Sicim Teorisi Nedir?
Sicim teorisi, parçacık fiziğinde, kuantum mekaniğini Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi ile birleştirmeye çalışan bir teori. Sicim teorisi adı, atom altı parçacıkların, sıfır boyutlu nokta parçacıkları olarak modellendikleri daha geleneksel yaklaşımdan ziyade küçük tek boyutlu “Sicim benzeri” varlıklar olarak modellenmesinden gelir. Teori, belirli bir titreşim moduna giren bir sicimin kütle ve yük gibi belirli özelliklere sahip bir parçacığa karşılık geldiğini öngörmektedir.
Sicim teorisi“maddeler atomlardan, atom proton, nötron ve elektrondan oluşur. Proton ve nötronlar ise kuarklardan oluşur. Kuarklar ve elektronlar sicimlerden (ipliklerden) oluşmaktadır” diyor.
1980'lerde fizikçiler sicim teorisinin doğanın kuvvetlerinin dördünü de dahil etme potansiyeli olduğunu fark ettiler- yerçekimi, elektromanyetizma, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet—Ve her türlü madde tek bir kuantum mekanik çerçevede, bunun uzun zamandır aranan birleşik alan teorisi olabileceğini düşündürmektedir.
Sicim teorisi hala hızlı bir gelişme gösteren canlı bir araştırma alanı olmakla birlikte, esasen matematiksel bir yapı olarak kalmaktadır, çünkü henüz deneysel gözlemlerle temas kurmamıştır.
Görelilik ve Kuantum Mekaniği
1905 yılında Einstein uzay ve zamanı (uzay-zamana bakınız) özel görelilik teorisi ile birleştirdi ve uzayda hareketin zamanın geçişini etkilediğini gösterdi. 1915 yılında Einstein, uzayı, zamanı ve yerçekimini genel görelilik teorisiyle daha da birleştirdi uzay ve zamandaki çözgü ve eğrilerin çekim kuvvetinden sorumlu olduğunu gösterdi. Bunlar anıtsal başarılardı, ancak Einstein daha büyük bir birleşme hayal etti.
Uzay, zaman ve doğanın tüm güçlerini açıklayacak güçlü bir çerçeve tasavvur etti. Uzay, zaman ve doğanın tüm güçlerini açıklayacak güçlü bir çerçeve tasarladı - birleşik bir teori olarak adlandırdığı bir şey. Yaşamının son otuz yılı boyunca Einstein bu vizyonu amansızca sürdürdü.
Zaman zaman söylentiler başardığı konusunda yayılsa da, yakından inceleme her zaman bu umutları söndürdü. Einstein’ın çağdaşlarının çoğu, birleşik bir teori arayışını yanlış yönlendirilmemiş olsa bile umutsuz bir arayış olarak görüyordu.
Buna karşılık, 1920'lerden itibaren teorik fizikçilerin birincil kaygısı, atomik ve atomaltı süreçleri tanımlamak için ortaya çıkan çerçeve olan Kuantum Mekaniği idi. Bu ölçeklerdeki parçacıklar o kadar küçük kütlelere sahiptir ki, yerçekimi etkileşimlerinde aslında önemsizdir ve bu nedenle onlarca yıl boyunca kuantum mekanik hesaplamalar genel görelilik etkilerini göz ardı etti.
Bunun yerine, 1960'ların sonlarına doğru odak noktası farklı bir kuvvetti: atom çekirdeğindeki protonları ve nötronları birbirine bağlayan güçlü nükleer kuvvet. Avrupa Nükleer Araştırma Örgütü'nde (CERN) çalışan genç bir teorisyen olan Gabriele Veneziano, 1968'de, 200 yıllık bir formül olan Euler beta fonksiyonunun, daha sonra dünyadaki çeşitli parçacık hızlandırıcılarında toplanan güçlü kuvvet hakkındaki verilerin çoğunu açıklayabileceğini fark etmesiyle önemli bir atılım yaptı.
CERN(Hadron Çarpıştırıcısı).
Birkaç yıl sonra, üç fizikçi—Stanford Üniversitesi'nden Leonard Susskind, Niels Bohr Enstitüsü'nden Holger Nielsen ve Chicago Üniversitesi'nden Yoichiro Nambu-veneziano'nun anlayışını, önerisinin altında yatan matematiğin, küçük sicimlere (iplikçiklere) benzeyen küçük enerji filamentlerinin titreşim hareketini tarif ettiğini göstererek önemli ölçüde güçlendirdi.
Kabaca söylemek gerekirse, teori, güçlü kuvvetin, sicimlerin uç noktalarına bağlı parçacıkları birbirine bağlayan sicimleri oluşturduğunu öne sürdü.
