Sicim teorisi

Sicim teorisi, parçacık fiziğinde, kuantum mekaniği ile Einstein'in genel görelilik kuramını birleştiren bir teori. "Sicim" adı, klasik yaklaşımda "sıfır boyutlu noktalar" şeklinde tarif edilen atomaltı parçacıkların, aslında "bir boyutlu ve ipliksi varlıklar" olabileceği varsayımına dayanır.

Sicim kuramı, belirli bir biçimde titreşen ipliksilerin, kütle ve yük gibi özelliklere sahip parçacıklar gibi davranabileceğini söyler. 1980'lerde fizikçiler, sicim kuramının doğadaki başlıca dört güç (kütleçekimi, elektromanyetizma, güçlü etkileşim [kuvvetli nükleer güç] ve zayıf etkileşim [zayıf nükleer güç]) ile maddenin tüm türlerini bir kuantum mekanik modelinde (uzun süredir beklenen "birleşik alan teorisi") birleştirme potansiyeline sahip olduğunu fark ettiler.

Sicim kuramı hızla gelişen ve üzerinde çok çalışılan bir alan olmakla birlikte, henüz deneysel gözlemi mümkün olmamış, matematiksel bir modeldir.

Detaylar

Kuramdaki temel fikir, gerçekliğin esas bileşenlerinin rezonans frekanslarında titreşen ve Planck uzunluğunda olan (10⁻³⁵ mm civarı) sicimler olduğudur.

Sicim teoremi 6 yeni boyut daha önerir, fakat bu boyutları standart anlamdaki mekân ve zaman boyutları değil, bunlara bağlı alt boyutlar gibi tanımlar (bildiğimiz 3 uzay ve 1 zaman boyutu üzerinde dairesel olarak katlanmış ekstra boyutlar).Örnek olarak bu boyutlardan biri 5. boyut olan paralel evren veya zamanda kırılma yaşanılan boyuttur. Bilindiği gibi herhangi bir atomdaki herhangi bir elektron bile katman değiştirse yeni bir paralel evren oluşabilir. Yine örnek olarak çok ince bir tel düşünelim 2 mm kalınlığında, bu tel uzaktan bakılınca bizim için tek boyutlu bir doğrudur, diğer boyutları bizim için yok gibidir. Fakat bu telin üzerinde hareket eden bir karınca için telin üzerinde sağa ve sola gidip tur atılabilir ve o yönlerde de boyut vardır. İşte o boyutlar ancak o seviyeye inince anlam kazanır ve her zaman gözükmezler. Membranların oluşturduğu parçacıkların da çok küçük yüzeyler olduğu ve onların seviyesine inince anlaşılabileceği düşünülmektedir. Bu yüzeyler farklı titreşimlerle farklı atom altı parçacıkları, bu atomaltı parçacıklar da birleşerek atomları oluşturmaktadırlar.

Atomun temel yapıtaşlarından biri olan proton aslında kendisini oluşturan alt parçacıklardan oluşmaktadır. Bu parçacıklar, hızlandırıcı ve çarpıştırıcı laboratuvarlarda yapılan deneylerle bulunmuşlardır; fakat, "bu parçacıkların altında hangi parçacıklar bulunmaktadır" ve "bunların yapı taşı nedir" sorularına cevap verilememektedir. İşte bu parçacıkları birbirinden farklı kılan sicim teorisine göre, 6 farklı boyut içeren ve değişik titreşimleriyle sicimsi parçacıklardır. Bu sicimler bir frekansta titreşip protonu, başka bir frekansta titreşip elektronu oluştururlar. Sicimler farklı titreşimlerde bulunarak farklı temel parçacıkları oluşturur. bu nedenle bildiğimizden fazla boyut kavramı ortaya çıkmıştır.

