Antropik ilke: Kainatta birden fazla evren var mı?

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-miEvren neden hayata uygun? Peki fizik yasaları neden bu kadar hassas ve neden evrensel sabitlerdeki en küçük bir değişiklik bile yaşamı yok etme riski taşıyor? Yoksa evrenimiz hayata uygun olsun diye bir yaratıcı ince ayar mı yaptı? Belki de kainatta sonsuz sayıda evren var ve içlerinden biri olan evrenimiz tesadüfen yaşama uygun. Evren bir simülasyondur argümanına alternatif olan antropik ilke varsayımını ve çoklu evren teorisini görelim.

Antropik ilke ve çoklu evren

Kesin bilgi: Bu evrende en azından tek bir gezegende yaşam var. Dahası Dünyamızda evreni araştıran, gözlemleyen ve hayatın anlamını sorgulayan biz insanlar varız ki türümüzün adı olan Homo sapiens sapiens’in Türkçesi de bu zaten: Düşündüğü üzerine düşünen insan.

Bilim felsefesindeki antropik ilke de buradan çıkıyor: Evrende yaşam varsa bu evren yaşamı üretecek ve destekleyecek kapasiteye sahiptir. Peki neden öyle? Neden bu evren yaşama elverişli? Tabii ki evreni Tanrı yarattı veya evren uzaylıların eseri olan bir bilgisayar simülasyonudur diyebiliriz.

Ancak, bilimsel açıdan en tutarlı cevap kainatta çok sayıda, belki de sonsuz sayıda evren olduğudur. Haliyle içlerinden biri tesadüfen yaşama uygundur. Gerçekten de antropik ilke varsayımının en mantıklı açıklaması budur. Peki bu açıklama gerçek mi? Elimizde kanıt var mı?

Biz de bu yazıda önce antropik ilkenin farklı versiyonlarını görecek ve her şeyden önce antropik ilke doğru mu diye soracağız. Ardından kainatta sonsuz sayıda evren içeren bir megaevren veya çoklu evrenler var mı sorusunu analiz edeceğiz. Hayatın ve bu evrendeki bilinçli gözlemcilerin kök sebebi nedir yazı dizisinin ilk bölümüne hoş geldiniz:

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-mi

 

Antropik ilke ve kozmik enflasyon

Evrenin Şekli Hakkında Kozmolojik Kriz Çıktı yazısında anlattığım gibi, evren sıcak büyük patlamadan önce kısa süre için ışıktan hızlı şişti. Büyük patlamadan bu yana geçen yaklaşık 13,78 milyar yılda ise önce ışık hızına yakın hızlarda ve sonra da gittikçe yavaşlayarak genişlemeye devam etti. Ancak, son 5 milyar yılda evrenin genişlemesi karanlık enerji yüzünden tekrar hızlandı.

Sonuç olarak içinde yaşadığımız gözlemlenebilir evrenin çapı yaklaşık 90-92 milyar ışık yılıdır. Bununla birlikte ışıktan hızlı şişme evresi bizim evrenimizde bitmiş olsa bile, kainatın diğer bölgelerinde hâlâ sürüyor veya bizden çok sonra sona ermiş olabilir.

Bu da iki anlama geliyor: 1) Bebek evrende bize komşu olan galaksiler bugün gözlemlenebilir evrenin dışındaki başka bir evrende kalıyor ve 2) Kozmik şişme başka yerlerde geç sonlandığı için daha büyük patlamadan önce bizden ayrı oluşmuş evrenler var.

Ayrıca yaşadığımız üç boyutlu evrenin aslında fotokopi kağıdı gibi düz olduğunu da biliyoruz. Bütün bunları birleştirince de kainatta gözlemlenebilir evrenden en az 230 kat büyük bir megaevren olduğunu ve bunun Dünya gibi yuvarlak olduğunu anlıyoruz. Sadece gözlemlenebilir evren megaevrenden çok küçük olduğu için bulunduğumuz bölge düz görünüyor. Tıpkı Dünya’nın düz görünmesi gibi.

