40 yıla yakın tarihinde String Teorisi, ‘’hadronların ve herşeyin teorisinden’’ belki de ‘’hiçbirşeyin teorisine’’ dönüşmüştür. Gerçeği söylemek gerekirse modern String Teorisi, stringlerin bile bir teorisi değil; brane adındaki yüksek-boyutlu objelerin teorisidir.

(* Brane : Teorik fizikte cisimlerin uzaysal boyut olarak genişletilmiş halidir. 3 boyutlu bilinen uzayda, 1- en, 2- boy, 3- yükseklik olarak bilinen cisme yeni boyutlar eklenerek genişletilmiş halidir. 0-brane: Sıfır boyutlu parçacık, 1-brane: String (yay), 2-brane: Membranedir (zardır). Herbir p-brane, p+1 boyutlu öz-hacmi tarar. Bu aynı zamanda uzay-zamanı üretir. Kaynak:Vikisözlük)

Matthew Chalmers bu ucu bucağı olmayan, String Teorisi denilen kuramsal yapıyı çözmeyi denemekte ve pek çoğu deneysel veride kökleşmiş olan hayal gördüren fikirlerin, somut başarıların ve göz korkutucu meydan okuyuşların dünyasını şaşırtıcı bir şekilde gözler önüne sermektedir.

27-km’lik bir dairenin çevresinin nasıl soğutulacağı ve 37,000 tonluk daireyle çevrelenen süper iletkenli mıknatısların kamyona yüklü likit helyum kullanılarak 1.9 K dereceye nasıl çıkartılacağı gibi problemler normalde kuramsal fizikçilerin pek öyle heyecana kapıldıkları şeyler değildir. Bundan dolayı da; son zamanlarda teorideki realiteyle hiçbir alakası olmayan fikirleriyle ünlü string kuramcılarının gelecek Mayıs ayında faaliyete geçirilmesi beklenen CERN’deki  Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) meydana gelmiş en son gelişmeleri bildiren bu yılki Stringler07 Ana Konferansı’nı başlatmalarını öğrenmek sürpriz gelebilir.     

Haziran’ın sonlarında Madrid’de yapılan beş-günlük konferansta olasılık ne kadar ufacık olsa da; LHC’nin (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) String Teorisi için 14 TeV proton-proton çarpışmalarında ortaya çıkabilen delili önde gelen tartışmalar arasındaydı. Aslında konuşmalar bilhassa kozmolojiyle bağlantılı gerçek-dünya verisi dili, parçacıklar ve alanlarla zenginleştirilmişti. Gerçekte string kuramcıları bu daha somut kavramları ‘’GUT braneler’’, ‘’kurbağa yavruları’’, ‘’bükülmüş geçitler’’ gibi şeylerin saklandığı yüksek boyutlu matematiğin anlaşılması zor gramerinin içerisine gömmüşlerdir. Her nasılsa Stringler07, açık şekilde bir fizik olayıydı. Matematik, filozofi veya hatta belki de teolojiye (dinbilimine) ait bir olay değildi. Fakat String Teorisi’nin saf ve basit bir fizik olduğuna herkes inanmamaktadır.

20 senedir hararetli bir şekilde yerçekiminin Kuantum Teorisi’ni sağlayan ve doğanın dört kuvvetini birleştiren ‘’herşeyin mükemmel teorisi’’ olarak portrelenmekten zevk duymuş olan String Teorisi, geçen sene civarında biraz ağır bir darbe yemiştir. Bu eleştirinin pek çoğu iki kitabın yayınlanmasına dayandırılabilir: Bunlar, String Teorisi’ni diğer şeylerle birlikte test edilebilir herhangi bir tahmin yapmadan suçlayan Kanada’daki Perimeter Enstitüsü’nden Lee Smolin’in ‘’Fizik’le Olan Sorun’’ ve Amerika’daki Columbia Üniversitesi’nden Peter Woit’in ‘’Yanlış Bile Değil’’ kitaplarıdır. Bu da gazete ve magazin editörlerinin  iddialı bir çekişme için birleşmelerini sağlamıştır ve bazı eleştirmenler işi String Teorisi’nin Yaratılış Teorisi’nden daha fazla bilimsel olmadığına kadar götürmüşlerdir. (Fizik Dünyası Dergisi, Şubat sayısı sayfalar 38-39’a bakın). Eleştirilerin bazısı anlaşılabilir. String Teorisi yaklaşık 40 yıldır denenmesine karşın; pek çok fizikçi de dahil, pek çok insana dünyanın gerçekten nasıl çalıştığı hakkında yeni birşey anlatmıyor gibi gözükebilir.

Parçacık fiziğinin Standard Model’inin temelini oluşturan Birleşik Elektrozayıf Teorisi’ni geliştirmedeki rolünden dolayı 1979 Nobel Fizik Ödülü’nü alan Harvard Üniversitesi’nden Sheldon Glashow, ‘’ Üzülerek söylemek gerekirse, String Teorisi’ni değiştiren tek bir deneysel sonucu hayal bile edemem. Değiştirilemeyen doktrin sistemlerinin bilimin dünyasında yer almadığına inanarak yetiştirildim,’’ demiştir.

Şüphesiz String Teorisi açık deneysel  testle yüzleşmeden devam edilen, kuramsal-fizik araştırma programının değerinde, eşine rastlanmamış bir teoridir. Birileri bu kadar uzağa gitmenin uzun zaman alıp almayacağı hakkında tartışırken String Teorisi, şu anda iyi-formüle edilmiş bilimsel tahminleri yapma yeteneği olan fiziksel bir teori olmaktansa; kuramsal esas bir yapı olarak düşünülmektedir. Bu ışıkla görüntülendiğinde String Teorisi, son 35 yıldır gerçek dünyayı tarif etmede fevkalade başarılı olan Parçacık Alan Teorisi Standard Model’indense; Kuantum Mekanik ve Özel Relativite’yi birleştiren yapı olan Kuantum Alan Teorisi gibidir.

String Teorisi’nde önde gelen kişilerden biri olarak kabul edilen Princeton Üniversitesi’ndeki Gelişmiş Araştırma Enstitüsü’nden (IAS) Ed Witten, bu konu üzerinde çalışmayan birinin bu ayrımı esaslı bir şekilde anlamasının zor olduğunu itiraf etmektedir. “String Teorisi daha önce üzerinde çalıştığımız herhangi bir teoriden farklıdır. İnanılmaz şekilde zengin ve pek çoğu temel zemininde gömülü olan bir teoridir. Şu ana kadarki olan bilgi,  bilginin büyük bir kısmını ifade etse de; insanlar sadece yüzeydeki kırıntıları ve parçaları bilirler veya kazılanın yalnızca küçük bir kırıntısını keşfetmişlerdir,” demektedir. Bazı eleştirmenler de String Teorisi’ni en iyi çalışan modelimiz Kuantum Yerçekimi’nin evren hakkındaki temel sorulara ciddi şekilde cevap verebildiği gibi vermemesinden, yalnızca bu soruları cevaplandırmadaki başarısızlığından dolayı ağır bir şekilde eleştirmektedirler.

2004 Nobel Ödülü’nü Kuantum Kromodinamik‘teki (QCD) çalışmasından dolayı alan Santa Barbara’daki California Üniversitesi’nden (UCSB) David Gross, bazı soruların Kuantum Mekanik günlerinden kalma olduğunu söylemektedir. “String Teorisi bizleri Big Bang tekilliği ve Sabit Kozmoloji’de şimdiye kadar gözardı edilen veya insanları umutsuzluğa sürükleyen problemlerle yüzleşmeye zorlamakta,’’ demektedir. Gross, ayrıca pek çok insanın String Teorisi’nin adaletsiz bir şekilde yüksek standardlara erişmiş olduğunu düşündüğünü söylemektedir. Gross, “String Teorisi’nin LHC’deki (Büyük Hadron Çarpıştırıcısı) kara deliklerin üretimi veya gökyüzündeki kozmik stringler gibi niteliksel tahminlerle dolu olduğunu ve bu tahmin düzeyinin de neredeyse herhangi bilim dalında mükemmel şekilde kabul edilebilir bir düzeyde olduğunu, parçacık fiziğinde bir teorinin ancak deneyle tahminin onda bir ondalığı uyuşmazsa atılabildiğini,’’ söylemiştir.

Öyleyse doğanın tutarlı teorisi statüsüne yerleşeceği kesin olan, bir çeşit test edilebilir tahminleri yapmaktan bizi ne alıkoyuyor? Ve fizikten daha sınırsız hayal gücüne dönüşebilen birşey üzerinde çalışma görüşü, neden hâlâ dünyanın en parlak yüzlerce öğrencisini cezbetmeye devam ediyor? Zaten Stringler07 toplantısının yaklaşık 500 katılımcısının oldukça büyük bir kısmı kariyerlerinin en başlarındaydılar. Witten, “Doğanın String Teorisi’ni çalışmamızı seçtiğini düşündüğüne inanıyorum, çünkü insanların bu kadar zengin birşeyle tesadüfen karşılaştıklarına inanamam. Yüzleştiğimiz en büyük sorunlardan birisi de teorinin anlaşılmada çok zor olmasıdır,’’ demiştir.

Karşı Konulmaz Cazibe

String Teorisi bazı yönlerden kendi başarısının bir kurbanı gibi gözükmektedir. Teori, yerçekimini doğadaki üç değer temel kuvvet olan Elektromanyetizm, Güçlü ve Zayıf Kuvvetlerle aynı anda birleştirirken; modern fiziğin iki temel direği olan Kuantum Mekanik ve Einstein’ın İzafiyet Genel Teorisi’yle birleştirme amacında olmamıştır. Aksine String Teorisi, parçacık fizikçilerinin iki yıl önce deneysel gözlemlenen hadronların çokluğunu açıklamak için önerilen güçlü kuvvet modelinin aslında Kuantum Mekanik Stringler olduğunu farketmeleriyle hayata geçmiştir.

Erken resimde hadronların içerisindeki kuarklar küçücük bir string tarafından belirli bir gerilimle birbirlerine bağlıymış gibi gözükmektedirler. Bu da çeşitli farklı tiplerdeki hadronların 1 boyutlu kuantum stringlerdeki farklı titreşimsel modlar açısından düzenli şekilde organize olabildikleri anlamına gelmektedir. Bu modelin yeri, parçacıklara string-benzeri yerine nokta-benzeri davranan bir Kuantum Alan Teorisi olan QCD tarafından kısa zamanda alındıysa da;  dünyanın tel tel olan resminin hadronlardan daha dikkate değer birşeyi sakladığı kısa zamanda netlik kazanmıştır.

‘’String Teorisi, evrenin “DNA”sının bir teorisidir, fakat biz yalnızca kendi uzayımızın yerel parçası olan tek bir ‘’hayat formu’’ üzerinde çalışıyoruz.Bu sanki Gregor Mendel’in, çift helikse ve A,C,G ve T’nin dört temelini keşfetmek için yalnızca tek bir bezelyeye sahip olması ve basit bir büyütecin üzerinde çalışması gibidir.’’  Leonard Susskind, Stanford Üniversitesi

BİR BAKIŞTA STRİNG TEORİSİ :

● String Teorisi ‘’temel parçacıkların’’, 10 üzeri -35  m uzunluktaki 1 boyutlu stringler tarafından tanımlanan doğanın daha temel katmanının bir göstergesi olduğuna işaret eder.

● Teori, 1968’de güçlü kuvveti tanımlamak için yapılan denemelerden meydana çıkmıştır. Fakat kısa sürede yerçekimini doğanın diğer üç güçlü kuvvetiyle birleştiren ‘’herşeyin teorisi’’ olma potansiyeline erişmiştir.

● String Teorisi, string titreşimleri için olan bütün temel etkileşimleri anlatan bir iskelettir. Fakat bu mükemmel resim yalnızca 10 boyutlu süpersimetrik dünyada doğru olmaktadır.

● Araştırmacılar asimetrik 4 boyutlu dünyamızı tarif etmek için en azından 10 üzeri 50 boyutlu çözümün olduğu muazzam tabiata yönelip,ekstra boyutları ‘’sıkıştırmanın’’ ve ‘’süpersimetriyi kırmanın’’ yollarını bulmalılar.

● Bazı araştırmacılar String Teorisi tabiatını yorumlamak için çekişmeli bir şekilde antropik prensibe başvurmuşlardır. Fakat diğerleri bazı türlerdeki dinamik seçim prensibini ileri sürmektedirler.

