Artık üzerinde kesin bir mutabakat sağlandığı üzere, evrenimiz adına Big-Bang dediğimiz büyük patlama (genişleme) ile bir kum tanesinden binlerce defa daha küçük olan, neredeyse sıfır sayılan mikroskobik bir kütleden doğmuştur. Başlangıçta ortaya çıkan bu alan çok küçük olmasına rağmen inanılmaz derecede büyük kütleli alandır. Enerji çok yoğundur. Dolayısıyla bu alanda hem genel görelilik, hem kuantum mekaniğinin eş zamanlı olarak devreye girmesi gerekir.

Fakat genel görelilik kuramı ile kuantum mekaniği arasında bir uyum sağlanamadığı için, bu kuramlarla evren açıklanamaz. Evrenin işleyişinin tam açıklanabilmesi için yeni kuramlara ihtiyaç duyulmuştur. Einstein ömrü boyunca bu uyumsuzluğu ortadan kaldıracak ve her şeyi tek bir kuramla ifade edecek bir çözüm bulmaya çalışmış, fakat ömrü bunu gerçekleştirmeye yetmemiştir.

Einstein doğadaki çok çeşitli etkileşimlere neden olan 4 kuvveti yani yerçekimi kuvvetini, elektromanyetik kuvveti, güçlü kuvveti ve zayıf kuvveti adına M Kuramı denen tek bir çatı altında formüle etmeye çalışıyordu. Buna muvaffak olması halinde evrenin daha kolay anlaşılacağını ve anlatılacağını umuyordu. Ama sağlığında bunu başaramadı.

Peki bu 4 kuvvet neydi ve ne iş görüyordu;

1. Yerçekimi Kuvveti : Gezegenleri Güneş etrafındaki yörüngede tutar, ayağımızı yere basmamızı ve uzaya savrulmamamızı sağlar. Büyük kütleli cisimlerin, küçük kütleli cisimlere çekim gücü etkilemesine neden olur.

2. Elektromanyetik Kuvvet : Yaşamımızda bugün en yararlı olan elektrik gücünün doğmasını ve mikro düzeyde parçacıklara elektrik gücü sağlar.

3. Güçlü Kuvvet : Nükleer kuvvettir. Atom çekirdeklerini ve kuarkları birbirine bağlar,atom içinde bulunur.

4. Zayıf Kuvvet : Bu da atom içi kuvvetlerdendir. Uranyum ve kabalt gibi maddelerin radyo aktif bozulmasında sorumlu olarak tanınır. Bir parçacığı, başka parçacığa dönüştürme yeteneğine sahiptir. Mesela yukarı kuarkı, aşağı kuarka veya
nötrinoyu elektrona çeviren kuvvettir.

M. Kuramı gereği 4 kuvvet doğal olarak birleşir. Einstein'ın ölümünden sonra fizikçilerin yaptığı yoğun çalışma ve araştırmalarla beraber yeni geliştirilen teorilerin ortaya koyduğu sonuçlar gösterdi ki, M Kuramı sadece 4 kuvvetin birleştirilme kuramı değil, aynı zamanda 5 Sicim Kuramının da M Kuramının bir parçası olduğu hesaplamalarla ispat edildi.

Ancak Sicim Kuramının da, M Kuramına dahil edilmesiyle bu kuram, her şeyin kuramı olmaktadır. M Kuramının fizikçiler tarafından ortaya çıkarılmış iki temel özelliği vardır. Birincisi M Kuramında 11 boyut bulunmaktadır. (10 uzay, 1 zaman boyutu) İkincisi titreşen sicimler içermesinin yanında başka nesneleri de kapsamasıdır.

Titreşen iki boyutlu zarlar, dalgalanan üç boyutlu kabarcıklar ve bir sürü başka bileşenler. 1990 yılından itibaren M Kuramı üzerinde yapılan çalışmalar göstermiştir ki, M Kuramının gerçek niteliği bir muammadır. Dünyanın her tarafında fizikçiler büyük bir azimle çalışarak M Kuramı üzerinde tam bir uzlaşı yapmaya çalışmaktadırlar. Görülen o ki, 21. yüzyıl fiziğinin temel problemi bu olacaktır.

Süper Sicim Kuramı Standart fizik modeline göre, evrenin temel bileşenleri hiçbir iç yapısı olmayan nokta biçimindeki boyutsuz parçacıklardan oluşur. Standart model kütle çekimini de içermediği için bu model tam ve kusursuz değildir. Kütle çekimini kuantum mekaniği içine oturtma girişimleri ise, plank uzunluğundan daha kısa mesafelerde uzamsal dokuda gözlenen şiddetli dalgalanmalar yüzünden başarısızlığa uğramıştır. Bu modelle oluşturulmaya çalışılan M Kuramı oluşturulamadığı gibi, evrende olup biten de tam açıklanamamıştır.

1984 yılında Queen Mary College'den Michael Green ile California Teknoloji Enstitüsünden John Schwarz Süper Sicim (kısaca sicim) Kuramının bu sorunu çözebileceği yönünde ilk defa ikna edici bir kanıt ortaya koydular.

Sicim Kuramına Göre

Evrenin temel bileşenleri nokta parçacıklar değildir. Aksine çok küçük , plank uzunluğunda (10-33 cm) tek boyutlu iplikciklerdir. Çok ince lastik bantlar gibi ileri geri titreşip dururlar. Bu titreşimler evrende dalga hareketini doğurur.

Sicimler atomları oluşturan atom altı parçacıklardan kuark ve elektronları oluştururlar. Yoksa moleküllerden oluşan gerçek sicimlerle bir ilgisi yoktur.

Şekilde görüldüğü gibi, cisimleri oluşturan atomların ana bileşenleri sicimlerden oluşmaktadır. (Kuarklar ve elektronlar) Bu sicimlerin boyu yaklaşık olarak plank uzunluğuna eşittir. (10-33 cm) Yani atomun çekirdeğinden 1020 defa daha küçüktür. Bu nedenle de gözlemlenemiyorlar. Sicimler temel parçacıklardır, hiçbir zaman bölünmezler.

Nasıl ki bir yazı paragraflardan, paragraflar cümlelerden, cümleler kelimelerden ve kelimeler de harflerden oluşur ve burada harf artık son bölünemez ise, sicimlerde de durum aynıdır. Yani sicim bir sicimdir, ondan daha temel bir şey yoktur. Sicim Kuramı fiziksel evrene dair her şeyi kapsayan, tek bir birleşik tanımlamayı vaat eden her şeyin
kuramıdır.

Nokta parçacıklarla, sicimlerin davranışlarını mukayese edersek;

a. Eğer nokta parçacıklar var olsalardı birbiri ile nasıl etkileşeceklerdi. Ona bir bakalım. Sözgelimi, eksi elektrik yüklü bir elektron ile onun karşıtı artı elektrik yüklü bir pozitron etkileştiği yani birleştiği zaman birbirlerini yok ederler ve saf
enerjiye dönüşürler. Yani foton olurlar. Bu fotonlar kısa bir hareketten sonra tekrar farklı yönlerde hareket eden elektron ve pozitrona dönüşürler.

b. Nokta parçacık örneğinde olduğu gibi iki sicimin etkileşimi yani çarpışması halindeki duruma bir göz atalım; Yine burada da çarpışma veya birleşme halinde iki sicim birbirini yok ederler. Bu yok ediş noktasından itibaren enerjiye yani fotona dönüşürler. Bu foton da belli bir titreşim örtüsüne sahip sicimdir. Şekil 4'de görüldüğü gibi iki sicim birbiri ile etkileşime girdikten sonra birleşip üçüncü bir sicimi oluşturur.

Yine nokta parçacıklarda olduğu gibi bu üçüncü sicim bir miktar yol aldıktan sonra, baştaki iki sicimden aldığı enerjiyi serbest bırakarak tekrar iki sicime ayrılır. O sicimler de yollarına devam ederler.

Çok Boyutlu Evren

Einstein'ın genel görelilik kuramına göre, evrenimiz uzamsal 3 boyut ve 1 zaman boyutu olmak üzere 4 boyutlu olarak tarif edilmişti. Ancak Sicim Kuramı bu tezi desteklememekte ve evrenin 10 uzay ve 1 zaman olmak üzere , 11 boyutlu olduğunu söylemektedir.

