SİCİM (STRİNG) TEORİSİ
Temel
Yirminci yüzyılda, fizik yasalarını formüle etmek için iki teorik yapı ortaya çıkmıştır. Bu yapılardan biri, Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi, yerçekimi kuvvetini ve uzay ve zaman yapısını açıklayan bir teori. Diğeri kuantum mekaniği, olasılığı kullanarak fiziksel fenomeni tanımlamak için kökten farklı bir biçimcilikti. 1970'lerin sonlarına doğru, bu iki yapı, evrenin gözlemlenen özelliklerinin çoğunu, temel parçacıklardan atomlara, yıldızların evrimine ve evrenin bir bütününü açıklamak için yeterliydi.
Bu başarılara rağmen hala çözülmesi gereken birçok problem bulunmaktaydı. Modern fizikteki en derin problemlerden biri de kuantum çekim problemidir. Görelilik teorisi klasik fizik çerçevesinde formüle edilirken, diğer temel kuvvetler kuantum mekaniği çerçevesinde tanımlanmaktadır. Genel göreliliği kuantum mekaniği prensipleriyle bağdaştırmak için bir kuantum ağırlık teorisine ihtiyaç duyulur, ancak olağan çekim kuvveti reçetelerini yerçekimi kuvvetine uygulamaya çalışırken zorluklar ortaya çıkıyordu. Tutarlı bir kuantum çekim teorisi geliştirme problemine ek olarak, atom çekirdeği, kara delikler ve erken evren fiziğinde birçok temel problem bulunmakta.
String (sicim) teorisi, bu soruları çözmeye çalışan teorik bir çerçevedir. Sicim teorisi için başlangıç noktası, parçacık fiziğinin nokta benzeri parçacıklarının dizgeler adı verilen tek boyutlu nesneler olarak da modellenebileceği fikridir. String teorisi, dizelerin uzayda nasıl yayılıp birbirleriyle etkileşim kurduğunu açıklar. Sicim teorisinin belirli bir versiyonunda, sıradan dizede küçük bir halka ya da segment gibi görünen yalnızca bir tür dize vardır ve farklı şekillerde titreşebilir. Dize skalasından daha büyük uzaklık ölçeklerinde bir dize, kütlesi, yükü ve ipin titreşim hali tarafından belirlenen diğer özellikleri ile sıradan bir parçacık gibi görünür. Bu şekilde, farklı temel parçacıkların hepsi titreşen ipler olarak görülebilir. Sicim teorisinde, ipin titreşim hallerinden biri, yerçekimi kuvveti taşıyan bir kuantum mekanik parçacık olan gravitonun ortaya çıkmasına neden olur. Bu nedenle sicim teorisi, bir kuantum çekim teorisidir.
Sicim teorisi çalışmaları, kara deliklerin doğası ve yerçekimi etkileşimi hakkında bir takım sonuçlar vermiştir. Karadeliklerin kuantum özelliklerini anlamaya çalışırken ortaya çıkan ve bazı dize teorisi üzerinde çalışılan bazı paradokslar bu konuları açıklığa kavuşturmaya çalışmıştır. 1997 yılının sonlarında bu çalışma çizelgesi, anti-de Sitter / konformal alan teorisi yazışmalarının veya AdS / CFT'nin keşfedilmesiyle sonuçlandı. [5] Dize teorisini teorik olarak daha iyi anlaşılan diğer fizik kuramlarıyla ilişkilendiren teorik bir sonuçtur. Bu, sicim teorisini teorik olarak daha iyi anlaşılan diğer fizik kuramlarla ilişkilendiren teorik bir sonuçtur. AdS / CFT yazışmaları, kara deliklerin ve kuantum çekimliliğin çalışması için etkilere sahiptir ve nükleer ve yoğun madde fiziği gibi diğer konulara uygulanmıştır. Sicim teorisi, yerçekimi de dahil olmak üzere tüm temel etkileşimleri içerdiğinden, birçok fizikçi, evrenizi tam olarak tanımlamasını umarak, her şeyin teorisi olarak görür. Sicim teorisinde güncel araştırmaların hedeflerinden biri, “cosmic inflation” için makul bir mekanizma ve karanlık madde içeren küçük bir kozmolojik sabitle, temel parçacıkların gözlenen spektrumunu üreten teorinin bir çözümünü bulmaktır. Bu hedefler doğrultusunda ilerleme kaydedilmesine rağmen, sicim teorisi gerçek dünyayı ne kadar özetlediği veya teorinin ayrıntıları seçme imkânı ne kadar özgürlüğünün ne ölçüde olduğu bilinmemektedir.
