5 boyuttan 26 boyuta sıçrama - bilinmeyen bir adam sicim teorisini nasıl mümkün kıldı?
Daha önce hiç duymadığınız bir bilim insanı sicim teorisini mümkün kıldı.
7 Eylül 2012'de teorik fizikçi Claude Lovelace vefat etti. Bu garip Rutgers Üniversitesi profesörünün ne ailesi ne de yakın arkadaşı var, birleşik alan teorisinin nüanslarını düşünürken klasik müzik dinlemeyi seviyor. Meslektaşlarına pek yakın olmayan yalnız bir gezgin olarak, Fizik ve Astronomi Bölümü üyeleri, 1,5 milyon ABD doları olan tüm servetini meslektaşlarına miras bıraktığında şok oldu ve sevindi. Bu fonlar, gerçek fizik alanındaki konumlarını belirlemeye yardımcı olmak için kullanılır. Ayrıca 4.000'den fazla klasik müzik CD'sinden oluşan koleksiyonunu Rutgers Üniversitesi Sanat Okulu'na bağışladı ve vücudunu tıp fakültesine bağışladı.
Lovelaceın ölümünden medyada nadiren bahsedilse de, sicim teorisinin tutarlılığı için gerekli olan yüksek boyutluluğa dair önemli keşfinin alanın tarihi üzerinde çok önemli bir etkisi olduğu söylenebilir. Bu şaşırtıcı sonuç, onu 1970'lerin başında en etkili teorisyenlerden biri yaptı. Sicim teorisyenleri hala etkisiyle mücadele ediyor.
Sicim kuramının henüz emekleme döneminde olduğu 1970 yılına geri dönelim. İpleri bugünlerde "her şeyin teorisi" ile ilişkilendirmemize rağmen, o zamanlar güçlü nükleer kuvvetlerin özelliklerini tanımlamak için (sicim modelleri olarak) kullanıldılar. Kuarkları proton ve nötronlara yoğunlaştıran ve bu proton ve nötronların çekirdeklere dönüştüğü güçlü etkileşimin, gluon adı verilen bir tür değişim parçacığı tarafından aktarıldığını bugün biliyoruz. Kuarkların ve gluonların etkileşimi, nükleer parçacıkların uçup gitmesini engelleyen "kısıtlama" adı verilen bir durum yaratır: QCD kısıtlaması yoksa, çekirdek kararsız olacak ve biz burada olmayacağız.
Bununla birlikte, kuarklar ve gluonların keşfinden önce Japon fizikçi Yoichiro Nanbu ve diğerleri, protonlar, nükleonlar ve hadronlardan etkilenen diğer parçacıklar arasındaki güçlü kimyasal bağları açıklamanın bir yolu olarak sicim teorisini önerdiler. (Bu teori, daha önce Gabriele Venazziano tarafından önerilen ve "çift rezonans" adı verilen bir yöntemi geometrik olarak sunar) Araştırmacılar, bu bağı farklı modlarda titreşen yüksek enerjili bir tel olarak modelledi. Farklı şekillerde koparılmış bir gitar teli gibi, farklı armoniler üretir. O sırada Lovelace, bir atılım yapmayı umarak genç bir araştırmacı olarak insanların görüş alanına girdi.
İki parçacığı birbirine bağlayan bir hadron dizisi
Lovelace, 1934 yılında İngiltere'de doğdu ve 16 yaşında Genel Göreliliği öğrendi. O sırada, kendisi ve ailesi Güney Afrika'ya taşınmış ve oradaki Cape Town Üniversitesi'ne gitmişlerdi. 1958'de İngiltere'ye döndü ve Pakistanlı fizikçi Abdus Salam'ın rehberliğinde Imperial College London'da yüksek lisansını tamamladı.
Lovelace, Temmuz 2003'te benimle yaptığı bir e-posta röportajında,
Ben erken gelişmiş bir çocuğum. 16-17 yaşlarımdayken Einstein ve Dirac'ı okudum ve birleşik bir alan teorisi inşa etmek için çok amatör bazı girişimlerde bulundum. Bu, gelecekte onlara kızmamı sağlayabilir. Salam daha sonra zayıf etkileşimleri elektromanyetik etkileşimlerle birleştirdiği için Nobel Ödülü'nü kazandı.Tez danışmanımdı, ancak onun daha cesur spekülasyonlarıyla ilgilenmedim. "
Doktorasını tamamlamadan Lovelace, CERN'e gitti ve burada hadron sicim teorisi hakkında bir soru araştırmaya başladı. Araştırmacılar, iki tür etkileşimi simüle etmek için bir döngüde bağlanmak için açık dizeleri ve gevşek uçlu kapalı dizeleri kullanmaya başladılar.Bu iki etkileşime o sırada Lei Lattice ve Pomeron deniyordu. Gerçek bir Pomeranian alan teorisi oluşturmak için, birleşik bir özelliğe ihtiyaç vardır: dönüştürme işlemi sırasında vektörün uzunluğunun korunduğu matematiksel bir koşul. Tekli operatör, iğnenin bir pusula üzerinde dönmesi gibi vektörü soyut uzayda döndürür. İğne döndüğünde aynı uzunlukta kalır.
Benzer şekilde, üniter operatör bir vektörün bileşenlerini değiştirebilir, ancak büyüklüğü değişmez. Kuantum teorisinde boyutu korumak, genellikle aynı genel olasılığı sürdürmek, dolayısıyla benzer fiziksel özellikler göstermek anlamına gelir. Aksi takdirde, tuhaf fenomenler, fiziksel kanıt olmadan havadan ortaya çıkacaktır. Bu nedenle birlik teorinin temel gerekliliğidir.
