Olmazsa Olmaz Evren!
21 Ocak 2020 Bilim Teknoloji

Olmazsa Olmaz Evren!


Twitter'da Paylaş
0

“Anti-madde ve madde arasındaki amansız savaştan artakalan madde, bugün evrende gördüğünüz galaksileri, yıldızları, yazarları, onların kedilerini, karalama A4 kâğıtlarını ve aklınıza gelen her şeyi oluşturdu!”

“Hiçlik”in kararsız olduğu ve bir şey oluşturabileceği fikrinin kökeni, tarih öncesi filozofların neden bir madde evreninde yaşadığımızı anlama çabalarına kadar uzanır. “Neden hiçbir şey olmayacağına bir şey var?” sorusu yüzlerce hatta binlerce yıldır kafayı kurcalayan bir muammadır. Muhasebeciyseniz her sabah bunu merak ederek uyanmıyorsunuzdur, evrenimizin madde içerdiği gerçeği herkese garip gelmeyebilir. “Ne yani, madde olmayacaktı da ne olacaktı?” diye sorabilirsiniz. Cevap veriyorum: Anti-madde!

Bu cevap muhtemelen Aristo’yu da tatmin etmeyecekti, ancak günümüzde kuantum mekaniği ve görelilik, anti-maddenin var olmasını zorunlu kılar. Yani doğada bildiğimiz bütün parçacıkların kendileriyle aynı kütlede ama karşıt yüklü eşdeğer parçacıkları mevcut olmak zorunda. Bir araya gelip oluşturdukları şeye de karşıt-madde ya da anti-madde diyoruz. Akla yatkın bir evrenin, doğumu itibarıyla ikisinden de eşit miktarda içereceğini düşünebilirsiniz, ne var ki eğer evrenimiz eşit miktarda madde ve karşıtıyla başlayıp öyle kalsaydı biz burada varolup neden diye soramazdık. Çünkü bütün madde parçacıkları, bütün anti-madde parçacıklarıyla birbirini ortadan kaldırır, geride saf ışınımdan başka bir şey kalmazdı. “Paralel bir evrende anti-maddeden oluşan kendinize rastlarsanız sakın el sıkışmayın!” (Bir Hawking esprisidir, ben sadece uygun yere koydum.)

Bu durumda, yıldızları ve galaksileri oluşturan bütün parçacıkların yerini karşıt parçacıkların aldığı bir anti-madde evreni de hayal edebiliriz. Zaten öyle bir evren, içinde bulunduğumuz evrenden hiç de farklı görünmeyecektir. Belki de öyle bir evrendeki gözlemciler, bizim anti-madde dediğimiz şeye madde diyeceklerdir. Yani, aslında isimler keyfidir: Hâkim olanın elektron ya da pozitron olması hiç önemli değildir. Ama şükürler olsun ki evrenin oluşum sürecinde madde miktarının anti-madde miktarını azıcık aştığı ufak bir asimetrinin oluşmasıyla, mevcut bütün anti-maddenin, eş değerdeki maddeyle birlikte ortadan kalktığını ve birinin miktarındaki fazlalık yüzünden ona “madde” dediğimizi bulduk. Artakalan bu madde, bugün evrende gördüğümüz galaksileri, yıldızları, yazarları, onların kedilerini, karalama A4 kâğıtlarını ve aklınıza gelen her şeyi oluşturdu. Başlangıçta zaten madde ile karşıtı arasında amansız bir savaş olduğundan, asimetriden sonra geriye kalan herşey maddeye dayalı bir simetri oldu. 

Bu sürecin evrenin erken dönemlerinde nasıl gerçekleşmiş olduğuna ilişkin kesin bir kararlama bugün elimizde bulunmuyor, çünkü bu asimetrinin doğasını tam anlamıyla ve ampirik olarak ortaya çıkarabilmiş değiliz. Ama tüm senaryolar – ayrıntıları itibarıyla kimi farklılıklar gösterseler de – aynı genel özelliklere sahip: İlk ısı banyosunda, temel parçacıklarla ilgili kuantum süreçleri, boş bir uzayı madde ya da anti-maddenin hakimiyetindeki bir evrene doğru değiştirilemez bir biçimde sürükler. Fizik kanunları sabit olsa da asimetrinin nihai yönünü en baştaki rasgele bir koşul belirler. Ne var ki bu belirsizlikten bağımsız olan bir şey vardır o da temeldeki fizik kanunlarının bir özelliğinin kuantum süreçlerinin evreni özelliksiz bir halden uzaklaştırmasını mümkün kılması gerçeğidir. Ama buradaki ana fikir, bu gibi istikrarsızlıkların kuantum evreninin jenerik bir özelliği olmasından ziyade, burada cevaplamaya çalıştığımız soru bağlamında sadece evrenimizdeki parçacıkları ve enerji alanlarını değil, evrenimizin boş uzay (vakum) da dahil tamamını gerektirmesidir. 

“Kuantum elektromanyetizma kuramında, parçacıklar boş uzayda doğabilir, sonra Belirsizlik İlkesi’nin belirlediği bir zaman çerçevesinde, yeniden ortadan kayboluncaya kadar var olabilirler.”

Bu durumda hiçlik mefhumunu nasıl ele almamız gerektiğine ilişkin biraz daha derin düşünmemiz gerekecek. Gözlediğimiz bir şeyin doğduğu hiçlik, boş uzaydır ama kuantum mekaniği ile genel göreliliğin birleşmesini mümkün kılarsak bu argümanı, boş uzayın kendisinin de varolmaya zorunlu olduğu savunmasına götürebiliriz.

Richard Feynman, bu düşünceden yola çıkarak uzayzamanın olası kuantum mekaniğini çözmeye çalışan ilk bilim insanlarından biriydi. Feynman, adıyla anılan kuantum yorumunda, bütün olası fiziksel sistemleri zaman içinde evrilirken inceler. Bunu yapabilmek için, tahminlerde bulunmasını sağlayacak bir Yolların Toplamı kuramı geliştirmişti. Bu yönteme göre, iki nokta arasında bir parçacığın alabileceği bütün olası yolları değerlendiririz. Sonra her yola, kuantum mekaniği ilkelerine dayanarak bir olasılık biçer, ondan sonra da parçacıkların hareketine dair nihai tahminlerimizi belirleyebilmek için bütün yollara verdiğimiz olasılık değerlerini toplarız.

Konunun biraz kafa karıştırıcı olduğunun farkındayım, ama Feynman yöntemlerini kullanmanın sonuçta faydası şudur: Olası bütün yollara odaklanmak, sonuçların her yolda her noktaya uygulanan belli uzay ve zaman etiketlerinden bağımsız olduğunun gösterilebileceği anlamına gelir. Görelilik de bize, hareket halindeki farklı gözlemcilerin uzaklık ve zamanı farklı ölçeceğini, bu yüzden de uzayzamandaki her noktaya farklı değerler vereceğini söyler. Genel görelilik, kuantum mekaniğiyle – en azından bugün söyleyebildiğimiz kadarıyla – tam bir tutarlılık göstermez: Feynman'ın yolların toplamıtekniğini genel görelilikte tanımlamanın, tam anlamıyla kesin bir yöntemi yoktur. Bu yüzden de önceden akla yatkın bazı tahminlerde bulunmamız ve sonuçların anlamlı olup olmadığını kontrol etmemiz gerekiyor. Bu durumda uzayzamanın kuantum dinamiğini değerlendirecek olursak Feynman Toplamları’nda, kuantum belirsizliği hüküm sürerken herhangi bir sürecin ara aşamalarında uzayın benimseyebileceği olası farklı geometrileri tanımlayabilecek bütün olası farklı konfigürasyonları dikkate almamız gerektiğini düşünmeliyiz. Hatta daha tuhaf olasılıkları da değerlendirmeliyiz. Kuantum elektromanyetizma kuramında, parçacıklar boş uzayda doğabilir, sonra Belirsizlik İlkesi’nin belirlediği bir zaman çerçevesinde, yeniden ortadan kayboluncaya kadar var olabilirler. O halde bir benzetme yaparsak, Feynman'ın olası uzayzaman konfigürasyonlarının kuantum toplamı çerçevesinde varlık bulup ortadan kaybolabilecek küçük ve sıkışık uzaylar bulunması ihtimalini de değerlendirmemiz gerekecektir. Ama bu gibi yapıları evrilen evrenin özelliklerini belirleyen kuantum mekaniksel toplamdan çıkarmanın iyi bir gerekçesini bulamazsak – ki bugüne kadar bulamadık – doğanın her yerinde geçerli olduğunu bildiğimiz genel ilke (fizik kanunlarına ters düşmeyen bir şeyin olması gerektiği ilkesi) doğrultusunda bu olasılıkları değerlendirmek akla yatkın görünüyor.

