İçeriğe atla

M teorisi

Kontrol Edilmiş
Sicim teorisi
Süpersicim teorisi
Kuram
Kavramlar
  • Sicim
  • Zar (M-kuramı)
  • D-zarı
  • Calabi–Yau çokkatlılığı
  • Holografi ilkesi
  • T-ikililiği
  • S-ikililiği
  • Kac–Moody cebiri
  • E8
İlgili başlıklar
  • Konformal alan teorisi
  • Süpersimetri
  • Süperkütleçekimi
  • Kuantum kütle çekimi
Bilim insanları
Terimler sözlüğü
  • Sicim teorisi sözlüğü

İngilizce'deki açılımı membrane theory yani zar kuramıdır. Güncel paradigmanın tanımlamalarına göre, bir kuram olmadığından baş harfi ile anılır. Beş farklı sicim kuramını birleştirme çabasıdır ve her şeyin kuramı olmaya en muhtemel adaydır.[]

Tanım

M-Kuramı Edward Witten (Princeton Üniversitesi) tarafından 1995 yılında, Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde yaptığı konuşmayla öne sürülmüştür. M-Kuramı, Süpersicim Kuramının yeni adı olarak kabul edilmiştir. "İkinci Süpersicim Devrimi" olarak da bilinir. "Her şeyin kuramı" ("The Theory of Everything"-TOE) na en yakın aday olarak görülmektedir.

Bu kuram 5 farklı Sicim Kuramı'nı birleştirmiştir ve 10 yerine 11 boyutlu bir evren resmi ortaya koymuştur. Şu an bilinen 3 boyutlu evrenimizi, çok daha büyük ölçülerde daha fazla boyuttan oluşan bir uzay-zaman içinde dolaşan üç boyutlu bir zar olarak tanımlar. İçinde yaşadığımız evrenin 11 ya da daha küçük boyutta bir uzay-zamanda bir ada (bir D-zar) olabileceği ve bu uzay-zamanda benzeri birçok evren olabileceği bu teoremle ortaya konuluyor.

Temeller

Bilim insanlarının, fiziğin birleşik kuramınını bulma umudu, 1970'li yıllarda Süpersimetrik kuramların tanımlanmasından beri daha da artmıştır. Ancak Süper Simetri, zayıf çekirdek etkileşimlerinde eşitliğin korunmaması gibi bazı deneysel sonuçlarla başa çıkamamıştır. Süper Sicim Kuramı ise, 1984 yılından sonra bazı anomalilerden temizlendikten sonra ve Süpersimetriden farklı olarak, kütleçekim kuvvetini taşıyan parçacığı (graviton) da içerdiği için bu anlamda en iyi adaydı. Fakat en büyük problem, 5 tane Süpersicim kuramı olması ve hâlâ kuramda bazı problemlerin (örn:pertürbasyon analizinden gelen sorunlar) olmasıydı. Tıpkı diğer tüm parçacık teorileri gibi sicim teorisi de bir pertürbasyon teorisidir. Sicimlerin hareketlerinden doğan etkileşimler pertürbasyon olarak ele alınmalıdır aksi halde sicimler düzgün doğrusal yörüngelerini izlerler. Gerçek hareketleri bulmak için sonsuz bir seri oluşturan hesapların yapılması gerekmektedir. Fakat Sicim Kuramında bu seriler giderek zorlaşmakla kalmıyor, aynı zamanda tek bir cevaba doğru yakınsamıyorlar. Bu da kuramda büyük bir soruna yol açmaktadır çünkü her zaman fazladan bir pertürbatif düzeltme hesabının öncekilerden daha kotü sonuçlar verdiği bir aşama olacaktır.

Witten, "pertürbasyon yönteminin" ötesine nasıl geçilebileceğine ilişkin bir strateji bulmuştur. Bu problemi dualite stratejisiyle aşmaya çalışarak, farklı süpersicim kuramları üstünde çalışan fizikçileri, aslında değişik dillerde yazılan kuramları çalışan insanlar olduğunu düşünmüştür. Geliştirdiği M-Kuramı ile, bu çok dilli sözlükteki kelimelerin karşılıkları araştırıldı ve beş süpersicim kuramıyla 11 boyutlu süperçekim kuramının, daha temel bir kuramın özel durumları olduğunu gösterildi.

Başka bir dualite de süpersicim kuramlarının zayıf ve şiddetli çiftlenim rejimleri arasındadır. Bu tip dualite ye S-dualitesi denir. Witten, S-dualitesi'ni kullanarak, süpersicim kuramlarındaki pertürbasyon analizinden gelen sorunların nasıl çözülebileceğini göstermiştir.

