1980 yılında Stephen Hawking, Cambridge Üniversitesi’nde Lucasian Profesörü olarak ilk dersini verdi. Dersin başlığı “Teorik fiziğin sonu yaklaşıyor mu?”
Daha sonra doktoram olan Hawking. süpervizör, evreni büyük ölçeklerde tanımlayan genel göreliliğin çatışan dalları ile atomların ve parçacıkların mikrokozmosunu yöneten kuantum mekaniğini birleştiren her şeye dair bir teorinin 20. yüzyılın sonunda keşfedilebileceğini öngördü.
Kırk beş yıl sonra hâlâ her şeyin kesin bir teorisi yok. Ana aday, yerçekimi dahil tüm kuvvetleri ve parçacıkları tanımlayan bir çerçeve olan sicim teorisidir. Sicim teorisi, doğanın yapı taşlarının kuarklar (atom çekirdeğindeki parçacıkları oluşturan) gibi nokta benzeri parçacıklar değil, titreşen sicimler olduğunu öne sürüyor.
Bu, eğer elektronların derinliklerine bakabilseydik, tıpkı kemandakiler gibi titreşen tel halkalarını görebileceğimizi öne sürüyor. Sicim titreşimlerinin farklı modelleri farklı parçacıklara karşılık gelir.
Sicim teorisi doğanın tüm güçlerini birleştirir. Yerçekimi ve elektrik gibi çok farklı görünen kuvvetler birbirleriyle derinden ilişkilidir. Güçler sözde ikiliklerle birbirine bağlıdır: Temelde yatan aynı olgu farklı şekillerde tanımlanabilir.
Yerçekimi kuvveti geometri, şekiller ve konumlarla tanımlanır. Diğer kuvvetler cebir ve sayılar da dahil olmak üzere farklı matematiksel kavramlarla açıklanmaktadır.
Güçlerin birleşmesi dolayısıyla matematiğin dalları arasında derin ilişkiler anlamına gelir. Bu tür ilişkiler daha önce matematikçiler, özellikle de Robert Langlands tarafından öne sürülmüştü ve sicim teorisi, ilişkilere fiziksel açıklamalar getiriyor.
Sicim teorisi her şeyin doğru teorisi olsa da deneysel olarak test edilmesi zordur. Sicim teorisinin etkileri çok küçük ölçeklerde ve çok yüksek enerjilerde gözle görülür hale geliyor.
Parçacık hızlandırıcılar, parçacıkları çarpıştırıp parçalara ayırarak parçacıkların iç yapısını keşfeder. Ancak İsviçre’deki Cern’deki en büyük çarpıştırıcılar bile parçacıkları sicimlere ayırmaya yetecek enerjiye sahip değil.
Evrendeki ipuçları
Çarpıştırıcılarda yeterince yüksek enerjilere ulaşamazsak sicim teorisini deneysel olarak nasıl test edebiliriz? Cevap gökyüzüne bakmakta yatıyor olabilir.
Evrenin en erken dönemleri yoğun ve sıcaktı ve ilksel çorba sicimlerden oluşmuş olmalıydı. Galaksi araştırmalarından, tüm uzaya nüfuz eden ve büyük patlamadan arta kalan kozmik radyasyonun ölçümlerine kadar, evrenin tarihinin, günümüz gözlemlerinde yazılı olduğunu görebiliriz.
20. yüzyılın başlarında Amerikalı gökbilimci Edwin Hubble, evrenin genişlediğini gösterdi. Galaksiler birbirinden giderek uzaklaşıyor.
O yüzyılın sonunda genişlemeye ilişkin ayrıntılı gözlemler, genişlemenin aslında hızlandığını gösterdi. Bugün galaksiler bir milyon yıl öncesine göre daha hızlı ayrışıyor.
Bu ivmeyi sağlayan şey nedir? Yer çekimi çekici bir kuvvet olduğundan evrenin genişlemesini yavaşlatır. Evrenin hızlanması, tüm uzaya yayılan yeni bir enerji türü tarafından yönlendiriliyor. Bilim insanları buna karanlık enerji adını veriyor ve evrendeki enerjinin yaklaşık %70’ini oluşturuyor.
