İçeriğe atla

Her şeyin teorisi

Her şeyin kuramı (HŞK), bilinen tüm fizik fenomenlerini bağlayan, onları tümüyle açıklayan ve yürütülen herhangi bir deneyin sonucunu prensipte tahmin edebilen kuramsal fizikte farazi bir kuramdır. Kuram; kuvvetli etkileşim, elektromanyetik etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim etkileşimi olmak üzere dört temel etkileşimden hareket ederek bu etkileşimler için gerekli olan değiş tokuş bozonlarını da her bir etkileşim türü için farklı özellikleri ile söz konusu sınıflandırmaya dahil eden standart modelin aslında ortak bir çatı altında toplanabileceği fikrinden yola çıkmıştır. Elektromanyetik ve zayıf etkileşimin Abdus Salam, Sheldon Glashow ve Steven Weinberg tarafından kısmen birleştirilmesi bazı umutlar doğurduysa da, aradan geçen zamana rağmen deneyleri ve kuramları tatmin edecek nitelikte yeni birleştirimler henüz sağlanamamıştır.

Bu kuram, "son kuram" olarak da adlandırılır.[1] Yirminci yüzyıl boyunca kuramsal fizikçiler tarafından, evrendeki her şeyi açıklayabilecek birçok kuram önerilmesine rağmen, bunların hiçbirisi şimdiye kadar deneylerle doğrulanmamıştır ya da doğrulanamamıştır. HŞK'yi oluşturmakta başlıca sorun, fizikte çözülememiş problemlerden biri olan; genel görelilik ve kuantum mekaniğinin birleştirilmesindeki zorluktur. Kısaca klasik fiziğin sonsuza uzanımı ve parçacıklar ile açıklanan kuantum dünyasının birleşmesi yeniden normalizasyon problemlerini de beraberinde getiriyor.

Başlangıçta, "her şeyin kuramı" terimi, değişik genelleştirilmiş kuramları ifade etmek için kullanılan alaycı bir anlam taşıyordu. Mesela, 1960'lı yıllarda Stanislaw Lem tarafından yazılan bilimkurgu hikâyelerinin bir kısmında yer alan Ijon Tichy karakterinin büyük dedesi, "Her şeyin genel kuramı" üzerinde çalışmış bir kişi olarak biliniyordu. İddiaya göre, bu terimin teknik literatüre girişi, fizikçi John Ellis[2] tarafından 1986 yılında Nature dergisinde yayınlanan makalesi[3] ile gerçekleşmiştir. Zamanla bu terim kuantum mekaniğinin popüler konuları arasına girmiş, tabiattaki temel tüm etkileşim ve parçacık kuramlarını (yerçekimi için genel görelilik, elektromanyetizma için temel parçacık fiziğindeki standart model, iki çekirdek etkileşimi ve bilinen temel parçacıklar) birleştiren ve açıklayan tek bir kuramı tanımlamak için kullanılmıştır.

Her şeyi birleştirme çabalarının tarihi

Arşimed bazı ilkeler veya aksiyomlar ışığında doğayı tanımlayan ve bu ilkeleri kullanarak yeni sonuçlara ulaşan ilk bilim adamı sayılabilir. Bu şekilde, birkaç aksiyomdan yola çıkarak "her şeyi" açıklamaya çalışmıştır. Bunun gibi, "her şeyin kuramı"nın da aksiyomlara dayalı olması ve bu aksiyomlarla tüm gözlemlenebilir olayları açıklaması beklenmektedir.

Democritus tarafından ortaya atılan atom kavramı de birleştirme fikrinin bir ürünüdür. Öyle ki, doğada gözlemlenebilir tüm olaylar atomun hareketinden kaynaklanmaktadır. Doğayı tanımlamak için kullanılan atomculuk modelinin bir parçası olarak, eski yunan felsefecileri doğada gözlemlenen olayların çeşitliliğini, atomların çarpışmasından ibaret olan tek bir çeşit etkileşime bağlamışlardır. 17. yüzyılda, atomculuktan sonra gelen mekanikçi felsefe ise kainattaki tüm kuvvetlerin atomlar arasındaki kuvvetlere indirgenebileceğini savunmuştur.

Tarihsel olarak ilk "birleştirme" diyebileceğimiz çalışma, Newton tarafından yapıldı. Kütleçekim yasasıyla Newton, yeryüzünde dalından düşen bir elmanın hareketiyle gökyüzündeki yıldızların hareketinin aynı fizik yasasıyla açıklanabildiğini gösterdi. Newton'in yaşadığı çağda, bilinen tek bir kuvvet vardı: Kütleçekim kuvveti.