Kuramdaki M harfinin anlamı, Edward Witten tarafından açıklanmamış ve "Kuramı daha iyi anladıkça "M" nin ne olduğunu anlayacağız" demiştir. Fakat birçoklarına göre "M" nin anlamı "membrane" (zar) demek. Çünkü M-kuramının anlamlı olduğu 11 boyuttaki temel cisim, Süpersicim kuramının aksine sicim değil, zardır. Bazıları ise "M" harfini gizemli Mu Kıtası'yla ilişkilendirilen bazı düşünce ve öğretilerle özdeşleştirmektedir.

Gelişim

Bu kuramdaki ilk gelişme. Kaliforniya Üniversitesi'nden Joseph Polchinski tarafından gerçekleştirildi. Polchinski, beş süpersicim kuramının üçünde de (tip I, IIA, IIB) sicimlerden başka yüksek boyutlu cisimler olduğunu gösterdi. D-zar olarak adlandırılan bu cisimler, her zaman açık sicimin bittiği yerde bulunur. Böylece M-kuramının, çeşitli boyutlarda (0-zar=parçacık,1-zar=sicim,2-zar=zar,3-zar,....,9-zar) cisimleri içeren bir kuram olduğu anlaşılmıştır. Bu yeni kuramın en büyük başarısı, kara deliklerin D-zar kullanarak modellenmesiyle elde edildi. Çünkü genel görelilik kuramındaki karadeliklerle ilgili problemlerin ("bilginin kaybolması" paradoksu dahil) M-kuramıyla çözülmesi ümidi doğmuştu. Sonraki yıllarda D-zarlar, kuramsal yüksek enerji fiziğinden ve diğer birçok alanda da başarıyla kullanıldı.

Bilim adamlarının 11 boyutlu M-kuramından 4 boyutlu bilinen fiziği elde etme uğraşları sürerken, bu konuda yeni bir fikir son yıllara damgasını vurdu. Harvard Üniversitesi'nden Juan Maldacen, D-zar teknolojisini kullanarak yaşadığımız evrenin, Hiperbolik uzay-zamanın (Antide Sitter (AdS) uzay zamanı) yüzeyi olabileceğini ileri sürdü. Bu bakış açısına göre, M-kuramının 4 boyutta tanımlanabiliyor olması önemli ve gerekli değildir. M-kuramı 11 boyutta olabilir ve onun 4 boyutlu AdS yüzeyi üzerindeki izdüşümü (hologram) bize 4 boyutlu birleşik fiziği verebilir.

Benzeri bir başka düşünce Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Lisa Randall ve Boston Üniversitesi'nden Raman Sundrum'dan geldi. Bu fizikçiler evrenimizin 5 boyutlu düz ya da hiperbolik bir uzay-zamandaki 4 boyutlu bir D-zar olabileceği düşüncesini ortaya attılar. 5 boyutlu uzayın sahip olduğu temel nitelikler, 4 boyutlu fizikte halen cevabını bulamadığımız bazı temel sorulara çözüm getirebilir.

Ancak M-kuramının öngörüleri deneyler tarafından doğrulanması ve bir fizik yasası konumuna gelmesi için daha çok zaman var gibi görünüyor. Bunun için adım adım bazı öngörüler denenmeye başlanıyor. Örneğin şu an için M-kuramının olmazsa olmaz niteliği olan Süpersimetrinin olup olmadığı, planlara göre 2010 yılına kadar İsviçre'deki CERN laboratuvarında test edilecek. Halen süren başka bir deneyse, 4 uzay-zaman boyutundan başka milimetrik büyüklükte yüksek boyutların olup olmadığıyla ilgilidir.

Kaynakça

  • Gerard 't Hooft (In Search of Ultimate Building Blocks)
  • Cemsinan Deliduman (Bilim ve Teknik-Sicim Kuramı)
  • Ian Marshall & Danah Zohar (A to Z guide to All the New Science Ideas You Need to Keep Up with the New Thinking)

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.

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.

<span class="mw-page-title-main">Sicim teorisi</span> makro ve mikro kosmosun teorilerini birleştirmeye çalışan teori. (her şeyin 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.

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.

<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.

<span class="mw-page-title-main">Edward Witten</span> Amerikalı teorik fizikçi

Edward Witten Amerikalı teorik fizikçi ve İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde profesör. Süpersicim Teorisi'nde dünyanın önde gelen araştırmacılarından. Teorik fiziğe geniş katkılar yaptı ve matematiğin gelişimine katkılarından dolayı 1990'da Fields Madalyası ile ödüllendirildi. 1995'te, Güney Kaliforniya Üniversitesi'ndeki bir konferansta M-teorisinin varlığını ileri sürdü ve M-teorisini daha önce gözlenen birtakım ikilikleri açıklamak için kullanması sicim teorisi'nde ikinci süpersicim devrimi olarak adlandırılan yeni bir araştırmayı harekete geçirdi.

