Çokluevren Oluşturan Enerji Nereden Geliyor?

Çokluevren oluşturan kozmik enflasyona yol açan enerji kütle ve enerji nereden geliyor? Evren kozmik enflasyon teorisine göre sürekli yeni evrenlere bölünüyorsa enerjinin korunumu yasası ihlal edilmiyor mu? Yoksa çokluevreni oluşturan enerji yaşadığımız evrenin son 6 milyar yılda gittikçe hızlanarak genişlemesi, yani uzayın büyümesinden sorumlu olan karanlık enerji mi?

Çokluevren soruları

Peki evren genişlerken yeni karanlık enerji yaratılmıyor mu? Bu da enerjinin yoktan yaratılamayacağını söyleyen enerjinin korunumu yasasına aykırı değil mi? Öyleyse fizikçiler neden hâlâ evrendeki toplam enerjinin değişmediğini söylüyor? Bu hafta bir okurum tüm bunları sordu ki çok derin sorular. Yanıtları da bizim için büyük sürpriz olacaktır. Evreninin nasıl oluştuğunu görelim.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Çokluevren nedir?

Çokluevren derken kainatta çok sayıda, belki de sonsuz sayıda evren olduğunu düşünürüz. Evren sayısı da hangi teoriyi savunduğunuza göre değişir. Yaşadığımız evren bunlardan biridir ve çapı 92 milyar ışık yılı olup uzak gelecekte görebileceğimiz tüm galaksileri kapsayan bu uzay parçasına gözlemlenebilir evren deriz. Gözlemlenebilir evrenin sınırında Trump’ın Meksika sınırına diktiği gibi bir duvar yoktur. Bu sınır yalnızca uzayda görebileceğimiz en uzağı gösterir.

Sonsuza dek beklesek bile evrenin görebileceğimiz kısmı her zaman sınırlı olacaktır; çünkü evren sürekli genişliyor ve uzayın genişleme hızı evrenin kenarında ışık hızını aşıyor. En uzak galaksilerin ışığı bize asla ulaşamayacak; çünkü aradaki uzay ışıktan hızlı genişliyor. Nitekim bunu söyleyen kozmik enflasyon teorisi gözlemlerle kanıtlanmıştır.

Öte yandan çokluevren fikrini de kozmik enflasyon üretiyor. Yeni evrenler varsa bunları oluşturan enerjinin nereden geldiğini kozmik enflasyona göre açıklamamız gerekiyor. Evren 13,78 milyar yıl önce gerçekleşen sıcak büyük patlamadan beri genişliyor. Genişleme hızı 1 megaparsekte (3,26 milyon ışık yılı) saniyede yaklaşık 70 km’dir.

Bu da 1 megaparsek uzaktaki bir galaksinin bizden saniyede 70 km hızla uzaklaştığı anlamına gelir. Çokluevrenin nasıl oluştuğunu anlamak için evrenin ham maddesine de bakmak lazım. Evrenin yüzde 68’i karanlık enerji, yüzde 27’si karanlık madde, yüzde 4,9’u madde, binde biri nötrino ve on binde biri de fotonlardan, yani ışıktan oluşur ama dikkat edin: Bunlar uzayın içinde yer alan şeyler.

Peki uzayın kökeni nedir?

Uzayın neden oluştuğunu bilmiyoruz. Karanlık enerji uzayı büyütüyor dedik ama karanlık enerjinin ne olduğunu da bilmiyoruz. Çokluevren ise ancak boşluktan yeni evrenler oluşması veya uzayın genişlemesiyle ortaya çıkabilir. Gözlemlenebilir evreni karanlık enerji genişlettiğine göre çokluevreni oluşturan enerji de karanlık enerji veya ona yol açan şeyden geliyor olabilir. Demek ki okurumun sorduğu soruların yanıtı uzayın ne olduğu ve nasıl oluştuğu sorusunun yanıtında yatıyor. Görelim:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Çokluevren ve uzayın sınırı

Evrenin fiziksel sınırı olmadığı için evrenin kenarının uzaklığı neyi baz aldığınıza göre değişir. Kısaca sayalım; çünkü gözlemlenebilir evrenin dışında diğer evrenler başlıyor ve gözlemlenebilir evrenin sınırı ~46 milyar ışık yılıdır.

• Bugün ışığı bize yeni ulaşan en eski galaksiler 14,5 MİLYAR IŞIK YILI uzaktadır. Bunlar bizden ışık hızında uzaklaşmaktadır. Işık hızı nedenselliğin hızı olduğu için daha uzak galaksiler ve olaylar bizi etkileyemez. Buna kozmik olay ufku veya Hubble ufku deriz ama bu kozmik görüşümüzün sınırı değildir. Evrende daha uzağı görebiliriz!
  
• Çok uzak gelecekte olsa da ışığı bize sonlu sürede ulaşabilecek en uzak galaksi bugün 16,7 MİLYAR IŞIK YILI uzaktadır. Bu galaksilerin ışığı bize henüz ulaşmamıştır ki bunlar bizden ışıktan hızlı uzaklaşıyor ve çoktan evrenin dışına çıkmış bulunuyor ama ışıktan yavaş uzaklaşırken yaymış oldukları ışık zamanla Dünya’ya ulaşacaktır. Buna kozmolojik ufuk veya gelecek olay ufku deriz.
• Evren genişledikçe kozmolojik olay ufku daralacaktır. Bir gün Virgo galaksi kümesi dışındaki bütün galaksiler göremeyeceğimiz kadar uzakta kalacaktır. Bu da evren büyüdükçe gözlemlenebilir evrenin küçülmesi demektir. Yine de bu galaksileri ancak 13,4 milyar yıl önce yeni oluştukları haliyle görebilirdik; çünkü ilk galaksiler 13,4 milyar yıl önce oluştu. Yine de bu galaksilerin ışığı uzak gelecekteki teknolojiyle bile göremeyeceğimiz kadar soluk olacaktır.
• Daha uzakta ise geçmişte yaşanan en eski olayların ışığını görürüz. Örneğin evrendeki ilk yıldızların bulunduğu konum bugün bize 20 MİLYAR IŞIK YILI uzaktadır. İlk yıldızlar galaksilerden eskidir. Bu yüzden ilk yıldızların oluştuğu nokta gelecekte ışığı bize ulaşacak en uzak galaksilerden daha uzaktır. İlk yıldızların ışığı da asla göremeyeceğimiz kadar soluk olacaktır.

Evrenin asıl kenarı

• Büyük patlama galaksilerden eskidir. Bu yüzden evrende görebildiğimiz en eski ışığın kaynağı bugün 43 milyar ışık yılı uzaktadır; çünkü en eski ışık büyük patlamanın ışığıdır. Buna kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) deriz. CMB uzaya evren 380 bin yaşındayken yayıldı. O zaman evrenin kenarı olan nokta bugün 43 milyar ışık yılı uzaktadır. Buna geçmiş kozmik olay ufku denir.
• Buna rağmen gözlemlenebilir evren 46 milyar ışık yılı yarıçapındadır. Evren 13,78 milyar yıl önce büyük patlamayla oluştu. Büyük patlama anında evrenin çapı bir bezelye tanesi ila greyfurt kadardı. Evrenin o anki kenarı bugün bize 46 milyar ışık yılı uzakta ama evren 380 bin yaşından gençken mattı. Bu yüzden büyük patlama anını asla göremeyeceğiz ama büyük patlamadan kalan nötrinolar, ışığın tersine CMB zamanında değil, büyük patlama anında yayılmıştı. İşte buna parçacık ufku deriz. Dolayısıyla evrende 4 ufuk vardır.

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

 

Çokluevren ne kadar büyük?

Kozmik enflasyon teorilerine göre iki ana çokluevren türü vardır: 1) Yaşadığımız gözlemlenebilir evrenin parçası olan mega evren ve 2) Başka büyük patlamalarla bizden tümüyle kopuk olarak oluşan diğer mega evrenler. Mega evrenlerin içerdiği gözlemlenebilir evren sayısı mega evrenin büyüklüğüne göre değişir; ancak her gözlemlenebilir evren büyük patlama anında yalnızca kendi mega evreniyle temasta olabilir (çarpışan evrenler hariç).

Kozmik enflasyon teorilerine göre ait olduğumuz mega evrenin ne kadar büyük olduğunu bilmiyoruz. Sonsuz büyüklükte olabilir! Örneğin yaşadığımız evren görebildiğimiz kadarıyla düzdür. Nasıl ki Dünya yuvarlak ama yerden bakınca düz görünür, büyük patlamanın simetrik olduğunu kabul edersek mega evren de yuvarlak ama yaşadığımız evrenden bakınca düz görünür. Bugünkü gözlemlere göre mega evren kusursuz simetrik, yani küre şeklindedir.

Mega evrenin büyüklüğünü bilemeyiz. Belki de gözlemlenebilir evrenden 1000 kat daha büyük bir hacimde bile göze düz görünüyor olabilir. Öte yandan mega evrenin yuvarlaklığının (eğriliğinin) gözlemlenebilir evrenin sınırında fark edilir ölçüde belirginleştiğini varsayarsak mega evrenin çapının yaşadığımız evrenden 400 kat büyük olması gerekir. Bu da mega evren hacminin 64 milyon kat büyük olması demektir. Bu durumda mega evrendeki galaksi sayısı ~200 milyar x 64 milyon olacaktır.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Çokluevren ve kozmik enflasyon

Kozmik enflasyonun varlığını, yani evrenin büyük patlamadan önce ışıktan hızlı genişlediğini gösteren kanıtlar var: 1) Evrene baktığımızda galaksilerin 3,26 milyon ışık yılı uzaklıktan itibaren birbirinden her yönde uzaklaşmakta olduğunu görüyoruz (mega evrenin küresel olduğunu düşünmemizin bir sebebi budur). Üstelik galaksiler ne kadar uzaksa bizden o kadar hızlı uzaklaşıyor. Bu da zamanı film gibi geri sararsak evrendeki tüm madde ve enerjinin tek noktada toplanacağını gösteriyor (büyük patlama).

2) Dahası madde ve enerjinin büyük ölçeklerde evrene eşit dağıldığını görüyoruz (galaksiler ortalama olarak her yönde eşit sayıdadır). Bu da evrenin toplam enerji yoğunluğuyla büyük patlama anındaki genişleme hızının 1/10²⁵ kesinlikle eşit olduğunu gösteriyor (mega evrenin küre olduğunu düşünmemizin ikinci sebebi). Büyük patlama bunu açıklamıyor.

3) Ayrıca evrende büyük patlamadan kalma yüksek enerji izleri de görmüyoruz (kozmik sicimler, manyetik tekkutuplular vb.). Bu da büyük patlama anında sıcaklığın çok yüksek olduğunu gösteriyor (10³² kelvinden yüksek). Büyük patlamanın bu kadar sıcak olmasının tek yolu enerji yoğunluğunun çok yüksek olması, yani o sırada evrenin çok küçük olmasıdır (belki bezelye tanesi kadar). 4) Dahası evren kenarına kadar düz görünüyor ve 4) evrenin çapı da (92 milyar ışık yılı) yaşından büyüktür ama yalnızca evren 13,78 milyar yaşında! Kozmik enflasyon bütün bunları açıklıyor:

İlgili yazı: Evrensel Sabitler Zamanla Değişiyor mu?

 

Çokluevreni özetlersek

Buna göre evren sıcak büyük patlamadan önce ışıktan hızlı genişledi, adeta balon gibi şişti ki kozmik enflasyon adını buradan alıyor (evrensel şişme). Bu sırada evrende uzaydan başka bir şey yoktu ve uzay da karanlık enerji ya da ona benzer bir şeyle doluydu (veya ondan oluşuyordu). Kozmik enflasyonun ne olduğunu önceki yazılarda detaylı anlattım ama kozmik enflasyon bir nedenle sona erdiği zaman içerdiği enerji aniden uzaya boşalarak bildiğimiz evreni oluşturan sıcak büyük patlamaya yol açtı.

Evrenin çok düşük entropili, küçük, sıcak, yoğun ve homojen olduğu büyük patlama öncesindeki duruma kozmik enflasyon getirdi. Sıcak büyük patlamayla birlikte madde, enerji, radyasyon, karanlık madde ve belki de karanlık enerji oluştu. Evrenin büyük patlama anında belirsizlik ilkesinden kaynaklanan rastgele kuantum salınımları görülecek kadar küçük olduğunu biliyoruz. İşte bu küçük enerji salınımları bugünkü boş uzayı ve galaksileri üretmiştir. Peki büyük patlama öncesinde uzayın ışıktan hızlı şişmesine yol açan enerji (buna inflaton alanı diyoruz) da kuantum fiziğine tabi miydi?

İlgili yazı: Kuantum Ölçümler Enformasyonu Yok Ediyor mu?

 

Çokluevren için evet

Büyük patlama ondan önce var olan sanal uzayın çok küçük bir parçasının, nötrinodan bile küçük bir parçasının ışıktan hızlı şişmesiyle oluştu. Bu nedenle büyük patlama öncesinde nasıl bir uzay varsa sonsuz büyüklükte olduğunu söyleyebiliriz. Bu da kozmik enflasyonun evrenin dışında ezelden beri sürdüğü ve belki de sonsuza dek süreceğini gösteriyor olabilir. Ne de olsa gözlemlenebilir evrenin dışında kalan galaksiler de bizden ışıktan hızlı uzaklaşıyor. Genel resme bakarsak evrenin ışıktan hızlı şiştiği kozmik enflasyon 46 milyar ışık yılı uzakta devam ediyor.

Peki büyük patlama ve kozmik enflasyon öncesinde sonsuz büyüklükte olan “sanal uzay” kuantum fiziğine nasıl tabi olabilir (öyle olmak zorunda, yoksa kozmik enflasyonun büyük patlamayı nasıl oluşturduğunu açıklayamayız). Bu sorunun yanıtı çok karmaşık o yüzden basit geçeceğim. Büyük patlama öncesinde uzayın tümüyle boş olduğunu düşünün. Inflaton alanı dışında uzayı dolduran hiçbir şey yoktu. Hiçliğin enerjisinde anlattığım gibi inflaton alanı uzayı dolduran tek kuantum alanıdır ve boş kuantum alanları bile belirsizlik nedeniyle rastgele titreşir, yani kuantum fiziğine tabidir.

Kuantum salınımları inflaton alanının sonsuz sanal uzayın bir köşesinde aniden ortaya çıkıp uzayın o parçasının kısa süre için ışıktan hızlı şişmesine yol açmış olabilir. Aynı zamanda şişmenin aniden durması ve sıcak büyük patlamayla birlikte evrenin ışıktan yavaş genişlemeye başlamasına yol açmış olabilir. Bu durumda farklı çoklu evren kategorileri var::

4 çoklu evren türü

• Belki sonsuz büyüklükte olan veya tümüyle ışıktan yavaş genişlemeye başlayana kadar çok büyük bir hacme erişen mega evren.
• Mega evrenin bir parçası olan yaşadığımız evren ve diğer gözlemlenebilir evrenler.
• Mega evrenin bazı kısımlarının ışıktan hızlı şişmeye devam etmesiyle ondan çıkan diğer mega evrenler ve onların gözlemlenebilir evrenleri (delinen futbol topunun meme yapması gibi düşünün, yani mega evrenimizden türeyen mega evrenler).
• Inflaton alanının evren öncesi sanal uzayda oluşturduğu diğer mega evrenler (bunların bizimle hiçbir ilgisi yoktur ama belki kara deliklerle başka evrenlere yolculuk mümkün olabilir).

İlgili yazı: Kuantum Deneyi Nesnel Gerçeklik Yok Dedi

 

Çokluevren enerjisi nereden geliyor?

Kozmik enflasyon mega evrenimizin enerjisinin kökenini açıklıyor ama kozmik enflasyon enerjisinin nereden geldiği sorusu da var. Bu konuda bildiğimiz tek şey sanal uzaydaki kuantum salınımlarının kozmik enflasyonu tetikleyebileceğidir. Peki bu “enerjiyi yok edemez ve yoktan yaratamazsınız” diyen enerjinin korunumuna aykırı değil mi? Sonuçta kozmik enflasyon rastgele kuantum salınımlarıyla oluşuyorsa enerji yoktan yaratılmış demektir.

Hayır aykırı değil; çünkü bu ilke sadece kapalı fiziksel sistemler ve kapalı uzay parçalarında geçerlidir. Dünya, gözlemlenebilir evren gibi… Kozmik enflasyonun tetiklendiği uzay ise gerçek uzay değil, sanal uzay olup sonsuzdur. Sonsuz uzay kapalı fiziksel sistem değildir ve açık sistemlerde enerji korunmaz. O yüzden çokluevrenin enerjisi evren öncesi hiçlikten gelir diyebiliriz (köpük evrenlerde de anlattım).

Bu durumda biz asıl yaşadığımız gözlemlenebilir evren büyük patlamadan beri sürekli genişlerken toplam enerjinin nasıl değişmediğini yanıtlayalım. Bunun için de sürekli genişleyen evrende madde ve enerjiye ne olduğunu görelim. 1) Normal madde ve karanlık madde parçacıklardan oluşur. Bunların kütlesi, enerjisi ve ortalama olarak hacmi bellidir. Evren genişlerken sadece uzay genişler, içinde yeni parçacıklar oluşmaz. Dolayısıyla evren genişlerken madde ve enerji seyrelir ama miktarı değişmez.

2) Radyasyon farklıdır: Uzay genişlerken uzak galaksilerden gelen ışık ışınları ip gibi gerilir, dalga boyu uzar, frekansı azalır. Işık kırmızıya kayar ve enerjisi azalır. Unutmayın, genişleyen evren açık bir sistemdir ve açık sistemlerde enerji korunmaz. 3) Karanlık enerji de farklıdır: Bildiğimiz kadarıyla birim uzaydaki hacmi sabittir ve dahası boş uzayın enerjisidir. Uzay genişledikçe toplam karanlık enerji miktarı artar ve bu da uzayın daha hızlı genişlemesine yol açar.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Çokluevren ve açık sistemler

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam Dünya’dan uzaya çıkabiliriz, güneş sistemi ve hatta galaksinin dışına çıkabiliriz. Öyleyse evrende kapalı sistem yoktur.” Hayır, daha geniş düşünün. Evrenin dışına çıkamazsınız! Ayrıca cezveye su koyduğunuz ve ağzını kapattığınız zaman su cezvede kalır. Demek istiyorum ki evrenin tamamı açık sistemdir ama evren yerel olarak kapalı sistemler içerebilir. Örneğin Dünya’nın uzayda olması kendi havası ve suyu olmasını engellemez.

Yine de haklısınız. Bu fizik açısından, termodinamik açıdan tatmin edici bir yanıt değildir ama evrenle ilgili her şeyi bilmiyoruz ve bu elimizdeki en iyi bilimsel açıklamadır. Öyle ki uzayın belirli bir parçasını alıp sadece bunu denklemlere dahil ederek uzayın geri kalanını işlem dışı bırakabiliriz. Kısacası evrene keyfi sınırlar koyduğumuz zaman bunların içinde yaptığımız işlemler enerji korunumunu gerektiren termodinamik yasalarına uygun olur.

Örneğin buharlı makineler sınırlı sistemlerdir ve bunların çalışmasını termodinamikle açıklayabiliriz. Bu durumda gözlemlenebilir evren sınırları içinde enerji korunur diyen global bir enerji yasası koyabilirsiniz. Zaten bunu yapmadan fizik yapmak da imkansızdır. Şimdi tüm bunları toparlayarak yazımızı bitirelim: Genişleyen evrende radyasyon evrenin dışına çıkar (radyasyon pozitif enerjidir) ve dolayısıyla ışık kırmızıya kayarak enerji kaybeder.

Karanlık enerji ise evreni genişleten negatif enerjidir. Bu yüzden evren genişledikçe toplam karanlık enerji artar ama birim uzayda sabittir. Neden derseniz karanlık enerjinin tamamı evreni genişletmeye harcanır ve bu yüzden uzayın içindeki enerji artmaz, yalnızca uzayın enerjisi artar ve uzayın içini kapalı sistem olarak düşünürseniz evrenin toplam enerjisi yerel olarak değişmez.

Çokluevren için sonsöz

Peki ya karanlık enerjinin birim uzaydaki şiddeti de zamanla artıyorsa ne olacak? Bu enerjinin korunumuna aykırı olur mu? Karanlık enerji artarsa evrenin nasıl yok olacağını şimdi okuyabilirsiniz ama bu durum enerjinin korunumuna aykırı olmaz. Yalnızca uzay daha kısa mesafelerde daha hızlı genişleyecektir. Öyleyse mega evrenimizin parçası olup da fizik yasaları bizden farklı olan en yakın evren ne kadar uzakta? Dahası karanlık akış gerçek mi? Evreni kendimize çeken başka bir evren mi var? Çok sayıda bilimsel sorunun yanıtını kolayca bulabileceğiniz güzel bir hafta sonu dilerim. 😊

Evrende kaç galaksi var?

¹Model of a multiverse providing the dark energy of our universe
²A brief history of the multiverse