1919 da Konigsberg Üniversitesinden, Polonyalı Matematikçi Theodor Kaluza, evrenin uzamsal 3 boyuta değil, daha fazlasına sahip olduğunu iddia etti. 1926 da İsveçli Matematikçi Oscar Klein "evrenimizin uzamsal dokusunun hem uzamış, hem de kıvrılan boyutlara sahip olabileceğini" ileri sürdü.

Kaluza ve Klein bu tezlerini ileri sürerken uzayda birbirini kesen uzaysal boyutların yanında tıpkı halının ilmeklerinde olduğu gibi dairesel, kıvrımsal boyutlar olduğunu söylüyorlardı. Yani onlara göre, uzay 3 boyutlu değil, 4 boyutlu idi. Tabi bunları söylerken daha kütle çekimi ile elektromanyetizma birbiriyle ilgisi olmayan iki kuvvet olarak düşünülüyordu. İkisi arasında bir ilişki olacağını söyleyen bir ipucu dahi yoktu

Henüz güçlü ve zayıf kuvvetler keşfedilmemişti. Kaluza ve Klein'in bu tezleri başlangıçta bir heyecan yarattı ve bazı çalışmalar yoğunlaştı ise de sonra unutuldu gitti.Bazı fizikçiler Kaluza'nın tezini ileri sürerken, bu diğer kuvvetlerin varlığını bilmediği için, getirdiği önerinin başarısız olduğunu ileri sürdü. Kuvvet sayısının daha fazla olması, daha fazla boyut bulunması gerektiği anlamına geliyordu. Bir tek yeni dairesel boyutun, genel görelilik ile elektromanyetizma arasındaki bağlantıya dair ipuçlarına işaret ediyor olsa da, yeterli olmadığı savunuluyordu.

1970'lerin ortalarından itibaren çalışma ve araştırmalar yoğunlaştırıldı. Çok sayıda kıvrılmış uzamsal doğrultu içeren fazladan boyutlar olabileceği ileri sürüldü ve bu istikamette çalışmalar hızlandırıldı.

Şekil 5'deki dairesel kıvrılmış bir fazladan boyut yerine Şekil-6'daki küresel iki fazladan boyut ve Şekil-7'deki lastik ve simit şeklinde iki fazladan boyut tezleri ileri sürüldü. Çalışmalar hız kesmedi ve yoğun bir şekilde devam ediyor. Şu gerçek görüldü ki, Sicim Kuramının gerçekleşebilmesi için, evrenin fazladan boyutlara sahip olması zorunludur. Çünkü boyut sayısı ne kadar fazla ise sicimlerin titreşebileceği bağımsız doğrultuların sayısı da o kadar fazladır.

Çünkü fizikçilere göre, bir sicimin titreşebileceği bağımsız doğrultuların sayısı ne kadar az ise, o derece negatif olasılıklar söz konusudur. Hesaplar, sicimler birbirinden bağımsız 9 uzamsal doğrultuda titreşebilecek olsa, tüm negatif olasılıkların ortadan kalkacağını gösteriyordu. Sicimler çok küçük olduklarından, yalnızca geniş, uzamış boyutlarda değil, ince ve
kıvrılmış boyutlarda da titreşebilirler.

Bu nedenle bildik 3 uzamsal boyuta ilaveten diğer 6 kıvrılmış uzamsal boyutla beraber evrenimizde 9 uzay boyutunun varlığı gerçeği kabul edilmiştir. Ancak 1990'dan sonra bu kabul değişmiş, evrenimizin 10 uzay boyutu ve 1 zaman boyutu olmak üzere 11 boyutlu olduğu üzerinde yoğunlaşılmıştır.

Sicim Kuramının 5 ayrı versiyonu vardır. Bunlara Tip I, Tip II A, Tip II B, Heterotik O ve Heterotik E Kuramları denir. Sicim Kuramının bütün özellikleri bu kuramların her biri için geçerlidir.Kuramlar birbirlerine göre yalnızca ince detaylarda farklılık gösterir. Yoksa bir çok temel özellik çoğunda ortaktır. Hepsi de 10 uzay - 1 zaman boyutunun varlığını
gösterir.

1980'lerde yapılan analizler, bu kuramların birbirinden farklı olduğunu göstermiştir. Örneğin, Tip I Sicim Kuramında, kapalı ilmiklerin yanı sıra uçları bağlanmamış açık sicimlerde vardır. Bu nedenle beş ayrı öneri ortaya koymak, önerilerin her birinin ağırlığını ciddi şekilde azaltmaktadır. Fizikçiler 5 Sicim Kuramından herhangi birinin denklemlerini incelediklerinde, bu denklemlerin bir çok çözümü olduğunu gördüler. Kısacası Sicim Kuramı denklemleri o kadar karmaşıktır ki, kesin biçimlerini kimse bilmiyor.

1990'ların ortalarından beri yapılan araştırmalarla fizikçiler bu denklemlerin sadece yaklaşık versiyonlarını kaleme almayı başarmışlardır. Sicim Kuramları arasındaki ciddi farklılıklar işte bu denklemlerden kaynaklanmaktadır. 5 Sicim Kuramından herhangi biri bağlamında bir çok çözümler bolluğuna, bir istenmeyen evrenler bolluğuna yol açan işte
bu yaklaşık denklemlerdir.

1995'den sonra ki, 2. Süper Sicim Devriminin başlangıcından bu yana, kesin biçimlerine halen erişilmemiş olan asıl denklemlerin bu sorunları çözebileceği ve böylece Sicim Kuramının kaçınılmaz olarak doğru çözümler ortaya koyacağı kanıt sayısı giderek artmaktadır. Aslında 5 Sicim Kuramının da yakından ilişkili olduğunu göstereceği, Sicim Kuramcılarının çoğunu tatmin edecek şekilde kanıtlanmıştır. Fizikçiler 5 ayrı kurama sahip olmak yerine 5'ni de benzersiz bir kuramsal çerçevede birleştiren tek bir kuram olduğu inancındadırlar artık.

Şekil-8'de gösterildiği üzere 5 Sicim Kuramının tamamen birbirinden ayrı olarak düşünüldüğünü görüyoruz. Fakat son araştırma ve çalışmalardan doğan yeni  görüşlerden sonra Şekil-9'da görüldüğü gibi bu 5 kuramın, deniz yıldızının 5 kolu gibi ve  bütün Sicim Kuramlarının her şeyi içine alan tek bir kuram haline getirilmesi ön görülmüştür. Bu her şeyikapsayan kurama da M Kuramı denmiştir.

Böylece birbirinden  ayrı ilerleyen araştırmalar artık tek bir çatı altında birleştirilerek, uzun zamandır aranan ve her şeyin kuramı olacak bir kuramda birleştirilmiştir. Böylece 1990 ortalarından önce kabul edilmiş olan 9 uzay boyutu, 1 zaman boyutu olmak üzere, 10 boyut kavramı, 10 7 uzay boyutu, 1 zaman boyutu olmak üzere 11 boyut olarak kesinlik kazanmış ve eski  yaklaşımlar temizlenmiştir.

Sicim Kuramındaki fiziksel süreçler, titreşen sicimler arasındaki temel etkileşimlerden  oluşur. Bu etkileşimler Şekil-4'de olduğu gibi birbirinden ayrılmalarını ve birleşmelerini  içerir. Sicim kuramcıları Şekil-4'deki şematik resmin kesin bir matematiksel formülle nasıl  ilişkilendirilebileceğini göstermiştir. Eğer işin içine kuantum mekaniği girmeseydi bu
formül sicimlerin etkileşim hikayesinin sonu olabilirdi. Fakat belirsizlik ilkesinin hükmettiği mikroskobik kargaşa sonucu sicim - anti sicim çiftleri evrenden enerji alarak biranda  varolabilmektedirler. Yeterince hızlı bir şekilde debirbirlerini ortadan kaldırmaktadırlar.

Böylece aldıkları enerji borçlarını ödemektedirler. İşte böyle garip bir kuantum çılgınlığı ortamında doğan fakat ödünç aldıkları enerji ile var olan, dolaysıyla kısa süre içinde yeniden tek bir ilmek haline gelmeleri gereken bu sicim çiftleri sanal sicim çiftleri olarak bilinir.

Şekil-10'da görüldüğü gibi başlangıçta 2 sicim (a) noktasında birbiriyle çarpışır, birleşik tek bir ilmek (sicim) oluşturur. Bu
ilmek (sicim) bir miktar yol aldıktan sonra, (b) noktasında çılgın kuantum dalgalanmaları sanal bir sicim çiftinin oluşmasına yol açar. Daha sonra bir miktar yol alan bu sanal sicim çifti (c) noktasında bir kez daha tek bir sicim
oluşturarak ortadan kalkar.

 Yeni oluşan tek sicimde bir süre yol aldıktan sonra (d) noktasında bir çift sicime ayrılarak enerjisini boşaltır. Yeni sicim çiftleri de başka yönlerde yoluna devam ederler. Şekil-9'da merkezde oluşan tek ilmek yüzünden fizikçiler buna "tek ilmek" süreci derler.

Ancak bu hikayenin sonu değildir. Çünkü kuantum dalgalanmaları anlık sanal sicim  doğuşlarının bir çok kereler meydana gelmesini ve sanal sicim çiftleri dizisinin oluşmasına yol açabilir.

Şekil-11’da görüldüğü üzere başlangıçta iki sicim birleşir, tek bir ilmek (sicim) haline gelir. Ortaya çıkan bu ilmek (sicim) kuantum çalkalanmaları sonucu ayrışarak bir sanal sicim çiftinin oluşmasına yol açar (birinci delik) bu yeni iki sicim bir miktar yol aldıktan sonra tekrar birleşip tek bir ilmek (sicim) oluşturarak birbirlerini ortadan kaldırırlar. İkinci defa oluşan bu ilmek (sicim) de bir miktar yol aldıktan sonra başka bir sanal sicim çifti oluşturur. Bu yapılaşma böylece devam eder
gider.

Sicim kuramcıları bu oluşumlardan, iki sicim arasında etkileşimde aralarında hiç delik bulunmayan (yani sanal sicim çifti bulunmayan) şemaya tek ilmekli (Şekil-4), tekbir sanal sicim çifti, iki ilmekli şemaya iki sanal sicim çifti, devam eden ilmek sayılarına göre,N Sanal Sicim Çifti ifadelerini kullanırlar. Uzayıp giden bu oluşumlara zar veya membranlar denir.

Kıvrılan membranlar evrendeki boyutları oluştururlar. Stephen Hawking'e göre, evrenimizde bu membranlardan meydana gelen 10 + 1 boyut vardır. Bu boyutlar bize gördüğümüz uzay-zaman gibi gelmez. Çünkü 7 boyut kıvrılarak mikro seviyede küçüldüğü için biz onları fark edemeyiz. Bizler sadece geriye kalan büyük ve düze yakın 4 boyutun farkına varırız.

Kıvrılmış boyutlar Pennsylvania Üniversitesinden Eugenio Calabi ile Harvard Üniversitesinden Shing-Tung Yau'nın geliştirdikleri ve ikisinin müşterek adını taşıyan Calabi-Yau şekilleriyle ifade edilir. Bu şekiller 6 boyutludur. İki boyutlu bir kağıt üzerinde bu 6 boyutu net bir şekilde ifade etmek zordur.

 

 Şekil-12'deki görüntü, sicim kuramı ile bilinir hale gelen fazladan kıvrılmış boyutların getirdiği koşullara uyan binlerce Calabi-Yau şekil örneklerinden biridir.Metrenin milyarda birinden daha küçük olan mesafeleri inceleyemiyor oluşumuz, sadece bu kıvrılmış küçük boyutların varlığı olasılığını değil, başka her tür olasılıklara da kapı açıyor.

 ŞEKİL 12- Sicim kuramına göre evren bir, Calabi-Yau şeklinde kıvrılmış Fazladan boyutlara sahiptir.

Örneğin bu boyutlarda mikro seviyede bir yaşam ve uygarlık neden olmasın. Yahutta bizim dünya yaşamımıza uymayan başka yaşam biçimi bulunmasın. Kutsal kitaplarda ifade edilen bizim yaşam biçimimiz dışında yaşam olmasın. Bütün bunlar bazı fizikçiler tarafından dile getiriliyor.