Edward Witten: Gerçekliğin Yapısı Üzerine Düşünen Fizikçi

Edward Witten, fizik ve matematikte ikiliklerin anlamı, beliren uzay-zaman ve doğanın eksiksiz bir tanımı üzerinde düşünüyor.
Görsel Telif:

Matematikteki en saygın ödül olan Fields Madalyası‘nı alan tek fizikçi olan Edward Witten, birleşik bir fizik kuramı yani “Her Şeyin Kuramı” için başlıca aday kabul edilen M-kuramı keşfiyle ünlü. Albert Einstein’dan bu yana fizikçiler kütleçekim kuvvetini, doğanın diğer üç temel kuvveti (elektromanyetik kuvvet, güçlü çekirdeksel kuvvet ve zayıf çekirdeksel kuvvet) ile birleştirebilen bir birleşik kuramın peşindeler. Böylece kütleçekimin Einstein tarafından ortaya konan uzay-zaman geometrisindeki eğrilikler şeklindeki tablosunu değiştirmeyi umuyorlar.

Witten’ın 1995’te önerdiği M-kuramı, böyle bir derin tanımlamayı muhtemelen sunuyor ancak kuramın sadece bazı yönleri biliniyor. M kuramı, doğanın temel yapıtaşı olarak titreşen minik sicimleri alan Sicim Kuramı‘nın beş tane olan tüm versiyonlarını, tek bir matematiksel yapı içinde bir araya getiriyor. Bu beş sicim kuramı, “ikilikler” yani matematiksel eşdeğerlikler sayesinde birbirleriyle bağlantılandırılıyor.

Geçtiğimiz 30 yılda, Witten ve diğer bilimciler, sicim kuramlarının aynı zamanda matematiksel olarak kuantum alan kuramlarına (Standart Model’in diliyle elektromanyetik ve diğer alanlarda ilerleyen parçacıkların tanımlarına) eşdeğer olduklarını öğrendi. Witten çoğunlukla sicim kuramcısı olarak tanınmakla birlikte, kendisi çok sayıda yeni kuantum alan kuramı keşfetti ve tüm o farklı tanımlamaların nasıl bağlantılandırılabileceğini araştırdı. Sahip olduğu fiziksel kavrayış, her seferinde onu derin matematiksel keşiflere götürdü. Dünyanın her yanındaki araştırmacılar onun çalışmalarına odaklandı ve Witten’ın kendi çalışmalarına ilgi duymasını umdular. Fakat bu akademik etkisine rağmen, 67 yaşındaki Witten, modern kuramsal keşiflerin neye işaret ettiğine ilişkin görüşlerini çoğunlukla kendine saklıyor. Düşüncelerini daha iyi anlayabilmek için Quanta Magazine‘den Natalie Wolchover’ın, evrenin yapısı, ikilikler, M-kuramı gibi konularda Ed Witten ile yaptığı söyleşiyi sunuyoruz.

* Fizikçiler son zamanlarda ikilikler hakkında her zamankinden daha çok konuşuyor ama siz onlarca yıldır bu konuda çalışıyorsunuz. Konu neden ilginizi çekiyor?

– İnsanlar ikiliklerin farklı yüzlerini bulmayı sürdürüyor. İkilikler ilginç çünkü başka türlü erişilemeyen soruları çoğunlukla yanıtlıyorlar. Örneğin, bir kuantum kuramı üzerinde yıllarca düşünebilir ve kuantum etkileri küçük olduğunda neler olduğunu anlayabilirsiniz; ama kuantum etkileri büyük olursa ne yapacağınızı ders kitapları size söylemez ve eğer bunu bilmek isterseniz çoğu zaman başınız dertte demektir. İkilikler böyle soruları çoğunlukla yanıtlar. Size farklı bir tanımlama verirler ve bir tanımlamada yanıtlayabileceğiniz sorular, başka bir tanımlamada yanıtlayabileceğiniz sorulardan farklıdır.

* İkiliklerin bu yeni bulunan yüzlerinden bazıları neler?