Sicim (String)
Kuantum mekaniğinin uzayda ve zamanda uzatılan elektromanyetik alan gibi fiziksel nesnelere uygulanması, kuantum alanı teorisi olarak bilinir. Parçacık fiziğinde, kuantum alan teorileri, temel alanlarda uyarılar olarak modellenen temel parçacıkların anlaşılmasının temelini oluşturmaktadır.
Kuantum alan teorisinde, tipik olarak pertürbasyon teorisi teknikleri kullanılarak çeşitli fiziksel olayların olasılıklarını hesaplar. Richard Feynman ve diğerleri tarafından yirminci yüzyılın ilk yarısında geliştirilen pertürbatif kuantum alanı teorisi, hesaplamaları düzenlemek için Feynman diyagramları olarak adlandırılan özel diyagramları kullanır. Bu diyagramların nokta benzeri parçacıkların yollarını ve etkileşimlerini tasavvur ettiği düşünülmektedir. Sicim teorisi için başlangıç noktası, nokta-benzeri kuantum alan teorisi parçacıklarının dizgeler adı verilen tek boyutlu nesneler olarak da modellendiği fikridir. Dizgilerin etkileşimi, sıradan kuantum alan teorisinde kullanılan pertürbasyon teorisinin genelleştirilmesi ile açıkça tanımlanır. Feynman diyagramları düzeyinde, bu, nokta parçacığının yolunu temsil eden tek boyutlu diyagramın, bir dize hareketini temsil eden iki boyutlu bir yüzeyle değiştirilmesi anlamına gelir. Kuantum alan teorisinin aksine, sicim teorisi tam pertürbatif olmayan bir tanıma sahip değildir, bu nedenle fizikçilerin cevaplamasını istediği teorik soruların çoğu ulaşılmayacaktır.
Sicim teorisine dayalı parçacık fiziği teorilerinde, dizgilerin karakteristik uzunluk ölçeği Planck uzunluğu veya 10-35 metre, yani kuantum ciddiyetinin etkilerinin önemli olduğu düşünülen ölçekte olduğu kabul edilir. Fizik laboratuvarlarında görünür ölçekler gibi çok daha büyük ölçeklerde, bu tür nesneler sıfır boyutlu nokta parçacıklarından ayırt edilemez ve dizgenin titreşim durumu parçacık türünü belirleyecektir.
Sicim teorisinin orijinal hali, bosonik sicim teorisiydi, ancak bu sürüm sadece bosonları tanımladı; bu madde, madde parçacıkları arasında kuvveti ileten parçacık sınıfı veya fermiyonlardı. bozon sicim teorisi sonunda süper sicim teorileri denilen kuramların yerini aldı. Bu teoriler, hem bosonları hem de fermiyonları tanımlar ve süper simetri adı verilen teorik bir fikri içerirler. Bu, boson ve fermiyonlar arasındaki bazı fiziksel teorilerde var olan matematiksel bir ilişkidir. Üst simetri teorilerinde, her bosonun bir fermiyona karşılığı vardır ve bunun tersi de geçerlidir.
Süper sicim teorisinin birkaç versiyonu vardır: tip I, tip IIA, tip IIB ve heterotik dize teorisinin iki tatları (SO (32) ve E8 × E8). Farklı teoriler, farklı dizge türlerine izin verir ve düşük enerjilerde ortaya çıkan parçacıklar, farklı simetriler gösterir. Örneğin, tip I teorisi IIA, IIB ve heterotiklerin yalnızca kapalı dizeleri içerdiğinden, açık dizeleri (bitiş noktalı kesimler) ve kapalı dizeleri (kapalı döngüler oluşturur) içerir.
Daha Genel Bir Anlatımla
Sicim teorisine göre; evrendeki her madde tek bir yapıdan meydana gelir, belirli frekanslarda titreşen sicimlerden. Sicim kuramı maddeyi oluşturan en temel bölünemez parçacığın nokta gibi parçacık yerine belirli frekanslarda titreşen çok küçük kapalı döngülerden meydana geldiğini söyler. Sicim kuramı maddeyi oluşturan temel parçacıkların “standart modeldeki” boyutsuz noktalar yerine tek boyutlu uzanıma sahip sicimler kullanır. Bu teorinin yaklaşımı, parçacıkları boyutsuz noktalar olarak açıklamaya çalışan modelde karşılaşılan hesaplamalarda ortaya çıkan hataları, matematiksel olarak çözer.
Maddenin en küçük yapı taşının atomlar, atomları çekirdekte proton ve nötron ve onun etrafında dolanan elektronlar ve bu parçacıkları oluşturan kuarkladan ibaret olmadığını söyler sicim kuramı. Kurama göre evreni oluşturan her şeyin farklı frekanslarda titreşen yaklaşık max Planck (10-35 m) uzunluğunda ki enerji iplikler şeklinde ki sicimler olduğunu söyler.
Aslında bu kuramdaki temel fikir, bir kemanda farklı frekanslarda titreşen tellerin oluşturduğu farklı notalar gibi, farklı frekanstaki titreşen sicimlerde bir araya gelerek evrenimizdeki her şeyi oluşturular. Örneğin bizi oluşturan parçacıklar ile kütleçekimi ve diğer kuvvetleri oluşturan parçacıklar arasında ki tek fark, bu küçük iplikçiklerin farklı titreşim durumlarıdır.
Kuantum mekaniğinin atom altı seviyedeki belirsizliği ve öngörülemez resmimiz ile einstein’nin özel görelilik teorisindeki büyük ölçekli düzgün görünüşlü resmimiz arasındaki çatışma sicim kuramı ile çözüme ulaşmaktadır. Kuantum teorisinin belirsizliği sayesinde sürekli titreşen görüntüsü karşısında, tam tersi olan einsten’nin genel görecelik teorisinin sakinliği. Her ikisini birbirine birleştirmek için bir ortak nokta bulmayı zorlaştırmıştır. Sicim teorisi kuantum mekaniğinin belirsizlik durumundan kaynaklanan yerinde durmaz lığını sakinleştirmiştir. Kuantumun tanecik yapısındaki parçacık fikrini bir enerji iplikçiğine dönüştürerek kuantum mekaniği ile özel göreceliği bir çatı altında birleştirerek çözmüştür.
Sicim teorisi fizikte sürekli meydana gelen gelişmeler sonucunda süper sicim daha sonrada her şeyin teorisi olarak adlandırılmıştır. Her şeyin teorisi demek makro evrenden mikro evrene, atom altı parçacıklardan atomlara, kara deliklerden büyük patlamaya kadar her şeyi matematiksel olarak izah edebilecek teori olarak kabul eder.
Sicimler matematiksel olarak hesaplanmasına rağmen halen gözlenebilmiş değiller. Bunun sebebi boyutlarının çok küçük olmasından kaynaklanmakta. O kadar küçük ki, bir atomun boyutunu güneş sistemi kadar büyüttüğümüzü düşünelim, o zaman sicimin boyutu ancak bir futbol topu büyüklüğünde olurdu.
Sicim teorilerinin önemli özelliklerinden birisi, bu teorilerin matematiksel tutarlılıkları için uzay zamanının ilave boyutlarını gerektirmesidir. Bosonik sicim teorisinde uzay süresi 26-boyutlu iken, süper-sicim teorisi 10-boyutlu ve süper-çekimlik teorisi 11-boyutludur. Sicim teorisini kullanarak gerçek fiziksel fenomeni tanımlamak için, bu nedenle ekstra boyutların deneylerde gözlenmeyeceği senaryolar düşünülmelidir.
Alıntı :: Zwiebach, Barton (2009) Cilt Kuramında Bir İlk
Alıntı :: String Teorisi ve M-Teorisi: Modern Bir Giriş 15.03.2012 Katrin Becker ve Melanie Becker
Çeviri :: Celal DEMİRTAŞ - 08.12.2016
