Büyük Patlama Öncesinde Ne Vardı?

Evren büyük patlama ile oluştu. Peki büyük patlama nasıl oluştu ve ondan önce ne vardı? Evren ezeli mi, yoksa başka bir evrenin yok olmasıyla mı oluştu? En ilginç 10 kozmoloji teorisiyle birlikte görelim.

Bilim insanları evrenin büyük patlama ile oluştuğunu düşünüyor. Büyük patlama uzayda bir nokta değil, geçmişte bir andır ve birçok teorik fizikçiye göre uzay-zaman büyük patlama anında oluşmuştur. Peki büyük patlamadan önce ne vardı ve evren boşluktan nasıl oluştu?

Bunu anlamak için büyük patlamanın aslında bir patlama olmadığını görmemiz gerekiyor; çünkü uzayda bir noktada gerçekleşmedi. Büyük patlamadan önce uzay ve zaman yoktu, bu nedenle büyük patlama uzayda değil de zamanda bir anda gerçekleşti. Evren büyük patlama ile başladı ve zaman büyük patlamayla birlikte akmaya başladı.

Büyük patlama öncesi

Ancak, ilk neden açısından bakarsak ve Einstein’ın görelilik teorisinden yola çıkarsak evrenin, büyük patlamadan önce sonsuz yoğunlukta ve sonsuz küçüklükte olan bir noktanın patlayıp genişlemesiyle oluştuğunu görüyoruz. Buna tekillik diyoruz, peki bunu nereden biliyoruz?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Galaksiler bizden hızla uzaklaşıyor

Evrenin genişlemesi yazısında anlattığım gibi ve astronom Edwin Powell Hubble’ın 20’lerde keşfettiği üzere, Dünya’dan 3,26 milyon ışık yılı ve daha uzak olan bütün galaksiler hızla bizden uzaklaşıyor. Üstelik ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyor.

Bu durumda filmi geri sarar gibi zamanı geriye alırsak evrendeki bütün galaksilerin, madde ve enerjinin tek noktada toplanması gerektiğini görüyoruz. Görelilik teorisi klasik fizik olduğuna ve klasik fizikte uzay-zaman sonsuza dek bölünebildiğine göre, bu nokta da sonsuz küçüklükte; yani tekillik olmalı. Evet, kara deliklerin içindeki gibi bir tekillik olmalı.

Öte yandan, kuantum fiziğindeki Heisenberg’in belirsizlik ilkesine göre, bir parçacığın konumu ve momentumunu aynı anda kesin olarak bilemeyiz. Örneğin, konumunu kesin bilirsek o parçacık rastgele olarak sağa sola sıçrayıp titreyecektir. Momentumunu bilirsek, yani hızı ve yönünü kesin ölçersek bu kez de parçacığın belirli bir anda tam olarak nerede olduğunu bilemeyiz.

Büyük patlamadan kaynaklanan sorun

Şimdi, evren büyük patlamadan önce sonsuz küçüklükte veya çok küçükse kuantum fiziğine tabi olmalıdır. Bu da iki sonuç doğuruyor: 1) Klasik fizikteki gibi bir tekillik olamaz ve 2) Olsa bile bu tekillik anında patlayarak bozulacaktır. Nitekim buna büyük patlama diyoruz.

İlgili yazı: Güneşte Ne Zaman Yağmur Yağıyor?

 

Peki büyük patlama öncesi neden sorun?

Her şeyden önce Einstein’ın görelilik teorisini kuantum fiziğiyle birleştirerek bir kuantum kütleçekim kuramı oluşturamıyoruz.

Oysa evrenin boşluktan nasıl oluştuğunu anlamak için kuantum kütleçekim kuramı geliştirmemiz gerekiyor. Nitekim büyük patlamadan sonra evrenin nasıl genişlediğini gösteren denklemler, Einstein’ın klasik fiziğe tabi olan genel görelilik teorisi denklemleridir.

Bu da bizi büyük patlamadan önce ne vardı sorusunu sormaya itiyor; çünkü 1) Tekillik sonsuz küçük noktada sonsuz yoğun enerji toplanmasıdır ve bu noktada fizik yasaları geçerliliğini yitirir. Dolayısıyla denklemlerimizde büyük patlamadan önceki tekillikten (sonsuzluklar ve 1/0 gibi tanımsız ifadeler) kurtulamazsak evrenin boşluktan nasıl oluştuğunu bilimsel olarak açıklayamayız.

2) Büyük patlamadan önce tekillik olmasa ve bunun yerine, evren sadece çok küçük olsa bile sorun çıkıyor: Bu kez de ilk anlarında kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesine tabi olan evreni oluşturan uzay dokusundaki kırışıklıkların, yani rastgele kuantum salınımlarından kaynaklanan kırışıkların, günümüze nasıl kaldığını açıklayamıyoruz.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Evreni ütülemek ve düzleştirmek

Sonuçta evren küresel büyük patlama modelinin gösterdiğinin aksine, günümüzde ütülü kumaş gibi dümdüzdür… Peki neden küre değil de düzdür? Kuantum kırışıklıklarını ne düzeltti? Aslında Alan Guth’un şişme teorisi tam da bu sorunu çözmeye yöneliktir ve ünlü teorik fizikçi tarafından büyük patlamanın öncesini açıklamak için tasarlanmıştır.

Yine de şişme teorisinin türevleri olan sonsuz şişme ve kaotik şişme gibi modeller evrenin düzleşmesini tam olarak açıklayamıyor. Uzay-zaman fizikçilerin düşündüğü gibi evrenle birlikte oluşmuş olsa bile, bizim sırf bu sorunu çözmek için büyük patlamadan önce ne vardı diye sormamız gerekiyor. Öyleyse büyük patlama öncesini açıklayan en ilginç 10 kozmoloji teorisini görelim:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Evren 13,8 milyar yıl yaşında

Evrenin genişlemesini geriye aldığımızda büyük patlamanın 13,8 milyar yıl önce gerçekleştiğini görüyoruz. Planck uzay teleskopunun gözlemlerine göre, evrendeki ilk ışık 380 bin yıl önce yandı ve uzaya yayıldı.

Fizikçiler de büyük patlamaya benzer koşullar yaratmak için CERN parçacık hızlandırıcısında protonları ışık hızının yüzde 99’ından daha yüksek hızlarda kafa kafaya çarpıştırıyorlar. Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ile büyük patlama anındaki yüksek basınç ve sıcaklığı yaratmaya çalışıyorlar.

Sonuçta insan zihni neden-sonuç ilişkisi ile düşünüyor ve her şeye bir ilk neden arıyor. Bu sebeple evreni oluşturan ilk nedeni de bulmaya çalışıyor. Oysa evren kendi başına (nedensiz ve rastgele) oluşmuş olabilir veya sanal zamanda (peki bu ne demek?) ezelden beri var olabilir (ezeli evren).

Özetle büyük patlamadan önce ne vardı sorusunu cevaplamaya yönelik kozmoloji teorileri, insan beyninin anlamak için evrim geçirmediği olguları tanımlamaya çalışıyor. Günlük hayatla hiç ilgisi olmayan ve görmediğimiz için de hiçbir şeye benzetemediğimiz senaryoları açıklamaya çabalıyor. Biz de evrenin nasıl oluştuğunu açıklamayı deneyen 10 teoriyi görelim:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

1. Büyük patlama rastgele oluştu

Bu teoriye göre büyük patlamadan önce uzay ve zaman yoktu. Evren sanal uzaydaki sanal boşlukta, Heisenberg’in belirsizlik ilkesinden kaynaklanan rastgele kuantum salınımlarıyla oluştu. Büyük patlama sanal kuantum enerji alanlarının rastgele titreşimlerinin ürünü olan bir kazaydı.

Oysa bu teorinin çok büyük bir sıkıntısı var: Kuantum fiziğinde parçacıkların rastgele davranışlarını olasılıklar halinde öngörmemizi sağlayan dalga fonksiyonu denklemleri (olasılık dalgaları) sadece bizim değil, bütün olası evrenlerin varlığını öngörüyor.

Bu durumda sonsuz sayıda evren varken neden BİZİM evrenimiz oluştu sorusu yanıtsız kalıyor. Kısacası bu teori o kadar genel ki (en genel teori) evrenin nasıl oluştuğunu hiçbir şekilde açıklamıyor. Ayrıca bugünkü evrende ilk kuantum salınımlarından kalan kırışıklıkları neden göremediğimiz sorusu da yanıtsız kalıyor.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

2. Büyük patlama büyük sekmedir

Bu teoriye göre bizden önce başka bir evren vardı. Bu evren, tıpkı bizim evrenimiz gibi milyarlarca yıl boyunca genişledikten sonra yerçekimi etkisiyle durdu ve tekrar büzülmeye başladı. Sonuçta kendi üzerine çökerek bir tekilliğe dönüştü ve bu tekillik yeniden genişleyerek bizim evrenimizi oluşturdu.

Aslında büyük sekme teorisini savunanlar eski evrenin tekilliğe çökmediğini söylüyor. Yoksa tekillikle ilgili olarak yukarıda anlattığım sorunlarla karşılaşırdık. Bunun yerine, önceki evren tekillikten büyük, ama yine de çok küçük olan sonlu bir nokta halinde küçüldü.

Öyle ki merkezinde kısmi tekillik olan dev bir süper kütleli kara deliğe dönüştü. Ardından bu kara delik buharlaştı ve yeni bir büyük patlama ile evrenimizi oluşturdu. Buna göre bizim evrenimiz sanal uzayda diyelim ki 10⁵⁰⁰⁰ kez büzülüp genişleyen bir evrenler silsilesinin son halkası olabilir.

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

Entropi zehirlenmesi

Ancak, bu teorinin de sıkıntıları var. 1) İlk evren nasıl oluştu? Büyük sekme en ilk evrenin nasıl oluştuğunu açıklamıyor. O zaman da hiçbir evrenin nasıl oluştuğunu açıklamış olmuyor. 2) Fizikçiler eski evren çökerken entropisinin nasıl sıfırlandığını da denklemlerle göstermek zorunda.

Sonuçta entropi düzensizliğin, kaosun ölçüsüdür. Her evren bir önceki evrenin entropisini devralsaydı termodinamik olarak zehirlenirdi. Bütün evrenler ölü doğar ve yıldızlarla hayatı da doğuramazdı. Açıkçası ilk evrenin çökerken geri sekmesiyle yeni bir evren oluşmazdı.

Büyük sekmeyle ilgili diğer iki sorun da oldukça çetrefil: Bir kere bizim evrenimizin karanlık enerji sayesinde ve yerçekimine rağmen sonsuza dek genişleyeceğini biliyoruz. Öyleyse neden önceki evrenler hep yerçekimiyle çöksün? Tek bir evren bile çökmese ezeli büyük sekme silsilesi kırılır.

Dahası, kara delik halinde çöken bir evren neden tekilliğe dönüşmeden önce geri seksin? Evet, prensipte bunu Heisenberg’in belirsizlik ilkesiyle açıklayabiliriz; ama bunu söylemek ile tam da bizim evrenin önceki sekmeden nasıl doğduğunu açıklamak arasında dağlar kadar fark var.

İlgili yazı: Neden Hala Kansere Çare Bulamadık?

 

3. Büyük patlama ve ezeli evren

Belki de evren sanal zamanda ezelden beri var. Büyük patlama da sanal zamandaki sanal bir anda gerçekleşti ve gerçek zamanı yarattı. Evrenimiz bir şekilde yok olduktan sonra da sanal zamana geri dönecek. Nitekim Albert Einstein, büyük patlama öncesinde ne vardı sorusunu anlamsız buluyor: Bunu sormak, kuzey kutbunun kuzeyinde ne var diye sormak gibidir diyor.

Sınır yok önermesi

Stephen Hawking, fizik denklemlerini bozan sonsuzlukları denklemlerden silmek için kuantum fiziğiyle göreliliği birleştiren sınır yok önermesini getirdi. Buna göre evren, tıpkı bir kürenin yüzeyi gibi sonlu ama sınırsızdır (Dünya’nın çevresinde tur atarsanız başladığınız yere geri dönersiniz fakat yol hiç bitmez). Şimdi, sınır yok önermesine göre evrenin nasıl oluştuğunu Hawking’in sözleriyle görelim:

“Büyük patlamadan önce hiçbir şey yoktu. Einstein’ın görelilik teorisine göre uzay ve zaman aslında bileşiktir ve tek bir uzay-zaman sürekliliği oluşturur. [Ancak, zamanla birlikte 4 boyutlu olan bu doku] düz değildir ve [tıpkı bir kupanın kendi üzerine bükülen sapı gibi] boru şekillidir. [Yine görelilikte belirtildiği üzere] madde ve enerji uzayı büker.”

İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

Büyük patlama ve sanal zaman

Hawking, evrenin başlangıcını açıklamak için kuantum kütleçekime düz Öklid geometrisini uyguluyor. Bu modelde, büyük patlamadan hemen önce, sıradan gerçek zamanın yerini sanal zaman alıyor. Öyle ki tıpkı bir kara deliğin içinde olduğu gibi uzay ve zaman geometrik olarak yer değiştiriyor:

Uzay, gerçek zaman gibi tek boyutlu olup yine zaman gibi akarken, zaman da üç boyutlu olup sanal zamana dönüşüyor ve donup kalıyor. Kısacası zaman dördüncü uzay boyutuna dönüşüyor ve böylece evren doğmadan hemen önce, zamansız (ezeli) dört boyutlu uzay ortaya çıkıyor. Bu geometrik hile, Hawking’in büyük patlama öncesi şartları matematiksel olarak tanımlamasını sağlıyor.

Öyle ki büyük patlama, zamanda boyutsuz bir tekil nokta ve tekil bir an olmak yerine; tıpkı yeryüzü gibi eğri bir yüzey, ama dört boyutlu bir yüzey oluşturuyor. Hawking 1990’larda fizikçi Jim Hartle ile birlikte sınır yok önermesi olarak tanımladığı bu konjonktürü ortaya attı.

Sınır yok önermesi evrenin nasıl oluştuğunu açıklayan bir teori değil. Bunun yerine, büyük patlamadaki tekillikten kurtulan bir çözüm ve böylece evrenin oluşumunu açıklayacak olan bütün bilimsel teorilerin önünü açan bir önermedir. Bu tür önermeler olası teorilerin matematiksel çerçevesini çizer ve bunlara konjonktür denir.

İlgili yazı: Devrik Kara Delik Sagittarius A Görüntülendi
 

Peki sınır yok önermesi ne demek?

Dikkatli düşünecek olursanız bu önermede, büyük patlama donmuş zamanda (sanal zamanda) ezelden beri var olan ve olası bütün evrenlerin olası bütün fizik yasalarını içeren matematiksel bir nüveye dönüşüyor. Bu nüve de 4 boyutlu bir kürenin yüzeyi gibi analitik geometri ile tanımlanabiliyor.

Sonuçta her evrenin kendi fizik yasaları, yani o evrenin nasıl oluştuğunu açıklayan dinamik modeli oluyor. Örneğin, bir evrende sicim teorisi ve başka bir evrende ise Lee Smolin’in kara delik kozmolojisi geçerli olabilir. Bu elbette her teorinin gerçek olduğu bir evren var anlamına gelmiyor.

Ancak en azından, hangi teorinin gerçek olduğunu test edebileceğimiz bir model sunuyor. Statik bir büyük patlama modeli ile evrenimizi oluşturan dinamik teoriyi birleştirmeye imkan tanıyor.

Kısacası Hawking’e göre, evrenin nasıl oluştuğunu anlamak için bu evrenin fizik yasalarını çözmek yetmez. Bu fizik yasalarına izin veren temel fizik yasalarını, yani bu evrende geçerli olmayan en evrensel yasaları da bulmalıyız.

İlgili yazı: Her Kara Delikte Başka Evren Var

 

Tüm evrenlerin ana modeli

Nitekim evreni rastgele kuantum salınımlarıyla açıklamak sonsuz sayıda evren doğuruyor ve biz de evrenimizin bunların hangisi olduğunu ve neden böyle olduğunu çözemiyoruz. Öte yandan, büyük patlamanın sanal bir dört boyutlu küre olarak ifade edilmesi ve evrenimizin bu kürenin eğri yüzeyinin bir kısmı ile genişlemesi ise evrenin oluşumunu çözmemize prensipte izin veriyor.

Dahası, bu büyük patlama modelinde sonsuz sayıda evrenden de kurtuluyoruz ki bunlar sıkıntılıdır: Düşünün ki sonsuz sayıda evren olsa yaşadığımız evren de sonsuz uzaklıktaki kopyalarında, içindeki tüm olaylarla birlikte ve sonsuza dek aynen tekrarlanacaktı! Bu bilimsel bir önerme değildir.

İlgili yazı: İlk Kara Delikleri Karanlık Madde Oluşturdu

 

Büyük patlama için sonsuzlukları silmek

Oysa Hawking ve Hartle, ünlü Feynman diyagramlarına benzer bir matematik yaklaşımı benimsiyor. Buna göre bir elektronun fotonla etkileşmesinin sonsuz yolu vardır. Ancak, kuantum fiziğindeki olasılık dalgasına göre en olası yol, diğer bütün yolları ihmal edilecek kadar baskılar. Böylece Feynman diyagramları ile elektronların etkileşmesini tek bir şekilde gösterip hesaplayabiliriz.

Sınır yok önermesinde de aynı şey geçerli: 4B uzaydan oluşan ezeli büyük patlama, ancak sonlu sayıda evrene izin vermektedir. Daha doğrusu kainatta sonsuz sayıda evren olabilir; ama biz kendi evrenimize bakarak kainatın doğduğu evrenler arasında ancak sonlu sayıdaki varyantı hesaplayabiliriz.

Bu da sonsuzluk problemini baypas ederek en azından bizim evrenimizin, benzer evrenler arasında nasıl ve neden oluştuğunu göstermemizi sağlayabilir. Nitekim Hawking’in ölümünden sonra yayınlanan son makalesi, sınır yok önermesini yeni bir matematiksel konjonktür ile geliştirmişti.

İlgili yazı: Mikro Kara Delikler Karanlık Madde Değil

 

Öyleyse sınırsızlık ne demek?

Hawking’in kendi sözleriyle: “Evrenin yegane sınır önermesi aslında evrenin bir sınırının olmamasıdır. Evren sonlu ama sınırsızdır.”

Buna göre evrenimiz bizim için elbette gerçek zamandaki belirli bir anda başlamıştır; ama olası tüm evrenleri içeren sanal kainatın sanal zamanında varoluş ezeli ve ebedidir. Hatta bize göre, ama sadece bize göre, evrenimiz büyük çökme ile kara delik olan bir evrenin ayna görüntüsüdür.

O evrenin geleceği, bizim geçmişimiz olup ikisi de büyük patlama anında birbirine bağlanır. Bu modelde, evrenler ucundan birbirine bağlı olan ve geniş ağzı sonsuza açılan iki ayrı hunidir. Aslında bu evrenler üç boyutlu birer uzay küresidir.

Ancak, evren küreleri o kadar büyüktür ki bunlardan biri olan gözlemlenebilir evrenimiz, biz üzerinde yürürken göze düz görünür (tıpkı yeryüzü gibi). Öte yandan iki evren hem uzay, hem de zamanda genişlemektedir. Kısacası sadece düz gözlemlenebilir evrenimize değil de iki evrenin tamamına bakarsak bunların şekli (evrenlerin genişlemesini hesaba katınca) 4B uzay-zamanda birer huniyi andırır.

Zurnanın son deliği

Ancak, bu iki simetrik evrenin büyük sekme teorisindeki gibi birbirinden doğduğunu düşünmeyelim: Her ikisinde de zaman geçmişten geleceğe akar. Bu da zamanın geriye akmasına bağlı olan en kritik büyük sekme teorisi sorununu, yani entropi zehirlenmesi sorununu aşmamızı sağlıyor. Hawking haklı mı, bilmiyoruz. Buna karşın büyük patlamaya yaklaşımı çok mantıklı görünüyor.

İlgili yazı: Yoksa Evren Topaç Gibi Dönüyor mu?

 

4. Büyük patlama ve zar kozmolojisi

Evrenin 5 boyutlu bir uzay içinde, zaman dahil, dört boyutlu bir kağıt yaprağı olduğunu varsayan ve süpersicim teorisinden türetilen zar kozmolojisine göre, 5 boyutlu uzayda yan yana dizilmiş olan sonsuz sayıda evren dilimleri var (bizler zamanı akış olarak görüp sadece üç boyutu algılıyoruz).

Bu evren dilimleri, kütleçekim kuvvetini oluşturan ve aslında kapalı sicimlerden oluşup evrenler arasında hareket eden gravitonların etkisiyle birbirine yaklaşıyor. Sonsuz büyüklükteki evren dilimleri bir noktada çarpıştığı zaman yeni bir büyük patlama oluşuyor.

Gravitonlar, bir evrenden dışarıya doğru tıpkı sigara dumanı gibi yükseliyor ve komşu evren dilimine geçiyor. Sonra iki dilimi birbirine çeken yerçekimi alanları yaratıyor. Evren dilimleri çarpışıyor ve bizim evrenimiz de bu şekilde ortaya çıkmış bulunuyor.

Evren dilimleri düz olduğu için bizim evrenimizi oluşturan uzay dokusu da düz oluyor. Sonuçta ezeli kainatta bu şekilde sonsuz evren oluşuyor. Bizim evrenimiz de bu çoklu evrenin küçük bir parçası oluyor.

İlgili yazı: Madde ve Zamanın Kökeni Nedir?

 

Yine bilimsel sorunlar var

Bir kere zar kozmolojisi, bu evrende yaptığımız büyük patlama gözlemlerine uygun olması için elle koyulan parametrelerle geliştirilmiş bir kozmoloji modeli. Öyle ki bizim büyük patlamaya bakıp da “Bu patlama çarpışan evren zarlarından mı oluştu, yoksa kuantum salınımlarından mı oluştu?” sorusunu yanıtlamamız mümkün değil.

Ancak, önümüzdeki 30 yılda uzak Güneş yörüngesine yerleştirilecek olan LISA kütleçekim dalgaları uzay gözlemevinin verilerine ve nötron yıldızlarının ışığında görülebilecek olası kütleçekim dalgası titreşimlerine bakarak zar kozmolojisini test edebiliriz.

Yalnız daha büyük bir sorun var: Sicim teorisi test edilebilir bilimsel öngörülerde bulunmuyor. Gerçi büyük patlamadan kalan ve bizzat uzay-zamanın dalgalanması olan kütleçekim dalgalarına bakarak (bunların polarizasyonu ve frekansı gibi fiziksel özelliklerini ölçerek) hangi kozmoloji teorisinin doğru olduğunu görebiliriz. Oysa sicim teorisinin parametrelerini değiştirerek bu teoriyi bütün gözlemlere uydurmak mümkündür!

Peki zar kozmolojisini kanıtlayan kütleçekim dalgalarını görürsek bu kanıtlar gerçekten sicim teorisini kanıtlar mı? Yoksa biz teoriyi baştan bütün kanıtlara uyacak şekilde tasarladığımız için kanıt sandığımız şeylerle aslında kendimizi mi kandırırız? Zar kozmolojisi işte bu yüzden sonsuza dek cevapsız kalabilir ve yine aynı sebepten bazı fizikçiler tarafından bilimsel teorili olarak kabul edilmiyor.

İlgili yazı: Olay Ufku Teleskopu İlk Kara Delik Resmini Çekti

 

5. Alternatif çarpışan evren teorisi

Aşağıda göreceğimiz gibi çoklu evren tasarımı zar kozmolojisinin tekelinde değil. Sicim teorisini kullanmadan da uzayda sonsuz sayıda evren olabileceğini söyleyen teoriler var. Bunlardan birine göre, evrenimiz küre şekilli iki evrenin çarpışmasıyla oluşmuş olabilir (Küre derken uzayın değil, dört boyutlu uzay-zamanın genel şeklini kast ediyorum, kafanız karışmasın).

Bu sırada ya iki evren de yok oldu ve bizim evrenimiz oluştu veya evrenimiz oluşurken ebeveyn evrenler de varlığını sürdürdü. Tabii evrenimiz böyle bir çarpışmayla oluştuysa evrendeki ilk ışıktan oluşan ve bugün bütün uzayı saran kozmik mikrodalga artalan ışımasına (CMB) bakınca bu evrensel kazanın yara izini görmemiz lazım.

Gerçekten de CMB haritasında büyük soğuk leke gibi halka şekilli izler görüyoruz; ama bu izleri rastgele kuantum salınımlarıyla da açıklayabiliyoruz. Çarpışan evren teorisinin gerçek olması içinse bu tür lekeleri sadece çarpışan evrenlerle açıklıyor olabilmemiz lazım. Henüz kanıt yok diyelim.

İlgili yazı: Başka Evrenlerden Gelen İlk Kanıt: Soğuk Leke

 

6. Büyük patlama ve çoklu evren

Peki ya yaşadığımız evren başka bir evrenden doğduysa, tıpkı musluğun ağzından damlayan bir su damlası gibi ondan kopmuşsa? Bu teoride bütün evrenlerin, 5 boyutlu anti-de Sitter uzayında yüzen ve zaman boyutuyla birlikte 4B olan hiper küreler olduğunu kabul ediyoruz.

Öyle ki bu küreler tıpkı su kabarcıkları gibi kaynayabilir ve içinde bulunduğumuz evren de bu tür bir ana evrenden kopan daha küçük bir kabarcık olabilir. Ancak, bu durumda evrenimizi diğer evrene bağlayan ve evrenimizin doğum anında “anneden” kopan bir göbek kordonu olması gerekiyor.

Bu kordon kopmuş olsa da gökyüzünde, yani tüm evreni saran kozmik mikrodalga art alan ışımasında izi kalmış olmalı. Zaten son gözlemler de kozmik mikrodalga art alan ışımasının devrik, yani ışığın polarizasyonu açısından bir yana yatık olduğunu gösteriyor.

İlgili yazı: Biyoprinter ile Biyolojik Işınlama Geliyor

 

7. Büyük patlama ve kaotik şişme

Bazı fizikçiler bunu bir adım ileri taşıyor ki bütün evrenlerin başka evren köpüklerinden doğduğunu ve sonsuz bir dizin ağacı gibi dallanıp budaklandığını söylüyor. Bu evrenlerin bazısı ölü doğuyor veya kısa ömürlü oluyor ya da kendi üzerine çökerek yok oluyor.

Bütün evrenlerin uzun ömürlü olmaması veya sonsuza dek yaşamaması nedeniyle ezeli sanal zamanda, aynı anda sonsuz sayıda evren oluşmuyor. Çoklu evren sadece zamanda sonsuz oluyor.

Kaotik şişme teorisi çoklu evreni sonsuzluklardan işte böyle kurtarıyor. Oysa CERN parçacık hızlandırıcısındaki son sonuçlar, özellikle de süpersimetrik parçacıkların bulunmaması,  kaotik şişme modellerinin büyük kısmını yanlışlamış bulunuyor. Bu konuda jüri henüz kararını vermedi.

İlgili yazı: Kuantum ışınlama ve ışıktan hızlı iletişim

 

8. Büyük patlama ve şişme teorisi

Bu teoriyi 1979 yılında Alan Guth ortaya attı ve kendi deyişiyle, zamanında böyle bir kurnazlık yaptığı için MIT’de kürsü sahibi olmayı başardı; yoksa işsiz kalacaktı. Yukarıda kısaca değindiğim gibi, Alan Guth büyük patlama teorisinin öncesini gösteren bir teori ortaya attı.

Aslında Stephen Hawking gibi yaptı ve kuantum fiziği denklemlerini görelilik teorisine uyguladı. Böylece büyük patlama anındaki tekillik ile sonsuzluklardan kurtulmayı ve aynı zamanda evrenin ilk andan beri sürekli genişlemesini açıklamayı amaçladı.

Ben de kozmik enflasyon (bizdeki ekonomik enflasyon değil 🙂 ), yani şişme teorisini daha önce detaylarıyla yazdım. Burada ise sadece temel noktalarına değineceğim: Alan Guth’a göre iki tür büyük patlama var. Sıcak büyük patlama ile soğuk büyük patlama ve soğuk patlama sıcaktan önce geliyor.

İlgili yazı: Stephen Hawking Evren Sonsuz Değil Dedi

 

Büyük patlamanın öncesi

Buna göre, büyük patlamadan önceki tanımsız uzay-zamanda, kuantum salınımları nedeniyle 10^-28 cm çapındaki bir uzay-zaman yaması ortaya çıktı. Bu, evrenimizde saatlerin tıklamaya ve zamanın akmaya başladığı ilk gerçek zaman anında gerçekleşti ve buna Planck zamanı diyoruz: 5,39 × 10^-44 saniye.

Bir süre, yani çok kısa bir süre için hiçbir şey olmadı. Sadece tanımsız uzay-zamanda bir yama kendini geri kalan tanımsızlıktan soyutladı. Bugün bilmediğimiz ve belki de asla bilemeyeceğimiz kendine özgü ön fizik yasalarıyla ayırdı.

Sonra çok garip bir şey oldu: 10^-35 saniye ile 10^-32 saniye arasında bu yama, her 10^-28 saniyede iki kat genişledi. Kısacası ışıktan trilyonlarca kat hızlı şişti ve 100 kez iki kat genişledikten sonra, 10^-28 cm boyundan misket boyuna erişti (1 cm çapındaki bir küre).

İlgili yazı: Kuantum ışınlama Rekoru: Çin Uzaya Foton Işınladı

 

Inflaton enerji alanı

Buna inflaton enerji alanı (şişme alanı) yol açtı. Bu enerji alanının nereden kaynaklandığını bilmiyoruz; ama evrenin ışıktan hızlı şiştiği kısa süreye soğuk büyük patlama diyoruz (Sonuçta uzayda ışıktan hızlı gidemezsiniz, ama uzayın kendisinin ışıktan hızlı şişmesine mani yoktur).

Inflaton alanı tıpkı radyoaktif parçacıklar gibi dengesizdi ve kısa sürede bozundu. Enerji alanı çökünce evrenin genişlemesi birden ışık hızının altına düştü. Aniden fren yapan kamyona benzeyen bir süreç yaşandı ve çöken inflaton alanı uzaya boşalarak sıcak büyük patlamayı (bizim büyük patlama derken kast ettiğimiz asıl olayı) oluşturdu.

Enerjinin korunumu yasası gereği enerjiyi yoktan var edemez veya yok edemezsiniz. Inflaton alanının enerjisi de sıcak büyük patlamayı yarattı. Buna sıcak diyoruz; çünkü patlama anında evren trilyonlarca derece sıcaklıktaydı ve bu patlama önce temel parçacıkları, sonra da hidrojen ile helyum atomu çekirdeklerini oluşturdu. Gözlemlenebilir evrenin fizik yasaları da bu süreçte oluştu.

Kısacası gözlemlenebilir evren ~10^-44. saniyedeki Planck anında değil, en geç 10^-32. saniyede oluştu. Bu an sıcak büyük patlama anıdır.

İlgili yazı: Işınla Beni Scotty! >> İnsan ışınlama ne zaman?

 

Peki şişme teorisi neyi çözüyor?

Doğrusu kozmolojiyle ilgili birçok sorunu çözüyor: Bir kere soğuk ve sıcak büyük patlamayı çok küçük birer küreden başlatıyor (sonsuz küçüklükteki problemli tekillikten değil). İkincisi madde ve enerjinin büyük ölçeklerde uzaya nasıl eşit yayıldığını açıklıyor.

Buna göre, soğuk büyük patlamaya sanal kuantum salınımları yol açtı ve bunların entropisi ile kırışıklığı şişme evresinde ütülenip silindi. Şişmenin sonunda ise gerçek kuantum salınımları oluştu. Bu dengesizlikler de evrenin genişlemesiyle birlikte, son 13 milyar yılda bütün gökyüzüne yüz gerdirir gibi yayıldı. Küçük salınımlar, bugünün 100 bin galaksi içeren süper galaksi kümeleri oldular.

Kuantum salınımları evrene 1 milyar ışık yılından büyük ölçeklerde eşit dağıldı; çünkü sıcak büyük patlama sırasında gözlemlenebilir evren sadece misket boyundaydı ve her yanı birbirine dokunuyordu.

O zamandan beri evren ışıktan yavaş olarak sürekli genişliyor. Öyle ki evrenin ilk galaksileri bizden 45 milyar ışık yılı uzakta bulunuyor. Evrenin şişmesi ve genişlemesi, eskiden bu galaksilerin nüvelerinin yan yana olmasından hareketle, bugün nasıl olup da 13,8 milyar yıllık evrenin yaşından daha uzakta olduklarını gayet güzel açıklıyor.

İlgili yazı: İlk Canlı ve Ortak Ata LUCA Ne Zaman Yaşadı?

 

Büyük patlama ve sonsuz evren

Öte yandan, şişme teorisi büyük patlamanın sonsuza dek devam ettiğini gösteriyor. Öyle ki gözlemlenebilir evrenimiz sürekli genişlemekte olan 3B kainatın halka şekilli yüzeyini oluşturuyor. Kainat bizden en az 100 kat büyük olduğu için gözlemlenebilir evren bize Dünya gibi düz görünüyor.

Dahası inflaton alanı bizim uzay yamamızda çökmüş olsa da kainatın uzak noktalarında bugün bile etkili olmaya devam ediyor. Bunun da matematiksel bir sebebi var: Inflaton alanı, yeni evrenler halinde çökme hızından çok daha hızlı şişiyor. Böylece sürekli yeni gözlemlenebilir evrenler yaratıyor.

İşte bazı fizikçiler bu yüzden şişme teorisine karşı çıkıyor. Bu teorinin sanıldığı gibi bizi sonsuz evren derdinden kurtarmadığını düşünüyorlar. Dahası bizim kainatımız sonsuz sayıda gözlemlenebilir evren yaratmak üzere sonsuza dek şişerken; mega-evrende, bizden tümüyle kopuk olan sonsuz sayıda kainat olabilir ve bunlar da sonsuza dek şişiyor olabilir. Şişme teorisi kanıtlanmayı bekliyor.

İlgili yazı: Dört Boyutlu Madde Bulundu: Zaman Kristalleri

 

9. Kara delik evren

Başta Kanada’daki Çevre Teorik Fizik Enstitüsü’nden Lee Smolin olmak üzere diğer bazı fizikçiler, evrenimizin bir kara delikten doğduğunu düşünüyorlar. Sonuçta klasik fizikte büyük patlama tekillikten geliyor. Her ne kadar sonsuzluklardan kurtulmak için artık tekillik yerine neredeyse tekillik desek de büyük patlama ile kara deliklerin ortak bir yanı var: İkisi de kısmi tekillik içeriyor.

Bu durumda evrenimiz bir kara deliğin öbür ucundan doğmuş olabilir: Sonuçta kara deliklerin içine düşenler dışarı çıkamazlar. Öte yandan, kara deliğin tersi ak delik olup bu cisimlerin de içine girmek imkansızdır; çünkü ak deliklere girmek için ışıktan hızlı gitmeniz gerekir.

Her ne kadar ak delikler fizik yasalarına aykırı olsa da bunlar teorik olarak mümkündür. Ayrıca kara delik evren teorisini savunanlar ak deliklerin zaten bizim evrende olmadığını, başka bir evrende var olduğunu, bu yüzden de çelişkili bir durum olmadığını düşünüyorlar.

İlgili yazı: Evrende Zaman Akışı Yavaşlıyor mu?

 

Kara delikten evren doğar mı?

Bu teoride kara delikler başka evrenlere açılan tek yönlü tüneller oluyor. Her ne kadar pratikte imkansız olsa da teorik olarak bir kara deliğe girer ve merkezindeki tekillik ile onu saran ölümcül iç olay ufkunu aşarsanız başka bir evrende dışarı çıkabilirsiniz.

Bu açıdan kara delik evren teorisi, kaotik şişme teorisine benziyor: Yalnız bu kez yeni evrenler ana evrenlerdeki kara deliklerden doğuyor. Ancak, bu teori de sorunlu. Bir kere ak delikler gözlemlenebilir evrenimizin fizik kurallarına aykırıdır.

İkincisi büyük patlama hiçlikte oluştu, kara delikler ise gerçek evrende oluşuyor. Dolayısıyla kara delik tekilliğini büyük patlama tekilliğine benzetmek zorlama oluyor. Dahası kara delikler Hawking radyasyonu ile buharlaşıyor. Peki bunlar buharlaşınca sözde bağlı oldukları yeni evrene ne oluyor?

İlgili yazı: Kuantum Blockchain Zaman Makinesi Gibi Çalışıyor

 

Hawking radyasyonu

Kara delik buharlaşması sorunundan kurtulmanın tek yolu, kara deliklerden doğan evrenlerin onlardan ve dolayısıyla bizim evrenimizden hemen koptuklarını söylemek. Peki o zaman kara deliklerin öbür ucu olan ak deliklere ne oluyor? Bunlar yeni büyük patlama ile yeni bir evren doğurur doğurmaz; yani anında kapanıyor mu?

Son olarak, bütün evrenler kara deliklerden doğuyorsa mega-evren de kara delikten doğan evrenleri kayırıyor olabilir. Bu durumda bir tür kozmik evrim var ve sadece kara delik doğuran evrenler uzun ömürlü oluyorlar. Öyleyse neden evrenimizin her yerini kara delik kaplamıyor? Kozmik evrim bunu gerektirmiyor mu?

Oysa dahası var: Bütün evren kara deliklerle kaplanırsa evrenimizde hayata yer kalmaz. Bu durumda kainatın, hayata elverişli yeni gözlemlenebilir evrenler oluşturmaları için en çok sayıda kara delik içeren evrenleri kayırıyor olduğu teorisi de çöker. Evet, kara delik evren teorisi fizikte pek kabul görmüyor; ama ondan da az rağbet gören son bir teori var:

İlgili yazı: Füzyon Roketi için Helyum 3 Zaman Kristalleri

 

10. Uyumlu döngüsel kozmoloji

Penrose diyagramları ile matematik ve fiziğe büyük katkıları olan; ama son yıllarda kuantum bilinç gibi sözde bilimin sınırlarına dayanan uçuk teoriler geliştiren Sir Roger Penrose’un Uyumlu Döngüsel Evren teorisi, kozmolojinin en aykırı fikri olarak kabul ediliyor. Oysa aynı zamanda çok ilginç bir model:

Ayrı bir yazıda anlatacağım üzere, teorinin ismindeki uyumlu kelimesi aslında holografik evren konseptinin temel matematiksel konjonktürüdür. Döngüsel derken de Penrose’un büyük sekme teorisinin sorunlarını gideren bir teori tasarladığını belirtelim.

Buna göre, kainatta tıpkı büyük sekme teorisindeki gibi ezeli-ebedi bir evrenler silsilesi var ve her evren kendinden önce yok olan evrenden doğuyor. Ancak, yeni evrenler bu kez kara delik halinde çöken bir evrenin büyük patlama ile tekrar genişlemesiyle değil de sonsuza dek genişleyerek süper seyrelen ve böylece hiçliğe dönüşen eski evrenlerden doğuyor.

Peki bu ne demek? Uyumlu Döngüsel Evren kendi yazısını hak edecek kadar karmaşık ve farklı bir teori. Ben de yazımızın İlyada destanı kadar uzun olmaması için kısa keseceğim; ama şöyle özetleyebiliriz: Son verilere göre evrenimiz sonsuza dek genişleyecek.

İlgili yazı: Yaşadığımız Evren Nasıl Yok Olacak?

 

Büyük patlama sonrası ısıl ölüm

Öyle ki bir gün içindeki madde ve enerji yok sayılacak kadar seyrelecek, entropi maksimum seviyeye ulaşacak ve zamanın ileriye akmasının bile bir anlamı olmayacak. Evrendeki tüm fiziksel etkileşimler rastgele kuantum salınımlarına indirgendiğinde neden-sonuç ilişkisi ortadan kalkacak.

Bu durumda bizzat uzay ve zaman ölecek. Sonsuz büyüklükteki mesafelerin bir manası olmayacak. Kısacası gerçek uzay ve gerçek evren sanal uzay-zamana dönüşerek hiçliğe geri dönecek. Bununla birlikte kuantum salınımları hiçlikten yeni bir evren doğuracak. Dahası bu evren, kozmik mikrodalga art alan ışımasında, kendinden önce gelen evrende buharlaşan kara deliklerin izini taşıyacak.

İlgili yazı: Zamanın Akışı Yavaşlıyor mu ve Bir Gün Duracak mı?

 

Küllerinden yeniden doğmak

Öyle ki bizim evrenimiz, hiçliğe indirgenen bir önceki evren 10¹⁰⁰ yıl yaşındayken buharlaşan son kara deliğin tetiklediği büyük patlamayla oluşmuş olabilir. Dikkat edecek olursanız Penrose burada matematikte ölçekleme değişmezliği dediğimiz konjonktürden yararlanıyor ve yeni evrenin önceki evrenden nasıl doğabileceğini açıklıyor:

Bu süreç önceki evreni sıfırlıyor, ona reset atıyor ve yeni evrenlerin önceki evrenlerin entropisini devralmasından kaynaklanacak entropi zehirlenmesi ile ölü doğma sorununu çözüyor. Ancak, kozmik mikrodalga art alan ışımasına (CMB) baktığımız zaman, önceki evrende buharlaşan trilyonlarca kara deliğin halka şekilli izlerini göremiyoruz.

İlgili yazı: Fizikçiler Zamanı Tersine Çevirdi

 

Kanıt var mı?

Penrose ve meslektaşları CMB’de eski kara delik izi olduğunu düşündükleri 20 halka bulduklarını söylüyorlar. Uyumlu Döngüsel Kozmoloji teorisi bilgisayar simülasyonlarında öngörülen buharlaşan kara delik izlerini tespit ettiklerini öne sürüyorlar. Oysa sadece 20 halka bunu kanıtlamaya yetmez. Bu halkalar bizim evrenimizin kendi orijinal kuantum salınımlarından kaynaklanıyor olabilir.

Ancak, bu teorinin en can alıcı noktası evrenlerin buharlaşan kara deliklerden oluşmasıdır: Sonuçta evrenimizde trilyonlarca kara delik var. Peki evren donarak öldüğü zaman yeni evren tek kara delikten mi doğacak? Yoksa ölen evrenimizde buharlaşan her kara delikten ayrı bir evren mi oluşacak?

Bu soru önemli; çünkü evrenler hem uzay, hem de zamanda sonsuzsa Penrose’un teorisi de bizi sonsuzluklardan kurtarmıyor demektir.

Büyük patlama burada bitmez

Öyleyse evren önce iki boyutlu bir hologram olarak mı oluştu ve üç boyutlu uzay sonradan mı ortaya çıktı? Bunu evren içi boş bir hologram mı yazısında okuyabilirsiniz. Alan Guth’un şişme teorisine göre, “Fizik kuralları bizden farklı olan en yakın gözlemlenebilir evren nerede?” sorusunun sıra dışı cevabını ise çoklu evren yazısında bulabilirsiniz. Hepinize muhteşem bir hafta dilerim.

Büyük patlamadan önceki bölüm

¹The Classical Universes of the No-Boundary Quantum State
²Hartle-Hawking no-boundary proposal in dRGT massive gravity: Making inflation exponentially more probable
³The no-boundary wave function for loop quantum cosmology
⁴Apparent evidence for Hawking points in the CMB Sky
⁵The Black Hole Information Problem
⁶Brane cosmology and the self-tuning of the cosmological constant
⁷Chaotic inflation on the brane and the Swampland Criteria
⁸Eternal inflation and its implications