● 1995’den beri araştırmacılar String Teorisi’nin aslında ikilik diye adlandırılan, derin matematiksel bağlantıları kolaylaştıran yüksek boyutlu objeler olan brane’lerin teorisi olduğunu anlamışlardır.

● Bazı kesin durumlarda bu ikilikler String Teorisi’ni Kuantum Alan Teorisi’ne eşdeğer yapmaktadır ve String Teorisi’nin M-Teorisi diye adlandırılan eşsiz bir formülasyona sahip olduğunu ileri sürmektedir.

● Başka hiçbir açık tahmine imkan vermemesine rağmen; String Teorisi fizikçilere kara delikler hakkında daha iyi kavrama gücü vermiş ve kuark-gluon plazması olarak adlandırılan maddenin mutlak halinin üzerinde çalışmak için analitiksel bir araç sağlamıştır.

● String Teorisi için olan delil yeni parçacıklar biçiminde CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda ortaya çıkabilir ve kozmolojik veri String Teorisi’ni test etmek için bundan daha başka yollar da sağlamaktadır.

● Kuantum yerçekiminin en iyi çalışan teorisi olan String Teorisi, Big Bang’in tekilliğinin doğası gibi diğer başka hiçbir teorinin başaramadığı soruları cevaplamaya yardımcı olabilir.

Başlangıçtaki hadronik string modelin birkaç probleminden birisi de, deneylerde yerde her tarafta dönmüş olması gereken kütlesiz ‘’spin-2’’ parçacıklarının yüksüz varlıklarının tahmin edilmesidir. Bunlar çeşitli hadronları tanımlayan ‘’açık’’ stringlerin uyumlarının aksine, her iki uçta bağlantılı olan stringlerin titreşimlerine benzemektedirler. Fakat 1974’de California Teknoloji Enstitüsü’nden John Schwarz ve diğerleri, bu kapalı döngülerin kesinlikle gravitonların bir özelliği olduğunu göstermişlerdir. Yerçekiminin uzay-zamanın eğiminden ortaya çıktığı klasik teori olan Genel İzafiyet’e dönmeyi denediğinizde, varsayımsal spin-2 parçacıkları Standard Model’deki gibi Kuantum Alan Teorisi’nin içerisinde birdenbire ortaya çıkmaktadırlar.

Temel string ölçeği yerçekimsel gücün zayıflığını açıklayan orijinal olarak teklif edilen büyüklüğün 10 üzeri 20 derece kadar küçüğü olsa da; String Teorisi, yerçekiminin potansiyel Kuantum Teorisi’ni anında ortaya koymuştur. 1970’de stringlerle hadronları ilk birbirine bağlayan Stanford Üniversitesi’nden Leonard Susskind, ‘’Kuantum Alan Teorileri, yerçekimiyle ilgili kuvvetlerin varlığına izin vermemektedir. String Teorisi yerçekimine izin vermekle kalmaz; yerçekimi teorinin temel matematiksel sonucudur. Şüpheci kimseler ona büyük yöntem, string kuramcıları ise BÜYÜK YÖNTEM diyorlar,’’ demiştir.

Kuantum Alan Teorisi’nin gözönüne aldığı bu bakış açısında String Teorisi başarılı olmaktadır, çünkü o gözlemlenebilir miktarların hesaplamalarının sapmasına ve manasız sonuçlar vermesine yolaçabilen kısa mesafeli karşılıklı etkileşimleri önlemektedir. Gauge simetri veya gauge grubuna dayanan SU(3)xSU(2)xU(1) ve  SU(3)’ün QCD (Kuantum Kromodinamik Teorisi) olduğu Standard Model’de ve SU(2)xU(1) olan Birleşik Elektrozayıf Teorisi’nde asıl parçacıklar, gauge bozonlar olarak adlandırılan yer değiştiren parçacıklar tarafından etkileşime uğrarlar.

Örneğin 1940’larda Feynman ve diğerleri tarafından geliştirilen, tüm zamanların orijinal ve en başarılı alan teorisi olan Kuantum Elektrodinamik (QED) tarafından ifade edilen elektromanyetik etkileşimde fotonlar araya girmektedirler. Bu etkileşmeler resimsel olarak uzay-zaman tarihleri veya nokta benzeri parçacıkların ‘’dünya sınırları’’ nerede ve ne zaman kesişirse oluşmaktadır. Böyle olan Feynman grafiklerinin en basiti de Kuantum Teorisi’nin klasik limitine uymaktadır. Teorinin çift oluşturma sabitesi tarafından tanımlanan temeli oluşturan etkileşimin dayanıklılığı sağlandığında veya QED durumunda olduğu gibi açık-yapı sabitesi zayıfladığında kuramcılar temeli oluşturan basit grafiğe bütün kuantum ‘’döngülerinin’’ düzeltmelerinin de ilave edilmesiyle oluşan bazı fiziksel işlemlerin olasılıklarını hesap edebilirler.

Yerçekimini Standard Model’in içerisine dahil etmeye çalıştığımız zaman, her nasılsa, teorinin çift oluşturma sabitesindeki kuvvet sırasını ifade eden  ‘’zihin karıştıran genişlemeler’’ düzensiz olmaktadır. Bu da Newton’ın yerçekimsel sabitesinin boyutsuza benzer şekilde olmadığından değil, diyelim ki açık-yapının sabit olmasından kaynaklanmaktadır. Sonuç olarak, Genel İzafiyet’teki uzay-zaman metriğinin nicelendirilmesiyle meydana çıkan gravitonlar, sınırsız olasılıklarla nokta benzeri etkileşimlere yol açarlar. String Teorisi bunu stringler tarafından çevrelenen iki boyutlu yüzeylerle uzay-zamanda nokta-benzeri parçacıklar tarafından planı çizilen 1 boyutlu yolların yerini değiştirerek kullanır. Bunun sonucunda, bütün temel etkileşimler topolojik olarak uzay zamanda yeniden bağlanan ve gruplara ayrılan iki boyutlu ‘’dünya katmanları’’ açısından ifade edilebilir. Böyle etkileşimlerin gerçekleşme olasılığı, string gerilimi olan tek parametre ve hiçbir zaman oluşmayan kısa mesafe uyuşmazlıkları tarafından verilmektedir.

Birleşik Krallık’taki Cambridge Üniversitesi’nden Michael Green, “String Teorisi 2 boyutlu Feynman grafiklerinin benzer bir toplamı olarak geliştirilmiştir.Fakat 2 boyutlu Karışıklık Teorisi’nin kurallarını çözümlemek problemin yalnızca başlangıcıdır,’’ demektedir. Çünkü Karışıklık Teorisi yalnızca uzay-zaman; öteki dünyaya ait epeyce bir özelliğe sahip olduğunda (bir tanesi de süpersimetridir) çalışmaktadır. İlk hadronik teoride stringler bozonikken, (yani titreşimleri Planck Sabitesi’nin birimlerindeki tamsayı değerlerinin döngüsüne sahip fotonlar gibi parçacıklara uymaktayken) dünya yarım-tamsayı döngüye sahip elektronlar ve protonlar gibi olan parçacıklardan, yani fermiyonlardan oluşmuştur.

1970’li yılların ortalarında Schwarz ve diğerleri, String Teorisi’nin fermiyonları sağlamasının tek yolunun her bir bozonik string titreşiminin parçacığa tamamen aynı kütleyle uyan süpersimetrik fermiyonik bir kopyaya sahip olması olduğunu farkettiler. Böylece String Teorisi, Süperstring Teorisi’nin kısaltılmış halidir ve LHC’nin ana hedeflerinden bir tanesi de böyle süpersimetrik parçacıkların gerçekten varolup olmadıklarını keşfetmektir. Bir diğer talep de, uzay-zamana yerleşen String Teorisi’nin görünüşe göre olan boyutlarının anlamsız sayısı üzerinedir. Örneğin orijinal bozonik teori, eğer yalnızca 26 boyutun içinde formüle edilirse; uzayda tercih edilir hiçbir yön olmadığını belirten gözlemlenmiş uzay-zaman simetrisi olan Lorentz Değişmezliği’ne uymaktadır.

Süperstringler daha sade bir 10 boyut istemektedirler: Dokuzu uzayın ve biri zamanın. Fakat, uzaya ait yalnızca üç boyutun olduğu unsurunu açıklamak için, string kuramcıları fazladan olan diğer altı boyutla başedebilmenin yollarını bulmak zorundadırlar. Bu da çoğunlukla ekstra boyutların çok küçük derecelerde ‘’sıkıştırılmasıyla’’ yapılmaktadır. Green, “ Onları ekstra boyut olarak adlandırmak, bir bakıma yanlış bir adlandırmadır çünkü Planck (string) ölçeğine göre herşey taneciklidir. Çünkü onlar kuantum mekaniksel olarak tanımlanmışlardır. Bir çeşit dahili uzay-zaman yapısı olarak düşünülmelidirler,” demektedir. Gerçeği söylemek gerekirse, eğer evren 4 boyutlu olmayıp da; 10 boyutlu olsaydı string kuramcılarının işi çok daha kolay olurdu. Stringlerin titreşim yapabildikleri ekstra altı boyuta sahip oldukları gerçeği; temel parçacıkların döngüleri ve yükleri gibi birtakım farklı, gizemli ana özelliklerin açıklamasını yapabilir.

‘’String Teorisi matematikteki ve Kuantum Alan Teorisi’ndeki yararlılığından dolayı dinden farklıdır, çünkü bir gün test edilebilir bir teori haline dönüşebilir.’’  Sheldon Glashow, Boston Üniversitesi

Süperstring  Devrimleri

Green ve Schwarz 1984’te Süperstring Teorisi’ndeki kuantum-mekaniksel anormallikleri gösterdiklerinde (mesela gauge değişmezliğinin ihlal edilmesi) şimdi ’ilk süperstring devrimi’’ diye adlandırılan teori, 10 boyutlu formüle edildiğinde ve belirli simetri grubu olan SO(32)’ye sahip olduğunda iptal olmuştur. Bu da String Teorisi’nin yalnızca hayli alışılmadık ve tutarlı bir fiziksel teori olduğu anlamına gelmekle kalmayıp; ona Standard Model simetri grubunu da dahil etmiştir. String Teorisi üç faktör tarafından dışarıda bırakılmışken, aslında fizikteki uzay-zaman boyutlarını tahmin eden ilk teori olmuştur.

String Teorisi anında ışık dalgalarının karışması ile üretilen koyu çizgiler aktivitesi olmaktan çok; teorik fiziğin temeli haline gelmiştir. Fakat devrim 1985’de bittiğinde araştırmacılar beş farklı String Teorisi’yle yüzleşmişlerdir: Açık ve kapalı stringleri kapsayan Tip I;  titreşimlerin zıt yönlerde seyahat edebildiği durumunu yansıtan, iki versiyona sahip olan (A ve B) ve yalnızca kapalı stringleri kapsayan Tip II ve farklı türdeki titreşimlerin iki mümkün yönde taşınmasına izin veren, iki “farklı” teori olan SO(32) ve E8 ×E8. Green, “Bu sanki beş Kuantum Alan Teorisi’nin Feynman grafiklerini bulmamıza benzer şekilde, aynı String Teorisi’nin altında yatan beş farklı klasik tahmini keşfetmemiz gibi,’’ demiştir.

String kuramcıları bu benzersizliğin eksikliğinden rahatsız olsalar da; ekstra altı boyutun nasıl sıkıştırılacağıyla beraber iki boyutlu Karışıklık Teorisi’nin beş farklı teoride nasıl çalışacağı problemiyle yüzyüze kalmışlardır. Pek çok araştırmacının teorik parçacık fiziğinin sonunun yakın olduğu kanaatinde olması sebebiyle, bu durum 1990’lara kadar devam etmiştir. Fakat bu çalışmanın bazısı 1990’da saygın Alanlar Madalyası’nı alan ilk fizikçi olan Witten tarafından yapılan 6 boyutlu ‘’Calabi-Yau’’ Uzayları çalışmasıyla saf matematik üzerinde büyük etkiye sahip olmasına rağmen; String Teorisi daha fazla hafifleştirilmeye karşı direnmiştir. Aslında teorinin yalnızca beş farklı klasik ‘’zeminde’’ olmasındansa; araştırmacılar String Teorisi’nin 4 boyutlu dünyamıza uydurulduğunda başa çıkılmaz tabiatın 10 üzeri 500 olasılığıyla yüzyüze geleceğimizi bildirmektedirler. Gross, “Neredeyse 40 yıl sonra, String Teorisi’nin hâlâ ne olduğunu bilmiyoruz,” diye haykırmaktadır. “En başından beri String Teorisi klasik zeminde tahminî çözümlerin temelini kuran bir kurallar dizisiydi ve bütün olan şey de buydu. Neyin değiştiği ise ikilik denilen matematiksel bağlantı ağı vasıtasıyla şimdi çeşitli çözümlerin  bağlantılı olarak bilinmesidir,’’ demektedir. Gross ayrıca,’’ Belirli durumlarda, bu ikilikler String Teorisi’ni Kuantum Alan Teorisi’ne eşdeğer yapmaktadır,’’ demektedir.