Bunu antropik ilkeye bağlarsak

Yaşam evrende çok nadir olabilir; ama megaevren en az 230 kat büyük olmakla birlikte belki de gözlemlenebilir evrenden trilyon kat büyüktür (bu şişmenin evrenin tamamında ne kadar sürdüğüne bağlı). Bu durumda hayatın ortaya çıkması evrende çok nadir görülen bir olay olsa bile, dev megaevrenin küçük bir parçası olan bizim evrenimizde tesadüfen ortaya çıkmış olabilir. Antropik ilke özünde budur ve yazının devamı için bunu aklınızda tutun:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı

 

Fizik yasaları ve antropik ilke

Evrenimiz fizik bilimiyle anlamaya ve denklemlerle formüle etmeye çalıştığımız belli bazı fizik yasalarına göre çalışıyor. Bu denklemler de evrensel sabitler içeriyor. Ancak, elimizde tüm evreni tek denklemle açıklayacak her şeyin teorisi olmadığı için evrensel sabitleri teoriden türetemiyoruz.

Bunun yerine, teorinin yaşadığımız evreni tanımlamak için ne tür evrensel sabitler içermesi ve bu sabitlerin değerinin ne olması gerektiğini hesaplıyoruz. Sonra evrensel sabitleri teoriye elle ekliyoruz. Bu sabitlerin neden o değerlere sahip olduğunu bilmediğimiz için de en iyi fizik teorilerimiz bile kısmen keyfi oluyor. Evrensel sabitleri kim ya da ne ayarladı sorusu da böylece açık kalıyor ve antropik ilke işte buradan çıkıyor.

Örneğin ışık hızının neden saniyede yaklaşık 300 bin km olduğunu bilmiyoruz; ama ışık hızını boşlukta ölçünce böyle çıkıyor. Aynı şey Planck sabiti, temel parçacıkların kütlesi ve evreni tanımlayan dört fizik yasasının menzili ile şiddeti (birbirine göre şiddeti, yani eşleşme sabitleri) için de geçerli. Nitekim görelilik teorisi ve parçacık fiziğinin standart modeli 20 evrensel sabit içeriyor.

Sanki evrenin otomobil hız göstergesi gibi bir kadranı var ve biri bu evrensel sabit parametrelerini elle ayarlamış gibi. Elbette bir fizikçinin bu keyfiyeti kabul etmesi mümkün değil. Fizikçiler evrensel sabitlerin neden böyle olduğunu bilimsel olarak açıklamak istiyor.

Antropik ilke ve kozmolojik sabit

Belki başka evrenler de vardır ve her evrenin ince ayarı, evrensel sabitleri farklıdır veya kainattaki bütün olası evrenleri yaratan bir ana kadran vardır. Öyle ki yaşadığımız evrenin ve megavrende yer alan diğer evrenlerin tekil evrensel sabitleri kainatın ana parametrelerinden türüyordur (Her şeyin teorisi işte bu ana kadranı bulmaya çalışıyor).

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-mi

 

Güçlü ve zayıf antropik ilke

Ancak bir şey kesin: Evrensel sabitler azıcık farklı olsaydı evrende galaksiler, yıldızlar, gezegenler ve hayat ortaya çıkmayacaktı. Sanki sırf insan hayatına özel tasarlanmış ideal bir evrende yaşıyor gibiyiz. Bunu doğaüstü bir yaratıcıya veya evren yaratan uzaylılara bağlamadan, sadece fiziğin sınırlarına bağlı kalarak nasıl açıklarız?

1) Çok şanslıyız ve 20 evrensel sabit rastlantıyla tam bize uygun değerler aldı. 2) Hiç de şanslı değiliz. Sadece kainatta o kadar çok evren var ki içlerinden biri veya birkaçında hayat ortaya çıktı. Biz de bu nadir evrenlerden birindeyiz. Öyle ya, evren yaşama uygun olmasa burada olmaz ve bunu sormazdık.

