M teorisi
M-Kuramı veya M-Teorisi, evrendeki temel kuvvetleri ve parçacıkları tek bir matematiksel çerçevede birleştirmeyi amaçlayan ve her şeyin kuramı olmaya aday olan teorik fizik çerçevesidir. 1995 yılında Edward Witten tarafından ortaya atılmış olup, o döneme kadar birbiriyle çelişiyor gibi görünen beş farklı süpersicim kuramını tek bir çatı altında birleştirmiştir. Kuramın adındaki "M" harfinin açılımı Edward Witten tarafından kesin olarak belirtilmemiş; bunun araştırmacıların yaklaşımına göre "zar" (membrane), "sihir" (magic), "gizem" (mystery) veya "matris" (matrix) anlamlarına gelebileceği ifade edilmiştir.
Tanım
M-Kuramı, 1995 yılında Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde düzenlenen bir konferansta Princeton Üniversitesi'nden fizikçi Edward Witten tarafından öne sürülmüştür. Bu gelişme, teorik fizikte "İkinci Süpersicim Devrimi" olarak adlandırılmıştır. Evrensel fizik yasalarını tek bir çerçevede açıklamayı hedefleyen "Her şeyin kuramı" (The Theory of Everything - TOE) için en güçlü matematiksel adaylardan biri olarak değerlendirilmektedir.
Bu kuram, 10 boyutlu uzay-zaman öngören beş farklı sicim kuramını birleştirerek 11 boyutlu bir evren modeli ortaya koymuştur. Modele göre bilinen 3 uzaysal boyut, çok daha büyük ölçülerde ve daha fazla boyuttan oluşan bir uzay-zaman içinde yer alan üç boyutlu bir "zar" (brane) üzerindedir. Evrenin 11 boyutlu uzay-zamanda bir ada (bir D-zar) olduğu ve benzer şekilde başka evrenlerin de var olabileceği bu teorik çerçevede öngörülmektedir.
Temeller
Fizikteki tüm temel etkileşimleri birleştirme çalışmaları, 1970'li yıllarda süpersimetri kavramının geliştirilmesiyle ivme kazanmıştır. Ancak standart süpersimetri modelleri, zayıf etkileşimlerdeki bazı asimetrilerle tam olarak örtüşememiştir. Süpersicim kuramı ise, kütleçekim kuvvetinin taşıyıcısı olduğu varsayılan graviton adlı parçacığı içerdiği için daha kapsamlı bir alternatif sunmuştur. Ancak 1990'ların ortalarına gelindiğinde fizikte 5 farklı süpersicim kuramının bulunması ve pertürbasyon (sapma) analizlerinde karşılaşılan zorluklar, kuramın en büyük problemlerini oluşturuyordu. Sicimlerin etkileşimleri, sonsuz seriler içeren karmaşık matematiksel hesaplamalar gerektirmekte ve bu seriler her zaman tek ve anlamlı bir sonuca yakınsamamaktaydı.
Edward Witten, "dualite" (ikilik) kavramıyla bu probleme yeni bir yaklaşım getirmiştir. Farklı süpersicim kuramları üzerinde çalışan fizikçilerin, aslında aynı temel fiziksel gerçekliği farklı matematiksel dillerle ifade ettiklerini göstermiştir. Geliştirdiği M-Kuramı, beş süpersicim kuramının ve 11 boyutlu süper kütleçekim kuramının, daha temel tek bir teorinin farklı sınır durumları (özel durumları) olduğunu kanıtlamıştır. Ayrıca, süpersicim kuramlarındaki zayıf ve güçlü eşleşme durumları arasındaki "S-dualitesini" kullanarak pertürbatif hesaplamalardaki tıkanıklıkların nasıl aşılabileceğini formüle etmiştir.
Gelişim ve Deneysel Durum
M-kuramındaki önemli gelişmelerden biri, Joseph Polchinski'nin sicim kuramlarında sicimlerin yanı sıra yüksek boyutlu "D-zar" (Dirichlet zarları) adı verilen yapıların da varlığını göstermesiyle yaşanmıştır. D-zarlar, açık sicimlerin uçlarının tutunduğu çok boyutlu yüzeylerdir. Bu buluş sayesinde M-kuramının; parçacıklardan (0-zar), sicimlere (1-zar) ve çok boyutlu membranlara (p-zar) kadar çeşitli boyutlardaki yapıları barındırdığı anlaşılmıştır. D-zarların kara deliklerin modellenmesinde kullanılması, "bilgi paradoksu" gibi genel görelilik ile kuantum mekaniği arasındaki temel çatışmaların çözümüne yönelik yeni yaklaşımlar sunmuştur.
1990'ların sonlarında Juan Maldacena, M-kuramı bağlamında AdS/CFT eşleşmesini (holografik ilke) ortaya atmıştır. Bu modele göre, M-kuramının 11 boyutta tanımlanması mutlak bir zorunluluk olmayıp, yaşadığımız evren daha yüksek boyutlu bir Anti-de Sitter (AdS) uzay-zamanının sınır yüzeyi (hologramı) olarak işlev görebilir. Benzer şekilde, Lisa Randall ve Raman Sundrum da evrenimizin çok boyutlu bir uzay-zaman içinde yer alan 4 boyutlu bir D-zar olabileceğini öngören modeller geliştirmişlerdir.
Bununla birlikte, M-kuramının öngörüleri günümüze kadar deneysel olarak doğrulanabilmiş değildir. Kuramın temel taşlarından biri olan süpersimetri (SUSY), Avrupa Nükleer Araştırma Merkezi'nde (CERN) bulunan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı'nda (LHC) 2010'lu yıllar boyunca süren yüksek enerjili çarpışma deneylerinde kapsamlı şekilde test edilmiştir. Ancak bugüne dek süpersimetrik parçacıkların varlığına dair doğrudan bir kanıt bulunamamıştır. Aynı şekilde, bilinen boyutların dışında kalan milimetrik veya daha küçük ölçeklerdeki ekstra boyutların varlığını test etmeye yönelik deneyler de henüz kesin bir bulgu ortaya koymamıştır. Bu nedenlerle M-kuramı, tamamen kanıtlanmış deneysel bir fizik yasasından ziyade, teorik fiziğin en aktif matematiksel araştırma alanlarından biri olmaya devam etmektedir.