– Ucu açık çünkü çok fazla farklı tür ikilik var. Bir ayar kuramı ile bir başka ayar kuramı arasında veya zayıf çiftlenmeli bir sicim kuramı ile güçlü çiftlenmeli bir sicim kuramı arasında ikilikler var. Sonra bir ayar kuramı ile bir kütleçekimsel tanım arasında AdS/CFT ikiliği var. Bu ikilik 20 yıl önce keşfedildi ve öylesine harika ki hâlâ meyvelerini topluyoruz. Bunun nedeni büyük ölçüde şu ki, 10 yıl kadar önce yeni fikirlerle gençlik aşısı yapıldı. İnsanlar kuantum alan kuramında entropiye ilişkin yeni kavrayışlar edindi; “hepsi kubitten” (İng. “it from qubit”) öyküsü.

AdS/CFT İkiliği
AdS/CFT ikiliği, anti-de Sitter Uzayı (bizim evrenimizden farklı eğriliklidir) denilen bir uzay-zaman bölgesindeki bir kütleçekim kuramını, o bölgenin kütleçekimden bağımsız sınırını tanımlayan eşdeğer bir kuantum alan kuramı ile bağlantılandırır. AdS uzayı hakkında bilinecek her şey (yüksek boyutlu bir bölge olduğundan çoğunlukla "yığın" denir), düşük boyutlu sınır üzerindeki parçacıklar arasındaki kuantum etkileşimlerde, tıpkı bir hologramda olduğu gibi kodlanmıştır. Dolayısıyla, AdS/CFT fizikçilere kütleçekimin kuantum yapısının "holografik" bir anlayışını veriyor.

* Bu, uzay-zamanın ve içindeki her şeyin, parçacıkların dolaşık kuantum durumlarında depolanan enformasyondan tıpkı bir hologram gibi belirdiği düşüncesi.

 – Evet. Sonra matematikte ikilikler var; bunların bazen iki kuantum alan kuramı arasındaki ikiliklerin sonuçları şeklinde fiziksel yorumları yapılabilir. Bu şeylerin arasında bağlantı kurmak için o kadar çok yol var ki, ileri sürmeyi denediğim en ufak iddia aceleyle yapılmış gibi oluyor; daha söyler söylemez, gerçekliğin bütününü kapsamadığını fark ediyorum. Farklı bağlantıların oluşturduğu bir ağ hayal etmelisiniz, burada aynı fizik, farklı özellikleri açığa çıkaran farklı tanımlamalara sahip. En basit durumda, sadece iki önemli tanımlama var ve bu yeterli olabilir. Eğer bana daha karmaşık bir örnek sorarsanız, çok çok fazla sayıda farklı örnek olabilir.

* Elimizde bu bağlantılar ağı ve ikiliklerin tümünü karakterize etmenin güçlüğü meselesi varken, bunun yapıyı anlayamamaktan mı, yoksa yapıyı gördüğümüz hâlde aşırı karmaşık olmasından mı ileri geldiğini seziyorsunuz?

– Ne ummamız gerektiğinden emin değilim. Geleneksel olarak, kuantum alan kuramı, klasik tablo ile başlanıp onun kuantize edilmesiyle yapılandırılırdı. Şimdi öğrendik ki, tanımlamanın göstermediği bir sürü şey oluyor. Ayrıca aynı kuantum kuramı, farklı klasik kuramlardan çıkabiliyor. Şimdi kuramsal fizikçi Nati Seiberg’e sorsanız, muhtemelen size söyleyeceği şey, her şeyi daha açık hâle getirebilecek olan bilmediğimiz daha iyi bir kuantum alan kuramı formülasyonu olduğuna ilişkin bir inancı olduğu olur. Bunun var olduğuna ilişkin beklentiye ne kadar girilmesi gerektiğinden emin değilim. Bu bir rüya olurdu ama ummak için fazla iyi olabilir; gerçekten bilmiyorum.

Üzerinde düşünmek isteyebileceğiniz bir başka ilginç gerçek daha var, o da şu ki, kuantum alan kuramı fiziğin tam merkezinde yer alıyor ve aslında aynı zamanda matematik için de çok önemli olduğu açık. Ama matematikçilerin çalışması için aşırı derecede zor; fizikçilerin onu tanımlama biçimi, matematikçilerin onu sağlam bir kuramla izleyebilmelerini çok güçleştiriyor. Bu aşırı derecede tuhaf; evrenin bu kadar zor bir matematiksel yapıya bu denli dayalı olması.

* Matematik ile fizik arasındaki bağlantının ne olduğunu düşünüyorsunuz?

