Tek Boyut Fazlası Karanlık Maddeyi Çözer mi?

Hossenfelder videoya The Economist dergisinde okuduğu bir haberle giriyor: sicim kuramı sonunda test edilebilir bir tahmin üretmiş. Habere göre kuramcılar, karanlık boyut adını verdikleri bir çerçeveyle hem karanlık maddeyi hem de karanlık enerjiyi açıklayabileceklerini öne sürüyor. Sunucu, kulağa akademik mizah gibi gelen bu ifadenin aslında ciddi bir kuramsal öneri olduğunu vurguluyor. Eğer doğruysa, fiziğin en büyük iki gizemi tek hamlede çözülecek. O yüzden soruyu baştan koyuyor: bu iddia gerçekten testi yapılabilir bir tahmin mi, yoksa yeni bir erteleme taktiği mi?

Sicim kuramının vaat ettiği şeyi hatırlatıyor: standart modelin parçacıklarının neden bu parçacıklar olduğunu ve kütleçekimle nasıl bir araya geldiklerini açıklayan her şeyin kuramı olmak. Ancak tablo hiç planlandığı gibi gitmemiş. Tek bir sicim kuramı yerine, tahminen 10 üzeri 500 kadar kuramdan oluşan devasa bir manzara ortaya çıkmış. Bu manzarada standart modelle uyumlu tek bir örnek bile bulunabilmiş değil. Yine de kuramın savunucuları doğru yolda olduklarına inanmaya devam ediyor. Hossenfelder, son on yılda bu çevrenin davasını yeni bir yoldan savunmaya çalıştığını söylüyor.

Bu yeni yolun ilk adımı 2018 yılına uzanıyor. Cumrun Vafa çevresindeki Harvard grubu, sicim kuramında karanlık enerjinin sabit bir değer olamayacağını, mutlaka zamana bağlı olması gerektiğini savundu. İlginç olan, son iki yılda gelen gözlemsel verilerin gerçekten de karanlık enerjinin zamanla değiştiğine işaret etmesi. DESI gibi büyük gök taramalarının sonuçları bu yönde okunuyor. Hossenfelder bu uyumu teslim ediyor ve gerçekten merak uyandırıcı bulduğunu saklamıyor. Vafa grubu da bu rüzgarı arkasına alıp fikirden daha fazlasını çıkarmaya çalışmış. İşte karanlık boyut önerisi tam burada doğuyor.

Önerinin çekirdeğinde sicim kuramının gerektirdiği ek uzay boyutları var. Kurama göre toplam altı ek boyut bulunuyor. Alışılmış varsayım, bu boyutların ölçülemeyecek kadar küçük yarıçaplara kıvrılmış olması. Yarıçap o kadar ufak ki hiçbir deney ona ulaşamıyor. Sicim kuramının test edilmesinin bu kadar zor olmasının nedeni de bu. Harvard grubunun hamlesi ise şu: ya bu boyutlardan biri çok küçük değil de yalnızca küçükse? Mikrometre mertebesinde bir yarıçap, hem ölçülebilir aralığa girer hem de karanlık maddeyi açıklayabilir. Öneriye adını veren karanlık boyut, işte bu mikrometre ölçeğindeki tek boyut.

Mekanizma şöyle işliyor: elektron ve kuark gibi standart model parçacıkları üç uzay boyutlu bir dilimin üzerinde oturuyor; bizim evrenimiz bu dilim. Ama kütleçekim bütün boyutlara yayılıyor. Bu bir kuantum kütleçekim kuramı olduğu için kütleçekimin kuantları, yani gravitonlar var. Ek boyutlara sızan gravitonlar kütle kazanıyor. Kuramcılara göre karanlık maddeyi oluşturan şey, ek boyutlardaki bu kütleli gravitonlar. Hesap, ek boyutlardan birinin yarıçapı mikrometre aralığındayken gözlemlenen karanlık madde miktarıyla uyum sağlıyor. Yani soyut bir boyut varsayımı, ölçülebilir bir kütle ölçeğine dönüşüyor.

Bu fikri çekici kılan şey doğrudan test edilebilir olması. Newton yasasındaki uzaklığın karesiyle ters orantı, yalnızca üç uzay boyutunda geçerli. Ek boyutun yarıçapından daha küçük mesafelerde kütleçekim ölçülürse yasadan sapmalar görülmesi gerekir. Burulma terazisi deneyleri Newton yasasını yaklaşık 30 mikrometreye kadar yokladı ve hiçbir sapma bulamadı. Karanlık boyut önerisi ise sapmayı yaklaşık 10 mikrometre civarına yerleştiriyor. Aradaki bu dar pencere, savunucuların sicim kuramı artık test edilebilir demesinin dayanağı. Deneycilerin yalnızca biraz daha derine inmesi yeterli görünüyor.

Videoda aktarılan en taze gelişme, geçtiğimiz temmuz ayında yayımlanan bir kozmoloji çalışması. Bir astrofizikçi, Planck uydusunun verileriyle yer tabanlı teleskopların ölçümlerini bir araya getirip karanlık boyut fikrinin bu verilerle sınanıp sınanamayacağını incelemiş. Cevap şimdilik olumsuz: mevcut veriler öneriyi ne doğruluyor ne de dışlıyor. Ancak çalışma, gelecekteki büyük gök taramalarının karanlık sektörün bu sicim kuramı modellerini doğrulayabileceğini ya da eleyebileceğini belirtiyor. Yani masa başında kurulan model, gökyüzü verisinin hakemliğine açık hale gelmiş durumda. Hossenfelder bu tabloyu bilimsel sürecin normal işleyişi olarak sunuyor.

Sonra sunucu kendi hükmünü açıklıyor ve ton sertleşiyor. Ona göre ek bir uzay boyutuna dair kanıt bulunsa bile bu, sicimler için kanıt sayılmaz; boyut kanıtı yalnızca boyut kanıtıdır. Üstelik fikir sicim kuramından türetilmiş de değil, yalnızca kurama eklemlenmiş bir varsayım. Lost in Math kitabındaki tezini hatırlatıyor: fiziğin temellerinde her fikir, yakın gelecekte yapılacak bir deneyle test edilebilir görünür, deney yapılır, hiçbir şey bulunamaz, sonra aynı döngü yeni bir fikirle tekrarlanır. Bu videodaki öneriye de kendi ölçüm cetvelinde 10 üzerinden 10 veriyor. En ağır cümlesi ise şu: seçkin üniversitelerde maaş alan insanların ürettiği ve medyada haber olan bu döngü, kurumsallaşmış sözde bilimdir.

Kapanışta öngörüsünü paylaşıyor: 10 mikrometrede yapılacak deneyler hiçbir şey bulamazsa, sicim kuramı biraz daha ötede, daha da heyecan verici bir mesafede yine test edilebilir olmaya devam edecek. Ona göre The Economist bu iddiayı manşete taşımak yerine asıl hikayeyi yazmalıydı: bu döngünün nasıl olup da on yıllardır sürdüğü. Benim açımdan videonun değeri de burada: karanlık boyutun fiziğini öğretmekten çok, test edilebilirlik iddiasının anatomisini göstermesi. Sayı net, deney belli, bahane alanı dar. Şimdi top deneycilerde.

Toparlamak gerekirse video üç katman taşıyor: karanlık boyutun fizik önerisi, bu önerinin deney ve gözlemle sınanma planı ve kuram sosyolojisine yönelik sert eleştiri. İlk katman mikrometre ölçeğinde kütleli gravitonlar demek, ikinci katman burulma terazileriyle Planck verisi demek, üçüncü katman ise manzara esnekliğine duyulan güvensizlik demek. Üçünü birlikte okuyunca tablo dengeli hale geliyor: fikir yanlışlanabilir olduğu için ciddiye değer, ama sicim kuramının kurtuluşu sayılması için hiçbir neden yok. Deney sonucu ne olursa olsun bu ayrımı korumak, videodan çıkarılacak en sağlam ders.