Albert Einstein yaşamının son 20 yılında fizik camiası içinde, konuşmayı en sevdiği konu yemek masası çevresinde utanmış bakışlarla karşılanan garip ve sevilen amca gibi, bir tür tuhaf tipti. Sonsuz şekilde küçüklüklerin teorisi olan kuantum teorisi daha önce asla elde edilememiş bir hassaslıkla test edilirken Einstein bunun nihai teori olduğunu kabullenmeyi reddediyordu. Yaşamının son yılları boyunca kendi kütle çekim teorisini ve dünyanın kuantum tarifini uzlaştırmanın bir yolunu bulmak üzere çalıştı. Başarılı olamadı ve en değerli hayalinin gerçekleştiğini göremeden hayatını kaybetti.
Bundan 40 yıl kadar sonra Einstein neredeyse haklı çıktı: Genel görelilik ve kuantum mekaniği arasındaki uzun süredir var olan uyuşmazlık sorunu bir çözüme ulaşmaya yaklaşıyor gibi görünüyor. Bu çözümü kavramak zor olabilir. “Süper sicim teorileri” (ya da kısaca sicim) adını verdiğimiz şeyle ilgilenen az sayıdaki fizikçi haklıysa hayal edebileceğinizden daha garip bir dünyada yaşıyoruz.
Bu, bazısı mikroskobik seviyede kıvrılan ve bazı “büyük” olanlarını “gerçek” olarak algıladığımız 10 boyutlu bir dünya. Uzay ve zaman arasındaki ayrımın (genel görelilik tarafından öğretildiği şekilde) suni olduğu bir dünya. Aslında tam da uzay ve zaman kavramının kaybolmaya mahkum olduğu bir dünya. Columbia Üniversitesi’nden bir profesör ve konu üzerine bir kitabın yazarı olan Brian Greene’nin sözleriyle; “eğer sicim teorisi doğruysa, evrenimizin kumaşı Einsten’ı bile hayrete düşürecek özelliklere sahip.”
Sicim teorisinde hiçbir (elektronlar veya kuarklar gibi) temel parçacık yoktur, bunun yerine titreşen sicimler bulunur. Her titreşim şekli farklı bir parçacığa karşılık gelir ve yüküyle kütlesini belirler. Teorinin şu anda anlaşıldığı şeklinde bu sicimler hiçbir şeyden “oluşmamışlardır”, bunlar maddenin temel bileşenleridir. Nokta benzeri parçacıkları titreşen mikroskobik sicimlerle değiştirmenin sonuçları muazzamdır. Bu sicimleri açıklayan tek tutarlı sistem, 6 ya da 7 boyutun bükülmüş olduğu 10, hatta bir ihtimal 11 boyutlu bir dünya sunar. Bu ekstra boyutları, içerisinde yaşadığımı dünyanın özelliklerini belirleyen boyutlardır. Daha büyük olan boyutlar, sıradan uzay ve zaman olarak algıladıklarımızdır.
Süper sicim teorisinin 10 boyutlu uzay zamanında hala 4 boyutlu uzay zamanı gözlemliyoruz. Süper sicimler bizim evrenimizi açıklayacaksa bu ikisini bir şekilde ilişkilendirmemiz gerek. Bunu yapmak için de ekstra 6 boyutu küçük, kompakt bir alana büküyoruz. Kompakt alanın boyutu sicim ölçeğinin (10-33 cm) düzenindeyse bu ekstra boyutların varlığını doğrudan tespit edemeyiz, çünkü fazla küçükler. Sonuçta yine kendi tanıdık (3+1) boyutlu dünyamıza dönüyoruz, ama kendi 4 boyutlu evrenimizdeki her noktayla ilişkili 6 boyutlu alandan oluşan küçük bir “top” ortaya çıkıyor. Bu, aşağıdaki illüstrasyonda fazlasıyla şematik bir şekilde gösteriliyor.
“Birleşik” bir teori olarak sicim teorisi, doğada gözlenen dört kuvveti de açıklamaya çalışır. Ve aslında sicim denklemlerinin bir çözümü, kütle çekime benzeyen bir güçtür. Bu, fizikçilerin birleşik bir teori arayışının onları getirdiği yolu sorgulamaktansa uzay ve zaman kavramının tam da kendisinden vazgeçip 10 boyutlu bir dünyayı kabul etmeyi tercih edecekleri sicim teorisinin gücünün ve güzelliğinin bir ispatı.
Sicim teorisi kütle çekimi başarıyla açıklayıp süper simetrik parçacıkları öngörebilir. Ama birkaç yıl öncesine kadar fizikteki bilmecelerle çok az bağlantısı vardı. Gösterilebilecek sonuç veya sağlam kestirim bulunmuyordu. Güzel bir matematik yapısından daha fazlası olmayabilirdi.
1996’da o zamanlar Santa Barbara Teorik Fizik Enstitüsü’nde olan Andrew Strominger ve Harvard Üniversitesi’nden Cumrun Vafa, kuantum mekaniğinden elde edilen ve bir protona bağlı elektronu tarif eden denklemleri yazarak bir hidrojen atomu “oluşturmamıza” çok benzer şekilde sicim teorisini kullanarak belirli tipte bir kara delik “oluşturduklarında” işler değişti.
Strominger ve Vafa, 1970’lerin sonunda Jacob Bekenstein ve Stephen Hawking tarafından elde edilen bir sonucu doğruladı. Bekenstein ve Hawking özel bir tür kara delikte düzensizlik (ya da “entropi”) miktarının çok büyük olduğunu bulmuşlardı. Bir kara delik kadar basit olan (basitçe kütlesi ve dönüşüyle karakterize edilebilecek) bir cismin içerisinde nasıl bu kadar büyük miktarda düzensizlik olabileceğini kimse anlayamadığı (ve hesaplamalar da herhangi bir kavrayış vermediği) için bu şaşırtıcı bir sonuçtu.
Sicim teorisini kullanarak bu özel kara deliği oluşturmanın bir sonucu olarak Strominger ve Vafa, Bekenstein ve Hawking tarafından öngörülen doğru düzensizlik değerini elde etmeyi başardılar. Bu sonuç fizik camiasını heyecanlandırmıştı. İlk defa “klasik fizik” kullanılarak çıkarılan bir sonuç sicim teorisinden de elde edilebiliyordu. Sonuçların kendileri için elde edildiği kara delikler galaksilerin ortasında bulunduğuna inanılan kara deliklerle çok az ortak özelliğe sahip olsa da bu yeni hesaplama cisimlerle kütle çekim arasındaki bağlantıyı açıklıyordu. Ayrıca bu hesaplama cevap için fiziksel gerekçelere dair bir kavrayış sağladı.
Sicim teorisinin nihai teori, ya da böyle bir şey gerçekten varsa, her şeyin teorisi olup olmadığını henüz kimse bilmiyor. Ama teorinin olağanüstü inceliği ve potansiyeli onu, evrenin iç işleyişini önümüzdeki yüzyılda daha iyi açıklamak için bir favori haline getiriyor. Konunun öncülerinden ve liderlerinden biri olan Edward Witten’in sözleriyle: “Sicim teorisi, yirmi birinci yüzyıl fiziğinin şans eseri yirminci yüzyılın içine düşen bir parçası.”