BilimGenel

Juan Maldacena ile Röportaj

Bu röportaj learner.org sitesinden alınarak çevrilmiştir. Röportaj yapılan kişi Sicim Teorisi’nin öncülerinden olan Profesör Juan Maldacena’dır.

Röportajcı: Fiziğe nasıl ilgi duydunuz?

Juan Maldacena: İşlerin nasıl yürüdüğünü, TV’nin nasıl çalıştığını, radyonun nasıl çalıştığını, teknolojik şeylerin nasıl çalıştığını anlamakla ilgilenmiştim. Sonra bu beni elektrik yasalarını anlamayı denemeye yönlendirdi ve sonra fiziğin temel yasaları hakkında okumakla ilgilenmiştim. Sonra, daha temel seviyelerde yasalar açısından büyük şeylerin davranışını yöneten en küçük şeyler hangileridir diye anlamaya çalışıyordum.

Röportajcı: Sicim teorisine ve ekstra boyutlara neden ihtiyaç var?

Juan Maldacena: Uzay-zamanı kuantum mekaniğini kullanarak tanımlamamız gerekiyor, çünkü uzay-zamanı tarif ettiğimiz klasik yasalar bazı durumlarda geçerli değil. Einstein’ın teorilerinden uzay-zamanın dinamik olduğunu biliyoruz. Einstein, kütle çekiminin uzay-zaman dinamikleri yüzünden olduğunu söyledi ve evrenin neden genişlediğini biliyoruz.

Şimdi, zamanda geriye gidersek bir noktada evren çok, çok küçüktü ve çok küçük olduğunda yoğunluk o kadar yüksekti ki klasik denklemleri uygulayamayız. Gerçekten kuantum denklemlerini uygulamak zorundayız ve sicim teorisi bu kuantum mekaniksel açıklamayı oluşturmaya çalışıyor.

Biz Genel görelilik ya da Einstein’ın teorisinin, Büyük Patlama’nın başlangıcı gibi bu noktalara ulaştığınızda kuantum mekaniğiyle değiştirilmesi gerektiğini düşünüyoruz. Örneğin, kara deliklerin iç kısımlarında da uzay-zamanın çok küçük bir bölgesinde çöken maddelere benzer bir örneğe sahipsiniz ve burada uzay-zamanı klasik olarak tanımlayamazsınız. Kuantum mekaniğini kullanarak yapmak zorundasınız.

Sicim teorisi, uzay-zamanı kuantum mekaniğine göre tanımlamak için geliştirilmekte olan bir teoridir.

Röportajcı: Sicim teorisi ve ekstra boyutlarda en temel konu nedir?

Juan Maldacena: Sicim teorisindeki fikir elektronlar, fotonlar ve gravitonlar sicim başına farklı salınım modlarıdır. Yani aynı sicim farklı şekillerde salınım yapar ve bu farklı parçacıkları tarif eder. Bu temel fikir. Yani, sicim teorisinde tüm parçacıklar temelde aynı ortak kökene sahiptir.

Röportajcı: Sicim teorisindeki ekstra boyutlar, kaç boyut içerir?

Juan Maldacena: Sicim teorisini dört boyutlu dünyamıza bağlamak istiyorsanız, sicimlerin en doğal olarak yaşadığı uzay-zaman olan on boyutlu bir uzay-zamanla başlamamız gerekir ve bir kişi bu uzay-zaman için dört büyük boyut ve altı küçük boyut düşünmelidir.

Röportajcı: Ekstra boyutların kuantum kütle çekimini açıklamada rolü nedir?

Juan Maldacena: Bu iç boyutların içinde farklı çeşitlerde sahip olabileceğimiz belirli bir senaryo var. Branlar, membranlar gibidir ve bunlar dört boyutumuzun tamamı boyunca uzatılabilir, ancak bunlar iç boyutlarda bir noktada lokalize edilebilir. Bu durumda, bizi yapan tüm parçacıklar sadece bu branda yaşayacaktı, ancak graviton tüm iç boyutlarda hareket edecekti. Eğer bu iç boyutlar çok büyükse, parçacık fiziğinin ölçekleri ile kütle çekimi ölçeği arasındaki bu hiyerarşiyi açıklamanın ya da kütle çekimin zayıflığını açıklamanın bir yoludur.

