Evrenimiz Kendiliğinden Hiçlikte Filizlenmiş Olabilir mi?

Her şey, 1842 yılında Christian Andreas Doppler’ın ileri sürdüğü Doppler etkisinin[1] yıldızlar üzerinde de gözlenmesiyle başladı. Bu gözlem sonucu evrenimizin genişlediği keşfedilmiş oldu. Evrenin sürekli genişliyor oluşu, bir zamanlar tüm evrenin tek bir noktada olması gerektiği düşüncesine sevk etti bilim insanlarını. Bu keşiften yapılan çıkarım, Edwin Hubble’ın 1929’da yaptığı gözlemler sonucu, 1964’te kozmik arka plan ışımasının keşfi gibi birçok kanıtla desteklenen ve artık bilim camiasında kabul gören Büyük Patlama, akıllarda büyük bir soru işaretinin doğmasına sebep oldu.

Evrenimizden, 13,7 milyar yıldan yani patlamadan önce ne vardı ve patlamaya ne sebep oldu?

Bu soruların cevabını kesin bir netlikte bilmiyoruz ama olası cevaplar üzerinde biraz durabiliriz:

Patlamadan önce ne vardı?

Bilim camiasının genel kanısına göre hiçlik.

Hiçlikten var oluş, ilk başta termodinamiğin 1. Yasasının[2] ihlali gibi gelebilir ancak kuantum teorisinin ışığında hiçlik, mutlak bir yokluğu değil kuantum dalgalanmalarıyla dolu kaotik bir ortamı ifade etmektedir, bu kaotik ortama hiçlik dememizin sebebi toplam enerjisinin sıfır olduğu bir süper simetriye sahip olması ve hiçlikten var oluşun kuantum dahilinde gayet olası bir durum olmasıdır.

Kuantum dalgalanmaları, evrenimizin hiçlikten filizlenmesinin temel sebebi olabilir pekala. Kuantum Dalgalanma, Belirsizlik İlkesi[3] dahilinde, enerji miktarındaki geçici değişimdir ve bizlere, çok düşük enerjilere sahip olan parçacıkların hiç yoktan ortaya çıkabileceğini ancak enerji korunumu ilkesi dahilinde bu ihlalinin fazla uzun süremeyeceğini, parçacıkların enerjileriyle ters orantılı olacak şekilde kısa süreli olup tekrardan ortadan kalkacağını söyler. Bu durum kuantum çalkanmaları olarak bilinir ve her an kendiliğinden ortaya çıkabilmektedir, bu çalkantılar deneysel olarak da gözlemlenmiştir. Dediğim gibi; enerjisi ne kadar fazlaysa o kadar kısa ömürlü olan bu parçacıklar, ilkesel olarak enerjisi sıfıra yaklaştıkça varlığını sonsuza kadar sürdürebilmektedir.

fa12d3a627395b547f73bf216626f92f
∆t=zamandaki belirsizlik          ∆E=enerjideki belirsizlik       ℏ=h/(2∙π)=indirgenmiş Planck sabiti:1.05×10(-34)  J∙s

Enerji – zaman belirsizliğinin denkleminde de açıkça görüldüğü üzere hiçlikten doğan parçacığın enerjisi sıfıra ne kadar yakınsa hiçliğe dönüş süresi de o kadar uzun olacaktır.

Kuantum dalgalanmaları sonucu hiçlikten sanal parçacıklar ve madde-antimadde[4] çiftleri oluşur. Sanal parçacıklar, fiziğin temel ilkelerini ihlal edebilmektedir; enerji korunumunu çiğneyebilir, ışıktan hızlı ilerleyebilir ve dolayısıyla zamanda geriye gidebilirler. Sanal parçacıkların bu temel kuralları ve sınırları çiğneyebilmesinin nedeni, varlıklarının madde ve enerji üzerindeki toplam etkisinin her zaman sıfır olmasıdır. Gerçek bir madde asla bu kuralları çiğneyemez çünkü kendisinin sebep olduğu her şey, “bilgi değeri” taşır ve etrafındaki sistemi toplamda sıfır olmayacak şekilde etkiler. Sanal parçacıklar ise, her zaman kendilerini iptal eden karşıt sanal parçacıklarla (dikkat, anti parçacık değil) bir arada oluştukları için, fiziğin tüm temel ilkelerini ihlal edebilirler.

d236f9aabb8878386f60e8741a473ab6
Evrenin Zarafeti – Brain Greene, s.156, şekil 5.1 [5]

Sanal parçacıkların, maddeye ve enerjiye toplam etkileri sıfır olsa ve direkt gözlemlenemeseler de bu parçacık çiftlerinin tekil halleri madde ve enerjiyle etkileşime girer ve bu tekil etkiler Coulomb kuvveti, dipoller arası manyetik kuvvet, elektromanyetik indüksiyon, zayıf çekirdek kuvveti, kuarklar arası güçlü çekirdek kuvveti, fotonların spontane saçılımı, vakum polarizasyonu, Casimir etkisi, atomik düzeydeki Lamb kayması, Hawking radyasyonu gibi sayısız olguda gözlemlenmiştir.

Sanal parçacıkların hiçlikten var oluş konusundaki kritik rolü ise evrendeki bütün madde ve enerjinin sıfır olmasını sağlamasıdır. Toplam enerjisi sıfır olan bir evrenin, kuantum dalgalarının hiçlikten var ettiği bir ürün olması gayet doğal bir durum haline gelir.

Tüm önerilerde olduğu gibi bu öneride de gerçeklik açısından bir ağırlığı olabilmesi için önerinin matematiksel bir kanıtı olması gerekmektedir. Dongshan He, Dongfeng Gao ve Qing-yu Cai, 2014 yılında büyük patlamanın kuantum dalgalanması sonucu oluşabileceğinin matematiksel ispatını geliştirmeyi başarmışlardır. Bu matematiksel ispat, Wheeler-Dewitt denklemi ve Heisenberg belirsizlik ilkesi çerçevesinde oluşturulmuştur.

“Matematikle ifade edebiliyorsanız bilginiz doyurucudur.”

-William Thomson

Wheeler-Dewitt denklemine biraz değinecek olursak: 1960’lı yıllarda, John Wheeler ve Brice Dewitt tarafından kuantum mekaniği ve genel göreliliği matematiksel olarak birleştirme yönündeki kuramsal çabaları sonucu doğan ve Süpersicim teorisinin temel denklemlerinden birini oluşturan bu alan denklemi, kuantum kütle çekimine dair bizlere birçok kapıyı aralamıştır. Bu denklemin en büyük problemi ise genel görelilik ve kuantum mekaniğinin farklı zaman kavramlarına sahip olması ve denklemin yapı itibari ile bu farklı zamanları birleştirmesiyle meydana gelen kavramsal çatışma sonucu zamansız yani sıfır harekete sahip bir evren modelini ortaya çıkarıyor olmasıdır. Buna zaman sorunu denmektedir.

Escher-Other-World-1947-Woodcut-and-wood-engraving-printed-from-three-blocks
Another World- M. C. Escher (1947)

Heisenberg Belirsizlik İlkesinin bir sonucu olan enerji – zaman belirsizliği, boş uzayın aslında boş olmadığını göstermesinden yola çıkarak, oluşabilmesinin olası olduğunu bildiğimiz ve Dongshan He ve takım arkadaşlarının matematiksel ispatıyla temellenmiş kusursuz bir küre olan gerçek bir vakum[6] kabarcığının genişleyebileceği hatta büyük patlamanın gerçekleşebileceği boyutlara ulaşabileceğini kanıtlamıştır.

Bu denklem, sadece bu olasılığın gerçekleşebileceğini ispat etmekle kalmamış, kuantum potansiyeli[7] denen birim cinsinden uzay zamanın genişlemesine sebep olan karanlık enerjiyi de açıklayabilmiş ve eski düşüncenin aksine evrenin, kuantum dalgalanmalarının etkisiyle hiçlikten doğabilmesi için dümdüz olması gerekmediğini, şekli fark etmeksizin bu durumun gerçekleşebileceğini ortaya koymuştur.

Atılan bu adımlar, evrenimizin dışarısında ne olduğunu dahi açıklayabilmektedir, kuantum dalgalanmalarından oluşan koca bir hiç ve bu hiçliğin içerisinde filizlenme ihtimali en az bizim evrenimiz kadar olan binlerce olası evren. Belki de evrenimizin varlığı, genel kanının aksine sıradan ve yaygındır, kim bilir?

Bilimin ışığında kalmanız dileğiyle bir sonraki yazıda görüşmek üzere.

Dipnotlar:

  1. Doppler etkisi kısaca, dalga özelliği gösteren herhangi bir fiziksel varlığın frekans ve dalga boyunun hareketli (yakınlaşan veya uzaklaşan) bir gözlemci tarafından farklı zaman veya konumlarda farklı algılanması olayıdır. Örneğin: Sesin uzaklaştıkça “pes”leşmesi, yakınlaştıkça “tiz”leşmesi.
  2. Termodinamiğin 1. yasası en genel şekliyle; enerjinin yoktan var, vardan da yok olamayacağıdır.
  3. 1927 yılında Werner Heisenberg tarafından öne sürülen Heisenberg Belirsizlik İlkesi, termodinamik yasasını ihlal edemeyeceğimiz için bir parçacığın momentumu ve konumu aynı anda tam doğrulukla ölçülemeyeceği önerisini sunmaktadır.
  4. Paul Dirac denklemiyle ortaya çıkarılmış ve daha sonraki gözlemlerle de varlığı doğrulanmış maddeyle aynı kütleye sahip ancak farklı eletktrik yükü, lepton ve baryon sayısı ve spin yönüne sahip antiparçacıklardan oluşmuş maddenin ters ikizidir.
  5. “Gördüğünüz çizim, konuyu güzel bir şekilde özetliyor. En alt tabakadaki ızgaralar, aslında var olan şeyler değildir. Hiçlik, hayali bir ızgara olarak tanımlanmaktadır. Bunun içerisinde durmaksızın ve her noktada dalgalanmalar olur. Bu sırada hiçlikten var olan parçacıklar, anlık olarak var olup yok olurlar. Bazen (eğer ki bu yaklaşıma yöneltilen eleştirileri dikkate alacak olursak, çok çok nadiren demeliyiz), bu dalgalanmalardan bir tanesi anlık olarak oluşup yok olmaz ve hızla genişlemeye başlar. İşte Büyük Patlama anı, bu an olabilir. Sonrasında ise, devasa bir “sıfır” şişip genişler ve kendi içinde madde ve anti-madde oluşmaya başlar. Hayal etmesi her kuantum mekaniği konusunda olduğu gibi çok zor, farkındayız. Ancak bu, gerçeklik değerini değiştiren bir sorun değil.” (Çağrı Mert Bakırcı)
  6. Boş uzay.
  7. Günümüz kuantum teorisinin tamamlayıcısı ve alternatifi olan pilot-dalga teorisine ait temel bir kavram.

Kaynaklar ve İleri Okuma:

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir