Evrenin tamamı bir vakum dalgalanmasının sonucudur ve bu, kuantum hiçliği olarak adlandırdığımız bir durumdan dolayı böyledir.
Anahtar çıkarımlar
- Bilim bize her şeyin kökenini açıklayabilir mi?
- Evrenin kökenini açıklamak için bugüne kadar önerilen tüm modeller, zamanın başlangıcını anlamlandırmak için kuantum mekaniğine dayalı fikirler kullanmaktadır.
- Bu modellerden ilkinde, Evren’in kuantum boşluğundaki bir enerji dalgalanmasından meydana geldiği öne sürülüyordu, ki bu da her şeyi meydana getiren bir kuantum yumurtası anlamına gelmektedir.
Evrenin nasıl meydana geldiğini bilim ortaya çıkarabilir mi? George Gamow, Ralph Alpher ve Robert Herman tarafından geliştirilen Büyük Patlama modeli, evrenin tarihini “patlamadan” yaklaşık on binde bir saniye sonra ilk hidrojen atomlarının oluşumuna, evren yaklaşık 400.000 yıl yaşındayken fotonların ayrışmasına kadar uzanan bir süreçte yeniden yapılandırmıştır. Bu son süreç, bizim 1965 yılında keşfettiğimiz kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının ortaya çıkmasına neden olmuştur.
Bildiğimiz anlamda fiziğin parçalanması
Evren, başlangıç aşamasında, büyük bir hızla çarpışan temel parçacıklar ve radyasyondan oluşan ilkel bir karışımla doluydu. Evrenin ilk zamanlarına ait bu model inanılmaz derecede başarılı olduğundan dolayı fizikçiler modellerini ulaşabildikleri kadar geriye götürmeye çalıştılar. Peki ama ne kadar uzağa gidebilirler? Bilimsel modeller evrenin başlangıcına ne kadar yaklaşabilir? Her şeyin başlangıcı olan t = 0’a kadar uzanabilirler mi? Yoksa kökene yaklaştıkça geçen zaman kavramı anlamını yitirir mi?
Felsefenin zaman zaman “ilk neden” olarak adlandırdığı eski bir sorun bu. Eğer gerçekten her şeyin bir başlangıcı varsa, geçmişte bir noktada kendisi haline gelen bir Evren varsa, bunun nedeni “nedensiz bir neden” olmalıdır ki bu da başka bir şey tarafından öncelenmesi mümkün olmayan bir nedendir. Evrenin kökenine ilişkin herhangi bir model, yerleşik fiziksel yasaları kullanır ve bunları fiziğin kavramsal çerçevesi içine yerleştirir. Bilimler bir şeyleri tanımlamak için bir şeyleri kullanmayı önleyemez ve bu bir şeyler maddi bir alt tabakanın varlığını gerektirir. Başka bir şekilde ifade etmek gerekirse, bir şeyin yumurtadan çıktığını görmek için bir yumurta ile başlamamız gerekir ve sorun bu yumurtanın nereden geldiğidir. Ve böylece “sonsuz gerileme” (turtles all the way down) olarak adlandırılan sorunun içine düşmüş oluruz.
Dolayısıyla, evrenin başlangıcına ilişkin uygulanabilir bir modelin oluşturulması, evrenin neden bu şekilde işlediği sorusuna yanıt vermemektedir. Bilim kesinlikle doğanın işleyişine dair pek çok yanıt sunar, ancak bilimin sınırlarını da gözden kaçırmamamız gerekir. Neden hiçbir şey yerine bir şeylerin var olduğu sorusu bu konuda hepimize ilham vermelidir.
Matematiksel olarak, geleneksel kozmolojik modellerden herhangi birinin t = 0 zamanına uzatılması, bizim tekillik dediğimiz şeye yol açar. Bu durumda madde yoğunluğu sonsuz hale gelir, uzay-zamanın eğriliği de sonsuz olur ve herhangi iki gözlemci arasındaki mesafe sıfıra iner. Kulağa rahatsız edici gelse de, tekilliğin varlığı çok fazla ciddiye alınmamalıdır. Evrenin varoluşunun ilk anlarında geçerli olan ekstrem koşullarda genel göreliliğin ve bildiğimiz fiziğin çöküşüne işaret ediyor. Tekillik özünde, çok yüksek enerji ölçeklerinde fizik konusundaki bilgisizliğimizi imler. Dolayısıyla bu noktada başka bir şeye ihtiyaç duyuluyor ve bu ihtiyaca dair çok sayıda fikir bulunmaktadır. Bunlar arasında en umut verici olanı, genel görelilik ve kuantum mekaniğinin bir karışımıdır.
Evrenin ilk zamanlarındaki kuantum belirsizliği
Kuantum mekaniğinin en etkileyici etkisi, atom ve atom altı mesafelerde kendini gösteren maddenin içsel belirsizliğidir. Büyük patlama tekilliğinin yakınlarında, kuantum mekaniği evrenin tüm geometrisini ele alacağından, uzay ve zaman kavramları da belirsizleşecektir. Bu durumda kuantum mekaniği tekilliğin keskinliğini belirsizleştirerek onu azaltabilir.
Kuantum mekaniği ile Einstein’ın genel göreliliğini bir araya getirmek için pek çok girişimde bulunulsa da, şu ana kadar vaatleri ile başarıları arasındaki mesafe katedilebilmiş değil. Teorik fizikteki en iyi zihinlerin bazıları şu anda bu birlikteliği gerçekleştirmeye çalışmakla fazlasıyla meşgul. Bu alanda çalışan tüm araştırmacıların kabul edeceği gibi, tekilliğin etrafındaki fiziksel koşulları anlamaya yönelik her türlü iddia ciddi bir şüphecilikle ele alınmalıdır. Bununla birlikte ilerlemeye devam ediyoruz. En azından evrenin başlangıcına yön veren tuhaf fizik hakkında biraz bilgi edinmeye çalışmak zorundayız.
1973 yılında, Columbia Üniversitesi’nden Edward Tryon, kuantum mekaniğinin evrenin başlangıcına nasıl uygulanabileceğine dair yol gösterici bir fikir ortaya attı. Tryon, kuantum bulanıklığının yalnızca konum ve hız ölçümlerinde ortaya çıkmadığını, aynı zamanda enerji ve zaman ölçümleri için de geçerli olduğunu ileri sürdü. Evrenin sahip olduğu net enerji sıfır olsa bile Tryon, çok küçükler dünyasında enerjinin korunumu yasasını çok kısa süreler için bile olsa bozmanın mümkün olduğunu öne sürdü.
Bu göründüğü kadar çılgınca bir durum sayılmaz. Yerde sessizce yatan bir bilardo topu düşünelim. Top hareket etmiyorsa kinetik enerjisi de yok demektir. Kütleçekimsel potansiyel enerjiyi yerden yukarı doğru ölçtüğümüzde, potansiyel enerjisi de yoktur. Bu durumda top sıfır enerji durumundadır. Şimdi de topu bir elektron haline dönüştürün. Heisenberg’in belirsizlik ilkesine göre, bir elektronu aynı anda hem yerini belirleyip hem de hızını söyleyemeyiz. Elektronun doğasında var olan bulanıklık bunu engellemektedir.
“Hiçlik” olasılıklarla doludur
Bu nedenle, kuantum mekaniğinde sıfır enerji diye bir durum yoktur. Bir sistemin yalnızca mümkün olan en düşük enerji durumu, yani temel durumu vardır. Bir sistemin enerjisinde içsel bir belirsizlik varsa, o zaman temel durumun enerjisi dalgalanabilir. Bu temel durumu kuantum vakumu olarak adlandırırsak, bunun sonucunda da kuantum vakumunun her zaman bir yapısı olduğu ortaya çıkar. Gerçek anlamda boşluk diye bir şey yoktur. Kuantum mekaniği hiçliği reddeder.
Bir kuantum boşluğunda enerji dalgalanmaları varsa, son derece ilginç şeyler olabilir. Örneğin E = mc2 denklemi bize enerji ve maddenin birbirine dönüştürülebilir olduğunu söyler. Boşlukta oluşan bir enerji dalgalanması madde parçacıklarına dönüştürülebilir. Bu size garip geliyor olabilir ama bu her zaman olan şeydir. Bu parçacıklara sanal parçacıklar denir ve her zaman yoğun olan kuantum boşluğuna geri dönmeden önce geçici bir süre var olurlar.
Kuantum dalgalanmaları fikrini Tryon bir bütün olarak evrene uyarladı. Var olan tek şey bir kuantum vakumu ise, bu vakumdan çıkan baloncuk benzeri bir enerji dalgalanmasının evreni meydana getirebileceğini düşünüyordu. Böylece Tryon, tüm evrenin kuantum hiçliği diye adlandırabileceğimiz bir vakum dalgalanmasının sonucu olduğunu ortaya koymuştur.
Bir başlangıcı olan ama hiçlikten yaratılan evrenler kategorisine Tryon’un önerisi de girmektedir. Bununla birlikte, buradaki hiçlik –Tryon’un ilham verici fikrini takip eden diğer tüm kuantum tarafından yaratılmış evren örneklerinde olduğu gibi– kuantum mekaniği hiçliği açısından anlaşılmalıdır, tam bir boşluk anlamına gelen mutlak hiçlik durumu değil. Fizikte bir şeyi yoktan var edemezsiniz. Yoktan var etmek doğanın tarzı değildir.
Orijinal Başlık: Is the Universe a quantum fluctuation?
Yazar: Marcelo Gleiser
Türkçeye Çeviren: Özlem Kırtay
Editör: Bekir Demir
