Kuantum Kütleçekimi: Genel Görelilik ile Kuantum Mekaniğini Birleştirme Çabası.

Kuantum kütleçekiminin tanımı ve temel amacı

Kuantum kütleçekim kuramsal fiziğin bir dalı olup doğanın temel kuvvetlerinden üçünü tanımlayan kuantum mekaniği ile dördüncü temel kuvveti kütleçekimin kuramı olan genel göreliliğini birleştireceği düşünülen bir kuramdır. Kuantum kütleçekiminin tek amacı kütleçekimsel alanların kuantum davranışlarını açıklamaktır ve bu amaç geri kalan bütün etkileşimleri tek bir matematiksel çatı altına toplamaya çalışmak ile karıştırılmamalıdır.

Birleştirme güçlükleri

Dört temel kuvveti birleştirmede karşılaşılan güçlüklerin çoğu evrenin işleyişi hakkındaki bu teorilerin birbirlerinden tümüyle farklı kabullerinden doğmaktadır. Örneğin kuantum mekaniğinde mutlak bir zaman varken genel görelilikte her gözlemcinin kendisine göre ayrı birer zaman mefhumu vardır. Kuantum kütleçekim yolunda karşılaşılan bir başka güçlük de deneysel veri eksikliğidir. Kuantum kütleçekimini test etmek için gerekli enerji ve koşullar (Planck ölçeği) hal-i hazırdaki teknolojimiz için ulaşılamaz durumdadır. Şimdilik hiçbir deneysel gözlem tarzına ilişkin bir veri sağlayabilmiş değildir.

Planck ölçeği ve ateşten set paradoksu

Kuantum kütleçekiminin bir diğer zorluğu ise, bu kütleçekimsel etkilerin yalnızca Plank ölçeğine yakın değerlerde görünmesinin beklenmesidir. Bu ölçek, yüksek enerjili parçacık ivmelendiricilerin sınırlarında erişilebilir, ufak sınırlarda bir ölçektir. Sonuç olarak, her ne kadar kuantum kütleçekim genel anlamda teorik bir girişim gibi görünse de, hala kuantum kütleçekim etkilerinin bazı deneylerde görüntülenebileceğine dair spekülasyonlar vardır. Bu duruma tezat olabilecek bir durum ateşten set paradoksunda karşılaşılmıştır. O tartışmalarda kuantum kütleçekim etkilerinin daha önce öngörülemeyen büyük bir ölçekte, kara deliğin olay ufku ölçeğinde, tezahür ettiği iddia edilmektedir.

Kuantum köpük uzay-zaman

Kuantum kütleçekim teorileri bildiğimiz uzay-zaman kavramlarının ortadan kalktığı kuantum dalgalanmalarını öngörür. Bu dalgalanmalar uzay-zamanın Planck ölçeğinde adeta köpük gibi kabardığını ifade eder. Bu tarz teoriler, yüksek enerjilerin ve evrenin çok küçük boyutlarının kombinlenmesi de dahil, evrenin merkezi veya karadeliklerin davranışları gibi problemleri anlamak için gereklidir.

Gravitonlar

Günümüzde, teorik fiziğin en köklü problemlerinden biri, yerçekimini açıklayan genel görelilik ile atomik boyuttaki temel kuvvetleri açıklayan kuantum mekaniğinin kaynaştırılmasıdır. Kuantum mekaniğinin teorik spini iki kütlesiz parçacığın (gravitonlar) etkileşimi ile oluştuğu ve genel göreliliği takip ettiği gerçeğini rahatlıkla kanıtlayabilir. Gravitonların varlığa dair somut bir kanıt yokken, maddenin kuantlaşmış teorileri, bu parçacıkların varlığını gerekli kılmaktadır. 1970’lerde ve sonrasında varsayılmış pek çok fiziksel kavram, gravitonların varlığına dayandırılarak hesaplandı, oluşturuldu. Bu teorilerden bazıları, sicim kuramı, süper sicim kuramı, M-teorisi ve ilmek kuantum kütleçekimidir.

Renormalizasyon problemi

Genel görelilik, elektromanyetizma gibi, klasik bir alan teorisidir. Ancak kütleçekim, kaygı verici bir şekilde renormalizasyona uygun değildir. Teoride, kütleçekimini kuantize edebilmek için pek çok sozsuz ve bağımsız parametreler (katsayılar), teoriyi tanımlayabilmek için gereklidir. Bu parametrelerden verilenler arasında, sozsuz deneylerle her parametrenin değerine ulaşmak fikri ile ilgili, herhangi anlamlı bir fiziksel teoriye sahip değiliz.

Etkili alan teorisi yaklaşımı

Etkili bir alan teorisinde, renormalize edilemeyen teorideki sonsuz parametre setlerinin tamamı olmasa da bir kısmının yüksek enerji skalalarında bastırılmıştır. Bu nedenle, düşük enerji seviyelerinde yok sayılabilirler. Son çalışmalar, genel görelilik teorisinin etkili bir alan teorisi olarak değerlendirildiğinde, kuantum kütleçekim hakkında en azından düşük enerji skalalarında tahminlerde bulunabileceğini gösterdi. İlk dereceden kuantum mekaniği hesaplamaları, klasik Newton Mekaniğinin iki kütle arasındaki yerçekim potansiyelini doğruladığı örneği, çok iyi bilinen bir gerçektir.

Sicim kuramı ve ilmek kuantum kütleçekimi

Sonuç olarak, kuramcılar kuantum kütleçekim için daha radikal yaklaşımlar oluşturdular bunlardan en popülerleri sicim kuramı ve ilmek kuantum kütleçekimi. Sicim teorisi, kuantum alan teorisinin genellemesi olarak görülebilir. Bu teoride, sicim benzeri objeler fikslenmiş bir uzayzaman arka planına sahiptirler. Sicim spektrumlarının gravitonları barındırdığı sonunda keşfedildi. Loop Kuantum Kütleçekimi ise, arka plandan bağımsız kuantum teorilerinin formuluzasyonundan meydana gelen bir teoridir. Son developmentsden Casual Fermion Systems adı verilen teori, kuantum mekaniği, genel görelilik ve kuantum alan teorisini kısıtlayarak oluşturuldu.

Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.