Evrenin Şekli Hakkında Kozmolojik Kriz Çıktı

Evrenin Şekli Nedir? Düz mü, Yuvarlak mı? Bilim insanları artık anlaşamıyor. 2009-13 arasında görev yapan Planck uzay teleskopuna ait son veriler evrenin küre şekilli olduğunu gösterdi. Oysa bu evrenin paketten yeni çıkmış fotokopi kağıdı gibi düz olduğunu gösteren diğer tüm gözlemlere aykırı. Peki büyük patlama uzayda bir nokta değil de zamanda bir an olduğuna; yani aynı anda her yerde gerçekleştiğine göre evrenin şekli nasıl düz olabilir? Bu krizi mutlaka çözmemiz gerekiyor.

Evrenin şekli neden düz?

Zaman büyük patlamayla mı akmaya başladı ve büyük patlamadan önce ne vardı yazılarında anlattığım gibi fizikçiler klasik büyük patlama teorisini terk edeli çok oldu. Klasik teorideki tekillik problemini çözmek isteyen fizikçiler, deyim yerindeyse büyük patlamanın öncesini anlatan yeni bir film çektiler. Büyük patlamadan önce olanları anlatan bu teoriye de kozmik enflasyon dediler.

Evet, kozmolojik ölçeklerde bile enflasyondan kurtulmamız mümkün görünmüyor; ama kısaca açıklarsak bulunduğumuz evren bir değil, iki büyük patlamayla oluştu diyebiliriz. Ne yazık ki bu bilgi okullarda henüz güncellenmedi ve New Scientist dergisinin bile şimdi anlatacağım “şişme evresinin” hâlâ büyük patlamadan sonra gerçekleştiğini yazabilmesi, bu alanda bir kafa karışıklığı olduğunu gösteriyor.

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

 

Öyleyse kozmik enflasyon nedir?

Teoriyi 1979’da geliştiren fizikçi Alan Guth’un 2014 yılında MIT’de verdiği dersten özetlersek: “Planck anında (5,39 x 10^-44 sn) ve Planck ölçeğinde 1,61622837 x 10^-37 cm, ilkin evren kuantum köpüğü formunda mikroskobik bir yuvarlaktı.”

Mutlak sıcak değerinde olan evren, rastgele kuantum salınımları yüzünden sadece tek bir parametreyle belirlenen özel bir enerji alanı (skaler kuantum alanı) yarattı. Bunu Dünya’nın sıcaklığını ölçtüğünüzde Güneş’in sıcaklığını da ölçmek gibi düşünün. Garip, ama skaler alanlarda normal.

Skaler alanların bir özelliği de tıpkı denizlerin geç ısınıp geç soğuması gibi, onların da evrene göre daha geç enerji kaybetmesidir. Nitekim evren kuantum köpüğünden genişlemeye başlayınca (bize göre çok sıcak olmasına karşın) yarattığı kuantum skaler alana göre soğudu. Ancak, skaler alan evrene göre yüksek bir enerji değerinde takılı kaldı. İşte bu evrenin ışıktan hızlı şişmesini başlatacaktı:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Evrenin şekli ve kozmik enflasyon

Bunun negatif enerji ve enerjinin korunumuyla ilgili detaylarını kuantum köpük yazısında bulabilirsiniz. Özetle evren soğurken skaler alanın sıcak kalması, negatif enerji ve negatif basınç yaratarak yerçekimsel olarak itici olan yeni bir enerji alanının oluşmasını tetikledi: İnflaton alanı, yani şişme alanı. Böylece evren çok kısa bir süre için ışıktan hızlı genişledi, adeta şişti.

