Ana sayfa Bilim Gündemi Evrenle Söyleşiler 21: Bir sicimle söyleşi

Evrenle Söyleşiler 21: Bir sicimle söyleşi

102
PAYLAŞ

Richard T. Hammond

Çevirmen: Nâlan Mahsereci

Durduğunuz için teşekkürler, bize kendiniz hakkında kı­saca bir şeyler anlatır mısınız?

Evet, belki kendimi, sizin parçacıklara dair standart görüşü­nüzle karşılaştırarak başlayabilirim.

Buyrun lütfen.

Pek çoğunuz parçacıkları bir nokta olarak düşündü; eni, boyu, derinliği olmayan bir nesne… Ya da başka türlü söylersek, sıfır boyutlu parçacıklar.

Bu standart görüş mü?

Evet, fakat bu model birçok zorlukla karşılaştı.

Ne gibi?

Öncelikle, bir parçacığın enerjisini hesaplar ve denerseniz, yolundan sapar; bu demek oluyor ki enerji sınırsızdır. Nokta parçacıklarla sonsuz sonuç edinmekten kaçınmak için dikkatli analizlerle araştırmak zorundasınız.

Yani siz sıfır boyutlu değilsiniz, bir uzaysal boyutunuz var.

Beni sözcüğün tam anlamıyla küçük bir sicim gibi düşüne­bilirsiniz, ya bir kurtçuk gibi açık, ya da bir paket lastiği gibi kapalı.

İnsanlara nokta parçacıklar düşüncesini bıraktıran ve sicim modelini benimseten neydi?

Bunun 70’lerde başlayan uzun bir hikâyesi var. Nükleer güç­leri anlama girişimi olarak başladı ve bu kökenine mahkûm ol­masına karşın, matematiksel bir zarafet ve fizikte ipuçları taşı­yordu.

Fiziksel ipuçları arasında neler vardı?

Bir süre sonra, sicim kuramının öngördüğü iki kütlesiz parça­cığın tek bir spinde olması durumu keşfedildi.

Bu çok önemli bir etki yarattı diyorsunuz.

Kesinlikle öyle diyorum.

Bir dakika bekleyin, bozonun söylediği bir şeylere bakıyo­rum, “tabii ki kütleçekimi alanlarının gravitonlarının da spini ikidir.”

Uyarmak zorundayım, eğer o bencil iğrenç bozon geri gelirse, buradan giderim.

Hayır hayır, bozon geri dönmeyecek. Yani, sicim kuramının kütleçekimi kuramıyla tanımlanabileceğini mi söylüyorsunuz?

Sadece bunu değil, kuantum kütleçekimi kuramını tanımla­manın tek yolunun sicim kuramı olduğu da görülüyor. Bu fizik­çiler arasında söylentilere yol açtı; ufukta fizikçilerin en büyük zaferlerinden birinin olduğu ortaya çıkmıştı.

Kuantum kütleçekimi kuramı klasik kuramla karşıt mı?

Evet.

İkisini karşılaştırabilir misiniz?

19.yüzyılın son bölümünde bir klasik kuram olarak geliştiri­len elektromanyetizmle pek çok yönden benzer olacaktır. Klasik elektrodinamikle, bütün uzaya yayılmış olan, yüklerin yarattığı kesintisiz bir alan demek istiyoruz. Bunu siz söylemiştiniz çirkin bozona: “Anladığım kadarıyla bir elektron elektrik alanı oluştu­rur ve o elektrik alanı da bir diğer elektron üzerine kuvvet uygu­lar.” Kuantum elektrodinamiği içinde böyle alanlar düşünmeyiz. Bunun yerine şunu düşünürüz: Yük, değiştokuş parçacıkları, fo­tonlar ve kuvvetlere karşılık gelen bu parçacıkların değiştoku­şunu yaratır. 20. yüzyılın ilk yarısı boyunca fizikçileriniz, klasik kuramdan kuantum kuramına nasıl ulaşılabileceğini anlamaya çalıştılar, bunu kuramın kuantumlanması olarak adlandırdınız.

Basitçe söylersek, bu kuvvetleri düşünmenin farklı bir yolu mu?

Hayır, tamamen değil. Ne zaman hesap yapsanız, sadece elekt­rodinamiğin kuantum yorumu size tamı tamına yanıt verir.

