.  Boyut bir cismin herhangi bir zamandaki yerini eksiksiz olarak tanımlamak için gereken bilgi sayısıdır. Biz şu anda zaman da dahil olmak üzere yalnızca 4 boyutu deneyimleyebiliyoruz. Bu teorilerde bahsettiğimiz üst boyutları deneyimleyememizin sebepleri ise farklı yaklaşımlarla açıklanabiliyor. Bu yaklaşımlardan biri Oscar Klein'a ait. Oscar Klein'a göre deneyimleyemediğimiz bu diğer boyutlar kompakt, sıkışmış ve aşırı küçük. O kadar küçük ki bize bir etkileri yok. Ya da biz onlar için fazla büyüğüz de diyebiliriz. Buna bir ip üstünden örnek verebiliriz. Bir ipe dizilmiş boncuklar düşünün. Bu boncuklar yalnızca tek bir doğrultuda hareket edebilir, sağa ya da sola. İp onlara göre tek boyutludur. Ancak bir de bu ip üzerinde yürüyen bir karınca düşünelim. Karıncanın bu ip üzerindeki hareket kabiliyeti daha fazladır. İp onun için 2 boyutlu bir yapıdadır.  

Deneyimleyemediğimiz boyutlara diğer bir yaklaşım ise onların oldukça büyük olduğudur. Bu boyutlar oldukça büyük oldukları için bizim boyutlarımızla çakışsalar bile ancak onların bizim boyutlarımıza yansımalarını görebiliriz. Bütün boyutlarını kavrayamayız. Bunu da 2 boyutlu düzlemde yaşadığını düşündüğümüz varlıklar üzerinden açıklamaya çalışalım. Kağıt gibi bür düzlemin üzerinde yaşayan varlıklar düşünelim. Bunların hepsi 2 boyutlu olsun. Daha sonra 3 boyutlu bir kürenin bu kağıt düzlemin içinden geçmeye çalıştığını düşünelim. Küre bu düzleme ilk olarak bir nokta olarak yansıyacaktır. Kağıdın içinden geçtikçe bir daireye dönüşecek ve giderek büyüyecek, kürenin yarısı kağıdın içinden geçtikten sonra ise tekrar küçülmeye başlayıp bir nokta boyutuna dönüp kaybolacaktır. Bu yaklaşım hem kütle çekiminin zayıflığını hem de karanlık maddeyi açıklayabiliyor.

Her Şeyin Teorisine geri dönecek olursak eğer evrenlerinde yapısını belirleyen DNA benzeri kodlar varsa ve sonsuz sayıda olası evren çeşitliliği mevcutsa  bunların birbirleri ile etkileşimi ve söz konusu parametrelere dayalı olarak var olma mücadelesi vermesi, hangi evrenlerin varlıklarını sürdürüp hangi evrenlerin var olamayarak yok olacaklarını belirliyor olabilir. Yani evrensel bir evrim sürecinden bahsediyoruz.

Peki sizce ilerde evrenimizi ve diğer olası evrenlerin yapısını açıklayabilecek ve atom altı parçacıklardan makrosistemlere kadar her türlü sistemde geçerli olan bir "Her Şeyin Teorisi" bulunabilecek, sicim teorisinin öngördüğü gibi diğer boyutların varlığı kanıtlanabilecek mi, paralel evrenlere ulaşılacak mı, yoksa bunların hepsi birer teori yani belirsizlik olarak kalmaya devam mı edecek ?


Kaynak 1: https://www.youtube.com/watch?v=f-ePh79aOSI

Kaynak 2: https://www.youtube.com/watch?v=TbAddZa46zk&t=901s

Kaynak 3: https://www.youtube.com/watch?v=a7oNN_lh37A