Öyleyse antropik ilkeyi iki türlü formüle edebiliriz: Zayıf antropik ilke ve güçlü antropik ilke (bu ikincisi daha iddialı ama biz en alçakgönüllü olandan başlayalım 🙂 ). Biz insanlar evreni araştıran gözlemcileriz. Öyleyse evrende bulunduğumuz bölge (Dünya vb.) gözlemciler yaratacak ve bunların varlığını destekleyecek kapasiteye sahip olmalıdır. Bu açıdan evrenimiz hayata elverişli olmayan evrenler arasında ayrıcalıklıdır. Zayıf antropik ilkeyi 1973’te astrofizikçi Brandon Carter formüle etti.

Yine Carter’ın ortaya koyduğu güçlü antropik ilkeye gelince: Evren varoluşunun en azından bir aşamasında gözlemciler yaratacak olmalıdır (Neden evren insan benzeri akıllı canlıları yaratmak zorunda olsun ki? İşte bu açıdan iddialı bir önerme).

Şimdi dikkat

Her iki ilke de kainatta neden yaşama elverişli bir evren olduğu veya bu evrenin neden hayata uygun olduğunu açıklamıyor. Sadece kainatta yaşam varsa yaşama elverişli bir yer de olmalı (zayıf) veya yaşama elverişli evrenler olmalı diyor (güçlü). Nitekim bilim felsefesinde soruyu doğru sormak çok önemlidir. Sonuçta doğru sorunun ne olduğunu bilmiyoruz ve bulmak için soruyu doğru sormak zorundayız… Ya da antropik ilke yok. Sadece bakış açımız yanlı ve gerçek bakanın gözünde:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

Evren neden öyle? Kendi kendine mi, simülasyonr mu, yoksa Tanrı’nın ürünü mü? Bu yazıda sadece bilimsel açıdan bakıyoruz.

 

Çoklu evren ve antropik ilke

Bazı bilim insanları ve filozoflara göre insanların istatistiksel taraflılık veya yanlı bakış açısından kurtulmasının tek bilimsel yolu, kainatta birden fazla evren olduğu ve içlerinden birinde tesadüfen yaşadığımızı kabul etmektir. Biz de bunun detaylarını gelecek bölümde göreceğiz; ama önce evrenin ne kadar hassas olduğunu ve hayata uygun olacak şekilde nasıl ince ayarlı olduğunu görelim.

Kimya ile başlıyoruz

Evrenimizde kuarklar birbirine bağlanarak proton ve nötronları oluşturur. Onlar da birbirine yapışarak atom çekirdeklerini… Ayrıca pozitif yüklü protonlar serbest elektronları üstüne çeker ve elektronlar çekirdek çevresinde yörüngeye girince (dahası proton ve elektron sayısı eşit olunca) nötr atomlar ortaya çıkar. İşte bunlar periyodik tablodaki elementlerdir.

Atomlar karmaşık elektron kabuklarıyla farklı elementlerde farklı sıcaklık ve basınçta çeşitli kimyasal tepkimelere de girer. Tek tek atomlar elektronlarla birbirine bağlanır ve mineraller, bileşikler, moleküller oluşturur. Maddenin sıvı, katı, gaz, plazma hali buna bağlıdır ki nihayetinde en karmaşık moleküller de yaşamı oluşturur. Evrenin kimyası budur.

