Einstein Kuramları

Sicim (Tel) Kuramı Einstein'ın düşünü gerçekleştirebilir: 20. yüzyılfiziğinin iki karşıt görüşünü bir araya getiren "Büyük Birleşik Kuramı"oluşturmak.

"Beni, yılların kör ve sağır hale getirdiği taş kesmiş bir nesne gibigörüyorlar" diye yakınıyordu Einstein, yaşamının son yıllarında. Neyazık ki haklıydı. Einstein, yaşamının son otuz yılını "Birleşik AlanKuramı " nı üretme hayaliyle geçirdi. Bu kuramın denklemleri,birbirleriyle ilişkisiz gibi görünen elektromanyetizma ile kütleçekimikuvvetleri arasında bir bağ kuracaktı.

Einstein, böylece iki karşıt evren görüşünü uzlaştırmayı umuyordu:"Genel Görelilik İlkeleri" nin tanımladığı (üzerinde yıldızların vegezegenlerin hüküm sürdüğü) sorun çıkarmayan "sürekli" bir zaman-mekânalanı ile parçacıkların egemenliğindeki, uzlaşmaya yanaşmayanolağanüstü küçük ölçekli kuantum dünyası.

Einstein, bu konu üzerinde çok çalıştı, ancak başarıya ulaşamadı.Fizikçi meslektaşları hiç de şaşırmıyordu. Çünkü eskide kalmış birbakış açısından yararlandığı için onun zaten boşa kürek çektiğinidüşünüyorlardı.

Einstein tüm diğer fizikçilerin aksine, "Birleşik Alan Kuramı" nıoluşturmaktaki temel sorunu, Görelilik İlkelerinin değil, KuantumMekaniği'nin yarattığına inanıyordu. 1954 yılında fikrini şöyle dilegetiriyordu: "Kuantum belası ile karşılaşmamak için başını görelilikkumuna gömen bir devekuşu gibi görünüyor olmalıyım".

Ne var ki bugün, asıl sorunun Einstein'ın kuramından kaynaklandığınıbiliyoruz. Olağanüstü küçük ölçeklerde, Einstein'ın zaman ile mekânı(dolayısıyla gerçeklik) büyütecin altında süreksiz ve nokta nokta halegelen, gazetedeki bir fotoğraf gibi oluyor.

Genel Görelilik Denklemleri, nedensellik ilkesinin yokolduğu ve birparçacığın A noktasından B noktasına mekânda (Uzay'da) yolalmaksızınulaştığı böyle bir ortamda işe yaramıyor. Böyle bir dünyada,gelecekteki olay ancak belli bir olasılığa dayanıyor; Kuantum Kuramı dabu olgu üzerine kurulu.

Einstein, kozmosun temelindeki yasaların bir kumar oyunu gibidüzenlediğini asla kabul etmedi. Bu yüzden de Birleşik Alan Kuramı'nailişkin yazdığı makaleler ilkel kalmaya mahkûmdu. Ancak makaleler,fiziğin en temel problemine çözüm arıyordu. Bu problemin öneminikavramak konusunda Einstein, öylesine ileri görüşlüydü ki, fizik bilimiancak bugünlerde ona yetişmeye başladı.

Yeni nesil bir grup fizikçi nihayet her şeyi (Einstein'ın deyişiyle"fiziksel gerçekliğin tüm öğelerini") açıklayabilecek "Büyük BirleşikKuramı" yaratma mücadelesine girdi. Bugün geldikleri noktaya bakılırsa,önümüzdeki yüzyılda, Einstein'ın 1900'lerin başlarında önderlikettiğinden çok daha heyecan verici bir entelektüel devrime tanıkolacağız.

Sicim Kuramı

Aslında bazı kuramsal fizikçiler kütleçekimini doğanın diğer temelkuvvetleriyle bütünleştirmeye yarayacak (en azından böyle görünen)kuramsal çerçeveyi oluşturmak konusunda ilk adımı attılar bile. Buçerçeve popüler adıyla Sicim (Tel) Kuramı olarak biliniyor.

Sicim (Tel) Kuramı, Evren'i oluşturan en temel, bölünemeyecek kadarküçük bileşenlerin nokta gibi parçacıklardan değil, titreşen minyatürkeman tellerine benzeyen sonsuz küçük (infinitezimal) döngülerdenoluştuğunu öne sürer. "Sicim Kuramı " nın öncüsü, İleri AraştırmalarEnstitüsü'nden Edward Witten, bu kuram için "20'inci yüzyılda tesadüfenbulunan bir 21. yüzyıl yapıtı" diyor.

Ancak asıl dert (gelmiş geçmiş en zor bilmeceyi çözene kadar) daha kaçtane farklı şeyle karşılaşacağımızı, ne Witten'in ne de bir başkasınınbilememesi.

Columbia Üniversitesi'nden fizikçi Brian Greene'e göre sorunun temelnedeni, kuram oluşturulurken sondan başa doğru bir yol izlenmek zorundaolunması: "Fizikçiler çoğu kuramı oluşturmak için öncelikle her şeyikapsayan genel bir düşünce yaratır, ardından bunu denklemlerle ifadeeder" Greene, "Oysa biz halâ neyin 'gerçek'olduğunu anlamaya çalışmaklameşguluz" diyor.

Kuantum Köpüğü

Sicim (Tel) Kuramı'na duyulan heves yıllar boyu sürekli değişkenlikgösterdi. 1970'li yıllarda oldukça ilgi görüyordu, ancak daha sonrabirçok fizikçi Sicim Kuramı üzerinde çalışmayı bıraktı. OysaCaltech'ten kuramsal fizikçi John Schwartzve Ecole NormaleSuperieure'deki meslektaşı Joel Scherkazimle çalışmayı sürdürüp, 1974yılında sabırlarının karşılığını aldılar.

Geliştirdikleri denklemlerin umdukları türden parçacıkları değil,titreşen telleri (sicimleri) temsil ettiğinin zaten bir süredirfarkındaydılar. İlk başta bu matematiksel hayaletlerin bir sorundankaynaklandığını düşündüler. Ancak daha yakından incelediklerinde buhayaletlerin graviton adlı (kütleçekimini taşıyan ve halâ kuramsalolan) parçacıklar olduğuna karar verdiler.

Parçacıkların yerine sicimleri (telleri) kullanmak, Genel Görelilikİlkeleri'yle Kuantum Mekaniği'ni bütünleştirmeye çalışan bilimadamlarını bezdiren problemlerin en azından bir tanesini çözdü. İşinböylesine zor olması, atomaltı ölçeklerde Uzay'ın (mekânın)sürekliliğini kaybetmesinden kaynaklanıyor.

Mesafeler inanılmaz ölçüde kısa olduğunda Uzay, sürekliliğini yitirirve fokurdamaya başlar (Bazıları bu olguya Kuantum Köpüğü adını verir).Nokta gibi parçacıklar (gravitonlar da dahil) Kuantum Köpüğü'nde(okyanuslardaki büyük dalgalarla sürekli sallanan bir sal gibi)gelişigüzel savrulur. Oysa sicimler, birkaç dalgayı kaplayacakbüyüklükleriyle bu tür rahatsızlıkları yaşamadan "okyanusta" yol alanminyatür gemiler gibidir.

Doğa, karşılığında bir bedel ödetmeden bilim adamlarını neredeysehiçbir zaman ödüllendirmez. Bu ödül için ödenecek bedel ise olağanüstükarmaşık olan bir problemin üstesinden gelmek. SiciM Kuramı, bildiğimizdört boyuta (yükseklik, genişlik, uzunluk ve zaman) yedi boyut dahaeklemeyi zorunlu kılıyor.

Ayrıca tamamen yeni bir atomaltı parçacık sınıfına (süpersimetrikparçacıklara) ihtiyacımız var. Üstelik bir değil, tam beş tane farklıSicim Kuramı var. Bilim adamları bu kuramların hiçbirindenvazgeçemeseler de, hepsinin aynı anda doğru olması olanaksızgörünüyordu.

Ancak işin gerçekten de böyle olduğu ortaya çıktı.1995 yılında (yaşayanbelki de en büyük fizikçi olan) Witten, tüm bu süpersimetrik SicimKuramlarının çok daha genel bir kuramın farklı öngörülerine karşılıkgeldiğini açıkladı. Yeni, daha kapsamlı olan kurama M Kuramı adınıverdi.

Bu farklı bakış açısı meslektaşlarına güç verdi ve bir sürü araştırmayaesin kaynağı oldu; araştırmalar sayesinde bugün birçok bilim adamıSicim Kuramı 'nın doğru iz üzerinde olduğuna inanıyor. Kara Delik veGenel Görelilik konularında uzman olan Caltech'ten Kip Thorne"Doğruluğun kokusunu alıyorum ve bunu hissediyorum" diyor ve ekliyor:"Bir kuramı geliştirmenin ilk aşamasında sezgilerinizi ve hislerinizikullanmak zorundasınız"

M Kuramı : Büyük Birleşik Kuramı mı?

Witten, M Kuramı'ndaki M harfinin çok şeyi ifade ettiğini söylüyor:Matrix ("kalıp", bir cisme şekil veren şey), mystery (gizem) ve magic(sihir).

Ancak şimdi listesine murky'i de (bulanık, anlaşılması güç) ekledi.Neden mi? Çünkü Witten bile M Kuramı'nın tam anlamıyla ne olduğunuifade eden tüm matematiksel denklemleri oluşturamıyor.

Witten, M Kuramı'nın (öngörü yeteneğine sahip) tam bir kuram halinegelebilmesi için onlarca yıl geçebileceğini düşünüyor. "Bu tıpkıdağlarda yürüyüş yapmak gibi birşey" diyor

Witten düşüncelere dalarak, "Bir geçidin zirvesine ulaştığınızdayepyeni bir manzarayla karşılaşıyorsunuz. Manzarının tadınıçıkartıyorsunuz, ancak çok geçmeden acı gerçek ortaya çıkıyor: Henüzasıl varmak istediğiniz noktadan çok uzaktasınız".

11 Boyutlu Bir Dünya

Einstein bir dahiydi elbet, ancak çok şanslıydı da. Genel GörelilikKuramı'nı geliştirirken, yalnızca üç uzaysal boyutu ve bir de zamanboyutu olan bir dünyada çalışıyordu. Sonuçta kendi denklemleriniüretmek ve çözmek için aşırı karmaşık bir matematik kullanmak zorundadeğildi.

M Kuramı ile uğraşanlar ise "zar (brane)" adı verilen tuhafparçacıklarla dolu 11 boyutlu bir dünyada çalışmak zorunda. Buterminolojide sicim, tek boyutlu "zarlara (brane)", membranlar(membrane) ise iki boyutlu zarlara (brane) karşılık geliyor. Daha fazlaboyutlu "zarlar" bulunsa da henüz Witten bile bunlarla nasıl başaçıkacağını bilemiyor. Bu "zarlar" bükülüp katlanarak, üzerindeçalışanları çileden çıkaran bir sürü garip biçime bürünüyor.

Gelecek Umut Dolu

Öyleyse bu garip şekillerden hangileri Evren'in temel yapılarınıoluşturuyor? Sicim Kuramı'yla uğraşan teorisyenlerin bu konuda henüzhiçbir ipuçları yok. M Kuramı'nın dünyası öylesine alışılmadık ki,bilim adamları aynı anda hem fizik hem de matematik cephesinde savaşmakzorunda kalıyor.

Belki de Isaac Newton'ın hareket yasalarını oluşturabilmek içindiferansiyel ve integral hesabını geliştirdiği gibi, onlar da yenihesap yöntemleri geliştirmek zorunda kalacak. Üstelik Sicim Kuramı'nın,Kuantum Mekaniği'ndeki gibi deneysel kanıtları da yok.

Önümüzdeki 10 yıl içinde bu durum değişebilir. ABD ve Avrupa'daki devparçacık çarpıştırıcılarında yapılacak deneyler sonucundasüpersimetriye ilişkin doğrudan kanıtlar ortaya çıkabilir. Bu deneyler,belki de farklı boyutların varlığını da kanıtlayacak. Acaba Einsteinböyle çılgın fikirlerin olduğu bir çağda yaşasaydı ne düşünürdü?

Columbia Üniversitesi'nden Greene "Einstein buna bayılırdı" diyor.Greene'e göre, eğer genç Einstein, profesyonel kariyerine 1900'lüyıllarda değil de bugün başlasaydı, Kuantum Mekaniği'ne duyduğugüvensizliği yenerdi. Ayrıca zarları, süpersimetrik parçacıkları vesüpersicimleri benimserdi.

Hatta, geleneksel düşünme tarzını aşmak ve dünyayı hiç alışılmadıkyönleriyle algılamak konularında böyle insanüstü bir yeteneği olduktansonra, Büyük Birleşik Kuramı yaratan kişi de o olabilirdi. Einstein'ın"bitmemiş entelektüel senfonisini" tamamlamak için belki de bir"Einstein" daha gerekecek.