Biz de şişmenin başladığı ana soğuk büyük patlama diyoruz. Bu sırada evrenin boyu ~10^-28 cm’den 1 cm’ye genişledi (~10²⁶  kat büyüdü) şişme evresi 10^-36 ila 10^-33 – 10^-32 saniye arasında, sadece 10^-2 saniye sürdü. Öyle ki evren her 10^-28 saniyede iki kat büyüdü ve sadece 100 kez ikiye katlanarak 1 cm çapında bir bilye boyuna erişti. Peki bildiğimiz sıcak büyük patlama ne zaman ve nasıl oluştu?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

 

Evrenin şekli ve şişmenin durması

İnflaton alanı, Heisenberg’in belirsizlik ilkesi yüzünden, tıpkı radyoaktif bir parçacık gibi aniden ve rastgele bozundu. 10^-33. saniyede inflaton alanı çöktüğünde sahip olduğu enerji, enerjinin korunumu yasası gereği sıcak büyük patlamayı, yani okuldan bildiğiniz büyük patlamayı tetikledi. Yaşadığımız ve sevdiğimiz, biraz da bildiğimiz gözlemlenebilir evren sıcak büyük patlamayla oluştu.

Peki bunun evrenin şekli ve bununla ilgili kozmolojik krizle ne ilgisi var derseniz: Alan Guth kozmik enflasyon teorisini sadece klasik büyük patlamadaki tekillik sorununu çözmek için geliştirmedi de ondan. Kozmik enflasyon 1) Ufuk problemini, 2) Homojen sıcaklık problemini ve 3) Evrende madde-enerjinin büyük ölçeklerde homojen, ama küçük ölçeklerde dağınık dağılması problemini çözüyor.

İlgili yazı: Negatif Kütle ile Devridaim Makinesi Yapılır mı?

 

Bunları kısaca özetlersek

1) Evrenin çapı 92 milyar ışık yılı, ama yaşı 13,78 milyar yıldır. Kısacası evrenin çapı yaşından büyüktür. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine ve ışık da evrenin başlangıcından itibaren, uzayda en fazla 6,89 milyar ışık yılı mesafe kat edebileceğine göre (büyük patlamayı merkez alınca evrenin yarıçapı kadar), evrenin çapı neden yaşından büyüktür?

2) Kozmik mikrodalga artalan ışıması evren 380 bin yaşındayken, yani ilk ışık uzaya yayıldığı zaman oluştu. O zaman evrenin sıcaklığı 3000 dereceydi. Oysa bugün uzay boşluğunun sıcaklığı -270 derece. Hem de her yönde. Öte yandan, evrende sıcak yıldızlar var ve bunlar ısı ile ışık saçıyor. Öyleyse evrenin sıcaklığı neden her yerde ortalama olarak aynı?  

3) 1 milyar ışık yılı ve daha büyük mesafelerde, madde ve enerjinin örümcek ağına benzeyen bir kozmik ağ şeklinde, evrenin her yerine eşit dağıldığını görüyoruz. Tartışmalı bir-iki istisnayı saymazsak ortalama galaksi sayısı evrenin her yerinde aynıdır. Ancak, lokal olarak galaksi sayısının az olduğu galaksiler arası boşluk var. Dünya ve Güneş arasında da uzay boşluğu var.

Öyleyse neden madde ve enerji kısa mesafelerde evrene dağınık dağıldı? Yerçekimi yüzünden diyebilirsiniz ama o zaman da şunu sormamız gerekir: Neden madde ve enerji, yerçekimine rağmen, 1 milyar ışık yılından büyük mesafelerde evrene eşit yayıldı? Kozmik enflasyon teorisinin bunu nasıl çözdüğünü görelim:

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

Evrenin şekli problem

Kozmik enflasyon, yani evrenin ışıktan hızlı şişmesi sona erdikten sonra, bugün 92 milyar ışık yılı çapında olan uzay sade 1 cm çapındaki bir kürecikte sıkışmıştı. Kısacası bugün en güçlü teleskoplarla bile görmekte zorlandığımız en uzak bölgeler bile evren 10^-32 saniye yaşındayken; yani ilk saniyenin 100 trilyon kere milyar kere milyarda birinde birbirine dokunuyordu.

Bu nedenle evrenin ortalama sıcaklığı daha baştan eşitlendi. Nitekim bu anın kalıntısı olan kozmik mikrodalga artalan ışımasında (CMB), cenin evrendeki sıcaklık farklarının yalnızca 15 binde 1 olduğunu görüyoruz. Bu da Homojen Sıcaklık problemini çözüyor.

