Sicim kuramı olarak da bilinen string theory nedir? Sicim kuramının ortaya çıkışı, savundukları ve anlaşılır şekilde açıklaması.
Sicim Kuramı
Fizikçilerin çoğu her ne kadar eksik olsa da iyi işleyen standart modelle çalışmaktan memnundur. Ama küçük bir bölümü de standart modeli onaylayacak ya da onu yıkıma uğratacak testler yapılmadan önce bile yeni bir fizik arayışına girmiştir. Dalga-parçacık ikiliği üzerine yeni bir eğilimi benimseyen bazı fizikçiler temel parçacıkları katı birer küre olarak ele almak yerine bir sicimdeki dalgalar olarak düşünerek açıklamaya çalışıyor. Bu fikir medyanın da ilgisini çekmiştir ve sicim kuramı olarak bilinir.
Kuark, elektron ve foton gibi temel parçacıkların bölünemez madde veya enerji öbekleri olduğu düşüncesi sicim kuramcılarını tatmin etmiyor. Belli bir kütle, yük veya ilgili enerjiyi veren örüntüler onlarda bir başka organizasyon düzeyini akla getiriyor. Bu biliminsanları böylesi örüntülerin derin bir uyuma işaret ettiğine inanıyor. Buna göre her kütle ve enerji kuantumu aslında çok minik bir sicimin titreşmesiyle oluşan bir harmoniktir. Yani parçacıklar katı damlalar olarak değil de titreşen teller ya da sicim ilmekleri olarak düşünülebilir. Bu bir anlamda Kepler’in ideal geometrik nesnelere olan aşkının yeniden canlanmış bir halidir. Sanki parçacıklar tek bir sicimle çalman notalardan oluşan birer örüntüdür.
Titreşimler
Sicim kuramında sicimler bir gitarın üzerindeki teller gibi değildir. Gitar telleri uzayda üç boyutlu titreşir; eğer bir düzleme sınırlandırmamız gerekirse, uzunluğu boyunca aşağı-yukarı olacak şekilde iki boyutta titreştiğini de söyleyebiliriz. Ama atomaltı sicimler tek bir boyutta titreşir; yani noktasal parçacıklar gibi sıfır boyutlu değillerdir. Görebileceğimiz boyutlardan çok çok küçüktürler. Ama onlarla ilgili matematiği yaparken biliminsanları daha çok boyutla çalışır ve sicimlerin 10 ya da 11. boyutlardaki titreşimlerini hesaplarlar. Bizim dünyamız üç uzay boyutu ve bir zaman boyutundan oluşur. Sicim kuramcıları göremediğimiz, kıvrıldıkları için hiç fark edemediğimiz daha birçok boyut olduğunu düşünür. Parçacıkların sicimleri bu diğer dünyalarda titreşir.
Sicimler açık uçlu ya da ilmek şeklinde olabilir. Ama bunun dışında hepsi aynıdır. Yani temel parçacıkların bütün çeşitlilikleri sicimin yapıldığı malzemeden değil de sicimin titreşim örüntüsünden, harmoniklerden kaynaklanır.
Tuhaf fikir
Sicim kuramı tümüyle matematiksel bir fikirdir. Kimse bir sicim görebilmiş değildir. Hatta kimsenin onların varlığından nasıl emin olunacağı hakkında bir fikri bile yoktur. Dolayısıyla teorinin doğru ya da yanlış olduğunu sınayabilecek herhangi bir deney dahi yapılabilmiş değildir. Sicim kuramcılarının sayısı kadar sicim kuramı olduğu söylenir. Bu da kuramı biliminsanları açısından tuhaf bir konumda bırakır.
Düşünür Karl Popper bilimin ağırlıklı olarak yanlışlamayla ilerlediğini düşünüyordu. Bir fikirle ortaya çıkarsınız ve onu bir deneyle sınarsınız. Eğer yanlış olduğu ortaya çıkarsa, bir şeyleri dışarıda bırakarak düşünmeniz gerektiğini öğrenmiş olursunuz ve bilim ilerler. Eğer gözlem modele uygun çıkarsa, yeni bir şey öğrenemezsiniz. Sicim kuramı gelişimini tamamlamış olmadığından yanlışlanabilir herhangi bir hipotezi de henüz yok. Kuramın birçok varyasyonu olduğu için de bazı biliminsanları onun gerçek bilim olmadığını düşünüyor. Kuramın yararlı olup olmadığına ilişkin savlar dergilerde hatta gazetelerde sayfalarca yer kaplıyor. Ama sicim kuramcıları her şeye rağmen, çalışmalarının değerli olduğunu düşünüyorlar.
M-kuramı
Sicimler özünde çizgidirler. Ama çok boyutlu uzayda çok boyutlu birçok şekli içeren geometriler için bir sınır durumu oluştururlar. Genelleşmiş bu kurama M-kuramı denir. M’nin kendisinden geldiği söylenebilecek tek bir sözcük yoktur ama zar (membrane) ya da gizemden (mystery) geliyor olabilir. Uzayda ilerleyen bir parçacık bir çizgi çizer. Eğer nokta parçacık mürekkeple kaplı olsaydı doğrusal bir iz bırakırdı – ki ona dünya çizgisi deriz. Bir sicim de diyelim ki ilmek olsun, ilerlerken bir silindir oluşturur. Bu nedenle onun bir dünya düzlemi var deriz. Bu düzlemlerin kesiştiği ve sicimlerin koptuğu ve birleştiği yerlerde etkileşimler oluşur. Bu nedenle M-kuramı gerçekten de 11 boyutlu uzayda bütün bu düzlemlerin şekilleriyle ilgili bir çalışma alanıdır.
Her şeyin kuramı
Bütün parçacıkları ve etkileşimleri tek bir çerçevede açıklamaya çalışan sicim kuramı, dört temel kuvveti (elektromanyetizma, kütleçekim, güçlü ve zayıf çekirdek kuvvetleri) birleştiren ve parçacıkların kütleleri ile özelliklerini de açıklayan tek bir kurama “her şeyin kuramı”na yaklaşmaya çalışır. Bu, her şeyin temelinde yatacak derin bir kuram olacaktır. Einstein 1940’lı yıllarda kuantum kuramı ile kütle-çekimi birleştirmeye çalışmış ama başaramamıştı – o tarihten beri bunu başarabilen de çıkmadı. Başarılması imkânsız, boşuna bir çaba olduğu düşünülerek Einstein’ın çalışmalarıyla dalga geçilmişti. Sicim kuramı kütleçekimi denklemlerine katabiliyor; barındırdığı bu potansiyel nedeniyle de insanlara çekici geliyor. Bununla birlikte, onanması bir yana tam olarak formüle edilmesi için bile uzun bir zaman lazım.
Sicim kuramı, matematiğinin güzelliği sayesinde bir yenilik olarak ortaya çıktı.
1920’li yıllarda Theodor Kaluza harmonikleri parçacıkların bazı sıra dışı özelliklerini tanımlamak için kullanmıştı. Fizikçiler aynı matematiğin bazı kuantum olgularını da tanımladığını fark ettiler. Aslında dalgalı matematik hem kuantum mekaniğinde hem de onun uzantısı olan parçacık fiziğinde kullanılabilir. Bu daha sonra geliştirilerek ilk sicim kuramlarına doğru evrim geçirmiştir. Birçok varyasyonu vardır. Ayrıca tümüyle kuşatıcı bir kuram olmaktan da hâlâ biraz uzaktır.
Her şeyin teorisini bulmak genellikle indirgemeci olan ve yapıtaşlarının anlaşılmasıyla birlikte bütün dünyanın anlaşılacağını düşünen bazı fizikçilerin temel amacıdır. Eğer titreşen sicimlerden oluşan atomu çözerseniz, ondan yola çıkarak bütün kimyayı, biyolojiyi ve diğerlerini açıklayabilirsiniz. Bu yaklaşım diğer biliminsanlarma biraz komik gelir. Atomun bilgisi, sosyal kuram ya da evrim veya vergiler hakkında ne söyleyebilir ki? Her şeyin ölçeği kolayca büyütülemez. Böyle bir kuramın dünyayı atomaltı etkileşimlerin saçma gürültüsü olarak tanımlayacağını ve bunun nihilistçe ve yanlış olduğunu düşünürler, indirgemecilerin bakış açısı kasırga örüntüleri ya da kaos gibi apaçık makroskobik davranışları göz ardı eder. Steven Weinberg bunu şöyle betimlemiştir: “Tüyler ürpertici ve duygusuz. Olduğu gibi kabul edilmeli. Onu böyle sevdiğimiz için değil ama dünyanın işleyişi böyle olduğu için kabul etmeliyiz.”
Sicim kuramı ya da daha doğrusu kuramları hâlâ belirsizlik içindedir. Nihai bir kuram henüz ortaya çıkmış değildir. Fizik çok karmaşıklaşmış olduğundan kurama dahil edilecek de çok şey vardır ve dolayısıyla ortaya çıkması daha epey sürebilir. Evren’i çalmakta olan bir sürü harmonik olarak görmek çekicidir. Ama yandaşları bazen kendilerini ince ayrıntılara öylesine kaptırmaktadırlar ki daha büyük ölçekli örüntülerin önemini hafife almaktadırlar. Yani daha güçlü bir yaklaşım ortaya çıkana dek sicim kuramcıları kenarda oturabilirler. Ama bilimin doğası göz önüne alındığında araştırıyor olmaları -hem de alışılmadık bölgelerde- iyi bir şeydir.