Şu anda evreni açıklayan iki fizik teorisi vardır: Birincisi, yıldızlar, galaksiler gibi çok büyük boyutlu maddeleri açıklayabilen, Einstein'ın görelilik teorisi, ikincisi ise atomlar gibi çok küçük boyuttaki maddeleri açıklayabilen kuantum mekaniği. Bu iki teori de aynı evreni açıkladığına göre, ikisini bir teoride birleştirildiğinde evreni bütünüyle anlamak mümkün olmalıdır. Ancak bu bugüne kadar başarılabilmiş değildir. Yapılan birkaç denemede bazı olasılıklar bulunmuş ancak bu olasılıklar sonsuz değer vermekte olduğu görülmüştür. Oysa olasılık 0 dan küçük 1 den büyük olmamalıdır. Sicim kuramından yararlanılarak yapılan çözümlerde bu sonsuzluklardan kurtulunup, makul sonuçlar elde edilmiştir. Bu birleşim, şimdiden bilim tarihinin en büyük adımı olarak kabul edilmektedir.

Sicim teoremi son gelişmeler ışığında membran (ince zar) teoremi (M-Kuramı) olarak anılmaktadır. Parçacıkların sicim değil, bir membran gibi olduğu ve farklı boyutlarda büzüştüğü düşünülmektedir. Membran-M olarak da adlandırılmaktadır.

Birçok fizikçi ispatlanabilir bir teori olmadığı için bu teoriyi benimsememektedir. Çünkü bahsedilen sicim membran parçacıkları ışığın en küçük dalga boyundan bile küçük olduğundan görüntülenmesi şimdilik olanaksızdır. Başka bir kanıt yolu da henüz bulunamamıştır.

Membran teoremi (M-Kuramı)'ne göre membran parçacıkları farklı boyutlarda büzüşerek onuncu boyutu oluşturmaktadır (tenthdimension 25 Ocak 2021 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.). Membran parçacıklarının farklı boyutlardaki her bir büzüşmesinden farklı evrenler oluşmaktadır ve onuncu boyut bu muhtemel evrenler ve bu evrenler arasındaki geçişleri de içermektedir. On birinci boyutu ise daha farklı membran parçacıklarının titreşimleriyle oluşan ve adına evren diyemeyeceğimiz "slackenuc"lar oluşturmaktadır. Slackenuc, bilmediğimiz muhtemel diğer evrenlere verilen bir isim değil, tamamen farklı membran parçacıklarının titreşimiyle oluşan, evren eşdeğerinde ve bazı öncü fizikçiler tarafından kabul edilen bir olgudur. Farklı membran parçacıklarının oluşturduğu "slackenuc"lar arasındaki geçişler de "anerk" adı verilen onikinci boyutu oluşturmaktadır ve anerkin muhtemel bütün olasılıkları barındırdığı düşünülmektedir. Anerk, bir anlamda, fizikçilerin tanrı kavramı için geliştirdikleri bir kuramdır.

M-kuramı 5 adet sicim kuramını (tip I, tip IIa, tip IIb, HO, HE) ve süperkütleçekimi kuramını birleştiren birleşik bir kuramdır. Birçok teorik fizikçi Doğa'nın doğru temel açıklaması yönünde bir adım olduğuna inananlar (bunların arasında Stephen Hawking, Edward Witten ve Juan Maldacena) vardır. Çünkü sicim teorisi kuantum alan teorisi ve genel görelilik için kombine bir açıklama sağlar, kuantum çekimin içinde aralarında genel bakış açısı ile aynı fikirde holografik prensip ve karadelik termodinamiği gibi kavramları kabul eder ve çünkü iç tutarlılığı önemsiz olmayan birçok kontrolden geçti Hawking'e göre özel olarak, "M-teorisi tek başına evrenin tam bir teorisi için adaydır. " Diğer fizikçiler aralarında Richard Feynman, Roger Penrose, ve Sheldon Lee Glashow, erişilebilir enerji ölçekleri'nde yeni deneysel tahminler sağlayan olmadığı için sicim teorisini eleştirdi ve her şeyin bir teori olarak bir başarısızlık olduğunu söyleyenler var.

Genel bakış

ölçekleme seviyeleri:
1. Makroskobik seviye: Kristal
2. Moleküler seviye
3. Atomik seviye: Protonlar, nötronlar ve elektronlar
4. Atomaltı seviye: Elektron
5. Atomaltı seviye: kuarklar
6. Sicim seviyesi

Sicim teorisi için başlangıç noktası temel Parçacık fiziği'nin nokta gibi parçacıklar da sicimleri denilen tek boyutlu nesneler olarak modellenebilir fikridir. Sicim teorisine göre, sicimlerin birçok yönden salınımı olabilir. Sicim, yarıçapı daha büyük mesafeli ölçeklerde, her salınım modu, kütle, yük ve sicim dinamiklerini tarafından belirlenen diğer özellikleri ile, parçacığın farklı bir türüne yol açmaktadır. Partikül emisyon ve soğurmaya karşılık ise sicimlerin bölme ve rekombinasyon parçacıklar arasındaki etkileşimleri neden olur veren, partikül emisyon ve soğurma karşılık gelmektedir. Sicimlerin titreşim modları için bir benzetme birden çok farklı müzik notaları olan bir gitar teli eseridir. Bu benzetmede, farklı notalar farklı parçacıkların karşılık gelmektedir.

Sicim teorisi olarak, sicim salınım modları biri kütlesiz, spin- 2 parçacık karşılık gelir. Yerçekiminin özelliklere sahip olan bir kuvvet aracılığı ile böyle bir parçacık çekimsel olarak adlandırılır. Sicim teorisi bir matematiksel tutarlı bir kuantum mekanik teori olduğuna inanılıyor olduğundan, bu graviton durumları varlığı, Sicim teorisi bir kuantum yerçekimi teorisidir anlamına gelir.

Sicim teorisi tam bir döngü oluşturmak için iki ayrı uca sahip hem açık sicimleri hem de kapalı sicimleri içerir. Sicim iki tür farklı parçacık türleri veren, biraz farklı şekillerde davranırlar. Örneğin, tüm sicim teorilerinde graviton sicim modları kapalı, ancak açık sicimlere sadece foton olarak bilinen parçacıklar karşılık gelebilir. Açık bir sicimin iki ucu her zaman karşı karşıya gelebilir ve kapalı bir sicim oluşturup bağlanabilir bu nedenle her sicim teorisi kapalı sicimler içerir.

İlk sicim modeli, bozonik sicim bozonları olarak bilinen parçacıkların sadece bu sınıfa dahil. Bu model, yeterince düşük enerjilerde de içeren bir kuantum kütleçekimi teorisi, (eğer açık sicimler de dahilse) bu foton gibi ölçek bozonları açıklar. Ancak bu modelin sorunları vardır. Ne en önemli olan teori temel bir istikrarsızlık olmasıdır, kendisinin uzay-zamanın (en azından kısmen) çürümesine neden olduğuna inanılmaktadır. Adından da anlaşılacağı gibi ek olarak, parçacıkların spektrumu sadece bozonları, foton gibi, özel davranış kurallarına uyan parçacıkları içerir. Kabaca söylersek, bozonlarda radyasyon bileşenleri bulunur, ancak bu fermiyonlardan yapılmış bir madde, süpersimetri icadır. Bir sicim teorisi nasıl inceleneceği bozonları ve fermiyonlar arasında matematiksel bir ilişki nedeniyle fermiyonlar içerebilir. Fermiyonik titreşimler içeren Sicim teorileri şimdi Süper sicim teorileri olarak bilinir, birkaç çeşit tarif edilmiştir, ama şimdi M-teorisi adı verilen sınırları farklı bir teori olduğu düşünülmektedir.

Sicim teorisi yerçekimi dahil olmak üzere temel etkileşimlerden bu yana hepsini içerir, birçok fizikçi tamamen bizim evreni açıklayan bu her şeyin bir teorisini yapacağını umuyoruz. Sicim teorisi güncel araştırma hedeflerinden biri, karanlık madde ve kozmik enflasyon makul bir mekanizma içeren, küçük bir kozmolojik sabit ile, standart model ile kantitatif aynıdır teorisinin bir çözüm bulmaktır. Henüz ne böyle bir sicim teorisi vardır, ne de teori ayrıntıları ne kadar özgür seçim yapmanızı sağlar bilinir olup olmadığı bilinmemektedir.

Sicim teorisinin zorluklardan biri henüz her koşulda tatmin edici bir tam teori tanımının var olmamasıdır. Sicimlerin saçılması en ileri düzey pertürbasyon teorisinin teknikleri kullanılarak tanımlanır, ancak nonperturbativ sicim teorisini tanımlamak için nasıl genellik olacağı bilinmemektedir. Ayrıca sicim teorisi (Sicim teorisi şekline bakın), bizim evrenin özelliklerini belirleyen uzay-zaman yapılandırma vakum durumu seçer herhangi bir ilkenin var olup olmadığı konusunda açık değildir.

Ayrıca bakınız

• Süpersimetri
• Sicim kuramının tarihi
• Genel görelilik
• Kuantum mekaniği

Daha fazla bilgi

Popüler kitaplar

Genel

• Davies, Paul (1992). Superstrings: A Theory of Everything?. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-43775-X. 
• Greene, Brian (2003). The Elegant Universe: Superstrings, Hidden Dimensions, and the Quest for the Ultimate Theory. New York: W.W. Norton & Company. ISBN 0-393-05858-1. 
• Greene, Brian (2004). The Fabric of the Cosmos: Space, Time, and the Texture of Reality. New York: Alfred A. Knopf. ISBN 0-375-41288-3. 
• Kaku, Michio (1994). Hyperspace: A Scientific Odyssey Through Parallel Universes, Time Warps, and the Tenth Dimension. Oxford: Oxford University Press. ISBN 0-19-508514-0. 
• Musser, George (2008). The Complete Idiot's Guide to String Theory. Indianapolis: Alpha. ISBN 978-1-59257-702-6. 
• Randall, Lisa (2005). Warped Passages: Unraveling the Mysteries of the Universe's Hidden Dimensions. New York: Ecco Press. ISBN 0-06-053108-8. 
• Susskind, Leonard (2006). The Cosmic Landscape: String Theory and the Illusion of Intelligent Design. New York: Hachette Book Group/Back Bay Books. ISBN 0-316-01333-1. 
• Yau, Shing-Tung; Nadis, Steve (2010). The Shape of Inner Space: String Theory and the Geometry of the Universe's Hidden Dimensions. Basic Books. ISBN 978-0-465-02023-2. 

İnceleme

• Penrose, Roger (2005). The Road to Reality: A Complete Guide to the Laws of the Universe. Knopf. ISBN 0-679-45443-8. 
• Smolin, Lee (2006). The Trouble with Physics: The Rise of String Theory, the Fall of a Science, and What Comes Next. New York: Houghton Mifflin Co. ISBN 0-618-55105-0. 
• Woit, Peter (2006). Not Even Wrong: The Failure of String Theory And the Search for Unity in Physical Law. Londra: Jonathan Cape &: New York: Basic Books. ISBN 978-0-465-09275-8. 

Ders kitapları

Fizikçiler için

• Becker, Katrin, Becker, Melanie, and Schwarz, John (2007) String Theory and M-Theory: A Modern Introduction . Cambridge University Press. ISBN 0-521-86069-5
• Dine, Michael (2007) Supersymmetry and String Theory: Beyond the Standard Model. Cambridge University Press. ISBN 0-521-85841-0.
• Kiritsis, Elias (2007) String Theory in a Nutshell. Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12230-4.
• Michael Green, John H. Schwarz and Edward Witten (1987) Superstring theory. Cambridge University Press.
  • Vol. 1: Introduction. ISBN 0-521-35752-7.
  • Vol. 2: Loop amplitudes, anomalies and phenomenology. ISBN 0-521-35753-5.
• Johnson, Clifford (2003). D-branes. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-80912-6. 
• Polchinski, Joseph (1998) String theory. Cambridge University Press.
  • Vol. 1: An Introduction to the Bosonic String. ISBN 0-521-63303-6.
  • Vol. 2: Superstring Theory and Beyond. ISBN 0-521-63304-4.
• Szabo, Richard J. (2007) An Introduction to String Theory and D-brane Dynamics. Imperial College Press. ISBN 978-1-86094-427-7.
• Zwiebach, Barton (2004) A First Course in String Theory. Cambridge University Press. ISBN 0-521-83143-1.

Matematikçiler için

• Aspinwall, Paul; Bridgeland, Tom; Craw, Alastair; Douglas, Michael; Gross, Mark; Kapustin, Anton; Moore, Gregory; Segal, Graeme; Szendröi, Balázs; Wilson, P.M.H., (Ed.) (2009). Dirichlet Branes and Mirror Symmetry. American Mathematical Society. 
• Deligne, Pierre; Etingof, Pavel; Freed, Daniel; Jeffery, Lisa; Kazhdan, David; Morgan, John; Morrison, David; Witten, Edward, (Ed.) (1999). Quantum Fields and Strings: A Course for Mathematicians. American Mathematical Society. ISBN 0821820125. 
• Hori, Kentaro; Katz, Sheldon; Klemm, Albrecht; Pandharipande, Rahul; Thomas, Richard; Vafa, Cumrun; Vakil, Ravi; Zaslow, Eric, (Ed.) (2003). Mirror Symmetry (PDF). American Mathematical Society. ISBN 0821829556. 19 Eylül 2006 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 3 Kasım 2013. 

Çevrimiçi malzeme

• Klebanov, Igor and Maldacena, Juan (January 2009). "Solving Quantum Field Theories via Curved Spacetimes". Physics Today.
• Schwarz, John H. (2000). "Introduction to Superstring Theory". arXiv:hep-ex/0008017 $2. 
• Witten, Edward (Haziran 2002). "The Universe on a String" (PDF). Astronomy Magazine. 19 Aralık 2012 tarihinde kaynağından (PDF) arşivlendi. Erişim tarihi: 19 Aralık 2005. 
• Witten, Edward (1998). "Duality, Spacetime and Quantum Mechanics". Kavli Institute for Theoretical Physics. 24 Mart 2016 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Aralık 2005. 
• Woit, Peter (2002). "Is string theory even wrong?". American Scientist. 15 Ağustos 2009 tarihinde kaynağından arşivlendi. Erişim tarihi: 16 Aralık 2005. 

Dış bağlantılar

• Why String Theory15 Ekim 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.—An introduction to string theory.
• Dialogue on the Foundations of String Theory9 Ekim 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. at MathPages
• Superstrings! String Theory Home Page14 Kasım 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.—Online tutorial
• A Layman’s Guide to String Theory3 Kasım 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.—An explanation for the layperson
• Not Even Wrong6 Eylül 2008 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.—A blog critical of string theory
• The Official String Theory Web Site6 Aralık 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.
• The Elegant Universe30 Nisan 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.—A three-hour miniseries with Brian Greene by NOVA (original PBS Broadcast Dates: October 28, 8–10 p.m. and November 4, 8–9 p.m., 2003). Various images, texts, videos and animations explaining string theory.
• Beyond String Theory21 Ocak 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.—A project by a string physicist explaining aspects of string theory to a broad audience
• The Elegant Universe: Series 23 Nisan 2016 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi. (Sicim teorisi ile ilgili çok güzel filmler. Bu linkteki 3 adet 8 bölümden oluşan birer saatlik filmden, sicim kuramı ile ilgili önbilgiyi, fizik bilgisi olan olmayan herkes edinebilir.)
• Beyond String Theory (Sicim teorisini fizikçi olmayanlar için de anlaşılabilir kılmayı hedeflemiş bir site. Newton ve Einstein'ın modellerinden başlayarak sicim teorisinin temellerini oluşturuyor ve sicim teorisinin kendisini de olabilecek en basit şekilde anlatıyor.)