Sonunda, yerçekimini diğer temel kuvvetlerle birleştiren birleşik bir teori – elektromanyetizma ve güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler – ulaşılabilir. Gravity’yi katlamak, modern fiziğin iki temel taşının uyumsuzluğunu uzlaştırmak için mücadele eden nesiller boyu fizikçilerin amacı olmuştur: kuantum alan teorisi ve Einstein’ın yerçekimi teorisi.
Aalto Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, yerçekimini standart parçacık fiziği modeliyle uyumlu bir şekilde tanımlayan yeni bir kuantum ağırlık teorisi geliştirdiler ve evrenin nasıl başladığına dair gelişmiş bir anlayışın kapısını açtılar.
Teorik fizik dünyası uygulanabilir teknolojiden uzak görünse de, bulgular dikkat çekicidir. Modern teknoloji bu tür temel gelişmeler üzerine inşa edilmiştir – örneğin, akıllı telefonunuzdaki GP’ler Einstein’ın yerçekimi teorisi sayesinde çalışıyor.
Mikko Partanen ve Jukka Tulkki yeni teorilerini yayınlanan bir makalede anlatıyor Fizikte İlerleme Hakkında Raporlar. Baş yazar Partanen, birkaç yıl içinde bulguların eleştirel anlayışın kilidini açmasını bekliyor.
“Bu, tam bir kuantum alan yerçekimi teorisine yol açarsa, sonunda kara deliklerde ve büyük patlamadaki tekillikleri anlamanın çok zor problemlerine cevap verecektir” diyor.
Partanen, “Doğanın tüm temel güçlerini tutarlı bir şekilde tanımlayan bir teorinin genellikle her şeyin teorisi denir” diyor. “Fizikle ilgili bazı temel sorular hala cevapsız kalıyor. Örneğin, mevcut teoriler neden gözlemlenebilir evrende antimadde olmaktan daha fazla madde olduğunu henüz açıklamıyor.”
Uzlaşılamaz olanı uzlaştırmak
Anahtar, yerçekimini uygun bir gösterge teorisinde tanımlamanın bir yolunu bulmaktı – parçacıkların bir alan aracılığıyla birbirleriyle etkileşime girdiği bir teori.
Tulkki, “En tanıdık gösterge alanı elektromanyetik alandır. Elektrikli yüklü parçacıklar birbirleriyle etkileşime girdiğinde, ilgili gösterge alanı olan elektromanyetik alanda etkileşime girerler.”
“Yani enerjiye sahip parçacıklarımız olduğunda, sadece enerjileri olduğu için sahip oldukları etkileşimler yerçekimi alanında gerçekleşecekti.”
Uzun zamandır karşılaşılan fizikçiler, diğer üç temel kuvvetin (elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet) gösterge teorileriyle uyumlu bir ölçüm ağırlık teorisi bulmaktır. Parçacık fiziğinin standart modeli, bu üç kuvveti tanımlayan bir gösterge teorisidir ve belirli simetrileri vardır.
“Ana fikir, teoriyi genel göreliliğin çok farklı bir uzay -zaman simetrisine dayandırmak yerine, standart model simetrilerine benzer bir simetriye sahip bir yerçekimi gösterge teorisine sahip olmaktır.”
Böyle bir teori olmadan, fizikçiler en güçlü iki teorimizi, kuantum alan teorisi ve genel görelilikten uzlaşamazlar. Kuantum teorisi, genel görelilik tanıdık nesnelerin daha şık dünyasını ve yerçekimi etkileşimlerini tanımlarken, çok küçük – uzak parçacıkların olasılıkla etkileşime girer – dünyasını tanımlar.
Bunlar, evrenimizin farklı perspektiflerden tanımlarıdır ve her iki teori de olağanüstü bir hassasiyetle doğrulanmıştır – yani birbirleriyle uyumsuzlar. Ayrıca, yerçekimi etkileşimleri zayıf olduğundan, klasik bir teori olan genel göreliliğin ötesinde gerçek kuantum yerçekimi etkilerini incelemek için daha fazla hassasiyet gerekir.
Partanen, “Bir yerçekimi alanı ve yüksek enerjilerin olduğu durumlarda ne tür bir fenomen olduğunu anlamak için kuantum bir yerçekimi teorisi gereklidir.” Bunlar kara deliklerin etrafındaki koşullar ve çok erken evrende, büyük patlamadan hemen sonra – fizikteki mevcut teorilerin çalışmayı bıraktığı araziler.
Her zaman fiziğin çok büyük sorularından etkilenen, yerçekimi teorisine yeni bir simetri temelli yaklaşım keşfetti ve bu fikri Tulkki ile daha da geliştirmeye başladı. Ortaya çıkan çalışma, yepyeni bir bilimsel anlayış çağının kilidini açmak için büyük bir potansiyele sahiptir, aynı şekilde yerçekimini anlamasıyla aynı şekilde GPS yaratmanın yolunu açmıştır.
Bilimsel topluluğa davet edin
Teori umut verici olsa da, ikili henüz kanıtını tamamlamadıklarına dikkat çekiyor. Teori, hesaplamalarda ortaya çıkan sonsuzluklarla uğraşmanın matematiksel bir yolu olan renormalizasyon olarak bilinen teknik bir prosedür kullanır.
Şimdiye kadar Partanen ve Tulkki, bunun belirli bir noktaya kadar çalıştığını gösterdiler-‘birinci dereceden’ terimler için-ancak sonsuzlukların tüm hesaplama boyunca ortadan kaldırılabileceğinden emin olmaları gerekiyor.
Tulkki, “Renormalizasyon daha yüksek dereceli terimler için işe yaramazsa, sonsuz sonuçlar elde edeceksiniz. Bu nedenle, bu renormalizasyonun çalışmaya devam ettiğini göstermek çok önemlidir.” Diyerek şöyle devam etti: “Hala tam bir kanıt yapmak zorundayız, ancak başarılı olacağımızın büyük olasılıkla olduğuna inanıyoruz.”
Partanen aynı fikirde. Önümüzdeki zorluklar var, ancak zaman ve çaba ile aşılmasını bekliyor. “Ne zaman söyleyemem, ama birkaç yıl içinde bunun hakkında daha fazla şey bileceğimizi söyleyebilirim.”
Şimdilik, teoriyi olduğu gibi yayınladılar, böylece bilimsel topluluğun geri kalanı ona aşina olabilir, sonuçlarını kontrol edebilir, daha fazla geliştirmeye yardımcı olabilir ve üzerine inşa edebilirler.
Partanen, “Kuantum mekaniği ve ondan önceki görelilik teorisi gibi, teorimizin bilim adamlarının keşfetmesi için sayısız yol açacağını umuyoruz.”
