Evren neden hem sonlu hem sonsuzdur?
Evren neden hem sınırlı hem de sonsuzdur? Evren sonsuza dek genişleyecek. Peki sonsuza dek genişleyecek bir evren nasıl sadece 13,77 milyar yaşında, yani sonlu geçmişe sahiptir? Evren karanlık enerjiyle genişlediği halde toplam enerjisi neden büyük patlamadan beri değişmedi? Evrenin geçmişi ve geleceğini görelim. Zaman gözlemlenebilir evren oluştuğunda akmaya başladığından evrenin geçmişi derken kronolojisini kastediyoruz ki sonsuzluğun sonunda bunu da açıklayacağım. Önceki yazılarda evreni sonsuza dek genişleten kozmik enflasyonu gördük. Şimdi sonsuzluğun evren ve kainat için ne anlama geldiğine bilimle varlık felsefesi açısından bakalım.
Kozmik sonsuzluk problemi nedir?
Evrenin sonsuzluğu ve sınırlarını anlamak için büyük patlama anına geri dönelim. Gözlemlenebilir evren büyük patlama anında en çok bezelye tanesi kadar küçük ve çok sıcak bir noktaydı. Oysa büyük patlamayla birlikte genişlemeye başladı. Genişledikçe soğudu ve uzay boşluğunun sıcaklığı -270 derecenin altına düştü. Bunun nedeni evrendeki toplam enerji miktarının büyük patlamadan bu yana sabit kalmasıdır. Sonuçta kütle enerjiye denktir ve enerjiyi yok edemez ya da yoktan yaratamazsınız. Bu da evrendeki toplam madde miktarının artmasını engeller.
Evrenin sonsuzluğu bağlamında bu konuya geri döneceğiz; ancak yapılan araştırmalar evrenin sonsuza dek genişleyeceği ve içindeki madde–enerji–radyasyon miktarı seyreldikçe mutlak sıfıra soğuyacağını gösteriyor. Bir gün evren o kadar genişleyecek ki yararlı iş yapmakta kullanılabilecek enerji sıfır olacak. Böylece evrende hiçbir etkileşim gerçekleşmeyecek. Bildiğimiz anlamda madde ve enerji yok olacak (kütle enerji denkliğini ve maddenin enerjiyle ilişkisini burada görebilirsiniz). Sorun da burada zaten:
Mutlak sıfırda karamsar bir gelecek de olsa sonsuz geleceği olan bir evren nasıl olur da 13,77 milyar yıl önce, sonlu süre önce başlar? Bu tümüyle felsefi bir soru değildir. Aynı zamanda bilimsel bir sorudur. Evet, felsefi bir yanı var; çünkü büyük patlamadan önceki fiziği tam olarak bilmiyoruz. Sadece soğuk büyük patlamaya ilişkin kozmik enflasyon teorilerimiz var. Aynı zamanda bilimsel bir sorudur; çünkü büyük patlamanın öncesiyle ilgili test edilebilen bilimsel öngörülerde bulunuyoruz. Dilerseniz evren sonlu olduğu halde nasıl sonsuzdur sorusuna bilim felsefesi diyelim de karışıklık çıkmasın. 😉
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Termodinamik sonsuzdur
Kozmoloji modelleri bize evrenin nasıl oluştuğu ve olası geleceklerini gösterir. Evren sonsuza dek yavaş yavaş genişleyerek soğuyabilir. Hızla genişleyerek parçalanabilir. Kendi içine çöküp kara delik olabilir veya küçüldükten sonra genişleyerek küllerinden tekrar tekrar doğabilir. Evrenin ne yapacağı belli olmaz! Oysa biz evrenimizin geleceğinin birinci şık olduğunu biliyoruz. Evren karanlık enerji nedeniyle sonsuza dek genişleyecek. Öyleyse evren son yıldız sönüp son kara delik buharlaştıktan sonra tümüyle ölecek mi? Bizi nasıl bir uzak gelecek bekliyor?
