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.
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.
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.
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.
Gluonlar kuarklar arasındaki güçlü etkileşimi sağlayan temel parçacıklardır. Bu etkileşim fotonların elektromanyetik etkileşmedeki rolüne benzer bir şekilde iki yüklü parçacık arasında momentum değişimini sağladığı düşüncesi ile benzerlik kurularak anlaşılabilir.
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.
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.
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.
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.
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.
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:
- Işıma ve emme: kuantum alan kuramının en temel olaylarından biri de parçacıkların diğer parçacıkları emme ve yansıtma özelliğidir. Bu sayede bir elektron kesin bir ihtimalle foton ve elektron olarak ayrılabilir. Bu sicim kuramında sicimlerin iki ayrılması olarak açıklanır bu yanlıştır. Bu süreç, kuramın tamamlayıcı bir kısmıdır. Orijinal sicimde bu biçimde ikiye ayrılabilir, bunun sonucunda iki sicim iki farklı parçacığı temsil eder.
- Bağlanma katsayısı: Bağlanma katsayısı, kuantum alan kuramında, kabaca, bir parçacığın, bir diğer parçacığı emme ya da yansıtma ihtimalidir, sonraki parçacık tipik olarak ayar bozonu olur. Sicim kuramında ise, bağlanma katsayısı, artık bir sabit değil, belirli bir biçimdeki dilaton isimli sicim sayısıdır. Bu biçimdeki sicimler sicimdeki uzay zamanının iki boyutlu olarak dallanmasıdır. Bu sicimlerin çokluğu uzay zamanın ile sicimlerin iki boyutta kazandığı eğri olarak ölçülür. Bu diğer sicimlerin ne kadar ayrılacağı ya da birleşeceği ihtimaline karar verir: uzay zamanında ne kadar iki boyutlu sicim eğrilirse o kadar tekrar birleşme ya da ayrılma ihtimali doğar.
- Dönüş: Kuantum alan kuramında, tüm parçacıkların kendine ait dönüşleri, s, içsel birer açısal momentumdur. Klasik olarak, bir parçacık ayarlanmış bir frekansta döner, ancak parçacıklar çok küçük bir boyutta ise bu anlaşılamaz. Sicim kuramında, dönüş sicimlerin dönme hareketiyle anlaşılır, örneğin; bir foton iyi tanımlanmış bileşenleri ile etrafında dönen ince düz bir çizgi gibi görünür.
- Ayar simetrisi: Kuantum alan kuramında, fiziksel alanların matematiksel tanımı fiziksel olmayan durumlar da içerir. Bu durumları, fiziksel süreçlerin tanımından ayırabilmek için ayar simetrisi adında bir mekanizma kullanılır. Bu, aynı zamanda sicim kuramı içinde geçerlidir, ancak sicim kuramında fiziksel olmayan durumları elden çıkarmak daha sezgisel bir süreçtir. En basit örnek fotondur: Foton vektörel bir parçacıktır. Matematiksel olarak, uzay zamanındaki her yönü işaret edebilir. Fotonun z yönünde hareket ettiğini varsayalım; daha sonra bu foton x, y, z uzaysal konumlarına ya da zamana yönelebilir.. Ancak, fiziksel olarak, foton zamanı ya da z yönünü işaret etmeyip .(boylamsal kutuplaşma), sadece x ve y yönlerini işaret edebilir.. Ayar simetrisi ise fiziksel olmayan durumları düzenlemek için kullanılır. Sicim kuramında, foton, kutuplaşma yönündeki küçük dalgalanan bir çizgi olarak tanımlanır. Eğer dünya levhasında bakarsak, foton z yönü ile açı yapan ve zaman yönünde genişleyen uzun bir şerit olarak görünecektir. ; bu yüzden de fotonun küçük boyutu x-y düzlemindedir. Bu levhanın kısa boyutu zamandaki kesin bir anın içerisinde tam olarak fotonun kutuplaşmasının yönündedir. Bu sayede, foton z ya da zaman yönlerini işaret edemez ve kutuplaşması enine doğru olur.
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.
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.