Röportajcı: Mevcut araştırmanız için orijinal motivasyon neydi?

Juan Maldacena: Ben çalışıyordum ve diğer birçok kişi de sicim teorisindeki kara deliklerin dinamiklerini inceliyorlardı. Parçaçık teorisinin ve geometrinin arasındaki iki farklı yönü düşünerek ikiliğe yol açtım.

Röportajcı: İkilik modelinizi tanımlayın. (Anti de Sitter Uzayı, Konformal Alan Teorisi AdS veya KAT) 

Juan Maldacena:  Bu uzay-zamanın sınırında yaşayan bir parçacık teorisi ile bu uzay-zamanın iç kısmında yaşayan bir kütle çekimi teorisi arasındaki eşdeğerliktir. Yani ikilik, sınırda yaşayan bir parçacık teorisi ile iç mekanda yaşayan bir kütle çekimi teorisi arasındaki bir ilişkidir. Bu fikir, sınırında kütle çekimi olmayan bir teorinin, iç kısımda kütle çekimi olan bir teoriye eşit olmasıdır. Bu teori kütle çekimi olmadan kütle çekimi olan bir teoriyle ilgilidir.

Eğer kütle çekimsiz teorilerin daha basit olduğunu düşünüyorsanız, kütle çekimi teorisi karmaşık olan kütle çekimsiz sınırdaki bir teoriye göre daha basit bir teori ile ilişkilidir.

Röportajcı: Sicimler nasıl resmedilir?

Juan Maldacena: Sicimler resme nasıl mı gelir? Sicimler kuantum kütle çekimiyle ilgilidir ve bu yüzden sicimler kullanarak kuantum kütle çekimini tanımladık. Böylece, sicimler kütle çekimi teorisinin yaşadığı iç mekanda yaşarlar.

Röportajcı: Sınırda yaşayan parçacıkları tanımlayın.

Juan Maldacena: Şimdi, sınır teorisi kromodinamiklerin gluonlarına benzer, gluon denilen bazı parçacıklara sahip ve bu partiküller zincir oluşturabiliyor. Böylece, birbiri ardına istiflenebilir bu tip gluonların kolyelerini veya zincirlerini oluşturabiliriz ve bunlar dört boyutlu alanda var olan zincirlerdir. Bu zincirler biraz kalınlığa sahiptir çünkü bu gluonlar hareket eder.

Buradaki fikir, burada sınırda hareket eden bu zincirlerin, iç kısımda hareket eden sicimlere tamamen eşdeğer olmasıdır. Bu yüzden sicimler kütle çekimi tanımında görünür.

Röportajcı: AdS / KAT’de kaç boyut var?

Juan Maldacena: İkiliği kullanmak istiyorsak, dört boyuttaki parçacık fiziğinin beş boyutta kütle çekimi teorisine eşdeğer olduğunu görüyoruz, bu yüzden sonsuz büyük olabilecek ekstra bir boyut tanıtıyoruz.

Bu ikilikte farklı örneklerimiz var. Sınırın dört boyutlu olduğu ve iç kısmın beş boyutlu olduğu örnekler var, o zaman sınır teorisi alıştığımız teorilere çok benzeyecekti. Özellikle, kuantum kromodinamik (QCD) olarak adlandırılan güçlü etkileşimler teorisine oldukça benzeyen bir teoridir. Dolayısıyla, sınır sadece dört boyutlu bir düz alan olabilir.

Röportajcı: İç uzay-zamanın doğada gözlemlediklerimizden farkı nedir?

Juan Maldacena: Beş boyutlu uzay, ekstra bir boyuta sahip bir uzaydır ve ekstra boyuttaki her noktada kendimize benzer dört boyutlu bir uzaya sahibiz, ancak bizi uzay-zamanın içine iten bir çekim potansiyeli var. Bu yüzden, ekstra boyutta bir noktada oturan bir parçacık iç tarafa doğru itilecektir. Sabit negatif eğrilikte bir geometriye sahipsiniz. Kütle çekimi potansiyeline sahip olmanız, mekanın kavisli olması ile ilgilidir.