İkincisi evren enflasyondan sonra da ışıktan yavaş bir hızda; ama ilk başlarda ışık hızına yakın bir hızda genişlemeye devam etti. Ta ki yerçekimi genişlemeyi yavaşlatana kadar… Bu sebeple CMB üzerinde benekler halinde görülen başlangıçtaki sıcaklık farkları da genişleyerek bugünkü süper galaksi kümelerine dönüştü.

Bu küçük farklar ise enflasyondan sonra gelen ikinci rastgele kuantum salınımları dalgasında oluşmuştu. Böylece kozmik enflasyon madde ve enerjinin neden büyük ölçeklerde uzaya eşit dağıldığını çözüyor; çünkü evrenin çapı sadece 1 cm iken “et ete değiyordu”, madde ve enerjinin dağılım homojendi.

Galaksilere gelince

Rastgele kuantum salınımlarından kaynaklanan küçük sıcaklık ve dolayısıyla yoğunluk farkları da maddenin küçük ölçeklerde uzaya dağınık dağılmasına yol açtı. Böylece tek tek galaksiler ve yıldızlar oluştu. Gelelim evrenin şekli meselesine:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Evrenin şekli ve evrenin yaşı

Bu sorun evrenin çapının neden yaşından büyük olduğuyla alakalı: 1) Evren başlangıçta kısa bir süre için ışıktan hızlı şiştiği, 2) enflasyondan sonra bir süre için de ışık hızına yakın hızlarda genişlediği ve 3) 13,78 milyar yıldır da genişlemeye devam ettiği için evrenin çapı yaşını aştı.

Şöyle düşünün: Evrenin çapı bugünkü genişleme hızıyla her 10 milyar yılda 2 katına çıkıyor. Bu da bugün bizden 1 milyar ışık yılı uzakta olan bir galaksinin 10 milyar yıl sonra 2, 20 milyar yıl sonra 4 ve 30 milyar yıl sonra da 8 milyar ışık yılı uzakta olacak olması demek!

İşte o zaman da evrenin şekli düz olmalıdır diyoruz ve neden öyle derseniz: İnflaton alanı gerçek evren köpükleri yaratacak şekilde bozunuyor. Aynı zamanda inflaton alanı ışıktan hızlı şişmeye de devam ediyor. Gerçek evrenlerin genişleme hızı ise tanım gereği ışık hızından yavaş oluyor.

Bu nedenle inflaton alanında sonsuz sayıda evren oluşsa bile, inflaton alanı bu evrenlerin oluşum hızından çok daha hızlı olarak (belki de sonsuz hızda) şişmeye devam edecektir. Öyleyse kozmik enflasyon aslında ezeli enflasyondur ve ezelden beri sonsuz sayıda evren yaratmaktadır (gerçi zamanın kökeni ve çoklu evren yazılarında belirttiğim gibi bu da ayrı bir problem çıkarıyor). Öyle ki sonsuz enflasyon evrenin şeklini de etkilemiştir:

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Evrenin şekli ve sonsuz enflasyon

Nitekim kendimizi sonsuz kainatta kaynar su kabarcıkları gibi köpüren sonsuz sayıda tekil evren köpüğü içinde, sadece yaşadığımız evrenle sınırlarsak evrenin şekli problemi ile karşılaşıyoruz. Neden derseniz bunu bize klasik büyük patlama teorisi de açıklayabilir:

Büyük patlama teorisini kanıtlayan gözlemlerden bildiğimiz gibi, bizden 3,26 milyon ışık yılından (1 milyon parsek, 1 megaparsek) daha uzak olan bütün galaksiler, ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyor. Öyle ki sıcak büyük patlama anında ve sonraki milyarlarca yıl boyunca gözlemlenebilir evrenin bir parçası olan galaksiler zamanla gözlemlenebilir evrenin dışına çıktılar.

Işık hızı sonlu olduğu ve o galaksiler de bizden artık çok uzakta olduğu için, bizler sonsuza dek beklesek bile söz konusu galaksilerin ışığı bize asla ulaşamayacak. Böylece aramızda fiziksel etkileşim, neden-sonuç ilişkisi ve nedensellik bağı da olmayacak; çünkü ışık bize gelirken evren çok daha fazla genişlemiş olacak. Bu da bizi evren ile Dünya gezegenin en büyük ortak yanlarından birine getiriyor:

İlgili yazı: Evren Neden Var? Nötrinolar ve Leptonlar Açıklayabilir

 

Evrenin şekli ve Dünya’nın şekli

Şöyle düşünün: Bir galaksi bizden ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyorsa gözlemlenebilir evrenin kenarında; yani bugün Dünya’dan yaklaşık 46 milyar ışık yılı uzakta olan bir galaksi de bizden ışık hızında uzaklaşıyor demektir (uzayın içinde ışıktan hızlı gidemezsiniz; ama uzay sonsuz hızda genişleyebilir).

Bu durumda yaşadığımız gözlemlenebilir evren bile büyük patlamayla oluşan mega evrenin sadece küçük bir parçasıdır. Yapılan hesaplamalara göre, mega evren yaşadığımız evrenden en az 230 kat büyüktür!

Nasıl ki biz yuvarlak Dünya’nın üzerinde yürüyen küçük canlılar olduğumuz için yeryüzünü düz görüyoruz, 92 milyar ışık yılı çapındaki gözlemlenebilir evren de büyük patlama sebebiyle küresel olan mega evrenin yüzeyinde, 4 boyutlu bir hiper kürenin 3B yassı yüzeyi olarak dümdüz görünüyor.

Nitekim evrende yapılan ışık ölçümleri Öklid geometrisinin doğru ve uzayın düz olduğunu, bu evrende üçgenin iç açılarının toplamının her zaman 180 derece ettiğini gösteriyor. Özetle yaşadığımız gözlemlenebilir evren, daha büyük mega evren küresinin yüzeyinde göze yassı gelen bir dairedir.

Küresel mega evren

Nitekim mega evrende doğuya yolculuk etseydik tıpkı denizci Macellan’a olduğu gibi dönüp dolaşıp aynı yere; başladığımız noktaya, bu kez batıdan geri gelecektik. Bu da gözlemlenebilir evrende geçmişe yolculuk etmek gibi bir şey olacaktı. Neyse ki mega evrenle aramızda nedensellik bağı yok da bir de büyükbaba paradoksuyla uğraşmak zorunda kalmıyoruz. Peki ya evren düz değilse?

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Düz değilse evrenin şekli nedir?

Gözlemlenebilir evren düz değilse başka ne şekilde olabilir? Yapılan hesaplamalara göre evren iki şekilde daha olabilir: Eyer şeklinde açık evren ve küre şeklinde kapalı evren. Gerçi 4B hiper küre yüzeyinde 3B daire veya hiperbolik eyer hayal etmek zor; ama bunu yaşadığımız evreni tek başına çizerek gözümüzde canlandırabiliriz (resme bakın):

Gözlemlenebilir evren düz değil de açık olsaydı üç boyutlu uzayın şekli de at eyerine benzeyecekti. Böyle bir evrende iki paralel çizgi sonsuza dek paralel olmayacak, mesafeler attıkça hiperbolik olarak birbirinden uzaklaşacaktı. Yok, yaşadığımız 3B evren küre şekilli olsaydı bu kez de paralel doğrular uzakta birbiriyle kesişecekti. Oysa evrenin şekli evrenin sonunu da etkileyecektir.

Örneğin eyer şekilli açık evren, tıpkı yaşadığımız düz evren gibi sonsuza dek genişlemekle kalmayacak, bir saatten sonra tekrar inflaton alanıyla ışıktan hızlı şişmeye de başlayacaktır. Böyle bir evren Büyük Yırtılma teorisinde olduğu gibi 22 milyar yıl sonra ışıktan hızlı şişmeye başlayıp parçalanarak yok olacaktır. Bu evrende karanlık enerjinin birim hacimdeki şiddeti zamanla artacaktır. Oysa bildiğimiz kadarıyla düz olan evrenimizde karanlık enerji şiddeti sabittir veya öyle sanıyorduk?

Küre şekilli olan kapalı evrenin genişlemesi ise bir saatten sonra duracak, evren tekrar büzülmeye başlayacak ve sonra kara delik halinde çökerek kuantum köpüğüne geri dönüşecektir. Evrenin şekli işte bu yüzden önemlidir; çünkü evrenin şekli evrenin kaderini belirliyor.

Kozmolojik krize gelince

Oysa artık evrenin düz olmadığından şüpheleniyoruz! Bu da kozmik enflasyon teorisinden büyük patlamaya kadar bütün temel kozmoloji teorilerinin yanlış olabileceğini gösteriyor. İşte kozmolojik kriz budur. Peki bu krizi nasıl çözeriz?

İlgili yazı: Beyin Simülasyonu ve Elektrikle Beyin Kontrolü

 

Yoksa evren yuvarlak mı?

Bunun için 2009’da uzaya fırlatılan ve kozmik mikrodalga artalan ışımasının bugüne dek görülen en net haritasını çıkaran Planck uzay teleskopu, 2013 yılında kozmik enflasyon teorisini kanıtladı. Böylece dolaylı yollardan yapılan diğer gözlemlerin sağladığı verilerden çıkan sonucu da doğrulamış oldu: Gözlemlenebilir evren düzdü. Nokta.

Oysa Roma’daki Sapienza Üniversitesi’nden Alessandro Melchiorri, 6 yılda analizi edilmesi ancak biten son Planck uydusu verilerini incelediği zaman, gözlemlenebilir evrenin bu verilere göre küresel ve kapalı olduğu sonucuna vardı.

Bu da hem evrenin ömrünü kısalttığı, hem de diğer gözlem verilerine tamamen aykırı olduğu için evrenin şekli ile ilgili kozmolojik krize yol açtı. Peki Melchiorri neyi farklı buldu da bu aykırılığa yol açtı?

İlgili yazı: Solak Evren: Elektron Neden Sol Elli?

 

Evrenin şekli ve karanlık madde

Fizikçilerin evrenin şeklini eline cetveli alıp ölçecek hali yok. Şunun şurasında 40 yıldır Ay’a insan göndermeyi beceremiyoruz. Nerede kaldı ki fiziğe aykırı şekilde ışık hızını aşıp uzak galaksilerde tur atmak? Evrenin şeklini ölçmek için dolaylı gözlemler yapıyoruz ve bunlardan biri de yerçekimi mercek etkisidir:

Kara delik gibi iri cüsseli cisimler arkadan gelen yıldız ışığını büyüteç gibi bükerek odaklar. Hatta bu yüzden aynı yıldızın 4 kez patladığını gördüğümüz olmuştur. Uzak galaksiler de daha uzak galaksilerin ışığını çevresinden bükerek Dünyamıza odaklarken yerçekimi mercek etkisine yol açarlar.

Ayrıca astrofizikçiler evrende görünmez karanlık madde olduğunu biliyor. Karanlık madde normal maddeden 5 kat fazla olduğu için özellikle de uzak ve büyük mesafelerde arkadan gelen ışığı daha güçlü büküyor. Hatta evrendeki karanlık maddenin miktarını buna bakarak da ölçüyoruz.

İşte Melchiorri, Planck verilerindeki mercek etkisine baktığı zaman, ışığın evrende sanılandan daha çok büküldüğünü gördü. Bu da karanlık maddenin sanılandan daha fazla olduğunu, dolayısıyla evrendeki yerçekiminin sanılandan daha güçlü olduğunu gösterdi.

Evrenin şekli ve kaderi

Kısacası evrendeki yerçekimi evreni küre şeklinde bükecek kadar güçlü olabilir. Bu da evrenin genişlemesinin en erken 22 milyar yıl sonra duracağını ve evrenin yeniden küçülmeye başlayarak 35-36 milyar yıl içinde kara delik halinde çöküp yok olacağını gösteriyor. Melchiorri çok net bir analiz yaptığını ve Planck verilerine göre, evrenin küre şekilli olma ihtimalinin düz olmasından 41 kat yüksek olduğunu söylüyor. Peki bu neden kozmolojik krize yol açıyor?

İlgili yazı: Kutritler ile Üç Boyutlu Kuantum Işınlama

 

Evrenin şekli kriz çıkarıyor

Öyle ya, evrenin sonsuza dek genişlemek yerine bir gün kara delik halinde çökerek yok olacağını söylemek neden kriz çıkarsın? Tabii ki çıkarır; çünkü bu durum evrenin büyük patlamayla nasıl oluştuğunu gösteren kozmik enflasyon teorisine aykırı. Kozmik enflasyonu çöpe atmak ise o teorinin çözdüğü 3 probleme geri dönmek, aynı zamanda büyük patlamadaki tekillik sorunuyla yeniden uğraşmak demek (evrenin düz olduğunu gösteren yüzlerce veriyi çöpe atmaya ek olarak).

Kısacası kozmolojiyi ver kurtul kafasıyla çözemeyiz. Elimizi taşın altına koyup evrenin nasıl oluştuğuna ilişkin detayları adam akıllı ortaya çıkarmamız lazım. Dahası bebek evrenin genişleme hızıyla bugünkü genişleme hızı arasında henüz bağdaştıramadığımız büyük bir fark tespit ettik. Bu da karanlık enerji şiddetinin (sanılanın tersine) zamanla artıyor olabileceğini gösterdi.

Bu konuyu ayrıca yazdım; ama evren Melchiorri’nin dediği gibi kapalı ve küre şekilliyse evrenin genişleme hızının başlangıçta neden farklı olduğunu açıklamak da gerekecek. Hız farkı düz evren modelinde yeterince sorun çıkarıyor. Kapalı küresel evrende ise bunu açıklamak çok daha zor…

Melchiorri aykırı sonuçlarına güveniyor ve evreni açıklamak için yeni bir modele ihtiyacımız olduğunu söylüyor. Haklı olabilir; ama sandığı gibi değil. Belki bu verileri düz evren modeline uydurabiliriz. Belki düz evren henüz bilmediğimiz bir fizik nedeniyle düzdür veya Melchiorri’nin küresel evren sonucu, Planck verilerini incelerken gözden kaçan istatistiksel bir hatadır. Peki nasıl?

İlgili yazı: Unruh Etkisi ile Kendi Olay Ufkunuzu Yaratın

 

Evrenin şekli ve bilimsel düşünce

Bu tür durumlarda yapmamız gereken şey Occam’ın usturasını uygulamaktır: Sıra dışı iddialar sıra dışı kanıtlar gerektirir. Şimdilik Melchiorri’nin iddiası evren hakkında bildiğimiz her şeye aykırı ve sadece tek bir destekleyici kanıta dayanıyor. Bu iddia bildiğimiz her şeyi yıkıyor, ama yerine hiçbir şey koymuyor. Bilim insanlarının işte bu yüzden son derece tutucu davranması gerekiyor.

Princeton Üniversitesi’nden David Spergel’in dediği gibi, “Bu doğruysa evren hakkında bildiklerimizi derinden etkileyecektir. Çok önemli bir iddia; ama veriler tarafından desteklendiğinden emin değilim. Aksine, kanıtların tam tersini gösterdiğini söyleyebilirim.” Neyse ki bu sonucu istatistiksel veri hatasıyla açıklayamasak bile sorunu çözmek için fazla beklememiz gerekmeyecek.

Şili’de inşa edilen Simons Gözlemevi birkaç yıl içinde tamamlanacak. Biz de gelişmiş teknolojiler sayesinde, uzaya uydu göndermek yerine, Dünya’dan bakarak yerçekimi mercek etkisini Planck’tan çok daha kesin olarak ölçeceğiz. Böylece evrenin şekli nedir? Düz mü, küresel mi sorusunu kesin olarak yanıtlayacağız.  

Peki evren içi boş bir hologram mı, dahası karanlık madde evrenden eski olabilir mi? Peki ya doğada nesnel gerçeklik var mı ve varsa Kuantum Darwinizmle nasıl oluşuyor? Bütün bunların yanıtını şimdi okuyabilir ve evrenin doğası ne olursa olsun, evren simülasyonu yapan en küçük kara delik bilgisayarı nasıl çalıştıracağımızı da hemen görebilirsiniz. Lodostan korunacağınız güneşli bir pastırma yazı olsun.

Evrenin şeklini nasıl buluyoruz?

¹Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology (pdf)