Sicim Teorisi Nedir?

Sicim teorisinin basitleştirilmiş bir açıklaması ve kısa tarihi

    Sicim teorisi, teorik fizikçilerin büyük bir hayalini temsil eder - tek bir matematiksel resimde tüm kuvvetlerin ve maddenin tanımı. Ancak sayısız makale, konferans ve kuru silinebilir işaretleyiciden sonra, bir zamanlar birçoklarının umduğu nefes kesici buluş her zamankinden daha uzak görünüyor. 

    Bununla birlikte, gösterişli ilerleme belirtileri olmasa bile, ortaya çıkan içgörü hem fizik hem de matematik üzerinde derin bir iz bıraktı. Beğen ya da beğenme ( ve bazı fizikçiler kesinlikle beğenmez ) sicim teorisi kalıcıdır.

Sicim teorisi basitleştirildi

    Sözde "Her Şeyin Teorisi" adayı olan sicim teorisi, çeşitli teorik bilmeceleri ele almayı amaçlamaktadır; en temel olanı elektronlar ve fotonlar gibi küçük nesneler için kütle çekiminin nasıl çalıştığıdır. Genel görelilik, yerçekimini gezegenler gibi büyük nesnelerin uzayın eğimli bölgelerine tepkisi olarak tanımlar, ancak teorik fizikçiler yerçekiminin sonuçta daha çok manyetizma gibi davranması gerektiğini düşünüyor - buzdolabı mıknatısları, parçacıkları fotonları buzdolabı parçacıklarıyla değiştirdiği için yapışıyor. Of dört kuvvetler Doğada sadece yerçekimi, küçük parçacıklar açısından bu tanımdan yoksundur. Teorisyenler, bir yerçekimi parçacığının nasıl görünmesi gerektiğini tahmin edebilirler, ancak iki "graviton" birbirine çarptığında ne olacağını hesaplamaya çalıştıklarında, küçük bir alana doldurulmuş sonsuz miktarda enerji elde ederler - matematiğin bir şeyi kaçırdığına dair kesin bir işaret.

    Teorisyenlerin 1970'lerde nükleer fizikçilerden ödünç aldıkları olası bir çözüm, sorunlu, nokta benzeri graviton parçacıklarından kurtulmaktır. İpler ve yalnızca sicimler, fiziksel olarak imkansız sonsuzlukları ima etmeden temiz bir şekilde çarpışabilir ve geri tepebilir.

    İngiltere'deki Southampton Üniversitesi'nden teorik fizikçi Marika Taylor, "Tek boyutlu bir nesne - hesaplamalarda ortaya çıkan sonsuzlukları gerçekten evcilleştiren şey bu," dedi.

    Sicim teorisi, tüm madde ve kuvvet parçacıklarını tek bir öğeyle değiştirerek sayfayı evrenin standart tanımına çevirir: Bizim perspektifimizden parçacıklara benzeyen karmaşık şekillerde bükülen ve dönen minik titreşimli sicimler. Belirli bir notaya çarpan belirli bir uzunluktaki bir dizi bir fotonun özelliklerini kazanır ve katlanmış ve farklı bir frekansta titreşen başka bir tel bir kuark rolünü oynar ve bu böyle devam eder. Yerçekimini evcilleştirmenin yanı sıra, çerçeve, elektronun kütlesi gibi temel sabitleri açıklama potansiyeli açısından da çekici oldu. Bir sonraki adım, tellerin katlanmasını ve hareketini tanımlamanın doğru yolunu bulmaktır, teorisyenler umar ve diğer her şey takip eder.

    Ancak bu ilk basitliğin beklenmedik karmaşıklık pahasına geldiği ortaya çıktı - dizi matematiği tanıdık dört boyutta ( üç uzay ve bir zaman ) işe yaramadı. Sadece küçük iplerle görülebilen altı ek boyuta ( toplam 10 boyuta ) ihtiyacı vardı , tıpkı bir elektrik hattı çok tepeden uçan kuşlara 1 boyutlu bir çizgi gibi görünürken , tel üzerinde sürünen bir karıncaya 3 boyutlu bir silindir gibi görünüyordu. Bilmeceye ek olarak, fizikçiler 1980'lerin ortalarında birbiriyle çelişen beş sicim teorisi buldular. Her şeyin teorisi parçalandı.