19. yüzyılın başında Oersted, Weber, Ohm, Ampere ve Faraday, elektrik (kehribar kuvveti) ve mıknatıslarla yaptıkları çalışmalarla bu iki yeni kuvvetin doğasını bir miktar aydınlattılar. Elektrik ve manyetizma üzerine yaptığı çalışmalardan sonra Faraday, bir süre bu kuvvetleri tanımlayan denklemlerle mekanik yasalarının birleştirilip birleştirilemeyeceğini inceledi. Ancak bu araştırmasında başarısız oldu. Bu türden radikal bir kuram için henüz çok erkendi. Faraday'ın bu çalışmalarından kısa bir süre sonra bir başka İngiliz fizikçi, James Clerk Maxwell, farklı gibi görünen elektrik ve manyetik kuvvetlerin aslında aynı kuvvetin farklı görünümleri olduklarını gösterdi. Elektrik ve manyetik kuvvetleri birleştirerek elde edilen “elektromanyetizma” kuramı, modern anlamda ilk birleşik kuramdır: Elektromanyetik kuvvet.

Newton'un yasaları, her gün karşılaştığımız olaylardaki hızlar için doğru sonuçlar veriyor; ancak ışık hızına yakın hızlarda, ışığın evrendeki en büyük hız olma ilkesiyle çelişiyordu. Einstein bunun üzerine Newton'ın yasalarını genelleştirerek özel görelilik kuramını oluşturdu. Ardından kütleçekim yasasına el atan Einstein bunu da genel görelilik kuramıyla açıkladı. Böylece genel görelilik kuramı özel görelilik kuramıyla birlikte, evrendeki büyük ölçekli yapıları en başarılı şekilde açıklayan kuram olarak kabul edildi.

1927 yılında Brüksel'de toplanan konferansta "kuantum mekaniğinin matematiksel temelleri atıldı. Bu konferansta Niels Bohr ve Werner Heisenberg “dalga-parçacık ikilemi” fikrini ve "belirsizlik ilkesini" ortaya attılar. Böylece 1930'lu yıllara gelindiğinde fizikte iki önemli kuram vardı: Genel görelilik kuramı evrendeki büyük ölçekli yapılarla, kuantum kuramıysa evrendeki küçük ölçekli yapılarla ilgiliydi. Bu iki kuram da birçok gözlem ve deneylerle desteklenmiş olmalarına karşın hâlâ tam olarak anlaşılamamış özelliklere sahiptiler. Karl Schwarzschild ve daha sonra birçokları, genel görelilik kuramının fiziksel olarak kabul edilemez tekil çözümler içerdiğini göstermişlerdi. Kuantum kuramı da atom ölçeğinde çok başarılı olmasına karşın, daha büyük ölçeklerde, gözlemlerle çelişen sonuçlar veriyordu.

Paul Dirac, elektronun hareketini tanımlayan ünlü denklemini yazdı. Bu denklem aynı zamanda özel görelilik kuramının kuantum mekaniğinde kullanıldığı ilk örnekti. Enrico Fermi ve çalışma arkadaşları, atomun çekirdeğinde proton ve nötronların birbirleriyle sadece kütleçekimsel ve elektromanyetik kuvvetlerle değil, aynı zamanda "zayıf" ve “şiddetli” diye adlandırılan çekirdek kuvvetleriyle de etkileştiklerini öne sürdüler.

Ardından temel parçacıkların ortak özelliklerine göre sınıflandırılması çalışmaları oldu. Murray Gell-Mann şiddetli çekirdek kuvvetini bir kuantum alan olarak tanımladı. Gell-Mann'ın bu kuramından sonra kuantum alan kuramı olarak yazılmamış yalnızca iki kuvvet kalmıştı: zayıf çekirdek kuvveti ve kütleçekim kuvveti. Zayıf çekirdek kuvvetinin kuantum alan kuramı şeklinde ifadesi, 60'lı yılların sonunda Steven Weinberg ve Abdus Salam tarafından yapıldı. Ardından kuvvet taşıyıcı parçacıklara kütle kazandıran mekanizma, Peter Higgs ve Thomas Kibble tarafından geliştirildi.

Higgs mekanizması Weinberg ve Salam tarafından kullanıldı. Weinberg ve Salam elektromanyetik ve zayıf çekirdek kuvvetlerinin kuantum ifadelerini aynı kuramda birleştirdiler. Bu nedenle bu kurama “elektrozayıf kuramı” adı verildi. Elektrozayıf kuramı ve kuantum renk dinamiği kuramı beraberce doğada gözlenen üç kuvveti (kütleçekim dışındakiler) ve maddeyi oluşturan temel parçacıkları başarıyla açıklar. Bu iki kurama birlikte "standart model” deniyor.

Standart model deneylerle başarıyla sınanmış ve Higgs parçacığı dışında kuramın öngördüğü bütün parçacıklar gözlenmiş durumda. Bu nedenle standart model, parçacık fiziğinde ve birleşik kuramlarda gelinen en başarılı nokta. Ancak, standart model kütleçekimi kuramını içermiyor. Bu durum fizikçileri yeni arayışlara ve süpersimetri, süper kütleçekimi, süpersicim, süperzar ve M-kuramı gibi daha büyük simetriler içeren, -bazılarında- temel konusu parçacık olmayan kuramlar geliştirmeye itti.

Günümüzde en yakın ve akla uygun açıklama efektif teoriden bekleniyor, sonsuza uzanımın sonlu bir redüksiyonu da denebilecek temel formasyon peşi sıra entropi, Einstein Rosenberg köprüsü ile bağ kuran açısal kuantum momenti ve koordinatlarının Planck ölçeğinde kodlanması ve hata ayıklama protokollerinin yerçekimi ile olan ilişkisini dört boyutlu uzay zaman içerisinde önermesi (fırıl-spin teorisi altında) bu beklentinin esas nedenini oluşturmaktadır.

Kaynakça

  1. ^ # Weinberg (1993)
  2. ^ Ellis, John (2002). "Physics gets physical (correspondence)" 24 Mayıs 2011 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Nature 415: 957
  3. ^ Ellis, John (1986). "The Superstring: Theory of Everything, or of Nothing?" 7 Nisan 2012 tarihinde Wayback Machine sitesinde arşivlendi.. Nature 323: 595–598

İlgili Araştırma Makaleleri

Fizik, maddeyi, maddenin uzay-zaman içinde hareketini, enerji ve kuvvetleri inceleyen doğa bilimi. Fizik, Temel Bilimler'den biridir. Temel amacı evrenin işleyişini araştırmaktır. Fizik en eski bilim dallarından biridir. 16. yüzyıldan bu yana kendi sınırlarını çizmiş modern bir bilim olmasına karşın, Bilimsel Devrim'den önce iki bin sene boyunca felsefe, kimya, matematik ve biyolojinin belirli alt dalları ile eş anlamlı olarak kullanılmıştır. Buna karşın, matematiksel fizik ve kuantum kimyası gibi alanlardan dolayı fiziğin sınırlarını net olarak belirlemek güçtür.

Parçacık fiziğinde, bozonlar Bose-Einstein yoğunlaşmasına uyan parçacıklardır; Satyendra Nath Bose ve Einstein'a atfen isimlendirilmişlerdir. Fermi-Dirac istatistiklerine uyan fermiyonların tersine, farklı bozonlar aynı kuantum konumunu işgal eder. Böylece, aynı enerjiye sahip bozonlar uzayda aynı mekânı işgal edebilirler. Bu nedenle her ne kadar parçacık fiziğinde her iki kavram arasındaki ayrım kesin belirgin değilse de, fermiyonlar genelde madde ile bileşikken, bozonlar sıklıkla güç taşıyıcı parçacıklardır.

Temel etkileşimler veya Temel kuvvetler, fiziksel sistemlerde daha temel etkileşimlere indirgenemeyen etkileşimlerdir. Bilinen dört temel etkileşim vardır. Bunlar uzun mesafelerde etkileri olabilen kütleçekimsel, elektromanyetik etkileşimler ve atomaltı mesafelerde etkili olan güçlü nükleer ve zayıf nükleer etkileşimlerdir. Her biri bir alan dinamiği olarak anlaşılmalıdır. Bu dört etkileşim de matematiksel açıdan bir alan olarak modellenebilir. Kütleçekim, Einstein'ın genel görelilik kuramı tarafından tanımlanan uzay-zamanın eğriliğe atfedilirken diğer üçü ayrı kuantum alanlar olarak nitelendirilir ve etkileşimlerine Parçacık fiziğinin Standart Modeli tarafından tanımlanan temel parçacıklar aracılık eder.

Kütleçekim ya da çekim kuvveti, kütleli her şeyin gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de dahil olmak üzere birbirine doğru hareket ettiği doğal bir fenomendir. Enerji ve kütle eşdeğer olduğu için ışık da dahil olmak üzere her türlü enerji kütleçekime neden olur ve onun etkisi altındadır.

Graviton, günümüze kadar varlığı kanıtlanamamış, kütleçekim kuvvetini ilettiği varsayılan sanal bir parçacıktır. Einstein'ın Genel Görelilik teorisinin önemli bir parçasıdır. Gravitonun varlığı etkileri sayesinde bilinmektedir fakat onu ölçmek ya da gözlemlemek şimdilik olanaksızdır.

<span class="mw-page-title-main">Elektromanyetizma</span> elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet

Elektromanyetizma, elektrikle yüklü parçacıklar arasındaki etkileşime neden olan fiziksel kuvvet'tir. Bu etkileşimin gerçekleştiği alanlar, elektromanyetik alan olarak tanımlanır. Doğadaki dört temel kuvvetten biri, elektromanyetizmadır. Diğer üçü; güçlü etkileşim, zayıf etkileşim ve kütleçekim kuvvetidir.

Fizikte, kütle, Newton'un ikinci yasasından yararlanılarak tanımlandığında cismin herhangi bir kuvvet tarafından ivmelenmeye karşı gösterdiği dirençtir. Doğal olarak kütlesi olan bir cisim eylemsizliğe sahiptir. Kütleçekim kuramına göre, kütle kütleçekim etkileşmesinin büyüklüğünü de belirleyen bir çarpandır (parametredir) ve eşdeğerlik ilkesinden yola çıkılarak bir cismin kütlesi kütleçekimden elde edilebilir. Ama kütle ve ağırlık birbirinden farklı kavramlardır. Ağırlık cismin hangi cisim tarafından kütleçekime maruz kaldığına göre ve konumuna göre değişebilir.

<span class="mw-page-title-main">Parçacık fiziği</span>

Parçacık fiziği, maddeyi ve ışınımı oluşturan parçacıkların doğasını araştıran bir fizik dalıdır. Parçacık kelimesi birçok küçük nesneyi andırsa da, parçacık fiziği genellikle gözlemlenebilen, indirgenemez en küçük parçacıkları ve onların davranışlarını anlamak için gerekli temel etkileşimleri araştırır. Şu anki anlayışımıza göre bu temel parçacıklar, onların etkileşimlerini de açıklayan kuantum alanlarının uyarımlarıdırlar. Günümüzde, bu temel parçacıkları ve alanları dinamikleriyle birlikte açıklayan en etkin teori Standart Model olarak adlandırılmaktadır. Bu yüzden günümüz parçacık fiziği genellikle Standart Modeli ve onun olası uzantılarını inceler.

<span class="mw-page-title-main">Güçlü etkileşim</span> atom çekirdeği içindeki kuvvet bağlayıcı parçacıklar

Güçlü etkileşim, kuarklar ve gluonlar arasındaki etkileşimdir ve kuantum renk dinamiği kuramı ile betimlenir. Güçlü etkileşim, gluonlar tarafından taşınan ve kuarklar ile antikuarklara, ayrıca gluonların kendilerine etki eden kuvvettir. Gluon, Latince kökenli bir kelime olup, İngilizcedeki Glue kelimesinin köküdür ve yapışkan madde anlamını karşılamaktadır.

<span class="mw-page-title-main">Standart Model</span>

Standart Model, gözlemlenen maddeyi oluşturan, şimdiye dek bulunmuş temel parçacıkları ve bunların etkileşmesinde önemli olan üç temel kuvveti açıklayan kuramdır.

<span class="mw-page-title-main">Sheldon Glashow</span> Amerikalı teorik fizikçi

Sheldon Lee Glashow "temel parçacıklar arasındaki zayıf ve elektromanyetik etkileşimlerin birleşik kuramına katkıları ve bu çalışmaları kapsamında zayıf nötr akımı öngörmeleri" nedeniyle Steven Weinberg ve Abdus Salam ile birlikte 1979 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan Amerikalı fizikçidir.

<span class="mw-page-title-main">Kuantum mekaniği</span> atom altı seviyede çalışmalar yapan bilim dalı

Kuantum mekaniği veya kuantum fiziği, atom altı parçacıkları inceleyen bir temel fizik dalıdır. Nicem mekaniği veya dalga mekaniği adlarıyla da anılır. Kuantum mekaniği, moleküllerin, atomların ve bunları meydana getiren elektron, proton, nötron, kuark, gluon gibi parçacıkların özelliklerini açıklamaya çalışır. Çalışma alanı, parçacıkların birbirleriyle ve ışık, x ışını, gama ışını gibi elektromanyetik ışınımlarla olan etkileşimlerini de kapsar.

Parçacık fiziğinde şu anda bilinen ve kuramsal olan temel parçacıkları ve bu parçacıklarla oluşturulabilen bileşik parçacıkları içeren listedir.

W ve Z bozonları, zayıf etkileşime aracılık eden temel parçacıklardır. Bu bozonların keşfi parçacık fiziğinin Standart Modeli için büyük bir başarının müjdecisi oldu.

<span class="mw-page-title-main">Süpersicim teorisi</span>

Süpersicim kuramı parçacıkları ve temel kuvvetleri çok küçük süpersimetrik sicimlerin titreşimleri şeklinde modelleyerek onları tek bir kuramda anlatmayı amaçlayan bir denemedir. Kuram, kuantum kütleçekim kuramları arasında en umut verici olanlardan biri olarak düşünülür. Süpersicim kuramı, süpersimetrik sicim kuramı için bir stenodur çünkü bozonik sicim kuramından farklı olarak o sicim kuramının fermiyonları ve süpersimetriyi birleştiren bir versiyonudur.

Kuantum kütleçekim kuramsal fiziğin bir dalı olup doğanın temel kuvvetlerinden üçünü tanımlayan kuantum mekaniği ile dördüncü temel kuvveti kütleçekimin kuramı olan genel göreliliğini birleştireceği düşünülen bir kuramdır.

<span class="mw-page-title-main">Temel parçacık</span> Başka parçacıklardan oluştuğu bilinmeyen parçacıklar.

Temel parçacıklar, bilinen hiçbir alt yapısı olmayan parçacıklardır. Bu parçacıklar evreni oluşturan maddelerin temel yapıtaşıdır. Standart Model'de kuarklar, leptonlar ve ayar bozonları temel taneciklerdir.

Modern fizik, klasik fizik ile tanımlanamayan olayları açıklamak üzere ortaya atılmış teorilerin tümüdür. Einstein'ın özel görelilik kuramından, Max Planck'ın kara cisim ışıması kuramına; Schrödinger'in kedisinden, kuark ve bozonlara kadar her şey modern fizik adı altında buluşur.

<span class="mw-page-title-main">Klasik fizik</span> fizik dalı

Klasik fizik tamamlanmış veya uygulanabilir olan fiziğin, eski tarihlerde düşünülmüş modern teorilerle ilgilenir. Şu an kabul edilmiş bir teori modern sayılıyorsa ve o teorinin giriş cümlelerinde başlıca paradigma değişiminden bahsediliyorsa, eski teorilere genellikle “klasik” denilir. Bir klasik teorinin tanımı aslında içeriğine bağlıdır. Klasik fizik kavramı, modern fizik için fazlasıyla karmaşık olan belirli durumlarda kullanılır.

Standart Model ötesi fizik ile Standart modeldeki kütlenin kökeni, güçlü CP problemi, nötrino salınımı, baryon asimetrisi ve karanlık madde ve karanlık enerjinin doğası gibi kuramsal olarak geliştirilmiş olayların açıklanmaya çalışılması kastedilir.Standart model’in matematiksel taslağında bulunan başka problem de genel görelilik ile olan tutarsızlığı ve iki kuramında kesin koşullarda geçerli çökmesidir.. Standart model’in ötesinde süper simetri sayesinde en düşük süper simetrik standart model (MSSM) ve hemen hemen en düşük süper simetrik standart model (NMSSM), yapılan değişik açıklamalar sayesinde de sicim kuramı, M-kuramı ve fazladan boyutlar gibi çeşitli uzantılar bulunur. Kuramların hepsi güncel olayın bütünlüğünü tekrar üretmeye yatkın olduğundan, Her şeyin Kuramı’na adım atmaya ya da bunu bulmaya en yakın kuram sadece deneyler vasıtayla bulunabileceğinden kuramsal ve deneysel fizikteki en aktif konulardan biri standart modelin ötesindeki fiziktir.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.