Entropi bize bu konu hakkında bir şeyler söyleyebilir. Konumuz bağlamında entropi evrendeki enerjinin uzaya ne ölçüde dağıldığını gösterir. Enerji uzaya ne kadar eşit dağılırsa yararlı iş yapmakta kullanılan enerji miktarı o kadar azalır. Kısacası evrende iş yapmak enerji fazlalığına, gradyanına bağlıdır. İsten canlı organizmalar olsun isterse basit bir mekanik sistem, makineler enerjiyi bir yerden alıp başka yere aktararak çalışır. Bunun için de evrende enerjinin yüksek ve düşük olduğu en azından iki yer olmalıdır.
Elektromanyetik alan, nükleer radyasyon ve hatta olasılık dalgaları hep uzayzamanda bir yerden bir yere akar. Bununla birlikte termodinamiğin ikinci yasası kapalı bir sistemde entropinin sürekli artacağı ve yararlı işe yarayacak enerjinin sürekli azalacağını söyler. Bu nedenle evren genişledikçe iş yapma kapasitesinin azalacağını söyleyebiliriz.
İstatistiksel yasalar
Öte yandan termodinamik yasaları istatistikseldir; yani yasadan çok trendleri gösterir. Örneğin bir odadaki hava moleküllerinin tümüyle rastlantısal etkileşimlerle odanın tek bir köşesinde toplanma ihtimali o kadar düşüktür ki evrenin ömrü bunu görmeye yetmez. Oysa bir oturma odasında normaldeki gibi 1028 molekül yerine sadece 2 molekül olsa bunların bir anlığına bile olsa bir köşede toplanması mümkündür. Öyleyse termodinamik yasaları entropi sürekli artar demez. Bunun yerine sürekli artma eğilimindedir der. Peki bunun evrenin sonsuzluğu için önemi nedir?
İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız
Evren sonsuzdur dersek ne olur?
Boltzman beyinlerinde anlattığım gibi entropi çok düşük bir olasılıkla ve salt rastlantısal olarak artabilir. Gözlemlenebilir evren de aslında dev bir oturma odası gibidir. Evren sürekli genişlediği için termodinamik olarak açık bir sistem olduğunu düşünebilirsiniz ama tersi geçerlidir. Evrenin dışına çıkamazsınız. Bunun için kenarına erişmeniz ve onun için de ışıktan hızlı gitmeniz gerekir. Dahası evrenin kenarının ötesinde evren bitmez. Sadece uzay bize göre ışıktan hızlı genişler ve dolayısıyla galaksiler bizden ışıktan hızlı uzaklaşır. Fiziksel etkileşimler ışık hızında gerçekleştiği için bizim evrenin dışındaki bir şeyi etkilememiz veya evrenin dışındaki galaksilerden etkilenmemiz imkansızdır.
Bütün bu nedenlerle evren termodinamik olarak kapalı bir kutudur. Evet, karanlık enerji evreni genişletir ama karanlık enerjinin tamamı evreni genişletmeye harcanır. Karanlık enerjinin birim uzaydaki miktarı sabit ve entropisi maksimum düzeydedir. Karanlık enerji evrene eşit ölçüde dağıldığı için onunla hiçbir iş yapamazsınız. Kısacası tüm yıldızlar sönüp kara delikler buharlaştıktan sonra, evrenin kendiliğinden gençleşmesi pratikte imkansızdır. 10120 ve hatta 105500 yıl sonra bile bu olmayacaktır. Peki ya 10120 x 120 x 1.000.000 milyon yıl sonra? Sonsuzluk kadar uzun bir süre sonra evrene ne olacak? Evren sonlu mu, yoksa sonsuz mudur sorusunun felsefeyle ilgili kısmı burada devreye giriyor.
İlgili yazı: Dünya Dışı Yaşam Olduğunu Nasıl Anlarız?
Evren sonsuzdur ifadesi doğru mu?
Derler ki bir maymuna yeterince süre verirseniz klavyedeki tuşlara rastgele basarak Hamlet’i yazacaktır. Aslında sonsuz sayıda maymun varsa veya bir maymuna sonsuz süre verirseniz insanlığın yazdığı ve yazacağı bütün kitapları sonsuza dek tekrarlayarak yazacaktır. Evren de sonsuza dek genişleyeceğine göre evrenin sonsuz zamanı var demektir. Peki sonsuzluk nedir? En büyük sayı mıdır?
Matematiksel açıdan sayılar belirli kurallara uyar. Örneğin aritmetiği ele alalım. 5 + 3 sekiz eder ama sonsuzluk öyle değildir. Sonsuzluk + 3 bir sayı değildir ve yine sonsuzluk eder. Bu nedenle sonsuzluk matematik işlemlerinde elemeye çalıştığımız bir ifadedir. Sayı olmaktan ziyade kavramdır.
Bunun için Hilbert oteli paradoksuna bakalım. Bu otelde sonsuz sayıda oda vardır ve hepsi dolu olduğu için sonsuz sayıda müşteri de vardır. Dolayısıyla otel hep doludur. Buna karşın yeni bir müşteri geldiğinde sonsuz sayıda müşteriyi sonsuz sayıda odada birer oda ileri kaydırarak yeni müşteriye yer açabilirsiniz. Dolayısıyla Hilbert oteli hep dolu olmasına rağmen sonsuz sayıda müşteriyi konuk edecektir. Sonsuzluğu bir sayı olarak kabul etseniz bu bir paradoks olurdu. Oysa sonsuzluğun sonu yoktur; çünkü sonsuz sayıda oda içeren bir otelde son oda diye bir şey olamaz.
Bu sebeple uzayda sonsuz sayıda nokta ve zamanda sonsuz sayıda an düşünebilirsiniz. Gözlemlenebilir evren Planck uzunluğundan kısa mesafelerde geçerli değildir. Bu nedenle evrende belirli bir hacimde sonsuz sayıda fiziksel nokta yoktur; çünkü evrende hiçbir şey Planck hacminden küçük olamaz. Evrende enformasyon da bir Planck alanından küçük olamaz. Öte yandan evren sonsuza dek genişleyecek ve zaman sonsuza dek akacaktır. Sonsuz küçüklük olmasa bile sonsuz süreklilik olacaktır.
Öyleyse evren sonsuzdur diyebiliriz
Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, fizik yasaları sonsuzluk kadar uzun bir süre sonra anlamını yitirecek, belki de değişecektir. Örneğin Roger Penrose’un uyumlu döngüsel kozmoloji modeline göre evren genişledikçe boşalacaktır. Sonunda bomboş kalacak ve çok uzun bir süre sonra boşluktan yeni evrenler doğacaktır. Bu da evrenin sonsuz olmadığını gösterir.” Yaşadığımız evren sonsuz değil zaten ama yaşadığımız evrenin sonlu olması evrenin sonsuz olmasını engellemez. Uyumlu döngüsel kozmoloji modelinde uzay boşluğunda yeni evrenler oluşur ama bu boşluğu yok etmez. Boşluk sonsuzdur ve ebedidir. Peki aynı zamanda ezeli midir? Kozmik enflasyon teorisiyle görelim:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Ezeli ve ebedi evren ne demektir?
Kozmik enflasyon teorisine göre evren 10-28 cm’den daha küçük bir noktayken aşırı sıcak ve yoğundu. Belirsizlik ilkesi nedeniyle yavaş yavaş genişlemeye başladı ve kuantum skaler alan oluşturdu. Bu alanda oluşan enerji fazlası da gözlemlenebilir evren nüvesinin 10-33 saniye ile 10-31 saniye arasında (tahmini) ışıktan hızlı şişerek en az bir bezelye tanesi boyutlarına ulaşmasını sağladı. Şişmenin durmasıyla oluşan enerji fazlası da evreni oluşturan sıcak büyük patlamayı tetikledi.
Öte yandan şişme sadece bulunduğumuz uzay parçasında durmuş ve diğer yerlerde sürüyor olacaktır. Hatta sonsuza dek sürecektir. Şişen uzay belirsizlik ilkesi nedeniyle yer yer çökerek birçok köpük evren oluşturur. Oysa köpük evrenlerin kapladığı alan ışıktan hızlı şişen uzayın asla tamamını kaplamaz. Uzayın şişme oranı yeni evrenlerin oluşma ve genişleme hızından büyüktür. Öyle ki bu senaryoda birçok fiziksel sonsuzluk vardır: 1) Sonsuz sayıda evren oluşur. 2) Bunların bir kısmı sonsuza dek büyür ve 3) İçinde oluştukları uzay öncesi meta uzay da sonsuza dek belki de sonsuz hızda şişer.
