Matematik Aniden Çıldırtma Teorisini Haklı Çıkarabilir
Fizikte ilginç bir drama var: yıllar yılı bilim insanları evreni rahatsız eden bir soruna çözüm bulmaya çalışıyor. İki çok iyi arkadaşınız birbirinizi görmek istemiyor diye düşün. Aslında Einstein'ın genel görelilik teorisi (yer çekiminin büyük ölçekte nasıl çalıştığını anlatır) ile kuantum mekaniği (cılız parçacıkların garip kurallarını açıklar) tam bu haldedir. İkisi de kendi işinde harika, fakat aynı masaya oturtmaya çalışırsan? Her şey yoldan çıkar.
Eksik Parça: Yer Çekimi Parçacığı Nerede?
Sorun ilginç bir noktada ortaya çıkıyor. Doğanın diğer temel kuvvetleri—elektromanyetizm, güçlü nükleer kuvvet—hepsi küçük haberci parçacıklar aracılığıyla çalışır. Işık parçacıkları elektromanyetizmi taşır mesela. Peki yer çekimi? Kimse yer çekimini taşıyan bir parçacık keşfetmedi. Buna "graviton" diyoruz ama bu daha çok teorik bir yer tutucu, gerçekte gözlenmiş bir şey değil.
Yer çekiminin kuantum düzeyinde nasıl çalıştığını anlamadan, gerçek bir "her şeyin teorisi" yapamayız. Bilim insanları bu tür açıkta kalan soruları sevmiyor.
Sicim Teorisi: Ölmek Bilmeyen Fikir
1960'ların sonlarında biri çok cesur bir fikir ortaya attı: evrendeki her şey—parçacıklar, kuvvetler, hatta yer çekimi—minicik titreşen sicimlerden mi oluşuyor? Gitar tellerini hayal et, ama farklı müzik notları yerine farklı titreşim desenleri farklı parçacıkları üretsin. Yaratıcı, cesur, sorunlarımızın neredeyse hepsini çözerdi.
Tek sorun şu: sicim teorisi evrende gözleyebildiğimiz dört boyut yerine on boyut gerektiriyordu. Hem de laboratuvarda test edilebilecek hiçbir öngörüde bulunmuyordu. 1990'larda zirveye ulaştıktan sonra, teori yavaşça arka plana çekildi. Bilim insanları hala düşündüler ama kimse bu uğruna kariyerini riske atmıyordu.
Peki Tam Olarak Ne Keşfettiler?
İşte buradan sonra işler ilginçleşiyor. Caltech'teki bir araştırmacı Clifford Cheung önderliğinde bir ekip aslında başka bir yol izledi. Sicim teorisinden başlayıp bunu kanıtlamaya çalışmak yerine, dört tane çok basit varsayımla başladılar:
- Üniterlik - Kuantum mekaniğinin bir kuralı: olasılıklar mantıklı olmalı (toplamı yüzde yüz).
- Lorentz değişmezliği - Einstein'dan: fizik kanunları her yerde aynı şekilde çalışır.
- Yüksek enerjide sağlıklı davranış - Çok yüksek enerjilerde bile fiziğin akıllıca işlemesi gerektiği varsayımı.
- En az sıfırlar - Parçacıklar arasındaki etkileşimin basit matematiksel açıklamasını tercih etmek.
Makul görünen varsayımlar, değil mi? Standart şeyler. Ekip kendine sordu: bu dört kurala uygun parçacık etkileşimlerinin hangi biçimleri var?
Ve sürpriz geldi: matematik yapıp sonuçlara baktıklarında, sicim teorisyenlerinin onlarca yıl önce tahmin ettikleri denklemleri bulmuşlar. Meşhur "Veneziano genliği" ve "Virasoro-Shapiro genliği" sadece ortaya çıktı. Doğal olarak. Kimse cevaba onları zorlamadan.
Sicim Teorisini Kanıtladılar Mı?
Aklında şu soru var: "Sicim teorisini kanıtladılar mı?" Hayır, açık olmak gerekir.
Bu deneysel kanıt değil. Kimse sicim bulacak bir dedektör yapmadı. Sicim teorisini doğrudan labaratuvarda test edemeyiz çünkü bu sicimler bir protondan milyar milyar kat daha küçük ölçekte var olması gerekiyor. Çok ama çok küçük.
İlginç olan kısım teorik tutarlılık. Bir bulmacanın parçalarının nasıl uyması gerektiğine dair basit kuralların olduğunu hayal et. Sonra bu kuralları takip etmenin tam olarak oluşturmaya çalıştığın bulmacanın parçalarını otomatik ürettiğini keşfet. Tam olarak bu oldu.
Bu da gösteriyor ki sicim teorisi bilim insanlarının uydurduğu rastgele bir fikir değil, gerçekten de doğanın nasıl çalıştığı hakkındaki makul varsayımlardan doğal olarak ortaya çıkıyor. Evren bütün zaman sicim teorisine işaret ediyormuş, bu araştırmacılar sadece matematik izleri takip ettiler.
Neden Umursamalısın?
Daha geniş resme bakarsak, bilim insanları hala her şeyin teorisini arıyor. Bu araştırma bizi oraya götürmüyor ama doğru yöne bakıyor olabileceğimizi gösteriyor. Gizemini çözmemiş ama doğru yolda olduğundan emin olduran bir ipucu bulmuş olmak gibi.
Üstelik karmaşık fikirlerin şaşırtıcı derecede basit varsayımlardan doğması çekici bir şey. Karmaşıklığın altında zarif, düzenli bir evren olduğunu ima ediyor—bunu güzel bulmayan var mı?
Sicim teorisinin gerçek olup olmadığını bilmiyoruz. Test edemiyoruz. Ama bu çalışma gösteriyor ki doğru sorular soran ve doğru matematik araçlarını kullanan bilim insanları şaşırtıcı derece derin cevaplara ulaşabiliyor. Bazen evren işin yarısını sizin için yapıyor.