Tahminler ve Teorik Zorluklar
Sicim teorisi sezgisel olarak çekici bir öneriydi, ancak 1970'lerin ortalarında, güçlü kuvvetin daha rafine edilmiş ölçümleri tahminlerinden sapmıştı ve çoğu araştırmacının Sicim teorisinin matematiksel terori olarak ne kadar zarif olursa olsun fiziksel evrenle hiçbir ilgisi olmadığı sonucuna vardı. Bununla birlikte, az sayıda fizikçi sicim teorisini sürdürmeye devam etti.
1974'te California Teknoloji Enstitüsü'nden John Schwarz ve École Normale Supérieure'den Joel Scherk ve bağımsız olarak Hokkaido Üniversitesi'nden Tamiaki Yoneya radikal bir sonuca vardı.Sicim teorisinin sözde başarısız tahminlerinden birinin—güçlü kuvveti inceleyen hiçbir deneyin karşılaşmadığı belirli bir kütlesiz parçacığın varlığının—aslında Einstein'ın öngördüğü birleşmenin kanıtı olduğunu ileri sürdüler.
Hiç kimse genel görelilik ve kuantum mekaniğini birleştirmeyi başaramamış olsa da, ön çalışmalar böyle bir birliğin tam olarak sicim teorisinin öngördüğü kütlesiz parçacığı gerektireceğini tespit etmişti. Birkaç fizikçi, sicim teorisinin, bu parçacığı temel yapısına oturtarak, büyüklerin (genel görelilik) ve küçüklerin (kuantum mekaniği) yasalarını birleştirdiğini savundu.
Bu fizikçiler, sadece güçlü kuvvetin bir açıklaması olmaktan ziyade, sicim teorisinin Einstein'ın Birleşik teorisine doğru kritik bir adım olarak yeniden yorumlanmasını gerektirdiğini iddia ettiler.
Duyuru evrensel olarak göz ardı edildi. Sicim teorisi, güçlü kuvvetin bir açıklaması olarak ilk enkarnasyonunda zaten başarısız olmuştu ve birçoğu, şimdi daha da zor bir sorunun çözümü olarak geçerli olmasının Olası olmadığını düşündü. Bu görüş, sicim teorisinin kendi teorik sorunlarından muzdarip olmasıyla desteklendi. Birincisi, bazı denklemleri tutarsızlık belirtileri gösterdi; bir diğeri, teorinin matematiği evrenin sadece ortak deneyimin üç uzamsal boyutuna değil, diğer altıya (toplam dokuz uzamsal boyut veya toplam on uzay-zaman boyutu için) sahip olmasını gerektirdi
Boyutlar ve Titreşimler
Bu engeller nedeniyle, teori üzerinde çalışan fizikçilerin sayısı 1980'lerin ortalarına kadar Londra Kraliçesi Mary Koleji'nden Schwarz ve Michael Green'e kadar düştü. Fakat 1984'te bu iki sert sicim kuramcısı büyük bir atılım gerçekleştirdi. Dikkat çekici bir hesaplama ile, sicim teorisi denklemlerinin sonuçta tutarlı olduğunu kanıtladılar.
Bu sonucun kelimesi fizik topluluğuna yayıldığında, yüzlerce araştırmacı üzerinde çalıştıkları şeyi bıraktı ve tüm dikkatlerini Sicim teorisine çevirdi. Birkaç ay içinde, sicim teorisinin birleşik çerçevesi şekillendi.
Bir keman telinin farklı titreşim kalıpları farklı müzik notalarını ortaya çıkardığı gibi, sicim teorisindeki küçük Sicimlerin farklı titreşimlerinin doğanın farklı parçacıklarını ürettiği düşünüldü.
Teoriye göre, sicimler o kadar küçüktür ki, parçacıklar uzun zamandır düşündüğü gibi, nokta gibi görünürler, ancak gerçekte uzunlukları vardır (yaklaşık 10¡³³(10 üzeri eksi 33) cm); bir parçacığın kütlesi ve yükü, bir sicimin nasıl titreştiğine göre belirlenir. Örneğin, sicim teorisi bir elektronun belirli bir titreşim paterninden geçen bir sicim olduğu; bir kuark ise, farklı bir titreşim modelinden geçen bir Sicim olarak düşünülür.
En önemlisi, titreşim paternleri arasında, fizikçilerin, doğanın güçlerini iletmek için deney tarafından bulunan parçacıkların olacağını da savundu. Böylece, sicim teorisi, tüm güçlerin ve tüm maddelerin aranılan birleşmesi olarak önerildi.
Önceki Yazı
Sonraki Yazı