Öte yandan, fizik yasaları evrenin yaşama uygun bir kimyada olmasını şart koşmuyor; çünkü evrensel parametrelerin değerinin neden öyle olduğunu bilmiyoruz. Örneğin astrofizikçi Fred Hoyle 1980’lerde fark etti ki karbon çekirdeğinin özellikleriyle azıcık oynasak evrende yaşamın yapıtaşı olan karbon atomları oluşmazdı. Neden derseniz:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-mi

 

Hayatın kök sebebi

Evrendeki karbonun büyük kısmı, ana sıralama yıldızlarının nükleer füzyon reaksiyonları gerçekleşen merkezindeki küçük atom çekirdeklerinin birleşip büyük çekirdekler oluşturmasıyla ortaya çıkıyor. Nitekim bu şekilde oluşan karbon 12, fazla enerjisini hızla ortama vererek kararlı bir atoma dönüşür. Öyle ki hızla deşarj olamasa aşırı radyoaktif bir çekirdek olarak anında patlayıp bozunurdu.

Karbon yoksa gezegenlerde bildiğimiz anlamda hayat da oluşamazdı. Evrende bol miktarda karbon yoksa yıldızlar oksijeni ve nihayetinde karbon temelli yaşama alternatif silisyumu da sentezleyemezdi. Bırakın yaşamın oluşmasını, öncelikle evrendeki ağır elementlerin sayısı büyük ölçüde azalırdı. Karbonun varlığını güçlü ve zayıf nükleer kuvvetin eşleme sabitlerine borçluyuz.

Güçlü nükleer kuvvet daha güçlü olsa iki proton nötronlar olmadan birbirine bağlanarak helyumun nötronsuz hali olan diprotonları oluştururdu ki diprotonlar evrenimizde kararsızdır. Yok, eğer zayıf nükleer kuvvetin şiddeti değişseydi diprotonlar yıldızlar için süper yakıt olurdu. O zaman kırmızı cüceler bile mavi devler kadar hızlı ve parlak yanarak yaşam oluşmadan çok önce süpernova halinde patlardı.

Tersine, güçlü kuvvet daha zayıf olsaydı bu kez de en temel hidrojen izotopu olan ve bir protonla nötrondan oluşan döteryum kararsız olacaktı. Oysa döteryum yıldızların ışı ve ışık saçmasını sağlayan nükleer füzyonda ara aşamadır. Döteryum yoksa yıldızlar helyum bile sentezleyemez ve evrende hidrojenden ağır elementler oluşamazdı. Oysa bir de yerçekimine yol açan kütleçekim kuvveti var:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

Temel parçacıkların enerji değerleri. Büyütmek için tıklayın.

 

Yerçekimi güçlenirse

Yerçekiminin güçlenmesi Dünya’da 70 kg’lık bir insanın 700 kilo gelmesine neden olabilir. O zaman da bizim gibi çevik ve hızlı primat türleri ortaya çıkarak uygarlık kuramaz. Dahası yerçekimi güçlenirse diprotonlar daha uzun ömürlü olur ve Güneş bile en küçük kırmızı cüce yıldızlar gibi 100 trilyon yıl yaşar. Yerçekimi daha zayıf olursa bu kez de nükleer füzyon döteryum ara aşamasını atlar.

Öyleyse antropik ilke için evrenin sadece bir evrensel sabitte ince ayarlı olması yetmez. Bütün evrensel sabitlerde ince ayarlı olması gerekiyor. Hatta yukarıda gördüğümüz üzere, güçlü nükleer kuvvet ve kütleçekim kuvveti gibi parametrelerin birbirine göre şiddeti de uygun oranda olmalı.

Örneğin, yıldızları tutuşturan nükleer füzyonun hızı ve ürettiği enerji elektromanyetik ve güçlü nükleer kuvvet arasındaki hassas dengeye bağlıdır. Bu dengeyi bozarsanız evren sadece atomaltı parçacıklardan oluşan bir madde sisiyle kaplanır. Atom, element, molekül diye bir şey olmaz. Dahası proton ve nötronların kütlesi de birbirine yakındır ki farklı olsa yine atom çekirdekleri oluşmazdı.

