Uzayzaman Nedir ve Uzay Gerçek midir?
Evren deyince uzayı dolduran galaksiler, yıldızlar, gezegenler, parçacıklar, madde, enerji ve radyasyonu anlıyoruz. Oysa evrenin dokusu uzayzamandır ve görelilik teorisinde bu ikisi ayrılmaz bir bütündür. Kütle uzayı büker, bükülen uzay ışığın yolunu uzatır ve zaman yavaşlar. Bu da görelilik teorisinin yerçekimi ve evreni açıklayan nihai teori değil, sadece durum tespiti yapıp olanı ortaya koyan “tanımsal bir teori” olduğunu gösteriyor. İşte bu bilim ve varlık felsefesi açısından kritik bir nokta: Sonuç olarak uzayzaman nedir? Evrenin nasıl oluştuğunu anlamak için bunu yanıtlamak gerekiyor.
Uzayzaman temelde uzay mı?
Önceki yazılarda zamanın uzaydan türeme olasılığının çok yüksek olduğunu gördük. Zamansız kozmoloji teorilerine ek olarak bu konuyu ta zaman büyük patlamayla mı akmaya başladı yazısından beri takip ediyorum. Yine de uzayın ne olduğu görelilik teorisi ve kuantum alan kuramında yanıtsızdır. Gerçi sicim teorisi gibi uzayı kuantum parçacıkları arasındaki etkileşimlerden türetmeye yönelik girişimler var.
Buna karşın uzayın ne olduğu ve nasıl türediği sorusu yanıtsızdır. Örneğin kütle uzayı büker diyoruz ama uzayı nasıl büküyor, neden büküyor? Uzay ne ki kütle uzayı büküyor? Bu yazıda evrenin dokusu olan uzayzaman hakkında bildiklerimizi görecek ve uzay nedir sorusunun olası yanıtlarını ele alacağız. Yine de bir ipucu vermek istiyorum: Bir teori size uzay ve zaman ayrılmaz bütün olup birbirine göredir diyorsa o teorinin uzayla zamanın ne olduğu hakkında en ufak bir fikri olmadığından emin olabilirsiniz.
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Neden derseniz
Mantık felsefesinde okuduğumuz gibi (İstanbul Üniversitesi felsefe mezunuyum) bu kısır döngü ve totolojidir. “Totoloji, hepdoğru veya eşsöz, bir bileşik önermenin kendini oluşturan önermelerin her değeri için daima doğru sonuç vermesi durumu ve bir şeyi kendi kaplamıyla tanımlayan tanımlardır. Bu tür tanımlar yeni bir bilgi vermez.” Örneğin Kozan Kozan’dır ne demek? Bu ifade size Kozan’ın kim olduğu hakkında Kozan Ahmet değildir önermesi kadar bile bilgi vermez.
Sonuçta bir şeyi analiz etmeden sentezleyemez ve sentezlemeden analiz edemezsiniz. Bunun en kesin tanımını Hegel vermiştir ama ondan önce Kant’ın belirttiği a priori, yani bilimin aksiyom dediği ön kabuller vardır. Bu bağlamda kuantum fiziğiyle görelilik teorisinde uzay ve zaman diye bir şey olduğunu varsayarsanız. Oysa bunların ne olduğunu gösteren deney ve gözlemler yapamazsınız. En azından bugüne dek yapamadık; çünkü uzay ve zamanın ne olduğunu bilmiyoruz. Dolayısıyla neye bakacağımızı da bilmiyoruz. Matematik ve analitik geometri açısından şunu da ekleyelim:
Einstein kütlenin uzayı bükerek zamanı yavaşlatmasını uzayzaman olarak ifade etmiş ve uzayzamanı eğri geometriyle göstermiştir. Uzayzaman evreni saran bükümlü bir kumaş gibidir. Öyle ki evrende uzay üç boyuttan oluşuyor ama uzay en az bir boyutlu veya sonsuz boyutlu olabilir. Bu sebeple uzay içinde hareket ettiğimiz ortamdır diyemeyiz. Sezgisel olarak böyledir ama uzayda hareket edebileceğiniz yönleri boyutlar gösterir. Örneğin evrende yukarı-aşağı, ileri-geri, sağa-sola hareket edebiliriz. Dolayısıyla uzay üç boyutludur. Oysa bu boyutlar uzaydan ve uzayda türer önermesini kanıtlamaz:
Uzayzaman ve boyutlar
Uzayın ne olduğunu bilmiyoruz ama boyutlardan oluştuğu için boyutlar uzaydan daha temeldir. Düşünün! Boyutlar uzaydan oluşsa kara deliklerin içinde uzay ve zaman yer değiştirip zamanuzay olmazdı. Uzay ve zaman ancak boyutların içinde yer değiştirebilir. Yine de bu uzayzaman hakkında bildiklerimiz, gördüklerimiz ve sezdiklerimizden türetilen bir çıkarımdır. Öyleyse uzayzaman sorusunu yanıtlamak için bu olgu hakkında deneysel ve gözlemsel olarak ne bildiğimize bakalım.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Uzayzaman nedir?