4) Dahası meta uzay da başka bir evrenin kalıntısından oluşmuş olabilir! 😮 Düşünün: Kuantum fiziğine göre kara deliklerin içinde sonsuz küçüklükte tekillik yoktur. Öyleyse bizden önce gelen bir evren kendi içine çökse bile gerçek bir tekilliğe dönüşmez. Böylece büyük sekme ile yeniden şişmesi söz konusu olur. Bu durumda boşlukta sonsuz büyüklükte olan, ezelden beri ışıktan hızlı şişip sonsuza dek şişmeye devam edecek sonsuz sayıda uzay parçası vardır. Her biri de önceden yok olmuş bir evrenin kalıntısından türemiştir. Dahası Penrose’un uyumlu döngüsel kozmolojisinde de bu böyledir:
İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?
Evren sonsuzluk içinde sonsuzdur
Evrenimiz sonsuza dek genişleyip fizik yasaları anlamını yitirdikten sonra, sonsuz farklı noktada ışıktan hızlı şişmeye ve şişmenin duracağı sonsuz sayıda noktada da bizimki gibi sonsuz sayıda evren oluşturmaya devam edecektir. İşte bu Andrei Linde’nin kaotik enflasyon teorisidir. Öyleyse yaşadığımız evren sonludur; çünkü 46 milyar ışık yılı uzakta uzayın şişmesi tekrar ışık hızını aşar. Bu da evrenin ötesiyle iletişim ve etkileşimi keser. Buna karşın evrenin sınırında bir duvar yoktur.
Evrenin ötesinde daha çok evren vardır; çünkü yaşadığımız evren belki de sonsuz büyüklükte olan megaevrenin (ana köpük evren) yüzeyindeki bir dairedir. Megaevren sonsuzdur. Dahası kaotik enflasyona göre uzayda sonsuz sayıda megaevren köpüğü olacaktır. Peki her şeyin sonsuz olması yaşadığımız evrenin de aynen ve sonsuza dek tekrarlanacağı anlamına gelmez mi? Bu da mantıksal bir çelişkiye yol açmaz mı? Aslında hayır… Sonsuzluk paradokslara yol açmaz. Şimdi bunu görelim:
Zaman her evrende o evren oluştuğu zaman akmaya başlar ve fizik yasaları anlamını yitirdiği zaman da artık akmaz olur. Dolayısıyla hiçbir evren, geçmişi sonsuza dek tekrarlanana kadar var olmayacaktır. Ebedi olan şey evrenlerden geriye kalan boşluktur. Birçok evren de kendi içine çökerek yok olup yeni evrenler oluşturacaktır. Çoklu evrende bizim evrenimizin sonsuz sayıda kopyası vardır ama bu da bizim için bir paradoks olmaz; çünkü o evrenlere asla ulaşamayız. Bu kadar felsefe yeter. Artık toparlayalım: 😊
Sonsuzluk ihtimalleri…
O zaman kafa karışıklığını gidermek için evrenimiz sınırsız ama sonlu olduğunu söyleyebiliriz. Bu, evrenin kenarında bir duvar olmadığını ama yaşadığımız evrenin yine de sonlu olduğunu gösterir. Öte yandan evrenimiz hem sonsuza dek genişleyecektir hem de dediğim gibi, belki de sonsuz büyüklükte olan evrenin bir parçasıdır. Peki kozmik enflasyonla paralel evrenler aynı şey mi? Onu da şimdi okuyabilir ve çoklu evren oluşturan enerji nereden geliyor diye sorabilirsiniz. Antropik ilke uyarınca evren insanlar için mi yaratıldı sorusunu inceleyip gözlemlenebilir evrenin hiçlikten nasıl oluştuğuna bakabilirsiniz. Hızınızı alamayıp bize benzeyen en yakın evreni bulmaya çalışabilir ve evrenin kenarına gitmeyi deneyebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın.
Kozmik enflasyon teorisi
1Inflationary Cosmology: From Theory to Observations
2Introductory review of cosmic inflation
3Dynamical Fractional Chaotic Inflation — Dynamical Generation of a Fractional Power-Law Potential for Chaotic Inflation
4Observational consequences of chaoticinflation with nonminimal coupling to gravity