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">Boyut</span> matematiksel bir uzayda maksimum bağımsız yön sayısı

Fizik ve matematikte bir uzayın ya da nesnenin boyutu, gayriresmî olarak bu uzay ve nesne üzerindeki herhangi bir noktayı belirlemek için gereken minimum koordinat sayısı olarak tanımlanır. Bir doğru üzerindeki bir noktayı tanımlamak için bir koordinat gerektiğinden doğrunun bir boyutu vardır. Düzlem, kare ya da daire yüzeyinin iki boyutu vardır, çünkü bu yüzeyler üzerindeki herhangi bir noktayı tanımlamak için iki koordinata ihtiyaç vardır. Yine aynı şekilde küre, silindir ya da küpün içindeki bir noktayı tanımlamak için üç koordinat gerektiğinden bu boşluk üç boyutludur. İzafiyet Teorisi'nde ise zaman, dördüncü ve uzaysal olmayan boyut olarak eklenir.

<span class="mw-page-title-main">Sicim kozmolojisi</span>

Sicim kozmolojisi, ilk kozmolojinin sorularını sicim kuramındaki eşitlikleri uygulayarak çözmeye çalışan yeni bir alandır.Çalışmaların bağlantılı bölgesi brane kozmolojisidir. Bu yaklaşım sicim kuramının şişme kozmolojik modelinden türetilebilir, bu sayede ilk büyük patlama senaryolarına kapı açılmıştır. Fikir, eğimli bir arka planda bozonik sicim özelliği ile bağlantılıdır, düzgün olmayan sigma modeli olarak bilinir. Bu modelin ilk işlemleri beta işlevi olarak gösterilir, modelin sürekli ölçünü bir enerji düzeyinin işlevi olarak nitelendirir, Ricci tensörü ile orantılı olmakla birlikte Ricci akışına da mahal vermiştir. Bu model konformal değişmeze sahip olduğundan mantıklı bir kuantum alan kuramı olarak tutulmalı, beta işlevi ise ardından, hemen sıfır üreten Einstein alan eşitliği olmalıdır. Einstein’ın eşitlikleri bir şekilde yersiz görünse de, bu sonuç kesinlikle iki-boyutlu modelin daha fazla boyutlu fizik üretebileceğini göstermesi açısından dikkat çekicidir. Buradaki ilgi çekici nokta ise sicim kuramı gereksinim olmasa da düz bir arka plandaki tutarlıkla 26 boyut olarak formulize edilebilir. Bu Einstein’ın eşitliklerinin altında yatan fiziğin konformal alan kuramı ile açıklanabileceğine dair ciddi bir ipucudur. Aslında, bu sicim kozmolojisi için şişmeci bir evrene sahip olduğumuza dair bir kanıtımız olduğuna işarettir.Evrenin evriminde, şişme evresinden sonra, bugün gözlemlenen genişleme Firedmann eşitliklerinde tam anlamıyla tanımlanmıştır. İki farklı evre arasında pürüzsüz bir geçiş beklenir. Sicim kozmolojisi, geçişi açıklamakta zorluk çeker. Bu sözlükte zarif çıkış problemi olarak bilinir. Şişmeci kozmoloji skaler alanın varlığının şişmeyi zorladığını ima eder. Sicim kozmolojisinde bu durum dilaton alanına mahal verir.. Bu skaler ifade, düşük enerjilerin efektif kuramı olan skaler alanın bozonik sicimin tanımına girer. Bu eşitlikler Brans-Dicke kuramındakilere benzer. Nicel çözümlenimler boyutların kritik sayısını, (26), dörde düşürmeye çalışır. Genel olarak, Friedmann eşitliklerinden rastgele sayıda boyut elde edilebilir. Başka bir durum ise boyutların kesin sayısı etkili dört boyut kuramı ile çalışarak sıkıştırılmış evrenleri üretir. Sıkıştırılmış boyutlarda skaler alanların oluştuğu Kaluza-Klein kuramı buna bir örnektir. Bu alanlara modili denir.

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.

Kuramsal fizikte, süper kütleçekimi genel görelilik kuramı ve süpersimetriyi birleştiren bir alan kuramıdır. Süper kütleçekiminde, süper simetri bölgesel simetridir. Süper simetrinin üreteçleri Poincaré grubu ve süper-Poincaré cebiri ile sarılmıştır, süper kütleçekiminin süper simetriyi doğal olarak takip ettiği görülebilir.

Matematik ve kuramsal fizikte, ayna simetrisi Calabi-Yau dağıtımlar olarak adlandırılan geometrik cisimler arasındaki ilişkidir. Bu olay, şekilleri geometrik olarak farklı görünen altı boyutlu iki dağıtım için gerçekleşebilir ama yine de eğer bu boyutlar sicim kuramının gizli boyutları ise eşdeğerdirler. Bu durumda, altı boyutlu dağıtımlar için biri diğerinin aynası denir. Ayna simetrisi ilk olarak fizikçiler tarafından keşfedilmiştir. 1990'larda ne zaman ki Philip Candelas, Xenia de la Ossa, Paul Green ve Linda Parks ayna simetrisinin Calabi-Yau dağıtımında rasyonel dalgaların sayımında kullanılabileceğini, yani eskiden beri süre gelen problemlerin çözümünde kullanılabileceğini göstermiş; o zaman matematikçiler ayna simetrisiyle ilgilenmeye başlamışlardır. Ayna simetrisine orijinal yaklaşım kuramsal fizikteki kesin olmayan fikirlere dayansa da matematikçiler ayna simetrisindeki bazı matematiksel tahminlerde kesin ispat yapmışlardır. Bugün, ayna simetrisi soyut matematikte ana araştırma konusudur ve matematikçiler fizikçilerin görülerine dayanan ayna simetrisi için matematiksel bir anlayış geliştirmeye çalışmaktadırlar. Ayrıca, ayna simetrisi sicim kuramındaki hesaplamalar için temel bir araçtır. Ayna simetrisi için ana yaklaşımlar Maksim Kontseviç'in homolog ayna simetrisi programını ve Andrew Strominger, Shing-Tung Yau ve Eric Zaslow'un SYZ varsayımını içerir.

Kuantum alan kuramındaki birçok ilke sicim kuramı ile açıklanır:

Sicim kuramı, diğer fiziksel bilimlerin tarihinin aksine çekirdek bilimi ile daha alakalı bir tarihe sahiptir. Sicim kuramı, aslında fiziksel olarak test edilemeyen bir bilim olduğundan, fizik olup olmadığı tartışmaya açıktır, ancak kuramın türev paralelleri test edilebilir fiziktir. Dolayısıyla, kuramın gelişimini anlamak için kendi içindeki disiplinini anlamak oldukça işe yarayacaktır. Sicim kuramı, parçacık fiziğindeki noktasal parçacıkların yerini tek boyutlu sicim adında nesnelerin aldığını iddia eder kuramsal bir sistemdir. Birbirini izleyen girişimler bu kuramın özlü tarihi olmaktadır.

Beş boyutlu uzay fikri, matematikte sıklıkla ortaya çıkan soyut bir terim.

F. Takayama and M. Yamaguchi, Phys. Lett. B 485 (2000)Genel görelilik ve Süpersimetri teorilerinin birleştirilmesi ile süper kütleçekimi oluşmuştur. Gravitino (G͂), graviton denilen varsayılmış parçacığın, süper simetrideki kalibretik Fermiyonudur. Bu parçacık, Kara madde için bir aday olarak önerilmiştir.

Teorik fizikte anti- de Sitter/ konformal alan teorisi yazışması iki çeşit fiziksel teori arasındaki tahmini ilişkidir. Bir tarafta kuantum yerçekimi teorilerinde kullanılan ve M- teorisi veya sicim teorisi ile formülize edilen anti-de Sitter uzayları (AdS) vardır. Yazışmanın diğer tarafında kuantum alan teorileri olan ve temel parçacıkları tanımlayan Yang-Mills teorilerine benzer teoriler içeren konformal alan teorileri vardır.

<span class="mw-page-title-main">Kozmik sicim</span>

Kozmik sicimler evrenin erken yıllarındaki simetri kırıcı değişimde simetrinin kırılmasıyla alakalı vakum manifoldunun topolojisinin bağlanmamasıyla oluşan kuramsal tek boyutlu topolojik bozukluklardır.

Tüy yumakları birtakım süpersicim teoristleri tarafından, kara delikleri kuantumsal açıdan doğru tanımlamak amacıyla ortaya atılmış bir teoridir. Bu teori, modern fiziğin kara deliklere bakışındaki iki inatçı problemi çözmektedir.

  1. Karadeliğe düşen maddeler ve enerjiler, tekilliğin içerisinde kaybolurlar, dolayısıyla karadelik içine ne düşerse düşsün hiçbir fiziksel değişim geçirmezler, buna bilgi paradoksu denir.
  2. Klasik karadelik teorisine göre, karadeliğin kalbi sonsuz uzay zaman eğrilikleriyle doludur, bunun sebebi sonsuz yer çekimi ve sıfır hacimdir. Modern fizik ise sıfır ve sonsuz gibi parametreler işin içine girdiğinde bozulmaktadır.

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.