Beş farklı String Teorisi arasındaki ikilikler 1995’de ‘’ikinci süperstring devrimi’’ ile ortaya çıkmıştır ve stringlerin nokta parçacıklarına nazaran uzay-zamanı farklı algıladıklarını gözler önüne sermiştir. Mesela, TipIIA Teorisi’nin ekstra boyutlarının etki alanındaki halka, S ‘’ikiliği’’ Tip I Teorisi’ndeki güçlü çiftleşme sabitesiyle SO(32)’deki farklı teoriyle birlikte Karışıklık Teorisi’ni kullanmanın mümkün olabildiği yerde bağlantı kurmaktayken; ‘’T ikiliğindeki’’ TipIIB Teorisi, bir diğerine etki alanı 1/Rin’le eşdeğer olmaktadır.

Buna ilaveten böyle ikilikler, String Teorisi’ni bazı hesaplamalarda çözülebilir yapmak için Witten’ın ‘’M Teorisi’’ olarak adlandırdığı String Teorisi’nin temelinde yatan eşsiz, fakat bilinmeyen 11 boyutlu formülasyonunun tahmin edilmesini kolaylaştırmaktadır. Witten’ın Güney California Üniversitesi’nde Stringler95 konferansında sunduğu sonuç, String Teorisi’nin ‘’karışık olmayan’’ bölümünü anlamada muazzam bir gelişmeye yol açmıştır (Örneğin teoriyi tahmin etmedeki girişimlerin gitgide daha karmaşıklaşan bir dizi Feynman grafiğinde hata vermesi durumları).

Karışık olmayan etkiler Kuantum Alan Teorisi’nin gerçek dünyayı tanımlamayı sağlamasında, bilhassa da QCD durumunda kritiktir. Bu çünkü Karışıklık Teorisi’nin yalnızca protonlar ve diğer hadronlar gibi olan daha büyük sistemlere değil; güçlü kuvvetin izafi olarak zayıf olduğu basit, tek başına olan kuark etkileşimlerine uygulanmasından dolayıdır. String Teorisi’nin durumunda, karışık olmayan etkiler bugün evrende varolan düşük enerjilerde neden ‘’süpersimetrinin’’ kırıldığının anahtarını elinde tutmaktadır. Bu da neden hiçkimsenin şimdiye dek süpersimetrik parçacık görmemiş olduğunu açıklamak için olmalıdır.

Bu bize Standard Model’in ElektroZayıf Simetrisi’nin şekline benzer şekilde TeV ölçüsünün altında kırılmış olması gerektiğini (Higgs mekanizması vasıtasıyla), bizim elektromanyetik ve zayıf kuvvetleri neden ayrı varlıklar olarak algıladığımızı açıklamaktadır. String Teorisi’nin bu zengin fakat gizemli, kuşatılmış bölgesi; ekstra boyutların nasıl sıkıştırılmış olduğunu ve böylelikle de String Teorisi’nin 4 boyutlu dünyada tahminler yapabilen deneylere karşı nasıl test edilebileceğini yönetmektedir.

‘’String Teorisi’nin ‘’herşeyin teorisini’’ sağlayacağı erken istemler, gerçeği söylemek gerekirse şimdi çökmüş olarak gözüküyorlar.Fakat yakında biz LHC verisindeki dalgalarla yıkanmış olacağız.Kozmolojide yakın zamandaki gelişmeleri temel fiziğin içerisine henüz yönlendirmedik.Eğer şansımız varsa, String Teorisi birşeyin teorisi haline gelebilir.’’ Frank Wilczek, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü

STRİNGLERİN DURUMU :

● 1968 Gabriele Veneziano Euler ‘’beta fonksiyonunun’’; farklı türdeki hadronların ölçülmüş saçılan genliklerini düzene soktuğunu keşfetti.

● 1970 Leonard Susskind, Yoichiro Nambu ve Holger Neilsen; Veneziano’nun genliklerini bağımsız çözümlerle 1 boyutlu bozonik stringlerin Kuantum Mekanik Teorisi’ne tanıttı.

● 1971 Claud Lovelace, String Teorisi’nin 26 boyuta gereksinim duyduğunu farketti; Yuri Gol’fand ve Eugeny Likhtman süpersimetriyi 4 boyutta keşfetti; John Schwarz, André Neveu ve Pierre Ramond String Teorisi’nin bozonlarla birlikte fermiyonları da yerleştirmek için süpersimetriye ihtiyacı olduğunu farketti; Gerard ’t Hooft, 1967’de Gauge Teorileri’ni fiziksel olarak uygulanabilir yaparak Steven Weinberg tarafından ileri sürülen Elektrozayıf Birleşmesi’nin ‘’renormalize’’ olabileceğini gösterdi.

● 1973 Julius Wess ve Bruno Zumino, Süpersimetrik Kuantum Alan Teorileri’ni geliştirdi; David Gross, Frank Wilczek ve David Politzer Asimtot Özgürlüğü’nü keşfetti ve böylece QCD’yi kurdular; Elektrozayıf Teorisi’yle birleştirilmiş olarak Standard Model kuruldu.

● 1974 Schwarz ve Joel Scherk (ve bağımsız olarak Tamiaki Yoneya), String Teorisi’nin gravitonları kapsadığını farketti ve Kuantum Mekanik’in ve Genel İzafiyet’in birleşik ana yapı iskeletini ileri sürdü; Sheldon Glashow ve Howard Georgi Standard Model’in Büyük Birleşim’inin simetri grubu SU(5) aracılığıyla sıkıştırıldığını ileri sürdü.

● 1976 Stephen Hawking, Kuantum Mekanik’in Kara Delik’in oluşumu ve çürümesi esnasında ihlal edildiğini ileri sürdü; matematikçiler Calabi-Yau Uzayları’nı ortaya çıkardılar.

● 1978 Eugène Cremmer, Bernard Julia ve Scherk, Genel İzafiyet’te süpersimetriyi birleştiren 11 boyutlu süperyerçekimini kurdu.

● 1981 Schwarz ve Michael Green, Tip I Süperstring Teorisi’ni formüle etti; Georgi ve Savas Dimopoulos, Standard Model’in süpersimetrik uzatma bölümlerini önerdiler.

● 1982 Green ve Schwarz, Tip II Süperstring Teorisi’ni geliştirdiler; Andrei Linde ve diğerleri evreniçre’nin izlediği modern Şişme Teorisi’ni keşfettiler.

● 1983 CERN’deki W ve Z bozonlarının keşfi, Standard Model için olan on yıllık başarıyı onayladı; Ed Witten ve Luis Alvarez-Gaumé, Gauge anormalliklerinin TipIIB Süperstring Teorisi’nde iptal olduğunu gösterdi.

● 1984 Green ve Schwarz, Tip I Teorisi’ndeki anormalliklerin eğer teori 10 boyutluysa ve SO(32) veya E8 E8 gauge simetrisine sahipse iptal olacağını gösterdi; T ikiliği keşfedildi.

● 1985 Gross, Jeff Harvey, Ryan Rohm ve Emil Martinec Heterotik String Teorisi’ni kurdu; Philip Candelas, Andrew Strominger, Gary Horowitz ve Witten ekstra altı boyutu sıkıştırmanın bir yolunu Calabi-Yau Uzayları’nı kullanarak keşfetti.

● 1987 Weinberg, Antropik Muhakeme’yi Kozmolojik Sabite’de sınırı yerleştirmek için kullandı.

● 1994 Susskind, ‘t Hooft tarafından yapılan genişletilmiş işin Holografik Prensibi’ni önerdi.

● 1995 Paul Townsend ve Chris Hull, ve Witten, Tip IIA Teorisi’nin 11 boyutlu ‘’M-Teorisi’nin’’ zayıf-çiftleşme limiti olduğunu önerdi; Polchinski D-brane’leri keşfetti; Witten ve diğerleri, bazıları D-brane’ler tarafından kolaylaştırılmış olan beş String Teorisi’nin de ikilikler tarafından bağlantılı olduğunu tahmin etti.

● 1996 Witten ve Polchinski, Tip I Teorisi’nin ve SO(32) Heterotik Teorisi’nin S-ikiliği ile bağlantılı olduğunu keşfetti; Witten ve Petr Horava E8 E8’nin M-Teorisi’nin düşük-enerji limiti olduğunu gösterdi; Strominger ve Cumrun Vafa String Teorisi’ni kullanarak Bekenstein–Hawking Kara Delik Entropi Formülü’nü elde ettiler; Susskind ve diğerleri Matriks Teorisi denilen M-Teorisi’ne bir aday önerdiler.

● 1997 Juan Maldacena, String Teorisi ve Kuantum Alan Teorisi arasındaki denkliği keşfetti (AdS/CFT ikiliği), böylece Holografik Prensibi’nin doğru göstergesini sağladı.

● 1998 Evrenin artan genişlemesinin deneysel keşfi küçük, pozitif, vakum beklenen değerin Kozmolojik Sabite formunda olduğunu ileri sürdü; Lisa Randall ve Raman Sundrum brane dünyası senaryolarını sıkıştırılmaya alternatif olarak önerdi.

● 1999 Gia Dvali ve Henry Tye, Brane-Şişme Modelleri’ni önerdi.

● 2003 KKLT Tezi; süpersimetrinin ekstra boyutlarla başa çıkmak için cereyan akışı (flux) sıkıştırılmasını kullanarak küçük, pozitif vakum beklenen değerini üretmek için kırılabileceğini göstermiştir; Susskind ‘’tabiat’’ terimini  cereyan akışı sıkıştırılması tarafından ima edilen çok geniş çözüm uzayını anlatmak için buldu ve Antropik Prensibi’ne evreniçre’yi ve Kozmolojik Sabitesi’ni açıklamak için başvurdu; KKLMMT Tezi, KKLT’yi kozmolojiye uzandırmaktadır.

● 2004 Hawking, Kara Delikler hakkında yanılmış olduğunu itiraf etti ve John Preskill’in iddiasını kabul etti.

● 2005 String Teorisi’nden (AdS/CFT uygulamasının sayesinde) RHIC kuark-gluon plazma’nın içeriğinde bahsedilmiştir; böylece teori köklerine hadronların tanımı olarak döndürülmüştür.

Gerçek Oluş

String’in veya M-Teorisi’nin altında yatan denkliklerin neye benzer olduğu hakkında hiçbir fikre sahip olmadığını ilk itiraf eden string kuramcıları olmuştur. Fakat esas bir yapı olarak String Teorisi, bu denkliklerin detaylarına dayanması mümkün olmayan birçok kapsamlı tahminleri yapmaktadır. En önemli şey de, String Teorisi’nin büyük uzaklıklarda ve düşük enerjilerde Genel İzafiyet’i azaltan, ölçülebilir (birbirinden farklı olmayan), tutarlı bir yerçekiminin Kuantum Teorisi’ni sağlamasıdır. Fakat bu String Teorisi’nin neden direkt yolla pratik olarak test edilmesinin mümkün olmadığını; çünkü Süperstring’lerin doğal ölçeğinin Planck Uzunluğu olduğu manasına da gelmektedir.

Planck Uzunluğu, herhangi bir Kuantum Yerçekimi’nin dahil olması gerekli üç temel sabitesinin basit, boyutsal analizinden gelmektedir: Newton’ın yerçekimiyle ilgili sabitesi, Planck Sabitesi ve ışığın hızı. Değeri 10 üzeri -35 m’dir, bu da stringleri direkt yolla gözlemlemek için bizim LHC’ninkinden 15 büyüklük sırası daha büyük 10 üzeri 19 GeV enerjili parçacık akseleratör’üne (proton ve nötron iyonları gibi yoğun taneciklere büyük kinetik enerji sağlayan cihaz) ihtiyacımız olduğu manasına gelmektedir. UCSB’den Joe Polchinski, “Planck’dan beri biz biliyoruz ki; fizik hiçbir zaman direkt olarak erişemeyeceğimiz bu küçücük ölçeğe sahiptir. Fakat sağolsun kuramcılar böyle engellerin onların yollarına girmesine izin vermediler,’’ diye belirtmektedir. String Teorisi’nin Yerçekiminin Kuantum Teorisi olarak büyük başarılarından bir tanesi de; yerçekimi ve kuantum etkilerinin ikisinin  büyük olduğu Genel İzafiyet’in klasik çözümlerinin Kara Delikler’e model teşkil etmesindeki yeteneğidir. Schwarz, “String Teorisi’ndeki Kara Delikler’le ilgili ders kitabında 60 sayfalık bir bölümün yazarlığını yaptım ve o, bu muazzam konunun sadece yüzeyini çizmekte,’’ demiştir.