– Size kozmik bir yanıt vermek yerine, şu anda hangi noktada olduğumuzu yorumlamayı yeğlerim. Kuantum alan kuramındaki ve sicim kuramındaki fizik, sistematik olarak nasıl açabileceğimizi bilmediğimiz çok sayıda matematiksel giz barındırıyor bir şekilde. Fizikçiler, matematikçileri şaşırtan şeyler ortaya çıkarabiliyor. Bilinen formülasyonda matematiksel olarak tanımlamak güç olduğu için, kuantum alan kuramı hakkında öğrendiğiniz şeyleri fizikten öğrenmeniz gerekiyor.

Evrensel olan yeni bir formülasyon olduğuna inanmakta güçlük çekiyorum. Bence bu umulamayacak kadar büyük bir şey. Standart yaklaşımın gerçekten yetersiz göründüğü kuramları gösterebilirim, yani en azından bu kuantum alan kuramı sınıfları için yeni bir formülasyon umulabilir. Ama ne olacağını gerçekten hayal edemiyorum.

* Hiç mi hayal edemiyorsunuz?

– Hayır, edemiyorum. Geleneksel olarak, etkileşen kuantum alan kuramının dört boyutun üzerinde var olamayacağı düşünülürdü ve bunun tam da içinde yaşadığımız boyut sayısı olması gibi ilginç bir gerçek vardı. Ama 1990’ların sicim ikiliklerinin sonuçlarından biri, kuantum alan kuramlarının aslında beş ve altı boyutta var olduklarının keşfedilmesiydi. Onların özellikleri hakkında bilinenlerin miktarı da inanılmazdı.

* Şu gizemli (2,0) kuramını duydum; parçcıkları altıboyutta tanımlayan bir kuantum alan kuramı; sicimleri ve kütleçekimi 7-boyutlu AdS uzayında tanımlayan M-kuramına eşdeğer (ikilik oluşturuyor). İkilikler ağında bu (2,0) kuramı önemli bir rol oynuyor mu?

– Evet, doruk noktası. Kütleçekimsiz geleneksel kuantum alan kuramı cinsinden, altı boyutun üzerinde onun gibisi yok. (2,0) kuramının varlığından ve temel özelliklerinden, daha düşük boyutlarda neler olduğuna ilişkin inanılmaz ölçüde çıkarım yapabilirsiniz. Bu altı boyutlu kuram ve onun özelliklerinden, dört ve beş boyuttaki çok çok fazla sayıda önemli ikilik çıkıyor. Bununla birlikte, kuantum alan kuramı hakkında bildiklerimiz normalde klasik bir alan kuramının kuantize edilmesinden çıksa da, (2,0) kuramının makul bir klasik başlama noktası yok. (2,0) kuramı, ilk duyduğunuzda olanaksız gibi gelen özelliklere (simetrilerin kombinasyonları gibi) sahip. Yani ikiliklerin neden var olduğunu sorabilirsiniz, ama ayrıca neden şöyle şöyle özellikleri olan bir 6D kuram olduğunu da sorabilirsiniz. Bu bana daha temel bir ifade gibi geliyor.

* İkilikler bazen evrendeki gerçekliğin ne olduğu hakkındaki sezginizi korumanızı güçleştiriyor; tek bir sistemi tanımlamanın kökten farklı yolları olabiliyor. Neyin gerçek ya da temel olduğunu nasıl tanımlarsınız?

– Gerçek olanın hangi yönüyle ilgileniyorsunuz? “Varız demek ne anlama geliyor” mu? Yoksa “matematiksel tanımlamalarımıza nasıl uydururuz” mu?

* İkincisi.

– Size söyleyebileceğim tek şey şu: Genel olarak, ikilikler olduğunda, bir tanımlamada görülmesi kolay olan şeyler, başka bir tanımlamada görülmesi zor şeyler olabiliyor. Yani örneğin siz ve ben, Newton ve ardılları tarafından geliştirilen bildik fizik yaklaşımında tanımlanması oldukça kolay şeyleriz. Ama eğer gerçek dünyanın radikal biçimde farklı bir eşdeğer tanımı (tanımsal ikiliği) varsa, belki fizikçileri endişelendiren bazı şeyler daha açık hâle gelirken, gündelik yaşama ilişkin şeyleri tanımlamak daha güçleşebilir.

* Gerçek dünyanın her durumu ile ilgili olarak gerçekten yardımı dokunabilecek tek bir kuantum kütleçekim tanımı olabileceği şeklindeki çok daha iyimser düşüncenin vaatleri hakkında neler söylersiniz?

– Ne yazık ki, doğru olsa bile yardımı dokunacağını garanti edemem. Bunu zorlaştıran şeylerden biri şu ki, şu anda sahip olduğumuz tanımlama eksiksiz olmasa bile, çok çok fazla şeyi açıklıyor. Dolayısıyla gerçekten daha iyi bir tanımlama ya da daha eksiksiz bir tanımlama olsa bile, uygulaada yardımcı olup olmayacağını söylemek biraz zor.

* M-kuramından mı söz ediyorsunuz?

– M-kuramı daha iyi bir tanımlama için aday.

* M-kuramını 22 yıl önce önermiştiniz. Günümüzde vaatleri neler?

– Şahsen ben var olduğunun aşırı derecede açık olduğunu 22 yıl önce düşünmüştüm, ama güven düzeyi bugün çok daha yüksek olmalı çünkü AdS/CFT bize net tanımlar verdi; en azından AdS uzay-zaman geometrilerinde. Bence yine de var olana ilişkin kavrayışımız çok bulanık. AdS/CFT ve ondan çıkan her şey, 22 yıl öncesine kıyasla asıl yeni bakış açısı, ama bence AdS/CFT’nin çok yüzlü öykünün sadece bir yüzü olması da gayet mümkün. Aynı derecede önemli başka yüzler de olabilir. 

* Gereksinim duyabileceğimiz başka şeylere bir örnek verebilir misiniz?

– Belki holografik sınır tanımı yerine, uzay-zamanın kendisinin kuantum özelliklerinin yığın tanımı olabilir. Daha iyi bir yığın tanımı elde etme konusunda uzun süredir pek gelişme kaydedilmedi. Bence bunun nedeni yanıtın, kullandıklarımızın hepsinden farklı bir tür olması olabilir. Benim tahminim bu.

* Nasıl bir farkı olabileceği hakkında tahminlerde bulunmak ister misiniz?

– İşe yarar bir şey söyleyebileceğimden emin değilim. Sanıyorum, bizim kullandığımıza kıyasla fazladan bir soyutluk katmanı daha olduğundan kuşkulanıyorum. Uzay-zamanın net bir kuantum tanımı olmadığını düşünmeye eğilimliyim; var olduğunu bildiğimiz türdeki durumlar (AdS uzayındaki gibi) hariç. Eksiksiz bir kuantum tanımından daha bulanık bir durum olduğunu düşünmeye eğilimliyim. Ama yararlı bir şey söyleyemem.

Geçen akşam 20.yy Princeton fizikçilerinden John Wheeler’ın eski bir yazısını okuyordum. İleri görüşlü biri olduğu kesin. Söylediklerini sözlük anlamı ile alırsanız, umutsuz şekilde belirszi. Dolayısıyla, eğer bu yazıyı 30 yıl önce çıktığı zaman okusaydım, ki yapmış olabilirdim, üzerinde çalışılamayacak denli belirsiz olduğu için reddederdim; doğru iz üzerinde olsa bile.

* Wheeler’ın 1989 tarihli makalesinden söz ediyorsunuz; fiziksel evrenin enformasyondan doğduğu fikrini ortaya attığı ve bunu “hepsi bitten” (İng. “it from bit”) şeklinde dile getirdiği yazısı. Neden okuyordunuz onu?

– İnsanların “hepsi bitten” lafıyla ne demeye çalıştıklarını öğrenmeye çalışıyordum. Wheeler “hepsi bitten” hakkında konuşmuştu, ama unutmayalım ki bu yazı, muhtemelen “kubit” terimi icat edilmeden ve kesinlikle yaygın şekilde kullanıma geçmeden önce yazılmıştı. Onu okuyunca, gerçekten de Wheeler’ın bitlerden değil, kubitlerden söz ettiğini düşündüm; yani bunun modern çevirisi “hepsi kubitten” olur.

Bu konuda size yararlı bir şeyler söylememi beklemeyin benden; haklı olup olmadığı ile ilgili. Lisanüstü öğrenciliğe yeni başladığımda, öğretim görevlilerinin kuramsal araştırmalar hakkında yeni öğrenciler için verdiği bir ders dizisi vardı ve böyle bir ders verenlerden biri de Wheeler idi. Kara tahtaya, kendine bakan bir göz şeklinde betimlediği bir evren resmi çizdi. Neden bahsettiği hakkında hiçbir fikrim yoktu. Sonradan anladım ki, gözlemci kuantum sistemin parçası olduğunda kuantum mekaniği hakkında konuşmanın ne anlama geldiğini açıklıyordu. Bu konuda anlamadığımız bazı şeyler olduğunu seziyorum.