Elektrik yüklü bir parçacıktan gözlenebilir derecede büyük uzaklıklarda, elektriğin birçok sıfır enerjili sanal foton salması sonucu enerjisi sıfır olmayan gerçek bir elektrik alanı oluşabileceğini hatırlayalım (Hiçliğin Kararsızlığında bir Kara Delik Sendromu). Sıfır enerjili sanal parçacıklar, salındıklarında, enerji korunumu yasasını ihlal etmezler. Dolayısıyla Heisenberg Belirsizlik İlkesi bu fotonları yeniden hiçliğe emilip ortadan kaybolmadan evvel çok kısa süreler boyunca var olmakla sınırlamaz, enerji korunumu yasası sayesinde kaybolması gerekmeyen özel bir tür evren hayal edebileceğimizi ileri sürer. Bu durumda, daha açık bir deyişle, toplam enerjisi sıfır olan yoğun bir evren düşünebiliriz. 

“Modern Büyük Patlama Kuramı olarak güncellediğimiz Şişme Kuramı, aradığımız çıkış yolunu gösteriyor.”

Şimdi, bunun tam da içinde yaşadığımız evren olduğunu ileri sürebiliriz ama meselenin tamamı bundan ibaret değil. Çünkü bir nesnenin toplam enerjisi sadece kütleçekim enerjisi değildir. Bütün nesnelerden sonsuz bir uzaklıkla ayrılmış, durağan haldeki bir nesnenin kütleçekim enerjisi sıfırdır, çünkü eğer durağansa hiç kinetik enerjisi yoktur; potansiyel enerji sağlayabilecek başka parçacıklardan kaynaklanan kütleçekim kuvveti de esasen sıfırdır. Ne var ki Einstein'ın belirttiği üzere, maddenin toplam enerjisi sadece kütleçekimden kaynaklanmaz, özkütlesiyle ilişkili enerjiyi de içerir. E=mc2, nesnenin durağan kütlesine ilişkin enerjisini de dikkate almamız gerektiğini söyler. Bu durağan enerjiyi dikkate alabilmemiz için Özel Görelilik’in etkilerini bir kütleçekim kuramına dahil eden Genel Görelilik'e bakmamız gerekir. Ama farklı gözlemcilerin uzay ve zamanda farklı noktalara vereceği farklı etiketleri betimleyen koordinat sistemleri tanımlamak, sistemin toplam enerjisinin belirlerken farklı sonuçlara ulaşmamıza yol açabilir. O yüzden, bu etkiyi ortadan kaldırmak için enerji kavramını genelleştirmemiz gerekir, ayrıca herhangi bir evrendeki toplam enerjiyi tanımlayacaksak, uzamsal ölçekte sonsuz olabilecek evrenlerin enerjilerini nasıl toplayacağımızı da değerlendirmemiz gerekir. Bilimsel literatür, bu konuda iddialar ve karşı iddialarla doludur. Ne var ki kesin olan bir şey vardır: Toplam enerjinin tam ve kesin olarak sıfır olduğu tek bir evren vardır. Ama bu evren, prensipte uzamsal yayılımı bakımından sonsuz olan düz bir evren değildir; bu yüzden de toplam enerjinin hesaplanması sorunlu bir hal alır. İçindeki madde ve enerji yoğunluğunun uzayın kendi üzerine kapanmasına yeterli olduğu kapalı bir evrendir bu. Kapalı bir evrenin enerjisinin sıfır olmasının gerekçesi ise aslında hayli basittir. Bu meseleyi düşünmenin en kolay yolu, bu sonucu kapalı bir evrende toplam elektrik yükünün de sıfır olması gerektiği gerçeğiyle benzerlik kurarak ele almaktır. Kapalı bir evrenin toplam enerjisi sıfırsa, kuantum kütleçekiminin yolların toplamı biçimselliği uygun düşüyorsa bu durumda kuantum mekaniği açısından bu gibi evrenler net bir enerji taşımaksızın, hiçbir bedeli olmaksızın kendiliğinden belirebilir. 

Ne var ki bir pürüz var. Maddeyle dolu, genişleyen kapalı bir evren genel olarak maksimum bir boyuta ulaşacak, sonra bir o kadar hızla çöküp bir uzayzaman tekilliğine varacaktır; bu uzayzaman tekilliğinde de mevcut kuantum kütleçekimi bize bu tekilliğin akıbetinin ne olduğunu söyleyemeyecektir. Bu yüzden küçük kapalı evrenlerin tipik ömrü mikro düzeyde, kuantum kütleçekim süreçlerinin gerçekleşmesi gereken tipik ölçekte, yaklaşık 10-44 saniye uzunluğundaki "Planck Zamanı" ölçeğinde olacaktır.

Ama bu ikilemden bir çıkış yolu var. Modern Büyük Patlama Kuramı olarak güncellediğimiz Şişme Kuramı (Inflation Theory) aradığımız çıkış yolunu gösteriyor. Bahsettiğimiz türde bir evren çökmeden önce, bu evrendeki alanların konfigürasyonu bir şişme sürecini ortaya çıkarıyorsa, başta kapalı olan küçük bir evren bile hızla katlanarak genişleyebilir, sonsuz derecede geniş, düz bir evrene benzeyebilir. Böyle katlanarak şişme sonucu evren düz olmaya o kadar yaklaşır ki bizim evrenimizin çökmeksizin var olduğundan çok daha uzun bir süre boyunca kolayca varlık gösterebilir.

Şişme Kuramını inşa eden Alan Guth, Alex Vlenkin, Andrei Linde ve Jim Hartle gibi günümüzün önde gelen fizikçileri, kuantum kütleçekiminin doğrudan hiçlikten şişen bir evren yaratabileceğini ve şu önemli olguların ele alınması gerektiğini vurgular:

  • Kuantum kütleçekiminde, evrenler kendiliğinden hiçlikten doğabilir ve hatta her zaman doğacaklardır. 
  • Bu gibi evrenlerin boş olması gerekmez; kütleçekimle ilgili negatif enerji de dahil toplam enerji sıfır olduğu sürece içlerinde madde ve ışınım olabilir.
  • Bu gibi mekanizmalarla yaratılabilecek kapalı evrenlerin mikro-zamanlardan daha uzun sürebilmesi için şişmeye benzer bir şey gereklidir. Sonuçta böyle bir senaryoda insanın içinde yaşamayı bekleyebileceği tek uzun ömürlü evren, tıpkı bizim yaşadığımız evren gibi bugün düz görünen (open-flat) evrendir.

Buradan çıkarılacak sonuç şudur: Kuantum kütleçekimi, evrenlerin hiçlikten yaratılmasını mümkün kılmakla kalmaz, bunu gerektirebilir de. Boş uzayın, zamanın, hiçbir şeyin olmadığını düşündüğümüz mutlak hiçlik de kararsızdır. Bu olgu, felsefi bir düşünce olmaktan çıkmış, fiziki olarak da açıklanabilir duruma gelmiştir.

Peki bu, bizim evrenimizin hiçlikten doğduğunun kanıtı mıdır? Henüz hayır, ama böyle bir başlangıç senaryosunun akla yatkınlığına doğru büyük bir adım atmış oluyoruz. Böylece, bir ilk yaratılış gerekliliğini savunan argümanlara karşı ileri sürülebilecek elimizde bilimsel bir hipotez var. Einstein bir zamanlar, doğa hakkında gerçekten bilmek istediği tek şey olduğunu söylemişti: Tanrı'nın evrenin yaratılışı sırasında bir seçeneği olup olmadığını öğrenmek istiyorum.

Fitili ateşleyecek bir çakmağa ihtiyaç yoktur. Evren kendini mutlak hiçlikten yaratabilir!

Ve (bence) yaratmıştır da…

Kaynak Kişi: Prof. Lawrence M. Krauss


Twitter'da Paylaş
0

YORUMLAR


İLGİNİZİ ÇEKEBİLİR