Ekstra boyutlar karanlık maddeyi açıklayabilir

Tim McMillan

DUVAR - Astrofizik alanında, karanlık madde, evrende bulunan maddenin yaklaşık yüzde 85'ini meydana getiren teorik bir madde biçimidir. Bu görünmez kuvvetin varlığı, kabul gören kütle çekimi teorileriyle açıklanamayan çekim etkileri de dahil olmak üzere, evrendeki çeşitli gözlemlerle kendini açık eder. Karanlık madde elektromanyetik radyasyonu emmiyor, yansıtmıyor ya da yaymıyor gibi göründüğü için varlığına dair kesin bir kanıtı ölçmek ya da elde etmek her zaman zor olmuştur.

Kaliforniya Riverside Üniversitesi’nden (UC Riverside) bir fizikçi ekibi, ‘Journal of High Energy Physics’ adlı dergide yayınlanan araştırma makalelerinde, karanlık maddenin varlığının ve neden görünmez olarak kaldığının, dördüncü bir boyutun varlığıyla açıklanabileceğini dile getiriyor.

“Gözlemlenebilen evrenimizde üç uzay boyutu mevcut. Yalnızca karanlık güçlerin [karanlık madde ve karanlık enerji/ç.n.] varlığını deneyimlediği dördüncü bir boyut olabileceğini öne sürüyoruz. UC Riverside’da fizik ve astronomi profesörü ve yeni çalışmanın ortak yazarı olan Dr. Flip Tanedo, verdiği demeçte, “Bu ekstra boyut, karanlık maddenin neden bir laboratuvarda inceleme girişimlerimizden bu kadar iyi saklanabildiğini açıklayabilir” diyor.

ARKA PLAN: ANLAŞILMASI ZOR KARANLIK MADDE

Evrende görünmez bir kuvvetin var olabileceği fikri, ilk olarak 1884 yılında matematiksel fizikçi ve mühendis William Thomson tarafından ortaya atıldı. ‘Lord Kelvin’ olarak da bilinen Thomson, Lordlar Kamarası’na yükselen ilk İngiliz bilim adamı olduktan sonra, Samanyolu Galaksisi’nin sahip olduğu kütlenin görünür yıldızların kütlesinden farklı olduğunu tahmin ederek, “yıldızlarımızın çoğu, belki de büyük çoğunluğu, karanlık cisimlerden oluşuyor olabilir” çıkarımını yapmıştı.

Sonraki yüzyılda, bilim insanları, Thomson’ın “karanlık cisimlerinin” varlığını ya da evren üzerinde büyük bir etkisi olan bir tür görünmez maddenin varlığını destekleyen çok sayıda dolaylı gözlem gerçekleştirdiler.

Görünmeyen bir kuvvetin varlığına ilişkin ilk kanıt, evrenin büyük miktarda görünmeyen madde barındırmadığı müddetçe galaksilerin oluşamayacağını ya da hareket edemeyeceğini ortaya koyan hesaplamalardan elde edilmiştir. Kozmik mikrodalga arka planı üzerinde yapılan ölçümlerde ya da ‘kırmızıya kayma’ uzay bozulmalarında daha fazla kanıt kayıtlara geçmiştir.

Şu ana dek, bilim insanları karanlık maddeyi doğrudan doğruya saptayamadılar; bu durum da birçok fizikçinin, maddenin ‘baryonik’* olmayan parçacıklardan ya da bir protondan daha küçük bir kütleye sahip olan atom altı parçacıklardan oluşması gerektiği neticesine varmasına neden oldu. Bununla beraber, dolaylı yollardan elde edilen kanıtlar, bilimsel toplumun büyük kısmının genel bağlamda karanlık maddenin var olduğunu kabul etmesine sebep olacak kadar güçlüdür. 

Tanedo, “Bir karanlık madde okyanusunda yaşıyor olsak da ne olabileceğine dair çok az şey biliyoruz” diyor. “Bu, doğadaki en sinir bozucu bilinmezliklerden biri. Var olduğunu biliyoruz ama nasıl arayacağımızı ya da neden beklendiği yerde ortaya çıkmadığını bilmiyoruz.”

DÖRDÜNCÜ BOYUT KARANLIK MADDEYİ AÇIKLAYABİLİR Mİ?

Tanedo ve meslektaşları, yeni makalelerinde, karanlık madde parçacıklarının [bilinen] parçacıklar gibi davranmadığını iddia ediyorlar. Bundan ziyade, bu görünmez parçacıklar, diğer görünmez parçacıklarla, artık parçacıklar gibi davranmamalarına yol açacak biçimde etkileşime girebilirler.

Tanedo, UC Riverside basın bülteninde, “Son iki yıldır sürdürdüğüm araştırma programının hedefi, karanlık maddenin karanlık güçlerle iletişimde olduğu fikrini genişletmektir” diye yazıyor. “Son on yılda, fizikçiler, karanlık maddeye ek olarak gizli karanlık güçlerin, karanlık maddenin etkileşimlerini yönlendirebileceğini kavramaya başladılar. Bu bulgular, karanlık maddeyi nasıl arayacağınıza ilişkin kuralları tamamen yeniden yazabilir.”

Tanedo, bu “karanlık güçler” operasyonunun matematiksel bağlamda dördüncü bir boyut içeren bir teori aracılığıyla tanımlanabileceğini ifade ediyor. Karanlık madde, önerilen bu dördüncü boyut içinde sürekli bir bitişik parçacık dizisi olarak görünecek ve düşük kütleli durumların sürekliliği aracılığıyla, kendi kendiyle etkileşime olanak sağlayacaktır. Araştırmacılar, bunun, karanlık maddenin küçük galaksilerde görülen kimi ilgi çekici davranışlara nasıl yol açtığını açıklayabileceğini dile getiriyor.

Tanedo, yeni bir dördüncü boyutun varlığı heyecan uyandırıcı gibi görünse de ekstra boyutların, “konformal alan teorilerini”** ya da yüksek düzeyde Kuantum Mekaniği olan sıradan üç boyutlu teorileri tarif etmek için basit bir matematiksel numara olduğunu söylüyor. Varoluşun ekstra boyutlardan meydana geldiği fikrine, daha ziyade ‘Sicim Teorisi’ ya da ‘holografik ilke’ kuramlarınca başvuruluyor.

‘The Physics of Star Trek’ [Star Trek Fiziği] adlı kitabı okuduktan sonra fiziğe âşık olduğunu dile getiren Tanedo, “Bu konformal alan teorileri hem zor hem de sıra dışı oldukları için, karanlık maddeye gerçekten de sistematik biçimde uygulanmamıştı” diyor. “Bu dili kullanmak yerine, holografik ekstra boyut teorisi üzerinde çalışıyoruz.”

GENEL GÖRÜNÜM: ANLAMAK İÇİN DÖRT BOYUTLU BİR YOL

Geçmişte karanlık madde hakkında yapılan incelemeler, temelde görünür parçacıklarınkine benzer davranışları tanımlayan teorilere odaklanmıştı. Tanedo ve diğer araştırmacılar, yeni dördüncü boyut yaklaşımlarının “daha aşırı teori türlerini” incelediğini ve “yeni ve farklı bir şeyi temsil ettiğini” ifade ediyor.

Normal kuvvetler, sabit bir kütleye sahip tek bir parçacık çeşidi diye tanımlanabilir. Bununla beraber, araştırmacılar, öne sürülen ekstra boyutlu teorilerinin anahtar unsurunun, görünmez parçacıkların ‘süreklilik’ diye adlandırılan farklı kütlelere sahip sonsuz sayıda farklı parçacık tarafından tanımlanabileceği fikri olduğunu dile getiriyorlar.

Araştırmacılar, bu görünmez parçacıkların sahip olduğu ‘süreklilik’ kuvvetinin, normal madde tarafından hissedilen kuvvetlerden çok farklı olacağını ifade ediyorlar. Tanedo, “Fiziğe giriş dersimde öğrettiğim kütle çekim kuvveti ya da elektrik kuvveti açısından, iki parçacık arasında bulunan mesafeyi iki katına çıkardığınızda, kuvveti dört kat azaltırsınız. Buna karşın, süreklilik kuvveti bir etken tarafından sekize kata kadar azaltılır” diye açıklıyor.

UC Riverside fizikçileri, yayınladıkları makalede, önerdikleri türden bir süreklilik kuvvetinin, evrendeki yıldız hareketleriyle ilgili gözlemlerini çoğaltabileceğini keşfettiklerini söylüyorlar.

Tanedo’nun öncülüğündeki ekip, “karanlık foton” modelini keşfederek, teorilerini genişletmeyi sürdürmeyi planladıklarını söylüyor.

Tanedo, “Karanlık bir güç hakkında daha gerçekçi bir resim” diyor. “Karanlık fotonlar fazlasıyla ayrıntılı biçimde incelendi ama ekstra boyutlu çerçevemizin birkaç sürprizi var. Bununla birlikte, karanlık güçlerin kozmolojisine ve kara deliklerin fiziğine de bakacağız.”

*Parçacık fiziğinde baryonlar üç kuarktan ya da üç anti-kuarktan oluşan atomaltı parçacıkların oluşturduğu kümedir. Atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronları da içerirler ama bunların dışında birçok kararsız baryon da bulunur. “Baryon” kelimesi yunanca “ağır” anlamındaki βαρύς (varys) kelimesinden türetilmiştir.(ç.n.)

**Teorik fizikte konformal alan teorisi yazışması (bazen ‘Maldacena ikiliği’ veya ‘gösterge/yerçekimi ikiliği’ olarak adlandırılır) iki çeşit fiziksel teori arasındaki tahmini ilişkidir. Bir tarafta kuantum yerçekimi teorilerinde kullanılan ve M-teorisi veya sicim teorisi ile formülize edilen ‘anti-de Sitter uzayları’ (AdS) vardır. Yazışmanın diğer tarafında kuantum alan teorileri olan ve temel parçacıkları tanımlayan ‘Yang-Mills’ teorilerine benzer teoriler içeren ‘konformal alan teorileri’ bulunur.

Makalenin orijinali The De Brief sitesinde yayımlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)