* Bir kuantum sistemi gözlemlemek, onu geri dönüşsüz biçimde değiştirerek, geçmiş ile gelecek arasında bir ayrım yaratır. O zaman gözlemci meselesi muhtemelen zaman sorusu ile ilişkilidir ki bunu da anlamış değiliz. AdS/CFT ikiliği ile birlikte öğrendik ki, sınırdaki kuantum enformasyondan bir hologram gibi yeni uzaysal boyutlar ortaya çıkabilir. Zamanın da beliren bir kavram olduğunu, yani zamansız bir tam tanımdan doğduğunu düşünüyor musunuz?

– Uzay-zaman ve içindeki her şeyin bir anlamda beliren şeyler olduğunu varsayma eğilimindeyim. Bu arada, Wheeler’ın makalesinde beklediği şeyin bu olduğunu da kesinlikle anlıyorsunuz. Okuduğunuz zaman görüyorsunuz ki, sürekliliğin hem fizikte hem matematikte yanlış olduğunu düşünüyor. Uzay-zamanın mikroskobik tanımının herhangi türde bir süreklilik kullanması gerektiğini düşünmüyor; ne uzay sürekliliği, ne de zaman sürekliliği, hatta reel sayı sürekliliği bile değil. Uzay ve zaman konusunda, buna benzer görüşteyim. Reel sayılar konusunda, cahillik ve şüphecilik var. Bu merak ettiğim bir şey ama reel sayıların sürekliliğini kullanmamanın ne anlama geldiğini hayal etmeye çalıştım ve bunu tartışmayı denediğim bir mantıkçı da yardımcı olmadı.

* Wheeler’ı bir kahraman olarak mı görüyorsunuz?

– Ona kahraman demeye gerek yok, hayır. Hakkaten “hepsi bitten” diyerek ne kastettiğini ve söylediklerini merak ettim. Kesinlikle ileri görüşlü fikirlere sahipti, ama zamanının fazlasıyla ötesindelerdi. Sanırım belirsiz ama ilham verici bir makaleyi okumada, 20 yıl önce olabileceğimden daha sabırlıydım. Bu makalede ayrıca 100 ilginç gelen kaynağa atıf yapıyor. Eğer hepsini okumaya kalkarsanız, haftalar harcamanız gerekir. Birkaçına bakabilirim belki.

* Neden artık böyle şeyler için daha fazla sabrınız var?

– Galiba gençken yapacağım bir sonraki şeyin, hayatımdaki en iyi şey olabileceğini düşünüyordum. Ama yaşamın şu an bulunduğum noktasında bunun daha az peşindeyim. Eğer birinin makalesini okuyarak biraz zaman kaybedersem, bu o kadar kötü gelmiyor.

* Başınızı fizikten ve matematikten hiç kaldırabiliyor musunuz?

– En sevdiğim uğraşım tenis. Gayet vasat ama çok istekli bir tenis oyuncusuyum.

* Wheeler’ın tersine sizin çalışma tarzınız, bulanık tasarıları kovalamaktan çok, kavrayışlara hesaplamalar yoluyla varmak gibi görünüyor.

 – Kariyerimde sadece küçük sıçrayışlar yapabildim. Nispeten küçük sıçrayışlar.  Wheeler’ın bahsettiği ise devasa bir sıçrayıştı. Makalenin başında ise bunun 10, 100 ya da 1.000 yıl mı alacağı hakkında hiçbir fikri olmadığını da söylüyor.

* Fiziğin enformasyondan nasıl doğduğunun açıklamasından da söz ediyordu.

– Evet. Bunu dile getirişi daha geniş çaplı: Var oluşun anlamını açıklamak istiyor. Var oluşun anlamını açıklamayı isteyip istemediğimi sorduğunuzu düşünme nedenim aslında buydu.

* Anlıyorum. Herhangi bir hipotezi var mıydı?

– Hayır. Sadece fiziğin daha temel bir tanımına varmaya çalışırken yapmanız ve yapmamanız gereken şeylerden söz ediyordu.

* Var oluşun anlamı hakkında sizin herhangi bir fikriniz var mı?

– Hayır. [Gülüyor.]

Kaynak ve İleri Okuma

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv