Holografik Evren: Kozmik Hologramda mı Yaşıyoruz?
Holografik evren nedir? Evren sicim teorisinde öne sürüldüğü gibi içi boş bir hologram mı ve biz insanlar iki boyutlu bir hologramda mı yaşıyoruz? Sicim teorisyenlerine göre evreni holografik olarak tanımlamak mümkündür. Bunun doğru olup olmadığını lazer ışınlarıyla çekilen gerçek hologramları anlatarak görelim.
Holografik evren ve gerçek hologramlar
Yıldız Savaşları gibi bilimkurgu filmlerinde hologramlar üç boyutlu animasyonlar oluşturur. Hatta Uzay Yolu Gezgin dizisindeki Holografik Doktor örneğinde olduğu gibi bazen hologramları insanlardan ayıramazsınız. Gerçek dünyada ise holografik teknoloji henüz insanın hayal gücüne erişmemiştir. Günümüzde hologramları ya iki cam dilimi arasında karşıdan bakınca üç boyutlu görsel izlenimi verecek şekilde oynatır ya da hızla dönerken üç boyut algısı yaratan özel pervaneler kullanırız.
Çocukluğumuzdan aşina olduğumuz ve genellikle kitap kapakları ya da oyun kartlarında gördüğümüz hologramlar çok daha ilkeldir. Bunlar daha çok hologramlı kitap bandrollerine benzer ve üst üste binen birkaç ince plastik film tabakasından oluşur. Her filme yassı bir resim basılmıştır. Işık filmlerin içinden geçerken kırılıp bükülür ve resimlerin üç boyutlu görünmesini sağlar.
Bugün hologramları kitap/çizgi roman fasikülü, laptop, kredi kartları, kimlik kartları, sürücü belgeleri ve hatta kağıt paralarda sahteciliği önlemek için kullanıyoruz. Başta söz ettiğim cam hologramları ise sergi salonlarının yanı sıra ölmüş sanatçıları hayata döndüren konserler ve diğer etkinliklerde kullanıyoruz. Böylece Sinatra’nın hologramıyla düet yapmak mümkün oluyor. Oysa bir de gerçek hologramlar var:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Holografik evren ve lazer hologramlar
Gerçek hologramlar üç boyutlu bir nesneyi iki boyutlu yüzeye kodlar. Bunun için de ışığın aynı zamanda elektromanyetik dalga olması ve ışık dalgalarının girişim yapmasından yararlanır. Işık dalgalarının tepe ve çukurları vardır. Bunlar üst üste binerse birbirini pekiştirerek daha büyük tepe ve çukurlar oluşturur. Bu özelliğe de ışık sinyalinin güçlendirilmesi deriz. En basitinden hoparlör anfileri böyle çalışır ki buna yapıcı girişim deriz ama bir de yıkıcı girişim vardır.
Bir ışık dalgasının tepe noktasına diğer dalganın çukurları denk geliyorsa sinyal zayıflamaya başlar. Aynı dalga boyuna sahip iki dalga bu şekilde üst üste binerse sinyal tümüyle silinir ve dalgalar görünmez olur. Buna yıkıcı girişim denir. Gerçi güneş ışığı veya LED lamba gibi yapay ışık kaynakları pek girişim yapmaz; çünkü bunlar yayvan ışık yayar ve girişim yapacak kadar hassas ölçüde birbirine hizalanmaz. Lazer hologramlar işte burada devreye girer: Lazer ışınları aynı fazdaki ışık dalgalarından oluşur. Bu yüzden lazer ışınlarını süper ince bir ışın demeti olarak sıkıştırıp odaklayabilirsiniz.
Kısacası lazer ışınlarını girişim yapmak üzere hizalamak kolaydır. Bunun için 3B fotoğrafını çekeceğimiz nesneye lazer ışını tutarız ama önce bunu ışın ayırıcı ile ikiye böleriz. Işın ayırıcı yarı saydam bir cam ya da plastiktir. Işığı yaymak amacıyla dışbükey üretilen yarı geçirgen plastik veya cam plakadan geçen ışınlar bir sinema projektörünün ışık konisi gibi genişler. Bu şık konisi örneğin resimdeki futbol topunu 360 derece sarar. Lazer ışın konisi girişim yaptığı için topun arkasını da aydınlatır. Arka yüzünün de fotoğrafını çekmiş olur. Oysa ışık konisine dönüşecek kadar genişlemiş lazer ışınları çok soluktur.
Holografik evren ve lazerler
Biz de holografik futbol topunun net olması için ikiye bölünen lazer ışınlarını ışığa duyarlı bir ekranda birleştirerek ışık şiddetini artırırız. Böylece 3B resim parlak ve net olur. Oysa resmin parlaklığı lazerin yapıcı ve yıkıcı girişim oranına bağlıdır. Bu da fotoğrafını çekmek istediğiniz nesnenin şekline (yuvarlak mı, köşeli mi), büyüklüğü ve konumuna bağlıdır. Dolayısıyla her hologram parlak olmaz. Yine de görünür ışık girişim yapmadığı için gerçek hologramları lazerle çekeriz. Genellikle tek lazer kullanıldığından hologramlar da tek renkli olur; ancak OptoCone teknolojisiyle üç temel renk için üç lazer kullanıp doğala yakın hologramlar çekebiliriz. Peki futbol topunun filme kaydedilen hologramını nasıl görürüz?
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Hologramlar ve lazer girişimi
Bunun için filmi tabettikten sonra üstüne fotoğrafı çeken lazer ışınıyla aynı dalga boyunda ışık yansıtırız. Bunun için lazere gerek yoktur. Sonuç olarak hologramı aydınlatınca futbol topunun 3B görüntüsü ortaya çıkar. Peki bunun holografik evren ilkesiyle, evrenini 2B hologram olmasıyla ne ilgisi var? Bunu görmek için görünür ışığın bir hologramı üç boyutlu olarak nasıl aydınlattığına bakalım.
Holografik görseller geniş açılı lazerle çekildiği için piksellerden değil de iç içe geçmiş halkalardan oluşur. Biz de 3B resimlerin temel birimine piksel değil, “noktasal nesne” deriz. Örneğin resimdeki iç içe geçmiş halkaların tam ortasında duran daire noktasal nesnedir.
Resmin diğer yarısında ise girişim yapan lazer ışını dalgalarını birbiriyle kesişen iç içe halkalar halinde görüyorsunuz. Bu kesişimler lazerin aydınlattığı futbol topunun arka yüzünü gösteriyor. Topun karşıdan bakınca görülecek 2B boyutlu görüntüsü lazer girişimi sayesinde 3B görüntüye dönüşüyor. Bu, hologramların en ilginç yanıdır:
Mademki ışık kendisiyle girişim yapar öyleyse futbol topu hologramının ön yüzü, arka yüzüne ait ışık enformasyonunu da içerir. Böylece iki boyutlu bir holografik filmi ışıkla aydınlatarak üç boyutlu görüntü üretebilirsiniz. Holografik filmde futbol topunun çok küçük bir noktasını gösteren dar bir alana bakarak resmin tamamını çıkarabilirsiniz. Gerçi büyük ve karmaşık bir fotoğrafta bunu yapmak pratik değildir ama matematiksel olarak mümkündür.
Holografik evren geliyor
Bu da bizi holografik evrene getiriyor. Nasıl ki iki boyutlu holografik filmden 3B görsel üretebilirsiniz, üç boyutlu evrenimizi de evrenin kenarının iç yüzeyini kaplayan 2B hologram olarak gösterebilirsiniz. Bunun için yaşadığımız evreni bir küre olarak hayal edin. Kürenin iç yüzeyi kürenin içinde yaşayan bizi gösteren hologram olacaktır. Evrendeki 3B cisimlerin görüntüsü bu yüzeye sinema perdesine film yansıtır gibi yansıtılır. Peki holografik ilke dediğimiz bu model kozmolojide neden bu kadar önemlidir?
İlgili yazı: Yerkabuğunun Altında 40 Km Yüksekliğinde Dağlar Var
Neden holografik evren?
Bilim insanları kuantum fiziğiyle yerçekimini tanımlayan genel göreliliği bir türlü birleştiremedi. Oysa görelilikte iki boyutlu uzaya kütle eklersek kütlenin uzayı bükerek üç boyutlu yaptığı ve böylece zamanın akmaya başladığını biliyoruz. Öte yandan yerçekimini kuantumlaştırırsak evrendeki bütün kütleli parçacıklar kara deliğe dönüşüyor. Oysa sicim teorisine göre yerçekimi olan üç uzay boyutlu evrenimizi, iki uzay boyutlu yerçekimsiz bir evren teorisiyle ifade edebiliriz. Kısacası üç boyutlu evreni iki boyutlu bir holograma kodlayabiliriz. Peki bu mümkün mü? Evren gerçekten bir hologram mı?
Sicim teorisyenleri holografik evren için özel bir uzay kullanıyor. Bu da genel görelilikten türeyen ve madde ile enerji yokluğunda bile boşluğun enerjisinin negatif olması nedeniyle yüzeyi eyer şeklinde olan anti-de Sitter uzaydır. Evrenimiz anti de-Sitter uzayı değil ama sicim teorisyenleri holografik ilkeyi göstermek için başka bir 4B uzayzaman (başka bir evren) tasarladı. Bu evrenin kozmolojik sabiti, yani boş uzayın enerjisi negatiftir ve dolayısıyla anti-de Sitter uzayı gibi dört boyutlu hiperboldür.
İşte bu hiperbolik evren 5 boyutlu anti-de Sitter (AdS) evrenin yüzeyi olacaktır! Bu durumda 5B AdS’yi bir boyut eksilterek 4B evren hologramıyla gösteririz. Oysa 4B hologram evrenin hiperbolik olması yetmez. Aynı zamanda süpersimetrik parçacıklar içermesi gerekir.
Örneğin elektronun daha kütleli bir süpersimetrik eşi vardır ve evrendeki parçacık türleri iki katına çıkar. Sicim teorisyenleri AdS evrenini 4B evren hologramına indirgemek için uyumlu alan teorisi denen özel bir kuantum alan teorisi kullanır (CFT). Dolayısıyla matematikte AdS/CFT ikiliği kurar ve buna kısaca holografik ilke deriz. Nitekim sicim teorisyenleri yerçekiminin yarattığı zamanla birlikte 4B hiperküre olan evrenimizin de hologram olduğunu düşünüyor.
Holografik ilke hayali
Evrenimizi 4B hiperkürenin 2 uzay ve bir sanal zaman boyutundan oluşan 3B yüzeyi olarak, yani holografik olarak gösterebileceğimize inanıyor. Öyle ki kuantum fiziğiyle yerçekimini bir hologram teorisiyle birleştirebiliriz. Bunun için yerçekimini aradan çıkarmak ve evrenimizi 3B uzayzaman hologramıyla göstermek yeterlidir. Holografik ilke budur ama bu ilke çok sorunludur:
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Holografik evren sorunları
1) Yaşadığımız evrenin eğrisi pozitiftir, yani kozmolojik sabit 1’e eşit ya da 1’den çok az büyüktür. Öyle ki uzay gözlemlenebilir evrenin sınırına dek düzdür. Evrenimiz negatif eğrili hiperbolik anti-de Sitter uzayı değildir. 2) AdS’nin tersine; evrenimizin tıpkı arkadan aydınlatmalı bir projektör TV ekranı gibi hologram yansıtabileceğiniz bir iç yüzeyi, kenarı yoktur. Evrenin kenarı Dünya’dan bakınca görebileceğiniz en uzak noktadır ama bunun ötesinde evren bitmez. Sadece asla göremeyeceğiniz kadar uzakta başka galaksiler vardır. 3) Evrenimizde bildiğimiz kadarıyla süpersimetrik parçacık yoktur.
Yine de holografik evren çok ilginç bir olasılıktır. Unutmayın ki hologramın her noktası resmin tamamının bilgisini taşır. Biz de kuantum alan kuramının yerel olmayan gizli değişkenler içerdiğini biliyoruz. CFT doğruysa evrenimizin en küçük noktası bile gözlemlenebilir evrenin ötesine uzanan megaevrenin tamamının bilgisini içerecektir. Oysa Bell eşitsizliği uyarınca evrende yerel gizli değişkenler yoktur. Bunun yerine yerel olmayan gizli değişkenler olduğu için bu bilgi okunaksız olacaktır. Kısacası sicim teorisi bize evrenimizin dışında kalan megaevren hakkında bilgi vermez.
Holografik evren ve kara delikler
Yine de holografik ilke en azından kara deliklerde gerçektir: Bir kara deliğin entropisi, yani gözlerden sakladığı enformasyon miktarı (sağduyunun tersine) hacmine değil, yüzeyine eşittir. Bu yüzden sicim teorisi uyarınca evrenimiz hologram olmasa bile holografik ilke en azından kara delikler için geçerlidir. Gerçi kara deliğin içine ait enformasyonu yüzeyinde okuyamazsınız ama bu ilkeyi yabana atamıyoruz işte! Her şeye karşın evrenin hologram olduğuna dair hiçbir kanıt yoktur. Peki gerçek hayattaki hologramlar ile holografik evren ilkesi arasındaki farklar nedir?
İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler
Holografik evren için sonsöz
1) Gerçek hologramlar yassı ama üç boyutludur. Çok ince olmaları iki boyutlu olmaları anlamına gelmez. Oysa holografik ilkede evrenin sınırı gerçekten iki boyutludur. 2) Gerçek hologramlarda resmin en küçük parçası bile resmin tamamını gösterir. Buna karşın kuantum alan kuramında yerel gizli değişkenler yoktur. Bu yüzden uyumlu alan teorisi (CFT) plastik bir hologramla aynı şey değildir. Yine de sicim teorisine karşı olan bilim insanlarının tersine, holografik ilkenin holograma benzetilmesini doğru buluyorum. Bence yeterince benziyorlar. Özellikle de kara delik holografisine bakarsak.
Sonuçta kara delik entropisi kara deliğin yüzölçümüne eşittir ki bu da evrende mümkün olan en küçük alan birimlerinden, yani Planck alanlarından oluşur. Demek ki kara deliklerin yüzeyi iki boyutludur. Elbette holografik ilke kara deliğin içini gösteren enformasyonun yüzeyinde saklandığını kanıtlamaz ama entropiyi enformasyon cinsinden yazabiliriz. Bu durumda holografik ilkeyle ilgili 3 varsayımda bulunabiliriz: 1) Evren bir hologramdır. 2) Evren hologram olmasa da hologram olarak gösterilebilir, yani holografik ilkeyle kuantum kütleçekim kuramı geliştirebiliriz. 3) Holografik ilke en azından kara delikler için geçenlidir ki buna katılıyorum.
Siz de süpersicim teorisinde holografik ilkenin nasıl kullanıldığını evrende saklanan 7 gizli uzay boyutu yazısında okuyabilirsiniz. Nobel fizik ödüllü Sir Roger Penrose’a göre evrenimiz yok olduktan sonra neler olacağına hemen bakabilirsiniz. Kara deliklerde uzayzamanın sonunu görerek solucandelikleriyle başka evrenlere gitmenin yollarını da araştırabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊
Holografik ilkenin uygulanışı
1The Holographic Universe
2Present Acceleration of Universe, Holographic Dark Energy and Brans-Dicke Theory
3Emergent Gravity in a Holographic Universe