String Teorisi bilhassa, Kara Delikler’in mikroskobik düzeydeki termodinamik varlığının daha derin anlayışına öncülük etmiş ve bundan dolayı da 30 yıldan fazladır Cambridge Üniversitesi’nden Stephen Hawking tarafından ileri sürülen, imkan dahilinde felaket getirebilen bir çelişkiyi yeniden çözmeye yardımcı olmuştur.

Hawking 1976’da Kudüs’teki Yahudi Üniversitesi’nden Jacob Bekenstein’la beraber Kara Delikler’in iyi tanımlanmış bir entropi olduğunu ve böylelikle ışın yaydığını göstermek için kısmen klasik tartışmalar kullanmıştır. Hawking, bilginin üretim esnasında kaybolduğunu ve bunun da Kara Delik’in dağılması olduğunu ileri sürmüştür. Bilgi parçacıkların ve alanların kuantum hallerinde şifrelenmişken; bu bize Kuantum Mekanik’in Planck Ölçeği’nde çöktüğünü açıkça belirtmektedir. Eğer bu doğruysa, bu String Teorisi veya herhangi bir başka yerçekiminin, Kuantum Teorisi’nin ölümü anlamına gelecektir.

Polchinski matematiğin teorisinde gizlenmiş bilinen, D-brane’ler olarak adlandırılan objelerin önemini 1995’de keşfedene kadar String Teorisi bu problemden bahsetmekte yetkili değildi. Polchinski’nin farkına vardığı D-brane’ler, bütün açık stringlerin sabit oldukları ve String Teorisi tarafından izin verilen herhangi sayıdaki boyutlarda geldikleri hiperyüzeylerdir. (mesela, bir 2 boyutlu brane veya ‘’2-brane’’ sıradan terminolojide bir membrandır). D-brane’ler sıfır kalınlığa, fakat muazzam yüke sahiptirler. Bu da, string kuramcılarının bunların birçoğunu sarmalayarak çok özel, oldukça kurgusal, bir çeşit süpersimetrik Kara Delik halkasını ekstra boyutlarda kurabilecekleri manasına gelmektedir. Bu yaklaşım 1996’da Harvard Üniversitesi’nden Andrew Strominger ve Cumrun Vafa’nın D-brane’leri olağan kuantum halleri olarak ve onları birbirine katarak ele alan 20 sene önce kısmen klasik çalışmış olan aynı Bekenstein-Hawking entropi formülünü tamamen aynı şekilde elde etmesine olanak sağlamıştır.

String Teorisi Genel İzafiyet gibi Kara Delikler’in merkezinde direkt olarak tekillikle ilgilenmese de; kuramcılar daha gerçekçi Kara Delik modelleri için  tamamen aynı formülü elde etmişken, Hawking’in 2004’teki itirafına katkıda bulunan sonuçlar sonunda onun yanılmış olduğunu göstermektedir. Susskind, “Benim anlayışıma göre, sadece en kötü gözle gören şüpheci kimse String Teorisi’nin Kara Delikler’e olan uygulamasının fiziğe büyük bir katkı sağlamadığını düşünecektir,’’ demiştir.

D-brane’ler String Teorisi’ni, stringlerin teorisinden diğer uzatılmış objelerin teorisini kapsayan daha zengin bir teoriye dönüştürmüştür. String Teorisi kuramcısı olmayanlara D-brane’ler epeyce keyfi ilaveler gibi gözükse de; onlar başından beri matematikte p-brane’ler olarak adlandırılan yüksek boyutlu objelerin daha genel, özel bir türü olmuşlardır ve String Teorisi’ni sabit yapmak için gereklidirler. Araştırmacılar ancak 1995’te Polchinski’nin D-brane’leri yeniden yorumlamasından ve Witten’ın M-Teorisi varsayımı ve diğer katılımlardan sonra tahmini Karışıklık Teknikleri’nin ilerisine gidebilmiş ve stringlerden çok daha fazla ağır olan bu objeleri anlayabilmişlerdir. Beş farklı String Teorisi arasındaki derin ikilikleri kolaylaştırmasının yanısıra, brane’ler M-Teorisi’nin temel içerikleridir. Böylece “String Teorisi”,  iki cephede de yanlış bir adlandırmadır: O ne bir ‘’Teoriye’’ (en azından fizikte genel anlamda amaçlanan şekilde), ne de stringlere dayanmaktadır.

‘’Birçok durumda daha fazla alçakgönüllülük gerekli olurken, string kuramcıları bulguları hakkında hevesli olma ve onları rapor etme hakkına sahiptirler. Araştırmanın diğer branşlarındaki fizikçilerin yapabileceği en iyi şey kendilerinin ilginç, gelecek vaat eden yeni sonuçları temin etmeye çalışmalarıdır.’’ Gerard ’t Hooft, Utrecht Üniversitesi ‘’String Teorisi’nin küçük Kozmolojik Sabite’yi üretebilmesi kendi başına çok büyük bir başarıdır. Kuantum Alan Teorisi’ne dayanan yaklaşımlar, çok küçüğü çok büyükle bağlamak için saçma bir ince-ayar istemektedir.’’ Michael Green, Cambridge Üniversitesi

Brane Üzerindeki Dünya

D-brane’lerin LHC’de bile kendini gösterebilecek, en hayal gördüren, saklı manalarından biri de onların kocaman olan bir tanesine saplanabilmenizdir. Green,“Eğer inançlıysanız, 3-brane’li bir evrende yaşadığımıza ve ekstra altı boyutun da hissedilecek kadar büyük olduğuna inanabilirsiniz,” demektedir. Böyle “brane-dünyası” senaryoları D-brane’in (bizim durumumuzda 3-brane’li) ‘’dünya hacminde’’ meydana gelir; çünkü sonsuza kadar hapsedilmiş olan Standard Model’in Gauge Alanları açık stringler tarafından belirlenmiştir. Çünkü gravitonlar, string’in kapalı halkaları tarafından tanımlanmışlardır fakat onlar; sürüklendikleri ve yalnızca arada sırada brane’imizle kontakt kurdukları yüksek-boyutlu ‘’ kütleye’’ doğru uzaklaştırılmışlardır.

Yerçekimini neden diğer üç kuvvetten çok daha zayıf olarak algıladığımızın derli toplu açıklamasını sağlamak için de, parçacık fiziğinde Hiyerarşi Problemi diye bilinen bir muamma yani ‘’bükülmüş geometriler’’, String Teorisi’ndeki ekstra boyutların meydana çıkarılması için onların yeterince büyük olabileceğine işaret etmektedir. Gerçeği söylemek gerekirse, ekstra boyutlar burnumuzun dibinde olabilir ve biz onları fotonlar brane’imize sonsuza dek zincirlenmiş oldukları için asla bilmeyebiliriz. Böyle ekstra boyutların en direkt yollu testi, uzayın 3 boyutlu olduğu gerçeğinin direkt sonucu olduğundan (2 boyutlu dünyada, örneğin, yerçekimi uzaklığın tersine orantısaldır) Yerçekimi Kanunu’nun Ters Kare Sapması’nı ölçmek olacaktır. Aslında, aşağı yukarı 0.1 mm ölçeğinden daha aşağıdaki Ters-Kare Kanunu’nu deneysel olarak teyit etmedeki yeteneksizliğimiz, brane-dünyası senaryolarının herşeyden önce neden kabul edilebilir olduğunun tek sebebidir (Fizik Dünyası Dergisi Nisan sayısı 2005, sayfalar 41–45’e bakın).

Fakat Green’e göre hâlâ ‘’ saçma bir biçimde büyük’’ olan ekstra boyutlar bile 0.1 mm’den 100 milyon defa daha küçüktür, öyleyse bu da Planck Ölçeği enerjisinin 1TeV kadar düşük olduğuna işaret etmektedir. Bu da string ölçeğini 10 üzeri -35 m’den yalnızca 10 üzeri -18 m’ye arttıracaktır. Bu da şu manaya gelmektedir: LHC’deki yüksek enerji proton-proton çarpışması string’in daha yüksek harmoniğini heyecanlandırmak için yeterli olabilir. Ekstra boyutlardaki yerçekiminin ‘’gerçek’’ dayanma gücü, azalan Hawking radyasyonu aracılığıyla neredeyse anında buharlaşan binlerce mini kara deliği oluşturmak için yeterli bile olabilir.

D-brane’lerin uzay-zamanın geometrisini nasıl değiştirdiği durumunu Johns Hopkins Üniversitesi’nden Raman Sundrum’la birlikte değerlendiren Harvard Üniversitesi’nden Lisa Randall, LHC’de göreceğiniz ekstra boyutların kusursuz işaretlerini kabul ettiğiniz belirli brane modeli üzerine göre değiştiğini söylemektedir. “Şimdiye kadar bildiğimiz parçacıklara benzer fakat çok daha ağır olan; çünkü ekstra boyutlarda seyahat eden ‘Kaluza-Klein’ parçacıklarını görebilirsiniz. Bizim modellerimizde genelde bu parçacıklar dedektörde yavaş yavaş bozulurlar; çünkü bükülmüş geometri onlara büyük etkileşim olasılığı verir, fakat dedektörden kaçmak için kaybolan enerjiden başka hiçbir iz bırakmadan birbirleriyle son derece zayıf bir şekilde etkileşebilirler,’’ demiştir.

Green ekstra boyutların LHC’deki brane-dünyası fiziğini görmek için çok küçük olduklarına inansa da; benzer bir işaret ekstra boyutların içerisine kaybolan sıradan parçacıklar tarafından bırakılacaktır. Green, “Eğer ben bir deneyselci olsaydım, öyleyse bu da büyük bir olasılıkIa dikkatimi yönelteceğim kaybolan enerjinin son açıklaması olacaktı,’’ demektedir.

Olması daha muhtemel bir şekilde, hiçbir suretle kesin olmasa da; LHC’deki senaryo Süpersimetrinin bir keşfidir. Süpersimetri, String Teorisi kaynaklı olmasına rağmen tartışmalı bir şekilde parçacık fiziği için daha önemli olduğundan; bu ATLAS ve CMS işbirliğinin ana hedefidir. Örneğin, Standard Model’in (MSSM) ‘’minimal süpersimetrik uzantısının’’ içeriğinde, elektrozayıf ölçüsündeki kırılmamış süpersimetri hiyerarşi problemini çözer; çünkü süpersimetrik parçacıklar Higgs kütlesinin sapmasına yol açan kuantum düzeltmelerini iptal ederler. Süpersimetri, Standard Model’in eşleşen üç sabitesinin kuvvetlerinin çok daha yüksek enerjilerde buluşmalarının sayesinde ‘’Büyük Birleşme’ye’’ yöneltir ve en hafif süpersimetrik parçacık evrendeki kütlenin muazzam hacmini oluşturan parlak olmayan kara delik için doğal adayı sağlar. Susskind, “Süpersimetri String Teorisi için çok önemlidir, fakat  nasıl veya hangi ölçekle bozulduğu hakkında evvelki zorlu teorik tartışmaların hiçbirisi yoktur. Hoşuma gitmeyen, inanın sevmediğim gerçek ise, eğer Süpersimetri keşfedilirse String Teorisi için iyi olduğunun düşünülmesidir, fakat eğer keşfedilmezse, o teoriyi ortadan kaldırmayacaktır. Öyleyse LHC’deki Süpersimetri’yi bulmanın String Teorisi’nin bir öngörüsü olduğunu gerçekten söyleyemeyiz,” demektedir.Stanford Üniversitesi’nden Shamit Kachru, aslında String Teorisi’nin Süpersimetri’ye gereksinim bile duymayacağını söylemiştir.Kachru, “Süpersimetrik çözümler en kolay çalışılanlardır, fakat Elektrozayıf ölçeğindeki enerjilerden çok daha yüksek enerjilerde süpersimetrinin kırıldığı bir yerde teori çok geniş süpersimetrik olmayan çözümler dizinine sahiptir,’’ demektedir. Süpersimetrinin String Teorisi’nin kesin testini sağlamadaki yeteneksizliği; String Teorisi’nin belirli öngörülerle bir temel yapı olan pozisyonunun teori olmasındansa; temel fiziği açıklayan olması gerektiğini vurgulamaktadır.

Kuantum Alan Teorisi benzer sorunlarla yüzleşmektedir. Green, “Birisi size gelsin ve bak, Kuantum Mekaniği, Lorentz Değişmezliği, Klasik Alanların Genelleştirmesi’yle birleştirilmiş Kuantum Alan Teorisi denilen bu fantastik teorik yapıya sahibiz; fakat Elektrodinamik’e (QED) belirli uygulamaların yapılmamış olduğunu farzet, desin. Bu durumda onun fiziksel tahminlerinin ne olduğunu bilmezsiniz, böylece de onun üzerinde oynama yapmanız mümkün olmaz,” demiştir. Green, uygulayıcılarına göre String Teorisi’nin henüz çok kesin ve açık tahminler yapmamasına rağmen; yerçekimini diğer kuvvetlerle birleştirmek için bütün anahtar bileşenleri kapsayan, temel bir yapı olduğunu söylemektedir.

String Teorisi’nin Standard Model kadar iyi formüle edilmediğinden dolayı çoğunlukla eleştirildiği göz önüne alınırsa; böylece araştırmacıların zamanını belirlemesi gereken birtakım olumsuz yöndeki (negatif olarak) eğimli geometrilerdeki kuantum yerçekimi formülasyonu olan String Teorisi’nin en somut modellerinin QCD’ye benzer bir şekilde Kuantum Alan Teorisi’ne matematiksel olarak eşit olması inceden inceye alaya alınan birşeydir. String Teorisi’ni hadronların bir tanımlaması olarak başlangıç noktasına almakla beraber, Gross, String Teorisi ve Alan Teorisi’nin arasındaki ikiliklerin String Teorisi’nin sadece bir Kuantum Alan Teorisi türü manasına gelebileceğini söylemektedir.

‘’Bilimin gelecek tarihçileri String Teorisi’nin heyecanın ne kadarının String Teorisi’ne özgü olduğunu ve ne kadarının Ed Witten’ın hiç alışılmadık zekasına dayandığına karar verecekler. Ben 40’a 60 olarak tahmin ederdim.’’  Howard Georgi, Harvard Üniversitesi

STRİNG TEORİSİ NEDEN HERŞEYİ TAHMİN EDEMİYOR 

String Teorisi, nokta-benzeri temel parçacıklara dayanan mikroskobik dünya-görüşünü 1 boyutlu stringlere dayananla yer değiştirmektedir. Parçacık görüşüyle karşılaştırılma yapıldığında ve her nasılsa fizikçiler LHC gibi makineler kullanarak doğayı küçük ölçüde araştırdıklarında, gerçekte stringlerle ilgili ne gördükleri konusunda ileri bir açıklama yapamamışlardır.

Stringler 10 üzeri 20 defa proton ve nötronlar gibi olan parçacıklardan daha küçük olduklarından bu hiç de sürpriz olmayabilir. Fakat tel tel olan fikirleri zor tahminlere dönüştürmek neden bu kadar zordur?

Parçacık dünya-görüşünün teorik iskeletini kuantum alanının değiş-tokuşundan (örneğin, fotonlar elektromanyetik kuvvetin arasına girerler) kaynaklanan parçacık etkileşimlerini açıklayan Kuantum Alan Teorisi’dir (QFT).

Bazı derin sebeplerden dolayı Gauge Teorisi olarak adlandırılan QFT’nin (Kuantum Alan Teorisi) bir çeşidi; parçacık fiziğinin Standard Model’inde yaklaşık 35 yıldır yaptığı gibi elektromanyetik, güçlü ve zayıf etkileşimleri fevkalade iyi  şekilde tanımlamaktadır. Çünkü, QFT temeli oluşturan alanların kuantum dalgalanmaları aracılığıyla parçacıkların ‘’hiçbirşeyden’’ ortaya çıkmasına izin vermektedir, vakum gerçekte hiç de boş bir alan değildir.

Hem alan teorisinde hem de String Teorisi’nde fiziksel miktarları hesaplamak için başlangıç noktası, String Teorisi QFT’yle aynı kuantum mekanik prensiplerle kökleşmişken uygun Lagrangian’ı yazmak ve vakumu anlamakla başlayacaktır.

Standard Model’de, Lagrangian sabit olduğu için ve parçacıkları bildiğinizden ve bu parçacıklar arasındaki etkileşimlerin gauge simetrisine uyduğuna emin olduğunuzdan dolayı (örneğin Elektrodinamik), ölçülen miktarların değerlerinin elektron dalga fonksiyonunun kendine özgü evresini bağımsız olarak yapmaktadır. Vakum için ise, kuramcılar parçacıklara kendi yüklerini vermek için Higgs Alanı diye adlandırılan skalar bir alanı başlatmaktadırlar. Lagrangian’ı bir  defa elde ettikten sonra, bundan sonra herşeyi hesap etmenize izin veren set halindeki Feynman kurallarını veya grafiklerini çıkarabilirsiniz. Çizebileceğiniz en basit grafik kuantum dalgalanmalarının olmadığı yerde teorinin klasik limitine uymaktadır ve belirli fiziksel süreç için olan olasılık genliği için sonuç vermektedir (örneğin, bir elektronun bir diğer elektronu saçması). Bundan sonra daha da artan karmaşık grafiklerden gelen katkıları da katarak (Karışıklık Teorisi’ni kullanarak) QFT, bu olasılığın hesaplamalarının kuantum elektrodinamik durumundaki gibi 10 desimal alan dakikliğinin düzelmesine izin vermektedir.

Tel tel dünya-görüşü, stringlerin izlerinin çizgidense 2 boyutlu yüzeyden çıktığı için; uzay-zaman tarihi bu 1 boyutlu grafikleri 2 boyutlu grafiklere dönüştürür. Bu Standard Model’in gözardı ettiği yerçekimini kapsaması bakımından harikadır, çünkü nokta-benzeri parçacıklarının yerçekimsel etkileşimleri hesaplamalarda sonsuzluklara götürmektedir. Kuramcıların bilmediği problem, Lagrangian olan neyse, String Teorisi’nde olmasıdır. Bunun yerine, araştırmacılar herbiri farklı bir Lagrangian’la tanımlanan, fiziğin yaklaşık olarak değerlendirdiği, beş set halinde mümkün olan Feynman Kuralı’na sahiptir  (String Teorisi’nin farklı bir formülasyonu). Üst tarafın String Teorisi’nin kendine özgü temelini oluşturan, M-Teorisi olarak adlandırılan bir yapısı tarafından beş farklı String Teorisi’yle beraber ikiliklerle bağlantılı olduğunun ileri sürülmesidir, böylece hangisiyle ne kadar çok çalıştığınız bir önem taşımamaktadır.

String kuramcılarının adlandırdığı beş ‘’arka planın’’ dezavantajı, 10 boyutlu uzay-zamanda yaşamaktır. Eğer 10 boyutlu bir dünyada yaşasaydık; bu hangi beş ‘’arka planın’’ en elverişli olduğunun deneyini doğrulamak için kanıtını bulmak gerekli olacaktı. Fakat Calabi-Yau’da gerçek dünyanın dört boyutunu tanımlama girişimiyle altı boyutu kıvırdığınızda, kendi Feynman grafiklerinin dizisine sahip birbirinden hafif farklı bir arka plan üretiyorsunuz. Hatta, alabileceğiniz 4 boyutlu Lagrangian’ların sayısı yaklaşık olarak 10 üzeri 500, bunların herbiri de manyetik akımları ve brane’leri seçerek, değişik şekillerde 6 boyutlu kıvrılmayı sıkıştırmaya uygun gelmektedir. (örneğin ‘’ karışık olmayan’’ etkilerin hesaplanması son derece zordur). Herbir sonuç farklı bir evrene uyuyorken, String Teorisi’nin gerçek dünyayı tanımlayıp tanımlamadığını bulmanız için 10 üzeri 500’ün hepsini gerçekten çalışmaya ihtiyacınız var. (QFT’dekinden farklı olarak, doğada beğenmediğiniz bir şeyi gördüğünüzde, bunun sonrasında Lagrangian’a yeni bir parçacık veya alan ilave edebilirsiniz). Fakat String Teorisi ‘’tabiatının’’ can alıcı noktası, 1998’de vakumun bir özelliği olarak keşfedilen ve QFT’nin en azından 10 üzeri 60 faktörle yanlış çıktığı Kozmolojik Sabite’ye fizikçilerin tek önerebildiği açıklamadır.

Analitik Araç

String Teorisi ve Alan Teorisi arasındaki bağlantı, Stringler07 konferansı sunumlarının yarısından çoğunu kaplayan konuydu. String Teorisi’nin bu köşesindeki araştırma, şimdi Princeton Üniversitesi’nde (IAS’de) olan Juan Maldacena’nın 5 boyutlu (AdS) eğimli uzay-zamanda formüle edilmiş   Kuantum Yerçekimi Teorisi’nin uzay-zamanın sınırı içinde yaşayan, birbiriyle uyuşan formdaki simetrinin (CFT) 4 boyutlu basit Kuantum Alan Teorisi’yle tamamen aynı fiziği anlatmasını keşfedilmesiyle bırakılmıştır. Bu birbiriyle uyuşan alan teorileri QCD’nin süpersimetrik versiyonlarını da içermektedir ve sanki yüksek-boyutlu teorinin ‘’Holografik Projeksiyonları’’ gibi gözükmektedir. Maldacena, “Biz şimdiden hadronların içerisinde kuarkları kuşatan stringler için direkt deneysel kanıta sahibiz. Fakat AdS/CFT ikiliği, birtakım QCD-benzeri Gauge Teorileri için bu fikrin somut şekilde farkına varılmasını sağlamakta,’’ demiştir.

Kritik bir biçimde, AdS/CFT ikiliğindeki beş büyük ve beş sıkıştırılmış boyutlarda işleyen Yerçekimi Teorisi, 4 boyutlu teorinin denkliğinin kontrol edilemediği durumlarda çözülebilir (mesela  gauge teorisinin eşleşme gücü büyük olduğunda). Örneğin AdS/CFT-türü ikilikleri; yerçekiminin çok zayıf olmasına izin verdiklerinden Kara Delik artık ‘’kara’’ olmadığından ve böylece de idare edilmesi çok daha kolay olduğundan, Kara Deliklerin string modellerini çok daha sıkı bir temele yerleştirmelerine yardımcı olmuştur. AdS/CFT ikiliği, 2005’de String Teorisi’ni büyük deneysel bir sonucun içeriğini bahsetmekten sorumlu olduğunda büyük başarıya kavuşmuştur. Sebebi de, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Brookhaven Ulusal Laboratuarı’ndaki İzafi Ağır İyon Çarpıştırıcısı’ndaki araştırmacılara kuarkların serbest parçacıklarmış gibi davrandıkları maddenin mutlak hali olan kuark-gluon plazma’nın bazı hallerini modellemelerine olanak sağlamasıdır. Böyle büyük ayrılmalarda, güçlü kuvvet analitiksel olarak idare edilemez hale gelir; bu da karışıklığa sebep olan QCD’nin başarısızlığa uğradığı yerde String Teorisi’nin yardımda bulunabileceği manasına gelmektedir. Susskind, ‘’Ağır-İyon Çarpışmaları üzerinde çalışarak kuantum yerçekiminin 10 üzeri 20 faktörde şiştiğinin ve yavaşladığının üzerinde çalışmaktasınız,” demektedir.

String kuramcısı olmayan, Washington Üniversitesi’nden Dam Son, RHIC’deki AdS/CFT ikiliğinin faydalarına tanık olmuştur. “String Teorisi bize RHIC’deki gerçek QCD’ye uygulanacak kuvvetli şekilde birleştirilmiş Gauge Teorileri’yle başetmek için yeni araçlar vermiştir,’’ demektedir. “Gauge/Yerçekimi ikiliği, RHIC kuark-gluon plazmadaki kuantum limitin ne kadar mükemmel olabileceğini hesaplamak için zaten izin vermiştir ve şimdiye kadar limit veriyle tutarlıdır [Fizik Dünyası Haziran 2005 sayısı, sayfalar 23-24’e bakın]. String Teorisi bunun ötesinde cesaret veren sonuçlarla plazmada hareket eden ağır kuarkların enerji kaybını da temin etmektedir,” demiştir.

Pek çok string kuramcısı String Teorisi ve Gauge Teorileri arasındaki ikiliklerin o kadar kuvvetli olduğunu düşünmektedir ki; yerçekimi ‘’ikiliğinin’’ gerçek dünyası olan QCD’nin anlaşılmaya çalışılması an meselesidir. Polchinski, “String Teorisi, stringlerin beklenmeden ortaya çıkan varlıklar ve geleneksel olarak düşünüldüğü gibi başlangıç noktaları olmadıklarını gösteren Maldacena varsayımındaki gibi ikilikler olmadan şimdiki durumunda olamazdı. AdS/CFT’nin to RHIC fiziğine olan başarılı uygulamaları hayret vericiydi; çünkü ilk önceleri onun karmaşık bir benzeşimden daha fazlası olduğunu düşündük,’’ demektedir. Polchinski, bu alandaki daha eğlendiren eğilimlerin bir tanesinin fiziğin sıkıştırılmış-madde problemlerine klasik limiti olmayan, bazısı 2 boyutlu Kuantum Alan Teorileri’ne yerleşmiş olan AdS/ CFT ikiliklerinin uygulanması olduğunu ilave etmektedir. Polchinski, “String Teorisi’nin temelini oluşturan denkliğe gelmeden önce belki yüksek derece üstün iletkenliği çözmemiz lazım diye umuyorum!’’ diye şaka yapmaktadır. Polchinski’nin espri anlayışı, 1977’de manyetik ve bozulan sistemlerdeki elektronik yapı üzerine Nobel Fizik Ödülü’nü alan Princeton Üniversitesi’nden sıkıştırılmış madde fizikçisi Philip Anderson tarafından paylaşılmamaktadır. “Bizim en son ihtiyacımız olan şey string kuramcıları. Ortada olan herşey aldatıcı. Üstün iletkenlik, deneysel bir bilim ve pek çok string kuramcısı deneyi nasıl anlayacakları hakkında hiçbir fikre sahip değiller; çünkü onlar bir tanesine bile bakmadılar!’’ demiştir.

Boyutlarla Sürüklenmek

String Teorisi, Kuantum Alan Teorileri üzerinde çalışmak için ne kadar kullanışlı bir araç olsa da; bu dünyanın her tarafındaki 1500 fizikçinin neden kariyerlerini bu konu üzerine harcadıklarının sebebi değildir. Gerçek neden, String Teorisi’nin yerçekimine Kuantum Teorisi’ni sağlamaya ilave olarak doğanın bütün temel kuvvetlerini birleştirmeye söz vermesidir. Böylece o, deneycilerin gözlemlediği parçacıkların zengin görüntüsü ve etkileşimlerini tanımlama yeteneğinde en az Standard Model ‘in olağanüstü başarısı kadar rekabete sahiptir. Witten, “Yerçekiminden sonra, String Teorisi’nin ikinci en çarpıcı özelliği, ondan niteliksel olarak Standard Model’dekine benzer birşeyin temin edilmesinin çok doğal olmasıdır.Bu Standard Model’in detaylarının iyi tanımlanması demek değildir; çünkü onlar kesinlikle iyi tanımlanmamışlar,’’ demektedir. 

Genel problem, 10 boyutlu String Teorisi’nin doğal simetrisinin 4 boyutlu parçacık fiziğinin karmakarışık olan asimetrik dünyasına çok fazla açıklayıcı kuvvet kaybetmeden nasıl getirileceğidir.( Witten ve diğerleri bu problemi, 1985’te 6 boyutlu çok katmanlı Calabi-Yau adını verdikleri uzayları kullanarak kısmen çözmüşlerdir).

4 boyutlu ‘’etkili teoriler’’ Standard Model’deki pek çok anahtar niteliğe 6 boyutlu alanlarda sıkıştırıldıklarında sonuç vermişken; bu da büyük miktardaki model kurma çabalarını tetiklemiştir. Cambridge Üniversitesi’nden Fernando Quevedo, “ Benim görüşüme göre geçmişte geleneklere göre davranan pek çok string kuramcısı oldukça saf bir şekilde teorinin çözüm olan Standard Model’i seçeceğine inandılar. Fakat string fenomen bilimcileri gerçekçi olabildiği kadar farklı bir davranışla modelleri kurmayı seçtiler,” demektedir. String kuramcılarının bir bölümü şu anda bu alan üzerinde çalışmaktalar ve son altı yıldır da ‘’string fenomen bilimi’’ hakkında kendi konferanslarını kendileri düzenliyorlar. Örneğin güçlü ve elektrozayıf etkileşimlerinin gauge alanlarına ilave olarak, örnekler kuarkları ve leptonları doğru dönüşlerle, yüklerle ve diğer kuantum özellikleriyle kapsamaktadır. Daha da fazlası, bu parçacıklar elektrozayıf etkileşimlerinde soldan sağa ayırt edilen hayati özellik olan ‘’kiral’’ dır ve Standard Model’dekine benzer şekilde üç jenerasyonda düzenlenmişlerdir (örneğin, bu doğru sayıdaki ‘’tutmaçları’’ veya ‘’delikleri’’ kapsayan Calabi-Yau çok katmanlılarında başarılmıştır).

Standard Model yapısındaki gibi birşeyin kopyasını yapmayan Calabi-Yau çok katmanlısından binlercesi olsa bile; bazı modellerin Higgs parçacıklarını ve yüklerinden Higgs’e parçacıklar veren ‘’Yukawa’’ eşleşmelerini bile kapsadıkları söylenmelidir. Bu yüklerin ‘’elle konulduğu’’ Standard Model’de durum çok daha iyi değilse de; her nasılsa string fenomen bilimcilerinin açıklamada zorluk çektiği parçacıkların önemli özelliğinden birisi de onların kütleleridir. 10 boyutlusunda süpersimetrik form String Teorisi, titreşen kuantum stringinin harmoniğine uygun gelen Planck Sabitesi’nin yüklü hallerinin sınırsız ‘’kulesini’’ kapsar. Şimdiye kadarki incelenen diğerlerine nazaran daha düşük olan derecelerde String Teorisi böylece Standard Model’in parçacıklarından en ağır olanını, en üst kuarkın ve zayıf etkileşimin 0.1 TeV’den daha az olanı olan W ve Z bozonlarının bile sıfır olduklarını tahmin etmektedir. Parçacık kütlelerini üretmek için, string kuramcıları süpersimetriyi düşük derecelerde kıran bir mekanizma bulmalılar. Fakat bunu yaparken de, sıkıştırılmış boyutların büyüklüğü ve şeklini yöneten ‘’moduli’’ adı verilen parametre ana sistemini işlemeliler. Tipik bir sıkıştırılma, skalar alanda her birinin 4 boyutlu teoridekine uyum sağladığı 100 moduli’ye kadar ihtiva eder ve süpersimetri de bu alanların yüksüz olduğu konusunda emin olmuşken; böylece String Teorisi bizim gözlemlemediğimiz uzun-mesafedeki yerçekimine benzer kuvvetlerin ana sistemini tahmin etmektedir. Quevedo, ‘’Son yirmi yıldır String Teorisi’nin ana engellerinden bir tanesi de süpersimetri kırılması ve moduli stabilizasyonuyla alakalı problemlerle olan düşük-enerji fiziğiyle kontakt kurmasıdır,’’ demektedir. “Biri bunun üzerinde çalışıp bulmadan kariyerimin sona ereceğinden endişeleniyordum.’’

‘’String Teorisi, öldürücü darbesinin uygulanmasını bekleyen aletlerin fantastik kutusudur  ve ben onun ergeç evren anlayışımızı kökten değiştireceğine ikna oldum.’’ John Ellis, CERN

Tabiatın Bir Tarafından Öteki Tarafına

Büyük buluş ve Calabi-Yau sıkışmalarının elektrik veya manyetik cereyan akımlarını destekleyebileceği 2001’de bulunmuştur. Polchinski, Kachru ve diğerleri, böyle cereyan akışlarını (flux’ları) açarak (teorinin ‘’süpersimetrik üçten fazla elemana dayanarak tanımlanabilen vektör niceliğinde’’ zaten mevcuttular, fakat sıfıra ayarlanmışlardı) onları etraftan ve Calabi-Yau uzaylarının bükülmüş topolojilerinden geçirerek; pek çok kütle kazanmış modulinin kısıtlanabileceğini ve böylece de deneye ters düştüğünü farkettiler. Fakat araştırmacılar hâlâ geride kalan moduli’ye ne kütleler verebildiler, ne de yeterli düzeydeki düşük enerjilerde kontrol edilir şekilde olan ‘’cereyan sıkıştırmasındaki’’ süpersimetriyi kırabildiler. Bu başarı, 2003’te Kachru’yla beraber Stanford Üniversitesi’nden bir karı-koca takımı olan Renata Kallosh ve kozmolog Andrei Linde ve Hindistan’daki Tata Enstitüsü için Temel Araştırma’dan Sandip Trivedi tarafından karışıma ‘’anti D-brane’ler’’ gibi diğer içeriklerin atılmasıyla elde edilmiştir.

Süpersimetriyi kıran mekanizma daha biçimsel olan string kuramcılarını tatmin edecek kadar yeterli detayda anlaşılmadıysa da; “KKLT” Tezi string fenomen biliminde ve kozmolojide en önemlilerden bir tanesidir (Fizik Dünyası Kasım 2003 sayısı, sayfalar 21-22’ye bakın). Quevedo ve birçoğu o zamandan beri test edilebilir tahminlere sahip daha iyi modeller üretmek için KKLT senaryosunu geliştirdiler. Quevedo, “İlk defa modellerin büyük sınıflarındaki süpersimetrik parçacıklarının kütlelerini hesap edebiliriz ve LHC verisine karşı MSSM gibi Geleneksel Alan Teorisi’nin test edilmesine izin verecek aynı analiz zincirlerindeki modellerimizi yerleştirmek için çekirdek fenomen bilimcileriyle işbirliği yapıyoruz,’’demiştir. Kendi modellerinin ve iş arkadaşlarının modellerinin elektron-pozitron çiftinin içine doğru çürüyen MeV-kütlesi parçacığı formunda belirsiz bir kara-madde adayını da kapsadığını ilave etmektedir. Quevedo, “Bu, galaksimizin merkezindeki 511keV sinyalini açıklayabilir ve String Teorisi’nin kendini bozamazken; string modellerinin sınıflarını kısıtlayan kolaylıkla ayırt edilebilir bir işareti olabilir,’’ demiştir.

Model-geliştirme gayretlerinin ardındaki ana hareket ettirici kuvvet, Randall ve Sundrum’un bükülmüş-geometri modellerini ve sayısız diğerlerini kapsayan LHC’dir. Onu teklif edenlerin pek çoğu string kuramcısı olmadan önce fenomen bilimcileriyse de; bu modeller (Witten’ın eğreltilemesini ödünç alarak) altında neyin yattığını meydana çıkarmak için string kuramcılarına en iyi neresinin araştırılması hakkında kılavuzluk yapmaktadır. Başka hiçbirşey olmasa bile, string fenomen bilimi nötrinoların çok küçük bir yüke sahip olduklarını gösteren 1998’deki keşfin yerleştirildiği yakın zamandaki gelişmenin resmedildiği gibi String Teorisi’nin deney dünyasıyla yakın temaslarda bulunduğunu göstermektedir. Fakat hiçbir string kuramcısının yoksayamayacağı katı bir deneysel olgu da string topluluğunun içerisinde şu anda canlı bir çekişmenin olduğudur. Bu keşif, evrenin genişlemesinin hızlandırıldığı uzak süpernova’nın gözlemlerinden 10 yıl kadar önce yapılmıştır.

Bu ‘’kara maddenin’’ cereyanının en iyi açıklaması da vakumun Planck Ünitesinde yaklaşık olarak 10 üzeri -120 değerindeki Kozmolojik Sabite denilen bu küçük pozitif enerji yoğunluğuna sahip olmasıdır. Eğer bu açıklama doğru çıkarsa, diğer problemlerinin üstünde String Teorisi fizikteki en çok sıkıştıran sırlardan birinin merkezinde kendisini bulmaktadır: Kozmolojik Sabite neden imkansız olan küçük değeri almaktadır? Hangi akışın açılacağı tercihi ve onların belirli Calabi-Yau çok katmanlısının etrafına nasıl sarılacağı farklı bir ‘’vakum enerjisine’’ yöneltmekteyken; String Teorisi bunu Kozmolojik Sabite’yle ve KKLT mekanizması yoluyla çözmeye çalışmaktadır.

Bu yaklaşımın büyük başarısı, D-brane’lerin ilavesi süpersimetriyi kırmış ve vakum enerjisini pozitif olarak eğrilmiş gözlemlediğimiz (Süpersimetri, Kozmolojik Sabitenin sıfır olmasını sağlar) ‘’de Sitter’’ evrenine uygunluk gösteren küçük, pozitif değere ‘’yükseltmiştir’’. Fakat tam olarak ne hangi akışın açılması gerektiğini, ne de D-brane’lerin nereye konulacağını söyleyen hiçbir kuralın olmaması nedeniyle; string kuramcıları birbirinden az bir farkla fakat varlığını bağımsız olarak sürdürebilen 10 üzeri 500 evrenin herhangi birini meydana getirebilirler. Bu çözümler arasında hiçbir ayrım yapma yolu olmadan, bu ‘’tabiat’’ (Kozmolojik Sabitenin bütün farklı değerleri tarafından oyulmuş tepeleri, derin yerleri ve vadileri  tanımlamak için 2003’te Susskind tarafından bu terim bulunmuştur) String Teorisi’ni ‘herşeyin potansiyel teorisinden bazı eleştirmenlerin kapıldığı ‘çok azın teorisine’ değiştirmiş gözükmektedir. Green, “Bu, bilimde daha önce problem olmayan pek çok çözüme sahip teorili problemi varsaydırmıştır,’’demiştir. “Genel İzafiyet’in çözümlerinin ‘’tabiatı’’ vardır, fakat hiçkimse teorinin anlamsız olduğunu söylememektedir çünkü diğerleri ilgisiz gözükürken sadece birkaçı gözlemlediğimiz fiziği anlatmaktadırlar. String Teorisi’yle ilgili olan problem, yalnızca farklı uzay-zaman geometrisini değil; herbir farklı çözümün farklı topluluktaki parçacıkları ve alanlarını da tarif etmesidir.’’

Rutgers Üniversitesi’nden Michael Douglas’ın da işaret ettiği gibi, bu seçenekler arasından bir vakumu sıkıştırmak için string kuramcıları 50 veya daha fazla bağımsız parametreleri (örneğin moduli) 10 desimal alan hassasiyetinde ölçmek ihtiyacındadırlar. “120 desimal alan civarında ölçülen Kozmolojik Sabite’yi gözönünde bulundurursak; eğer bütün parametreler eşit oranda dağıtılmışsa 10 üzeri 250 vakua civarının Standard Model’le eşleşmesini bekleyebiliriz,’’ demektedir.Fakat, benzer çözümlerin muazzam alanının kozmologların aradığı yer olduğu ortaya çıkmıştır. Witten, “Evrenimizin yarı-kararlı (metastable) olduğunu belirten küçük, sıfır değerinde olmayan kozmik ivmelenmeyi anlamanın zorluğu pek çok fizikçiyi evreniçre yönünden düşünmeye yöneltmiştir,’’ demektedir.

‘’ String tabiatının nasıl yerleştiğini söylemek için daha çok erken. O çok seçici bir yerleşme olmadıkça, antropik tartışmalar olmalıdır; fakat bunun bu hal olup olmadığını bilmiyoruz. Bana bu noktada, bütün yolların denenmesinin gerekli olduğu gözüküyor.’’

Steven Weinberg, Teksas Üniversitesi-Austin

String Kozmolojisi

Herhangi bir tabiata rağmen, String Teorisi her zaman bir noktada kozmolojiyle yüzleşiyordu. Gross, “Einstein bize yerçekimini yaparken, verilen zamanda evreni tanımlamanın yeterli olmadığını öğretti,’’ demiştir. “Siz herşeyi anlatmak zorundasınız: Başlangıç, ortası ve sonu. String Teorisi’nin çözümü uzay-zaman tarihidir. Birkaç milyar sene içerisinde yarı-kararlı (metastable) olarak bulunan bir durum hakkında hiçbir özel şey yoktur.’’  Gross’un işaret ettiği gibi, böyle bir çözüm Big-Bang hali gibi kozmolojik tekilliklerle uğraşıyor olduğundan; fizikçilerin de gözlemlenebilir olanları nasıl tanımlayacağını bilmediğinden String Teorisi’nin şimdiki çözümlerinin hiçbirisi gerçeğe uygun kozmolojileri tanımlayamamaktadır. Ama yine de KKLT senaryosu, gelecek yıllar içerisinde kozmolojik modellerin yapımını deneyle beraber String Teorisi’yle birleştirmeyi vaat etmektedir.

Kallosh, ‘’String Teorisi’nin temeli, yüksek-enerji proton ve nötron iyonları gibi yoğun taneciklere büyük kinetik enerji sağlayan cihazlarla test edilemez; öyleyse erken evren ilgili enerjiler üzerinde çalışmak zorunda olduğumuz tek laboratuardır,’’ demektedir. Sözkonusu olan kozmolojik zaman şişmedir. Şişme, Big Bang’den sonra 10-35 saniye arasında oluşan üstel genişlemenin evrenin en büyük ölçeklerinde neden yumuşak olduğunu açıklamaktadır. Temel bir teori olarak String Teorisi; şişmenin, skalar alan ya da büyük genişlemenin varsayımında bulunan ‘’inflaton’’ olarak adlandırılan belirlenmemiş skalar alanların mikroskobik kökenlerini açıklayabilir halde olmalıdır.

1999’da Harvard Üniversitesi’nden Gia Dvali ve Cornell Üniversitesi’nden Henry Tye, anti-D-brane’e yakın olan D-brane’in bunu daha iyi yapabileceğini belirlenmemiş skalar alanları destekleyen brane’ler ve sonunda brane’ler çarpıştıkları zaman sona eren şişme arasındaki ayrılıkla farketmiştir.  Eğer bu saçma gelirse, Princeton Üniversitesi’nden Paul Steinhardt ve Cambridge Üniversitesi’nden Neil Turok, Big Bang’in aslında 3-brane’imizle ve diğeriyle yani paralel 3-brane arasındaki çarpışmadan başladığını ileri sürerek; böyle fikirleri kozmik gelişimi çözmeye teşebbüs etmek için genişletmişlerdir.Pek çok string kuramcısı böyle modellerin kozmik-tekillik problemini çözebileceği hakkında şüpheli savlarda olsalar da; böyle ‘’dönüşsel modeller’’, dehşet verici olaylar brane’imiz yüksek-boyutlu kütle şişmenin etrafında her birkaç trilyon yılda bir dalgalandıkça meydana gelmektedir.

2003’ten beri KKLT yapısı, araştırmacılara vakum enerjisi hakkında daha iyi bir anlayış verdiyse de; string kuramcıları NASA’nın Wilkinson Mikrodalga Anizotropi İncelemesi Misyonu’ndan kozmik mikrodalga arka plan ölçümleriyle iyi uyuşan az miktardaki daha somut şişme modellerini geliştirmiştirler. Bu modellerin ilki, (model Stanford Üniversitesi’nden Maldacena ve Liam McAllister KKLT takımına katıldıktan sonra KKLMMT olarak adlandırılmıştır), kozmik stringler gibi olan mümkün deneysel keşifleri açıklamak için alanı hazırlamaktadır. Kozmik stringler şişme esnasında kozmik ölçüleri şişirilmiş olan temel stringlerdir. Çok büyük ve ağır olarak, varlıklarını yerçekimsel mercekleme aracılığıyla gözler önüne sererler ve muhteşem bir işaret bırakırlar. Green, “Birleşme yerlerindeki temel stringlere katılan D-stringler, String Teorisi için inkar edilemez bir kanıt olacak gökyüzündeki stringler ağına neden olabilirler,’’ demiştir. Böyle büyük ve ağır stringler yerçekimsel dalgaların da kaynağı olabilirdi; öyleyse Amerika Birleşik Devletleri’ndeki LIGO dalga dedektörleri gibi dedektörlerin onları alması mümkün olabilir. Polchinski, “Bu uzun bir atış, fakat cevabı 5-10 sene içerisinde bilmeliyiz,’’ demektedir.

Yerçekimsel dalgalar erken evrenin evre geçişlerinde, yüksek-boyutsal brane senaryosundan saptanılmış 3-brane’imiz esnasında üretilebilirler (Fizik Dünyası Haziran sayısı sayfalar 20–26’ya bakın). Fakat eğer yerçekimsel dalgalar kozmik mikrodalga arka planında, belki de gelecek yıl fırlatılacak olan Planck Araştırmacı Misyonu tarafından yakalanacaksa; pek çok string şişme modelleri ortadan kaldırılacaktır. Bu çünkü; böyle başlangıçta var olan yerçekimsel dalgaların genliğini yöneten şişme enerjisinin gözlemlediğimiz üç tanesiyle beraber makroskobik ölçeklere gerilmiş olduğundan, String Teorisi’ndeki altı sıkıştırılmış boyutu korumak için yeteri kadar düşük olması gerektiğindendir. Kallosh, String Teorisi’nin Kozmolojik Sabite açıklamasının deneysel teste uygun olduğunu düşünse de; bu string kozmolojisi modellerinin deneyle nasıl bozulabileceğinin şeffaf bir örneğidir. Kallosh, “Tabiat bağlamındaki KKLT yapısı kara enerji için şimdiki bütün veriye uyan bir açıklamayı sunmakta,’’ demektedir. “Gözlemsel kozmoloji Kozmolojik Sabite’yi gelecek on yıl içerisinde ortadan kaldırmasa da; bu yapı uzun-vadeli gelecekte iyi bir açıklama olarak kalmayabilir.’’

‘’String Teorisi’ndeki ana problem, Big Bang gibi kozmolojik tekillikleri anlayışımızdaki eksikliktir. Zamanın Big Bang’le beraber meydana geldiğini bilmiyoruz. Eğer bu olduysa, zamanın belirmesini kusursuz bir şekilde tanımlayamayız.Fakat Kara Delikler bize bu problemi anlamamızda yardımcı olabilirler.’’ Juan Maldacena, Gelişmiş Çalışma Enstitüsü, Princeton Brookhaven Ulusal Laboratuarı

‘’Cevabı bilmiyorum. Fakat hiçbir cevabın olmadığını ve herşeyin antropiksel olarak kararlaştırıldığını ileri sürmek için çok erken olduğuna dair içimde bir şüphe var. ‘ David Gross, California Üniversitesi-Santa Barbara

A-Kelimesi

Vakum kendine özgü ve 10 üzeri 500’ün tabiatında ve diğerlerinde bazı raslantısal yarı- kararlı (metastable) bir nokta olmadığından dolayı; pek çok string kuramcısı eğer Kozmolojik Sabite kara enerji için yanlış bir açıklama olarak ortaya çıkarsa mutlu olur. Witten, “Bu benim çoktandır devam eden, birgün ilk prensiplerden açık-yapı sabiteyi elde edebileceğimiz umudumu geri getirdi,’’ demiştir. Bununla beraber Susskind gibi diğerleri,  Kozmolojik Sabite için şimdiden bir açıklamaya sahip olduklarını düşünmektedirler. Neden olduğunun sebebi ise; şişme alanının kuantum dalgalanmaları uzay-zamanın farklı bölgelerinin şişmesine neden olacakken ve bu sebeple de farklı kozmolojik sabitelerle nedensel olarak birbirinden bağlantısı kesilmiş evrenlerin ‘’evreniçreleri’’ belirmişken, şişmenin String Teorisi tabiatını yerleştirmek için zorlu fiziksel mekanizmayı sağlamış olmasıdır. Susskind, “ Kozmolojik Sabite’nin bildiğim tutarlı tek açıklaması (tutarsız olanlar her üç ayda bir ortaya çıktığı için) şişmenin bir sonucu olarak evrenin muazzam derecede büyük ve mümkün olduğunca çeşitli olmasıdır. Tabiat o kadar büyük gözükmektedir ki, varlığımız için gerekli olan küçük Kozmolojik Sabite’ye istatiksel olarak izin verecektir: A-kelimesi hakkında konuşuyoruz!’’ diye tanımlamaktadır.