Teorisyenler, dört boyutlu uzay ve zaman uzayında tek olan bir Pomeronian kapalı sicim teorisi tasarlamaya çalıştılar, ancak başarısız oldular. Aksine, bu teori, nedensellik yasasını görmezden gelen taşytron adı verilen bir canavar üretir. Takyon, ışıktan daha hızlı olan ve zamanda geriye doğru hareket eden bir parçacık veya alandır. Gregory Benford gibi bazı araştırmacılar özellikleri hakkında spekülasyon yapmış olsalar da, bunlar hiçbir zaman gerçek fiziksel teoriler tarafından kabul edilmedi. Çoğu fizikçi, takyonlarla bir fiziksel teoriye sahip olmanın tek uygulanabilir yolunun onları teoriden ayırmak olduğuna inanır, bu da teorinin ürettiği enine kesitler ve saçılma genlikleri gibi gözlemlenebilir fenomenleri etkilemeyecekleri anlamına gelir. .
Bilim filozofu John Norton bu resimde takitronun çelişkili doğasını tanımladı
Aniden fark ettiği anda, Lovelace birdenbire sorunun çözümünün görünürde olduğunu fark etti. İnsanların dört boyutlu dünyada iplerin var olduğu varsayımını gevşettiğini varsayalım. Çevresindeki çevrenin boyutsallığını gitgide daha yükseğe ayarladı ve tam olarak D = 26'da hız probleminin ortadan kalktığını ve birliğin geri geldiğini buldu. Böyle garip bir sonuca pek inanmadı.
Doğa yasalarını birleştirmeye yönelik erken girişimlerin bazen görünmez bir ekstra boyuttan yararlandığını biliyordu. Theodore Kaluza ve Oscar Klein'ın çalışması, yerçekimini elektrikle birleştirmeye çalışırken, genel göreliliğin bir uzantısı olarak beşinci boyutu bağımsız olarak kullanır. Einstein bile 1930'larda ve 1940'ların başında beş boyutlu birleştirmeyi denedi, ancak daha sonra bu fikri terk etti ve diğer birleştirme yöntemlerine geçti. Bununla birlikte, bu 5 boyuttan 26 boyuta önemli bir sıçrama; ikincisi gülünç derecede yüksek görünüyor.
Aralık 1970'te Lovelace, Princeton'daki bir seminerde çalışmaları hakkında bir rapor verdi. İşler iyi gitmiyor. "Sinyalinin kötü olduğunu hatırlıyorum," dedi Lovelace. "Bu 26 boyutu şaka olarak görüyorum ve kahkaha getiriyor."
Yine de bulgularını "Pomeron Form Factor and Double Reggie Reduction" başlıklı bir makalede yayınladı. 1971'de "Physical Review Letters" da yayınlandı. "Bunun aptalca olduğunu düşünmesine rağmen" D = 26 sonucunu makalenin sonuna gömdü, ancak sicim kuramcıları bunu fark etti ve hepsi şaşkına döndü.
O sırada Princeton'daki California Institute of Technology'de fizikçi olan John Schwartz 2000 konferansta "Lovelace'in makalesi herkesi şaşırttı" diyordu, "çünkü kimse kiraya vermeyi düşünmemişti Zaman ve uzay boyutu 4 değildir. Sonuçta hadron fiziği yapıyoruz ve 4 kesinlikle doğru cevap. "
Schwartz, süper sicim teorisinin ana geliştiricilerinden biri oldu. Süper sicim teorisi, sicim teorisinin bir versiyonudur ve sadece taşıyıcıları simüle etmek için sicimleri kullanmakla kalmaz, aynı zamanda taşıyıcıları simüle etmek için parçacıkları da kullanır. Süper sicim, kuvveti temsil eden bir alanı parçacıkları temsil eden bir alana dönüştürmek için varsayımsal bir yöntem olan süpersimetriden yararlanır ve bunun tersi de geçerlidir. Bu teorinin bir avantajı, spin 2'nin kuantum özelliğine sahip kuvvet taşıyıcılarının varlığını doğal olarak öngörmesidir. İki spin alanı, yerçekimi etkileşiminin taşıyıcıları olan gravitonların özelliklerine uygundur. Bu nedenle süper sicimler, tüm doğal kuvvetleri birleştirmenin olası bir yolu olarak görülüyor: yerçekimi, elektromanyetik kuvvet, güçlü kuvvet ve zayıf kuvvet.
Araştırmacılar, süper sicim teorisi için tutarlı bir boyut buldular. Sonuç D = 10'dur. Belki, Lovelace ilk sonuçlarına ulaşmasaydı, o zaman bu kadar çok boyutu gözlemleme fikri saçma görünebilirdi. Bununla birlikte, karşılaştırma olarak 26 kullanıldığında, 10 daha mantıklı görünüyor. M-teorisi daha sonra standart olarak 11 kullanarak başka bir boyut ekledi. 4 boyut dışında diğer boyutlar kıvrımlı ya da erişilemez, bu yüzden onları doğrudan deneyimleyemiyoruz.
Lovelace, 1971'de Rutgers Üniversitesi'ne taşındı ve doktorası olmamasına rağmen profesörlük aldı. Kariyeri boyunca, muhabbet kuşları kendi tür ipleriyle oynarken sicim teorisinin çeşitli versiyonlarının nüanslarını incelemeye çalışarak orada kaldı. Yaylı çalgılar dörtlüsü melodisi, odasını tefekkür için dolduran CD çalarında çaldı. Einstein gibi o da birliği asla başaramadı, ancak bu süreçten büyük keyif aldı.