Ve kütleçekimi?

Aynı şey. Einstein klasik kütleçekimi kuramını 1915’te geliş­tirdi ama onu kuantumlamaya çalıştığınızda, başarısız oldunuz.

Demek istediğiniz, Einstein’ın kütleçekimi kuramını kuan­tumlayamadığımız mı?

Doğru, büyük fizikçilerinizin çoğu, yüzyılın geri kalanında bununla uğraştı. Bir başarısızlık bir diğeriyle karşılaştı; taa ki, akla gelmedik bir şey olana dek.

Akla gelmedik bir şey?

Bıraktınız ya da çoğunuz bıraktı. Kütleçekimi alanının kuan­tumlanmasını öneren birkaç talihsiz canın, ancak ay ışığının bir kavanoz içinde yakalanabilmesi kadar şansı vardı.

Yani kuantum kütleçekimi için durum karanlık görünüyor­du…

Evet, karanlık görünüyordu, ama bilinen bir şey vardı. Başarı­lı olacak kuram kuantum değiştokuş parçacıklarını içermeliydi ve bu parçacıklar kütlesiz ve iki spinli olmalıydı.

Aaaah…

Şimdi anladınız. Sicim kuramı orada olması gereken iki kütle­siz parçacığın bir spinde olduğunu gösterdiğinde; olasılıkla yüz­yılın en büyük atılımlarından birisi olarak algılanmıştı.

Ne oldu?

Dürüst olmak gerekirse, bu olayın aydınlanmaya başladığı yerlerden birisidir, ama kuram biraz acayip özelliklere sahipti. Ayrıca, kuram takyonların varlığını öngörüyordu ve takyonla yaptığınız söyleşiden anımsayacağınız gibi, bu hiç de iyi karşı­lanmamıştı.

Kuramın diğer acayiplikleri nelerdi?

Pekâlâ, kuram üç uzaysal boyut artı zamandan oluşan dört boyutta işe yaramıyordu.

Bu kuramın yanlış olduğu anlamına mı gelir?

Bu ne kuramın yanlışlığı ne de sizin içinde yaşadığımızı dü­şündüğünüz boyut sayısının yanlışlığı demektir.

Tabii ki üç uzaysal boyutta yaşıyoruz, bu çok açık.

Dikkat edin, fikrinizi değiştirmek zorunda kalacağınız kimi varsayımlara sahipsiniz.

Doğru, fakat oradaki başka boyutu nasıl oluyor da göremi­yoruz?

Küçükse ve kendi üstüne kapalıysa, göremeyiz.

Kapalı derken?..

Çayırın üzerinde uzanan bir bahçe hortumunu düşünün. Bir karınca, hortumun uzunluğu boyunca yürüyebilir, ya da uzun­lamasına ilerlemeksizin etrafında dönebilir, ya da tabii ki, bu yönlerin birkaç kombinasyonunda yavaşça ilerleyebilir.

Evet, bunu gözümde canlandırabiliyorum.

Şimdi de gözünüzün önüne şunu getirin: Çayırın üzerinden bir uçak yüksekliğinde uçuyorsunuz ve bahçe hortumuna tepe­den bakıyorsunuz. Bütün gördükleriniz tek boyutludur, uzun­luk; ama gerçekte iki tanedir. Bir boyut, kendi içine kapalı olan dairesel boyut, görmek için çok küçüktür, yine de onun etkisini görebilirsiniz. Örneğin, karıncanın ilerlemesini ölçebilseydiniz, onun gizli boyut çevresinde giderken ara sıra gözden kaybol­duğunu görebilecektiniz. Aynı tür şeyler, sizin üç boyutlu uzay dediğiniz yerde de ortaya çıkar. Uzayda bir çizgi boyunca ba­karsanız, belki atomdan çok daha küçük olabilen, kapalı küçük boyut vardır, ama doğrudan kanıtı yoktur.

Hiç böyle düşünmemiştim. Yani sicim kuramının 5 tane bo­yutu var, ekstra bir tanesi kapalı, minik bir boyut olabilir.

Aslında 5 tane değil.

6 mı?

Hayır.

Kaç tane?

26.

Çok gibi görünüyor.

Bunlardan 22’sinin çok sıkıştırılmış olabileceği, bahçe hortu­mu gibi küçük ve kapalı hale gelmiş olabileceği umudu vardı; ama burada başka bir problem oluştu.

Ne oldu?

Kuram süpersimetriyi içerecek hale getirilirse, çok daha iyi olacağı bulundu.

Süpersimetri? Bir dakika, nötralino süpersimetriyi, bozonun fermiyona dönüşebildiği ya da tersinin olduğu yer olarak açık­lamıştı.

Evet, kuram süpersimetrik hale getirildiğinde, süpersicim kuramı olarak adlandırılır. Kuantum kuramının başını yiyen sonsuz niceliklerin birkaçı süpersicim kuramıyla ortadan kaybo­lur. Bu başarı ve kuantum kütleçekiminin olabilirliği arasında, kuramdan gelen büyük bir güzellik vardır. Süpersicim kuramı ya da genellikle kısaltıldığı haliyle sicim kuramının, gerçek bir birleşik kurama yol açabileceği ortaya çıkmıştır. Kuram, bütün kuvvetlerin eşit olduğu aşırı yüksek enerjide ve onların yalnızca şimdi gördüğümüz düşük enerji limiti içinde farklı olarak ortaya çıkmalarında görülebilir.

Şimdi gördüğümüz derken neyi kastediyorsunuz?

Erken Evren içinde her şey, aşırı yüksek enerji ocağı anla­mında, çok sıcaktı. O zaman âlemde büyük bir simetri vardı ve şeyler soğur ve genişlerken simetri kırıldı.

Simetri kırınımının kanıtı bu mu?

Kanıt sizin 90 kg olmanız.

Hiç de değil, ben 82 kg’dan az geliyorum.

Özür dilerim, yuvarlamıştım; yüz yüze kaldığımız diğer bir sorun da tam sayılar edinmek. Her neyse, simetri kırınımının kanıtı öyle baskındır ki, bazı insanlar simetrinin hiç olmadığın­dan kuşkulanır.

Bu bana kuarkın söylediği bir şeyi anımsattı: “Yeni fikirler, nahoş ve yabancı görünürler; ancak teninizden geçip ruhunuz­da yer ettikten sonra, yeni bir güzellik ortaya çıkar. Bu doğaya bakmanın yeni ve harika bir yoludur. Size sadece daha iyi bir bakış kazandırmaz, aynı zamanda daha derinleri de görmenizi olanaklı kılar.”

Katılıyorum. Sicim kuramı yalnızca kuvvetlere bakmanın bir­leşik bir yolunu sağlamadı, size parçacıklara bakmak için çok güzel bir yol da verdi. Standart modelde, elektron, kuark, foton vb.’ne sahipsiniz. Bütün farklı parçacıkların farklı özellikleri var. Evren’iniz sadece üç parçacıktan oluştuğu zamanlardaki basitli­ğini kaybetti.

Bu doğru.

Böylesi basit bir güzelliği ya da daha iyisini yeniden kurabili­riz, hatta daha iyisini bile. Biz sicimleri düşünürseniz, elektron benim salınımımın parçacık modu gibidir ve ben farklı bir moda değiştiğimde, belki yüksek ve alçak frekanslarda olduğumda, ya da ayrıştığımda ya da bir başka sicimle birleştiğimde, farklı bir parçacığınız, belki bir foton olur. Bu doğayı betimlemenin basit ve güzel bir yoludur.

Katılıyorum, farklı yapı bloklarından düzenin üretildiği bir dünya yerine, sadece bir tane yapı bloğunun olması: sicim.

Doğru, sadece ben.

Bu kuram genel olarak kabul ediliyor mu?

Aslında tam olarak değil, ama size güzel bir haberden söz et­meyi unuttum.

Lütfen, söz edin.

Süpersicim kuramı sadece 10 ya da 11 boyut gerektiriyor. Böylelikle, eğer 11’in 7’sinin sıkışacağını gösterebilirseniz, geri­ye görebildiğiniz şey olan 4 boyut kalacak.

Bunu bir gelişme olarak varsayayım, ama hâlâ bu kuramın neden genel kabul görmediğine şaşırıyorum…

Pekâlâ, iyi bir satıcı gibi, bütün anabaşlıkları okudum ama küçük fontlarla yazılanlarda dilim tutuldu.

Küçük fontlarla yazılanlar mı başladı?

Kuram süpersimetrik olduğundan beri, nötralinonun açıkla­dığı gibi, her bir parçacık için bir tane süpersimetrik eş olduğu düşünülüyor. Yaptığınız söyleşiler bir yana, bu süper eşlerin hiç­biri henüz bulunamadı.

Fotino, gluino, selektron, sguark vb. mi?

Evet ve nötralinonun arkadaşları ve diğerleri de dahil.

Yani sicim kuramı, asla gözlenememiş bütün bir parçacık se­tini öngörüyormuş gibi görünüyor. Bu sicim kuramının yanlış­lığını kanıtlamaz mı?

Evet, bu iyiye alamet değil; ama hayır, belki onları henüz be­lirleyememişizdir.

Niye belirleyemeyelim?

Çok kütleli ya da bozunmuş olabilirler.

Ne demek istiyorsunuz?

Eğer parçacık aşırı kütleliyse, onu yaratmak için yeterli ener­jiyi toplayamayabilirsiniz. Bu nedenin bir parçasıdır, üretiminiz uzun zaman alır ve sonra üst kuarkı keşfedersiniz. Fakat onları yaratsanız bile, olasılıkla bozunacaklardır.

Bozunacaklar mı?

Muon arkadaşınız gibi. Doğa cisimleri basit tutmaktan hoşla­nır. Eğer aynı özellikleri olan daha hafif bir parçacık varsa, doğa hafif parçacıkla çok daha rahat edecektir. Örneğin, muon sadece daha kütleli bir elektron gibiydi, dolayısıyla elektrona bozun­du. En hafif parçacığa bozunma kuraldır. Bu her yerde garip, tılsımlı, aşağı ve yukarı kuarklar yerine sadece aşağı ve yukarı kuarklar görmenizin nedenidir. Bu dördü çok kütlelidir ve daha hafif birine bozunurlar.

Anlıyorum, yani bütün bu süper parçacıklar bozunacak?

En hafif süper parçacığı elde edene kadar bozunacaklar. Nöt­ralinonun söylediği gibi sıçrama orada son bulacaktır.

Nötralinonun bulunması, sicim kuramının doğruluğunu des­tekler demek doğru olur mu?

Evet, buna yardım edebilir. Süpersimetrinin gerçekliği için olasılıkla ikna edici bir argüman olacaktır.

Bir final sorusu sorabilir miyim?

Kesinlikle.

Siz ve kuark, güzellik kavramını tartıştınız, durumlara bakı­şınız farklı gibi görünüyor. Bunu yorumlayabilir misiniz?

Kuark, doğadaki güzelliği kendi simetrisinde görüyor. Kuark özellikle renk simetrisini tanımladı; temel parçacıklar fiziğinizin standart modelinde, benzer türde başka simetriler vardır. Bu si­metriler, temel parçacık düzeyinde uyum ve demokrasiyi verir, farklı parçacıkların alışverişinin altında aynı türden bir fiziğin yattığının garantisidir. Bunun doğaya güzel bir bakış olduğuna katılıyorum, ama daha derine gideceğim. Benim simetrim, bo­zon ve fermiyondan farklı olarak, bütün parçacıkları içerecek şekilde genişletilebilir. Tuval ışıkta açığa çıkmasına rağmen, tam oluşmamış resim çekicidir.

Tuval ışıkta açığa mı çıkar?

Korkarım öyle. Einstein’ın genel görelilik kuramını düşünün. Bu kuramın temeline güzelliği koymuştu, ilginizi çekebilecek bir güzellikti. Örneğin, Einstein ivmenin ve kütleçekimsel alanın eşdeğerliliğini ve böylesi bir fiziksel ilkeye başvurulması gerek­liliğini iddia etti, siz de bu kurama inanmak istediniz. Sicim ku­ramının simetrisi ya da temel ilkeleri bu çekicilikten yoksundur. Parçacık simetrisini benimsemeniz için sizi ikna edecek temel fiziksel argümanlar yoktur. Fizikçileriniz, fiziksel ilkelerdense matematiksel ilkeleri temel almayı seçen bir modeli kucaklama­ya çoğunlukla isteksizdir.

Peki bundan sonra ne olacak?

Zaman söyleyecek.

Kaynak: Richard T. Hammond, Evrenle Söyleşiler, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Şubat 2014, S.179-186