A kelimesi ‘’antropiktir’’. Doğanın tabiatının onları gözlemlememiz için burada olduğumuz gerçeğinden belirlenmiştir fikri, string kuramcılarını ‘’Smolin’’ veya ‘’Woit’’ bahsetmekten daha çok heyecanlandırmıştır. Antropik Prensibin kullanımı hakkında tereddütleri olmasına karşın; 1979 Nobel ödülünü Elektrozayıf Teorisi üzerindeki çalışmasından dolayı kazanan Austin’deki Teksas Üniversitesi’nden Steven Weinberg, 1987’de antropik muhakemeyi Kozmolojik Sabite üzerindeki üst sınır hâlâ galaksilere ve insanların varolmasına izin verirken değerinin ne kadar farklı olabileceğinin miktarını belirlemek için kullandı. String Teorisi’ndeki Antropik Muhakeme’nin potansiyel rolünü ilk görenlerden biri olan Polchinski; 2000’de süpernova verisinin Weinberg’in bu muazzam derecedeki küçük sayı tahminini 1998’de teyit ettiğinde kendini nasıl hissettiğini anımsamaktadır. “String Teorisi’nin Weinberg’in antropik tahminiyle uyuştuğu açık hale geldiyse de; teyit olduğunda çok mutsuzdum, çünkü o açıklamanın doğru olmasını istemiyordum,’’ demiştir.

Bununla birlikte Susskind ve antropik tabiatın diğer taraftarlarına göre, ödül 2003’te KKLT Tezi ile Linde ve takımın geri kalanının KKLT mekanizmasıyla anlaşılan yarı kararlı (metastable) evrenin çürüme zamanını tahmin etmek için Şişme Teorisi’ni kullandıklarında gelmiştir. Bunun Susskind’in String Teorisi’nden tamamen genel tartışmalar kullanarak de Sitter evreninin yaşam süresine ulaştığı, tamamen aynı sayı olduğu ortaya çıkmıştır. Linde, “Haberleri Susskind ve iş arkadaşlarına verdiğimizde mutluydular, çünkü bu Susskind’in tabiat hakkındaki içgüdüsünü teyit etti,’’ diye anımsamaktadır. Linde, kozmoloğun bakış açısından, şişme bakımından antropik Prensibin kullanımını doğrulama olasılığının String Teorisi’nin lehine olan en iyi tartışmalardan biri olduğunu söylemektedir. Gross umutsuzluk içinde o Antropik Muhakeme’nin Kozmolojik Sabite problemine mantıksal bir çözüm olduğunu itiraf etmektedir. Gross, “Fakat beni üzen şey, insanların olması muhtemel bir evrende yaşadığımız olasılığını hesaplamanıza izin veren olasılığı güçlü bir prensip haline getirmeye çalıştıkları zaman oluyor. Sıra çok erken evrene geldiği zaman ne konuştuğumuzu bilmiyoruz,’’ demektedir. Gross, fizikçilerin geçmişte daha küçük numaraları açıklamayı becerdiklerine işaret etmektedir. “Proton yükü, Planck yükünün doğal ölçeğinden 10 üzeri 19 defa daha küçüktür, böylece bunun hakkında ellerimizi havaya fırlatabiliriz. Fakat bunun yerine Gross’un Nobel Ödülü kazandığı Asimtot Özgürlüğü ile karşılaştık: QCD, yüklerin ilgili oranının (rasyosunun) 10 üzeri 19 değil, QCD’nin açıklayabildiği enerjiyle çiftleşen sabite değişikliklerinden dolayı logaritmanın (10 üzeri 19) olduğunu söylemektedir. Eğer Kozmolojik Sabite’nin neden böylesine doğal olmayan küçük bir değere sahip olduğunun benzer zorlu dinamik mekanizmasına sahip olsaydık; Susskind de dahil, antropik tartışmaları takip eden insanların %95’i onu bırakırdı.’’

Antropik tartışmada string kuramcılarının hepsi Gross ve Susskind kadar kuvvetli pozisyonlara sahip değillerdir. Schwarz, “Tabiatın antropik yorumu diğerlerine nazaran önemsizdir,’’ demektedir. “Temel fiziğin ne kadarının matematiksel olarak sonuç çıkarabileceğini ve ne kadarının çevresel olarak kararlaştırıldığını bilmiyoruz. Bütün bu antropik şey, son söylenilen kategorideki niteliklerin açıklamasını yapmaya bir teşebbüstür, fakat her kategoride neye ait olduğunu bilmediğimiz zaman bu odaklamanın vaktinden evvel olduğunu düşünüyorum.’’ Tabiatı yorumlamada ortada olan Kachru, fikrin aşırı övüldüğünü düşünmektedir. “Newton’ın Yerçekimi Teorisi çıkmadan önce, insanlar gezegenler arasındaki uzaklıkların oranlarıyla gerçekten şaşkındılar,’’ demiştir. “Fakat teorisi geliştirildiği zaman o problemi çözmedi. Onun yerine oranlar ilk durumlara göre kararlaştırılmıştı. Suyun likit olması için biz Güneş’ten doğru uzaklıkta yaşıyorken, Newton Yerçekimi’nden derin bir dersin öğrenilmesinin gerekli olduğunu insanlar söylemiş olabilirlerdi. Fakat onun yerine diğer dinamik soruları çözmeye yöneldiler. Aynı şey, bugünkü Kozmolojik Sabite’deki anlayışımız için de uygulanabilir.’’

Gelecek Devrime Doğru

‘’İlk süperstring devrimi’’ olduğundan beri 23 sene oldu ve onun yarısı kadar zamandır da ikincisi oldu. Bu string kuramcılarının stringleri anlamada üçüncü bir devrimi yapacakları manasına gelir mi? Susskind’e göre, tabiat gelecek devrimdir ve kozmolojik bakış açısından ise diğerlerinden daha fazla bir devrimdir. Polchinski, “Dünya hakkında düşündüğümüz şekli değiştirme bakımından antropik tabiat kesinlikle diğer devrimler kadar büyük,’’ diye ilave etmektedir. “Fakat, bir noktada devrim olacaktır: Denklik nedir? Ne onun ne kadar uzakta olduğu, ne de denkliğin hangi formda olacağı açık değildir.’’ Pek çok string kuramcısı String Teorisi’nin altında yatan denklikleri bulmanın veya M-Teorisi’nin yüzleştikleri en büyük sorun olduğuna katılmaktadırlar.

Ne de olsa modelleri kurmada fenomen bilimcileri ne kadar iyi olurlarsa olsunlar; String Teorisi’nin şimdiye kadarki çalışılmış her ‘’çözümü’’ tahminidir. Witten, “Bu hakikaten de benim ilgimi çeken bir soru,’’ demektedir, “fakat eğer her zaman onun üzerinde çalışmazsam, bu nasıl ilerleme yapmanın zor olduğunu bilmektendir,” demiştir.

Bu arada Gross, String Teorisi’ndeki ilk gerçek devrimin gerçekleşmek üzere olduğunu düşünmektedir.“Kuantum Mekanik’in Heisenberg ve Schröder’le hızlı değişim döneminde zirveye çıkmak için olan gelişimi 20 yılı buldu. Fakat 1980’lerin ve 1990’ların ortalarında olanlardan farklı olarak, Kuantum Mekanik Devrim bugün hâlâ tamamen anlaşılmamış bir şekilde klasik gerekirciliğin tüm kavramını kökünden kazımıştır. Bizim ihtiyacımız olan şey, etrafta olan parlak genç bir zeka ve onun zeki tahminler yapmasıdır. Heisenberg gibi. String devrimini tamamlamak için matrisleri rastgele bulana kadar gözlenebilirlerle ve akım düzenleme bağlantılarının küçük parçalarıyla oyalanıyordu.”

Hakikaten de, String Teorisi’nin Susskind’i rahatsız eden özelliklerinden bir tanesi, onun Kuantum Mekanik’in bulmacalarına hiçbir anlayışı önermemesidir. Öyleyse 1980’lerin ortalarındaki kafa tutan günlerde string kuramcıları tarafından verilen ‘’herşeyin teorisinin’’ tüm büyük vaatlerine ne oldu? 1981’de Standard Model’in süpersimetrik uzantısını keşfedenlerden Harvard Üniversitesi’nden Howard Georgi, “String Teorisi isteklileri tarafından kullanılan  abartmalı dil üzerinde geçmişte kusur bulmaya meyilliydim. Fakat bu problemin, string kuramcılarının String Teorisi’nin aslında ne kadar karmaşık olduğunu öğrenmeleriyle büyük ölçüde kendini düzelttiğini düşünüyorum. Gerçekdünya fiziğinin saçılmış deneylerinin durumunu değerlendirmektense; genç kuramcıların matematiksel detaylarda odaklanmaları konusunda endişeliyim, fakat eğer şansımız yaver giderse LHC onu insanlara gerçek dünyanın ne kadar ilginç olabileceğini hatırlatarak gözetecektir,’’ demektedir. String Teorisi topluluğunun dışından gelen tehditlere gelince; birkaç string kuramcısı String Teorisi’nin popüler alandaki negatif tanımlamalarının son zamanlarda insanları öfkelendirmesinden daha başka bir etkiye sahip olmuştur. Susskind, “Smoit [Smolin/ Woit] şiddetli saldırısının sebebi ise; String Teorisi’nin  kara-delik kuramcılarından, nükleer fizikçileri, parçacık fenomen bilimcilerinden jeologlara kadar geniş bir fizikçi ve matematikçi topluluğuna söyleyecek şeylere sahip olmasının herhangi ciddi zarara yolaçmamış olmasıdır. İyi fizik departmanındaki insanlar bunu bilirler,’’ demiştir.

1999’da Elektrozayıf Teorisi’ndeki çalışmasından dolayı Nobel Ödülü’nü alan Utrecht Üniversitesi’nden Gerard ’t Hooft, teorilerin yararlıklarıyla ilgili tartışmaların profesyonel gruplarla limitli olması gerektiğini düşünmektedir. “Daha büyük bir topluluğa hitap ederek, tamamen genel olan tartışmalar bu tür araştırmayı ortadan kaldırabilir diye bir izlenimi oluşturabilir; fakat olay kesinlikle bu değildir. Matematiksel bilginin etkili büyük bir kısmı string kuramcıları tarafından ortaya çıkarılmış ve soru da bu matematiğin gerçek dünyayı ne kadar miktarda tanımladığının çok teknik olanı,’’ demektedir.

Fakat, uzun vadede string kuramcılarının en büyük bazı endişeleri deneyseldir. Witten, “ Problem, parçacık fiziğinin ve kozmolojinin pahalı olmasıdır ve bazen neyin keşfedildiğinin politikacılara veya diğer alanlardaki bilimadamlarına bile açıklanması zordur,’’ demektedir. “ Benim düşünceme göre kuramcılar için kaynak yaratma problem olmaz, çünkü ortada desteklenen heyecan verici fikirler var ve bundan dolayı da insanlar onlar üzerinde çalışmak isteyeceklerdir.” Bu söylendikten sonra LHC, String Teorisi’nde daha fazla resmi araştırmanın yapılması uğruna yeni potansiyel düzelmelerini fenomen bilimine doğru çekmektedir. Bu nedenle Stringler08’in provası CERN’de yapılacaktır. Şimdiye kadarki üretilmiş en yüksek enerji çarpışmalarıyla aynı zamana denk gelmesi orijinal olarak planlanan mini kara delikler, süpersimetri ve ekstra boyutların LHC’nin yeraltındaki dev gibi dedektörlerini aydınlatması olası olduğunda; arızalı manyetikler ve diğer gecikmeler string kuramcıları için gelecek Ağustos ayında laboratuara döndüklerinde ortada istedikleri kadar verinin olmadığı manasına gelecektir.

Deneyin kirli dünyasıyla yüzleşmiş olarak; string kuramcıları bir kez daha kendilerini birkaç adım ötede bulmuş gibiler. Fakat araştırmacıların doğanın temel katmanının gerçekte titreşen stringlerin ahenksizliği olduğunu doğrulamadan önce deney ve teori arasında daha açık bir boşluğun köprüsünü kurmaya ihtiyaçları var. Pek çok kuramcı String Teorisi’nin tutarlı bir fiziksel teori olup olmadığını öğrenmek için tam bir cevap için beklemeye hazır gözüküyor. Weinberg,“Hikâye burada. Chou En-Lai’ye [Çin Başbakanı]  Fransız  Devrimi hakkında ne düşündüğü soruldu. O, ‘Bunu söylemek için çok erken’’ diye yanıtladı. Ben de String Teorisi hakkında böyle düşünüyorum,” demiştir.■

‘’İnanılmaz miktarda anlaşılmış olan ölçülemez sayıda detay var. Okurlarınıza yardımcı olacak şekilde özetlemenin herhangi bir kolay yolunu düşünemiyorum. Fakat buna rağmen; anlaşılmış olan bütün resmin çok küçük, çok çok küçük bir miktarı.’’ Ed Witten, Gelişmiş Çalışma Enstitüsü, Princeton Üniversitesi

Yazan : Matthew Chalmers
(Fizik Dünyası Dergisi Eylül 2007 Sayısı, Sayfalar 35-47)