Karanlık enerjinin tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz. En makul açıklama bunun evrenin doğasında olan kuantum enerjisi olduğudur. Kuantum dünyasında parçacıklar enerji olmadan asla hareketsiz duramazlar. Her zaman biraz kuantum titreşimi ve buna bağlı enerji vardır.
Mutlak sıfır sıcaklığına kadar soğutulan atomlar, kuantum hareketlerinden dolayı hâlâ enerjiye sahiptir. Karanlık enerji, potansiyel olarak, yerçekimi de dahil olmak üzere doğadaki tüm kuvvetlerin ve parçacıkların altında yatan kuantum enerjisi olarak açıklanabilir.
Deneyler karanlık enerjinin özelliklerini ortaya çıkarıyor. Desi, galaksileri ve kuasarları haritalandıran Arizona, ABD merkezli bir gözlemevidir. Uzay tabanlı teleskoplar Euclid ve Roman, evreni benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla ölçecek ve milyarlarca galaksinin milyarlarca yıllık geçmişini haritalandıracak.
Desi’nin son sonuçları, karanlık enerjinin zaman içinde sicim teorisi modelleriyle tutarlı bir şekilde değiştiğini öne sürüyor; ancak bu henüz daha ileri ölçümlerle tam olarak doğrulanmadı.
Bu, sicim teorisini kanıtlamaz çünkü sicim teorisi, farklı karanlık enerji modellerine sahip çeşitli farklı evrenler üretebilir. Ancak Desi sonuçları, karanlık enerjiyi sicimlerin kuantum enerjisi olarak yorumlamanın doğru yolda olabileceğini öne sürüyor. Elbette karanlık enerjideki değişimi açıklayabilecek sicimler dışında başka olaylar da var.
Öklid ve Roman çok hassas ölçümler yapacak ve bu tür karanlık enerji teorilerinin çoğunu ve sicim teorisinin bazı spesifik versiyonlarını hariç tutabilecekler; bu da teorisyenlerin odaklanması gereken kısımların daraltılmasına yardımcı olacak.
Sicim teorisini doğrulamanın başka bir yolu da kara delikler olabilir. Bir şey kara deliğin içine düştüğünde kaçamaz. Kara deliğin içinde çok güçlü kuvvetler vardır ve parçacıklar parçalanır. Bir kara deliğin içinde ne olduğunu hâlâ tam olarak anlamıyoruz, ancak sicim teorisi bize bir kara deliğin içine düşen şeyler hakkındaki bilgiyi nasıl sakladığını öğretiyor.
Bunun nedeni, sicim teorisinin, bir kara deliğin içinde (sonsuz yoğunluk ve çekim noktası) “tekillik” olmadığını, bunun yerine nesnelerin tüy yumağı adı verilen sicim topları olarak yayıldığını varsaymasıdır.
Yerçekimi dalgalarının (uzay-zaman dokusundaki dalgalanmalar) gelecekteki daha kesin ölçümleri, sicim teorisi tarafından tahmin edilen kara deliklerin içindeki kuantum davranışının ince sinyallerini arayacak. Eğer kara delikler tüy yumağıysa, birleştiklerinde daha uzun süren ve yankı içeren farklı bir sinyal üretmeleri gerekir. Dahası, eğer sicim teorisinin önerdiği gibi ekstra boyutlar mevcutsa, kara delikler bizim de tespit edebileceğimiz farklı şekillerde salınım yapabilir.
Bilim adamları, kozmolojik ölçümlerin yanı sıra, tıpkı Einstein’ın görelilik teorilerinde yaptığı gibi, düşünce deneyleri de yürütebilirler. Sicim teorisi sadece matematikte değil bilimin diğer alanlarında da yeni anlayışlara yol açtı. Örneğin, sicim teorisinin kuantum sistemlerinin hesaplamada nasıl kullanılabileceğini anlamada faydalı olduğu kanıtlanmıştır.
Her şeye dair bir teorinin tam olarak anlaşılmasının çok yakında olacağını düşünmüyorum, ancak Hawking’in Lucasian dersinden bu yana geçen 45 yılda kesinlikle çok şey öğrendik. Ve şu anda işler sicim teorisi açısından iyiye gidiyor.
