Evren ilkin kütleçekim dalgaları ile nasıl oluştu?

Büyük patlamadan kalan ilkin kütleçekim dalgaları evrenin nasıl oluştuğunu gösterecek. Büyük patlama, uzay boşluğuna kara delik çarpışmalarından çok daha şiddetli kütleçekim dalgaları yaydı. Öyle ki Roger Penrose’a göre, yaşadığımız evren kara delik olarak çöken eski bir evrenden doğmuş olabilir.

İlk kütleçekim dalgaları            

İki kara delik veya nötron yıldızı çarpıştığı zaman birleşiyor ve daha büyük kütleye sahip tek bir kara deliğe dönüşüyor. Ancak, yeni kara deliğin kütlesi, çarpışan kara deliklerin kütlesinin sadece üçte ikisine eşit oluyor. Sonuçta bunlar çarpışırken, sahip olduğu kütlenin üçte birini uzaya kütleçekim dalgaları olarak salıyor.

Ancak, kara deliklerin içinde yerçekiminin sonsuz olduğu veya sonsuza ulaştığı tekillik noktası yer alıyor. İşte bu yüzden ışık kara deliklerden dışarı çıkamıyor ve bu cisimler kara delik adını alıyor. Öte yandan, bugünkü evrende bulunan maddenin tamamı ve enerjinin önemli bir kısmı da büyük patlama sırasında tekilliğe sıkışmıştı.

Kütlenin enerjiden oluşmasından yola çıkan evrenbilimciler de büyük patlama sırasında, uzaya çok şiddetli kütleçekim dalgalarının yayıldığını düşünüyorlar. Bunlara ilkin kütleçekim dalgaları diyoruz. İlkin kütleçekim dalgaları evrenin büyük patlamadan sonra nasıl oluştuğunu gösteriyor.

İlgili yazı: Dünyada Olmayan Elementler İçeren Yıldız

 

Ancak yerçekimi ile karıştırmayın!

Yerçekimi dalgaları mekanik dalgalar ve örneğin denizi dalgalandırıyor. Kütleçekim dalgaları ise bizzat uzay boşluğunu dalgalandırıyor. Dahası, her saniye Dünya’nın içinden çok sayıda kütleçekim dalgası geçiyor ve bunlar gezegenimizi stres topu gibi sıkıştırıp esnetiyor. Neyse ki kara delik çarpışmalarından kaynaklanan dalgalar bize gelene kadar zayıfladığından Dünya’yı parçalamıyor!

Peki evren nasıl oluştu?

Evren boşluktan nasıl oluştu ve LISA Kütleçekim Dalgalarını Uzayda Arayacak yazılarında kütleçekim dalgaları hakkında detaylı bilgi verdim. Teorik fizikçilerin evreni tek bir denklemle açıklamak için yerçekimi ile kuantum fiziğini birleştirerek her şeyin teorisini geliştirmeye çalıştıklarını belirttim.

Günümüzün en başarılı kuantum kütleçekim kuramını geliştiren sicim teorisinin de tüm evreni açıklamaya en yakın teori olduğunu; ama süpersimetri kanıtlanmadığı için sorunlar yaşadığını anlattım.

Bu yazıda ise evrenin doğumundan kalan ilkin kütleçekim dalgalarını göreceğiz; çünkü kozmik enflasyon, sicim teorisi ve halka kuantum kütleçekim kuramı gibi teoriler içinde hangisinin doğru olduğunu ilkin kütleçekim dalgaları gösterecek.

Örneğin, evren sanal parçacık uzayında gerçekleşen rastgele kuantum salınımlarıyla mı oluştu? Yoksa kendinden önce gelen bir evrenin çöküp yok olmasından sonra geri sekerek genişlemesiyle mi meydana geldi? Peki başka bir evrende süpernova olarak patladıktan sonra kara delik halinde çöken bir yıldızın zaman dahil 4 boyutlu kalıntılarından oluşmuş olabilir mi?

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Kısacası teori bol

Ancak kanıt yok; ama fiziğin büyük üstatlarından Roger Penrose, uzayda bükülen ışığın polarizasyonuna bakan BICEP2 teleskopunun verilerini inceledi ve ilkin kütleçekim dalgalarını BICEP2 verilerinde tespit ettiğini söyledi.

Doğrusu Penrose fizik öğrenmek üzere ilk okuduğum araştırmacılardan biri ve birçoğuna katılmasam da ufkumuzu açan dahice fikirleri var. Nitekim 2016’da, Penrose’un Kralın Yeni Aklı adlı kitabını Türkçeye kazandıran fizikçimiz Prof. Dr. Tekin Dereli ile bir söyleşi yaparak bu eseri Popular Science Türkiye dergisi için hazırladığım makalede tanıttım.

Daha sonra blogda yayınlanan İnsan beyni kuantum bilgisayar mı yazısında ise Penrose’un alternatif kuantum bilinç teorisini inceledim.

Ancak, bu yazıda başka bir şey yapacağız: Roger Penrose’un ana kariyeri olan kütleçekim tensörleri ve çıplak tekillik (neden kara deliklerin içini göremiyoruz konusu) alanlarında yaptığı araştırmalardan yola çıkarak ilkin kütleçekim dalgalarını ele alacağız. Bunu da son derece anlaşılır bir dille yapacağız.

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

 

Evrenler silsilesi

Penrose’un sıra dışı bir evren teorisi var: Uzayda tek bir kainat olduğunu ve bunun parçası olan evrenlerin 100 trilyon yıl ve hatta 10⁵⁰⁰⁰ yıllık süper uzun döngülerde büzülerek kara delik halinde çöktüğünü düşünüyor (dev boyutlardaki kainatı parsel parsel dolduran milyarlarca evren).

Daha doğrusu sonsuzluk kadar uzun sürelerde aşırı genişleyen ve içindeki madde-enerji yoğunluğu seyrelerek yok olmaya yüz tutan bu evrenlerin, bizim gibi sonsuza yakın uzaklıktaki bir evrenden bakınca kara delik olarak göründüğünü söylüyor.

Hatta evrenimizin bize göre kara delik halinde buharlaşan bir evrenin yol açtığı büyük patlama sonucunda yaratıldığını düşünüyor!

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kozmik perspektif

Dediğim gibi aykırı bir fikir; ancak günlük hayattan basit bir örnekle açıklayabiliriz: Çok uzaktaki bir noktayı belli belirsiz görürsünüz. 10⁵⁰⁰⁰ yaşında olan ve artık yaşlılıktan çürüyüp yok olan bir evreni de muazzam yaşı gereği 10⁵⁰⁰⁰ ışık yılı uzaktan görürsünüz. Sonuçta ışık hızı sınırlı ve ne kadar uzağa bakarsanız o kadar eskiyi görebilirsiniz.

Kısacası bu evrene o kadar uzaktan bakıyor olursunuz ki antik evren, gözünüze sonsuz küçüklükteki bir noktaya sonsuz madde ve enerji sıkışmış gibi görünür. Bildiğiniz gibi bu da kara deliğin tanımıdır. Öyleyse o süper uzak evreni de en süper kütleli kara delik olarak görürsünüz. Bunu çok uzak bir noktanın tekillik olarak gözükmesi bağlamında Hawking Noktası olarak adlandırıyoruz.

Dahası var

10⁵⁰⁰⁰ yaşındaki en süper kütleli kara delik bile bizim evrenimizden bakınca çoktan buharlaşarak yok olmuş olacaktır. Bu durumda biz buharlaşan kara deliği dev bir patlama, yani büyük patlama olarak görürüz! Penrose’a göre evrenimizi oluşturan büyük patlama, aslında uzaktan bakınca buharlaşan kara delik gibi görünen eski evrenin izidir.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Bizi kara delik doğurdu

Roger Penrose, Hawking Radyasyonu ile buharlaşan kara deliklerin kütleçekim dalgaları yaydığını söylüyor. Büyük patlama da eski evrenin uzaktan görünüşü ise (kara delik, yani Hawking Noktası) kütleçekim dalgaları yayıyor olmalı.

İlk kütleçekim dalgalarına ilkin kütleçekim dalgaları diyoruz ve bunlar evrenimizin nasıl oluştuğunu gösteriyor. Roger Penrose ve Vahe Gurzadyan tarafından geliştirilen bu teoriyi uyumlu döngüsel kozmoloji (CCC) olarak adlandırıyoruz.

CCC teorisi kara delikler gibi olay ufku yaratan cisimler için geçerli olan tamamlayıcılık ilkesini kullanıyor. Kara deliğe düşen astronota ne olur yazısında anlattığım gibi, astronot bizim açımızdan kara deliğe yaklaşırken zamanda donar. Işığı aşırı kırmızıya kayarak solar ve onun kara deliğe girdiğini asla göremeyiz.

Öte yandan, astronot kendi açısından çoktan kara deliğe girmiş ve içindeki tekillikte parçalanarak yok olmuştur. İşte birbiriyle çelişen iki farklı olayın (birbirini etkileyerek paradoksa yol açmamakla birlikte) eş düzeyde geçerli olmasına fizikte tamamlayıcılık ilkesi diyoruz.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Olay ufku

Nitekim biz kara deliğin içini görmüyoruz ve kara deliğin içine düşen cisimler de dışarı çıkamıyor. Kısacası bizim açımızdan kara deliğin içi evrenimizden tümüyle kopuk olan ayrı bir evren oluyor. İşte bu yüzden kara deliğin dış yüzeyine olay ufku diyoruz:

Biz kara deliğin içindeki olayları etkileyemiyoruz ve kara delik de bizim evrenimizdeki olayları etkileyemiyor (Kütleçekim kuvvetinin yarattığı yerçekimi alanı ile kendine yaklaşan cisimleri ve parçacıkları yutmak dışında).

Dahası kuantum fiziğine göre bütün olay ufukları radyasyon, yani enerji dalgaları yayıyor. Bizim evrenimizdeki kara delikler için bu Hawking Radyasyonu oluyor. Süper uzaktan bakınca buharlaşan kara delik gibi görünen eski evren için de bu, bizim evrenimizi doğuran büyük patlama ve bu patlamanın yaydığı ilkin kütleçekim dalgaları oluyor!

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Peki nerede bu dalgalar?

Bütün evrenin ortalama sıcaklığı olan -270 derecelik kozmik mikrodalga art alan ışımasında gizlenmiş durumdalar ve aşırı zayıf oldukları için ne yazık ki bu dalgaları göremiyoruz. Neden derseniz:

Evren büyük patlamadan bu yana sürekli genişleyerek dev boyutlara ulaştı ve uzay lastik gibi gerilip uzadı. Bu da ilkin kütleçekim dalgalarının boyunu uzattı ve enerji kaybetmelerine yol açtı.

Gerçi kütleçekim dalgaları tam da bu yüzden Dünyamızı parçalayıp yok etmiyor. Ancak, evrenin oluşumundan bu yana geçen 13,78 milyar yıllık sürede aşırı zayıflamış oldukları için Dünya’daki LIGO ve VIRGO kütleçekim dalgası detektörleri de bunları göremiyor.

Öyle ki kozmik mikrodalga art alan ışıması olarak adlandırılan ortam gürültüsü yüzünden asla göremeyecekler.

İlgili yazı: Madde ve Zamanın Kökeni Nedir?

 

Öyleyse nasıl tespit edeceğiz?

İlkin kütleçekim dalgaları her ne kadar zayıflamış olsa da uzayı dalgalandırıyor ve ışığın uzun mesafelerde aldığı yolu değiştiriyor. Kısacası ışığın polarize olmasına, yani kutuplanmasına yol açıyor.

Polarizasyon, dalgaların birden fazla yönde salınması demek: Sonuç olarak ışık da bir elektromanyetik dalga ve hem elektrik alanından, hem de manyetik alandan oluşuyor. Polarize olmayan normal ışıkta elektrik alanları resimdeki her yönde dalgalanıyor. Polarize ışıkta ise elektrik alanları sadece dikey (yukarı-aşağı) veya yatay olarak (ileri-geri) dalgalanıyor.

Penrose, ilkin kütleçekim dalgalarının ışığı böyle polarize ettiğini düşünüyor. Öyle ki ışığın nasıl polarize olduğuna bakarak uyumlu döngüsel kozmoloji, kozmik enflasyon, kara delik evrenler gibi teorileri test etmek ve hangisinin doğru olduğunu anlamak mümkün.

İlgili yazı: Her Parçacıkta Başka Bir Evren Var mı?

 

Peki bakıp gördük mü?

Güney kutbundaki BICEP2 teleskopu araştırmacıları 2014 yılında ilkin kütleçekim dalgalarını gördüklerini öne sürdüler. Bunun için de ışığın B modu polarizasyon verilerini kanıt olarak gösterdiler.

Ancak fizikçiler B modu polarizasyonu verilerinin, ilkin kütleçekim dalgalarından değil de galaksimizdeki gaz ve toz bulutlarının ışığı bükmesinden kaynaklandığını gösterdi. Bu sebeple büyük patlamadan kalan ilkin kütleçekim dalgalarını henüz keşfetmemiş olduğumuzu söyleyebiliriz.

Öte yandan, BICEP2 ekibi ham gözlem verilerini henüz bizimle paylaşmadı. Roger Penrose ise yeni makalesinde, BICEP2 polarizasyon verilerini başka bir matematik tekniğiyle yorumladığını söylüyor. Buna göre, veri setindeki 20 adet B modu polarizasyonu gerçekten de ilkin kütleçekim dalgalarından kaynaklanıyor.

Oysa Penrose’un matematik tekniği diğer fizikçiler tarafından gerçeği matematiğe uydurmak olarak görülüyor ve bu yüzden kabul edilmiyor. Öyleyse başa mı döndük? Bir anlamda öyle; ancak son kararı BICEP2 araştırmacılarının neredeyse kıskançlıkla sakladığı ham gözlem verileri verecek.

İlgili yazı: Stephen Hawking Evren Sonsuz Değil Dedi

 

Enformasyon paradoksu

Kara deliklerin buharlaşmasına yol açan Hawking Radyasyonu’nun kara deliklerin içindeki cisimlerin bilgisini taşımadığını biliyoruz. Bu nedenle geçenlerde aramızdan ayrılan Stephen Hawking, kara deliklerin enformasyonu yok ettiğini öne sürmüştü. Bu durum fizikte büyük çelişkiye yol açtığı için Hawking daha sonra fikir değiştirdi. Peki Penrose enformasyon paradoksunu nasıl çözüyor?

Penrose bu noktada sicim teorisi fizikçisi Leonard Susskind’in holografik evren ilkesini kullanıyor ve kara deliklerin yüzeyi olan olay ufkunun, içine düşen madde ile enerjinin bilgisini sakladığını söylüyor. Kara delik buharlaşırken yuttuğu bilgiyi evrene geri veriyor. Böylece paradoks oluşmuyor.

İlgili yazı: Çoklu Adem: İnsan Türünün Birden Fazla Kökeni Var

 

Peki ya entropi zehirlenmesi?

Termodinamik yasaları uyarınca zamanın neden geçmişten geleceğe aktığını anlattığım zamanın oku yazısında söylediğim gibi, evrenimiz kendinden önce gelen evrenin madde ve enerjisine dair hiçbir iz taşımamalı. Yoksa entropi zehirlenmesine uğrar ve ölü doğardı.

Neyse ki Penrose’a göre uzaktan bakınca buharlaşan kara delik olarak görünen eski evren, tam da yukarıda anlattığım tamamlayıcılık ilkesi gereği, içerdiği bilgiyi bizim evrenimize değil de kendi içine veriyor. Böylece büyük patlama eski evrenin bilgisini kendi evrenimize taşımıyor.

İlgili yazı: Uzay Sondası Parker Adeta Güneş’e Dokunacak

 

Graviton ve kütleçekim dalgaları

Ancak, sicim teorisine göre yerçekimi ile kuantum fiziğini bir gün birleştirerek kuantum kütleçekim kuramı geliştirmek mümkün olacak. Buna göre yerçekimine yol açan kütleçekim kuvveti de graviton parçacıklarından oluşuyor.

Peki Penrose’un uyumlu döngüsel kozmoloji teorisinde (CCC), eski evrene ait yerçekiminin, büyük patlama üzerinden bizim evrenimize bilgi taşıması mümkün değil mi? Graviton ve dolayısıyla yerçekimi de bilgi taşıyarak entropi zehirlenmesine yol açmaz mı?

Neyse ki hayır: Ne sicim teorisinde ne de CCC kuramında graviton kesinlikle bilgi taşımıyor. Bu sebeple entropi zehirlenmesi söz konusu olmuyor. Bunun en iyi örneğini ise Interstellar filmi ne kadar gerçekçi yazısında anlattım.

İlgili yazı: Yazılımcılara Kuantum Bilgisayar Rehberi

 

4B Hiperküp

Filmin son sahneleri yaklaşırken, kahramanımız geçmiş ve geleceği kütüphane rafları gibi aynı anda gösteren 4 boyutlu hiperküpün içine düşüyor (Aslında kara deliğe düşüyor; ama kara deliğin merkezindeki tekilliğin dört boyutlu bir hiperküp, yani teserakt olduğu ima ediliyor).

Buna karşın kahramanımız geçmişi sadece yerçekimi ile etkileyebiliyor. Ancak, yerçekimi yoluyla mesaj gönderemiyor. Bunun yerine geçmiş bir anda yer alan kütüphanedeki kitapları kütleçekim kuvvetiyle itip yere düşürüyor.

Penrose’a göre, bizim bakış açımızdan sonsuza yakın geçmişte yer alan eski evren de bizim evrenimizi yerçekimi yoluyla; ama hiçbir bilgi iletmeden etkileyebilir.

Nitekim fizikte iki tür nedensellik var: Enformasyona dayalı nedensellik (yani olayların sebebini bilebilmemiz) ve ham nedensellik (olayların nasıl gerçekleştiğini asla bilemeyecek olmamız). CCC teorisinde eski evren, bizim evrenimizi ham nedensellikle oluşturmuş oluyor.

İlgili yazı: Stephen Hawking ve 4 Büyük Başarısı

 

Ak delikler

Elbette bir de ak delikler söz konusu. Bunlar teorik cisimler ve fotoğraf negatifi gibi kara deliklerin tersi olduklarını söyleyebiliriz. Nasıl ki kara deliğini içinden çıkmak için ışıktan hızlı gitmek gerekiyor, ak deliğin içine girmek için de ışıktan hızlı gitmek gerekiyor.

Bu durumda eski evrenin bize buharlaşan kara delik kaynaklı büyük patlama olarak yansımasını ak delik olarak tanımlayabiliriz. Eski evren bizim için kara delik halinde çökmüş ve buharlaşmıştır. Bizim evrenimiz ise kara deliğin arka yüzü olan ak delikten dışarı enerji meşalesi gibi fışkıran büyük patlama ile doğmuştur.

İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?

 

Gerçeğin peşinde

Sonuç olarak sicim teorisi, uyumlu döngüsel kozmoloji (CCC), kara delik evrenler ve kozmik enflasyon gibi kozmoloji teorilerinin içinde hangisinin doğru olduğunu ilkin kütleçekim dalgaları gösterecek. Ancak, 13,78 milyar yıl yaşındaki bu dalgalar evrenin genişlemesi yüzünden o kadar zayıfladı ki bunları tespit etmek çok zor.

Ne yeryüzündeki LIGO ve VIRGO gözlemevleri, ne de 20 yıl içinde uzaya gönderilecek olan LISA lazer girişimölçer uyduları ilkin kütleçekim dalgalarını görebilecek. Tek çare Samanyolu galaksisindeki nötron yıldızlarını yardıma çağırmak.

İlgili yazı: Andromeda ve Samanyolu Nasıl Çarpışacak?

 

Aşırı hassas saatler

NASA X-ışını navigasyon sistemi geliştirdi yazısında anlattığım gibi, atarca delinen genç nötron yıldızları atom saatlerinden bile daha hassas gökcisimleri. Öyle ki uzayı çok kesin periyotlarla dönen polis ışıldağı veya deniz feneri ışığı gibi aydınlatıyorlar.

Biz de Samanyolu’nda binlerce nötron yıldızı keşfeder ve bunların kendi çevresinde dönme hızını yüksek kesinlikle ölçersek Samanyolu’nu dev bir kütleçekim dalgası detektörü olarak kullanabiliriz. Ne de olsa ilkin kütleçekim dalgaları, nötron yıldızlarının da dalgalanmasına yol açacak ve dönme periyotlarının kaymasına sebep olacaktır.

Bu durumda nötron yıldızlarının dalgalanma ölçüsünü LISA uyduları ve LIGO gözlemevinin verileriyle birleştirebilir, böylece ilkin kütleçekim dalgalarını saptayabiliriz.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Uzaylıların mesajı

Her durumda CCC teorisi iki açıdan oldukça devrimsel bir kuram: Bir kere Alan Guth tarafından geliştirilen kozmik enflasyon modeline bir alternatif sunuyor. Guth evrendeki madde ve enerjinin uzaya büyük ölçeklerde eşit ölçüde; ama galaksi ölçeğinde düzensiz olarak dağılmış olmasını açıklamak için bu modeli geliştirdi.

Buna göre evren büyük patlamadan sonra kısa süre için ışıktan hızlı genişledi. Penrose ise buna eski evrenin kara delik olarak buharlaşmasıyla yayılan kütleçekim dalgalarının yol açtığını söylüyor. Dahası evrenin son 5 milyar yılda hızlanarak genişlemesinin sebebi de karanlık enerji değil, ilkin kütleçekim dalgalarının bizim evrenimize yüklediği enerji olabilir diyor.

İlgili yazı: Çoklu Evren: En Yakın Komşu Evren Nerede?

 

Herkes nerede?

İkincisi Penrose herkes nerede sorusuyla tanımlayabileceğimiz Fermi Paradoksu’na da bir yanıt veriyor: Öyle ki evrenin doğumundan kalan kuantum salınımlarını gösteren ve evren 380 bin yaşında iken uzaya salınan kozmik mikrodalga art alan ışımasındaki beneklerin bir kısmı da eski evrende yaşamış olan uzaylıların gelecek evrene gönderdiği yerçekimi sinyalleri olabilir!

Bunlar bilgi içeremez; ama bugünkü galaksileri doğuran ısı farklarını oluşturan sinyallerdir. Kısacası evrendeki varlığımızı eski evren uzaylılarının yolladığı yerçekimi sinyallerine de borçlu olabiliriz. Tabii ki bütün bu konulara gelecek yazılarda değineceğiz ama şimdi tatil zamanı. Hepinize muhteşem bir bayram tatili dilerim.

Evren kara delikten nasıl oluştu?

¹Apparent evidence for Hawking points in the CMB Sky