Büyük Patlama Nasıl Yoktan Var Olabilir?
Okuyucu Sorusu: Benim anlayışıma göre hiçbir şey yoktan var olmaz. Bir şeyin var olabilmesi için malzeme ya da bir bileşenin mevcut olması ve bunların mevcut olabilmesi için de başka bir şeyin mevcut olması gerekir. Şimdi sorum şu: Büyük Patlama’yı yaratan malzeme nereden geldi ve bu malzemeyi yaratmak için ilk etapta ne oldu? Peter, 80, Avustralya
“Son yıldız yavaşça soğuyacak ve yok olacak. Onun ölümüyle birlikte evren bir kez daha ışıksız, yaşamsız ve anlamsız bir boşluğa dönüşecek.” Fizikçi Brian Cox BBC’nin son dizisi Universe’de böyle uyarmıştı. Bu son yıldızın sönmesi sadece sonsuz uzun ve karanlık bir dönemin başlangıcı olacaktır. Tüm madde eninde sonunda devasa kara delikler tarafından tüketilecek ve onlar da buharlaşarak ışığın en sönük parıltılarına dönüşecek. Uzay, bu sönük ışık bile etkileşime giremeyecek kadar yayılana kadar dışa doğru genişleyecektir. Hareketlilik sona erecek.
Yoksa duracak mı? Garip bir şekilde, bazı kozmologlar uzak geleceğimizde yatan gibi eski, soğuk ve karanlık boş bir evrenin bizim Büyük Patlamamızın kaynağı olabileceğine inanmaktadır.
İlk madde
Ancak buna geçmeden önce, “maddenin” – fiziksel maddenin – ilk olarak nasıl ortaya çıktığına bir göz atalım. Eğer atomlardan ya da moleküllerden oluşan kararlı maddenin kökenini açıklamayı hedefliyorsak, Büyük Patlama sırasında ya da sonrasındaki yüz binlerce yıl boyunca bunlardan hiçbiri kesinlikle yoktu. Aslında karmaşık maddenin kararlı hale gelmesi için koşullar yeterince soğuduğunda ilk atomların daha basit parçacıklardan nasıl oluştuğuna ve bu atomların daha sonra yıldızların içinde daha ağır elementlere nasıl kaynaştığına dair oldukça detaylı bir anlayışa sahibiz. Ancak bu anlayış, bir şeyin yoktan var olup olmadığı sorusunu ele almamaktadır.
Öyleyse biraz daha geriye gidelim. Herhangi bir türden ilk uzun ömürlü madde parçacıkları, birlikte atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlardı. Bunlar Büyük Patlama’dan yaklaşık on binde bir saniye sonra ortaya çıktı. Bu noktadan önce, kelimenin bilinen anlamında hiçbir madde yoktu. Ancak fizik, zaman çizelgesini geriye doğru, herhangi bir kararlı maddeden önceki fiziksel süreçlere kadar izlememize izin verir.
Bu bizi sözde “büyük birleşik çağa” götürür. Şu anda spekülatif fizik alanına girmiş durumdayız, çünkü deneylerimizde o sırada devam etmekte olan süreçleri araştırmak için yeterli enerji üretemiyoruz. Ancak akla yatkın bir hipoteze göre fiziksel dünya, proton ve nötronların yapı taşları olan kuarklar da dahil olmak üzere kısa ömürlü temel parçacıklardan oluşan bir çorbadan oluşuyordu. Kabaca eşit miktarlarda hem madde hem de “antimadde” vardı: kuark gibi her madde parçacığı türünün, kendisiyle neredeyse aynı olan ve yalnızca bir açıdan farklılık gösteren bir antimadde “ayna görüntüsü” arkadaşı vardır. Bununla birlikte, madde ve antimadde karşılaştıklarında bir enerji patlamasıyla yok olurlar, yani bu parçacıklar sürekli olarak yaratılır ve yok edilirler.
