Yeni Bir Teoriye İhtiyacımız Var – Sabine Hossenfelder (Röportaj)

Kaynak Metin: https: //www.weltderphysik.de/gebiet/universum/wir-brauchen-eine-neue-theorie/

Çevirmen: Eric Rose

Düzenleyen: Tibet Şahin

Çevirmen Önsözü

Newton fiziğinin olgulara bağlılığı, fiziğinin sınırlarıyla birlikte bilim insanları ve düşünürler tarafından saldırıya uğramaya başladı. Albert Einstein’in 1915 yılında yayınladığı Genel Görelilik (Allgemeine Relativitätstheorie) makalesi ile olgusal gerçeklik diye bahsettiğimiz anlam ve varlık sınırını açık bir şekilde yeniden düzenlendi.

Albert Einstein, olgusal gerçekliğimizin yeni yorumunu ışık hızına kadar getirmeyi ve dönüştürmeyi başardı. Ancak özellikle Kuantum Fiziği üzerine çalışmalar, olgusal dediğimiz fenomenlerin sınırlarının oldukça değişken olabileceğini bize göstermiştir. Olgusal fenomenlerin hızlı anlam değişimi, bilimsel yöntemin içine matematiksel nesnelerin oldukça fazla yerleşmesine neden olmuştur.

Çevirisini siz okuyucularımıza sunduğumuz bu röportajın ana öznesi Sabine Hossenfelder, bilimsel veri içerisindeki bu matematikselleşme arzusuna karşı çıkan fizikçilerden birisidir.

Ona göre, bilimin matematikselleşmesi, deney ve gözleme elverişsiz olan verilerin bilimsel veri kabul edilme ihtimalini arttırmaktadır. Ancak bu durum, aynı zamanda evrenin mükemmel, güzel ve estetik olmak gibi gizli amaçlar güdülerek gözlemlenmesinin önünü açmış olacaktır.

Sabine Hossenfelder bu düşünceyi Platon’dan beri gelen ve bilimi güçsüz ve köksüz bırakan bir yola soktuğunu ön görmektedir.

Bu yüzden, şuan da bilimin açıklayamadığı bazı fenomenlere, Sabine Hossenfelder gözünden anlam aramak önemlidir. Bu metin bize bu imkanı sunmaktadır.

Yeni Bir Teoriye İhtiyacımız Var

Albert Einstein’ın Genel Görelik teorisinin çıkarımları sayısız kez onaylanmıştır. Ancak Einstein’ın teorisinin de bir sınırı var: Çok büyük kütleli cisimlerin çok küçük ölçekte yoğunlaştığı süreçleri artık net biçimde tanımlayamıyor -örneğin Bing Bang’ın gerçekleştiği an veya karadeliklerin en derin kısmı.

Çünkü buna benzer olaylarda yalnızca kütle çekiminin değil aynı zamanda da Kuantum fiziğinin etkileri merkezi rol oynuyor. Bu tür sorunları çözebilmek için bilim insanları uzay-zamanın aynı zamanda Kuantum mekaniksel davranışlar sergileyebileceği yeni bir teori araştırıyorlar. Frankfurt Institute for Advanced Studies’ten Sabine Hossenfelder, Welt der Physik ile yaptığı bir röportajda araştırmacıların izlediği yaklaşımların deneysel olarak nasıl sınanabileceği hakkında konuşuyor.

1. Genel Görelilik Neyi Tanımlar?

Sabine Hossenfelder: 19.yüzyıla kadar bilim insanları uzay ve zaman olgularını, tüm fiziksel olayların gerçekleştiği katı bir sınırlandırma, bir çerçeve olarak görüyorlardı. Ancak Albert Einstein’in Genel Görelilik teorisinde, uzay ve zaman tamamen farklı bir rol oynar: katı değillerdir, öyle ki, aynı trambolin gibi, büyük nesneli cisimler arasında eğilip bükülebilirler. Bu bükülme, nesnelerin hareketini de yeniden etkiler. Bu şekilde kütleçekim tamamen yeni bir şekilde anlaşılmıştır. Bir trambolinin üzerinde, trambolini büken ve birbirine doğru yuvarlanan iki top gibi, büyük nesneler uzay ve zamanı bükerek birbirlerine doğru hareket ederler. Bu, iki kütle arasındaki çekimsel bir hareket gibi yorumlanabilir- ama köken uzay ve zamanın bükülmesinde yatmaktadır.

2. Bu teori ile hangi Fenomenler Anlamlandırılabilir?

Sabine Hossenfelder: Nesnelerin dünya yüzeyine serbest düşüşünü ve gök cisimlerinin hareketleri gibi günlük gözlemlerin çoğu klasik mekanikle iyi bir şekilde tanımlanabilir ve anlamlandırılabilir. Ancak kütleçekim dalgaları gibi fenomenler ilk olarak, sıkışma (Stauchung) ve bunu takiben uzay ve zamanın genişlemesi olarak, Genel Görelilik Teorisi’nde meydana çıkarlar. Karadelik fenomenini de ilk olarak ancak bu şekilde anlamlandırabiliriz. Problem, Karadeliklerin içerisinde bakmaya çalışıldığında ortaya çıkar: Genel Görelilik Teorisi’ne göre orada uzay-zaman eğriliğinin sonsuz derecede genişlemesi gerekir- ancak bu çıkarım, fiziksel olarak herhangi bir anlam ifade etmez.

3. Bu sonsuzluklar ne anlama geliyor?

Sabine Hossenfelder: Bu tür sonsuzluklar başka teorilerde de görünüyor. Örneğin hidrodinamikte bir su damlacığının şekli tanımlanırsa, damlacığın ucundaki su yüzeyinin eğriliği teorik olarak sonsuz derecede büyük olur. Sonsuzluk, teorinin bu fenomende aslında geçerli olmadığını göstermektedir. Sorun şudur: Hidrodinamikte, basitleştirilmiş biçimde, suyun bütün oluşturan bir sıvı olduğu varsayılır. Hidrodinamik daha büyük ölçeklerde kesintisiz çalışır, bununla beraber bir damla suyun  ucu (tepesi) oldukça küçüktür- burada aynı zamanda su damlasının tek tek atomlardan oluştuğu da hesaba katılmalıdır. Bilim insanları, Genel Görelilik teorisinin benzer bir çıkmaza yol açtığını düşünüyor. Sonsuzluk, uzay-zamanın daha kesin bir tanıma ihtiyaç duyduğunu gösteriyor.

4. Yeni bir açıklama nasıl gözükebilir?

Sabine Hossenfelder: Genel Görelilik’te uzay-zaman bükülmesi maddeden kaynaklanır. Bu madde yıldız gibi çok büyük bir nesne olabilir, ama çok küçük parçacıklar da- örneğin elektron gibi- uzay ve zamanı büker. Bilim insanları şimdi 20.yüzyıl sürecinde bu en küçük parçacıkların gizli özelliklere sahip olduğunu keşfettiler. Onların davranışları kuantum mekaniği ile açıklanır. Örneğin aynı anda iki yerde birden bulunabilirler. Ancak bu süperpozisyonda uzay-zamanın bükülmesiyle ilgili ne meydana geldiği belirsizdir. Bilim insanları, uzay-zamanın kendi kuantum özelliklerine sahip olduğunu düşünüyorlar ve bu sebeple 1930’lardan beri bu olası kuantum kütleçekim teorileriyle ile ilgili araştırma yapıyorlar.

5. Olası teoriler nelerdir?

Sabine Hossenfelder: Örneğin, elektronların kuantum özelliklerini tanımlamak için kullanılan denklemler yerçekimine uyarlanamaz. Fizikçilerin tamamen yeni bir fikir geliştirmeye çalışmasının nedeni de budur. Düşüncelerden biri, son derece küçük uzaysal ve zamansal ölçeklerden ve dolayısıyla sonsuzluklardan kaçınmaktır. Muhtemelen en popüler kuantum kütleçekimi teorisi olan sicim teorisinde, artık nokta benzeri bir nesne bulunmaz. Temel parçacıklar, nokta değil küçük ip biçiminde sözde sicimler olarak tanımlanırlar. Bununla birlikte, kabul edilen (tamamlanmış) teorilerde yalnızca dört boyut, yani üç uzamsal ve bir zamansal boyutlar varsayılırkem,  Sicim Teorisi’ne göre on boyutun var olması gerekmektedir. Diğer yaklaşımlar, örneğin Halka Kuantum Kütleçekim Teorisi, rastgele herhangi bir küçük ölçeklendirmeden kaçınır. Kuantum kütleçekiminde asimptotik güvenilirlik alternatif bir yol izler. Bu teori, ek kavramların ve boyutların ortaya çıkmasını ortadan kaldırır ve yeni matematiksel yöntemler yardımıyla uzay ve zamanın kuantum mekanik özelliklerini tanımlamaya çalışır.

