Einstein'in sicim teorisi bilim adamlarını meşgul etmeye devam ediyor

On yıllar sonra, sicim teorisi Einstein'ın hayaline doğru yürüyüşünü sürdürüyor

Kırk yıl önce bu ay, fizik camiası Albert Einstein'ın uzun süredir hayalini kurduğu birleşik bir fiziksel gerçeklik teorisinin gerçekleşeceğine dair ipuçları veren olağanüstü bir makaleyle heyecanlandı. Sicim teorisi olarak adlandırılan yeni yaklaşım, zarif matematiği fizikteki en başarılı ancak birbiriyle çelişen iki çerçeveyi uzlaştırma potansiyeli sunduğu için dünya çapındaki araştırmacıların dikkatini çekti: Einstein'ın yerçekiminin hüküm sürdüğü kozmosun geniş yapılarını yöneten genel görelilik teorisi ve atom altı dünyayı dolduran parçacıkları yöneten kuantum mekaniği.

Kırk yıl ve on binlerce araştırma makalesinin ardından ne durumdayız? Bu sorunun yanıtı sadece bilimsel ilerlemenin değerlendirilmesinde değil, aynı zamanda bilimin görünüşte nesnel olan alanında bile insan doğasının derin etkisinin anlaşılmasında yatmaktadır.

Bilim insanları önerilen teorilerin geçerliliğini tahminlerini test ederek değerlendirirler. Sicim teorisi için zorluk, henüz kesin, test edilebilir tahminler üretememiş olmasıdır. Bu şaşırtıcı değildir. Sicim teorisi geleneksel teorilerden yalnızca aşırı koşullar altında ayrılır: mesafelerin hayal edilemeyecek kadar küçük ve kütlelerin olağanüstü büyük olduğu durumlarda, örneğin bir kara deliğin çekirdeğinde veya büyük patlama anında. Ne yazık ki, bu bölgeleri keşfetmek bizim yeteneklerimizin ötesindedir.

Eleştirmenler bu durumun savunulamaz olduğunu ileri sürerek, “Bir teoriyi test edemiyorsanız, o bilimsel değildir” diyor. Taraftarlar ise, “Sicim teorisi devam etmekte olan bir çalışmadır; bir yargıya varmak için henüz çok erken” diyerek karşı çıkmaktadır. Eleştirmenler, “Kırk yıl çok mu erken?” diye karşılık verir. Taraftarlar ise şu yanıtı veriyor: “Tüm zamanların en derin fiziksel teorisi olabilecek bir şey geliştiriyoruz; kollarınızı kavuşturup, ayağınızı yere vurup zamanın dolduğunu iddia edemezsiniz.”

Ve böylece tartışma, bilim için daha yüksek olamayacak risklerle devam ediyor. Dünyanın en yetenekli fizikçilerinden bazılarının iki nesli - üniversitelerde imrenilen araştırma pozisyonlarını işgal ederek ve sınırlı hükümet fonlarıyla desteklenerek - kariyerlerini geçerliliği hala belirsiz olan bir teori üzerinde harcadılar.

Bu mantıklı mı?

İşte burada insan doğası devreye giriyor. Herkese uyan tek bir cevap yok çünkü bu, bireysel bilimsel zevke, kişinin risk toleransına ve deneysel kanıtları matematiksel ilerleme lehine ne ölçüde ertelemeye istekli olduğuna bağlı. Emin olmak gerekirse, deneysel kanıtlar sicim teorisinin altını oyarsa ya da matematiksel bir tutarsızlık ortaya çıkarsa, sicim teorisini hemen terk ederim - ve meslektaşlarımın da terk edeceğinden eminim. Ben gerçeğin savunucusuyum, sicim teorisinin değil. Ancak şu ana kadar böyle bir deneysel bulgu yok ve böyle bir matematiksel kusur da ortaya çıkmadı.

Aksine, sicim teorisi, matematiksel çerçevesinin geliştirilmesinde kaydedilen kayda değer ilerleme nedeniyle hem deneyimli araştırmacıları hem de hevesli öğrencileri büyülemeye devam etmektedir. Bu ilerleme, uzun süredir devam eden gizemlere ilişkin kışkırtıcı içgörüler sağlamış ve fiziksel gerçekliği tanımlamanın kökten yeni yollarını ortaya koymuştur.

Örneğin sicim teorisi, Stephen Hawking de dahil olmak üzere en büyük beyinlerden bazılarını tüketen bulmacaları çözerek kara deliklerin yüzeyine ilişkin eşsiz bilgiler sağlamıştır. Evrenin genişlemesinde gözlemlenen hızlanmaya tartışmalı da olsa yeni bir açıklama getirmiş, evrenimizin geleneksel bilimin hayal ettiğinden daha büyük bir gerçeklik içindeki pek çok gerçeklikten yalnızca biri olabileceğini öne sürmüştür. Ve sicim teorisi, saf matematikteki çetrefilli problemlere yeni yaklaşımlara öncülük ederek, fiziksel muhakemenin aksi takdirde keşfedilmemiş kalabilecek çözümlere nasıl yol açabileceğini göstermiştir.

Belki de en önemlisi, sicim teorisi dualite kavramını gerçekleştirmiştir: tek bir fiziksel durumun, her biri diğerinin sağlayamayacağı içgörüler sunan iki farklı matematiksel formülasyonla tanımlanabileceği fikri. Genç bir sosyetik ile yaşlı bir kadın arasında gidip gelen klasik optik illüzyon gibi, ancak her iki tanımı da benimseyerek tam bir anlayışa ulaşabiliriz.

Fizikçi Juan Maldacena'nın İleri Araştırmalar Enstitüsü'ndeki çalışmalarıyla doruğa ulaşan ikiliğin en geniş kapsamlı versiyonu, üç boyutlu bir uzay aleminin, onu çevreleyen ince, iki boyutlu bir kabukta meydana gelen süreçlerle iyi bir şekilde tanımlanabileceğini öne sürüyor, tıpkı bir hologram gibi - üç boyutlu bir görüntü oluşturan düz, iki boyutlu bir plastik parçası.

Bu “holografik ikilik” güçlüdür çünkü iki tanım arasında gidip gelirken, birindeki kuantum süreçleri diğerinde yerçekimsel süreçlere dönüşür. Kütleçekimi ve kuantum arasındaki bu olağanüstü ve tamamen beklenmedik bağlantı, çok çeşitli problemlere yeni bir yaklaşım sağlamış ve bu sonucu açıklayan makalenin neden teorik fizik tarihinde en çok atıf alan makale olduğunu açıklamıştır.

Maldacena ve Stanford fizikçisi Leonard Susskind tarafından geliştirilen holografik ikiliğin çığır açan bir uygulaması bu gücü göstermektedir.

Uygulama, Einstein'ın 1935 baharında yazdığı iki makaleyle ilgilidir. Bunlardan biri, kuantum fiziğinin ikonik bir niteliği olan “dolaşıklığı” analiz ediyordu; iki uzak parçacığın davranışı o kadar sıkı bir koreografiye sahip olabilir ki, sanki aralarındaki boşluğu köprüleyen gizli bir bağlantıları varmış gibi. Einstein bu bağlantıyı ünlü bir şekilde “ürkütücü” olarak adlandırmıştır. Diğer makale ise, iki uzak kara deliğin uzay dokusundaki bir tünelle birbirine bağlanabildiği, genel göreliliğin ilginç bir özelliği olan “solucan deliklerini” tanımlıyordu.

Einstein bu makaleleri iki ay içinde yayınlamış olmasına rağmen, bunların birbiriyle tamamen ilgisiz olduğunu düşünüyordu. Şimdi araştırmacılar, holografik ikilikten yararlanarak, uzun mesafeli bir bağlantı kurmanın iki yolunun - kuantum dolanıklık ve göreli solucan delikleri - iki farklı dilde ifade edilen aynı fenomeni tanımlayabileceğine dair kanıtlar topladılar. Kabaca, sanki parçacıklar küçük kara deliklermiş ve ikisi arasındaki dolanıklık, bağlantı kuran bir solucan deliğinden başka bir şey değilmiş gibi.

Eğer bu farkındalık devam ederse, fiziğin birleştirilmesi konusundaki düşüncelerimizi değiştirmemiz gerekecek. Uzun zamandır genel görelilik ve kuantum mekaniğini bir araya getirmeye, büyük ve küçüğün matematiğini kaynaştırarak her ikisini de kucaklayan bir formalizm elde etmeye çalıştık. Ancak Einstein'ın 1935 tarihli iki makalesi arasındaki ikilik, kuantum mekaniği ve genel göreliliğin zaten derinlemesine bağlantılı olduğunu -evlenmelerine gerek olmadığını- göstermektedir; bu nedenle bizim mücadelemiz onların içsel ilişkilerini tam olarak kavramak olacaktır.

Bu da Einstein'ın, farkında olmadan, birleşmenin anahtarına yaklaşık bir asır önce sahip olmuş olabileceği anlamına gelir. Sicim teorisinin bu tür gizli bağlantıları ortaya çıkarabilmesi, uygulayıcılarda bir “vay canına” hissi uyandırıyor ve yeni nesli - deneysel sonuçlar olmasa bile - sicim teorisinin sınırlarını daha da zorlamaya itiyor.

Sonuç aynı zamanda matematiğin gerçekliği aydınlatmak için nasıl esrarengiz, neredeyse mantıksız bir kapasiteye sahip olduğunu da yansıtıyor. Einstein'ın matematiği büyük patlamayı, kara delikleri, karanlık enerjiyi ve kütleçekim dalgalarını - ihtiyatlı bir devrimci olan Einstein'ın (yine insan doğası) gerçek olamayacak kadar egzotik bulduğu tüm sonuçları - ortaya koydu. Ancak geçtiğimiz 100 yıl içinde her biri gözlemsel olarak doğrulandı. Benzer bir şekilde, 1935 tarihli makaleleri kuantum dolanıklığı ve kara deliklere yönelik matematiksel eleştiriler tarafından motive edilmişti, ancak teorik kusurları ortaya çıkarmaktan ziyade, makalelerin artık fiziksel gerçekliğin iyi niyetli özelliklerine atıfta bulunduğu görülüyor.

Dolayısıyla, matematik deneysel yargının yerini tutmasa da, matematiksel ilerlemenin bir teorinin evrenin sırlarını çözme potansiyelinin çok önemli bir göstergesi olduğu kanıtlanmıştır.

Sicim teorisi matematikten gerçekliğe giden bu iyi yürünmüş yolu takip edecek mi? Bunu kimse söyleyemez. Ancak şu ana kadarki matematiksel ilerlemeleri olağanüstü. Bunu öğrenmenin tek yolu da ilerlemek. Titiz, şüpheci ve hırslı bilim insanlarından oluşan bir topluluk olan sicim teorisyenleri için ödül - doğanın en derin sırlarını açığa çıkarmak - risk almaya değer.

YAZAR:   Brian Greene

Columbia Üniversitesi'nde fizik ve matematik profesörü ve Columbia Teorik Fizik Merkezi direktörü olan Brian Greene, “The Elegant Universe” ve “Until the End of Time” kitaplarının yazarıdır.

KAYNAK: https://www.washingtonpost.com/