Birleştirme Teorisi - The Elegant Universe Belgeseli Notları

Her şey bir elmanın yere düşmesi ile başladı ve Newton Yer çekimi kuvvetini buldu. Einstein yer çekimi kuvvetinin aslında ne olduğunu ortaya koydu. String teorisyenleri ise bulunan dört temel kuvveti birleştirmenin yolunu arıyorlar

Modem fiziğin kutsal kasesi: Her şeyin Teorisi (The theory of Everything)

Kuvvetler ve Birleştirme

Unification: Birleştirme, evrendeki tüm fizik kurallarını formüle edebilecek bir fizik kanununa ulaşabilme çabasıdır.

Yer çekimi: Newton bir elmanın düşüşü ile Dünya’daki yere düşen cisimler ile Güneşin dünyayı çekmesi olayını birleştirdi. Formülleri yer çekimi kuvvetinin büyük bir bölümünü hassasiyetle açıklayabiliyordu  fakat bir Newton yer çekimi kuvvetini nasıl işlediğini bilmiyordu.

Einstein ışığın kozmik bir hız limitinin olduğunu bulmuştur. Fakat hiçbir şeyin ışıktan hızlı gidememesi Newton’un yer çekimi kuramı ile uyuşmuyordu.

Örnek: Şu anda Güneş yok olsa Newton’a göre Dünya hemen yörüngesinden çıkardı. Çünkü sonsuz hızdaydı yeçekimi kuvveti. Fakat Einstein hiçbir şeyin ışıktan hızlı gidemeyeceğini ve ışığında sonsuz hızda olmadığını biliyordu. Dolayısıyla nasıl olurdu da daha ışık kaybolmadan Dünya yörüngeden çıkardı.

Einstein’a göre yer çekimi dediğimiz kuvvet aslında uzay-zaman dokusunun eğimidir. Einstein yer çekiminin yeni bir resmini böylece vermiştir. Bu teorisine ise Genel Görelilik (General Relativity) adını vermiştir.

Elektromanyetik Kuvvet: J. C. Maxwell dört denklem ile Elektirik ve Manyetizmayı birleştirdi.

Einstein, Genel Görelilik teorisinden hemen sonra, yer çekimini kendi zamanında bilinen diğer kuvvet olan EM ile birleştirme çabasına girişmiştir.

Einstein Tanrı’nın ne düşündüğünü anlamaya çalışıyordu.

Einstein bu iki kuvveti birleştirmeye çalıştıkça kuvvetler arasında çok büyük bir fakt olduğunu anlamıştır. EM, G (Gravity-Yer çekimi)’den milyon kere milyar daha güçlüdür.

Örnek: Binandan aşağı atladığınızda Dünya’nın merkezine doğru gitmemizi engelleyen şey sizin ayağınızdaki atomların yerin atomlarına direnmesidir.

Birleştirme’de Yeni Görüş

Niels Bohr önderliğindeki bir grup bilim adamı, atomların aslında çok küçük parçacıklardan (proton, nötron ve elektron) oluştuğunu buldular. Ve ne Einstein’ın yer çekimi teorisi ne de Maxwell’in denklemleri bu atomaltı seviyesini açıklamaya yetmiyordu.

Kuantum mekaniğini bulan fizikçiler ve Bohr evrenin atom altı seviyede tamamen şans eseri oluştuğunu açıklıyordu.Einstein ise evrende her şeyin önceden belirlenebildiğini söylüyordu.

Kuantum Mekaniği: Tamamen çılgın bir ortamdır. Kuantum mekaniğine göre olasılıklar dahilinde bir şeyler geçekleşir.

1930’larda Einstein’nın çalışmaları çıkmaza girmişken, kuantum mekaniği atomaltı seviyede olayları açıklamaya başlamıştı.

Bilim adamları, EM ve G yanında atomik seviyede başka kuvvetlerin olduğunu da buldular.

1. Güçlü Çekirdek Kuvveti: Proton ve Nötron’ları süper bir yapıştırıcı olarak arada tutan kuvvet.
2. Zayıf Çekirdek Kuvveti: Proton’ların Nötron’lara dönüşmesini sağlayan bu arada radyasyon yayan kuvvet

Örnek:  Atom bombası ile Proton ve Nötron’ları bir arada tutan kuvveti açığa çıkarmış oldular. (Atom parçalama). Halen atom bombası patlamış yerlerde zayıf çekirdek kuvveti sayesinde radyasyon tespit edilebiliyor.

Kuantum mekaniği dilinde G ifade edilememiştir.

Einstein halen inatla gençlik yıllarındaki problemle uğraşıyordu. Einstein ölünce bu çabası (unification-birleştirme) onunla birlikte kayboldu.

1950’lerden sonra fizikçilerin bir bölümü yıldızlar ve galaksiciler ile genel görelilik ile uğraşırken, diğer grup kendini atomaltı seviyedeki parçacıklara ve kuvvetleri çözmeye adamıştı. Sanki birbiri ile hiç ilgisi olmayan iki ayrı aile gibiydi.

Birleştirilmiş bir teori olmadan evrende asla anlayamayacağımız tuhaflıklar mevcuttur.