Peki ama bu parçacıklar ilk etapta nasıl var oldular? Kuantum alan teorisi bize boş uzay-zamana karşılık geldiği varsayılan bir vakumun bile enerji dalgalanmaları şeklinde fiziksel faaliyetlerle dolu olduğunu söyler. Bu dalgalanmalar parçacıkların ortaya çıkmasına neden olabilir, ancak kısa bir süre sonra yok olurlar. Bu gerçek fizikten ziyade matematiksel bir tuhaflık gibi gelebilir, ancak bu tür parçacıklar sayısız deneyde tespit edilmiştir.
Uzay-zaman vakum durumu, görünüşe göre “hiç yoktan” sürekli yaratılan ve yok edilen parçacıklarla kaynıyor. Ancak belki de tüm bunlar bize kuantum boşluğunun (adına rağmen) bir hiçten ziyade bir şey olduğunu gösteriyor. Filozof David Albert, bu şekilde hiçten bir şey elde etmeyi vaat eden Büyük Patlama açıklamalarını unutulmaz bir şekilde eleştirmiştir.
Kuantum kromodinamiğinde kuantum vakum dalgalanmalarının simülasyonu.
Diyelim ki şunu soruyoruz: Uzayzamanın kendisi nereden ortaya çıktı? O zaman saati daha da geriye, gerçekten eski “Planck çağına” doğru çevirmeye devam edebiliriz – evrenin tarihinde o kadar erken bir dönem ki en iyi fizik teorilerimiz çöküyor. Bu dönem Büyük Patlama’dan sonra saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinin sadece on milyonda birinde meydana gelmiştir. Bu noktada uzay ve zamanın kendisi kuantum dalgalanmalarına maruz kalmaya başladı. Fizikçiler normalde parçacıkların mikro dünyasını yöneten kuantum mekaniği ve büyük, kozmik ölçeklerde geçerli olan genel görelilik ile ayrı ayrı çalışırlar. Ancak Planck dönemini gerçekten anlamak için, bu ikisini birleştiren eksiksiz bir kuantum yerçekimi teorisine ihtiyacımız var.
Hala mükemmel bir kuantum yerçekimi teorisine sahip değiliz, ancak sicim teorisi ve döngü kuantum yerçekimi gibi girişimler var. Bu girişimlerde, sıradan uzay ve zaman tipik olarak derin bir okyanusun yüzeyindeki dalgalar gibi ortaya çıkan şeyler olarak görülür. Uzay ve zaman olarak deneyimlediğimiz şeyler, daha derin, mikroskobik bir düzeyde işleyen kuantum süreçlerinin ürünüdür – makroskobik dünyada kök salmış yaratıklar olarak bize pek bir anlam ifade etmeyen süreçler.
Planck çağında, sıradan uzay ve zaman anlayışımız yıkılır, dolayısıyla artık sıradan neden ve sonuç anlayışımıza da güvenemeyiz. Buna rağmen, kuantum kütleçekiminin tüm aday teorileri Planck çağında devam eden fiziksel bir şeyi – sıradan uzay ve zamanın bir kuantum öncülünü – tanımlamaktadır. Peki ama bu nereden geldi?
Nedensellik artık sıradan bir şekilde geçerli olmasa bile, Planck dönemi evreninin bir bileşenini diğerinin terimleriyle açıklamak hala mümkün olabilir. Ne yazık ki, şu ana kadar en iyi fiziğimiz bile cevap vermekte tamamen başarısız oldu. Bir “her şeyin teorisi” yolunda daha fazla ilerleme kaydedinceye kadar, kesin bir cevap veremeyeceğiz. Bu aşamada güvenle söyleyebileceğimiz en fazla şey, fiziğin şu ana kadar bir şeyin yoktan var olduğuna dair doğrulanmış hiçbir örnek bulamadığıdır.
Neredeyse hiçlikten döngüler
Bir şeyin yoktan nasıl var olabileceği sorusuna gerçek anlamda yanıt verebilmek için, Planck döneminin başlangıcında tüm evrenin kuantum durumunu açıklamamız gerekir. Bunu yapmaya yönelik tüm girişimler son derece spekülatif kalmaktadır. Bazıları bir tasarımcı gibi doğaüstü güçlere başvurmaktadır. Ancak diğer aday açıklamalar, sonsuz sayıda paralel evren içeren çoklu evren veya evrenin döngüsel modelleri, yeniden doğmak ve yeniden doğmak gibi fiziğin alanı içinde kalmaktadır.
2020 Nobel Ödüllü fizikçi Roger Penrose, “konformal döngüsel kozmoloji” olarak adlandırılan döngüsel bir evren için ilgi çekici ancak tartışmalı bir model önermiştir. Penrose, evrenin Büyük Patlama’da olduğu gibi çok sıcak, yoğun, küçük bir hali ile evrenin uzak gelecekte olacağı gibi son derece soğuk, boş, genişlemiş bir hali arasındaki ilginç matematiksel bağlantıdan ilham aldı. Bu uyumu açıklayan radikal teorisi, bu durumların sınırlarına kadar götürüldüğünde matematiksel olarak özdeş hale gelmesidir. Paradoksal görünse de, maddenin tamamen yokluğu, evrenimizde etrafımızda gördüğümüz tüm maddeyi ortaya çıkarmayı başarmış olabilir.
Bu görüşe göre, Büyük Patlama neredeyse hiçlikten ortaya çıkmıştır. Bu, bir evrendeki tüm madde kara deliklerde tüketildiğinde geriye kalan şeydir ve bunlar da fotonlara dönüşerek boşlukta kaybolur. Böylece tüm evren – başka bir fiziksel perspektiften bakıldığında – hiçliğe en yakın olan bir şeyden ortaya çıkar. Ancak bu hiçlik yine de bir tür şeydir. Ne kadar boş olsa da hala fiziksel bir evrendir.
Aynı durum nasıl olur da bir bakış açısından soğuk ve boş bir evren, diğer bir bakış açısından ise sıcak ve yoğun bir evren olabilir? Cevap, “konformal yeniden ölçeklendirme” adı verilen karmaşık bir matematiksel prosedürde yatmaktadır; bu, aslında bir nesnenin boyutunu değiştiren ancak şeklini değiştirmeden bırakan geometrik bir dönüşümdür.
Penrose, soğuk boş durum ile sıcak yoğun durumun bu tür bir yeniden ölçeklendirme ile nasıl ilişkilendirilebileceğini, böylece boyutları olmasa da uzaylarının şekilleri açısından eşleşebileceklerini gösterdi. Kuşkusuz, iki nesnenin farklı boyutlara sahipken bu şekilde nasıl özdeş olabileceğini kavramak zordur – ancak Penrose, boyutun bir kavram olarak bu tür aşırı fiziksel ortamlarda anlamını yitirdiğini savunur.
Konformal döngüsel kozmolojide açıklamanın yönü yaşlı ve soğuktan genç ve sıcağa doğru gider: sıcak yoğun durum soğuk boş durumdan dolayı vardır. Ancak bu “çünkü” bilindik bir neden değildir – bir nedenin zaman içinde etkisi tarafından takip edilmesi. Bu uç durumlarla ilgili olmaktan çıkan yalnızca boyut değildir: zaman da öyledir. Soğuk boş durum ve sıcak yoğun durum aslında farklı zaman çizgileri üzerinde yer alır. Soğuk boş durum kendi zamansal geometrisindeki bir gözlemcinin bakış açısından sonsuza kadar devam eder, ancak ortaya çıkardığı sıcak yoğun durum etkili bir şekilde kendine ait yeni bir zaman çizgisinde yaşar.
Sıcak yoğun durumu, soğuk boş durumdan nedensel olmayan bir şekilde üretilmiş olarak anlamak yardımcı olabilir. Belki de sıcak yoğun durumun soğuk boş durumdan ortaya çıktığını ya da soğuk boş durum tarafından temellendirildiğini ya da gerçekleştirildiğini söylemeliyiz. Bunlar, bilim felsefecileri tarafından, özellikle de sıradan neden ve sonuç ilişkisinin bozulduğu kuantum yerçekimi bağlamında, kapsamlı bir şekilde araştırılmış olan belirgin metafizik fikirlerdir. Bilgimizin sınırlarında, fizik ve felsefeyi birbirinden ayırmak zorlaşır.
Deneysel kanıtlar?
Konformal döngüsel kozmoloji, Büyük Patlama’nın nereden geldiği sorusuna spekülatif de olsa bazı ayrıntılı yanıtlar sunmaktadır. Ancak Penrose’un vizyonu kozmolojinin gelecekteki ilerlemesiyle doğrulanmış olsa bile, daha derin bir felsefi soruyu – fiziksel gerçekliğin kendisinin nereden geldiğine dair bir soruyu – hala yanıtlamamış olacağımızı düşünebiliriz. Tüm bu döngüler sistemi nasıl ortaya çıkmıştır? Sonunda da metafiziğin en büyük sorularından biri olan neden hiçbir şey değil de bir şey var sorusuna ulaşırız.
Ancak bizim buradaki odak noktamız fizik alanında kalan açıklamalardır. Döngülerin nasıl başladığına dair daha derin soruya yönelik üç geniş seçenek vardır. Hiçbir fiziksel açıklaması olmayabilir. Ya da her biri kendi başına bir evren olan ve her evrenin başlangıçtaki kuantum durumunun bir önceki evrenin bazı özellikleriyle açıklandığı, sonsuza kadar tekrar eden döngüler olabilir. Ya da tek bir döngü ve tekrar eden tek bir evren olabilir ve bu döngünün başlangıcı kendi sonunun bazı özellikleriyle açıklanabilir. Son iki yaklaşım herhangi bir nedensiz olaya ihtiyaç duymaz ve bu da onlara farklı bir çekicilik kazandırır. Fizik tarafından açıklanamayan hiçbir şey kalmayacaktır.
Penrose, kısmen kendi tercih ettiği kuantum teorisi yorumuyla bağlantılı nedenlerden ötürü sonsuz yeni döngüler dizisi öngörmektedir. Kuantum mekaniğinde, fiziksel bir sistem aynı anda birçok farklı durumun süperpozisyonunda bulunur ve ölçtüğümüzde yalnızca rastgele “birini seçer”. Penrose’a göre, her döngü rastgele kuantum olaylarının farklı bir şekilde sonuçlanmasını içerir – yani her döngü kendisinden önceki ve sonrakilerden farklı olacaktır. Bu aslında deneysel fizikçiler için iyi bir haber, çünkü Planck uydusu tarafından görülen Büyük Patlama’dan arta kalan radyasyondaki zayıf izler veya anormallikler yoluyla bizimkini doğuran eski evrene bir göz atmamızı sağlayabilir.
Penrose ve çalışma arkadaşları, Planck verilerindeki desenleri önceki evrendeki süper kütleli kara deliklerden gelen radyasyona bağlayarak bu izleri zaten tespit etmiş olabileceklerine inanıyorlar. Bununla birlikte, iddia ettikleri gözlemlere diğer fizikçiler tarafından itiraz edildi ve jüri hala dışarıda.
Sonsuz yeni döngüler Penrose’un kendi vizyonunun anahtarıdır. Ancak konformal döngüsel kozmolojiyi çoklu döngüden tek döngülü bir forma dönüştürmenin doğal bir yolu vardır. O zaman fiziksel gerçeklik, Büyük Patlama’dan uzak gelecekte maksimum boş bir duruma doğru tek bir döngüden oluşur – ve sonra tekrar aynı Büyük Patlama’ya dönerek aynı evreni yeniden doğurur.
Bu ikinci olasılık, kuantum mekaniğinin çoklu-dünya yorumu olarak adlandırılan başka bir yorumuyla tutarlıdır. Çoklu-dünya yorumu bize süperpozisyonda olan bir sistemi her ölçtüğümüzde, bu ölçümün rastgele bir durum seçmediğini söyler. Bunun yerine, gördüğümüz ölçüm sonucu sadece bir olasılıktır – kendi evrenimizde gerçekleşen. Diğer ölçüm sonuçlarının hepsi, bizim evrenimizden etkin bir şekilde kopuk olan çoklu evrendeki diğer evrenlerde gerçekleşir. Yani bir şeyin gerçekleşme ihtimali ne kadar küçük olursa olsun, eğer sıfır olmayan bir şansa sahipse, o zaman bir kuantum paralel dünyasında gerçekleşir. Başka dünyalarda tıpkı sizin gibi piyangoyu kazanmış, acayip bir tayfun tarafından bulutlara sürüklenmiş, kendiliğinden tutuşmuş ya da her üçünü de aynı anda yapmış insanlar vardır.
Bazı insanlar bu tür paralel evrenlerin kozmolojik verilerde, başka bir evrenin bizimkiyle çarpışmasının neden olduğu izler olarak da gözlemlenebileceğine inanıyor.
Çok dünyalı kuantum teorisi, Penrose’un kabul ettiği bir teori olmasa da, konformal döngüsel kozmolojiye yeni bir bakış açısı getirmektedir. Büyük Patlamamız, hepsi bir arada meydana gelen sonsuz sayıda farklı evreni içeren tek bir kuantum çoklu evrenin yeniden doğuşu olabilir. Mümkün olan her şey gerçekleşir – sonra tekrar ve tekrar ve tekrar gerçekleşir.
Eski bir efsane
Bir bilim felsefecisi için Penrose’un vizyonu büyüleyici. Açıklamalarımızı sıradan neden ve sonuçların ötesine taşıyarak Büyük Patlama’yı açıklamak için yeni olasılıklar sunuyor. Bu nedenle, fiziğin dünyamızı açıklayabileceği farklı yolları keşfetmek için harika bir test vakasıdır. Felsefecilerin daha fazla ilgisini hak ediyor.
Bir efsane aşığı için Penrose’un vizyonu çok güzeldir. Penrose’un tercih ettiği çok döngülü formda, atalarının küllerinden doğan sonsuz yeni dünyalar vaat ediyor. Tek döngülü formunda ise ouroboros ya da dünya yılanı gibi kadim bir fikrin çarpıcı bir modern yeniden çağrışımıdır. İskandinav mitolojisinde yılan Jörmungandr, zeki bir düzenbaz olan Loki ile dev Angrboda’nın çocuğudur. Jörmungandr kendi kuyruğunu tüketir ve oluşan çember dünyanın dengesini sürdürür. Ancak Ouroboros efsanesi tüm dünyada belgelenmiştir – eski Mısır’a kadar uzanan bir geçmişi vardır.
Tek döngüsel evrenin ouroboros’u gerçekten de görkemlidir. Karnında bizim evrenimizin yanı sıra kuantum fiziğinin izin verdiği tuhaf ve harika alternatif olası evrenlerin her birini barındırır – ve başının kuyruğuyla buluştuğu noktada tamamen boştur ama aynı zamanda yüz bin milyon milyar trilyon santigrat derece sıcaklıkta enerjiyle doludur. Şekil değiştiren Loki bile etkilenirdi.
Kaynak: https://www.iflscience.com
Derleyen: Figen Berber
https://www.bizsiziz.com/ikinci-bir-buyuk-patlama-gerceklesmis-olabilir/