Şimdi, bunun gibi negatif bir kavisli alanda yaşamıyoruz. Pozitif olarak kavisli uzaya daha yakın bir alanda yaşıyoruz ve bu nedenle bir sınırı olabilir, ancak sınır gelecekte değil, uzamsal bir yönde olacaktır.

Bu ikiliği, sınırın gelecekte boşluk gibi bir doğrultuda olmaktan ziyade gelecekte olacağı gibi genişleyen evrenler durumları için nasıl yaygınlaştıracağımızı bilmiyoruz.

Röportajcı: AdS / KAT modeli için bir benzetme verebilir misiniz?

Juan Maldacena: Diyelim ki, bir kürenin veya bir elmanın veya bir portakalın yüzeyinin olduğu bir uzay zamanınız olabilir ve sonra elmanın yüzeyi veya kabuğu sınır olur ve gerisi iç kısımdır. O zaman, yalnızca sınırda yaşayan bir teoriye sahip olabilirsiniz, bu parçacık teorisidir ve eşdeğer bir tanım, iç mekânda yaşayan kütle çekimi teorisi olacaktır.

Röportajcı: Hologramı tarif edebilir misiniz ve neden bir ikilik ile benzer?

Juan Maldacena: Bu fikir iç mekânda meydana gelen tüm fiziklerin bazı bölgenin sınırına kaydedilmesidir. Hologramlarda, üç boyutlu bir görüntü iki boyutlu bir fotoğraf plakasında depolanır, böylece bu iki boyutta kodlanmış bilgiye sahip olursunuz, ancak baktığınızda üç boyutlu bir görüntü görürsünüz. Buradaki fikir, kuantum kütle çekiminde iç kısımdaki tüm fiziği sınırda yaşayan bazı teorilerle kodladığınızda, benzer bir şey olacaktır.

Röportajcı: AdS / KAT kara deliklerin dinamiklerini çözmede nasıl yardımcı olur?

Juan Maldacena: İkilik bize bir uzay-zaman sınıfı tanımı verir ve sonra bu uzay-zaman içindeki çeşitli süreçleri analiz etmek için kullanabilirsiniz. Örneğin, uzay-zamanda, negatif bir eğri-uzay-zamanında bir kara delik varsa, kara deliğin kuantum mekaniği yasalarına uyacağını biliyorsunuzdur.

Bunu söylüyorum çünkü Hawking’in sonuçları yüzünden insanlarda kara deliklerin kuantum mekaniğinin yasalarını ihlal ettiği şüphesi vardı ve eğer durum böyle olsaydı, sicim teorisi için dramatik olurdu. Yani eğer kuantum mekaniğinin yanlış olduğunu keşfedecek olsaydık, o zaman sicim teorisi yanlış olurdu ve bu, sicim teorisini çürütmenin bir yolu olurdu.

Röportajcı: Kara delik nedir?

Juan Maldacena: Kara delik, küçük bir alana çok fazla madde koyduğunuzda oluşan ve böylece çekim kuvvetlerinin o kadar büyük hale geldiği ve esasen hiçbir şeyin kaçamayacağı bir nesnedir. Işık bile kaçamaz ve bu yüzden ona siyah (kara) denir.

Sonunda bu ufku elde edersiniz ve kara delik uzayda bir delik varmış gibi görünen bir uzay-zaman bölgesi haline gelir. Bu delikten geçiyorsunuz ve sonra asla geri dönemiyorsunuz ve bu çözümler ilk bulunduğunda çok şaşırtıcıydı. Uzay-zamanın dinamik olabileceği teorisinin, genel göreliliğin en garip tahminlerinden biri. Uzay-zaman bükülebilir; uzayın ortasında bir delik açacak kadar bükebilir.

Röportajcı: Hawking’in araştırması neden kuantum mekaniğinin ihlal edilmesine yol açtı?

Juan Maldacena: Hawking fark etmişti ki, eğer kuantum mekaniksel düşünürseniz, kara delik yakınında kuantum mekaniği parçacıkları yaymaya başlar. Bu emisyon, yüksek sıcaklıktaki bir termal cisimden aldığınız emisyona benziyordu.

Şimdi, neden uzayda bu delik belirli bir sıcaklıkta olsun ki? Belli değil. Eğer sadece basit bir düzleminiz varsa, boş alanın sıcaklığı yoktur. Bu durumda bu deliğe sahipsiniz ve deliğin boyutuna bağlı olarak farklı sıcaklıklara sahipsiniz. Normalde, sonlu sıcaklığa sahip olduğunuz doğada bulunan herhangi bir sistemde, nesnenin hareket eden küçük parçacıklardan oluştuğu anlamına gelir. Öyleyse soru, bir kara deliğin içinde ne hareket ediyordu? Bir şeyler hareket etmeli ve bu sıcaklığı elde etmelisiniz, bu yüzden ilk problem buydu.

Röportajcı: Hawking’in önerdiği ikinci problem neydi?

Juan Maldacena: İkinci sorun bilgi kaybı sorunuydu. Hawking bu emisyonun tamamen termal, yani çok mükemmel termal olması durumunda o zaman ilk başta karadeliğin hangi nesneden oluştuğu hakkında hiçbir bilgi taşımayacağını fark etti.

Bir kara delik bu radyasyonu oluşturacak ve yayacak ve tamamen kaybolacaktı çünkü bu radyasyonla kütle kaybediyor ve son olarak hiçbir şey kalmazdı, kara deliği birçok farklı şekilde oluşturacağınız bir durum olurdu. Her zaman aynı şekilde buharlaşırlar ve bu nedenle evrim, aynı son duruma götürecek farklı başlangıç durumlarına sahip olacaktı. İşte kuantum mekaniği buna izin vermez.

Kuantum mekaniğinde, farklı başlangıç durumlarınız varsa, farklı son durumlara sahip olmalısınız. Son haller, ilk yaklaşımda benzer görünebilir ancak gerçekten de farklı olmaları gerekir. Yani, bu ilgi sorunu veya bilgi kaybı sorunu veya kara delikler için bilgi kaybı paradoksu olarak biliniyor ve bu yüzden nasıl çözüleceğini anlamaya çalışıyoruz.

Röportajcı: Hawking radyasyonu nedir?

Juan Maldacena: Bir kara deliğin bir ufku vardır ve ufuk öyledir ki, eğer içine düşerseniz asla geri dönemezsiniz, değil mi? Bu, kara deliklerin mükemmel emiciler olduğunu düşünmenize neden olur, bu yüzden tamamen siyahlar ve her şeyi emerler. Bununla birlikte, bir vakumdaki kuantum parçacıklarını düşündüğünüzde, bu kuantum parçacıkları sürekli olarak oluşturulur ve yok edilir. Düz alanda yaratılır ve yok edilir ve hiçbir şey olmaz; net parçacık oluşumuna sahip değilsinizdir ancak bir kara delik ufkunuz varsa, o zaman bu çiftin dışında sonsuza kadar yayılabilir ve biri kara deliğe düşebilir. Yani, bu aslında Hawking radyasyonunun kökenidir.

Röportajcı: Hawking radyasyonunun karadelik üzerindeki etkisi nedir?

Juan Maldacena: Uygulamada bunun anlamı, karadeliğiniz varsa, boyutla ilişkili olan bir sıcaklıkta radyasyon yayar. Kara delik küçüldükçe sıcaklık daha sıcak olur ve kara deliğin yaydığı radyasyon daha da ısınır. Bu yüzden pratikte kara deliğin bazen beyaz görünebileceği anlamına da gelir. Çok küçük bir kara deliğiniz varsa, diyelim ki mikrop büyüklüğünde kabaca beyaz görünür. Yani, kara delikler gerçekten kara değil. Hawking radyasyonu kara deliklerin gerçekten kara olmadığını ima eder. Yani, siyah görünüyorlar ve onları daha küçük hale getirdikçe, biraz daha kırmızıya yakın parlamaya başlıyorlar ve daha küçük hale getirdikçe beyaz oluyor.

Röportajcı: AdS / KAT Hawking radyasyonunu nasıl açıklar?

