Kendimiz dahil bizi saran, içinde yaşadığımız bütün varlık maddedir. Her sabah doğan güneş, gece karanlığında gökyüzünde parlayan yıldızlar, ay, çevremizde gördüğümüz ne varsa hepsi, evrenin bir parçasıdır ve madde formunda bulunurlar. Dolayısıyla evreni anlamak, maddenin ne olduğunu anlamaktan geçer.

Maddeyi anlamak için onu parçalamak gerekir. Peki bir madde ne kadar parçalanabilir? Atomlarına kadar mı? Yoksa atom çekirdeğini oluşturan  proton ve nötronlara hatta kuarklara kadar inebilir mi?

Fizikçiler maddenin yapısını anlayabilmek için maddenin en temel parçacıkları olan kuark, elektron, foton gibi parçacıkları incelemeye çalışmışlardır. Araştırmalarında bu parçacıkların kütlelerini ve diğer özelliklerini nasıl kazandıklarını açıklamayı amaçlamışlardır. Maddelerin birbirinden farklı olmasını sağlayan şeyin ne olduğu ve kütlenin nasıl oluştuğu büyük bir merak konusu olmuştur. İşte bu çalışmalar sayesinde de Sicim teorisi ortaya atılmıştır.  

Sicim Teorisi Nedir?

Sicim teorisinin başlangıcı 1960-1970’li yıllar arasındadır. 20. yüzyıl fiziğinin iki temel direği olan kuantum mekaniği ve Albert Einstein'ın görelilik teorisini açıklayabilmek için ortaya atılmıştır. Sicimler, evrendeki dört temel kuvvetten biri olan ve atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü kuvveti tanımlamanın matematiksel yolunu sağlar. Sicim teorisini bir amacı da doğanın 4 temel kuvvetini açıklamaktır.

Sicim teorisine göre evrenin en temel yapı taşları, nokta parçacıklar değil, titreşen sicimlerdir. Sicimler ipliksi yapılardır ve tek boyutludur. Yani hacmi yoktur. Parçacıkları birbirinden ayıran özellik de sicimlerin hareketidir. Sicimler titreşim hareketi yapar ve her sicimin titreşimi farklıdır. Bu titreşimler farklı parçacık türlerini ve kuvvet alanlarını ortaya çıkarır. Parçacıkların kütlesi, yükü ve diğer özellikleri de bu sayede farklılaşır. Yani, evrenin karmaşık yapısı aslında bu sicimlerin titreşimlerinden kaynaklanır.

Bu durum bir kemanın telleri gibi düşünülebilir. Bir kemanda farklı tellerinin titreşiminin farklı notaları vermesi gibi, sicimlerin farklı şekilde titreşmesi de kuark, elektron, foton gibi farklı parçacıkların oluşmasını sağlar.  

Sicim Teorisi, Doğadaki Dört Temel Kuvveti Birleştirmeyi Amaçlar

Sicim teorisi, doğadaki dört temel kuvveti (elektromanyetizma, zayıf nükleer kuvvet, güçlü nükleer kuvvet ve yerçekimi) tek bir çatı altında birleştirmeye çalışır. Geleneksel parçacık fiziği, bu kuvvetlerin farklı taşıyıcı parçacıklar aracılığıyla iletilirken; sicim teorisi, bu kuvvetlerin tümünü sicimlerin titreşim modlarından kaynaklanan farklı etkileşim şekilleri olarak açıklar.

Örneğin, elektromanyetizma, foton adı verilen parçacık aracılığıyla iletilir. Sicim teorisine göre; foton, sicimlerin belirli bir titreşim moduyla ilişkilendirilmiş bir titreşimdir. Benzer şekilde, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler de sicimlerin farklı titreşim modlarından kaynaklanır. Sicim teorisi, bu kuvvetlerin tümünü tek bir matematiksel çerçeve içinde birleştirebilir. Bu, “standart model” olarak bilinen geleneksel parçacık fiziğinin ötesine geçen ve tüm fiziksel etkileşimleri açıklayan kapsamlı bir teori oluşturur.

Böylece, parçacık fiziği ve kuvvetlerin birleştirilmesi sicim teorisinin temel amaçlarından biridir. Bu, evrenin temel yapı taşlarını ve onların etkileşimlerini daha bütünsel bir şekilde anlamamıza yardımcı olabilir.

Araştırmacılar, kara deliğin içinde neler olup bittiği gibi evrenle ilgili temel soruları yanıtlamak veya Büyük Patlama gibi kozmik süreçleri simüle etmek için sicim teorisini kullanmışlardır. Hatta bazı bilim insanları, uzay ve zamanın genişlemesini hızlandıran gizemli güç olan karanlık enerjiyle başa çıkmak için sicim teorisini kullanmaya çalışmıştır.

Sicim teorisinin birçok fizikçi tarafından mantıklı bulunmasına karşın, henüz deneysel olarak doğruluğu ispatlanmamıştır. Bu teori, büyük oranda matematiğe ve biraz da dolaylı çıkarımlara dayanmaktadır. Ancak bu kesinlikle doğru olduğu anlamına gelmediği gibi boş bir tez olduğu anlamına da gelmemektedir. Bu konuyla alakalı Physics Today dergisinde yazan Michigan Üniversitesi'nden fizikçi Gordon Kane, yakın gelecekte sicim teorisine dair kanıtlar sağlayabileceğini öne sürmektedir.

4 temel kuvvetin birleştirilmesi ve parçacıkların nasıl oluştuğunu en iyi açıklayan teorinin, Sicim teorisi olduğu düşünülmektedir. Bu nedenle Sicim teorisi, Standart Model olarak bilinen geleneksel parçacık fiziğinin ötesine geçen ve tüm fiziksel etkileşimleri açıklayan kapsamlı bir teori oluşturur. Sicim teorisi halen araştırma ve geliştirilme aşamasındadır.