6. Hangi teorinin doğru olduğunu nasıl anlayabiliriz?

Sabine Hossenfelder: Tüm bu alternatif teori girişimler, Genel Görelilik’in tutarsızlıklarını gidermeye çalışmaktadır. Ancak matematiksel düşünceler tek başına hangi teorinin evrenimizi tanımlamada başarılı olduğunu bulamaz. Farklı teorilerin kehanetlerini (çıkarımlarını) test edebileceğimiz deneylere ihtiyacımız var.

7. Böyle deneyler henüz var mı?

Sabine Hossenfelder: Birçok yeni teori yaklaşımları, uzay ve zamanın kuantum etkilerini yeni bir parçacığın – gravitonun- yardımıyla tanımlamaktadır. Tıpkı fotonların, elektromanyetik enerjiyi iletmeleri gibi gravitonlar, nesneler arasındaki kütleçekim kuvvetini iletirler. Bu kuantum parçacığının teoriye bağlı olarak farklı özellikleri vardır. Bilim insanları genellikle büyük hızlandırıcılarla (Beschleunigern) yeni parçacıklar aramaktadırlar. Ancak Elektromanyetik kuvvete kıyasla daha zayıf olan kütleçekimi gibi kuvvetler, diğer kuvvetlere kıyasla çok zayıf oldukları için gravitonlar madde parçacıklarıyla çok zayıf etkileşime girerler. Bu nedenle bu etkiyi tespit etmek için yeterli gravitonlar üretmek muazzam enerjiler gerektirir. Şu andaki mevcut teknolojili bir parçacık hızlandırıcısının bu enerjiyi üretebilmesi için Samanyolu kadar büyük olması gerekir. Bu yöntemler ilk kez bu noktada ayrılırlar.

8. Böylesi aşırı enerjilere ulaşmak için başka alternatifler var mıdır?

Sabine Hossenfelder: Bu yüksek enerjiler evrende doğal olarak bulunurlar, örneğin karadeliklerin içinde veya Bing Bang’in hemen sonrasında. Karadeliklerin içine bakamayız çünkü ışığın kendisi bile uzay-zamanın yarattığı eğrilikten kaçamaz. Ve evrenin başlangıcındaki durumlar hakkında çok az şey biliyoruz. Evrenin erken evresinden kalan kütleçekim dalgaları bize bir fikir sağlayabilir. Bilim insanları, bu tür dalgaları yeni araçlarla tespit edebilmeyi umuyor – ancak şu ana kadar hiçbir ölçüm verisi mevcut değil.

9. Kuantum kütleçekiminin etkileri başka yollarla de gözlemlenebilir mi?

Sabine Hossenfelder: Evet, uzay-zamanın kuantum özelliklerini göstermek için gravitonun mutlaka keşfedilmesi gerekmez. Düşük enerjilerde yapılan deneyler de kuantum kütleçekiminin etkilerini gösterebilir. Buradaki fikir, küçük bir nesneyi kuantum mekaniksel süperpozisyona getirmek ve bu süperpozisyon sırasında uzay ve zaman eğriliğinin nasıl davrandığını araştırmaktır. Bununla birlikte, ölçülebilir bir yerçekimi alanı oluşturmak için, nesnenin en az bir miligram ağırlığında olması gerekir. Şu anda, bu boyuttaki nesneler süperpozisyon durumuna getirilemez – ancak bu alandaki araştırmalar hızla ilerlemektedir.

10. Ne zaman sonuç almayı  bekliyorsunuz?

Sabine Hossenfelder: on veya yirmi yıl içerisinde böyle bir deneyle uzay-zamanın olası kuantum etkilerini gözlemleyebileceğimiz oldukça makul. O zaman hangi teorilerin doğru olduğuna karar vermek mümkün olabilir. Ama daha öncesinde kimsenin henüz ortaya atmadığı yepyeni bir teoriyle de karşılaşabiliriz.