Juan Maldacena: Hawking radyasyonunun kesin cevabın bir yaklaşımı olduğunu söylüyor. Kesin cevap, sınırdaki bu parçacık gazı tarafından verilir ve bunları tam olarak bilginin kaybolmadığı bir şekilde hesaplamanıza izin verir İkiliği kullanırsanız Hawking radyasyonundan daha doğru bir açıklama verir.

Röportajcı: AdS / KAT içinde Kara delik nerede

Juan Maldacena: Kara delik içeride. Sınır her zaman aynı alandır sınır değişmez ancak kara delik ufku, ekstra boyutun bir noktasında bulunur. Sınırın yakınında geometri her zaman aynıdır, ancak içeri girerken bir kara deliğe sahip olabilir veya bir kara deliğe sahip olamazsınız.

Röportajcı: Daha önce bilmediğiniz bir kara deliğin sınırındaki parçacıkların tanımı hakkında ne biliyorsunuz?

Juan Maldacena: Ana ders, bu tanımın üniter olmasıydı. Bu kuantum mekaniğinin yasalarına uyar. Asıl yeni şey şu ki, bu parçacıkları kullanarak, entropiyi anlıyorsun. Ayrıca tüm sistemin evriminin kuantum mekaniğinin yasalarına göre olduğunu anlıyorsunuz çünkü sınır parçacıkları kuantum mekaniğinin yasalarına uyuyor. Bu daha önceden bilinmeyen bir şeydi.

Şimdi, sıcaklık veya termal özelliklerin, sınırdaki parçacıkların hareketinden kaynaklandığını ve kara deliklerin termal özelliklerini mikroskobik bir bakış açısıyla, bu odadaki gazın sıcaklığını hava moleküllerinin hareketi açısından anladığımız şekilde açıkladığını anlıyoruz.

Röportajcı: AdS / KAT için doğada kanıt var mı?

Juan Maldacena: Hayır. Hiçbir kanıt yoktur ve ikilik, iki teori sınıfı arasındaki eşdeğerlik ifadesidir. Çok kesin bir şekilde, şu ana kadar bildiğimiz hiçbir şey için geçerli değildir, çünkü ikiliği bildiğimiz teoriler sicim teorisinde çok özel ve ideal konfigürasyonlardır. Bununla birlikte, doğada sahip olduğumuz teorilere oldukça yakın birçok örnek var.

Röportajcı: AdS / KAT uygulamaları var mı?

Juan Maldacena: Doğada teoriler hakkında bazı sezgileri analiz etmek veya elde etmek için kullanılmıştır. Dolayısıyla, bunun için kullanılmış ve doğada olası davranışları analiz etmek için teorik bir araç olarak kullanışlıdır. İkiliğin niteliği, kütle çekimi tanımı göreceli olarak basit olduğunda, sınırdaki parçacıklar çok güçlü etkileşime giriyor, bu yüzden birbirleriyle çok etkileşime giriyorlar. Şimdi, parçacıkların kuvvetle etkileşime girdiği parçacık teorilerinin anlaşılması genellikle çok zordur ve bunlar hakkında anlayabileceğiniz bir şey çok, çok azdır. Şimdi, doğada çok sayıda parçacığın kuvvetle etkileşime girdiği birçok durumla karşılaşıyoruz. Bu ikiliği, güçlü etkileşimli partiküllerin belirli durumlarında nasıl davrandıklarını çözmek veya anlamak için kullanabilirsiniz. Daha sonra teorisyenler bu örnekleri gerçek, doğal sistemleri anlamaya başlamak için bir atlama tahtası olarak kullanırlar.

Röportajcı: AdS / KAT uzay-zamanların yanı sıra güçlü etkili parçacıklara sahip sistemleri çözmek için yararlı mıdır?

Juan Maldacena: Başka şekilde de kullanabilirsiniz. İkilik, iki yöne geçebileceğiniz bir tür köprüdür. Bir teoriden diğerine geçebilir ya da tam tersi. Eğer ilginiz gerçekten güçlü bir şekilde etkileşime giren parçacıkları anlamaksa, o zaman kara delikleri bu amaç için kullanabilirsiniz. Yani, onları ters yönde kullanıyorsunuz.

Etiketler

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Kapalı

Reklam Engelleyici Algılandı

Lütfen reklam engelleyiciyi devre dışı bırakarak bizi desteklemeyi düşünün