• 1920’lerde Schwarzschild karadelikleri teoride buldu. (Genel Görelilik denklemleri ile)
• Peki bir karadelikte Kuantum mu yoksa Genel Görelilik’mi kullanılacak? Her ikisinde de aynı sonuçları vermesi şart.
• Çözüm olarak ise her iki teoriyi birleştirecek bir teori ortaya çıkmıştır

String Theory (Sicim Teorisi)

Bu teori tüm kuvvet ve maddelerin titreşen enerji sicimlerinden meydana geldiğini öne sürer. Her farklı titreşen farklı bir parçacığı oluşturur.

İki Çatışan Teori

1. Gezegenleri ve Galaksileri içeren Genel Görelilik Teorisi
2. Atom ve atomaltı parçacıkları içeren Kuantum Teorisi

Genel Görelilik Teorisi’nde uzay-zaman dokusu stabil, tahmin edilebilir.

Kuantum mekaniğinde uzay-zaman dokusu dengesiz, tahmin edilemez.

Güçlü çekirdek kuvvetinin Euler’in denklemleri ile ortaya çıkmasından sonra String Theory’nin başlangıcı oldu. Euler denklemi üzerine çalışırken bahsedilen şeyin aslında bir sicim (elastik bir bant) olduğu kanısına vardı. Fakat kimse bu teoriyi anlamadı ve String Theory o zamanlar kayboldu.

Fizikçiler o dönemlerde gitgide daha çok maddeyi oluşturan parçacıklar bulmaya başladı. Daha sonra kuvvetlerinde bu parçacıklarla açıklanabileceği fikri ortaya çıktı. Örneğin EM kuvveti demek EM adlı parçacığın (messenger particul) iki madde arasında daha fazla sayıda parçacığın gidip gelmesi olayıydı.

Standart Model: Fizikçiler kuvvetlerle ilgili parçacıkları bulduktan sonra filmi büyük patlamaya doğru sardıklarında EM ve Zayıf Çekirdek Kuvveti’nin birbiri ile aynı olduğunu gördüler. Adıda Elektrozayıf Kuvvet. Dahada geri sarıldığında Güçlü Çekirdek Kuvveti de bunlara katılıyordu ismi Süper Kuvvet.

String teoricileri bu teoride ışıktan hızlı giden takyon adlı bir parçacık öngördüler. Ayrıca 10 boyut olması gerekliydi. 1973 yılında sadece birkaç genç fizikçi String Teory ile ilgileniyordu.

John Schwarz isimli fizikçi kütlesiz bu parçacığın aslında graviton parçacığı olabileceğini öne sürdü.

Schwarz ve Green 1984 yılında String Teori’sinin anormallikleri ile uğraştıktan sonra sonunda çalışmaları meyvesini verdi.

Sicimler (String): Eğer bir atomu Güneş Sistemi kadar büyütseydik, String bir ağaç kadar olabilirdi.

String Teori’sinin ön gördüğü fazla boyutlar sicimlerin tamda titreşmesi gerektiği aralığı ayarlar. Evreni bir arada tutan 20 sabit sayıda bu şekilde tam dengededir.

1985’de tam 5 adet string teorisi vardı. Bazıları sicimleri açık uçlu tarih etmişlerdir. Bazıları ise kapalı halka.

• Uzay ve zaman üzerine son zamanlarda görüşler değişti. Artık değişmez olduğu düşünülmüyor.
• Einstein’a göre uzay eğilip bükülebilir. Fakat yırtılmaz (Solucan Delikleri)
• Fakat Kuantum dünyasında yırtıklar her zaman olur fakat sicimler bunların büyümesini engeller
• Maddenin en küçük yapıtaşı kuarklardır. String teorisyenleri kuarkların aslında titreşen sicimlerden oluştuğunu söylerler.
• Stringler farklı frekanslarda titreşerek tüm temel yapıtaşlarını oluştururlar.
• 5 farklı string teorisi Edward Witten tarafından birleştirilmiştir. (1995). M-Teory

M - THEORY

• 1995 - Edward Witten, 5 string teorisini birleştirmiştir.

• 11 boyut olması gerektiğini ortaya koymuştur.
• Diğer boyutları anlayabilmek için bir sinema deneyimini düşünebiliriz. Sinema perdesinde gördükleriniz 3 boyutlu görünmesine rağmen aslında 2 boyuttadır. Diğer boyutlarda aynen bunun gibidir.

Membrane (Brane -> Katman, Zar)

• Sonuncu eklenen boyut stringlerin bir brane’e dönüşmesine olanak veriyordu.
• Bir brane yeterli enerji ile bir evren kadar genişleyebilir.
• M-Theory çok fazla brane olduğunu öne sürer yani paralel evrenler.
• M-Theory’sinde sicimler iki ucu membranlera bağlı iplik şeklinde sicimlerdir. Fakat kapalı halkalı sicimler de mevcuttur.
• Yer çekimi işte bu halka tipi stringlerden oluşur. Bu yüzden yer çekimi diğer kuvvetlere oranla çok çok çok zayıftır çünkü diğer zarlara kaçış oluyor.

Big Bang

M-Theory’sine göre membranelerin çarpışması olayıydı. Hatta bu özel bir olay değil sürekli olan bir şeydir. Parçacık Hızlandırıcılarla, Graviton denilen parçacığın kaybolması olayı gözlenmeye çaılşılır. Süpersimetri (tüm atomaltı parçacıkların karşıtı) olayı araştırılır. Çünkü String Teory’si bunun olması gerektiğini savunur.