Bugüne dek evreni açıklamak isteyen tüm her şeyin teorisi girişimlerinde aynı hatayı yaptık: Bir teoriyi temel alıp geri kalan şeyleri onun içinde açıklamaya çalıştık. Uzay, zaman, görelilik, kuantum alan kuramı, parçacıklar, dalgalar, enerji, uzayzaman olgularından biri daha temeldir dedik. Diğerlerini de ona uydurmaya çalıştık ama başaramadık. Her ne kadar 50 yaş üstü fizikçilerin büyük kısmı bu yaklaşımda ısrar etse de yaşıtım ve daha genç fizikçilerle farklı düşünüyoruz.
Bilimde yeniden canlanan enstrümantalist akıma göre her şeyin teorisini geliştirmek istiyorsak fizikte daha temel bir özelliği baz almalıyız. Buna katılıyorum. Öte yandan daha radikal bir enstrümantalist görüş var ki buna göre her şeyin teorisi yoktur. Evren tüm parçaları birbiriyle uyumlu olan bir bütün değildir. Ölçebildiğimiz her şey ölçemediğimiz başka bir şeyden türemiştir ve bu şeyleri asla ölçemeyiz. En temeli asla bulamayacağımız için de her şeyin teorisini geliştiremeyiz.
Bu görüş felsefedeki ilk neden sorununa benzer. Her şeyin bir sebebi vardır ve bu durumda sonsuza kadar birbirini öncüsü olan ilk nedenler olacaktır. Böylece nihai ilk nedeni asla bilemeyeceğiz. Fizikte evrenin evren öncesi bir ortamdan kendi kendine oluştuğunu öne süren teoriler var. Oysa bunlar da evren öncesi ortamın nereden geldiğini açıklamıyor. Bu açıdan radikal enstrümantalistleri anlıyorum. Sonuçta enstrümantalizm evreni yalnızca deney ve gözlemlerle, ampirik olarak bilebileceğimizi söyler.
Uzayzaman ve matematik
Bildiklerimiz ise deneysel imkanlar ve teknolojimizle sınırlıdır. Matematik evrensel dil değil, sezgilerimizi doğaya uydurmakta kullandığımız bir notasyon aracıdır. Fizik teorileri gördüklerimizi anlamak için aslına oldukça sadık matematiksel tanımlamalardır ama fizik, fiziksel gerçekliği birebir açıklamaz. Fizik her seferinde iyileştirilecek matematiksel modellerden ibarettir. Böylece uzayzaman nedir sorusunu hangi yaklaşımla yanıtlamaya çalışacağımı da belirttim. Artık yanıtlamaya geçelim:
İlgili yazı: Yerçekimi Zamanın Akışını Yavaşlatıyor mu?
Uzayzaman ve atomlar
Evrendeki maddenin daha küçüğe bölünemez unsurlardan oluştuğu Abderalı Demokritos’un 2400 yıllık özgün atom teorisine dayanır. Bilim insanlarının bugüne dek gözden kaçırdığı nokta ise bir şeyin daha küçüğe bölünemeyen atomlardan oluştuğunu kabul etmenin indirgemeci her şeyin teorilerini imkansız kılacağıdır. Filozoflar da aynı duvara tosladılar: Atomlar nereden geliyordu? Bunları tanrı yaratmış olmalıydı ya da atomlar Platon ideaları veya Aristoteles metafiziğinden türemişti.
İyi de felsefede metafizik fiziğin altında yatan şey demektir Peki fiziğin altında yatan şey nedir? Enstrümantalistlere göre fizik ve daha fazla fizik… Sonsuza kadar. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam atomların bölünebildiğinizi biliyoruz. Atomu parçalayan nükleer silahlar ve nükleer güç santralleri bu şekilde çalışıyor.” Evet, ama standart modelde kuarklar gibi daha küçüğe bölünemeyen parçacıklar var. Üstelik bunların daha küçük parçacıklardan oluştuğunu gösteren hiçbir kanıt yok.
Henüz keşfedilmemiş parçacıklar olabilir tabii. Oysa süperyerçekimi ve süpersimetri teorilerine bakarsanız bu yeni parçacıkların da temel parçacıklar olduğunu görürsünüz. Doğa bize bir mesaj veriyor sanki: Ey bilim, bugüne indirgemecilikle geldin ve önemli gelişmeler kaydettin ama doğayı daha temel düzeyde açıklamak istiyorsan indirgemecilikten vazgeçmelisin. Fizikçilerin bu fikri sevmediğini biliyorum; çünkü bilimsel düşünce insan aklını yobazlık ve boş inançlardan özgürleştirmek için indirgemeciliği kullanmıştır. Peki indirgemecelikten vazgeçmeye korkmalı mıyız?
Uzayzaman nedir sorusunu yanıtlamak için vazgeçmek gerekebilir. Sonuçta standart modelde indirgemecilik gayet güzel işliyor. Bu nedenle 500 yıllık bilim tarihini ve seküler dünya görüşünü çöpe atmaya gerek yok. Benim argümanım uzayzamanı indirgemeci olmadan ama bilimsel olarak açıklayabileceğimizdir. Yalnızca bunu nasıl yapacağımızı bilmiyoruz ama bir fikrimiz var:
Uzayzaman ve Minkowski uzayı
Einstein’ın görelilik teorisini geliştirmesine yardımcı olan Minkowski Uzayı’nın mucidi Hermann Minkowski bunu şöyle ifade etmişti: “Artık kendinde uzay ve kendinde zaman basit birer gölge olarak solup gitmeye mahkumdur. Yalnızca ikisinin birleşmesi bağımsız bir gerçekliği tesis edebilir.” Enstrümantalizme göre artık uzayzamanın da başka bir şeyden türediğini kabul edip daha temel bir olgunun peşine düşmeliyiz. Gerçeğe daha yakın bir fizik modeli geliştirmenin zamanı geldi de geçiyor:
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Uzayzaman ve madde
İkinci ipucuna geçelim: Kütle enerjiden türeyen bir özelliktir. Lütfen artık E=mc2 yazmaktan vazgeçelim. Denklemi öğretimde bu şekilde kullanmak öğrencinin görelilik teorisini anlamasını zorlaştırıyor. Einstein bunu m=E/c2 olarak yazardı; yani kütle enerjiden türer. Kütlenin uzayı bükebilmesi için bunun ne kadar önemli olduğunu anlatamam: Kütlenin uzayı yırtmadan bükebilmesi için uzayın kütle kadar sağlam olması gerektir. Uzayzaman evrenin sahnesiyse bu sahnenin içindeki aktörleri taşıması gerekir; yani madde ve enerjiyi. Dolayısıyla madde ve enerji denk olmalıdır. Bu da bizi üçüncü ipucuna getiriyor:
Ortaçağdan kalma bir alışkanlıkla enerjiyi bir ruh gibi düşünüyoruz. Oysa enerji nefes veya ruh değildir ve parçacıklardan oluşur. Parçacıklar da enerjiden… Parçacıkların uzayda yer değiştirmesi enerjinin uzayda aktarılması demektir. Nitekim fizik kuvvetlerinin enerjisini bozon denilen parçacıklar taşır. Örneğin foton elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısıdır ama foton ne taşır? Fotonun sırtında içi bilinmeyen enerjiyle dolacak bir küfe yoktur. Foton enerjidir! Fotonun bir yerden başka yere gitmesi, elektromanyetik dalga olarak yayılması enerjinin taşınmasıdır.
Dördüncü ipucunu belirsizlik ilkesi ve maddenin kökeni parçacık mı, dalga mı yazılarında detaylı olarak anlattım. Bütün bunlardan ne sonuç çıkıyor derseniz: Aslında madde, enerji ve uzayzaman bölünmez bir bütündür. Oysa görelilikte uzayzamanı birleştirsek de yerçekimini mikroskobik ölçekte tanımlayan kuantum kütleçekim kuramı olmadığı için madde-enerji-uzayzamanı nasıl birleştireceğimizi bilmiyoruz. Bu durumda iki seçenek var: 1) Madde, enerji ve uzayzamanı gelecekte birleştirebiliriz.
Uzay ve zamanı birleştirmek
2) Kuantum kütleçekim kuramı geliştirmek imkansızdır; çünkü madde, enerji ve uzayzaman daha temel bir şeyden türer. Oysa türemek yerine 3) Bu üçünün daha temel bir fiziksel olgunun farklı görünümleri olduğunu söylemek doğru olur. Şimdi diyeceksiniz ki “Hocam siz enstrümantalist değil, Platoncusunuz.” Acele etmeyin! Platoncu değilim; çünkü üçüncü maddenin fiziksel dünyada bir analoğu var:
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Balık ağı
Uzayzaman daha temel bir fiziksel networkün görünümü olabilir. Bunu anlamak için görelilik teorisine geri dönelim. Madde ve enerjinin uzayzamandaki hareketini ölçüyor ama uzayzamanı deneyleyemiyoruz. Bu da uzayzamanın fiziksel olgudan ziyade Einstein’ın doğayı açıklamak için uydurduğu matematiksel bir yapıntı olduğunu gösteriyor. Oysa görelilik binlerce kez kanıtlanmıştır. Bir enstrümantalist olarak yaşadığım dünyayı doğru açıklayan yapıntılarla bir sorunum yok. Buna karşın bir felsefe mezunu olarak metafiziği merak etmeden duramam. Sus ve hesapla düsturu beni tatmin etmez.
Bunu konuya bağlarsak: Uzayzamanı değil ama madde ve enerjiyi ölçüyoruz. Demek ki bunlar fiziksel olgular. Bu durumda kendini uzayzaman olarak gösteren bir metafiziksel olgu var (daha derin bir fiziksel olgu). İşte bu “metafizik temel” uzayzamanı dolduran madde ve enerji olarak görünür. Felsefede buna görüngü, yani fenomen deriz. Lütfen medya maymunlarıyla karıştırmayın. 😉 Görüngüyü de iki türlü anlamak gerekir. Fiziğin bize göründüğü kadarı ve bizim onu algılayabildiğimiz kadarı:
Az önce fiziki dünyada buna bir örnek var demiştim. Balık ağı… Bakın, uzayzamanı matematikte 3B ızgara olarak çiziyoruz, yani bir küpler ağı olarak. Oysa uzayzaman madde ve enerjiden bağımsız değildir. Boş uzay bile kuantum alanlarıyla doludur. O yüzden hiç bükülmemiş, düz uzayzaman yoktur (düz uzay olabilir ve zaman zaten düzdür. Zaman hep geleceğe akar. Fizikte döngüsel zaman değil, doğrusal zaman vardır). Öyleyse uzayzaman ızgarası da gerçekliği yaklaşık olarak tanımlayan bir görsel modeldir. Balık ağını bir bu anlamda kullanıyorum. Bir de başka anlamda:
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
Uzayzaman ve boyutlar networku
Uzayzaman, madde ve enerjiyi oluşturan ya da türeten bir balık ağına, bir ilişkiler ağına benzer. Bu bir enerji ağı değildir. Gerçi halka kuantum kütleçekim kuramındaki gibi bunu enerji ağı olarak düşünmek harika olurdu. Oysa işimiz o kadar kolay olsa çoktan uzayzamanı çözüp her şeyin teorisini geliştirmiştik. Peki başka ne olabilir? Yazının başında zamanın uzayda oluştuğunu ve uzayın boyutlardan oluştuğunu söyledim. Gerçekten de boyutlar uzay ve zamandan bağımsız gibi görünüyor.
Bu durumda 1, 2, 3, 4, 5, 11… farklı sayıdaki boyutlar farklı uzayzamanlar (evrenler) oluşturuyor. Uzay, zaman, fizik yasaları boyut sayısı ve bunların dizilişine göre belirleniyor. Sicim teorisi de bunu söylüyor ama ben sicim teorisini savunmuyor; çünkü boyutları değişmez bir matematiksel çerçeveye oturtmuyorum. Metafizik boyutlar tümüyle kaotik bir çalkantı içinde olabilir. Bu da şekli, iplikleri ve düğümleri rastgele olarak sürekli değişen bir ağ, daha doğrusu bir network demektir.
Kaos derken kastım Eski Yunan filozoflarının kaos kuramları değildir. Kaosu Hesiodos’un Theogonia kitabındaki yaratılış söylencesi olarak da ele almıyorum. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi uyarınca Planck ölçeğinden küçük ölçümler yapamayız ve bundan küçük ölçekte her şey rastlantısal olarak gerçekleşir. Belki bir gün bu kaotik çalkalanmanın nedenini buluruz ama çalkalanma geçici bir süre için şeklini en azından yaklaşık olarak koruyan istikrarlı ağlar oluşturabilir.
Çoklu evren
Bunlar farklı evrenler ve farklı uzayzamanlar olacaktır. Örneğin fizik yasaları büyük patlamadan beri hiç değişmemiştir. Bu durumda bu kozmik (?) ağın yapısını evrensel matematik diliyle formüle edemeyiz (zaten böyle bir dil yoktur). Sadece ağın çalkalanırken bize benzeyen evrenleri nasıl ürettiğini gösteren matematiksel parametreleri saptayabiliriz. Bu da bir yazılımın kodunu yazmak gibidir. Oysa yazılımcılar bilir ki programlar asla öngörülemeyen hatalar verebilir. Öyleyse bunu nasıl çözeriz?
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Uzayzaman için sonsöz
Bu bizi kozmik enflasyon ve sicim teorisindeki çoklu evrenler modeline götürür mü ve kainatta sonsuz sayıda evren var mı sorusuna getiriyor. Çoklu evren teorisini fizikte tanrı var mı ve kozmik ince ayar yazılarında anlattım. Oysa Hawking’in kuvvetli sezgileriyle şunu söylediğini eklemek isterim: Sonsuz evren varsa evrenimizin nasıl oluştuğunu öğrenemeyiz ama bunun bir çıkış yolu var.
Kainatta sonsuz sayıda evren olsa bile bizim sonlu sayıda, yani sadece bize benzeyen evrenleri hesaplayabileceğimizi kanıtlarsak sonsuzluktan kurtuluruz. Bu da sonlu sürede kainatı tümüyle anlayamayacağımızı gösteriyor ama en azından evrenin nasıl oluştuğunu anlayacağımıza işaret ediyor. Fiziğin sonsuza dek sürprizlerle dolu olması harika değil mi? 😊
Peki bu balık ağına ve metafizik networka ilişkin teoriler var mı? Evet, amplituhedron teorisinde kuantum alan kuramından yola çıkan fizikçiler bunu formüle etmeye çalışıyor. Buna göre network dediğimiz şey aslında kütleyle bükülen boyutlar (ilişkiler) ağından oluşur.Biz de bu yazıda sadece evrenin dokusu uzayzamanın ne olduğunu anlamakta kullanacağımız bir yaklaşımı gördük ve mecburen felsefe yaptık. Bu sorunun yanıtı varsa bu yanıtı ancak deneysel fizik ve enstrümantalizm verecektir. Siz de evren hiçlikten nasıl oluştu diye sorabilir ve kara deliklerden yayılan ses dalgalarını Starbasekozan videosunda izleyebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın.
Kara deliklerden gelen ses dalgaları
1Spacetime is as spacetime does
2Is Spacetime Countable?
3Space, Time, Matter in Quantum Gravity
