M teorisi

İngilizcedeki açılımı membrane theory yani zar kuramıdır. Güncel paradigmanın tanımlamalarına göre, bir kuram olmadığından, baş harfi ile anılır. Beş farklı sicim kuramını birleştirme çabasıdır ve her şeyin kuramı olmaya en muhtemel adaydır.
Tanım
M-Kuramı Edward Witten (Princeton Üniversitesi) tarafından 1995 yılında, Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde yaptığı konuşmayla öne sürülmüştür. M-Kuramı, Süpersicim Kuramının yeni adı olarak kabul edilmiştir. "İkinci Süpersicim Devrimi" olarak da bilinir. "Her şeyin kuramı" ("The Theory of Everything"-TOE) na en yakın aday olarak görülmektedir.
Bu kuram 5 farklı Sicim Kuramı'nı birleştirmiştir ve 10 yerine 11 boyutlu bir evren resmi ortaya koymuştur. Şu an bilinen 3 boyutlu evrenimizi, çok daha büyük ölçülerde daha fazla boyuttan oluşan bir uzay-zaman içinde dolaşan üç boyutlu bir zar olarak tanımlar. İçinde yaşadığımız evrenin 11 ya da daha küçük boyutta bir uzay-zamanda bir ada (bir D-zar) olabileceği ve bu uzay-zamanda benzeri birçok evren olabileceği bu teoremle ortaya konuluyor.
Temeller
Bilim insanlarının, fiziğin birleşik kuramınını bulma umudu, 1970'li yıllarda Süpersimetrik kuramların tanımlanmasından beri daha da artmıştır. Ancak Süper Simetri, zayıf çekirdek etkileşimlerinde eşitliğin korunmaması gibi bazı deneysel sonuçlarla başa çıkamamıştır. Süper Sicim Kuramı ise, 1984 yılından sonra bazı anomalilerden temizlendikten sonra ve Süpersimetriden farklı olarak, kütleçekim kuvvetini taşıyan parçacığı (graviton) da içerdiği için bu anlamda en iyi adaydı. Fakat en büyük problem, 5 tane Süpersicim kuramı olması ve hala kuramda bazı problemlerin (örn:pertürbasyon analizinden gelen sorunlar) olmasıydı. Tıpkı diğer tüm parçacık teorileri gibi sicim teorisi de bir pertürbasyon teorisidir. Sicimlerin hareketlerinden doğan etkileşimler pertürbasyon olarak ele alınmalıdır aksi halde sicimler düzgün doğrusal yörüngelerini izlerler. Gerçek hareketleri bulmak için sonsuz bir seri oluşturan hesapların yapılması gerekmektedir. Fakat Sicim Kuramında bu seriler giderek zorlaşmakla kalmıyor, aynı zamanda tek bir cevaba doğru yakınsamıyorlar. Bu da kuramda büyük bir soruna yol açmaktadır çünkü her zaman fazladan bir pertürbatif düzeltme hesabının öncekilerden daha kotü sonuçlar verdiği bir aşama olacaktır.
Witten, "pertürbasyon yönteminin" ötesine nasıl geçilebileceğine ilişkin bir strateji bulmuştur. Bu problemi dualite stratejisiyle aşmaya çalışarak, farklı süpersicim kuramları üstünde çalışan fizikçileri, aslında değişik dillerde yazılan kuramları çalışan insanlar olduğunu düşünmüştür. Geliştirdiği M-Kuramı ile, bu çok dilli sözlükteki kelimelerin karşılıkları araştırıldı ve beş süpersicim kuramıyla 11 boyutlu süperçekim kuramının, daha temel bir kuramın özel durumları olduğunu gösterildi.
Başka bir dualite de süpersicim kuramlarının zayıf ve şiddetli çiftlenim rejimleri arasındadır. Bu tip dualite ye S-dualitesi denir. Witten, S-dualitesi'ni kullanarak, süpersicim kuramlarındaki pertürbasyon analizinden gelen sorunların nasıl çözülebileceğini göstermiştir.
Kuramdaki M harfinin anlamı, Edward Witten tarafından açıklanmamış ve "Kuramı daha iyi anladıkça "M" nin ne olduğunu anlayacağız" demiştir. Fakat birçoklarına göre "M" nin anlamı "membrane" (zar) demek. Çünkü M-kuramının anlamlı olduğu 11 boyuttaki temel cisim, Süpersicim kuramının aksine sicim değil, zardır. Bazıları ise "M" harfini gizemli Mu Kıtası'yla ilişkilendirilen bazı düşünce ve öğretilerle özdeşleştirmektedir.
Gelişim
Bu kuramdaki ilk gelişme. Kaliforniya Üniversitesi'nden Joseph Polchinski tarafından gerçekleştirildi. Polchinski, beş süpersicim kuramının üçünde de (tip I, IIA, IIB) sicimlerden başka yüksek boyutlu cisimler olduğunu gösterdi. D-zar olarak adlandırılan bu cisimler, her zaman açık sicimin bittiği yerde bulunur. Böylece M-kuramının, çeşitli boyutlarda (0-zar=parçacık,1-zar=sicim,2-zar=zar,3-zar,...,9-zar) cisimleri içeren bir kuram olduğu anlaşılmıştır. Bu yeni kuramın en büyük başarısı, kara deliklerin D-zar kullanarak modellenmesiyle elde edildi. Çünkü genel görelilik kuramındaki karadeliklerle ilgili problemlerin ("bilginin kaybolması" paradoksu dahil) M-kuramıyla çözülmesi ümidi doğmuştu. Sonraki yıllarda D-zarlar, kuramsal yüksek enerji fiziğinden ve diğer birçok alanda da başarıyla kullanıldı.
Bilimadamlarının 11 boyutlu M-kuramından 4 boyutlu bilinen fiziği elde etme uğraşları sürerken, bu konuda yeni bir fikir son yıllara damgasını vurdu. Harvard Üniversitesi'nden Juan Maldacen, D-zar teknolojisini kullanarak yaşadığımız evrenin, Hiperbolik uzay-zamanın (Antide Sitter (AdS) uzay zamanı) yüzeyi olabileceğini ileri sürdü. Bu bakış açısına göre, M-kuramının 4 boyutta tanımlanabiliyor olması önemli ve gerekli değildir. M-kuramı 11 boyutta olabilir ve onun 4 boyutlu AdS yüzeyi üzerindeki izdüşümü (hologram) bize 4 boyutlu birleşik fiziği verebilir.
Benzeri bir başka düşünce Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Lisa Randall ve Boston Üniversitesi'nden Raman Sundrum'dan geldi. Bu fizikçiler evrenimizin 5 boyutlu düz ya da hiperbolik bir uzay-zamandaki 4 boyutlu bir D-zar olabileceği düşüncesini ortaya attılar. 5 boyutlu uzayın sahip olduğu temel nitelikler, 4 boyutlu fizikte halen cevabını bulamadığımız bazı temel sorulara çözüm getirebilir.
Ancak M-kuramının öngörüleri deneyler tarafından doğrulanması ve bir fizik yasası konumuna gelmesi için daha çok zaman var gibi görünüyor. Bunun için adım adım bazı öngörüler denenmeye başlanıyor. Örneğin şu an için M-kuramının olmazsa olmaz niteliği olan Süpersimetrinin olup olmadığı, planlara göre 2010 yılına kadar İsviçre'deki CERN laboratuvarında test edilecek. Halen süren başka bir deneyse, 4 uzay-zaman boyutundan başka milimetrik büyüklükte yüksek boyutların olup olmadığıyla ilgilidir.