Daha temel bir teori ortaya çıkıyor

    Önümüzdeki on yıl içinde, beş teori arasındaki ilişkileri araştıran bilim adamları, beklenmedik bağlantılar bulmaya başladılar.Bu, Princeton, New Jersey'deki Institute for Advanced Study'de bir teorisyen olan Edward Witten'in bir araya gelerek üniversitede 1995 sicim teorisi konferansında sundu. Güney Kaliforniya. Witten, Einstein'ın uzay ve zaman bükme görelilik kuramlarının Newton'un normal hızlarda hareket eden nesneler tanımına uyması gibi, beş sicim kuramının her birinin belirli bir durumda daha temel, 11 boyutlu bir kuramın bir yaklaşımını temsil ettiğini savundu.

    Yeni teori M-teorisi olarak adlandırılıyor, ancak bugüne kadar kimse hangi matematiksel formu alabileceğini bilmiyor. Taylor, "M" nin muhtemelen membran adı verilen yüksek boyutlu nesnelerden esinlendiğini söyledi, ancak teorinin somut matematiksel denklemleri olmadığı için "M" resmi anlamı olmayan bir yer tutucu olarak kalıyor. Taylor, "Bu gerçekten bizim cehaletimizin bir parametrizasyonuydu" dedi. "Kesinlikle her şeyi tanımlayan bu ebeveyn teorisi."

    Mümkün olan her durumda işe yarayacak bu genel denklemleri bulma girişimleri çok az ilerleme kaydetti, ancak temel teorinin iddia edilen varlığı, teorisyenlere sicim teorisinin beş versiyonu için matematiksel teknikler geliştirmek ve bunları doğru bağlamda uygulamak için gereken anlayış ve güveni verdi.. İpler, akla gelebilecek herhangi bir teknolojiyle tespit edilemeyecek kadar küçüktür, ancak ilk teorik başarılardan biri , 1996'daki kara delik entropisini tanımlama yetenekleriydi.

    Entropi, bir sistemin parçalarını düzenleyebileceğiniz yolların sayısını ifade eder, ancak bir kara deliğin aşılmaz derinliklerini göremeden, içinde ne tür parçacıkların yatabileceğini veya hangi düzenlemeleri yapabileceklerini kimse bilemez. Yine de 1970'lerin başında Stephen Hawking ve diğerleri entropinin nasıl hesaplanacağını göstererek kara deliklerin bir tür iç yapıya sahip olduğunu öne sürdüler. Kara deliğin yapısını tanımlama girişimlerinin çoğu yetersiz kalıyor, ancak varsayımsal dizelerin konfigürasyonlarını hesaplamak işe yarıyor. Taylor, "Sicim teorisi bir nokta üzerinde sayım yapabildi," diyor, "kabaca doğru yapmakla kalmıyor."

    Bununla birlikte, dizi çerçevesi hala birçok zorlukla karşı karşıyadır: Doğru olanı ayırt etme umudu çok az olsa da, parçacık fiziğinin Standart Modelinin geniş özelliklerine uyduğu görülen ekstra boyutları katlamak için imkansız sayıda yol üretir. Dahası, tüm bu modeller kuvvet parçacıkları ile süper simetri adı verilen madde parçacıkları arasında, ekstra boyutlar gibi, dünyamızda gözlemlemediğimiz bir denkliğe dayanıyor . Modeller ayrıca genişleyen bir evreni tanımlamıyor gibi görünüyor.

    Columbia Üniversitesi'nden Peter Woit gibi bir dizi fizikçi, gerçeklikten bu farklılıkları ölümcül kusurlar olarak görüyor . "Sicim teorisi birleştirme araştırmasındaki temel sorun, ilerlemenin son 30 yılda yavaş olması değil," diye yazdı , "ama olumsuz oldu, öğrenilen her şey fikrin neden işe yaramadığını daha açık bir şekilde gösteriyor.."

    Ancak Taylor, bugünün modellerinin aşırı derecede basit olduğunu ve kozmolojik genişleme ve süpersimetri eksikliği gibi özelliklerin bir gün gelecekteki sürümlere yerleştirilebileceğini savunuyor. Taylor, yerçekimi dalgası astronomisinin yeni çağının, kuantum yerçekimi hakkında yeni bilgi yığınları getirmesine karşın, matematiği sicim teorisinin derinliklerine doğru takip etmeye devam ederek daha fazla ilerleme kaydedileceğini umuyor. "Teorik bir önyargım var," dedi, "ama betimlediğim türden bir atılımın bir kara tahtadan, düşünceden geldiğini düşünüyorum."

    Sicim teorisi matematiği, yalnızca küçük sicimler tarafından görülebilen altı ek boyut ( toplamda 10 ) gerektiriyordu , tıpkı bir elektrik hattı, çok tepeden uçan kuşlara 1 boyutlu bir çizgi gibi görünürken , tel üzerinde sürünen bir karıncaya 3 boyutlu bir silindir gibi görünüyor.

Modern sicim teorisi matematiksel noktaları birleştirir

    Sicim teorisinin Her Şeyin Teorisi adaylığının nasıl geliştiğine bakılmaksızın, üretken bir araştırma programı olarak mirası, yalnızca matematiksel liyakate dayalı olarak garanti edilebilir. 

    Taylor, "Sadece matematikten öğrendiklerimiz anlamında çıkmaz bir yol olamaz," dedi. "Yarın bana evrenin kesinlikle süpersimetrik olmadığını ve 10 [ uzamsal ] boyutu olmadığını söylediyseniz, yine de matematiğin tüm dallarını birbirine bağlıyoruz." 

    Witten ve diğerleri, beş sicim teorisinin tek bir ebeveyn teorisinin gölgeleri olduğunu gösterdiklerinde, matematik ve fiziğe büyük katkı sağladığı kanıtlanan dualite adı verilen bağlantıları vurguladılar. 

    Dualite, farklı görünen ancak birinden diğerine çevrilebilen iki durum arasındaki soyut, matematiksel bir ilişkidir. Örneğin, kredi kartındaki bir kuş hologramını düşünün . 2D mi yoksa 3D mi? Fiziksel anlamda etiket düzdür, ancak görsel anlamda görüntünün derinliği vardır. Her iki açıklama da hologramın bir kuş içerdiği konusunda hemfikir.

    Fizikçiler, geometri ve sayı teorisi gibi görünüşte ilgisiz matematik dalları arasında köprü kurmak için benzer ikilikler kullandılar . Her biri ayrı bir dil olarak çalışır, ancak dualiteler matematikçilerin birinden diğerine çeviri yapmasına izin verir ve diğerinde yapılan hesaplamaları kullanarak bir çerçevede savunulamayan problemlere saldırır. Diğer dualiteler , kuantum hesaplamadaki zorlukların üstesinden gelmeye yardımcı olur . Taylor, "Yeni nesil iPhone'unuzu yapmayacak, ancak iPhone'unuzu 22. yüzyıla uygun hale getirebilir" dedi.

    Sicim teorisinin matematiğin farklı alanlarını birbirine bağlayan karanlık ağı aydınlatma yeteneğinin potansiyelinin bir işareti mi yoksa sadece şanslı bir tesadüf mü olduğu, tartışma konusu olmaya devam ediyor. Mayıs ayında İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde konuşan Witten, sicim teorisinin tam bir fiziksel teoriye dönüşeceğini artık eskisi kadar güvende hissetmese de içgüdüsü ona teorinin üretken araştırma alanı olmaya devam ettiğini söyledi..

    Dinleyicilere, "Bana göre, insanların tesadüfen, yerleşik fiziksel teorilere ve matematiğin pek çok farklı dalına çok fazla ışık tutan böylesine inanılmaz bir yapıya rastlaması mantıksız," dedi. "Genel girişimin doğru yolda olduğuna inanıyorum, ancak verdiğim argümanın bilimsel olarak ikna edici olduğunu iddia etmiyorum."