Abdus Salam Uluslararası Teorik Fizik Merkezi ve Amsterdam Üniversitesi araştırmacıları, uzay-zamandaki ufukların yakınında bulunan “kenar modlarının” sicim teorisine yaptığı katkıyı hesapladı. Physical Review Letters’ta yayımlanan çalışmada, kuantum alan teorisinde sonsuz sonuçlar üreten bu katkının sicim teorisinde sonlu ve matematiksel olarak tutarlı biçimde ifade edilebildiği gösterildi.
Kuantum teorilerine göre ufukların yakınında “kenar modları” adı verilen özel kuantum durumları bulunabiliyor. Bunlar, uzayın her yerine yayılmak yerine iki bölgeyi ayıran sınırın üzerinde ya da hemen yakınında ortaya çıkan kuantum hareketlerine deniyor. Yani bir sistemin içiyle dışı arasındaki ayrım, kendisine ait ek kuantum durumlarını beraberinde getiriyor.
Hesaplamalar daha önce sonsuza gidiyordu
Parçacıkları boyutsuz noktalar olarak ele alan kuantum alan teorisinde, çok küçük mesafelerde sınırsız sayıda dalgalanma ortaya çıkabiliyor. Phys org’a göre bu, ufkun yakınındaki kuantum durumlarının fiziksel olarak bulunamayacağı anlamına gelmiyor. Daha çok kullanılan teorinin son derece küçük ölçeklerde yetersiz kaldığını veya ek bir düzenleme gerektiğini gösteriyor.
Sicim teorisi ise temel parçacıkları nokta olarak değil, titreşen çok küçük sicimler olarak tanımlıyor. Sicimlerin belirli bir uzunluğa sahip olması, noktasal parçacık modellerinde karşılaşılan bazı kısa mesafe sonsuzluklarını ortadan kaldırabiliyor.
Çalışmanın ortak yazarlarından Eleanor Harris, kenar modlarının kuantum Hall etkisinden kara delik fiziğine kadar farklı alanlarda ortaya çıktığını belirterek araştırmanın çıkış noktasını şöyle açıkladı: “Yerel kuantum alan teorisinde kenar modlarının katkısı, kara deliğin olay ufku gibi bir yüzeyin iki tarafı arasındaki kuantum dolanıklığıyla yakından ilişkilidir. Bu katkı her zaman sonsuz çıkar; bu da sınır boyunca çok kısa mesafelerde sonsuz sayıda dalgalanma bulunduğuna işaret eder. Sicim teorisinin ise bu tür sonsuzluklardan arınmış olduğu biliniyor. Bu nedenle sicim teorisindeki kenar modu katkısının sonlu olması bekleniyordu ancak bunu açık bir hesaplamayla göstermek oldukça zordu.”
Araştırmacılar tek bir parçacığın katkısını incelemek yerine, sicim teorisinde ortaya çıkan farklı kütle ve dönüş özelliklerine sahip sonsuz sayıdaki alanı birlikte ele aldı. Bu yöntemle bütün sicim durumlarının kenar modlarına yaptığı katkı tek bir matematiksel ifade içinde toplandı. Elde edilen sonuç, sicim teorisinin temel özellikleriyle uyumlu çıktı.
Araştırmacılar, kenar modlarının toplam katkısının çok kısa mesafelerden kaynaklanan bir sonsuzluk içermediğini gösterdi. Bu sonuç, ufuklarda yerelleşen kuantum durumlarının sicim teorisi içinde tutarlı biçimde tanımlanabileceğine işaret ediyor.
Araştırmanın geliştirilmesi gerekiyor
Ancak çalışma, gerçek bir kara deliğin olay ufkunu doğrudan hesaplamıyor. Araştırmacılar, eğriliği çok düşük bir de Sitter ufkundan hareketle düz uzaydaki Rindler ufkunu ele alıyor. De Sitter uzayı; evrenin karanlık enerji nedeniyle giderek hızlanarak genişlediğini anlatan, pozitif eğriliğe sahip kuramsal uzay-zaman modeline deniyor. Rindler ufkuysa; sürekli hızlanan bir gözlemcinin, ışığı kendisine asla ulaşamayacağı için ötesini göremediği kuramsal sınıra verilen isim.
Çalışma, kara deliklerde bilginin nasıl saklandığını henüz açıklamıyor. Ancak ufukların yakınındaki kuantum durumlarının sicim teorisi içinde hesaplanabileceğini göstermesi açısından önemli bir adım oluşturuyor.
Araştırmacılar aynı yöntemi gelecekte süpersicim teorisine ve doğrudan kara delik ufuklarına uygulamayı planlıyor. Eğer benzer biçimde sonlu sonuçlar elde edilirse, kara deliklerin kuantum yapısı ve bilginin ufukta nasıl korunduğu daha iyi anlaşılabilir.
Kaynak: Physical Review Letters