Zayıf nükleer kuvvet ise protonların nötrona dönüşme oranını belirliyor. Hatta evreni oluşturan büyük patlamadan sonra proton ve nötron sayısının neredeyse eşit olmasını sağlamış bulunuyor. Zayıf kuvvet farklı bir şiddette olsaydı. serbest nötronlar en az protonlar kadar kararlı olabilirdi veya nötronlar hiç oluşmazdı. Bu da yine hidrojenden başka atom olmayan bir evren yaratırdı.

Antropik ilke ve ince ayar

Gerçekten de yazıya eklediğim tablodaki güçlü nükleer ve elektromanyetik kuvvet oranlarına baktığımızda 1040 gibi bir değer aralığı görüyoruz. Bu iki kuvvetin birbirine oranı (bunlar tek kuvvet halinde birleşmedikçe veya yok olmadıkça) 1040 aralığında değer alabiliyor. Diğer parametre kümesi ise temel parçacıkların kütlesi: Bunlar da Higgs alanıyla etkileşime girerek kütle kazanır. Mesela kuarklarla elektronların kütlesi çok farklı olsaydı yine evrende kimyasal reaksiyon görülmeyecekti. Antropik ilke uyarınca evrene yaşama dost olması için ince ayar yapılmış gibi görünüyor derken kast edilen budur.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-mi

 

En ince ayar: kozmolojik sabit

Aslında 20 evrensel sabit içinde kozmolojik sabit hariç diğer hepsini, sicim teorisi gibi henüz kanıtlanmamış kuramlarla, matematiksel konjonktür ve modellerle açıklayabiliyoruz. Böylece 19 sabitte antropik ilkeden kaçınabiliyoruz. Ancak, kozmolojik sabit (Λ, lambda) denilen süper ince ayarlı parametrenin neden uzay boşluğunda yaklaşık olarak 0 değerini aldığını bilmiyoruz.

Belki bunu elimizde kuantum fiziği ile kütleçekim kuvvetini birleştiren bir kuantum kütleçekim kuramı olmadığı için bilmiyoruz. Ancak, kozmolojik sabit evrenin gittikçe daha hızlı genişlemesinden sorumlu olan karanlık enerjinin şiddetini belirliyor.

Oysa uzay boşluğunun enerjisi denilen karanlık enerjinin şiddetini kuantum köpükten hesaplamaya kalktığımız zaman bu değer uzayda ölçülen gerçek değerden 1060 ila 10120 kat daha güçlü çıkıyor; yani fena ıskalıyoruz. Açıkçası karanlık enerji bu kadar güçlü olsa evren yeni bir büyük patlamayla anında yok olurdu (büyük yırtılma).  Öyleyse bu değeri küçülten bir şey olmalı.

Ancak bu açıklama da antropik ilkeye çözüm olamaz; çünkü karanlık enerjinin değeri bu evrende 10120 hassasiyetle belirlenmiştir. Bunu tek bir evrende rastlantısal olarak açıklayamazsınız ki birden fazla evren olduğu fikri buradan çıkıyor. Yalnızca çok sayıda evren (çoklu evren) varsa içlerinden biri tesadüfen bu lambda değerini almış olabilir. Yine de bu çok iddialı bir varsayım. Nasıl kanıtlarız?

İlgili yazı: Herkes Nerede? Uzaylılar ve Fermi Paradoksu

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-mi

 

Antropik ilke çoklu evren ister

Elimizde kanıt yok, ama çoklu evreni öngören sicim teorisi ve çoklu dünyalar gibi teoriler var. Bunlardan birini ispat edersek kainatın aslında çoklu evren olduğunu gösterebiliriz. Bu da kozmolojik sabitin hassas ayarını açıklar.

Nitekim buraya dek kozmik enflasyonu yaşadığımız gözlemlenebilir evreni içine alan tek bir megaevren olarak ele aldık. Oysa kozmik enflasyon sonsuz sayıda veya çok sayıda megaevren de yaratabilir. Öyle ki bunların her biri de trilyonlarca gözlemlenebilir evren içerebilir!

Nasıl olur derseniz: Kozmik enflasyon uyarınca ışıktan hızlı şişen kainatta bizim evrenimizi yaratan sıcak büyük patlamadan önce sonsuz veya çok sayıda evren oluşmuş olabilir. Demem o ki kainatın genişlemesinin ışık altı hızlara düşmesi, sadece bizim megaevrenimizdeki gözlemlenebilir evrenimizde değil, birçok megaevrendeki birçok gözlemlenebilir evrende görülmüş olabilir.

Öyleyse kainatın ışıktan hızlı şişmesini sağlayan inflaton enerji alanını oluşturan bilinmeyen parçacıklar tıpkı radyoaktif bir atom gibi birçok yerde bozunacak ve inflaton alanı içinde kaynar su gibi kabarcıklanan çok sayıda köpük evren oluşturacaktır. Bunların bir kısmı uzun ömürlü, bir kısmı kısa ömürlü olacak ve içlerinden biri de bizim megaevrendeki gözlemlenebilir evren olacaktır.

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

Antropik-ilke-kainatta-birden-fazla-evren-var-mi

 

Evren içinde matruşka evrenler

Örneğin sicim teorisi, 11 boyutlu uzay-zamanda evrensel sabitlerin farklı değerler alabileceği ve farklı fizik yasalarına sahip olabilecek en az 10500 evren, belki de sonsuz sayıda evren öngörüyor.

Nitekim inflaton alanını bir meta-uzay veya sicim teorisyenlerin deyişiyle kozmik manzara olarak kabul edersek sicim teorisini sanal uzay-zamanda kozmik enflasyona bağlayabilir; hatta kozmik enflasyonun öngördüğü evrenlerin kozmik manzaranın bir alt kümesi olduğunu söyleyebiliriz. Bu durumda kozmik enflasyon kozmik manzaradaki evrenlerin nasıl oluştuğunu açıklayan mekanizmadır.

Özellikle de holografik evren ilkesi ve uyumlu geometriden yola çıkarak bunu yapabiliriz (ayrıca yazacağım). Keza kuantum fiziğinin çoklu dünyalar yorumundan yola çıkarak sonsuz sayıda fiziksel evrenin alternatif gelecek yaşayan sonsuz sayıda kopyasının var olduğu paralel evrenleri düşünebiliriz. Bu da kozmik enflasyonu içeren kozmik manzaranın bile sonsuz sayıda alternatif kopyasının olması demektir. Bu tasarım çoklu evreni büyüterek evren içinde evden fikri getirir.

Peki antropik ilke çoklu evrenler olmasını şart koşuyor mu? İşte bu hem bilim felsefesi hem de fizikte çok tartışmalı bir konu. Ancak sicim teorisini, kozmik enflasyonu veya Smolin’in halka kuantum kütleçekim kuramı ile büyük sekmeden türettiği kara delik evrenleri test edebiliriz. Kısacası genel kanının tersine, bu teorileri büyüt patlamadan kalan ilkin kütleçekim dalgalarına bakarak test etmek, böylece antropik ilke için çoklu evrenin şart olup olmadığını görmek mümkündür.

Son söz

Peki paralel evrenler ile serbest nötronların kısa ömürlü olmasına yol açan ayna evren aynı şey mi? Yoksa her bir evren ve paralel evrenin bir de ayna görüntüsü mü var? O zaman evren içindeki sonsuz matruşka evreni de ikiyle çarparak ayna evrenleri hesaba katmamız mı gerekecek? Bunu paralel dünyalar yazısında okuyabilir ve ayna evren ile antimadde arasındaki ilişkiyi de Evren Neden Var ve Lepton Türeyişi başlıklarında görebilirsiniz. Muhteşem bir Cumartesi akşamı dilerim.

Antropik ilke nedir?


1The Anthropic Landscape of String Theory
2The weak anthropic principle and the landscape of string theory
3Many-worlds interpretation of quantum theory, mesoscopic anthropic principle and biological evolution
4Anthropic Principle Favors the Holographic Dark Energy

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir