Büyük Patlamada şaşırtan varsayım >> Evren 2 boyutlu başladı, 4 boyutlu oldu ve gelecekte 5 boyutlu olacak

Büyük Patlama anında aşırı sıcak olan evren tek bir uzay boyutundan oluşuyordu. Evrende uzay dediğimiz şey genişliği olmayan bir çizgiden ibaretti ve uzay-zamanı tanımlamak için 2 boyutlu Öklit Geometrisi (düz geometri) yeterliydi. Evren soğudukça genişledi ve uzay da yaprak gibi açılarak iki boyutlu bir düzlem oluşturdu.

Bugün evrende uzunluk, genişlik, yükseklik ve zamanla birlikte 4 boyut görebiliyoruz. Diğer 7 boyut ise gözlerden gizlenmiş durumda. Ancak, yeni hesaplamalar evren yaşlandıkça görebildiğimiz boyutların sayısının artacağını gösteriyor. Yaşlanan evren yufka hamuru gibi açılacak ve önce 5. boyut, daha sonra da diğer saklı boyutlar gözle görülür olacak.

 

 

3 boyut yetmez: 5, 10, 11 olsun!

Fizikçiler kuantum fiziğini ve görelilik teorisini birleştirerek evrenin Büyük Patlama ile nasıl oluştuğunu anlamak amacıyla Sicim Teorisini geliştirdiler. Sicim Teorisi, yıldızlar ve galaksiler gibi astronomik ölçeklerde işleyen kütleçekim kuvveti ile atomaltı parçacıklardan oluşan mikroskobik dünyayı tutarlı bir şekilde birleştirebiliyor. Ancak bunu 11 boyutlu bir evrende yapabiliyor, 4 boyutlu bir evrende değil! Oysa biz uzayda sadece 3 boyut görüyor ve zamanla birlikte maksimum 4 boyutu algılayabiliyoruz. Diğer boyutlar bizden gizlenmiş durumda.

Bilim adamları evrenin doğum anında bir atom çekirdeğinden çok daha küçük olduğunu biliyorlar. Bu durumda atomaltı parçacıklardan oluşan mikroskobik dünyayı açıklayan kuantum fiziğini kullanmaları gerekiyor. Kuantum fiziği ışığı oluşturan elektromanyetik kuvveti, atomları bir arada tutan güçlü çekirdek kuvvetini ve nükleer radyasyondan (radyoaktif bozunum) sorumlu olan zayıf çekirdek kuvvetini tek bir formülle açıklayabiliyor.

Ancak bu tabloda büyük bir eksiklik var o da kütleçekim kuvveti: Kütleçekim kuvvetini 1000 yılın dahisi Einstein’ın görelilik teorisi açıklıyor; fakat kütleçekimi sadece yıldızlar ve galaksiler gibi astronomik mesafelerde tarif edebiliyor. Atom çekirdeği gibi küçük boyutlarda ise açıklayamıyor. Einstein’ın görelilik teorisini atom boyunda kullanmaya kalktığımızda karşımıza sonsuz enerji ve sonsuz kütleden oluşan “tekillikler” çıkıyor.

 

 

Biz ayrı dünyaların insanıyız sevgilim, evlenemeyiz

Türk filmlerinde sıklıkla duyduğumuz bu sözleri fizikle ilişkilendirecek olursak: Görelilik teorisine göre, içinden ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü bir kütleçekime sahip olan kara deliklerin merkezindeki “tekillikte”, kütleçekim kuvveti sonsuz güce ulaşıyor. Aynı mantık evreni oluşturan Büyük Patlama için de geçerli. Yine görelilik teorisine göre, Büyük Patlamadan hemen önce, uzayın sonsuz kütleçekime sahip bir tekilliğe sıkışmış olduğunu kabul etmemiz gerekiyor!

Oysa sonsuz kütleçekim, görelilik teorisiyle birlikte kuantum fiziğinin ve bütün fizik yasalarının iflas etmesine yol açıyor. Öyleyse görelilik teorisi, fizik yasalarının geçerli olmadığı bir tekilliği nasıl öngörebiliyor? Bu bir çelişki…

Sicim Teorisi bu güçlüğü aşmak için evrenin 4 boyutlu değil, 11 boyutlu olduğunu söylüyor. 11 boyutlu bir evrende görelilik teorisi ve kuantum fiziği, tekilliğe veya çözümsüz denklemlere yol açmadan birleştirilebiliyor. Yok Olan Boyutlar adlı yeni bir fizik teorisi ise evrenin sadece 2 boyutlu olarak başladığını ve diğer boyutların sonradan açıldığını öne sürüyor. Bu durumda Sicim Teorisindeki 11 boyuttan 3’ü, Büyük Patlama anından itibaren genişleyerek bugünkü uzayı oluşturdu (uzunluk, genişlik, yükseklik).

 

 

Hamur gibi açılan evren

Los Angeles Loyola Marymount Üniversitesi’nden Jonas Mureika ve New York Eyalet Üniversitesi’nden Dejan Stojkovic evrenin hayatına iki boyutlu bir uzay-zaman düzleminde, yani tek boyutlu bir uzayla başladığını düşünüyor. Aslında bu, “Matematik gerçek midir, yoksa bazen fiziksel dünyayı açıklayan ama bazen de gerçek dünyada karşılığı bulunmayan formüllerden ibaret bir insan icadı mıdır?” sorusuna ilginç bir yanıt getiriyor:

Genç evren iki boyutlu ise, düz uzayı tanımlayan Öklit Geometrisinin sadece dahice bir fikir değil, gerçekten doğru olduğu bir an yaşanmış olabilir! Günümüzde 3 boyutlu bir uzayda yaşadığımız için hesaplamalarımızda eğri Riemann geometrisini kullanıyoruz (matematik gerçek mi, icat mı konusunu ayrı bir yazıda ele alacağım).

 

 

Alışık olmadığımız bir evren

Büyük Patlama anında aşırı sıcak olan evren tek bir uzay ve zaman boyutundan oluşuyordu. Evrende uzay dediğimiz şey, genişliği olmayan tek boyutlu bir çizgiden ibaretti ve uzay-zamanı birlikte tanımlamak için 2 boyutlu düz geometriden yararlanmak yeterliydi. Evren soğudukça genişledi ve uzay yaprak gibi açılarak iki boyutlu bir düzlem oluşturdu. Uzayın tek boyuttan 2 boyuta geçmesi (toplamda 3 boyutlu uzay-zaman) evrenin sıcaklığının 100 TeV’e düşmesiyle gerçekleşti (teraelektronvolt, atomaltı parçacıkların enerjisini ölçmekte kullanılan bir ölçü birimidir).

Büyük Patlamanın ardından evren inanılmaz bir hızla genleşerek soğudu ve sıcaklığı 1 TeV değerine düştüğünde uzaya üçüncü bir boyut eklendi. Böylece evren üç uzay ve bir zaman boyutu ile günümüzdeki 4 boyutlu halini aldı. Yok Olan Boyutlar teorisini geliştiren Mureika ve Stojkovic, evrenin yaşlandıkça soğumaya devam edeceğini ve belki de evrendeki bütün yıldızlar öldükten sonra beşinci bir boyut kazanacağını söylüyor.

 

 

Boyutların sayısı mı artırıyor?

Hayır. Sicim Teorisine göre evren Büyük Patlama anında 11 boyutlu idi. Ancak, bu boyutların dokuzu (9 uzay boyutu) iplik gibi kendi üstüne kıvrılmıştı ve o kadar küçüktü ki o zaman yaşasaydık ekstra boyutları göremezdik.

Nitekim biz, bugün gözümüze düz gelen bir Dünya’da, “yeryüzünde” şaşıyoruz. Dünya’da 3. boyutu görmenin iki yolu var. Ya yeraltına ineceğiz ya da dağa, gökyüzüne, uzaya çıkacağız. Peki sicim teorisinde sözü geçen diğer boyutları neden göremiyoruz? Bunu sokak lambalarını örnek göstererek açıklayalım:

 

Bir sokak lambası direğine uzaktan baktığınızı düşünün. Bu direği uzaktan tek boyutlu görüyorsunuz (40-50 metre öteden bizim için dikey bir çizgiden ibaret değil mi?). Önce lambaya biraz yaklaşalım. Artık direğin kalınlığını görebiliyoruz (lamba direğine 2. boyut eklendi). Bu kez lambanın tam yanında duralım ve lamba direğine kollarımızla sarılalım… Şimdi de lambanın çevresini, yani 3. boyutu algıladık! Uzaktan tek boyutlu görünen lamba direğinin 3 boyutlu olduğunu anladık. 🙂

İşte Sicim Teorisindeki saklı boyutlar bizden böyle gizlidir. Nasıl ki gözümüzle bir kum tanesinden daha küçük parçacıkları göremeyiz (bunun için mikroskop gerekiyor), evrenimizi oluşturan ekstra küçük boyutları da 5 duyumuzla veya elimizdeki mevcut ölçüm aletleriyle fark edemeyiz. Bunlar kendi üstüne iplik veya kumaş gibi kıvrılmış, gözümüzün göremeyeceği kadar küçük bir alana sıkışmıştır.

 

 

İşimiz zor

Bilim adamlarının elektromanyetik kuvvet, çekirdek kuvvetleri ve kütleçekimi tek bir fizik yasasında birleştirmek için neden ekstra boyutlarından faydalandığını biliyor musunuz? Her fizik kuvvetinin belirli sayıdaki uzay boyutunda etkili olduğunu düşünün. Diyelim ki vücudumuzdaki atomları oluşturan çekirdek kuvvetleri ve dünyayı görmemizi sağlayan ışığı oluşturan elektromanyetik kuvvet sadece 2 boyutlu bir uzayda etkili olsun ama kütleçekim 3 boyutlu uzayda etkisini göstersin.

 

Bu durumda kuantum fiziği ile görelilik teorisini birleştirmekte neden zorlandığımızı anlayabiliyoruz: Kuantum fiziği 2 boyutlu uzaya nüfuz edebiliyor. Görelilik teorisi ise 3 boyutlu uzayda işliyor. İkisini 4 boyutlu uzay-zamanda birleştiremiyoruz ama 11 boyutlu uzay-zamanda birleştirebiliyoruz.

Şöyle de düşünebiliriz, biz 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10. uzay boyutlarını göremiyoruz, bu boyutlara geçemiyoruz; çünkü bizi oluşturan atomlar ve evreni görmemizi sağlayan ışık bu boyutlara nüfuz edemiyor! Tıpkı elimizin Tom ve Jerry çizgi filmlerinde gördüğümüz küçük fare deliğine sığmaması gibi, biz de uzaydaki küçük ekstra boyutların içine giremiyoruz.

 

Evrenin geleceği

Öyleyse çok ilginç bir durumla karşı karşıyayız. 100 trilyon yıl sonra evrendeki bütün yıldızların söneceğini, bütün atomların duracağını, bütün kara deliklerin buhar olacağını biliyoruz. Evrenimize enerjisini kazandıran, evrenimizi zemberek yayı gibi kuran saklı boyutların hepsi yufka hamuru gibi açılacak. Evren relaks olacak ve bütün enerjisini tükettiği için atomlar ve atomaltı parçacıkların çözülmesi, dağılmasıyla birlikte kainat yok olacak. Sizi bilmem ama ben 3 boyutlu uzaydan memnunum. Evren 5 boyutlu olmasın, çünkü bu evrenin ölmek üzere olduğunun işaretidir.

 

Evrenin bebeklik resmindeki saklı boyutlar

Son haftalarda sizinle Planck Uzay Teleskopunun evrenin bebeklik fotoğrafını çekmesi, yani kozmik arka plan mikrodalga ışınım haritasını çıkarmasıyla ilgili birkaç haber paylaştım. Bilim adamlarına göre evrende saklı boyutlar varsa, bu boyutların izleri göklere yazılmış olmalı.

Evren eskiden tek boyutlu veya balon yüzeyi gibi iki boyutlu bir uzaydan oluştuğuna ve uzay Büyük Patlama anında çok küçük olduğuna göre, evrendeki küçük ekstra boyutların işaretlerini Planck’ın çektiği bebeklik resimlerde görebiliriz. Planck’ın haritasında mikroskobik ekstra boyutları göremesek dahi, bunların ışığın nüfuz edebildiği boyutlardaki dolaylı etkilerini ölçebiliriz.

 

Nitekim Mureika ve Stojkovic de aynı fikirde: “Demek ki belirli bir enerji düzeyinin üstünde, parçacıklar üç boyutta değil, iki boyutta hareket ediyor.” Bunun için evreni bir sinema perdesi olarak düşünmemiz yeterli. Sinema perdesinin iki boyutlu olduğunu biliyoruz ama özel gözlükler takarak 3 boyutlu film de izleyebiliyoruz. 🙂

Gerçi Planck Uzay Teleskopunun çözünürlüğü uzaydaki ekstra boyutları kesin olarak test etmek için yeterli değil. Ancak, yeni ve daha gelişmiş bir teleskopla bu gizemi çösebiliriz ve aslında bunun için kozmik arka plan mikrodalga ışınımını incelemek zorunda değiliz.

 

Örneğin kütleçekim dalgalarının yalnızca üç boyutlu uzayda yayılabileceğini biliyoruz. Büyük Patlamadan kalan kütleçekim dalgalarını gözlemlersek ve bu dalgaların çok yüksek enerji değerlerinde aniden kesildiğini fark edersek, evrenin eskiden sadece tek boyutlu uzaydan oluştuğunu kanıtlamış oluruz: Yeni teoriye göre tek boyutlu uzay ancak çok sıcak bir evrende, çok yüksek enerji değerlerinde, yani Büyük Patlamada ortaya çıkabilir.

Uzayda görebildiğimiz boyut sayısının zamanla artıp artmadığını; İsviçre’de yer alan ve dünyanın en büyük parçacık hızlandırıcısı olan CERN’ün Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) deney aygıtında da test edebiliriz. Evren (uzay-zaman) 1 TeV enerji düzeyinde iki boyutlu oluyorsa, deneylerden sadece 2 boyutlu enerji sinyalleri almamız gerekiyor. Bu da evrenin eskiden tek boyutlu uzayla başladığını gösteren bir kanıt olacaktır (1 TeV= 1 teraelektronvolt).

Yazının devamı için Holografik evren: Varoluş içi boş bir hologram mı? bağlantısını tıklayınız.

 

Brian Greene saklı boyutları anlatıyor