Gizli Boyutlar ve Kozmik Gerçekliğin Derinlikleri
1960’lı yıllardan itibaren gelişmeye başlayan sicim teorisi, modern fiziğin en büyük sorunlarından birine cevap ararken ortaya çıktı. Bu sorun şuydu: Evreni yöneten kuvvetleri tek bir açıklama içinde birleştirebilir miyiz?
Bugünkü fiziğe göre doğada dört temel kuvvet vardır; kütleçekim, elektromanyetizma, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Elektromanyetizma; atomları, ışığı, elektriği ve mıknatısları açıklar. Güçlü nükleer kuvvet atom çekirdeğini bir arada tutar. Zayıf nükleer kuvvet bazı radyoaktif olayları açıklar. Kütleçekim ise gezegenleri, yıldızları, galaksileri ve evrenin büyük ölçekli yapısını belirler.
Fakat burada büyük bir sorun vardır. Kuantum fiziği atom altı dünyayı başarıyla açıklar. Einstein’ın genel görelilik kuramı ise kütleçekimi ve uzay-zamanın bükülmesini başarıyla açıklar. Ama bu iki büyük teori bir araya getirilmeye çalışıldığında matematiksel sorunlar doğar. Özellikle, kütleçekimi atom altı düzeyde açıklamaya çalıştığımızda, denklemler sonsuzluklar üretir. Yani hesaplar fiziksel anlamını kaybeder.
Bunu sade bir örnekle düşünelim. Bir mıknatıs küçük bir çiviyi masadan kaldırabilir. Oysa bütün Dünya, devasa kütlesiyle aynı çiviyi aşağı doğru çekmektedir. Buna rağmen küçücük mıknatıs, Dünya’nın kütleçekimine karşı çiviyi yukarı kaldırabilir. Bu örnek bize kütleçekimin günlük hayatta güçlü görünmesine rağmen atom altı dünyadaki diğer kuvvetlere göre çok daha zayıf olduğunu gösterir. Fizikçiler uzun zamandır şu soruyu sorar: Kütleçekim neden bu kadar zayıftır ve onu kuantum fiziğiyle aynı çatı altında nasıl açıklayabiliriz?
Sicim teorisi bu sorulara verilen en cesur cevaplardan biridir. Teoriye göre evrenin en temel yapı taşları nokta gibi parçacıklar değildir. Yani elektron, kuark ya da foton gibi parçacıklar evrenin son katmanı olmayabilir. Sicim teorisi, bunların çok daha küçük, titreşen enerji iplikçiklerinden oluştuğunu öne sürer. Bu iplikçiklere “sicim” denir.
Bunu bir müzik aleti üzerinden düşünebiliriz. Aynı tel farklı biçimlerde titreştiğinde farklı notalar çıkarır. Sicim teorisine göre evrenin temelindeki bu çok küçük enerji telleri de farklı biçimlerde titreştiğinde farklı parçacıklar meydana gelir. Bir titreşim biçimi elektronu, başka bir titreşim biçimi kuarkı, başka bir titreşim biçimi fotonu oluşturabilir. Yani parçacıkların çeşitliliği, temel sicimlerin farklı titreşimlerinden doğuyor olabilir.
Peki burada matematiksel sorun nedir?
Sicim teorisinde fizikçiler bu titreşen sicimlerin nasıl hareket ettiğini, nasıl enerji taşıdığını ve hangi parçacıklara karşılık geldiğini hesaplamak ister. Bunun için kullanılan temel matematiksel yapı, sicimin uzay-zaman içinde çizdiği yüzeyi tarif eder. Noktasal bir parçacık uzayda ilerlediğinde arkasında bir çizgi bırakıyor gibi düşünülebilir. Ama sicim bir çizgi olduğu için hareket ettiğinde uzay-zaman içinde iki boyutlu bir yüzey oluşturur. Fizikçiler bu yüzeyin matematiğini kurar.
Bu matematik çok kabaca şunu söylemeye çalışır: Sicimin enerjisi, gerilimi ve titreşim biçimi nedir? Bu titreşim hangi parçacığa karşılık gelir? Sicim kapalı mı, açık mı? Kendi üzerine halka gibi mi kapanıyor, yoksa iki ucu var mı? Bu soruların cevabı denklemlerle aranır.Sicim teorisinin basitleştirilmiş kütle ilişkisine göre bir sicimin titreşim biçimi değiştikçe, ortaya çıkan parçacığın kütlesi ve özellikleri de değişir. Daha teknik ifadeyle, sicimin farklı titreşim seviyeleri farklı parçacık durumlarına karşılık gelir. Fakat bu hesaplar yapılırken yalnızca üç uzay boyutu ve bir zaman boyutu kullanıldığında teori kendi içinde tutarlı kalmaz. Bazı simetriler bozulur, bazı hesaplar anlamsız sonuçlar verir, bazı parçacıklar fiziksel olarak kabul edilemeyecek özellikler kazanır.
İşte “sicim teorisi neden 10 boyut ister?” sorusunun özü buradadır. Ek boyutlar keyfi olarak eklenmiş fantastik süsler değildir. Teorinin matematiksel yapısı, belirli bir boyut sayısında düzgün çalışır. Süpersicim teorilerinde bu sayı 10’dur. Bu 10 boyutun 9’u uzay, 1’i zamandır. Biz ise bunun yalnızca 3 uzay boyutunu ve zaman boyutunu algılarız.
Buradaki mantığı bir müzik düzeni gibi düşünebiliriz. Bir orkestrada bütün enstrümanlar aynı akort sistemine göre çalmazsa sesler birbirine karışır. Parça müzik olmaktan çıkar, gürültüye dönüşür. Sicim teorisinin matematiğinde de benzer bir durum vardır. Denklemlerin “uyumlu” çalışması için evrenin belirli sayıda boyuta sahip olması gerekir. Üç uzay boyutlu evren varsayımıyla yapılan hesaplarda bu uyum bozulur. 10 boyut varsayıldığında ise teori matematiksel olarak daha dengeli hale gelir.
Daha sonra fizikçiler beş ayrı sicim teorisi olduğunu fark ettiler. Başlangıçta bunlar birbirinden farklı teoriler gibi görünüyordu. Fakat 1990’larda bu teorilerin aslında daha büyük ve daha derin bir yapının farklı görünümleri olabileceği anlaşıldı. Bu daha geniş yapıya M-Teorisi adı verildi.
M-Teorisi, sicim teorisini 11 boyuta taşır. Burada artık yalnızca tek boyutlu sicimler değil, daha yüksek boyutlu zarlar da vardır. Bunlara “brane” denir. Bir sicim tek boyutlu bir iplik gibi düşünülebilirken, bir brane iki boyutlu, üç boyutlu veya daha yüksek boyutlu bir yüzey olabilir. M-Teorisi’ne göre bizim evrenimiz de daha yüksek boyutlu bir gerçeklik içinde yer alan büyük bir zar, yani bir brane olabilir.
Bu fikir çok önemlidir. Çünkü bu durumda bizim üç boyutlu evrenimiz, daha büyük bir 11 boyutlu yapının içinde bulunuyor olabilir. Biz o büyük yapının tamamını değil, yalnızca üzerinde yaşadığımız bölümü algılıyor olabiliriz. Tıpkı bir kitabın içindeki bir karakterin yalnızca kendi sayfasındaki olayları bilmesi, ama kitabın tamamını ve yazarın dünyasını görememesi gibi, biz de daha yüksek boyutlu kozmik yapının yalnızca küçük bir kesitini deneyimliyor olabiliriz.
Peki neden yalnızca üç boyut görüyoruz?
Bir cismin evrendeki yerini belirlemek için üç bilgiye ihtiyaç duyarız. Örneğin bir uçağın konumunu tarif ederken yalnızca haritadaki yerini söylemek yetmez. Enlemini ve boylamını bilmek gerekir; ayrıca yerden ne kadar yüksekte olduğunu da bilmek gerekir. Böylece üç uzaysal bilgi kullanırız. Bu üç bilgi, yaşadığımız dünyanın üç boyutlu olduğunu gösterir.
Fakat sicim teorisine göre diğer boyutlar çok küçük ölçeklerde kıvrılmış olabilir. Bu ek boyutlar günlük hayatta algılayamayacağımız kadar küçük olabilir. Bir kumaşa çıplak gözle baktığımızda onu düz ve pürüzsüz sanırız. Oysa mikroskop altında baktığımızda kumaşın liflerden, aralıklardan ve karmaşık dokulardan oluştuğunu görürüz. Evrenin dokusu da bize büyük ölçekte üç boyutlu ve düzgün görünüyor olabilir; fakat çok küçük ölçeklerde ek boyutlar saklıyor olabilir.
Bu gizli boyutlar doğrudan görülmez, çünkü ışıkla, gözle ya da sıradan ölçüm araçlarıyla yakalanamayacak kadar küçüktür. Ancak teorik olarak parçacıkların davranışında, kütleçekimin zayıflığında veya çok yüksek enerjili deneylerde dolaylı izler bırakabilirler. Bugüne kadar böyle bir boyut deneysel olarak kesin biçimde bulunmuş değildir. Bu yüzden sicim teorisi hâlâ kanıtlanmış bir gerçek değil, güçlü matematiksel temellere sahip teorik bir adaydır.
Bununla birlikte sicim teorisi ve M-Teorisi evren hakkında düşünme biçimimizi değiştirmiştir. Çünkü bu teoriler bize şunu söyler: Gördüğümüz evren, var olan gerçekliğin tamamı olmayabilir. Üç boyutlu dünyamız, daha yüksek boyutlu bir yapının yalnızca görünen yüzü olabilir.
Buradan çoklu evren fikrine geçilir. Eğer bizim evrenimiz daha yüksek boyutlu bir yapının içindeki bir zar ise, başka zarlar da olabilir. Bu başka zarlar, başka evrenler anlamına gelebilir. Her biri kendi fizik kurallarına, kendi zaman akışına, kendi yıldızlarına ve kendi galaksilerine sahip olabilir. Biz kendi evrenimizin içinde yaşadığımız için diğerlerini doğrudan göremeyiz.
Bunu büyük bir binadaki daireler gibi düşünebiliriz. Bir dairenin içinde yaşayan kişi, kendi odalarını, pencerelerini ve duvarlarını bilir. Ama aynı binada başka daireler de vardır. O dairelerde başka hayatlar yaşanır. Bizim evrenimiz de çok daha büyük bir kozmik yapının içindeki “dairelerden” biri olabilir. Diğer evrenler bizimle aynı yerde değil, aynı gerçekliğin daha yüksek boyutlu başka bölgelerinde bulunuyor olabilir.
Bu noktada “Uzayda yaşam var mı?” sorusu da daha derin bir anlam kazanır. Çünkü yaşamı yalnızca bizim galaksimizde, bizim yıldızlarımızın çevresinde ya da bizim evrenimizin içinde aramak belki de yeterli değildir. Eğer çoklu evren fikri doğruysa, varoluş yalnızca bizim evrenimizle sınırlı olmayabilir. Başka evrenlerde başka fizik yasaları, başka madde biçimleri ve belki de bizim hayal bile edemeyeceğimiz yaşam türleri bulunabilir.
Elbette bütün bunlar bugün için kesin olarak kanıtlanmış değildir. Ne gizli boyutlar doğrudan gözlemlenmiştir ne de başka evrenler keşfedilmiştir. Ama bilim bazen doğrudan gördüğümüz şeylerden değil, denklemlerin ve gözlemlerin bizi götürdüğü sorulardan ilerler. Sicim teorisi ve M-Teorisi de bize böyle bir soru bırakır: Ya evren dediğimiz şey, sandığımız gibi tek ve kapalı bir bütün değil de daha yüksek boyutlarda var olan sayısız gerçeklikten yalnızca biri ise?