Uzay-Zamanın Kökeni - 1

Fiziği tek denklemle açıklamak mümüm mü?
Kuantum kütleçekimi kuramı ve Her Şeyin Teorisi.

Kara deliklerin merkezinde ne var? Karanlık madde ve karanlık enerji nedir? Evren’i meydana getiren Büyük Patlama’dan önce ne olduğunu öğrenebilir miyiz? Evren’in genişlemesi neden tekrar hızlanıyor ve Evren nasıl yok olacak?

Büyük ve gizemli Evren hakkında bilmediğimiz pek çok şey bulunuyor. Ancak, kainatın sırlarını çözmek için önce Evren’in dokusu olan uzay–zamanın nasıl oluştuğu sorusunu yanıtlamak ve tüm fiziği tek bir denklemle açıklayan Her Şeyin Teorisi’ni geliştirmek gerekiyor. Peki nasıl bir teori bu?

Einstein’ın görelilik teorisiyle kuantum fiziğini birleştirmek isteyen fizikçiler, son 20 yılda Holografik Evren İlkesi, Halka Kuantum Kütleçekim Kuramı ve Sicim Teorisi gibi birçok kuram geliştirdiler. Bu yazı dizisinde Her Şeyin Teorisi’ne en güçlü aday olan kuantum kütleçekim kuramlarını anlatıyoruz. Bunun için de ilk durağımız…

 

 

…Karanlık enerji

Fizikte  boşluğun enerjisi olarak tanımlanan karanlık enerji Evren’in genişlemesinden sorumlu. Evren Büyük Patlama ile oluştuğunda, karanlık enerji Evren’in çok kısa bir süre için ışıktan hızlı genişleyerek balon gibi şişmesine ve neredeyse bugünkü boyutlarına ulaşmasına neden oldu. Ardından Evren ışıktan yavaş bir hızla milyarlarca yıl boyunca genişlemeye devam etti.

Fizikçiler kütleçekim kuvvetinin zamanla devreye gireceğini ve Evren’in genişlemesinin yavaşlayacağını, sonuç olarak da Evren’in bir saatten sonra büzülmeye başlayarak Büyük Ezilme ile yok olacağını düşünüyordu. Hatta bunun yeni bir Büyük Patlama ile yeni bir Evren doğuracağını düşünen kozmologlar vardı.

Ancak son 15 yılda yapılan gözlemler, Evren’in genişlemesinin yaklaşık 5 milyar yıl önce yavaş da olsa yeniden hızlanmaya başladığını gösterdi. Bu genişlemeden karanlık enerji sorumluydu. Karanlık enerji sonuçta boşluğun, uzay–zamanın enerjisiydi ve Evren genişledikçe karanlık enerji de bir anlamda “aradaki boşlukları” dolduruyordu. Böylece kütleçekimi yenerek genişlemeye yol açıyordu

 

Kaçış etkisi

Aslında, karanlık enerjinin değişmeyen bir kozmolojik sabiti / enerji oranı var ve bunu sabit tutmak için evren genişledikçe karanlık enerjinin miktarı artmak zorunda. Bu artış elbette Evren’in daha fazla genişlemesine yol açıyor, genişleyen Evren’de maddenin arası açıldıkça boşlukta daha fazla karanlık enerji oluşuyor. Bu yüzden Evren’in genişlemesi gittikçe hızlanıyor. Karanlık enerji bir kaçış etkisi yaratıyor

Meraklılar için ekleyelim, genişleyen Evren matematiksel olarak de Sitter uzayı ile tanımlanıyor. Aşağıda göreceğimiz gibi holografik evren modeli de “anti–de Sitter uzayı” olarak tanımlanıyor. Ancak ikisi arasındaki ilişkiyi göstermek için şunu sormalıyız:

Uzay boşluğu nedir? Karanlık enerji boşluğun enerjisi olduğuna göre, bunun için önce uzay boşluğunun, yani uzay–zamanın ne olduğunu bilmemiz gerekiyor. Uzay–zaman Einstein’ın görelilik teorisinde Evren’in dokusu olan bir kumaş gibi gösteriliyor ama tam olarak nedir? Halka Kuantum Kütleçekim Kuramı, Sicim Teorisi Kuantum Kütleçekim Kuramı ve Holografik Evren modeli üzerinde çalışan fizikçiler bu soruya cevap arıyor.

 

 

Uzay–zaman illüzyonu

Sabah uyandığınız zaman bir bilgisayar oyununun içinde yaşadığınızı fark ettiğinizi düşünün. Evren’in gerçeğinden ayırt edilemeyecek kadar gerçekçi bir bilgisayar simülasyonu olduğu düşüncesi  Matrix filminden çıkıp karşımıza dikilmiş gibi görünüyor. Ancak Evren’i oluşturan uzay boşluğunu, uzay–zamanın dokusunu bu şekilde açıklamaya çalışan bilim adamları var.

Kanada Vancouver’daki British Columbia Üniversitesi’nden fizikçi Mark Van Raamsdonk, “Çevremizdeki her şey, aslında üç boyutlu dünyanın tamamı, iki boyutlu bir çipin üzerine kayıtlı enformasyonun oluşturduğu bir illüzyon olabilir” diyor. Elbette Holografik Evren olarak adlandırılan matematik modeli doğruysa.

Bu model Evrenimizi üç boyutlu bir holograma dönüştürüyor. Matematiksel olarak iki boyutlu bir resmin üç boyutlu projeksiyonu gibiyiz. Cinemaximum salonlarında gösterime giren bir yassı sinema filminin 3B gözlüklerle beyaz perde üzerinde izlediğimiz üç boyutlu projeksiyonu olabiliriz.

 

 Holografik ilke

Teknik adıyla holografik ilke teorik fizikte  incelenen diğer sıra dışı fikirler arasında bile oldukça garip bir fikir. İçinde bulunduğumuz Evren gerçek bir hologram değil elbette. Biz insanlar da basit bir projeksiyondan ibaret değiliz. Kanlı canlı, gerçek maddeden yapılmış gerçek varlıklarız.

Ancak, yaşadığımız Evren’i “anti-de Sitter uzayı” denilen ve sadece matematik dünyasında var olan bir uzaydaki 5 boyutlu bir kürenin 4 boyutlu yüzeyinde tanımlayabiliyoruz (tıpkı bir kürenin içindeki şeyleri 2 boyutlu yüzeyine çizmek gibi).

Holografik evren gerçek değil, ama gerçek Evren’deki madde ve enerjiyi tanımlamak için kullandığımız matematiksel bir modeldir.

 

Cam var, çerçeve yok

Bununla birlikte holografik evren konseptini bile yeterli bulmayan ve daha garip fikirler üzerinde çalışan bilim adamları da var. Bunu uzay–zamanın ve karanlık enerjinin ne olduğunu anlamak için yapıyorlar. Van Raamsdonk da bu gruptaki öncü araştırmacılardan biri.

Sonuçta modern fiziğin iki büyük kaidesi olan Einstein’ın genel görelilik teorisi (kütleçekim kuvvetini tanımlıyor) ve kuantum fiziği (atom dünyasını açıklıyor) bize uzay–zamanın, yani Evren’in dokusunun ne olduğu hakkında hiçbir şey söylemiyor. Hiçbir fikir vermiyor.

 

 Enerjinin ne olduğunu mikroskobik ipliklerle, yani enerji şeritleriyle açıklamaya çalışan Sicim Teorisi de uzay–zaman nedir sorusuna cevap vermiyor.

Oysa Sicim Teorisi görelilikle kuantum fiziğini birleştirerek kuantum kütleçekim kuramını geliştirmek ve kara deliklerin merkezindeki tekilliğin ne olduğunu anlamak için büyük gelecek vaat ediyor.

Bütün bu teoriler uzay–zamanı hazır verilmiş bir konsept olarak kullanmakla birlikte, uzay–zamanın ne olduğu hakkında hiçbir şey söylemiyor. Bu ciddi bir sorun. Elimizde Evren’deki madde ve enerjiyi temsil eden bir cam var ama bu camı takacağımız çerçeveyi bulamıyoruz.

 

 Eksik fizik

Van Raamsdonk ile meslektaşları uzay–zamanın nasıl ortaya çıktığını göstermeden fizik bilimindeki eksikliklerin giderilemeyeceğini düşünüyorlar. Fizikçiler bu konuda holografik evren modelinden umutlu. Bu modeli kullanarak kara deliklerin merkezinde yer alan ve uzay–zamanı bükerek tanınmaz hale getiren tekilliği açıklayabileceklerini umuyorlar.

Çünkü görelilik teorisi kara deliklerin merkezinde sonsuz kütleçekime sahip bir tekillik olduğunu söylüyor ve bu tekillik sonsuz küçük bir noktada uzayı bükerek Evren’i yok ediyor. Fizik yasaları tekillikte anlamını yitiriyor.

Ancak bu doğruysa ve tekilliğe yol açan görelilik teorisi tekillikte işlemiyorsa, tekilliğin kendisi nasıl oluşuyor? Kuantum kütleçekim bunu çözebilir.

 

 Çatı aday, pardon çatı teori

Holografik ilkenin savunucuları, kuantum fiziği ile görelilik teorisini holografik ilke altında birleştirerek bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirmeyi ve tekillik problemini çözmeyi amaçlıyorlar.

Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’nden Abhay Ashtekar da bu konuda sıkıntılı: “Gerçekliğin birbirinden tümüyle farklı iki ayrı tanımı olmaması gerek. Bu tecrübelerimize aykırı. Öyleyse bunları birleştiren genel bir teori olmalı”.

Ancak, bilim adamlarının Büyük Birleştirme Teorisi olarak adlandırdığı her şeyin teorisini geliştirmek çok zor.

 

 Evren’in kumaşı

Fiziği tek bir formülde birleştirecek olan çatı teorisini geliştirmek için önce galaksilerden insanlara kadar Evren’deki her şeyin içine oturduğu bir çerçeveye ihtiyacımız var.

Evren’deki her şeyin çerçevesi ise uzay–zamandır. Çünkü madde ve enerji uzay–zamanda tanımlıyor (neredeyiz, nereye gidiyoruz, ne hızla gidiyoruz, ne kadar sürede gidiyoruz vb.).

 

 Öyleyse uzay–zamanın nasıl ortaya çıktığını bilmemiz lazım. Örneğin uzay–zamanın atomları var mı, yani uzay–zaman daha küçüğe bölünemeyen bir takım lego bloklarından, bölünmez yapıtaşlarından mı meydana geliyor? Yoksa uzay–zaman dediğimiz çerçeve kuantum fiziğinde tanımlanan ve madde ile enerjiyi oluşturan temel parçacıkların arasındaki ilişkiden kendiliğinden ortaya çıkan bir çatı konsept mi?

Bu soruyu şöyle de sorabiliriz: Kuantum fiziği daha altta yatan ve henüz bilmediğimiz başka bir fiziğin yansıması mı? Yoksa kuantum fiziği en temel fizik mi? Bütün fizik yasaları kuantum fiziğinden mi çıkıyor? Bunlar tek bir cevabı olmayan zor sorular. Ancak 4 bölümlük yazı dizimizde bu sorular4 farklı açılardan yaklaşarak aydınlatmaya çalışacağız.

 

 Kütleçekim kuvveti ve termodinamik

Uzay–zamanın kökeniyle ilgili en çarpıcı gelişmelerden biri 1970’lerin başında yaşandı. Bilim adamları o yıllarda kuantum fiziği ile kütleçekim kuvveti arasında ayrılmaz bir ilişki olduğunu gösteren ipuçları buldular. Bu ipucu termodinamik yasalarıydı.

Isının bilimi olarak da tanımlayabileceğimiz termodinamik yasaları elbette sadece kışın kombi yakarak nasıl ısındığımızı açıklamakla kalmıyor. Aynı zamanda kuantum fiziği ile kütleçekim arasında bir ilişki kurmamızı sağlıyor. Bakın nasıl?

 

 Buharlaşan kara delikler ve Hawking Işınımı

1974 yılında Cambridge Üniversite’sinden fizikçi Stephen Hawking, bir kara deliği saran uzay boşluğundaki kuantum etkilerinin o kara deliğin sanki dökümhane fırınındaki sıcak demir gibi ısı yaymasına yol açacağını gösterdi.

Bu etki kara deliklerle sınırlı değildi, Evren’in her yerinde, uzay boşluğunda bile geçerliydi. Boşluğun bile o boşluğu dolduran sanal parçacıklardan oluşan bir negatif vakum enerjisi vardı.

Bu sebeple boş uzayda giden bir astronot ışık hızına yakın hızlara ulaştığında fırına girmiş gibi ısınmaya başlayacaktı, çünkü bizzat uzay boşluğuna ve uzay–zaman dokusuna sürtünecekti  (Casimir etkisi ve Hawking radyasyonu). Hawking radyasyonu kara deliklerin zamanla buharlaşmasına yol açıyordu.

 

 Termodinamik sahneye çıkıyor

Spontane emisyon olarak da adlandırılan Hawking radyasyonu (kendiliğinden ışınım), kuantum fiziğindeki rastlantısallığı (Heisenberg’in belirsizlik ilkesi) ısının bilimi olan termodinamikle birleştiriyor.

Fizikçiler de bundan yola çıkarak kuantum fiziği ile termodinamik arasındaki ilişkiyi incelemeye başladılar. Belki bu her şeyin teorisini geliştirmelerini sağlayabilirdi.

Termodinamik yasalarına göre bir cisim yalnızca entropisini azaltarak ısı yayabilir ve soğuyabilir (Örneğin kombiye bağlı radyatörler odamızı ısıtırken soğumaya başlıyor, ama biz kaloriferleri sürekli ısıtarak radyatörlerin soğumasını önlüyoruz).

 

 Entropi, düzensizliğin düzeni

Entropi ise bir cisimdeki kuantum serbestlik derecelerinin ölçüsüdür. Örneğin su dolu bir banyo küvetindeki su moleküllerinin küvetin içinde ne kadar serbestçe hareket edebildiğinin ölçüsü entropidir.

Termodinamikte mutlak sıfır ve mutlak sıcak durumundaki sistemlerin entropisi sıfır. Kısacası atom ve moleküllerin maksimum hareket özgürlüğü var. Çünkü Evren’in geri kalanı bu kadar sıcak veya bu kadar soğuk değil.  Soğuk cisimler ısınacak, sıcak cisimler soğuyacak.

Örneğin, Büyük Patlama anında Evrenimizin sıcaklığı mutlak sıcaklık seviyesindeydi. Evren entropisini azaltarak soğumaya başladı ve bu süreçte galaksiler, yıldızlar, gezegenler ve hayat oluştu.

 

 Evren’in sonu

Ancak şimdi aklımıza hayalimize sığmayan uzak bir geleceği düşünün. Bütün güneşler sönmüş, bütün gezegenler aşınma ve kuantum salınımları nedeniyle parçalanıp toza dönüşmüş.

Atomları meydana getiren bütün protonlar bozunarak kuarklara ayrılmış ve her bir kuark arasında milyonlarca ışık yılı mesafe var!

Pratikte bütün Evren’in sıcaklığının mutlak sıfıra düştüğünü hayal edin. Hiçbir şey hareket edemiyor, çünkü kuarklar birbirine ışık hızıyla ulaşamayacakları kadar uzak. Isı ve enerji transferi yok, çünkü Evren’de sıcaklık farkı yok.

 Evren bu kadar soğursa temel parçacıklarla atomları bir arada tutan enerji uzayda kullanılamayacak kadar seyrelmiş olacak. Evren’in toplam enerjisi azalmasa bile bu enerji termodinamik açıdan kullanılamayacak dağılmış olacak.

Evren’in ölümü için böyle bir senaryo mümkün mü? Evet mümkün ve hem kuantum kütleçekim kuramları açısından hem de yazımızın ana konusu olan uzay–zamanın kökeni açısından bu konu önemli.

 

 Isıl ölüm

Fizikte bu senaryoya ısıl ölüm diyoruz. Evren daha önce başka sebeplerle yok olmazsa, 100 trilyon sonra ısıl ölüm neticesinde, yani karanlıkta soğuktan donarak yok olacak.

Elbette uzay–zaman yukarıda söylediğimiz gibi temel parçacıkların arasındaki etkileşimden meydana geliyorsa, Evren’deki enerji minimum seviyeye indiğinde (maksimum entropi durumu) ve parçacıklar arasındaki etkileşim durduğunda uzay–zaman da yok olacak.

Bu noktada dikkat etmemiz gereken bir ayrıntı var; o da Fizikte “Evren’in toplam enerjisi azalmaz veya artmaz” şeklinde ifade edilen Enerjinin Korunumu yasası. Isıl ölüm senaryosunda enerjinin kullanılamayacak seviyede azalarak “pratikte yok olması” bu yasaya aykırı değil. Çünkü Evren uzay–zamandan oluşuyorsa, Evren yok olduğunda uzay–zaman da içindeki madde ve enerjiyle birlikte yok olacak. Her şey rastgele kuantum salınımlarına, sanal parçacıklara indirgenecek.

 

 

Kara deliklerle başka evrenlere yolculuk

Enerjinin korunumu sadece kapalı sistemlerde geçerli tabii. Bu sebeple bilim adamları kara delikleri kullanarak başka evrenlere seyahat edemeyeceğimizi düşünüyor. Evrenler arası seyahat enerjinin korunumu yasasını ihlal etmezdi ama geçersiz kılardı. Çünkü Evren kapalı bir sistemse buradan başka evrenlere gitmek de imkansız olmalı.

“Belki de enerjinin korunumu yasası geçerli değil” diyebilirsiniz. “Hem bu yasa geçerli değilse bedava enerji kullanarak sonsuza dek çalışan devridaim makineleri imal edebilir ve insanoğlunun enerji problemini çözebiliriz!”. Ancak yasayı hevesle çöpe atmadan önce iki kere düşünün:

Öncelikle başka evrenlere gitmek için gideceğimiz evrenleri bu evrene bağlamamız gerek. Bu durumda fizik yasalarına ne olacak? Fizik yasaları farklı olan iki evren birbirine kara deliklerle bağlanırsa bu evrenlerin enerji düzeyi değişmeyecek mi? O zaman bu evrenler atardamarı kesilmiş insan gibi hızla kan kaybetmeyecek mi? Evrenlerdeki kütleçekim kuvveti gibi fizik kuvvetlerinin değeri değişmeyecek mi? Ya bunun sonucunda Dünya’nın yerçekimi aniden artarsa ve gezegenimiz kara deliğe dönüşürse?

 

 Bir evrenin sonu

Gördüğünüz gibi enerjinin korunumu yasasına ihtiyacımız var ve bu yasanın getirdiği yasaklara da ister istemez uymamız gerekiyor. Ancak bu yasa sandığımızdan daha anlamlı.

Enerjinin korunumu sadece bu Evren’in var olması için gerekli değil. Gelmiş geçmiş ve doğacak olan bütün evrenlerin var olması için de gerekli! Bunu açıklayalım.

Evren’de temel fizik kuantum fiziği değilse, uzay–zaman kuantum enerji alanlarındaki etkileşimin bir türevi değilse, ısıl ölüm gerçekleştiğinde kuantum enerji alanları yok olurken uzay–zaman içi boş bir küvet gibi kalacak. Bu durumda Evren ısıl ölümde tam olarak yok olmayacak. Sadece içindeki temel parçacıklar çözüldüğü için Evren’in içi boşalacak.

 

 Evrene reset atmak

Bu da bir çelişkiye yol açıyor: Uzay–zaman yok olmuyorsa parçacıklar arasındaki ilişki, ısı aktarımı, enerji transferi, parçacıkların hareket etmesi nasıl kesiliyor? Kesilmiyorsa Evren ortadan kalkmıyor, parçacıklar çözülüp dağılmıyor ve ısıl ölüm de tam olarak gerçekleşmiyor demektir.

Bu durumda İçindeki bütün hayatın ve yıldızların donarak, sönerek ölmesine yol açan, bir anlamda içi boşalan Evren hayatına zombi gibi devam edecek.

Bir gün bu Evren başka bir Evren’in doğmasına yol açtığında (rastgele kuantum salınımlarının sebep olduğu yeni bir Büyük Patlama) kendi entropisini yeni Evren’e taşıyacak. Dolayısıyla yeni evrenlerin başlangıç entropisi eski evrenlerden daha yüksek olacak. Şimdi bu eski evrenden yeni evren doğması olayının trilyonlarca yıl boyunca süregeldiğini düşünün.

 

 Entropide bahar temizliği

Öyleyse entropiyi nasıl temizleyeceğiz? Her evren eski evrenin çöpünü taşıyacak. Bütün evrenlerin içi atık ısıyla dolacak. Bu da aslında bütün evrenlerin zehirlenmesine, ölü doğmasına yol açacak (temel parçacıklar doğum anında yeterli serbestlik derecesine sahip olmayacaklar).

Bu durumda bizim Evrenimizin doğması da imkansız olacaktı. Çünkü bizden önce gelen sayısız evrenin atık ısısı, Evrenimizdeki entropiyi baştan artırarak madde ve enerjinin oluşmasını engelleyecekti.

 

 Sonsuz evrenler döngüsü

Sicim Teorisi dışındaki bazı kuantum kütleçekim kuramları, örneğin halka kuantum kütleçekim kuramı, uzay–zamanın temel parçacıkların etkileşimiyle ortaya çıkmadığını; uzay–zamanın kuantum parçacıklarını içinde taşıyan bağımsız bir tür kap olduğunu söylüyor.

Bu yaklaşım temel parçacıkların entropisi ile uzay-zaman arasındaki ilişkiyi kopartarak, entropinin nasıl yok olduğu sorusunun cevaplanmasını engelliyor.

 

 Ölü doğum

Gerçekten de istatistik yasalarını sonsuz süreler içinde işlettiğimizde bugün bırakın bizim Evrenimizi, hiçbir evrenin var olmaması gerektiğini görüyoruz (entropi trilyonlarca yıl önce ölü doğan bir evrende çoktan maksimum seviyeye ulaşmış olmalıydı). Oysa biz varız ve bu da entropi zehirlenmesinin olmadığının kanıtı.

Van Raamsdonk işte bu yüzden söz konusu durum insani tecrübelerimize, sağduyumuza aykırıdır diyordu. Yeni evrenlerin eski evrenlerin küllerinden doğduğunu söyleyen halka kuantum kütleçekim kuramının bunu açıklaması gerekiyor.

Peki nereden başlayabiliriz? Uzay-zamanın kuantum parçacıkları arasındaki ilişkinin bir türevi olduğunu, yani parçacıklardan bağımsız bir yapı olmadığını göstererek; bir evren yok olduktan sonra doğan yeni evrenlerin hayata sıfır entropiyle başlayacağını kanıtlayabilir miyiz? Bunu gösteren bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirmek için işe kara deliklerden başlamamız gerekiyor.

 

 

Kara delik entropisi

Nasıl ki bütün cisimlerin birer serbestlik derecesi var (moleküllerin, atomların ve parçacıkların alabileceği farklı kuantum durumları), kara deliklerin de bir serbestlik derecesi var. Sonuçta kara delikler molekülleri,  atomları, parçacıkları yutuyor ve dolayısıyla onların potansiyel kuantum durumlarını da yutmuş oluyor.

Ancak kara delikler o kadar güçlü bir kütleçekime sahip ki ışık bile kara deliklerden kaçamıyor. Evren’de hiçbir şey ışıktan hızlı gidemeyeceğine göre, kara delikler yuttukları maddenin kuantum durumlarını sürekli içine çekiyor ve bu yüzden de Evren’de her zaman maksimum entropiye ve minimum serbestlik derecesine sahip bulunuyor.

Kara delikler maddeyi yok edecek kadar güçlü bir şekilde sıkıştırdığı ve uzay–zamanı kütleçekim etkisiyle büküp kopardığı için bütün serbestlik derecelerini ortadan kaldırıyor. Evren’de en yüksek entropiye sahip olan cisimler kara deliklerdir.

 

Kara delikler ve holografik ilke

Şimdi Kudüs İbrani Üniversitesi’nde çalışan fizikçi Jacob Bekenstein, kara deliklerin entropisi olduğunu Hawking’in 1974′te yayınladığı makaleden önce göstermişti.

Ancak kara deliklerle sıradan cisimler arasında bir fark vardı. Cisimlerin çoğunda entropi cismin içerdiği atomların sayısıyla, yani hacmiyle orantılıydı (küvetteki suyun entropisinin küvetteki suyun hacmine, üç boyutlu hareket alanına bağlı olması gibi).

Kara deliğin entropisi ise kara deliğin hacmiyle değil de olay ufkunun yüzey alanıyla orantılıydı (kara deliğin dış sınırı olan ve içi boş bir küreye benzeyen olay ufkunu geçen hiçbir şey kara delikten dışarı çıkamaz, çünkü bunun için ışıktan hızlı gitmesi gerekir).

 

 

Kara deliğin merkezinde ne var? Tekillik?

Her ne kadar kara deliğin merkezinde sonsuz küçüklükteki matematiksel bir nokta olduğu düşünülen tekillik olsa da kara deliklerin çevresini olay ufku dediğimiz yuvarlak bir kılıf sarıyor.

Olay ufku kara delikten kaçış hızının ışık hızını aştığı geri dönülmez sınırdır. Bu nedenle kara delikler üç boyutlu cisimlerdir (neredeyse kusursuz bir küre).

Ancak kara delik entropisi kara deliğin hacmine değil de olay ufkunun yüzey alanına eşit olduğu için, kara deliklerin bütün fiziksel özelliklerini (kütle, elektrik yükü, kendi etrafında dönmesi) iki boyutlu yassı bir resimle göstermek mümkün (tıpkı Dünya’nın karalarını ve denizlerini gösteren bir haritada olduğu gibi).

 

 Holografik model, entropinin haritası

İşte holografik evren modeli bu şekilde doğdu: Kara deliklerin olay ufkunda, yani kara deliklerin iki boyutlu yüzeyinde bulunan enformasyon; aslında kara deliğin içine düşen moleküller, güneşler, asteroitler gibi üç boyutlu cisimlerin özelliklerini resmediyor.

Bunun bir mantığı var elbette: Kara deliğe düşen her şey tekillikte yok oluyor, ama bu cisimler yok olmadan önce olay ufkundan geçiyor ve cisimlere ait bilgiler de olay ufkunun yüzeyine yassı bir resim halinde kazınıyor.

Bu durumda kara delikler kitap kapaklarında ve koleksiyon kartlarında gördüğümüz hologramlara benziyor. İki boyutlu plastik hologramların aslında üç boyutlu bir resim içermesi gibi, kara delikler de içindeki üç boyutlu bilgiyi yüzeyindeki iki boyutlu enformasyonla kodluyor.

 

 Atomaltı parçacıklar aslında kara delik mi?

College Park Maryland Üniversitesi’nden fizikçi Ted Jacobson, 1995 yılında termodinamikteki entropi kavramını kara deliklerin olay ufkuyla birleştirdi ve uzaydaki bütün noktaların fizik biliminde aslında mikroskobik bir kara delik olarak tanımlanabileceğini gösterdi.

Jacobson’a göre elektron ve protonlar gibi parçacıkları matematiksel olarak birer kara delikle ifade etmek mümkündü. Çünkü inanılmaz ölçüde küçük olan bu parçacıklar tıpkı birer karar delik gibi davranıyordu.

Yazımızın başında bilim adamları karanlık enerjiyi açıklamak için kuantum kütleçekim kuramı geliştirmek üzere holografik evren modelinden daha garip fikirler ortaya atıyorlar demiştik. Atomaltı parçacıkların aslında birer kara delik olduğu fikri de bunlardan biri.

 

 Buharlaşan kara delikler sonunda temel parçacıklara mı dönüşüyor?

Fizikte “kara deliklerin saçı yoktur teoreminden” bildiğimiz gibi, kara deliklerin dışarıdan gözlemlenebilen sadece üç fiziksel özelliği var: Bunlar kara deliğin elektrik yükü, kütlesi ve açısal momentumudur (dönüşü, rotasyonu).

5 veya daha fazla boyuta sahip olan hiperuzay modellerini saymazsak, 3 uzay ve 1 zaman boyutuna sahip olan evrenimizde kara deliklerin görebileceğimiz başka bir özelliği yok. Ancak, maddeyi meydana getiren atomları oluşturan temel parçacıklar için de aynı şey geçerli:

Protonların da sadece yükünü, kütlesini ve açısal momentumunu bilebiliyoruz. Bu durumda temel parçacıklar aslında Evren’in doğumunda oluşan, ama Hawking radyasyonu ile zamanla buharlaşan küçük kara deliklerin kalıntıları olabilir mi?13

 

 Kel başa şimşir tarak
 

Ancak temel parçacıklarla “buharlaşarak bu tür parçacıklara dönüştüğü iddia edilen makroskobik kara delikler” arasında önemli bir fark var (yazıda söz ettiğimiz küçük kara delikler aslında bir kum tanesinden çok da küçük değil):

Bütün kara delikleri gözle görülebilir dünyada, makroskobik dünyada geçerli olan klasik fizik formülleriyle tanımlayabiliyoruz (Heisenberg’in belirsizlik ilkesinin geçerli olmadığı dünya). Temel parçacıklar ise kuantum fiziğine tabi ve bunun sebebi basit.

 

Bir cismin yarıçapı cismin Compton dalga boyundan büyükse, o cisim makroskobik dünyaya aittir (örneğin kum tanesi, bakteri ya da Güneş) ve böylece o cismi klasik fizikle tanımlayabiliriz. Nitekim bütün kara deliklerin Schwarzschild yarıçapı Planck uzunluğundan büyüktür.

Aslında bütün makroskobik cisimlerin Schwarzschild yarıçapı var: Örneğin çapı 12 bin km olan Dünya’yı alır ve sıkıştırıp bowling topuna indirgersek Dünya da bir kara deliğe dönüşecektir. Çok küçük bir cismin kütlesi çok büyük olursa, cismin yerçekimi de ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü oluyor.

 

 En küçük kara delik

Öte yandan, Evren’de Planck mesafesinden daha kısa bir uzunluk yok. Kuantum fiziğine göre daha küçük mesafe var mı diye sormak bile anlamsız, çünkü Planck mesafesinden daha kısa mesafelerde Evren yok oluyor. Fizik yasaları işlemez oluyor.

İşte bu nedenle elektron gibi bir temel parçacığın aslında buharlaşmış bir kara delik olduğunu söylemek doğru değil.

Klasik bir elektronun yarıçapı elbette Planck mesafesinden büyük (10-13 cm). Ancak elektronun Compton dalga boyu da elektronun yarıçapından üç kat büyük. Bu durumda elektron klasik fizikle tanımlanamaz ve gerçek bir kara delik olamaz.

 

 Küçük kara delikler neden daha hızlı buharlaşıyor?

Yukarıdaki açıklamalara dikkat ettiğimizde, temel parçacıkların çapının Compton dalga boyundan daha küçük olduğunu görüyoruz.

Elektron boyutunda bir kara delik olamaz, çünkü bu kadar dar çapa kara delik oluşturacak kadar büyük bir kütle sığdıramayız. Eelektron kadar küçük bir kara delik anında buharlaşırdı.

 Bu mantığı gerçek kara deliklere uyguladığımızda ise oldukça ilginç bir sonuçla karşılaşıyoruz: Kara delikler ne kadar küçükse Hawking radyasyonu ile o kadar hızlı buharlaşıyor.

Ancak Planck ölçeğinde durum farklı: Planck ölçeğinde parçacıklar ile kara delikler arasında hiçbir fark kalmıyor. Evren’de Planck mesafesinden daha küçük bir uzaklık olmadığı için Planck boyundaki bütün parçacıkları da kara delik olarak tanımlayabiliriz. Planck mesafesi 1,616199(97) × 10−35 metredir.

 

 Peki Planck boyunda temel parçacık var mı?

Gayet yerinde bir soru ve bunun cevabını bilmiyoruz. Bugüne kadar Planck boyunda bir parçacık keşfetmedik ama mini kara deliklerden ayırt edemeyeceğimiz Planck parçacıkları ilginç bir fikir.

Belki de Evren’de Planck boyunda parçacık yok, ama temel parçacıklar uzay–zamanda hareket ettiğine göre, Planck ölçeğinin en azından uzay–zamanın temel birimi olduğunu söyleyebiliriz.

Aslında fizikçiler Planck ölçeğinin uzay–zamanın temel birimi olduğunu uzun süre önce kanıtladılar, fakat bugüne kadar uzay–zamanın Planck ölçeğinde nasıl ortaya çıktığını ve gözle görülür boyutlara nasıl ulaştığını tanımlamayı başaramadılar. Sadece Planck ölçeğinden küçük ölçeklerde fizik yasalarının işlemez hale geldiğini biliyorlar.

 

Ancak fizikçilerin birçoğu kütleçekimi tanımlayan görelilik teorisi ile atom dünyasını tanımlayan kuantum fiziğini başarıyla birleştiren bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirirsek uzay–zamanı Planck ölçeğine kadar modelleyebileceğimizi düşünüyor.

Böylece uzay boşluğunun nasıl ortaya çıktığını ve (Planck parçacıkları varsa) uzay–zamanın temel bölünmez bileşeninin ne olduğunu gösterebileceğimizi söylüyorlar. Yazımızın ikinci bölümünde bunu yapmaya çalışan halka kuantum kütleçekim kuramını anlatıyoruz.

 

Uzay-Zamanın Kökeni-2
Evren'in kumaşı ne marka? Halka kuantum kütleçekim kuramı sicim teorisine karşı.

 Einstein’ın görelilik teorisinde uzay–zaman evrenin dokusu olarak tanımlanıyor ve klasik fizikte bunu deliksiz bir kumaş olarak kabul edebiliriz. Ancak, fizikçiler kara deliklerin merkezinde ne olduğunu anlamak ve kuantum fiziğiyle göreliliği birleştirmek için uzayı dev bir enerji ağı ile tarif etmeye çalışıyor.

Kuantum fiziğine göre uzay boşluğunun bile bir enerjisi var ve bunu laboratuarda test edilen Casimir etkisinde görebiliyoruz; fakat bilim adamları bu enerji ağını nasıl tanımlayacakları konusunda ayrılığa düşmüş durumdalar.
 

 

Halka Kuantum Kütleçekim Kuramı’na göre uzay boşluğu küçük enerji ilmeklerinden oluşan bir örme kumaşa benziyor. Bu ilmekler birleştiğinde galaksiler ve yıldızların bulunduğu uzayı meydana getiriyor. Maddeye şeklini veren enerjiyle buna ait enformasyon Planck ölçeğindeki mikroskobik halkaların üzerinde taşınıyor ve halkaları birbirine bağlayarak Evren’in kumaşını örüyor.

Sicim Teorisi’ne dayalı Kuantum Kütleçekim Kuramı’nda ise uzay–zamanın dokusu madde ve enerjiyi oluşturan temel parçacıklar arasındaki fiziksel etkileşimlerle, yani enerji alışverişiyle ortaya çıkıyor. Sicim Teorisi’ne göre uzay–zaman içinde bulunduğu madde ve enerjiden bağımsız bir enerji alanı değil, temel parçacıkların arasındaki dinamik ilişkilerle ortaya çıkan bir tür dokuma kumaş (çatı kavramı).

Peki hangisi haklı? Evren’in nasıl oluştuğunu ve karanlık enerjinin etkisiyle nasıl yok olacağını anlamak açısından kritik soru bu.

 

Balık ağı

College Park Maryland Üniversitesi’nden fizikçi Ted Jacobson bu sorunu çözmek için radikal bir yol seçti ve 1995 yılında Evren’i oluşturan uzay–zamanı dev bir enerji ağı olarak tanımladı.

Jacobson’a göre Planck ölçeğinde mikroskobik deliklerden oluşan bu balık ağının halkaları karanlık enerjinin etkisiyle hücre gibi bölünüyordu ve uzay–zaman ağına yeni halkalar eklenmesiyle birlikte Evren de hızlanarak genişliyordu. Jacobson bu alışılmadık yaklaşımıyla Halka Kuantum Kütleçekim Kuramı’na esin kaynağı olmuştu.

Jacobson’a göre uzay boşluğu dediğimiz şey sadece bu ağın iplerinden oluşuyordu, ağın deliklerinde ise hiçbir şey yoktu. İplerin düğümleri Planck ölçeğindeydi ve yazımızın 1. bölümünde belirttiğimiz gibi, bunlar aynı zamanda Planck parçacığı olarak da tanımlanabilirdi.

 

Kördüğüm

Nitekim enerji ağını meydana getiren düğümlerden daha küçük bir şey yoktu ve her bir düğümü, yani Planck parçacığını, temel parçacıklardan bile küçük olan minik kara delikler olarak tanımlamak mümkündü.

Nasıl ki temel parçacıklar madde ve enerjiyi meydana getiriyordu, Planck parçacıkları da madde ve enerjinin içinde yer aldığı uzay–zaman ağını meydana getiriyordu. Bu durumda Planck parçacıkları uzay–zamanın temel birimleriydi. Eski atom konseptinde olduğu gibi Evren’in daha küçüğe bölünemez birimleri.1

 

 Yine ilk bölümde belirttiğimiz üzere, uzay–zamanı madde ve  enerjiden bağımsız olarak düşünmek veya uzay–zamanla madde arasındaki ilişkiyi gözden kaçırmak yeni doğan evrenlerde entropi zehirlenmesi sorununa yol açıyor.

Ancak Jacobson’ın yaklaşımını ciddiye almak gerek. Çünkü bu yaklaşım, kütleçekim kuvvetini kuantum fiziğiyle açıklamak ve görelilik teorisiyle kuantum dünyasını birleştirmek isteyen fizikçileri yönlendirdi.

 

 Kuantum kütleçekimin doğuşu

Kuantum kütleçekim kuramına noktalı kütleçekim kuramı da diyebiliriz. Nitekim görelilik teorisinde kütleçekim tek bir kesintisiz dalga veya kumaş gibi düz bir enerji alanı olarak tanımlanıyor. Kuantum kütleçekim kuramı ise kütleçekim kuvvetinin graviton denilen parçacıklar yoluyla, yani kesintili ve noktalı olarak yayıldığını söylüyor.

Bu durumda kuantum fiziğinde kütleçekim alanını delikli bir balık ağı gibi tanımlayabiliriz. Uzaktan bakınca bu alan tek bir pürüzsüz kumaş gibi görünüyor. Ancak yakından bakınca karşımıza balık ağına benzeyen bir enerji alanı çıkıyor.

Aslında bunu bir haritadaki koordinat ızgarasına benzetebilirsiniz, bilim adamları kütleçekimi bu tür bir koordinat alanıyla tanımlamaya çalışıyor. Kuantum kütleçekim Evren’de tek tek noktalar üzerinde ortaya çıkıyor ve güç çizgileri halinde yayılarak kütleçekim alanını meydana getiriyor; ama bu matematiksel bir tanımlama. Tam olarak kütleçekimin ne olduğunu açıklamıyor, sadece nasıl yayıldığını açıklıyor.

 

 Teorik rekabet

Alternatif teoriler bu soruna farklı açıdan bakıyor. Sicim teorisi koordinat ızgarasının temel parçacıklar arasındaki etkileşimi temsil ettiğini söylüyor ve kütleçekim alanını bu etkileşimlerden türetiyor. Halka kuantum kütleçekim kuramı ise koordinat ızgarasındaki kareleri halkalarla değiştiriyor.

Ancak her iki kuramın benzeştiği bir nokta var: Sicim teorisi ızgarada noktaların bulunduğu köşelere temel parçacıkları oluşturan ve onlardan küçük olan enerji şeritlerini, yani sicimleri koyuyor. Bu sicimler 10 boyutlu ve beyin gibi kıvrımlı bir uzayda titreşerek temel parçacıkları meydana getiriyor (ilave 7 boyut bizim göremeyeceğimiz kadar küçük).

 

 Zincir yelek

Halka kuantum kütleçekim kuramı ise görelilik teorisinde kullanılan ızgara koordinat sisteminin karelerini enerji halklarıyla değiştiriyor. Karelerin yerine yuvarlak halkalar geldiği için, karelerin köşesindeki noktaların da bir anlamı kalmıyor; yani balık ağının düğümlerinden söz etmek anlamsız oluyor.

Dikkat edecek olursak birbirinden tümüyle farklı olan bu iki teori bir noktada uzlaşıyor: Uzay–zamanın Planck parçacıkları denilen bölünmez temel birimlerden oluşmadığı konusunda hem fikirler. Ayrıldıkları nokta ise, halka kuantum kütleçekim kuramının uzay–zamanı madde ve enerjiden bağımsız bir kalıp olarak tasarlaması.

 

 İki kuramın ortak bir kökeni var

Yine de bütün bu farklı kuantum kütleçekim kuramlarına tek bir şey esin kaynağı oldu: Termodinamik yasaları, özellikle de Boltzmann’ın 19. yy’da geliştirdiği ve gazlar kinetiğini istatistiksel olarak açıklayan matematik denklemi. Nasıl oldu derseniz:

Bilim adamları kuantum fiziğinde enerjinin kesintisiz olarak değil, kesikli paketler halinde aktığını görmüşlerdi (ışığı oluşturan foton parçacıkları buna bir örnek). Öte yandan Boltzmann da bir gazın içindeki moleküllerin ve atomların hareketini istatistiksel olarak açıklamanın bir yolunu bulmuştu. Buna Boltzmann denklemi diyoruz.

 

Böylece kuantum fizikçiler uzay–zamanı da atomlar ve moleküller gibi küçük parçacıklar halinde düşünmeye karar verdiler. Bu yaklaşım kara deliklerin merkezindeki tekillik sorununu çözmelerini de sağlayabilirdi.

Üstelik ellerinin altında Boltzmann’ın termodinamiğin ikinci yasasını yeniden açıklamakta kullandığı denklem vardı.15 Bu sayede kütleçekimi oluşturan gravitonları tek tek göremeseler de graviton parçacıklarının istatistiksel ortalamasını alarak, koordinat ızgarası üzerinde bu parçacıkların nasıl kütleçekim alanı oluşturduğunu gösterebilirlerdi.

İşte bu sebeple kuantum fiziği ile termodinamik arasında yakın bir ilişki olduğunu söyleyebiliriz. Şimdi buna göz atalım.

 

 Termodinamik yasaları ve kuantum kütleçekim

Amsterdam Üniversitesi’nden fizikçi Erik Verlinde, 2010 yılında bazı matematiksel hesaplamalar yaptı. Verlinde uzay–zamanın temel bileşenlerini, bu durumda varsayımsal Planck parçacıklarını istatistiksel termodinamik formülleriyle analiz ettiğimiz zaman Newton’ın kütleçekim yasasının ortaya çıktığını gösterdi.

Bilim adamları uzay–zamanın bileşenlerinin ne olduğunu bilmiyordu, ama bunları termodinamik yasalarıyla matematiksel olarak tanımlamaya kalktıkları zaman kütleçekim kuvveti kendiliğinden ortaya çıkıyordu.2

Hindistan’daki Pune Üniversiteler Arası Astronomi ve Astrofizik Merkezi’nden Thanu Padmanabhan da yaptığı bağımsız bir çalışmada, Einstein’ın görelilik denklemlerini termodinamik yasalarıyla özdeş kılacak şekilde yeniden yazabileceğimizi ortaya koydu. Zaten görelilik teorisini kapsayan, ancak bu teorinin açıklayamadığı tekillik gibi konseptleri de açıklamaya çalışan bütün kütleçekim teorileri bunu yapıyor.3

 

 Sıra karanlık enerjide

Padmanabhan şu anda karanlık enerjinin nasıl ortaya çıktığını ve bu enerjinin şiddetini termodinamik yasaları ile holografik ilkeyi bir arada kullanarak açıklamaya çalışıyor. Bu da bizi dönüp dolaşıp kuantum kütleçekime geri getiren bir öykü:

Evren 5 milyar yıl önce yeterince genişlemiş olduğu için, karanlık enerji yerçekimine üstün geldi ve Evren’in yeniden genişlemeye başlamasına yol açtı. Şu anda bu genişleme Evren’in kısa süre için ışıktan hızlı bir şekilde genişlediği Büyük Patlama sonrasındaki şişme evresinden çok daha yavaş. Ancak böyle giderse 37 ila 120 milyar yıl içinde genişleme inanılmaz hızlanacak ve sonunda uzay boşluğunu kumaş gibi yırtarak Evren’i parçalayacak.

Elbette Evren’in genişlemesi hızlanıyor derken galaksilerin birbirinden kendi hızlarıyla uzaklaşmalarını kast etmiyoruz (örneğin bir tabancanın ateşlediği mermi namludan kendi hızıyla çıkıyor ve hareket ediyor, Evren genişlediği için değil). Bunun yerine bizzat uzay boşluğunun şişerek genişlemesinden söz ediyoruz.

 

 

Tarihi yanılgı

Uzay genişledikçe galaksilerin arası açılıyor ve araya daha fazla uzay boşluğu doluyor. Bu da toplam boşluk enerjisini, yani karanlık enerjiyi arttırarak Evren’in daha hızlı genişlemesine yol açıyor.

Her durumda, bilim adamları boşluğun enerjisini laboratuarda gözlemlediğimiz Casimir etkisinden yola çıkarak hesaplamayı başaramadılar. Elde ettikleri enerji değeri karanlık enerjinin bugünkü değerinden çok daha yüksekti.

Sanal parçacıklara dayalı Casimir etkisini baz alarak yaptıkları hesaplamalar, Evren’deki karanlık enerji miktarının bugünkü değerinden 10120 kat büyük olacağını gösterdi. Doğrusu bilim tarihinde fizikçiler hiç bu kadar büyük bir farkla yanılmamışlardı.

 

 Kuantum kütleçekim ve karanlık enerji

Fizikçilere kızmayalım, bu tür fikirleri test etmek gerçekten çok zor. Çünkü Planck ölçeğini mikroskopla göremiyoruz ve formüllerimizi deneylerle test edemiyoruz. 10-35 metreye karşılık gelen Planck ölçeği protonun çapından 20 kat küçük (İsviçre CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı LHC bile Planck enerjisine ulaşamıyor).

Ancak Evren’i Planck ölçeğinde delikleri olan bir balık ağı gibi düşünürsek, yani uzay boşluğunun aslında delikli bir yapı olduğunu düşünürsek, karanlık enerjinin de sadece bu ağın iplerini gerdiğini söyleyebiliriz.

 

 

Sonuçta sanal parçacıklar uzayı oluşturan enerji ağının deliklerini de iplerini de dolduruyor, ama karanlık enerji sadece Evren’de ortaya çıkıyor. Evren sadece bu ağın iplerinden oluştuğu için karanlık enerjinin değerini doğru olarak hesaplayabilmemiz gerekiyor.

En azından bazı fizikçiler böyle düşündüler ve bu enerji ağının nasıl oluştuğunu göstermek üzere halka kuantum kütleçekim kuramını geliştirdiler. Ancak acele etmeyelim ve önce bu fikri nasıl test edebileceğimize bakalım. Uzay–zamanı gerçekten bir enerji ağı olarak tanımlayabilir miyiz?

 

 Gama ışını patlamaları

Aslında bunu test etmek mümkün. Güneşten çok daha kütleli olan yıldızlar süpernova halinde patlıyor ve bu sırada Evren’in en enerjik ışınları olan gama ışınlarını saçıyor. Gama ışınları süper enerjik fotonlardan oluşuyor ve elbette fotonlar ışık hızında gidiyor, daha hızlı gitmiyor.

Ancak uzay–zaman Einstein’ın dediği gibi deliksiz, tek parça bir yapıya sahipse fotonların frekansının da teorik olarak sonsuza kadar artması gerekiyor.16 Öte yandan uzay–zaman kuantum kütleçekim kuramlarının söylediği gibi delikliyse, en enerjik gama ışınlarını oluşturan fotonların frekansının bir üst sınırı olmak zorunda.

 

 Kuantum kütleçekim testleri

Uzay–zaman delikli bir ağ ise fotonların da “delikli uzay–zaman kavislerine” çarparak az da olsa yavaşlaması ve Dünya’ya beklenenden biraz daha uzun bir sürede ulaşması beklenir. Süpernovanın Dünya’ya uzaklığını ölçerek bu gecikmeyi tespit edebiliriz.

Böylece fotonların uzay–zamandaki delikleri atlayarak ilerlemesinden kaynaklanan yavaşlamayı ölçebilir ve evrenin bir tür enerji ağından oluştuğunu doğrulayabiliriz. Bu sonuç her ne kadar halka kuantum kütleçekim kuramını kanıtlamaya yeterli olmasa da en azından enerji ağı konseptinin doğru olduğunu gösterecektir.

Nitekim Roma Üniversitesi’nde kuantum kütleçekim araştırmaları yapan Giovanni Amelino-Camelia ve meslektaşları Nisan 2013’te kaydedilen bir patlamanın yaydığı gama ışınlarında bu tür bir yavaşlama gördüklerini duyurdular.4 Bunlar kesin sonuçlar değil ama araştırmalar sürüyor.

 

 

Lazer ışınları ve aynalar

Uzay–zamanın dokusunun balık ağı gibi delikli olup olmadığını merak eden diğer fizikçiler ise gözlerini uzayın derinliklerine çevirmek yerine masaüstüne çeviriyor ve laboratuar masasına yerleştirdikleri test aynalarına yansıtılan lazer ışınlarını inceliyorlar.

Londra Imperial College ve Viyana Üniversitesi araştırmacıları, uzay–zamanın Planck ölçeğinde delikli bir yapı sergilemesi halinde, mikroskobik aynalardan yansıyan lazer ışınlarında az da olsa değişiklik görülmesini bekliyor ve bunu test ediyorlar.5

 

 Sicim Teorisinin rakipleri

Sicim teorisi uzay–zamanın temel parçacıklar arasındaki etkileşimin sonucunda ortaya çıkan bir enerji ağı olarak tanımlanabileceğini söylüyor ama Sicim Teorisinin bir rakibi var:

Halka kuantum kütleçekim kuramı (veya Vikipedi’deki adıyla Kuantum Çekim Döngüsü).

 

 Halka kuramında, Evren’deki kütleçekim alanları ilmek şekilli halkalardan oluşan ve yine balık ağı gibi delikli olan bir enerji ağı şeklinde tanımlanıyor. Ancak kütleçekim enerjisinin, kütleçekim ağını meydana getiren halkaların çevresinde dönerek dolaştığı düşünülüyor. Türkçe çevirideki döngü ve halka karşılıkları buradan geliyor.

Sicim Teorisi’nde ise uzay–zaman temel parçacıklar arasındaki fiziksel etkileşimlerle meydana gelen dinamik bir çatı konsept oluşturuyor. Peki temel parçacıklar birbiriyle nasıl etkileşim kuruyor?

Holografik Evren İlkesi üzerinde araştırmalar yürüten Profesör Leonard Susskind, kara deliklerde enformasyon paradoksunu çözmek amacıyla, temel parçacıklar arasındaki dolaşıklığın mini solucandelikleriyle açıklanabileceğini söylüyor. Bu durumda uzay-zaman kuantum dolaşıklığından çıkıyor olabilir.

Bu da aslında Sicim Teorisi’ne kurucu babalarından Maldacena’nın kuantum kütleçekim kuramının temelini oluşturuyor. Bu konuya yazımızın son bölümünde geri döneceğiz fakat şimdi halka kuantum kütleçekim kuramıyla devam edelim.

 

 

Uzay–zaman örgüsü

Halka kuramında örgü kumaşa benzetilen uzay–zaman ağının ipleri neden oluşuyor? Uzay–zaman bir örgüyse bu kumaşı ören iplikler nedir?

Halka kuantum kütleçekim kuramı adından da anlaşılacağı üzere buna çok basit bir açıdan yaklaşıyor: “Uzay–zaman örme kumaştır ve bu kumaşın örgülerini oluşturan ilmekler de uzay–zamanın en küçük bölünmez birimidir” diyor.

 

1980’lerde Ashtekar ve arkadaşları tarafından geliştirilen kurama göre, uzay–zamanı oluşturan ilmekler bu halkaların büyüklüğünü belirleyen enerji ipliklerinden oluşuyor. Enerji ilmekleri de deliklerden atlayan fotonların ve diğer parçacıkların enerjisini etkiliyor. Aynı zamanda, kütleçekim alanının minimum şiddetini ve boşluğun enerjisi olan karanlık enerjinin anlık değerini de belirliyor.

Uzaydaki parçacıkların hız ve konum verisi olarak tanımlayabileceğimiz enformasyon da bu enerji halkalarının üzerinde taşınıyor. Bunu fiber internet bağlantısında veri taşıyan fiber optik kablolara benzetebiliriz.6

 

 Sicim Teorisiyle karıştırmayalım

Burada dikkat etmemiz gereken bir nokta var: Halka kuantum kütleçekim kuramındaki ilmekleri ve bu ilmekleri oluşturan enerji iplerini Sicim Teorisi’ndeki sicimlerle karıştırmamalıyız. Çünkü sicimler, yani Sicim Teorisine göre protonları oluşturan kuarklardan bile küçük olan ve kuarkları meydana getiren enerji iplikleri uzay–zamanın içinde yüzüyor (tıpkı suda yüzen balıklar gibi).

Ancak halka kuantum kütleçekim kuramı temel parçacıkları, dolayısıyla madde ve enerjiyi tanımlamıyor. Bunun yerine parçacıkların içinde yüzdüğü uzay–zaman denizini, uzay–zaman ağını tanımlıyor.

Bu da halka kuantum kütleçekim kuramına getirilen en büyük eleştiri zaten. Bu kuram sadece matematiksel bir model. Ayrıca elektromanyetik kuvvet, güçlü çekirdek kuvvetiyle zayıf çekirdek kuvvetinin ne olduğunu söylemiyor ve kuantum alanları ile bu alanları yaratan madde parçacıklarının nasıl oluştuğunu açıklamıyor. Kuramın entropi zehirlenmesi sorununu çözemediğini ise ilk bölümde belirtmiştik.

 

 İlmekleri küçültemezsiniz

Halka kuantum kütleçekim kuramında uzay-zamanın yapıtaşları olan halkaların büyüklüğünü bu halkaların sahip olduğu enerji düzeyi belirliyor. Yüksek enerjili halkalar büyük ilmekler oluşturuyor. Düşük enerjili halkalar ise küçük ilmekler meydana getiriyor.

Bu durumda boş uzay da halkaların minimum enerji durumuna karşılık geliyor. Kurama göre en küçük halkanın boyu Planck boyunda (Evren’deki en küçük anlamlı büyüklük). Kuantum halka kütleçekim kuramı, kütleçekim kuvveti ve Evren’i dolduran maddeyle enerji için işte böyle bir referans çerçevesi oluşturuyor.

Nitekim kuramdaki formülleri kullanarak ilmeklere daha küçük bir ilmek eklemeye kalktığımız zaman, bu ilmeği oluşturan kısa ipliğin örgü ağından koptuğunu görüyoruz: Planck boyundan küçük iplikler öksüz ve yetim kalıyor. Bunlar hiçbir halkaya bağlanamadığı için ilmeklerin ortasındaki deliklerden birinden içeri düşüyor, sonuçta uzay–zamandan ve Evren’den koparak hiçlikte kayboluyor.

 

 Öyleyse tekillik yok

Standart kuantum kütleçekim kuramında (Sicim Teorisi) uzay–zamanı oluşturan enerji ağındaki deliklerin Planck ölçeğinden küçük olamayacağını söylemiştik. Bu nedenle kara deliklerin merkezinde tekillik olması da imkansız.

Çünkü tekillik oluşması için kara deliğin muazzam çekim kuvvetinin uzay–zamanı sonsuz ölçüde bükmesi gerekiyor. Oysa uzay–zamanın en küçük birimi Planck ölçeği olduğunda uzay–zaman sonsuza kadar bölünemez ve kara delikler de uzay–zamanı sonsuz ölçüde bükemez.

Elbette bu durum, kara deliklerin yuttuğu her şeyi merkezindeki inanılmaz şiddetli çekim alanında yok ettiği gerçeğini deştirmiyor (Yıldız kütleli kara deliklerin olay ufkundaki şiddetli gelgit kuvvetleri ise cisimleri daha kara deliğe düşmeden parçalıyor).

 

 Büyük Patlama’dan önce tekillik yoktu

Kuantum kütleçekim kuramları Evren’i doğuran Büyük Patlama’dan önce de sonsuz küçüklükte bir tekillik olmadığını gösteriyor. Hatta başka bir teori üzerinde çalışan kozmolog Lawrence Krauss, Büyük Patlama’ya ve Evren’in genişlemesine negatif enerji yol açtı derken bunu kast ediyor.

Uzay–zaman ağından daha küçük delikler yaratmaya kalkmak boşluğun enerjisinin negatif enerjiye dönüşmesine yol açıyor. Bu da kütleçekim kuvveti yerine kütle itim kuvvetine, yani karşı çekime ve sonuçta başka bir Büyük Patlama’ya yol açıyor.

 

 Paralel evrenlere yolculuk

Fizikçi Michio Kaku’ya göre, Evren’de tek bir noktaya sonsuz enerji yüklemenin imkansız olması, aynı zamanda başka evrenlere seyahat etmek için açık bir kapı bırakıyor: “Evren’de Planck ölçeğindeki bir alana bu alanın taşıyabileceği enerjiden daha fazlasını gönderirsek, uzay–zamanın dokusunu yırtan bir kara delik veya bir solucandeliği açabiliriz” diyor Kaku.

Uzak gelecekte bir gün süper enerjik lazer ışınlarıyla bunu başarabilirsek belki de kendi Evrenimizi yaratabilir veya başka bir evrene geçit açarak evrenler arasında seyahat edebiliriz. Ancak bunun için halka kuantum kütleçekim kuramı veya Sicim Teorisi’ne dayalı kuantum kütleçekim kuramının doğru olması gerekiyor. Ayrıca uzay–zamanın eriyerek dağılmasının çevredeki astronotları yok etmek yerine başka bir evrene kapı aralaması gerekiyor.

 

 

Test amaçlı bebek evrenler yaratmak

2006 yılında Ashtekar ve meslektaşları halka kuantum kütleçekim kuramının ilmekli yapısının avantajlarından yararlanan bir dizi simülasyon yaptılar7 ve Einstein’ın denklemlerini zamanda geriye sararak Büyük Patlama’dan önce neler olduğuna baktılar (!).

Tahmin edebileceğiniz gibi zaman geriye doğru akar ve Büyük Patlama anı yaklaşırken Evren küçülmeye başladı. Ancak Evren halka kuantum kütleçekim kuramındaki minimum halka boyuna, yani Planck ölçeğine ulaştığında negatif enerji itici bir kuvvet olarak ortaya çıktı ve Büyük Patlama anından önce Einstein’ın gösterdiği tekilliğin oluşmasını önledi.

 

 Evren’in göbek kordonu

Bunun yerine Planck mesafesi çapında bir tünel açıldı. Bu tünel bizden önce gelen başka bir Evren’e bağlanıyordu. Bu da aslında 80’lerde Evren’in Büyük Patlama’dan sonra kısa bir süre için ışıktan hızlı şiştiğini ortaya koyan Alan Guth’un tahminlerine uyuyor.

Guth da kainatta sayısız Evren olduğunu söylüyordu. Guth’a göre, yeni doğan Evren’ler kendisini doğuran ana Evren’den ince uzun kuyruklu bir su damlası gibi uzayarak kopuyor ki bu su damlasının kuyruğunu bebeklerin göbek kordonuna da benzetebiliriz

 Halka kuantum kütleçekim kuramı da Evren’in Büyük Patlama ile değil, Büyük Sekme ile oluştuğunu açıklamaya çalışırken benzer bir sonuca varıyor: Simülasyonlar, Evren’in doğum anında bebek Evren’i ana evrene bağlayan kıldan ince bir tünel oluştuğunu gösteriyor: Bu bir solucandeliği!

Sicim Teorisi, Guth’un şişme modeli ve halka kuantum kütleçekim kuramının en azından bu noktada konsept olarak uyuşması, kuantum kütleçekim kavramının doğru olduğunu gösteren bir ipucu olarak değerlendirilebilir.

 

 Ancak Büyük Sekme de nedir?

Fizikçiler süslü kavramları çok seviyor. 40 yıl önce işe Büyük Patlama ile başladılar. Ardından Büyük Ezilme ve Büyük Yırtılma geldi. Halka kuantum kütleçekim kuramı ise Büyük Sekme‘den söz ediyor. Yazımızın sonraki bölümüne geçmek üzere konuyu bağlamadan önce Büyük Sekme’yi kısaca anlatalım.

Halka kuantum kütleçekim kuramı kozmolojisine göre Evren Büyük Patlama ile oluşmadı, bunun yerine Büyük Sekme ile oluştu. Buna Büyük Sekme diyoruz, çünkü bu kuramı savunan fizikçiler Evrenimizin daha önce Büyük Ezilme ile çöken başka bir evrenin kalıntılarının tekrar genişlemesiyle doğduğunu düşünüyor.

 

 

Süpernova örneğinde bunun mantığını açıkladık ve yandaki çizimde  Büyük Sekme’nin detaylarını görebilirsiniz. Büyük Sekme’yle ilgili olarak konumuz sınırları içinde söyleyebileceğimiz tek şey bu modelin Entropi Zehirlenmesine yol açması.

Eski Evren’in entropisini temizlemezsek yeni Evren ölü doğacaktır. Bunu biraz da bir şirketi borçlarıyla birlikte satın almaya benzetebiliriz. Borçları ödemek size büyük bir yük getirecektir ve iflas etmenize yol açabilir.

 

 Güzel senaryo

Ama ne yazık ki Büyük Sekme şimdilik sadece bir senaryo. Çünkü halka kuantum kütleçekim kuramı henüz kanıtlanmamış bir kuram. Üstelik bir teori bile değil. Örneğin elektromanyetik kuvvet veya güçlü çekirdek kuvveti gibi diğer fizik kuvvetlerini açıklamıyor. Yalnızca kütleçekim kuvvetini açıklıyor.

Bunu yaparken de bütün fizik kuvvetlerini açıklayan Sicim Teorisi’nde ve atom fiziğinin temeli olan Standart Model’de kabul edilen bazı kuralları çiğniyor. Neyse ki elimizde Sicim Teorisi’ni baz alarak geliştirilen alternatif bir kütleçekim kuramı var. Bu kuramın öyküsünü yazımızın 3. bölümünde anlatıyoruz.

 

 EVREN DÖRT BOYUTLU BİR KARADELİK Mİ?

Evrenin boşluktan nasıl oluştuğunu açıklamak için geliştirilen Büyük Patlama fikrine veda etmenin zamanı gelmiş olabilir. Yeni teoriye göre, evreni 4 boyutlu bir yıldız patlaması oluşturdu ve biz bu 4 boyutlu süpernovayı “3 boyutlu evrenimizi meydana getiren Büyük Patlama” olarak algıladık.

Büyük Patlama modeli evrenin neredeyse sonsuz yoğunluktaki küçük bir noktada, yani tekillikte başladığını söylüyor. Uzay ve zaman da Büyük Patlama ile yaratıldı. Ancak kimse patlamaya neyin yol açtığını bilmiyor. Çünkü fizik yasaları Büyük Patlama sırasında neler olup bittiğini açıklayamıyor.

Evrenin süpernovadan arta kalan “4 boyutlu bir kara deliğin” 3 boyutlu yüzeyinden oluştuğu senaryosu buna cevap olarak geliştirdi. Yeni teori, Büyük Patlama anındaki tekilliği, 4 boyutlu bir kara deliğin merkezindeki tekilliğe benzetiyor. Kara deliklerle Büyük Patlama arasında benzerlik kuran model, Büyük Patlama anında neler olduğunu ve madde ile enerjinin evrene nasıl eşit ölçüde dağıldığını açıklayabilir.

 

 Standart Büyük Patlama modeli bize evrenin, yani uzay ve zamanın neredeyse sonsuz yoğunluktaki bir noktada gerçekleşen muazzam bir patlama ile meydana geldiğini söylüyor. Patlamanın ardından genişleyen evren 13,8 milyar içinde bugünkü galaksileri ve yıldızları oluşturdu.

Ancak fizik yasaları patlama anındaki aşırı sıcaklık ve basınç nedeniyle işlemez hale geldiği için, evren bilimciler bu patlamaya neyin yol açtığını bilmiyor. Kanada Waterloo Üniversitesi’nden Niayesh Afshordi bilim adamlarının içinde bulunduğu durumu şöyle açıklıyor: “Fizikçiler tekillikten ejderhaların uçarak geldiğini bile söyleyebilirler! O kadar belirsiz bir konu.”

 

 Evren neden her yönde aynı sıcaklıkta?

Bugün uzay boşluğunun sıcaklığı evrenin her yerinde aynı: 2,7 Kelvin derece, yani yaklaşık -270 santigrat. Güneş, gezegenler ve galaksiler gibi küçük (!) gökcisimlerini saymazsak, madde ve enerji de evrene hemen hemen eşit ölçüde dağılmış durumda.

Oysa evrenin doğumundan beri milyarlarca yıl geçmiş olmasına karşın, bu süre evrenin ısıl dengeye ulaşması için yeterli değil. Dolayısıyla Büyük Patlamanın ardından sıcaklığın evrenin her yanına nasıl eşit ölçüde dağıldığını açıklamak da zor; standart teoriler bu durumu açıklayamıyor.

 

 Şişme modeli

Birçok bilim adamı evrenin Büyük Patlamanın ardından çok kısa bir süre için ışık hızından daha yüksek bir hızla genişlediğini düşünüyor. Buna bilinmeyen bir enerji, belki de Lawrence Krauss’un evren modellinde olduğu gibi “Karanlık Enerji” yol açmış olabilir. Fizikçiler bu senaryoyu Şişme Modeli olarak adlandırıyor. Şişme durduktan sonra evren ışıktan yavaş hızlarda genişlemeye devam etti.

Şişme modeli evrende sıcaklığın dağılımı sorununu çözüyor. Buna göre, sıcaklık aslında evrene eşit ölçüde dağılmamıştı. Büyük Patlama anında etkili olan ve kuantum fiziğinden kaynaklanan enerji salınımları, sıcaklığın evrene dengesiz olarak dağılmasına yol açmıştı. Evrenin farklı bölgelerinin sıcaklığı farklıydı.

 

 Öte yandan şişme sırasında, evrende sıcaklığın eşit olduğu küçük bir bölge aşırı ölçüde şişerek büyüdü ve bugünkü gözlemlenebilir evreni oluşturdu. Bizim görüş alanımızda kalan evren bu bölgeden şiştiği için, uzaya bakınca sıcaklığın her yönde eşit olduğunu görüyoruz. Ancak, evrenin asla göremeyeceğimiz kadar uzak noktalarında ortalama sıcaklık daha yüksek veya daha düşük olabilir.

Bununla birlikte evrenin nasıl şiştiğini açıklayan onlarca farklı Şişme Modeli var. Bugün elimizde olan teleskoplarla gökyüzüne baktığımızda hangi teorinin doğru olduğunu ayırt edemiyoruz. Çünkü aletlerimiz yeteri kadar hassas değil ve aygıtlar “kozmik mikrodalga arka plan ışınımını” incelediğinde bunu test edecek kadar detaylı bilgi sağlamıyor.

Afshordi’nin dediği gibi: “Büyük Patlama çok kaotik bir olaydı. Öyle ki şişmenin başladığı homojen bir bölge olduğunu göstermek bile zor.” Belki de Büyük Patlama sırasında sıcaklığın eşit dağıldığı hiçbir bölge yoktu. Öyleyse Büyük Patlama nasıl meydana geldi? Evrenin doğumunu başka hangi teoriyle açıklayabiliriz?

 

 Zar Kozmolojisi

Geçen hafta yayınlanan bir bilimsel makalede Afshordi ve meslektaşları, 2000 yılında Gia Dvali’nin ortaya koyduğu bir teoriyi yeniden ele aldılar. Münih Ludwig Maximilians Üniversitesi’nde araştırmalarını sürdüren Dvali evrenin doğumunu farklı bir şekilde açıklıyordu.

Buna göre bizim 3 boyutlu evrenimiz, aslında 4 boyutlu bir kainatın “3 boyutlu yüzeyi” idi! (Burada kolaylık olsun diye zaman boyutunu hesaba katmıyoruz). Afshordi ve ekibi Zar Kozmolojisi olarak adlandırılan bu teoriyi geliştirmeye çalışıyorlar.

Mantık basit: 4 boyutlu bir evren varsa bu evrenin içinde 4 boyutlu yıldızlar olacaktır. Bunların bir kısmı 4 boyutlu süpernova patlaması ile yok olacak ve geriye 4 boyutlu kara delikler bırakacaktır. Bu durumda Büyük Patlama aslında 4 boyutlu bir süpernova patlaması olabilir!

 

 Kara delik kozmolojisi

İçinde bulunduğumuz evrende kara delikler var. Bunlar 3 boyutlu küre şeklinde gökcisimleri. Her kürenin iki boyutlu bir yüzeyi var ve kara deliklerin yüzeyine “olay ufku” diyoruz. Tabii 4 boyutlu bir kara deliğin yüzeyi olan olay ufku da iki boyutlu değil, 3 boyutlu bir “hiper yüzey” olacaktır.

Hiç beyninizi zorlamayın. 3 boyutlu canlılar olarak biz 4 boyutlu bir küreyi hayal edemeyiz ama aşağıdaki videoda 4 boyutlu bir kürenin üç boyutlu animasyonunu görebilirsiniz.

 

Afshordi işte bu modeli bizim evrenimize uyarlamayı düşündü: 4 boyutlu yıldız patlamasının ardından 4 boyutlu evrene yayılan madde ve enerji, aslında süpernovadan geriye kalan 4 boyutlu kara deliğin 3 boyutlu olay ufkunu oluşturuyordu. Bu durumda evrenimiz 4 boyutlu kara deliğin 3 boyutlu zarı, yani dış kabuğu olacaktı.

Afshordi ve arkadaşları evrenimizin uzaktan bakınca sabun köpüğü yüzeyi gibi iki boyutlu gözüken, ama gerçekte 3 boyutlu olan bir zar olduğunu düşünüyor. Tıpkı portakal kabuğu gibi uzaktan 2 boyutlu görünen 3 boyutlu bir kabukta yaşıyor olabiliriz. Tabii 4 boyutlu süpernovanın ardından 4 boyutlu uzaya saçılan madde ve enerji genişlemeye devam ediyor; yani süpernova kalıntısı kara deliğin 4 boyutlu olay ufku genişliyor.

 

 Holografik evren

Oysa genişleyen aynı zamanda bizim evrenimiz ve biz bunu Büyük Patlama olarak algılıyoruz. Nitekim Afshordi’ye göre Büyük Patlama bir serap: “Gökbilimciler genişlemeyi ölçtüler ve bundan evrenin Büyük Patlama ile oluştuğu sonucunu çıkardılar. Aslında hayal görüyorlardı.”

Afshordi’nin görüşleri, evrenin dışarıdan bakınca bir kara delik gibi göründüğünü öne süren “kara delik kozmolojisi”nin yeni bir versiyonu. Kara delik kozmolojisi de Susskind ve diğer fizikçilerin geliştirdiği holografik evren modelinden türetilmiş bulunuyor. Peki, bu yeni ve cüretkar teoriyi test etmenin bir yolu var mı?

 

 Teorileri test etmek gerek

Önce atladığımız bir detayı belirtelim: Bu teori sıcaklığın, madde ve enerjinin evrene nasıl eşit dağıldığını dahice açıklıyor. Evrenimizin içinde bulunduğu 4 boyutlu kainat sonsuz yaşta veya çok yaşlı olabilir. Her durumda 4 boyutlu evren çok yaşlıysa, örneğin trilyon kere trilyon yaşındaysa, sıcaklık da 4 boyutlu evrenin her yerine eşit dağılmış olabilir.1

Öyleyse bu evrendeki 4 boyutlu bir kara deliğin 3 boyutlu yüzeyi olan evrenimizde de sıcaklık ta başından beri eşdağılımlı olacaktır. Peki, 2013 yılına yeni girdiğimiz sırada bilim dünyasını alt üst eden yeni veriler sağlayan Planck Uzay Teleskopu bu konuda ne söylüyor?

 

 

Planck gözlemevinin sonuçları

Planck gözlemevini Avrupa Uzay Ajansı ESA fırlattı. Şimdi Dünya–Güneş arasındaki kararlı L2 noktasında duran Planck, kozmik mikrodalga arka plan ışınımına bakarak evrenin bebeklik anının haritasını çıkarıyor.

Planck’ın gözlemleri yeni teoriyi değil, Büyük Patlama teorisini ve Şişme Modelini kanıtlayan sonuçlar sağladı. Evrenimiz bir kara delik olsaydı, Planck’ın gözlemlediği enerji değerlerinin yüzde 4 oranında farklı olması gerekecekti.

Ancak bu kesin bir sonuç değil. Çünkü Planck evrenin doğumunu açıklayan hangi teorinin doğru olduğunu göstermek için gereken deney aletlerine sahip bulunmuyor. Bunun için “E-Modu Anizotropisi” denilen bir enerji değerini ölçmemiz gerek. 2020 yılından sonra fırlatılacak uzay araçları ile bu sırrı çözebiliriz.

 

Teoriler arası rekabet

Afshordi ve arkadaşları şimdi kara delik teorisini geliştirerek Planck’ın elimizdeki sonuçlarına uygun olmasını sağlamaya çalışıyorlar. Belki Planck’ın önümüzdeki yıl açıklanacak yeni sonuçları kara delik teorisini kanıtlamayı kolaylaştırabilir. Her durumda teoriyi ilk geliştiren Profesör Dvali, Afshordi ve ekibini dahice yaklaşımları nedeniyle kutluyor:

“Tekillik, kozmolojideki en temel problemdir ve arkadaşlarımız evrenin tarihini yeniden yazarak aslında tekillik olmadığını gösteren bir teori geliştirdiler.” Dvali yeni buluşlar için umudunu kaybetmiyor. Planck verileri Şişme Modelinin prensipte doğru olduğunu gösteriyor ama elimizdeki şişme modellerinden hangisinin doğru olduğunu göstermiyor. Kara delik teorisi doğru çıkmasa bile, bu teori evrenin nasıl oluştuğunu açıklayan yeni bir 4 boyutlu kainat modelinin geliştirilmesini sağlayabilir.

 

Son söz?

Evrenimizin dört boyutlu bir kara deliğin 3 boyutlu yüzeyi olup olmadığı sorusu, özünde “Bir uzaylı evrene dışarıdan baksa evrenin kabuğunda ne görürdü?” sorusuyla alakalı. Bu da bizi doğrudan kara deliklere ve holografik evren prensibine götürüyor. Her iki konuyu da kara deliklerle ilgili yazılarımda ele almıştım. Evrenin dışarıdan bakıldığında nasıl göründüğüne ilişkin son hesaplamaları ise başka bir yazıda ele alarak kara delik kozmolojisine bağlayacağım. Gelişmeleri izlemeye devam edelim :).

 

Geleceğe Dönüş, Geçmişe Seyahat,  Solucandelikleri ve Zaman makineleri ile geçmişe yolculuk edebilir miyiz?

1985’te çekilen Geleceğe Dönüş filmini izleyip de zamanda yolculuk hayalleri kurmayan var mı? Her ne kadar modern edebiyatta bu fikri ilk ortaya atan yazar 1895 tarihli “Zaman Makinesi” romanıyla H. G. Wells olsa da zaman yolculuğunu 80’lerde gençlere tanıtan başlıca eser, Robert Zemeckis’in yazdığı ve yönettiği Geleceğe Dönüş filmleriydi.

Öyleyse soralım: Zamanda yolculuk mümkün mü? Solucandelikleri üzerinde araştırmalar yapan fizikçi Kip Thorne’un söylediği gibi hepimiz, bütün insanlar ve eşyalar zamanda yolculuk yapıyoruz. Sonuçta doğuyor, büyüyor, yaşlanıyor, şansımız varsa olgunlaşıyoruz. Her şekilde eskiyor ve yıpranıyoruz. Kara deliklerden yıldızlara ve gezegenlere kadar her şey, zaman içinde yavaş bir hızla geleceğe doğru yolculuk ediyor.

Bariz sağduyu bu. Bu gerçeği biliyoruz, ama Geleceğe Dönüş filmindeki gibi bir anda geçmişe veya geleceğe yolculuk etmenin bilimsel açıdan mümkün olup olmadığını da merak ediyoruz. Belki de çok şey istiyoruz, fakat Thorne’un dediği gibi zamanda geleceğe yolculuk teorik olarak mümkün. Fizik yasaları, gelişmiş uygarlıkların zamanda istedikleri hızda geleceğe yolculuk etmesine izin veriyor. Gelecekte biz de bu teknolojiyi geliştirebiliriz.

Ancak, zamanda geçmişe yolculuk etmek ve dedemizin büyükannemizle tanışıp evlenerek çocuk sahibi olmasını engelleyip geçmişi değiştirmek bambaşka bir problem. Sonuçta babamız doğmazsa biz de doğmayacağız ve geçmişe giderek geçmişi değiştiremeyeceğiz. Bu paradoksu aşmanın bir yolu var mı?

 

 

Zamanda yolculuk ışıktan hızlı gitmekten daha zor!     

Açıkçası biraz da bu tür paradokslar nedeniyle, fizik yasalarının geçmişe gitmeye izin verip vermediğini bilmiyoruz. Bununla birlikte, Sicim Teorisi uzmanı Juan Maldacena ve meslektaşlarının geliştirdiği “kuantum kütleçekim teorisi” doğruysa, bir gün geçmişe yolculuk etmenin mümkün olup olmadığını test edebileceğiz.

Zamanda geçmişe veya geleceğe hızla veya anında yolculuk etmek için (bu mümkünse) çok gelişmiş bir teknoloji gerekiyor. Kip Thorne’un uzmanı olduğu solucandelikleri, yani uzay ve zamanın dokusunda açılan tüneller teoride bunu mümkün kılabilir. Yazımızın ilk bölümde solucandelikleriyle ışıktan hızlı yolculuğu ele almıştık. Şimdi de solucandelikleriyle zamanda seyahat konusunu inceleyeceğiz.

 

 Geleceğe yolculuk

Albert Einstein’ın görelilik teorisi bize zamanın “kişisel” olduğunu söylüyor; yani şimdiki zaman size göre, bana göre, ona göre, bize göre olabilir ama aynı anda hepimize göre değil. Örneğin, yerçekimi Dünya’dan daha güçlü olan bir gezegende yaşayanlar için zaman “bize göre” daha yavaş geçecektir.

Bunun etkilerini günlük hayatta, sosyal medya yaşamında bile görebiliyoruz. Check-in yapmakta kullandığımız lokasyon sistemi GPS uydularına bağlı. Dünya yörüngesinde dönen küresel konumlandırma sistemi (GPS) uyduları zayıf mikro çekim ortamında bulunuyor. Uydulara Dünya yüzeyinden çok daha zayıf bir çekim kuvveti etki ettiği için, ilk bakışta bu uydularda zamanın yeryüzünden daha hızlı geçmesi gerekiyor.

 GPS uyduları ile isabetli “Foursquare check-in”leri

Ancak, yaklaşık 20 bin 200 km yukarıda dönen bu uydular, Digiturk uydu yayınlarını aktaran telekomünikasyon uydularında olduğu gibi “yersabit” yörüngede bulunmuyor ve dolayısıyla Dünya ile aynı hızda dönmüyor. Aslında Dünya’nın kendi etrafından dönmesinden çok daha hızlı dönen GPS uydularında zaman da deniz seviyesine göre biraz daha yavaş geçiyor (GPS uydularının saatleri Dünya’ya göre günde 7 mikrosaniye geri kalıyor).

Android telefonda Foursquare uygulamasını kullanarak İstanbul’un en yeni AVM’si Zorlu Center’da çekim yaparken, telefon saatinin GPS uyduları ile Dünya arasındaki bu küçücük zaman farkını hesaba katması gerekiyor. Telefon bunu dikkate almazsa, Zorlu Center’da check-in yaparken haritada Sarıyer’de gözükebiliriz! Bu da trafik kazalarını artırmanın yanı sıra, araç takip firmaları ile Yandex.Navigasyon mobil uygulamasının geliştiricilerini çılgına çevirecektir :).

Bu durum siz karada trenle saatte 130 km hızla giderken, yolcu uçağında saatte 800 km hızla giden yolcular için de geçerli. Tren yolcusu uçağa bakabilseydi, uçakta zamanın çok az bir farkla daha yavaş aktığını görecekti. Uçak yolcusu da trende zamanın az farkla daha hızlı geçtiğini görecekti.

 

 

Öyleyse zaman göreli, zaman kişisel

Charleston Heston’ın oynadığı 1968 yapımı ilk Maymunlar Cehennemi filminde olduğu gibi, ışık hızına yakın bir hızda giden bir uzay gemisinde zaman Dünya’ya göre çok daha yavaş geçiyor. Çünkü Einstein’ın E=mc2 formülüyle gösterdiği gibi “enerji” kütleye dönüşebiliyor.

Çok hızlı giden bir gemi neredeyse tümüyle enerjiye dönüşüyor ve buna bağlı olarak kütlesi aşırı artıyor. Aşırı büyük kütle hem geminin daha fazla hızlanarak ışık hızına ulaşmasını önlüyor hem de zamanın yavaşlamasına yol açıyor.

Ancak zaman kime göre yavaşlıyor? Görelilik teorisinde zaman mutlak olmadığı, kişisel olduğu için uzay gemisindeki zaman da “bize göre” daha yavaş akıyor. Görelilik Teorisine adını veren de bu olgu.

 

 

İkizler paradoksu

Zamanın kişisel olması, ışık hızına yakın bir hızla Dünya’dan uzaklaşan bir astronotun, Dünya’da bekleyen ikizine göre çok daha yavaş yaşlanmasına yol açıyor. Evet, klasik ikizler paradoksundan söz ediyoruz. Hakan uzay gemisi ile ışık hızına yakın bir hızda komşu yıldızlara doğru yola çıkar ve uzayda 30 yıl geçirirse, kardeşi Ercan Dünya’da 30 yıl değil, tam 4500 yıl yaşlanacaktır.

Zamanın gemide yavaş geçmesindeki tek etken, uzay gemisinin ışık hızına yakın bir hızda gitmesi değil elbette. Buna ek olarak geminin dönüş yolunda önce yavaşlayıp yön değiştirmesi, sonra ters yönde tekrar hızlanarak Dünya’ya yaklaşması ve nihayet yörüngeye girmek için hız kesmesi gibi büyük ivmelenme değişiklikleri de Hakan için zamanın daha yavaş geçmesinde etkili oluyor. Aslında ekstra hız değişiklikleri, Hakan için geçen zamanın sadece ışık hızına yakın bir hızla tek yönde yolculuk etmekten çok daha yavaş geçmesine yol açıyor.

 

 

Bu durumda Hakan uzayda 88 yıl yolculuk ettikten sonra geri dönseydi, Ercan için bugünkü evrenin yaşından çok daha uzun bir süre geçecek ve Ercan bu arada yaklaşık 14 milyar yıl yaşlanacaktı! Tabii o kadar uzun süre yaşayamayacağı için çoktan ölmüş olacaktı.

Hakan ise uzay gemisinde zamanın Ercan’a göre çok daha yavaş geçtiğinin farkında bile olmayacaktı! Hakan’a göre gemideki zaman normal hızla akacaktı ama geminin penceresinden bakıp da kardeşi Ercan’ı görebilseydi, ikiz kardeşinin aşırı hızlı bir şekilde yaşlandığını fark edecekti! Çünkü zaman göreli, zaman kişisel.

 

İkizler Paradoksu’nun matematiksel açıklaması

Uzay gemisindeki Hakan, Dünya’dan düz bir çizgi halinde ve 1 g ivmelenmeyle g=9,81m/s2  bir süre boyunca uzaklaşıyor: TF/4 (Hakan’a göre geçen süre). Ardından bir süre boyunca TF/4  hız kesiyor  g ve Dünya’dan çok uzak bir noktada, Dünya ile aynı hizada duruyor. Sonra Hakan Dünya’ya geri dönmek için bir süre boyunca TF/4 Dünya’ya doğru ivmeleniyor g. Dünya’ya yaklaşırken bir süre boyunca TF/4, g  oranında hız keserek yavaşlıyor. Yolculuğu sona eren Hakan, Dünya’ya indiğinde ikiz kardeşi Ercan’ın  TM oranında yaşlandığını görüyor. Ercan ise sadece  TF oranında yaşlanmıştır. Bu formülü şöyle yazabiliriz:  Burada  üslü fonksiyon olup  c de ışık hızıdır (saniyede yaklaşık 300 bin km).

 

 Doğal zaman makinesi kara delikler

Şansımıza zamanda yolculuk etmenin çok daha basit yolları var: Süper kütleli bir kara deliğin etrafında dönen bir uzay gemisi, yukarıda anlattığımız karmaşık hızlanma – yavaşlama manevralarına gerek kalmadan, çok daha basit şekilde geleceğe yolculuk edebilir mi? Kara delikleri kullanarak zamanda yolculuk etmek daha kolay olabilir mi? Birlikte görelim.

 

 Olay ufkunun şaşırtıcı gizemleri

Bunun için Hakan’ın uzay gemisiyle gidip, 1 milyar güneş kütlesine sahip dev bir süper kütleli kara deliğin yörüngesine girmesi gerekiyor. Hakan 30 yıl boyunca kara deliğin yörüngesinde, olay ufkunun hemen üzerinde kaldıktan sonra Dünya’ya geri dönerse, kardeşi Ercan binlerce veya milyonlarca yıl yaşlanmış olacaktır.

Olay ufku kara delikten kaçış hızının ışık hızına eriştiği geri dönüşü olmayan bir nokta olarak tanımlanıyor. Olay ufkunu geçen hiçbir şey kara deliğin çekiminden kurtulup uzaya geri dönemez. Olay ufkunu geçen bir astronot kara deliğe düşmekten kurtulamaz.

İşte bu yüzden Hakan’ın tam olay ufkunun üzerinde ve elbette hemen dışında yörüngeye girmesi önemli. Böylece olay ufkunun üzerinde etkili olan güçlü çekim kuvvetine direnerek yörüngede kalabilir. Tabii kara deliğin kütle çekim etkisinden kurtulmak için yörüngede neredeyse ışık hızında dönmek zorunda kalacak… Ve Ercan için Hakan’ın zamanı süper yavaş bir hızla geçecek.

 

 Başka galaksilere yolculuk

Tabii bunun için önce süper kütleli bir kara delik bulmak lazım. Bu tür kara delikler var ama hepsi de büyük galaksilerin merkezinde bulunuyor. Bizim galaksimiz olan Samanyolu’nun merkezinde 4 milyon Güneş kütlesine denk dev bir kara delik var, fakat yukarıdaki zaman yavaşlaması olayını yaşamak için bize 1 milyar güneş kütleli bir kara delik gerek.

Bu kara deliği bulmak üzere başka bir galaksiye gidebiliriz, fakat ışık hızı sınırını aşamayacağımız için bu da pratikte mümkün değil. Samanyolu’nun merkezindeki kara delik bize yaklaşık 30 bin ışık yılı uzakta; yani ışık hızıyla gitsek bile merkeze ulaşmak 30 bin yılımızı alırdı. Bize en yakın büyük galaksi ise yaklaşık 2 milyon 200 bin ışık yılı uzakta (Andromeda Galaksisi).

Oraya kadar gitmeyi başarsak bile, süper kütleli kara deliğin etrafında toplanan milyonlarca yıldızın ve kara deliğin çevresinde hızla dönen gaz bulutlarının yaydığı güçlü radyasyona maruz kalacağız. Üstelik uzay gemimizin olay ufkuna çok yaklaşması gerekecek ve kara deliğin güçlü gelgit kuvvetlerinin bizi parçalamasını önlemek için süper hassas manevralar yaparken (ki bunları 30 yıl süreyle saniyede belki yüzlerce kez tekrarlayacağız), yanlışlıkla kara deliğe düşmemek için çok dikkatli olmamız gerekecek. Zor.

 

 Kara deliklerle kedi fare oyunu

Fizikçi Stephen Hawking bu nedenle geleceğin uzay gemilerinin bu tür bir kara deliğin üst yörüngelerinde dönmesini tavsiye ediyor. Üst yörüngelerde, olay ufkundan uzakta olacağız ve irtifamızı korumak için ışık hızına yakın bir hızla gitmeye gerek kalmayacak, ama bunun da bir bedeli var:

Kara deliğin etrafında yavaş bir hızla döndüğümüz için, zaman Dünya’ya göre yalnızca yüzde 50 oranında yavaşlayacak. Uzay gemisinde 2 yıl geçerken Dünya’da 4 yıl geçecek. Tabii başka bir galaksideki kara deliğe gidiş dönüş yolculuğu da ışık hızına yakın bir hızda bile en az 5-10 milyon yıl sürecek. Gördüğünüz gibi, uzay gemisiyle ışık hızına yakın bir hızda giderek zamanda yolculuk etmek kara delikleri kullanmaktan daha kolay :).

 

 Yaşlanan atomaltı parçacıklar

Zamanın yavaşlaması olgusunu bugün CERN ve Fermilab gibi parçacık hızlandırma laboratuarlarında görebiliyoruz. Parçacık hızlandırıcılarında, protonlar gibi atomaltı parçacıklar ışık hızına yakın bir hıza erişiyor. Bu kadar yüksek bir hıza ulaşan protonlar daha sonra özel tünellerde kafa kafaya çarpıştırılıyor. Bu çarpışmada çıkan enerji Görelilik Teorisi gereği kütleye dönüşebildiği için, parçacık hızlandırıcılarında yeni parçacıklar yaratılıyor.

Bu parçacıklardan biri de muonlar. Muonlar parçacık hızlandırıcılarında ortaya çıkan kısa ömürlü parçacıklar. Muonlar var oldukları kısa süre içinde, deney aygıtlarının duvarları arasında ışık hızının 0,9994 katı hızla oradan oraya sekiyor. Kip Thorne ve arkadaşları New York’taki Long Island Brookhaven Ulusal Laboratuarı’nda yaptıkları araştırmada, bu muonların laboratuar masasında duran kardeşlerine göre tam 29 kat yavaş yaşlandığını, zamanın onlar için 29 kat yavaşladığını gördüler.

GPS uyduları, ikizler paradoksu, kara delikler ve parçacık hızlandırıcılarda aynı şeyi gördük: Güçlü bir çekim alanının etkisinde olan ya da ışık hızına yakın hızda giden cisimler için zaman yavaşlıyor. Peki kime göre? Dünya’da daha yavaş bir hızla dönen ve nispeten zayıf bir kütleçekim kuvvetine maruz kalan bizlere göre.

Fizikçiler 30 yıldır zaman makinesiyle geçmişe yolculuk etmenin mümkün olup olmadığını araştırıyor. Kip Thorne gibi geçmişe yolculuğun mümkün olabileceğini düşünenler var. Konuya olumsuz bakanlar da var. Örneğin Stephen Hawking, kendi geliştirdiği Zamanın Korunumu İlkesi nedeniyle geçmişe yolculuk etmenin imkansız olduğu kanısında.

“Fizik yasaları zamanda geçmişe yolculuk etmeyi önlemenin her zaman bir yolunu bulacak ve Evren’i tarihçiler için güvenli kılacaktır” diyen Hawking haklı olabilir. Sonuçta geçmişe yolculuk etmek mümkün olsaydı, torunlarımızın gelecekten gelip bizi ziyaret etmesi gerekirdi. Bugüne kadar “Merhaba baba; ben senin oğlunum, gelecekten seni görmeye geldim” diyen biriyle karşılaşmadık.  

Geçmişe gitmekle ilgili en büyük sorun zaman paradoksları. Geçmişe gidebilseydik “Eyvah, yanlışlıkla babamın annemle tanışmasını önledim, şimdi hiç dünyaya gelmeyeceğim” tarzı paradokslarla karşılaşacaktık. Fizikçiler bu tür zaman paradokslarını aşmanın ve geçmişe güvenli bir şekilde yolculuk etmenin yollarını araştırıyor.

Bu yazının ardından siz de Uzay Yolu Klasik Dizinin 28. bölümünü izleyerek gizemli zaman yolculuklarının cesur Kaptan Kirk’ü bile nasıl sarstığını görebilirsiniz. “Sonsuzluğun Kıyısındaki Şehir” adlı bu bölüm TV tarihinin en güzel hikayelerinden birini anlatıyor; ama önce geçmişe gitmenin neden zor olduğunu görelim. Belki de geçmişe seyahat için son zamanlarda fiziğin gündemine oturan solucandeliklerini kullanabiliriz.

 

 Solucandelikleriyle zamanda yolculuk

Geçen yazılarımızda ayrıntılarıyla ele aldığımız için, burada solucandeliklerinin uzay-zaman dokusunda açılan tüneller olduğunu ve evrende ışık hızını aşmadan ışıktan hızlı yolculuk etmenizi sağladıklarını söylemekle yetineceğim. Ancak, solucandeliklerinin birbirine bağlı iki kara delikten oluştuğuna dikkatinizi çekmek istiyorum.

Kara deliklerin uzay-zamanı büktüğünü biliyoruz. Bu durumda solucandeliklerinin de hem uzayı hem de zamanı büktüğüne dikkat etmemiz gerekiyor. Kütlenin zamanı bükmesinin zamanın yavaşlamasına neden olduğunu ikizler paradoksu ve kara delik zaman makinesi örneklerinde anlattık. Bu mantığı devam ettirdiğimizde solucandeliklerinin zamanı da büktüğünü görebiliyoruz. Einstein’ın Görelilik Teorisi’nde belirttiği gibi uzay-zaman bir bütün; uzay ve zaman aynı kumaşın, aynı dokunun parçası.

Solucandelikleriyle zamanda nasıl yolculuk edebileceğimizi görmek için önce evimizin bahçesinde bir solucandeliği açıldığını hayal edelim. Delikten baktığımızda başka bir galaksideki başka bir dünyayı görüyoruz; yani bu solucandeliği tünelinin bir ucu bahçemizde, diğer ucu da başka bir galakside ve biz tünelde birkaç adım atarak milyonlarca ışık yılı uzaktaki o galaksiye gidebiliriz.

 

 

Solucandeliğinden uzay gemisi olur mu? Olur

Şimdi solucandeliğinin öbür ucunu, yani uzak galaksideki ucunu bir uzay gemisi gibi düşünelim ve varsayalım ki çok gelişmiş bir teknolojiye sahip olan uzaylılar solucandeliğinin uzak ucunu aldılar, uzayda ışık hızına yakın bir hızda yola çıkardılar: Solucandeliğinin beri ucu, yani Dünyamızdaki ucu ise yer değiştirmeden bahçede kaldı.

Ardından çılgın uzaylılar, solucandeliğinin öbür ucunu sucuk kangalı gibi büktüler ve galaksimize getirip, bahçemizdeki ucuyla yan yana koydular. Solucandeliğinin bu yolculuk sırasında ışık hızına yakın bir hızda giden öbür ucunda sadece 1 saniye geçerken, başından beri bahçemizde olan ucunda 24 saat geçecektir.

 

 

Fark ettiyseniz solucandeliği bir zaman makinesi oldu. Artık kangal şekilli bu solucandeliği tünelinin bir ucundan girip diğer ucundan çıkarak, tam 1 gün geçmişe gidebiliriz. Çünkü bir süre önce başka bir galaksiye açılan o uçta zamanın yavaşladığını ve bir gün yerine 1 saniye geçtiğini biliyoruz. Fizik yasalarının solucandeliklerine izin verip vermediğini ise bilmiyoruz. Ancak, birçok fizikçi, solucandeliklerinin oluştukları anda büyük bir patlamayla yok olacağını düşünüyor.

Bunun sebebi sanal parçacıklar: Sanal parçacıklar Evren’deki siyah boşluğu, vakumu dolduran parçacıklar. Bu parçacıklar uzay boşluğunda Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi nedeniyle ortaya çıkıyor. Belirsizlik İlkesi’ne göre bir parçacığın konumu ve hızını aynı anda bilemeyiz. Bu da konumunu bildiğimiz bir parçacığın hızının belirsiz olması ya da hızını bildiğimiz bir parçacığının konumunun belirsiz olması anlamına geliyor (Nitekim bu tür bir parçacık evrenin herhangi bir yerinde ortaya çıkabilir).

 

 

Sanal parçacıklar

Sonuçta Belirsizlik İlkesi uzay boşluğunun bile bir enerjisinin olmasına ve tıpkı çaydanlıktaki haşlak suyun kaynaması gibi, uzay boşluğunun da sanal parçacıklarla kaynamasına yol açıyor. Bu parçacıklar madde ve anti madde çiftleri halinde oluşuyor. Ancak, Madde ve anti madde birbirini aniden yok ettiği için sanal parçacıklar da deyim yerindeyse “gerçeklik dünyasına adım atmaya fırsat bulamadan” yok oluyor.

Söz konusu parçacıklara sanal parçacık adını vermemizin sebebi bu ve sanal parçacıklar solucandeliklerini zaman makinesi olarak kullanmanın önündeki en büyük engeli oluşturuyor. Sanal parçacıklar solucandeliklerini yok ediyor!

 

 

Bunun sebebi Casimir etkisi

Casimir Etkisi’ni görmek için, içinde hiçbir molekül veya atom olmayan vakuma, bildiğimiz uzay boşluğuna, birbirine çok yakın mesafeyle iki ince levha koyduğumuzu düşünelim (levhaların arasında sadece birkaç milimetre aralık olsun). Bu levhaların hem arasında hem de dışında sonsuz sayıda sanal parçacık bulunuyor. Ancak levhaların dışında, levhaların arasından daha fazla sayıda sanal parçacık mevcut. Bu da levhaların dışındaki sanal parçacıkların levhaların arasına akmasına yol açıyor.

-1’in karekökü gibi sanal sayılarla ifade edilen sanal parçacıklar, tıpkı boş kaba dolan su gibi levhaların arasına akıyor. Dolayısıyla levhaların arasındaki boşluk, evrenin geri kalanından negatif enerji çekiyor (Evren’de toplam enerji sabit olduğu için, levhaların arasına akan enerji, levhaların dışındaki enerjinin azalmasına ve doğal olarak levhaların dışında negatif enerji oluşmasına neden oluyor).

Oysa negatif enerji çekim değil, itim kuvvetine sahip olduğu için bu etkinin levhaların arasını açması gerekiyor! Ancak bu etkiyi dengeleyen bir karşı kuvvet, bir çekim kuvveti var: Evren’in toplam enerjisi sabit olduğundan, bu kez levhaların arasında, Evren’in dışından akan enerjiyi dengelemek üzere pozitif enerji oluşuyor. Pozitif enerji ise kütleçekim kuvvetidir ve negatif enerjiye karşı koyan bu kuvvet levhaları birbirine çekiyor, birbirine doğru yaklaştırıyor.

 

 

Sanal parçacıklar ve solucandelikleri

Levhaların arasında meydana gelen pozitif enerji tıpkı +1 ile – 1’in toplamının sıfır olması gibi, Evren’in toplam enerjisinin dengede ve sıfır olmasını sağlıyor (Nötr atomların, iyonize olmayan atomların toplam elektrik yükünün sıfır olduğunu hatırlayalım).

Solucandeliklerini de Casimir levhaları gibi düşünebiliriz: Bir solucandeliği oluşturduğumuz zaman, negatif enerji Evren’den deliğe doğru akarak itici kuvvet etkisiyle solucandeliğinin ağzının genişlemesini sağlıyor. Ancak, solucandeliğinin içinde negatif enerjiyi dengelemek için pozitif enerji oluşuyor. Bu da deliğin ağzını kapatan bir kütleçekim kuvveti meydana getiriyor. Zamanda yolculuk etmek üzere solucandeliklerini kullanmak istiyorsak, önce bu deliklerin ağzını açık tutmamız gerekiyor.

Öyleyse solucandeliklerinin dışında kalan evrende, bu deliklerin içinde oluşan pozitif enerjiden daha büyük miktarda negatif enerji üreterek, solucandeliklerinin ağzını açık tutmayı başarabilir miyiz? Solucandeliğinin ağzını büzen kütleçekim kuvvetini (deliğin içindeki pozitif enerjiyi) deliğin dışındaki kütle itim kuvvetiyle, yani karşı çekim kuvvetiyle yenebilir miyiz?

 

 Bedava enerji yok, her şeyin bir bedeli var

İşimiz kolay değil. Solucandeliğinin içinde pozitif enerji oluşması bir tek şekilde mümkün: Solucandeliği Evren’in dışından negatif enerji ödünç almak zorunda. Ancak bunun bir bedeli var. Evren’in toplam enerjisinin 0 olması için solucandeliğinin içinde pozitif enerji oluşacak, yani kara delik gibi güçlü bir kütleçekim alanı meydana gelecek. Bu çekim kuvvetinin solucandeliğini kapanmaya ve çökmeye zorlayacağını söyledik.

Bununla birlikte bir şansımız olabilir. Evren’in dışındaki sanal parçacık sonsuzluğunun, solucandeliğinin içindeki sanal parçacıkların sayısından daha büyük olduğunu anımsayalım. Bu durumda solucandeliğinin dışında, deliğin içindeki pozitif enerjiden daha güçlü bir negatif enerji oluşturabilir ve böylece deliğin ağzını açık tutmayı başarabiliriz; fakat bu yoktan enerji yaratmak, bir devridaim makinesi yapmak demek. Yalnız, devridaim makinesi yapmak termodinamik yasaları nedeniyle imkansızdır.

 

 

Bedava kahvaltı
 

Nitekim Fizikçi Kip Thorne yukarıda anlatılan durumu test etmek için gereken hesaplamaları tamamladığında, solucandeliklerinin oluştuktan sonra bir yıldız gibi uzun ömürlü olması veya Stargate bilimkurgu dizisindeki “yıldız geçitleri” gibi en az 30 dakika boyunca açık kalması için, boşluktan bedava enerji üretmemiz gerektiğini anladı.

Kısacası solucandeliklerini ağzını açık tutmak için yoktan enerji üretmek ve dolayısıyla Evren’deki toplam enerji miktarını  artırmak gerekiyordu. Bu da ancak devridaim makinesiyle mümkün olabilirdi; ama dediğimiz gibi termodinamik yasalarına göre devridaim makinesi yapmak imkansızdı.

 

Casimir Etkisi ve Evren’in genişlemesi

Termodinamik yasaları enerjinin tamamının, yüzde 100’ünün işe dönüştürülemeyeceğini, enerjinin bir kısmının her zaman atık ısı olarak uzaya kaçıp ziyan olacağını söylüyor. Bu nedenle boşluktan bedava enerji üretemiyoruz, çünkü boşluktan çektiğimiz enerjinin tamamını kullanamıyoruz. Bir kısmı hep boşa gidiyor ve boşluktan çekebileceğimiz enerji sürekli azalıyor. İşte bu nedenle solucandelikleri de ağzını sürekli açık tutmak için Evren’den sınırsız miktarda negatif enerji çekemiyor.

Evet, önce deliğin dışında, deliğin içindeki pozitif enerjiden daha büyük miktarda negatif enerji oluşuyor ve negatif enerjinin itici kuvveti ile deliğin ağzını genişletmeye başlıyoruz. Ancak deliğin ağzı genişledikçe, termodinamik yasalarının etkisiyle, dışarıdan içeriye negatif enerji akışı azalıyor.

 Bu nedenle deliğin ağzını istediğimiz kadar genişletemiyoruz, örneğin İstanbul Boğazı kadar geniş bir solucandeliği üretemiyoruz ve deliğin ağzı bir insanın zar zor geçebileceği büyüklüğe eriştiğinde, negatif enerji pozitif enerjiye karşı koyamayacak kadar azalıyor. O noktada solucandeliğinin içindeki pozitif enerji güçlü bir kütleçekim alanı oluşturarak solucandeliğini çökertiyor. Bu süreçte serbest kalan boşluk enerjisi de büyük bir patlamaya yol açıyor.

İşte bu nedenle Casimir Etkisi yalnızca iki levha birbirine birkaç milimetre kadar yakınken, birbirine çok yakınken gözlemlenebiliyor. Bu etki Dünya ile Güneş arasındaki astronomik mesafelerde ortaya çıkmıyor. Buna da şükretmemiz gerek çünkü sanal parçacıklar, negatif enerji ve Casimir Etkisi hem Evren’in Büyük Patlama ile oluşmasından hem de Evren’in günümüzde hızlanarak genişlemesinden sorumlu.

 

Şimdi yanağınıza çimdik atın

Hayır, şaka yapmıyorum. Lütfen yanağınıza canınızı acıtmadan bir çimdik atın ve derinizi sıkıştırarak öyle tutun. Derinizin sıkışan kısmını Casimir Etkisi ile birbirine yaklaşan levhalara benzetebilirsiniz. İşte Evren, solucandeliklerini böyle çimdik atar gibi sıkıştırmak istiyor ve bu sırada deliğe dolan negatif enerji, solucandeliklerinin bir süre boyunca kapanmadan açık durmasını sağlıyor (pozitif enerji üstün gelene dek).

Bu sırada yanağınızdaki teninizin, çimdikle sıkıştırdığınız yerin dışında kalan derinin nasıl gerildiğini fark ettiniz mi? Sanal parçacıklar ve negatif enerji de uzay boşluğunun bir kısmını böyle sıkıştırıyor ve boşluğun sıkıştığı yerin dışında kalan uzay parçasının da tıpkı teniniz gibi gerilmesini sağlıyor. Evren’i oluşturan uzay boşluğu işte bu şekilde genişliyor, Evren böyle genişliyor.

 

 Delikli evren

Uzay boşluğunu Planck sabitine kadar ölçebiliyoruz. 1,61619926 × 10-35 metreye kadar Evren anlamını koruyor. Planck sabitinden daha küçük, yani bu mesafeden daha kısa mesafelerde ise fizik kuralları işlemez oluyor ve Evren yok oluyor. Dolayısıyla uzay boşluğunu düz bir kumaş gibi değil, delikli tül perde gibi düşünmemiz gerekiyor. Tül perde Evren’in kendisi, tül perde Evren’in enerji alanı ve uzay-zamanın dokusu; deliklerde ise hiçbir şey yok, belki sanal parçacıklar var.

Delikli evrenden neden söz ettik? Çünkü bu deliklerin kenarlarını, arasında dar bir boşluk bulunan mikroskobik Casimir Etkisi levhaları veya solucandelikleri gibi düşünebiliriz. Matematiksel açıdan bakarsak, uzayda evrendeki Planck birimleri kadar çok sayıda solucandeliği olduğunu, bu deliklerin içine negatif enerji aktığını ve negatif enerjinin itiş kuvvetinin de Evren’in genişlemesine yol açtığını düşünebiliriz (Negatif enerji tül perdedeki deliklerin genişlemesine, dolayısıyla tül perdenin, yani uzayın da genişleyerek büyümesine neden oluyor).

 

 

Peki neden Evren kara deliklerle kaplı değil?

Newton ve Leibniz’in birbirinden bağımsız olarak geliştirdikleri sonsuz küçükler hesabından yola çıkarak, delikli Evren’de nasıl negatif enerji oluştuğunu ve Evren’in bu sayede nasıl genişlediğini hesaplayabiliyoruz.

Öyleyse akla şu sorular geliyor: Neden negatif enerji akışı yukarıda anlattığımız gibi zamanla azalmıyor? Neden pozitif enerji bir saatten sonra Planck deliklerinin (evreni doldurduğuna inandığımız mikroskobik solucandeliklerinin) çökerek kapanmasına ve kara deliklere dönüşmesine yol açmıyor? Neden Evren’de Planck birimi kadar çok sayıda, neredeyse sonsuz sayıda kara delik oluşmuyor ve neden bütün Evren kara deliklerle kaplanmıyor?

 

 Joker kartı

Bunun basit bir sebebi var ve bu nedenle solucandelikleri ile zamanda yolculuk için de umut var: Fizik yasalarının Planck mesafesinden daha küçük mesafelerde geçerli olmadığını belirttik. Planck delikleri tabii ki Planck mesafesinden daha küçük ve dolayısıyla bu deliklerin içinde termodinamik yasaları geçerli değil.

Sonuçta negatif enerjinin az miktarda da olsa deliklerin içine akmasını durduracak hiçbir engel yok. Bu nedenle evrenin dokusundaki “Planck deliklerini” kara deliğe dönüştürecek miktarda pozitif enerji de birikmiyor.

Bu durumda Planck deliklerinin, aslında mikroskobik solucandeliklerinin içinde enerjinin korunumu yasası geçerli değil. Nitekim Holografik Evren Prensibini geliştiren fizikçilerden biri olan Gerard ‘t Hooft, 2013 Dünya Bilim Festivali kapsamında katıldığı panelde, Evren’de enerjinin korunumu yasasının bazı durumlarda geçerli olmadığını düşündüğünü belirtmişti.

 

 Fizik yasalarının sonu ya da yeni bir fizik

Meslektaşları Hooft’a katılmıyor, fakat Evren’in neden şimdi aşırı bir hızda genişleyerek yok olmadığını ya da anında kara deliklerle dolmadığını açıklamak için Planck deliklerinde fizik kurallarının geçerli olmadığını da kabul etmemiz gerekiyor.

Planck sabitini bulan ve kuantum mekaniğini geliştiren fizikçi Max Planck 100 yıldan uzun bir süre önce bunu göstermişti. Belirli bir bölgeye sonsuz miktarda enerji sıkıştırılamayacağını ispatlamıştı. Uzayın belirli bir bölgesinde taşınabilecek enerjinin bir üst sınırı vardı ve bunu Planck sabiti belirliyordu.

 

 Tabii yeni bir kuantum kütleçekim kuramı bunun sebebini daha iyi açıklayabilir. Ancak Planck delikleri konsepti, Evren’de en azından Planck mesafesi boyunda solucandelikleri oluşabileceğini gösteriyor.

Doğrusu yakın zamana kadar bu fikri ben de hayal olarak görüyordum ama Maldacena ve Susskind, Evren’deki kuantum dolaşıklığı olgusunu solucandelikleriyle açıklayan yeni bir model geliştirdiler (Mikroskobik solucandeliklerinin temel parçacıkları uzay-zamanda birbirine bağladığını düşünüyorlar). Bu nedenle Planck deliklerinin her biri ağzı açık bir solucandeliği olabilir.

Nihayet bütün bu açıklamalar birer spekülasyon ve solucandeliklerini zamanda yolculuk etmek için kullanmak istiyorsak, önce bu delikleri insanların geçebileceği kadar büyütmemiz gerekiyor. Yukarıda anlattığımız sebeplerle şimdilik bu imkansız görünüyor ama bir an bunu başardığımızı varsayalım: Solucandeliklerinin fizikçi John Friedman ve meslektaşlarının Topolojik Sansür adını verdiği çökme etkisiyle yok olmasını önlesek bile, bu delikleri kullanarak geçmişe yolculuk edebilecek miyiz?

 

 

Zaman makinesinin önündeki diğer engeller

Bilim adamları geçmişi değiştirerek paradokslara yol açmamızı önleyen iki fizik mekanizması olduğunu düşünüyorlar. Bunlardan biri, zaman makinelerinin sadece egzotik maddeyle çalışabileceği öngörüsü: Fizik yasaları Evren’de egzotik madde olmasını yasaklıyorsa, zaman makinesiyle geçmişe gitmek imkansız olabilir. Örneğin, zaman makinesi için ışık hızından hızlı giden takyon parçacıkları gerekiyorsa ve Evren’de takyonlar yoksa zaman makinesi yapamayız.

İkinci engel ise fizikteki Enerjinin Korunumu ve Enformasyonun Korunumu ilkelerine bağlı. Bu ilkelerin geçmişe yolculuğu neden yasakladığını, “Aynı Ahmet’ten iki tane olmaz” ve “Bugün Afşin–Elbistan Termik Santrali’nde üretilen elektrik enerjisini meydana getiren elektronları aynı anda ve aynı zamanda iki kere yaratamayız” önermeleriyle açıklayabiliriz. Bu ifadeler aslında fizikteki basit bir kurala dayanıyor:

 

 Yoktan enerji yaratmak veya enerjiyi yok etmek imkansız

Detaylar  için Kara Delikler ve Enformasyon Paradoksu yazısına göz atabilirsiniz; ama kısaca ifade edecek olursak, evrendeki toplam enerji değerinin sabit olduğunu tekrarlamak gerekiyor. Evren’deki toplam enerjinin sabit olması demek, enerji açısından bakıldığında Evren’in geçmişi ve geleceği arasında hiçbir fark olmaması demek:
Enerji, Evren’deki zamanın akışı içinde şekilden şekle girebilir; ısı veya buhar enerjisine, mekanik enerjiye ya da elektromanyetik enerjiye dönüşebilir. Ancak, enerjiyi asla yoktan yaratamaz ya da yok edemeyiz.
 

 Geçmişe yolculuk etmek, geleceği geçmişe taşımak demek

Bir gün Planck mesafesinden daha geniş solucandelikleri oluşturmanın yolunu bulsak bile, solucandelikleri ve diğer zaman makineleri başka bir sebeple kendi kendini yok edecekler. Bunun sebebi ise enerjinin korunumu yasasına bağlı olan İkizler Paradoksu.

Şöyle düşünün: Bahçenizdeki solucandeliğinden içeri giriyorsunuz. Bu durumda vücudunuzun maddesini, kütlesini, enerjisini ve deliğin içindeki sanal parçacıkları; yani boşluğun enerjisini de yanınızda götürüyorsunuz. Ardından, yukarıda anlattığımız gibi solucandeliği kangal sucuk gibi bükülüyor, deliğin çıkış ucu deliğe girdiğiniz bahçedeki giriş ucuyla yan yana geliyor.

İlk başta solucandeliği tüneli içinde uzak galaksiye doğru yürürken, geride kalan Dünya’ya göre milyarlarca yıl geleceğe gitmiş oluyorsunuz (uzay gemisi örneği). Ardından, deliğin bir süre önce başka bir galaksiye açılan ucu bükülüp, bahçenizdeki giriş ucunun yanına geliyor.

 

 Havaya uçan zaman makineleri

Solucandeliği tünelinin bükülmesi ve çıkış ucunun Dünya’ya doğru ışık hızına yakın bir hızda dönmesi, siz başlangıçta Dünya’dan uzaklaşırken şimdi Dünya’ya yaklaşmanıza yol açıyor. Tünelde normal hızda yürümenize rağmen, tünelin bükülen ucuyla birlikte uzayda ışık hızına yakın bir hızda yol aldığınız ve artık dünyadan uzaklaşmak yerine ters yönde gidip Dünya’ya yaklaştığınız için, bu kez zamanda geçmişe gitmiş oluyorsunuz.

Ve geçmişe gelip bahçenizde solucandeliğine giren eski halinizi gördüğünüz anda bomba gibi patlayıp kendinizi ve geçmişinizi yok ediyorsunuz! Peki neden? Çünkü geçmişe giderken sahip olduğunuz enerjiyi, içinde yürüdüğünüz sanal parçacık uzayını, kuantum salınımlarını beraberinizde götürdünüz. Geçmişe gittiğiniz anda, geleceğin enerjisini geçmişe getirdiniz. Aynı enerjiyi iki kere yarattınız.

Bu bir paradoks! Geçmişe seyahat, hem enerjinin korunumu yasasına aykırı bir durum olarak yeni bir İkizler Paradoksuna (kendi geçmişinizle el sıkışmanıza) yol açıyor hem de aynı enerjiyi geçmişe kopyaladığınız için solucandeliğiyle birlikte havaya uçmanıza neden oluyor. Kısacası zaman makinesi yapabiliriz, ama bu makine çalıştığı anda enerji ve enformasyon paradoksuna yol açarak havaya uçacaktır.

 

 Kaçınılmaz son

Kip Thorne, Sung-Won Kim ile birlikte 1990 yılında bu senaryoyu matematik hesaplamalarıyla test etti ve solucandeliği tabanlı zaman makinelerinin çalışır çalışmaz yok olacağı sonucuna vardı. 1991 yılında ise Stephen Hawking kendi hesaplamalarında bütün zaman makinelerinin çalışır çalışmaz yok olacağını ortaya koydu. Ne kadar gelişmiş olursa olsun hiçbir uygarlık zaman makinesi kullanamayacaktı. Hawking bunu Zamanın Korunumu ilkesi olarak adlandırdı (Kronolojik Korunum).

Takvimler 1996’yı gösterdiğinde ise Bernard Kay, Marek Radzikowski ve Robert Wald, zaman makinelerinin çalıştıkları anda yok olacağı sonucuna varmak için henüz erken olduğunu söylediler. Belki yeni bir kuantum kütleçekim kuramı geliştirirsek bu engeli aşmanın bir yolunu bulabilirdik.

Kip Thorne ve Hawking buna katılmıyor. Her ikisi de fizik yasalarının geçmişe giden zaman makinelerine asla izin vermeyeceğini düşünüyor. Hatta Hawking Haziran 2000’de, Kip Thorne’un 60. doğum gününde bir muziplik yaptı ve ona solucandelikleriyle ilgili yeni bir analiz sundu. Buna göre Thorne’un havaya uçmadan geçmişe gitme şansı 1/1060 idi!

 

 Geçmişi değiştirmek

Buna rağmen fizikçiler geçmişe yolculuk etme konusunu pes etmeden araştırmayı sürdürüyorlar. Tasarlanan alternatif zaman yolculuğu yöntemleri arasında kozmik sicimler ve paralel evrenlere yolculuk var.

Ben de bir bilimkurgu hayranı olarak geçmişe yolculuktan kolay kolay vazgeçmeye niyetli değilim. Kuantum kütleçekim kuramı ve diğer gelişmelerle bir gün geçmişe yolculuğun mümkün olacağına inanıyorum. Bu mümkün olmasa bile, zaman makinelerinin imkansız olduğunu gösteren kesin kanıtların yeni fizik kurallarıyla birlikte ortaya koyulmasını sabırsızlıkla bekliyorum.

Gelecek bölümde kozmik sicimleri kullanarak zamanda yolculuk etmenin diğer muhtemel yollarını ele alacağız. Bu arada vakit geçirmek için Geleceğe Dönüş filmlerini baştan izleyebilirsiniz.

 

Kara delikleri ateşten bir enerji duvarı mı kuşatıyor? Geçenlerde ele aldığımız gibi ateş duvarı diye bir şey gerçekten varsa, kuantum fiziği, bilginin korunumu veya Einstein’ın eşdeğerlik ilkesi gibi temel fizik yasalarının yanlış olması gerekiyor. Işıktan hızlı yolculuğa teorik olarak izin veren “solucandelikleri” bizi bu çelişkiden kurtarabilir mi?

Fizikçiler “kara delik ateş duvarı” problemini çözmek için California Üniversitesi Santa Barbara Kavli Enstitüsü’nde bir araya geldiler. Stephen Hawking’in 1976 yılında ortaya koyduğu bu paradoks fizik bilimindeki en büyük sorunlardan birini oluşturuyor.

Sicim teorisinden yola çıkarak tutarlı bir kuantum kütleçekim kuramı geliştiren Juan Maldacena ve kara delik entropisinden ilham alarak holografik evren modelini geliştiren Leonard Susskind, bu kez toplantıda “solucandeliği modelini” anlattı. Solucandelikleri ışıktan hızlı yolculuğa ve zamanda seyahate izin veriyor. Belki kuantum fiziğindeki dolaşıklık olgusunu da açıklayabilir.

 

 Bildiğimiz gibi her kara deliğin bir olay ufku var. Kara deliklerin olay ufkunu geçip kara deliğin içine giren hiçbir şey dışarı çıkamaz. Işık bile kara deliklerden kaçamaz.

Bugüne kadar kara delikleri kuşatan olay ufkunun nispeten sakin bir yer olduğunu düşünüyorduk; yani kara deliğin içine düşmediğiniz sürece, olay ufkuna yaklaşmak tehlikeli değildi. Süper kütleli kara delikler söz konusu olduğunda ise olay ufkunu geçen astronotların bile önce hiçbir şey hissetmemesi gerekiyordu.

 

Fizik dünyasının süper starı kara delikler

Olay ufku tehlikeli olmayabilir ama fizikte önemli olan olayların büyük kısmı olay ufkunda meydana geliyor ve bunun bir nedeni var: Kuantum fiziği:

Kuantum fiziğine göre bir çift sanal parçacığın uzayda aniden ortaya çıktığını düşünün. Normal olarak bunlar hemen birleşerek birbirini yok eder. Ancak bu parçacık çifti olay ufkuna yakınsa, bir parçacık kara deliğin içine düşebilir, diğeri ise kara deliğin dışında kalarak uzayda başıboş dolaşabilir. Bu da kara deliklerin atomaltı parçacıklardan oluşan bir tür radyasyon yaydığı anlamına geliyor.

Stephen Hawking, “Hawking Radyasyonu” olarak adlandırılan bu olguyu yaklaşık 40 yıl önce formüle etti. Buna göre, kara delikler zamanla o kadar çok parçacık kaybediyor ki buharlaşarak gittikçe küçülüyor ve bir gün yuttukları kütleyi evrene Hawking Radyasyonu olarak geri saçarak yok oluyorlar.

 

 İçine düşen çıkamaz

Duruma başka bir açıdan bakacak olursak, kara deliklerin fırsat buldukça madde yuttuğunu söyleyebiliriz. Şurada burada birkaç gaz bulutu ya da talihsiz bir-iki yıldız, fazla meraklı bir astronot, Schrödinger’in kedisi vs. vs. Bütün bunlar kara deliklere düşebilir ama bu kalıcı bir durum değil. Kara delikler yuttukları şeyleri Hawking Radyasyonu olarak evrene geri kusuyor.

Öte yandan fizikte enformasyonu (bilgiyi) yok etmek de imkansız. Bu nedenle, kara deliğe düşen şeyler sağ salim geri gelmese bile bunlara ait izler taşıyan bir tür enerji alanının, enformasyonun uzaya geri dönmesi gerekiyor. “Hawking Radyasyonu”nun kara deliğe düşen her şeyin bilgisini içermesi lazım. Biz bu saklı bilgiyi okuyamasak bile Hawking Radyasyonu o bilgiye sahip olmak zorunda.

 

Seslensem kimse duymaz

Bunun fizikte mümkün olmasının tek yolu Hawking Radyasyonu’nun “dolaşık” halde olması: Kuantum fiziğinde dolaşıklık, parçacıkların kuantum durumlarının, aynı zamanda “Hawking Radyasyonunda bulunan diğer parçacıkların kuantum durumlarından etkilenmesi” anlamına geliyor. Kısacası radyasyon alanındaki bir parçacığı değiştirmek diğer parçacıkları da değiştiriyor (yazının sonundaki video).

Kara deliklere geri dönecek olursak… Hawking Radyasyonu’nun bir çift sanal parçacığın gerçek dünyada ortaya çıkmasından kaynaklandığını hatırlayalım. Bu parçacıklardan biri kara deliğe düştü, diğeri ise düşmeden uzaya kaçtı ve iki parçacık da birbirine dolaşık durumda.

 

 

Hem dolaşık hem de bize göre kopuk?

Fizikte bir sınırlama daha var: Yoktan enerji üretmek veya enerjiyi yok etmek imkansızdır. Bu sebeple, bir parçacığın aynı anda iki yerde birden olması veya bir parçacığın iki farklı durumunu gösteren iki farklı bilgiye aynı anda sahip olmamız da mümkün değil. Bunu dolaşıklık kavramına uygulayacak olursak: Bir parçacık ya doğrudan ikiziyle dolaşık olabilir, ikizine bağlı olabilir ya da kara delikten gelen radyasyondaki diğer parçacıklara bağlı olabilir. Ancak “ikisine” birden bağlı olamaz.

İşte kara deliklerde enformasyon paradoksu dediğimiz şey bu: Enformasyonu korumak için Hawking Radyasyonu’ndaki parçacıkların birbiriyle dolaşık olması gerekiyor ama Hawking Radyasyonu’nun meydana gelmesi için, bu parçacıkların aynı zamanda kara deliğe düşen parçacıklara da bağlı olması gerekiyor.

 

 

İçi dışı bir değil ama ikisi de geçerli

Teorik fizikçi Leonard Susskind ve Gerard ‘t Hooft, bunun evrende mümkün olabileceğini düşündüler. Ancak mümkünse, bu paradoksu önlemenin tek bir yolu vardı: Bir kişi bu dolaşıklık durumlardan sadece birini görebilirdi.

Kara deliğe düşen parçacığın dışarıdaki ikizine baktığımızda, yalnızca kara deliğe düşen parçacığın olay ufkundaki son halini, bize göre zamanda donup kalmış eski halini görebiliriz. Susskind bunu Kara Delik Savaşları adlı kitabı ve aynı adı taşıyan konferansında “Eşdeğerlik İlkesi” olarak açıklıyor. Öte yandan, bize göre olay ufkunda donup kalmış olsa da bu parçacığın aslında kara deliğe düştüğünü biliyoruz: İki durum da gerçek, ikisi eşdeğer. Bunu şöyle açıklayabiliriz.

 

Biz sadece olay ufkunu kara deliğin hemen dışına bağlayan dolaşıklığı görebiliriz. Yine olay ufkunda yer alan, ancak olay ufkunu kara deliğin içine bağlayan ve bir parçacığın kara deliğin içindeki halini gösteren enformasyona sahip dolaşıklık durumunu ise asla göremeyiz.

Basitçe ifade edersek, Hawking Radyasyonu’na dışarıdan baktığımızda sadece kara delikten kaçan parçacığı görebiliriz. Kara deliğin içindeki parçacığı ise kesinlikle göremeyiz. Bu bilgiyi asla öğrenemeyiz. Kara delikten kaçan parçacık bize sadece kara deliğe düşen ikizinin olay ufkundaki son halini gösterebilir.

 

 

Peki ya dolaşık olan ikinci parçacık da sonradan kara deliğe düşerse?

Ateş Duvarı sorunu çıkınca bu açıklamayı bozdu ve paradoksu geri getirdi. Bilim adamları şu ihtimali düşünmek zorunda kaldılar: Ya ilk seferinde kara deliğe düşmeden kaçan parçacık birkaç saniye sonra tıpkı dolaşık olduğu ikizi gibi kara deliğe düşerse ne olacak?

Bu durumda hem Hawking Radyasyonu olarak bize kendi bilgisini gösterecek hem de olay ufku üzerinden dolaylı olarak dolaşık olduğu için, daha önce kara deliğe düşen ikizinin içerideki bilgisini “aydınlatacak”.

Bu da iki dolaşıklığı birden görmemiz, yani aynı parçacığa ait “iki farklı bilgiye” sahip olmamız demek (hem ilk parçacığın olay ufkundaki halini hem de kara deliğin içindeki halini bileceğiz?). Bu bir paradoks ve fizikçiler bunu çözmek için kara delikleri saran olay ufkunda bir tür enerji alanı olduğunu düşündüler.

 

Ateş duvarını sorunu çözmek için fizikçiler icat etti

Bu enerji alanı kara deliğin dışındaki parçacıkların kara deliğin içindeki parçacıklarla olan bağını koparıyordu. Bu yüzden dışarıdaki parçacıklar zamanla kara deliğe düşse bile, olay ufkundan geçerken, kara deliğin içindeki parçacığa ait bilgileri olay ufkunun dışına kaydetmiyordu. Belki sadece olay ufkunun bizim göremediğimiz iç kısmı kara deliğin içindeki parçacıklara ait bilgileri içerebilirdi.

Sonuç olarak, orijinal kuantum dolaşıklığının (bağıntısının) kopması bir enerji patlamasına yol açıyordu. Bilim adamları bunu ateş duvarı2 olarak adlandırdılar (gerçi, tek tek parçacıkların bağını koparan bu mikroskobik enerji patlamalarını çıplak gözle göremeyiz).

 

Oysa ateş duvarı sandığımızdan sıcak çıktı

Ateş duvarının enerjisini ölçtüğümüzde bu enerji alanının çok güçlü olduğunu anladık. Olay ufkundan geçen parçacıkları yok edecek kadar güçlü bir enerji alanı. İlk bakışta bunda sorun ne diyebilirsiniz. Parçacıklar yok olursa yukarıda anlattığımız enformasyon paradoksu da ortadan kalkar.

Ancak iki sorun var: a) Fizik kurallarına göre enformasyonu yok etmek imkansız. b) Parçacıklar olay ufkunda yok oluyorsa, kara deliklerin içine ne düşüyor? Sonuçta kara deliklerin uzaydaki gaz ve toz bulutlarını yuttukça kütle kazandığını ve büyüdüğünü biliyoruz. Kara deliklerin içine BİR ŞEYLER düşüyor. Bunlar enformasyon olmadan mı düşüyor? Bir şey hiçbir bilgi içermeden nasıl var olabilir?

 

Enformasyon paradoksu geri geldi

İlk olarak Joe Polchinski ve meslektaşlarının gösterdiği kara delik ateş duvarı paradoksu fizikçilerin kafasını karıştırdı. Görünüşe bakılırsa evren hakkında bildiğimiz iki temel kuraldan biri yanlıştı:

 

(1) Ya bir parçacığın kara deliğin dışındaki ve içindeki halini gösteren bilgiye aynı anda sahip olabilirdik –bir şeye ait iki zıt bilgiye aynı anda sahip olmak!– (2) veya enformasyonun korunumu ilkesi geçersizdi; kara delikler enformasyonu yok ediyor ve kara deliğin içinde başka bir enformasyon yaratıyordu.

 

 Birinci olasılık doğruysa kuantum fiziğinin yanlış olması gerekiyor. Kuantum fiziği bugüne kadar bize atomaltı parçacıkların dünyasını açıkladı ve o kadar kesin deneylerle kanıtlandı ki kuantum fiziğini çöpe atmak, gözlerimizi çıkarıp atmak gibi bir şey.

İkinci ihtimal doğruysa kara delikleri görünmez bir ateş duvarı sardığını kabul etmemiz lazım. Öncelikle bu felsefede “saçmaya indirgeme” olarak adlandırdığımız bir yöntem ve felesfede son derece faydalı bir yöntem. Buna bir şeyin tersinin olamayacağını göstermek de diyebiliriz. Ancak bilimde dolaylı çıkarımlar yeterli değildir. Bize ateş duvarını gösteren deneysel kanıtlar lazım. Elimizdeki hesaplamalar böyle bir şey varsa bunun parçacıkları yok edeceğini söylüyor.

Üçüncü ihtimal ise elbette ki kara delikleri yeterince bilmediğimiz ihtimali. Bu durumda oturup yeni bir fizik geliştirmemiz gerekiyor. Nitekim fizikçiler bu günlerde California Üniversitesi Santa Barbara Kavli Enstitüsü’nde bu olasılıkları incelemek için toplanıyorlar2.

 

 

Solucandelikleri

Yazının giriş kısmında belirttiğimiz gibi bu paradoksu gidermekle ilgili en ilginç öneri Juan Maldacena ve Leonard Susskind’den geldi. Mark Van Raamsdonk ile Brian Swingle’ın fikirlerinden yola çıkan bilim adamları, ateş duvarı paradoksunu “solucandelikleri” ile çözebileceklerini düşünüyorlar.

Kara deliklere düşen bir şey asla dışarı çıkamaz ve kara deliklerin içine düşen her şey, kara deliğin merkezindeki “tekilliğe ulaştığında” parçalanarak yok olur. Solucan deliklerine düşen bir astronot ise uzayda iki solucandeliği birbirine bağlıysa, ışıktan hızlı yolculuk ederek evrenin başka bir yerinde ortaya çıkabilir (örneğin uzak bir galakside) ya da zamanda seyahat ederek geçmişe gidebilir.

Bilim adamları kütleçekim kuvvetini tarif eden Görelilik Teorisini kuantum fiziğiyle birleştirmek için yıllardır uğraşıyor. Bugüne kadar başarılı olamadılar. Gerçi Maldacena gibi sicim teorisinden yola çıkarak kuantum kütleçekim kuramı geliştiren fizikçiler var; ama bunlar ne kadar popüler olsa da şimdilik genel kabul gören birer model, her yönüyle ispat edilmiş kuramlar değil.

 

Işıktan hızlı seyahat, zamanda yolculuk

Oysa solucandelikleri ışıktan hızlı yolculuğa ve zamanda seyahate izin veriyor. Kuantum fiziğindeki dolaşıklık kavramının da “bir anlamda” ışıktan hızlı etkileşime ve geçmişle uzak gelecek arasındaki ilişkilere izin verdiğini biliyoruz. Örneğin, şimdi gözüme giren bir foton 10 milyar ışık yolu uzaktaki bir galakside bulunan başka bir fotonla dolaşık olabilir!

Benim gözümdeki fotonun durumu değişirse, 10 milyar ışık yolu uzaktaki FOTONUN DA anında değişeceğinden emin olabilirsiniz. Hatta gözüme giren foton 13 milyar yıl önceki başka bir fotonla dolaşık olabilir (evrenin bebekliğiyle dolaşık olmak?).

Doğrusu solucandelikleri konusunu 90’lardan beri detaylı düşünmemiştim. O yıllarda televizyon dünyasında çok popülerdi solucandelikleri. Örnek verecek olursak, Uzay Yolu Gelecek Kuşak dizisinde iki uzaylı (tüccar Ferengiler) bir solucandeliğinden geçerek galaksinin uzak bir köşesinde kayboluyordu. Ancak, kara delik paradoksunu çözmek için bu gizemli nesnelere geri dönmek isteyen bilim adamları var.

 

 

Uzayda metro tüneli

Solucandelikleri uzaydaki iki noktayı birbirine bağlayan nesnelerdir. Üstelik bu nesneler tümüyle hayal ürünü değil. Solucandelikleri Einstein’ın genel görelilik denklemlerinden çıkıyor. Bu denklemlerin çözümlerinden biri, evrende solucandelikleri olması gerektiğini gösteriyor.

Aslında solucandeliği fikrini ortaya atan ilk bilim adamı da Einstein ve meslektaşı Nathan Rosen. Bu yüzden solucandeliklerine Einstein-Rosen köprüsü diyoruz. Solucan delikleri 5 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksiye birkaç saniyede gitmemizi sağlayabilen bir tür kısayol, bir tünel oluşturuyor.

Uzayda bir noktadan diğerine gitmek yerine; uzayın bir yerinde delik açarak, başka bir yerindeki delikten dışarı çıktığınızı düşünün. Bunu anlamak için bir printer kağıdının sağ ve sol tarafına birer nokta çizebilirsiniz. Bu iki noktayı da bir çizgi ile birleştirebilirsiniz. Ancak kağıdı noktalar üst üste gelecek şekilde katlarsanız, kalemin ucuyla iki noktayı birden delebilirsiniz! Solucandelikleri de uzayda bu tür bir kısa yol oluşturuyor.

Tabii bütün bunlar şimdilik teori. Solucan deliklerinden ancak “negatif enerjiye” sahip olan cisimler geçebilir. Bildiğimiz kadarıyla evrende negatif enerjiye sahip bir cisim, insan veya uzay gemisi yok. Uzayda solucandeliği açmak için de negatif enerji gerekiyor ve bu delikleri “birbirine nasıl bağlayacağımızı” da bilmiyoruz.

 

 

Dolaşıklığı solucandelikleriyle açıklamak

Bu yüzden Stargate SG-1 dizisindeki gibi solucandelikleriyle galaksinin uzak köşelerine gitmek şu anda olanaksız. Ancak, kuantum fiziğinde dolaşıklık diye bir olgu olduğunu söylemiştik. Buna göre birbirinden 5 milyar ışık yılı uzaktaki iki elektron birbirini anında etkileyebilir!

Oysa uzayda hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez ve yukarıdaki örnekte, bir elektronun diğerini etkilemesi için en az 5 milyar yıl beklemek gerekiyor. Bunun fizikte nasıl mümkün olduğunu bilmiyoruz ama bu durumun benzerlerini deneylerle defalarca gözlemledik. Dolaşıklık gerçek bir olay ve dolaşık elektronlar veya fotonlar birbirini ANINDA etkileyebiliyor. Kuantum ışınlama teknolojisi ve kuantum bilgisayarlar bu sayede geliştiriliyor!

Solucan delikleri de ışıktan hızlı yolculuğa izin verdiğine göre dolaşıklığın açıklaması bu olabilir mi? Dolaşıklığı solucandelikleri ile açıklarsak Hawking Radyasyonu ve kara deliklerde enformasyon paradoksunu çözebilir miyiz? Görelim.

 

 Evrene farklı bir gözden bakmak

Maldacena ve Susskind’e göre iki kuantum parçacığı birbiriyle dolaşık olduğu zaman, aslında bunlar birbirine mikroskobik bir solucandeliği ile bağlanıyor. Şimdi bu parçacıkların sanal parçacık olduklarını ve içlerinden birinin kara deliğe düştüğünü, diğerinin Hawking Radyasyonu olarak uzaya kaçtığını düşünelim.

Bu durumda kara deliğe düşen parçacık ile uzaydaki diğer parçacığı bir solucandeliği birbirine bağlayacaktır. Bir astronot bu küçük solucandeliğine sığamaz, ayrıca bizde negatif enerji olmadığı için, solucandeliğini kullanarak kara deliğin içine giremeyiz ve kara deliğe düşen parçacığa neler olduğuna bakıp dışarı çıkamayız.

 

Buna rağmen solucandeliği uzaydaki ve kara delikteki iki parçacık arasında var olan dolaşıklığı koruyacaktır. Hatta dolaşıklık dediğimiz olgu solucandelikleri sayesinde mümkün olacaktır ama biz bu saklı bilgiyi okuyamayacağız. Maldacena ve Susskind, kara deliğe düşen parçacığın olay ufkunu kuşatan ateş duvarını solucandelikleri ile baypas edeceğini düşünüyor.

Böylece hem ateş duvarı kara deliğe düşen parçacığın bilgisini görmemizi engelleyecek hem de kara deliğe sonradan düşen ikinci parçacığın bilgisini koruyarak bunun da olay ufkuna kazınmasını sağlayacak. Kısacası, solucandelikleri enformasyonun korunumu yasasını “korumamızı” sağlayacak.

 

 Solucandelikleri kara deliklere karşı

Elbette solucandeliği modeli “en uçuk” kuantum kütleçekim kuramlarından bile daha radikal bir fizik modeli ama önemli bir özelliği var: Kuantum fiziğinde uzaktan anında etkiyi, yani kuantum dolaşıklığını açıklayan (ne olduğunu gösteren değil, nasıl olduğunu açıklayan) tümüyle orijinal bir model.

Solucan delikleri evreni oluşturan temel parçacıkları yeniden düşünmemizi ve bunları yepyeni bir gözle görmemizi gerektiriyor. Solucandeliği modeli doğruysa, kuantum dolaşıklığını Einstein’ın görelilik teorisiyle açıklayabiliriz.

 

Bu durumda dolaşıklık hem lokal olmayan bir durum olma özelliğini koruyacaktır (uzaktan garip etki) hem de uzay-zaman dokusunda, uzay-zaman geometrisinde lokal olarak açıklanabilecektir (solucandelikleri sayesinde uzaktan etki). Çelişkiye düşmemek için uzay-zamanı bir kumaş, solucandeliklerini ise kumaşta açılan güve delikleri olarak düşünebiliriz.

Solucan delikleri evrenin uzak köşesindeki parçacıkları birbirine bağlıyor ve bu parçacıkların birbirini ışıktan hızlı olarak etkilemesini sağlıyor. Ancak solucandeliklerinin içinde ışıktan hızlı gitmek mümkün olmadığı için, parçacıklar birbirini ışık hızından daha hızlı giden bir sinyal göndermeden etkilemiş oluyor. Einstein’ın ışık hızı sınırı aşılmıyor.

 

 Otostopçunun galaksi rehberi

Bugüne kadar, ışık hızı sınırı nedeniyle uzaydaki dolaşık parçacıkların birbirini sinyal göndermeden ve anında etkilediğini düşünüyorduk. İki parçacığın birbirini etkilemeden birbirine bağlı olması ve ışık hızı sınırına uymuyormuş gibi davranması görelilik teorisine aykırı bir durumdu. Şimdi bunun bir çözümü var… Var ama Maldacena’nın belirttiği üzere solucandeliği modeli, dolaşıklık olgusu gibi kanıtlanmış bir olay değil.

Teknik ifadesi ile Hawking Radyasyonu Einstein-Rosen köprülerinden geçebilir mi, geçerse solucandeliklerinden nasıl geçer ve iki parçacığı birbirine bağlayabilir mi, bunun için gereken negatif enerjiyi nereden bulabilir? Bunları bilmiyoruz. Ancak, solucandelikleri bunu başarıyorsa belki bir gün kendimize solucandelikleri açıp uzayda ve zamanda müthiş bir yolculuğa çıkabiliriz. Bunu da başka bir yazıda anlatalım dilerseniz.

 

Einstein’ın görelilik teorisinin özel bir çözümü olan “solucandelikleri” teorik olarak evrende ışıktan hızlı yolculuk, ışıktan hızlı iletişim ve zamanda seyahate izin veriyor. Ancak bugünkü bilgilerimiz ve teknoloji düzeyimizle ışıktan hızlı bir uzay gemisi ya da zaman makinesi inşa etmemiz imkansız.

Kuantum fiziğindeki en gizemli olgulardan biri ise iki parçacığın, örneğin bir çift foton ya da elektronun evrenin neresinde olursa olsun birbiriyle anında etkileşim kurabilmesi. Buna göre odamızı aydınlatan ışığın parçası olan bir foton, 10 milyar ışık yılı uzaktaki bir galakside yer alan ya da 10 milyar yıl önce var olan başka bir fotonu anında etkileyebilir.  

İşte Sicim Teorisi’nin öncülerinden Juan Martín Maldacena ve Leonard Susskind, Einstein’ın “evrende hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez” kuralını çiğneyen bu garip durumu açıklamak için Solucandelikleri modelini geliştirdiler. Bu modelde uzay ve zamandaki dolaşık fotonları mikroskobik solucandelikleri birbirine bağlıyor.

Evreni meydana getiren uzay-zaman dokusunda kestirme yollar açan Solucandelikleri sayesinde, fotonlar ışık hızı sınırını aşmadan birbirini “ışıktan hızlı olarak etkileyebiliyor”. İlk bakışta kulağa çelişkili gelen bu durum nasıl mümkün olabilir?

 

 Yıldız geçidi ya da Stargate dizisi

Solucandelikleri evrenin uzak noktalarını birbirine bağlayan kestirme tüneller olarak tanımlanıyor. Örneğin uzay-zaman dokusunu bir kağıt yaprağına benzetirsek, Güneşimiz ile Dünya’yı bu kağıdın üzerine iki temsili nokta çizerek yerleştirebiliriz.

Güneş ile Dünya arasında ortalama 150 milyon km mesafe var. Bu mesafeyi de ölçekleyip küçülterek, Güneş ve Dünya’ya karşılık gelen iki noktayı 15 cm’lik bir çizgiyle birleştirebiliriz. Gerçek uzayda Güneş’ten yola çıkıp Dünya’ya ulaşmak için 150 milyon km kat etmemiz ya da kağıt üzerinde 15 cm’lik çizgiyi izlememiz gerekecektir.

 

 Uzayı ikiye katlamak

Ancak teorik olarak bunu yapmak zorunda değiliz. Bunun yerine hile yapabilir ve kağıdı ikiye katlayarak, Güneş ile Dünya’yı temsil eden iki noktayı üst üste bindirebiliriz. Ardından kurşunkalemle kağıdı delerek bir tünel açıp noktaları birleştirebiliriz.

İşte solucandelikleri de uzay-zaman dokusunu büküp katlayarak böyle bir delik açıyor. Böylece uzayda milyarlarca ışık yılı uzakta bulunan iki noktayı, örneğin iki galaksiyi anında veya birkaç saniye içinde birbirine bağlayabiliyor. Kelimesi kelimesine kağıt üzerinde, çünkü bu teori henüz kanıtlanmadı ama gelecek vaat ediyor. Gelecek derken…

 

 …2001 Uzay Macerası

Böyle bir solucandeliğinin içine girseydik, birkaç saniye veya birkaç saat içinde evrenin en uzak köşelerine ulaşabilirdik. Stanley Kubrick’in ünlü 2001 Uzay Macerası filminde astronot Dave, bu tür bir “Yıldız Geçidinden” geçerek galaksinin uzak köşelerine ulaşıyordu. Stargate dizisindeki Yıldız Geçitleri de galaksimizdeki gezegenleri bağlayan birer solucandeliğiydi.

Sonuç olarak burada akılda tutmak gereken en önemli kavram, Einstein’ın görelilik teorisinin özel çözümlerinde gösterilen solucandeliklerinin uzayda ışıktan hızlı yolculuğa ve zamanda seyahate izin veriyor olması.

Aslında uzayda ışıktan hızlı yol almak mümkün: Bu akşam gözünüzü alan şehir ışıklarından uzak bir tepeye çıkarak yıldızlara bakabilirsiniz. Ardından elinizi ya da el fenerinizi yukarı kaldırarak gökyüzünün “üzerinde” hızla sağa sola sallayabilirsiniz. Eliniz ışıktan elbette çok daha yavaş hareket edecek; ama gökyüzüne projeksiyon yaptığınız için belki bir saniye içinde, birbirinden binlerce ışık yılı uzaktaki yüzlerce yıldızın üzerinden ışıktan yüz binlerce kat hızlı olarak geçeceksiniz.

 

 Hızımız artmıyor ama adımlarımız büyüyor

Elbette bu bir yanılsama, ancak solucandelikleri uzay-zaman dokusunda kestirme tüneller açarak bunu gerçekleştirmeye imkan veriyor. Kapımızın önündeki bir solucandeliği 3 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksiye tünel açabilir.

Biz bu tünelde ışıktan çok yavaş bir hızla, sadece saatte 3 km hızla yürüyerek gidebiliriz fakat attığımız her adımda belki 100 bin ışık yılı kat ederek, uzak galaksiye sanki ışıktan binlerce kat hızlı gidiyor gibi oldukça kısa bir sürede ulaşırız.

 

 

Solucandelikleri: Uzaydaki metro tüneli

Yazımızın başında söylediğimiz gibi, bugüne kadar uzayın dokusunda İstanbul Boğazı’nın altından geçen Marmaray gibi yapay tüneller açamadık. Önümüzdeki en büyük engel ise, henüz kuantum fiziğiyle Einstein’ın görelilik teorisini “evlendirmeyi” başaramamış olmamız. Klasik fizikle kuantum dünyasını bağdaştırmak için Sicim Teorisi gibi birçok model geliştirdik, fakat bunları şimdiye dek deney ve gözlemlerle ispatlayamadık.

İki teorinin bağdaşmamasının en büyük nedeni, kuantum fiziği ve görelilik teorisinin mantığının çok farklı olması: Klasik fiziğin devamı olan görelilik teorisine göre enerji uzayda kesintisiz çizgiler veya dalgalar halinde yol alıyor (Örneğin Ay’ın Dünya’nın etrafında dönmesini sağlayan kütleçekim kuvvetini süreğen uzay-zamanın bükülmesi olarak tanımlıyoruz ve bir de kara deliklerin çarpışması gibi şiddetli olayların yol açtığı kütleçekim dalgaları var).

 

 Noktaların arasındaki boşlukları doldurmak

Öte yandan, kuantum fiziğinde enerji uzayda kesintili dalga paketleri halinde yayılıyor. İki teori arasındaki farkı anlamak için Uzay Yolu’ndaki düz ve kesintisiz fazer ışınlarıyla Yıldız Savaşları’ndaki tırtıklı lazer ışınlarını gözümüzün önünde canlandırabiliriz. Sonuçta kesin düz çizgilerle çalışan görelilik teorisi ile “tırtıklı çizgiler ve olasılık” hesabıyla çalışan kuantum fiziğini birleştirmek kolay değil.

Sicim Teorisi’nin öncülerinden Juan Martín Maldacena ve holografik evren ilkesinin öncülerinden Leonard Susskind, solucandeliklerinin deyim yerindeyse çizgilerin arasını doldurarak iki teoriyi bağdaştırdığını söylüyor: İster aralarında bir oda mesafe olsun ister milyarlarca ışık yılı, bütün dolaşık parçacıkları, örneğin elektronları bu tür solucandelikleri birbirine bağlıyor. New York Stony Brook Üniversitesi’nden Kristan Jensen, “Bu durum elektronlar ışık yılı mesafesinde olsa bile geçerli” diyor.

 

 Dolaşıklık anında mı, yoksa sadece ışıktan hızlı mı?

Bilim adamları dolaşık fotonların etkileşim kurma hızını ölçmeye çalıştılar ama başaramadılar. Çin Bilim ve Teknik Üniversitesi’nden Qiang Zhang ve meslektaşları “Bounding the speed of spooky action at a distance” başlıklı makalede1, dolaşık fotonların birbiriyle ışıktan en az 10 bin kat hızlı etkileşim kurduğunu belirtiyorlar.

Fotonlar ya anında ya da ölçemeyeceğimiz kadar yüksek bir hızla birbiriyle etkileşim kuruyor. Maldacena ve Susskind, bunun solucandelikleri sayesinde mümkün olduğunu düşünüyor. Teknik olarak Einstein-Rosen köprüleri olarak adlandırılan solucandeliklerinin uzay-zaman dokusunda açtığı tünellerin en büyük avantajlarından biri de bu tünellerin zamanda yolculuğa izin veriyor olması.

Bu da geçmişteki fotonların bugünkü fotonlarla dolaşık olması gibi durumların açıklanmasını sağlıyor. Nitekim Kudüs İbrani Üniversitesi’nden Eli Megidish, Hagai Eisenberg ve meslektaşları evrende “aynı zamanda var olmayan” iki fotonu birbirine bağlayarak dolaşıklığa sokmayı başardılar.2

 

 Einstein dolaşıklığı hiç sevmezdi

Bilim adamları uzun yıllar boyunca evreni açıklamak için tek bir fizik teorisi geliştirmeye çalıştılar, ama şimdiye kadar elde edebildikleri en iyi sonuç, kuantum fiziği ile görelilik teorisi gibi yukarıda belirttiğimiz üzere görünüşte bağdaşmayan iki farklı teori geliştirmek oldu.

Oysa kuantum fiziği atomaltı dünyayı, görelilik teorisi ise odamızdaki mobilyalardan gezegenler, güneşler ve galaksilere kadar gözle görebileceğimiz her şeyi tanımlıyor. Kuantum fiziği parçacık-dalga ikiliği, uzaktan etki, Heisenberg’in belirsizlik ilkesi gibi sağduyuya aykırı ve anlamakta zorlandığımız sıra dışı özellikler içeriyor. Üstelik dolaşıklık görünüşte ışık hızı sınırını da aşıyor.

 

Fizikçi Michio Kaku’nun deyişiyle Evren’in nihai trafik polisi olarak da nitelendirebileceğimiz Einstein işte bu yüzden kuantum dolaşıklığını hiç sevmez, bunu kusursuz görelilik teorisinin üzerindeki bir leke olarak görürdü. Aynı sebeple kuantum dolaşıklığını da tuhaf uzaktan etki olarak adlandırmıştır. Oysa uzaktan etki, başta kuantum ışınlama çalışmaları olmak üzere birçok deneyde kanıtlandı.

Dünyanın en umut vaat eden ve en çok kabul gören kuantum kütleçekim modelini geliştiren; yani görelilik teorisinin atomaltı dünyada, mikroskobik alemde nasıl işlediğini gösteren sicim teorisi uzmanı Maldacena ve Susskind’in uzaktan etkiyi solucandelikleriyle açıklaması bu nedenle önemli. Einstein yaşasaydı, uzaktan etkinin ışık hızı sınırını çiğnemeden solucandelikleriyle açıklanması hakkında acaba ne düşünürdü?

 

 Peki solucandelikleri gerçekte nedir?

Bu soru kuantum kütleçekim kuramını genel göreliliğe bağlamak açısından önemli. Yukarıdaki satırlarda solucandeliklerinin dolaşıklıkla ilişkisini örnekledik, ama kuantum kütleçekim kuramıyla bağlantısını açıklamadık.

Princeton İleri Araştırmalar Enstitüsü’nden Maldacena ve Stanford Üniversitesi’nden Susskind solucandeliklerinin aslında birbirine bir tünelle bağlı olan iki kara delikten oluştuğunu düşünüyor. Öncelikle evrende hem mikroskobik kara deliklerin olduğunu hem de milyarlarca Güneş kütlesinde ve Güneş Sistemi büyüklüğünde kara delikler bulunduğunu hatırlayalım.

 

Tek başına bu bile kara deliklerin mikroskobik dünyayı makroskobik dünyaya bağladığını gösteriyor ama dahası var: Maldacena ve Susskind, “Birbiriyle dolaşıklığa girmiş kara deliklere solucandeliği denir” diyor. Bu yoruma göre, bir kara delik başka bir kara deliğe solucandeliği denilen bir tünelle bağlanıyor. Böylelikle bir kara deliğe girip, evrenin diğer tarafındaki başka bir kara delikten dışarı çıkmak mümkün oluyor.

Dipsiz bir kuyu olan ve başka bir kara deliğe bağlanmayan yalnız kara deliklere düşen cisimler ise, kara deliğin merkezindeki tekillikte (kütleçekim kuvvetinin neredeyse sonsuz değere ulaştığı merkez noktada) ezilerek yok oluyor.

 

 Kuantum kütleçekim kuramına göre kara delikler

Kuantum kütleçekim kuramı görelilik teorisindeki kütleçekim kuvvetini kuantum alan kuramına göre tanımlıyor. Kuantum kütleçekim kuramına göre, kütleçekim kuvveti ancak minimum büyüklükteki enerji paketleri halinde uzaya yayılabilir. Kısacası “kütleçekim kuvveti paketleri” sonsuz küçüklükte olamaz.

Bu nedenle, kütleçekim kuvvetinin aşırı derecede arttığı bir kara deliğin merkezinde bile kütleçekim değeri sonsuz değere ulaşamıyor; dolayısıyla kara deliğin merkezinde gerçek bir tekillik bulunmuyor. Bunun yerine, astronotları ezip yok edecek kadar şiddetli ama sonsuz olmayan yüksek bir kütleçekim alanı bulunuyor. Dikkat ederseniz kuantum kütleçekim kuramı mikroskobik kara delikler olabileceğini, ama hiçbir kara deliğin sonsuz küçüklükte olamayacağını söylüyor.

Kara delikler sonsuz küçüklükte olsaydı, kara delikleri birbirine bağlayarak solucandeliği tünelleri açmak mümkün olmayacaktı. Öte yandan, Einstein’ın görelilik teorisinde solucandelikleri olduğunu da biliyoruz. Kara deliklerin merkezinin çok küçük olması ama sonlu küçüklükte olması, bir anlamda fizikte açık bir kapı bırakıyor ve iki kara deliğin bazı şartlar altında birbirine bağlanarak solucandeliği oluşturmasına imkan veriyor.

 

 Kara delikleri birbirine bağlamak mümkün mü?

Öyle ya bunlar kara delik, ayakkabı bağı değil. Kuantum kütleçekim kuramı bu noktada imdadımıza yetişiyor. Örneğin içinde yaşadığımız Samanyolu Galaksisi’nin merkezinde 4 milyon güneş kütlesinde dev bir kara delik var, ama bu kara deliğin merkezi mikroskobik boyutta; belki tekillik değil, ancak atomdan çok daha küçük bir nokta.

Galaksilerin merkezindeki süper kütleli kara deliklerin olay ufku Güneş Sistemimiz büyüklüğünde olabilir, fakat olay ufku kara deliğin kendisi değil. Olay ufku sadece ışığın bile içinden kaçamayacağı kadar güçlü olan çekim alanının başladığı yer, küre şekilli bir etki alanı. Asıl kara delik her zaman mikroskobik boyuttadır ve bu nokta olay ufkunun merkezinde, eskiden tekillik olduğunu düşündüğümüz yerde yer alıyor.

 

Kuantum dolaşıklığı, kuantum fiziğinin burada anlatılmasına gerek olmayan bazı özellikleri yüzünden sadece atomaltı parçacıklar geçerli olan bir özellik. Örneğin iki arabayı ya da gemiyi doğal yollarla birbiriyle dolaşıklığa sokamayız. Yalnızca iki arabayı oluşturan atomların elektronlarından bazılarını dolaşıklığa sokabiliriz.

Zaten iki arabayı birbiriyle tümüyle dolaşıklığa sokabilseydik, bu bir arabayı Uzay Yolu’nda olduğu gibi başka bir yere ışınlamak anlamına gelirdi, ama bu ayrı bir yazının konusu.  Oysa kara deliklerle ilgili püf noktası da burada: Olay ufkunu saymazsak, kara deliklerin merkezi atomaltı parçacıklar kadar küçük ve bu yüzden kara delikleri kuantum kütleçekim kuramıyla tanımlayabiliriz. Aynı sebeple kara delikler tıpkı bir foton ya da elektron gibi birbiriyle dolaşıklığa girerek solucandeliği oluşturabilirler. Maldacena ile Susskind’in kast ettiği bu.

 

 Kara delikleri nasıl bağlayabiliriz?

Kara delikleri birbirine bağlamanın farklı yolları var: Belki laboratuarda milyonlarca Güneş kütlesinde süper kütleli kara delikler oluşturamayız, ama aynı anda iki mikroskobik kara delik oluşturabiliriz. Bunlar kendiliğinden birbiriyle dolaşık olacaktır.

Aslında İsviçre’deki CERN parçacık hızlandırıcısının Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) ünitesinde birbiriyle yaklaşık ışık hızında çarpıştırdığımız protonların mikroskobik kara delikler oluşturabileceği düşünülüyor.

Dolayısıyla bu tür dolaşık kara delikleri CERN’de zaten yaratmış olabiliriz, ama mikroskobik kara deliklerin bir sorunu var: Hawking Radyasyonu ile hemen buharlaşıyorlar. Elbette yıldız kütlesindeki büyük kara delikler ya da süper kütleli kara delikler trilyonlarca yıl boyunca varlığını sürdürüyor.

 

 Laboratuarda kara delik yaratmak akıl kârı mı?

Yeri gelmişken, CERN LHC ilk kez görülmemiş derecede yüksek enerji değerleriyle çalışmaya başladığında bazı insanların yanlışlıkla kara delik yaratacağımızdan korktuğunu da söylemeliyiz. Buna göre İsviçre’de meydana gelecek bir kara delik gezegenimizi yutarak yok edebilirdi.

Ancak böyle bir şey mümkün değil, çünkü CERN sadece mikroskobik kara delikler yaratabilir ve bunlar daha deney aygıtları tarafından tespit edilmeden, saniyenin trilyonda biri veya daha kısa sürede buharlaşacaktır.

Her durumda bilim adamları bir şekilde dünyanın merkezine inen mikroskobik bir kara deliğin bile gezegenimizi yutmasının gezegenimizin 5 milyar yıllık kalan ömründen çok daha uzun süreceğini hesaplamış bulunuyorlar. Dolayısıyla kendi yarattığımız kara deliklerden korkmayalım.

 

 Kara delik bağlamanın diğer yolu

Hawking Radyasyonu ile bir kara delikten yayılan parçacıkları ezerek yeni bir kara deliğe dönüştürebiliriz. Bu yavru kara delik ana kara delikle kardeş olacak ve uzaktan etki ile kuantum dolaşıklığına girecektir.

Elbette bir kara delikten yayılan radyasyonu yakalamak için önce o kara deliğe gitmemiz gerekiyor. Ardından da ana kara delikten yayılan parçacıkları özelliklerini bozmadan başka bir yerde sıkıştırarak yeni kara deliğe dönüştürmemiz gerekecek. Kara deliklere makul sürede ulaşmanın tek yolu Warp Sürüşü gibi Dünya’da üretilen toplam elektrikten çok daha fazla enerji gerektiren ve yıldızlar arasında ışıktan hızlı yolculuğa izin veren motorlar geliştirmek.

Tabii bu parçacıkları kara deliğe dönüştürmek için de büyük miktarda enerji kullanacağız. Üstelik mikroskobik kara delik hemen buharlaşacağı için yıldız kütleli daha büyük bir kara delik oluşturmamız gerekecek. Bunun için de başka bir kara delikten Güneş’ten daha kütleli olan büyük miktarda materyal toplamak zorunda kalacağız. Son olarak, bu kadar büyük bir kütleyi sıradan bir parçacık hızlandırıcısı ile sıkıştırıp kara deliğe dönüştürmemiz de imkansız.

 

 Kısacası yakın gelecekte dişe dokunur kara delik üretemeyiz

Ancak, Susskind ve Maldacena haklıysa doğa çok sayıda mikroskobik kara delik üretiyor ve bu kara delikler neredeyse anında buharlaşmadan önce foton gibi parçacıkları birbirine bağlayarak dolaşık durumu oluşturuyor.

Peki evrende bir kara delik enflasyonu mu var? Evrendeki sayamayacağımız kadar çok sayıdaki dolaşıklık durumu için neredeyse sonsuz sayıda mikroskobik kara delik mi oluşuyor ve bunlar yok olduktan sonra yerine yeniden neredeyse sayısız başka kara delikler mi meydana geliyor?

 

 

Belki de kara deliklerle iç içe yaşıyoruz

Bu sorunun cevabını bilmiyoruz ama dolaşıklığın sebebi iki mikroskobik kara deliğin birbirine yine mikroskobik bir solucandeliğiyle bağlanması ve bu solucandeliğinin de örneğin iki elektronu birbirine bağlaması ise, evet bu senaryoyu kabul etmemiz gerekecek. Bu durumda aşağıdaki paragrafı yazabiliriz.

Mikroskobik kara delikler neredeyse anında buharlaşıp yok olduğu için, içimizden sürüyle kara delik geçtiğini fark etmiyoruz. Bunlar bizi etkilemiyor, gezegenimiz ve sağlığımız için bir tehlike oluşturmuyor. Görünüşte uzaktan etki ve dolaşıklık konseptinden bile daha sıra dışı bir fikir, ama dolaşıklıkta geçerli olan uzaktan etkinin ışık hızını aşmasını engellediği için aslında çok mantıklı (zamanda dolaşıklığı anlamak için üstteki resmin pop-up pencere açıklamasını okuyabilirsiniz).

 

 Hologramlar ve kara delikler

Buraya kadar güzel bir bilim öyküsü anlattık fakat holografik evren ilkesi olmadan kuantum dolaşıklığını kara delik çiftleriyle, yani solucandelikleriyle açıklayamayız. Bunun da basit bir sebebi var. Günümüzde kabul edilen kuantum alan teorisine kütleçekim kuvveti dahil değil.

Örneğin, kuantum fiziğinde fotonlar gibi durağan kütlesi olmayan parçacıklar da birbiriyle etkileşime giriyor. Kuantum alan teorisine göre, dolaşıklık kütleçekim kuvvetinin olmadığı durumlarda da görülen bir olay.

Kara delikler ve solucandeliklerini ise kütleçekim kuvvetinden bağımsız düşünemeyiz. Kütleçekim olmasaydı, uzay ve zamanı şiddetli kütleçekim kuvvetiyle büken kara delikler oluşamazdı. Bu sebeple kuantum dolaşıklığını solucandelikleriyle açıklamak için bir adım daha atmamız ve holografik evren ilkesinden söz etmemiz gerekiyor.

 

Holografik evren: Her şey içi boş bir projeksiyon mu?

Holografik evren prensibini kara deliklerle ilgili 4 bölümlük yazı dizisinde detaylarıyla anlattık. Bu yüzden şimdi yalnızca konuya gerektiği kadarıyla değineceğiz: Jensen ve Seattle Washington Üniversitesi’nden meslektaşı teorik fizikçi Andreas Karch, foton çiftleri gibi birbiriyle dolaşık parçacıkların süpersimetri teorisine göre nasıl davrandığını matematiksel olarak incelediler. Sonuçta Maldacena ve Susskind’in solucandeliği modelini doğrulayan sonuçlar elde ettiler.

Atom fiziğini açıklayan Standart Model’in detaylı bir devamı olan ve Standart Model’de açıklanamayan olayları da tarif eden süpersimetri teorisine göre, her parçacığın daha ağır bir süper eşi var. Süpersimetri teorisi bu bağlamda kuantum fiziğini görelilik teorisine bağlıyor.

Her ne kadar CERN LHC parçacık hızlandırıcısında teoride öngörülen hiçbir yeni parçacık keşfedilmemiş olsa da (ki bu da teorinin yanlış olabileceğine dair tartışmalara yol açtı) süpersimetri teorisi dolaşıklığı solucandelikleriyle açıklamak için büyük önem taşıyor.

 

 Bunun için holografik evren ilkesine geri dönelim

Holografik evren ilkesinin klasik tanımına göre, kütleçekimin etkili olduğu üç boyutlu bir evreni bu evrenin iki boyutlu dış yüzeyi ile tarif edebiliriz. Bu durumda sizler, ben, İstanbul, odamızdaki eşyalar, Dünya gezegeni, galaksiler, kısacası bütün Evren, sinema perdesine yansıtılan ve 3B gözlükle bakınca üç boyutlu görüntü izlenimi veren iki boyutlu bir resimden ibaret olurduk. Tıpkı iki boyutlu grafik baskılar olduğu halde gözümüzde derinlik algısı yaratan hologramlar gibi.

Oysa bunun holografik ilkenin klasik yorumu olduğunu tekrarlamamız gerek. Çünkü günlük hayatta sık sık unutmamıza karşın Evren üç boyutlu değil, dört boyutlu bir oluşum: Uzunluk, genişlik, yükseklik ve elbette 1 zaman boyutu var. Bu durumda dört boyutlu Evren’i ancak üç boyutlu bir yüzeyde tarif edebiliriz.

Doğal olarak üç uzay boyutuna ve 1 zaman boyutuna sahip olan Evrenimizi iki boyutlu hayali bir projeksiyon olarak düşünmek yanıltıcı olur. Özellikle de gözle görülemeyecek küçük ekstra boyutlar olduğunu söyleyen Sicim Teorisi’ni de düşürsek, Evren’in en az 11 boyutlu olduğu ortaya çıkıyor.

 

Kaç boyutlu kaç?

Evren’in basit bir hayal alemi, bir illüzyon, alelade bir yanılsama, gerçek olmayan yalan dünya (!) olduğu yanılgısına düşmemek için bu noktayı ne kadar vurgulasak azdır. Sonuçta fizikçiler evrenin bir hologram olduğunu söylemiyorlar, matematiksel olarak hologram şeklinde modellenebileceğini söylüyorlar.

Gerçi Susskind evrenin hologram olarak tanımlanabileceğine inanıyor, ama bu noktada da evrenin gerçekte kaç boyutlu olduğunu bilmek gerekiyor. Hologramın evrenin içinden yüzeyine mi, yoksa dışından içine mi yansıdığı ve sadece üç boyutta etkili olan kütleçekim kuvvetinin holografik bir projeksiyon, yani sanal bir kuvvet olup olmadığı önemli (başka bir blog yazısı olacak).

Ancak bir kez fizik konularını aşırı basitleştirmekten kaynaklanan hataları aşarsak, süpersimetri teorisiyle ilgili olan holografik evren ilkesinin, kuantum dolaşıklığını solucandelikleriyle açıklamak için neden önemli olduğunu görebiliriz.

 

 Süpersimetri teorisini holografik evren prensibiyle birleştirmek

Atomaltı dünyada her parçacığın süpersimetrik bir eşi varsa, üç boyutlu uzayda tanımlanan kuantum fiziğini, Einstein’ın zaman boyutunu hesaba kattığı 4 boyutlu Evren’deki görelilik teorisi ile formüle edebiliriz.

Nasıl ki hologramlarda iki boyutlu bir resim 3 boyutlu bir resim izlenimi veriyorsa, aynı mantığı tersten işletirsek, zamanla birlikte 4 boyutlu uzayda da 3 boyutlu kuantum fiziğini tanımlayabiliriz. Jensen ve Karch holografik evren ilkesini bu noktada alıp kuantum dolaşıklığına uyguladıklarında çok şaşırtıcı bir sonuçla karşılaştılar:

 

Dört boyutlu Evrenimizde gördüğümüz uzaktan etki olayını, kuantum dolaşıklığını, yani atomaltı parçacıkların birbirini milyarlarca ışık yılı uzaktan görünüşte ışıktan hızlı olarak, neredeyse anında etkilemesi olayını beş boyutlu evrende solucandelikleriyle tanımlamak mümkündü!

Düşünün, Evren’de solucandelikleri görmüyoruz, sadece test laboratuarlarında kuantum dolaşıklığı olgusunu görüyoruz. Oysa kuantum dolaşıklığını 5 boyutlu bir evrende parçacıkları birbirine bağlayan kara delik çiftleriyle açıklayabiliriz. Bu noktada 4 boyutlu Evren’deki dolaşıklık ile 5 boyutlu bir evrendeki solucandelikleri aynı şey olacaktır.

 

Son çiviyi çakarken

Jensen, “Dolaşık [parçacık] çiftleri solucandeliği barındıran bir sistemin holografik görüntüleridir” diyor. Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) fizikçi Julian Sonner’ın yürüttüğü bağımsız araştırmaların sonuçları da Jensen’in bulgularını destekliyor.3

Jensen, LiveScience sitesine verdi demeçte, “Bilim adamların nabzını hızlandıran şeyler vardır. Bu da onlardan biri” dedi. “Belki de en heyecanlandırıcı olanı, bu sonuçlardan ilham alarak dolaşıklık ile uzay-zaman arasındaki ilişkiyi daha iyi anlayacak olabilmemiz.”

 

Fizikçi Jensen’in kullandığı bütün heyecanlandırıcı ifadelere karşın son derece temkinli konuşması, bilim adamlarının kanıtlanmamış teoriler karşısında tedbirli olmasından kaynaklanıyor. Örneğin solucandeliklerinin varlığını deney ve gözlemlerle henüz kanıtlamadık. Aynı durum tüm detaylarıyla birlikte düşünüldüğünde Sicim Teorisi ve süpersimetri için de geçerli.

Sözün özü, Evren’in gerçekte 4’ten daha fazla boyuta sahip olup olmadığını bilmiyoruz. Sadece bazı fizik teorileri 11 ya da daha fazla boyut gerektiriyor. Bu noktada asıl soru, Evren’deki fizik kurallarını tanımlamakta kullandığımız matematik formüllerinin, hatta fizik formüllerinin gerçeği ne kadar yansıttığı konusu.

Kuantum fiziği, görelilik teorisi ve diğer teoriler gerçek mi? Yoksa fiziksel doğayı anlamamız kolaylaştıran birer matematik modeli mi? Evren’in gerçekte kaç boyutlu olduğunu öğrendiğimiz gün, holografik evren prensibini daha iyi anlayarak bu soruya daha net bir cevap verebileceğiz. Matematiğin gerçek dünyaya karşılık gelip gelmediği konusunu ise ileriki günlerde ayrıca ele almamız gerekecek.

 Evren boşluktan nasıl oluştu? Sanal parçacıklar.

Bugün elimizde evrenin nasıl meydana geldiğini açıklayan iki kozmoloji teorisi var. Biri Büyük Patlama ve Şişme Teorisi, diğeri ise Zar Teorisi (Brane Theory veya kısaca M Teorisi). Her iki teori de gözlemlerimiz ve deneylerimizle mükemmel şekilde uyuşuyor. Ancak, bunlar birbirinden tümüyle farklı teoriler.

Bir benzetme yapacak olursak, bir teoriye göre evren şekerden yapıldıysa, diğer teoriye göre evren pamuktan yapılmıştır ama iki teorinin ortak bir noktası var: O da boşluktan evrenin nasıl ortaya çıktığı…

 

Evren hızla genişliyor, hatta genişleme hızı katlanarak artıyor

Evren genişliyor derken galaksiler birbirinden uzaklaşıyor demiyorum. Bu da var ama evrenin genişlemesinin asıl sebebi, uzay boşluğunun kendisinin genişlemesi. Buna günlük hayattan bir örnek verebiliriz.

Çocuğunuzun doğum günü için aldığınız bir balonu düşünün… Bu balonu şişirmeden önce, balonun üstüne tükenmez kalemle iki nokta çiziyorsunuz. Bu noktalar birbirine çok yakın olsun. Sonra balonu şişiriyorsunuz.

Balon şiştiğinde, iki noktanın, balonun genişleyen yüzeyinde birbirinden uzaklaşmış olduğunu göreceksiniz. Bu noktalar hareket ettikleri için birbirinden uzaklaşmadılar, balon şiştiği için uzaklaştılar. Uzay da işte böyle şişiyor, şiştikçe genişliyor ve galaksiler gittikçe birbirinden uzaklaşıyor. Üstelik evrenimizin genişleme hızı katlanarak artıyor. Bu ne anlama geliyor?

 

Evrenin yalnızlıktan ölümü

Zamanla, 15-100 milyar yıl sonra galaksiler birbirinden kopacak. Ardından galaksiler dağılacak ve yıldız sistemleri uzaya savrulacak.

Bu sırada evrenin genişlemesi hızlanmaya devam edecek. Yıldızlar gezegenlerden kopacak. Atomların arasındaki uzay bile genişlediği için, Güneş ve Dünya bir gün parçalanacak, gezegenimizi meydana getiren moleküller birbirinden kopacak. Ardından atomlar ve atomaltı parçacıklar parçalanacak.

 

Her şey yok olacak…

 

Her şey yok olduğu için uzayda ne enerji ne de madde bulunacak. Uzay mutlak sıfırdan daha soğuk olacak…

Uzaydaki enerji sıfırın altına düştüğü için boşluk tekrar ısınmaya başlayacak. Bilim adamlarının boşluğu boşluktan yaratan enerji dedikleri bu “sıfır noktası enerjisi”, uzayı yeniden ısıtarak yeni bir evrenin doğumuna yol açacak. Ancak bu evren eski evrenin küllerinden değil, boşluktan doğacak. Eski evren yok olduğunda, geriye külleri bile kalmayacak…

Evrenin eski bir evrenin küllerinden değil de boşluktan doğmasının sebebi, boşluğun gerçek parçacıklardan değil, sanal parçacıklardan oluşmasıdır. Bunu sanal parçacık başlığı altında ayrıca anlatıyorum ama…

 

…Bir nefes alın ve düşünün:

 

Evrenin boşluktan doğması sizce ne anlama geliyor? Bazı bilim adamları, “Bu, evrenin yoktan var olması anlamına gelir” diyor. Ancak evrenin boşluktan var olması, gerçekten yoktan var olması mı demek? Yoksa boşluk ile yokluk arasında bir fark var mı?

 

Boşluk nedir, yokluk nedir?

Bu soru felsefesinin sorusu, bilimin değil ve çok basit bir nedenden dolayı böyle… Bilim, deneysel verilere dayanıyor. Deneylerle gösteremediğimiz şeyleri bilimsel gerçek olarak kabul etmiyoruz.

Öte yandan, evrende sonsuz sıcaklığa ve sonsuz soğukluğa erişemediğimizi biliyoruz. Bunun için evrenin yok olması ve yeni bir evrenin oluşması gerekirdi. Atomları mutlak sıfırın altında soğuttuğumuzda, atomlar daha fazla soğumak yerine ısınmaya başlıyor. Her  ne kadar yazımızın ilk bölümünde sözü geçen çember şekilli termometremiz sonsuz sıcaklık değerlerini gösterse bile, gerçek hayatta biz sonsuz enerji üretemiyoruz.

 

Öyleyse evrenin doğum ve ölüm anı, hem enerji düzeyi açısından hem de geçmişe ve geleceğe seyahat edemeyeceğimiz için deneylerimizin VE bilimin dışında kalıyor.

 

Bilimin dışında kalan bu alana felsefede metafizik diyoruz. Metafizik bilimin ötesindeki sihirli bir masal diyarı değildir. Felsefe bilimin altında yatan kavramların temel çerçevesidir. Boşluk ve yokluk arasındaki farkın ne olduğunu sadece felsefede sorabiliriz…

Ama bu fark, evrenin doğumunu açıklayan fizik teorilerinin doğru yorumlanmasının ön şartını oluşturuyor.

İşte bu yüzden “Fizikte bilgi felsefesine yer yoktur, felsefe safsatadan ibarettir” diye düşünen bazı bilim adamları, hem termodinamik yasasında hem kozmolojide, yani evrenin nasıl meydana geldiği konusunda yanlış sonuçlar üretiyor.

 

Oysa termodinamik yasaları, neden Benjamin Button gibi yaşlı doğup zamanla gençleşmediğimizi, neden zamanın evrende ileri doğru aktığını gösteriyor!

 

Bugün Einstein’ın kütleçekimi açıklayan Görelilik Teorisi ile elektromanyetizma, nükleer güç ve nükleer radyasyonu açıklayan kuantum fiziği birbiriyle uyuşmuyor. Elimizde bir kuantum kütleçekim kuramı yok.

Bu teorilerin eksik yanları olduğunu ise bize termodinamik yasası gösteriyor. Termodinamik yasası zamanın ileri aktığını bilimsel olarak açıklıyor ama Görelilik Teorisi ve Kuantum Fiziği, zaman ileri de aksa geri de aksa hiçbir hata vermeden işlemeye devam ederdi. Öyleyse bize bir kuantum kütleçekim kuramı lazım. Bu kuramı oluşturmak için de Görelilik Teorisi ve Kuantum Fiziğini kapsayan yeni bir fizik teorisi gerekiyor.

 

Boşluk ile yokluk arasındaki farkı felsefede kavramsal olarak ayıramazsak, termodinamik yasasını yanlış yorumlayacağız ve bilimsel deneylerden yanlış sonuçlar çıkaracağız:

Atomların mutlak sıfırın altında soğutulduktan sonra tekrar ısınmasıyla boşluktan enerji üretmenin tam olarak ne anlama geldiğini termodinamik yasaları olmadan yorumlayamayız. Evren yoktan var oldu demek ile evren boşluktan var oldu demek arasındaki fark bu yüzden önemli.

Çünkü evren yoktan var oldu demek, yoktan enerji üretmek anlamına geliyor. Bu da termodinamik yasasına, enerjinin korunumu yasasına aykırı olduğu için sorun çıkarıyor. Öte yandan boşluğun da “boş olduğunu” ve içinde tek bir gerçek parçacık bile barındırmadığını biliyoruz. Ancak, boşluktan enerji üretmek, yoktan enerji üretmek anlamına gelmediği için termodinamik yasasını ihlal etmemiş oluyoruz.

 

Felsefe ile bilimin buluştuğu noktadayız

Dikkat ederseniz, boşlukla yokluk arasında bir fark olması gerektiğini bilimsel deneylerle açığa çıkarmadık. Ancak, evrendeki mevcut deneylerimiz ve gözlemlerimizle uyuştuğu için doğru olduğunu kanıtladığımız fizik teorilerinin gerçekten doğru olabilmesi için, boşlukla yokluk arasında bir fark olduğunu baştan kabul etmemiz gerektiğini anladık. Bu fiziksel bir kabul değildir, bu metafizik bir kabuldür, kavramsal bir kabuldür.

Şimdi bilime geri dönelim ve kuantum fiziğinde boşluğun ne demek olduğunu anlatalım…

 

Sonsuz soğuk boşlukta sanal parçacık çorbası

Evrenin nasıl meydana geldiğini ve iki farklı kozmoloji teorisini bir gün ayrıca anlatmayı planlıyorum ama şimdilik sadece birkaç temel noktaya değineceğim.

Mutlak sıfırdan daha soğuk olan ve eski bir evrenin ölümünden sonra ortaya çıkan boşluğun sahip olduğu negatif enerji, boşluktaki sıcaklığı artırdığı için yeni evrenler oluşmasına neden oluyor dedik.

Bu sonsuz enerjinin bir kısmı evreni oluşturuyor, geri kalanı ise boşlukta kalıyor. Ancak, sonsuzdan enerji çıkarmak sonsuzluğu ortadan kaldırmadığı için; boşluktan bir evrenin meydana gelmesi, boşluğa enerji eklemek veya boşluktan enerji üretmek, boşluğun toplamda sonsuz olan enerji düzeyini değiştirmiyor. Bunun sebebi ise boşluğun gerçek parçacıklardan değil, sanal parçacıklardan oluşması.

Bu durumda evrenimiz sonsuz değildir ama fizik teorilerine göre boşluk sonsuz olabilir (bilim adamları bu konuda deney yapamadıkları için fikir beyan etmiyorlar. Ancak bazıları, deney yapamadıkları halde, “boşluk demek yokluk demektir” gibi özünde metafizik olan bir görüşü bilimsel gerçek gibi sunmaya pek meraklılar).

 Her halükarda, sonsuz boşluktaki sonsuz sıcaklığın sağladığı sonsuz enerji sebebiyle, boşlukta sonsuz sayıda sanal parçacık oluşuyor.

Burada açıklamaya gerek olmayan bir fizik kuralı nedeniyle, sanal parçacıklar boşlukta anti parçacık ikizleriyle birlikte meydana geliyor. Bu parçacıkların sanal olmasının sebebi ise anti parçacıklarla hemen çarpışarak yok olmaları. Gerçekten var olmaya fırsat bulamadan, hemen yok oldukları için bunlara sanal parçacık diyoruz.

 

Madde ve anti madde bir araya geldiğinde birbirini tümüyle yok eder ve maddenin tamamı, yüzde 100’ü enerjiye dönüşür. Evrende yüzde 100 enerjiye dönüşen tek mekanizma budur ama termodinamik yasası yüzünden bizim bu enerjinin tamamını işe dönüştürmemiz imkansızdır.

 

Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi ve sanal parçacıklar

Kuantum fiziğindeki Heisenberg’in Belirsizlik İlkesine göre bir atomaltı parçacığın, örneğin protonun veya elektronun hızını ve konumunu aynı anda “kesin olarak”, yüzde 100 bilemeyiz. Bir parçacığın konumunu tam olarak biliyorsak hızını bilemeyiz, hızını biliyorsak konumunu bilemeyiz.

Dairesel termometre örneğimize geri dönecek olursak; bir evren yok olduğunda boşluk mutlak sıfırın altında soğumakta ve bu da aynı zamanda sonsuz sıcaklığa karşılık gelmektedir. Sonsuz sıcaklık ise, çok kabaca bir ifade ile parçacıkların sonsuz hızda yol alması olarak tanımlanabilir.

 

Bu tespit bizi doğrudan sanal parçacıklara getiriyor: Boşlukta parçacıkların hızının sonsuz olduğunu bilmemiz, Heisenberg’in Belirsizlik İlkesi uyarınca, sanal parçacıkların konumu hakkında hiçbir şey bilmediğimiz anlamına geliyor.

Sonsuz sıcaklık belirli bir sayı değildir ama sıcaklığın sonsuza kadar arttığını fizik teorilerinin öngörüleri sayesinde “bir sonsuzluk söz konusu olduğunu” kesin olarak bilebiliriz. Bu durumda, evren öncesi boşlukta sonsuz enerji ile yaratılan parçacıklar, sonsuz hızda gittikleri için, sonsuz boşluğun bütün noktalarında aynı anda bulunabilir.

Heisenberg’in Belirsiz İlkesine göre, sonsuz hızda giden bir parçacığın konumunu bilmediğimiz için, bu parçacığın uzayın her yerinde aynı anda bulunması gerektiğini fark ederiz. Öyleyse elimizde kuantum fiziğiyle ilgili iki yorum var.

 

Ya konumları hakkında hiçbir fikrimiz olmadığı için, sanal parçacıklar sonsuz boşluğun herhangi bir yerinde aniden ve rastlantısal olarak ortaya çıkabilir diyeceğiz (belirsizlik ilkesi)…

 

…ya da sonsuz boşluktaki sonsuz sayıdaki sanal parçacık ve anti parçacıklar, aslında sonsuz hızda gittiği için “evrenin her noktasında aynı anda bulunan tek bir parçacık ve anti parçacığın sonsuz sayıdaki tezahürüdür” diyeceğiz.

 

Bu da felsefedeki “Tek bir varlıktan o varlık bölünmeden nasıl çok sayıda varolan ortaya çıkar?” sorusuna teorik bir cevap olacaktır. Oysa bu soru fiziksel evren için de çok önemli: Evren tek bir parçacığın çok sayıdaki projeksiyonundan mı, yoksa gerçekten çok sayıda farklı parçacıktan mı oluşuyor?

Yalnız elimizde projeksiyon yorumunu güçlendiren bir ipucu var: Gerçek evrende bir elektronun fiziksel olarak diğer bir elektrondan hiçbir farkı olmadığını biliyoruz. İkisi arasındaki tek fark bunların konumu ve hızıdır.

 

Peki evrenimiz boşluktaki sanal parçacıklardan nasıl meydana geldi?

Heisenberg’in Belirsiz İlkesizi yüzünden, yani bir parçacığın herhangi bir yerde bulunması ihtimalinden dolayı; bazen bir sanal parçacık, anti sanal parçacık ikizinden uzak düşebilir. Böylece iki parçacık birbirini yok etmemiş olur ve her biri kendi enerji düzeyinde gerçeklik dünyasına adım atarak “var olmaya başlar”.

İkizinden kurtularak gerçek dünyaya (!) adım adan bu parçacık, aslında boşlukta aniden ortaya çıkmanın verdiği enerji ile kendi Büyük Patlamasını ve kendi evrenini yaratmış olur. Fizikteki bir yoruma göre, evrenimiz boşlukta böyle tek başına kalan öksüz bir sanal parçacıktan meydana gelmiştir.

İşte şimdi, felsefedeki “Boşlukla yokluk arasındaki fark nedir?” sorusunu cevaplayabiliriz. Lawrence Krauss gibi bazı teorik fizikçiler, evrenin boşluktan meydana gelmesinin, evrenin yoktan var olması anlamına geldiğini söylüyor. Oysa…

 

…Yokluk ile boşluk aynı şey değil

Felsefede “yokluk” veya “hiçlik” demek hiçbir şeyin olmamasıdır. Fizikte ise, boşlukta en azından sanal parçacıklar olduğunu görüyoruz.

Sonuç olarak boşluk sonsuz sayıda sanal parçacıkla doludur. Bu durumda boşluk “mutlak hiçlik” değildir. Evrenler başka evrenlerin kalıntılarından doğmasa bile, boşluktaki sanal parçacık ortamından doğuyor ama kesinlikle “yoktan var olmuyor”.

Boşluk gerçek parçacıklardan değil de sanal parçacıklardan oluştuğu için yeni bir evrenin eski bir evrenin kalıntılarından oluşması pratikte mümkün değil.

 

Bazı teorilere göre, tüm gerçek parçacıklar yok olarak sanal parçacık çorbasında kayboluyor ama bu enformasyon ve entropinin yok olması anlamına geldiği için, termodinamik yasasına aykırı bir yorum… Bazı teorilere göre eski evrenlerin kalıntıları yeni evrenlerin ulaşamayacağı kadar uzakta bulunuyor (fazla basitleştirdim).

Her halükarda bebek evrenler hayata kendi enerjisiyle başlıyor ve bu enerjiyi boşluktan kendi üretiyor. Eski evrenlerin enerjisiyle hayata başlamıyor, yoksa her evrenin bebek olarak değil, Benjamin Button gibi yaşlanmış olarak doğması gerekirdi.

Bu da termodinamik olarak boşlukta sonsuz sayıda değil, ancak sonlu sayıda evren olabileceğini, bir saatten sonra evrenlerin ölü doğacağı anlamına gelirdi.

Her evrenin hayata kendi enerjisiyle başlamasını boşluğun sanal parçacıklardan oluşmasına borçluyuz. Her evrenin kendi enerjisini taşıması ve dolayısıyla evrenlerin genç olarak, bebek olarak doğması; zamanın da neden ileri aktığını, neden geriye akmadığını gösteriyor.

 

Bunun hem felsefe hem bilim açısından önemli sonuçları var

Birincisi bilim adamları felsefe olmadan ellerindeki deneysel bilgilerden anlam ve sonuç çıkarmakta hata yapabilirler.

İkincisi ise “bilgi felsefesi” olmadan bilim yapmak imkansızdır. Bu nokta bilimin dışında kaldığı için, sadece felsefe yaparak açıklayabileceğim metafizik bir nokta.

“Sonsuzluğun” bilimsel formüllerden çıkmakla birlikte, deneylenemediği için bilimsel gerçeklerin dışında kaldığını söyledik.

Ayrıca, elimizdeki kozmoloji teorilerinde ya aynı anda sonsuz sayıda evrenin meydana geldiğini VE yok olduğunu görüyoruz… Veya sonsuz sayıda evrenin aynı anda değil ama ART ARDA (sonsuz zaman içinde) meydana gelip yok olduğunu görüyoruz.

 

Oysa fizik formüllerinde görülen sonsuz boşluğun neden sonsuz olduğunu, nereden kaynaklandığını fiziksel olarak açıklayamazsak…

 

…Sonsuz sayıda evren öngörüsü, felsefenin temeli olan “formel mantık” açısından çelişkiye yol açıyor.

 

Sonsuza kadar tekrarlanan evrenler serisi veya evren grupları, sonsuzluk içerdikleri için, formel mantığa göre hem kendisinin sebebi hem de kendisinin etkisi olmak zorunda. Bir şeyin aynı anda hem etki hem sebep olması ise mantıksal bir çelişki oluşturuyor. Bir şey başka bir şeyin sebebi olabilir ama kendi kendisinin sebebi olamaz demek istiyorum.

 

Şöyle düşünün: Masa masadır sözü size ne ifade ediyor?

Hiçbir şey ifade etmiyor, size masanın ne olduğu hakkında hiçbir şey söylemiyor. Evren yoktan var oldu demek de hem sonsuzluğun fizik biliminin sınırları dışında olması sebebiyle hem de sonsuz döngünün “masa masadır” demekten farksız olması sebebiyle hiçbir anlam içermiyor.

 

Bilgi felsefesi olmadan bilim yapamayız

Mutlak sıfırdan daha soğuk atomlar üzerinde yapılan araştırmalar, evrenin boşluktan var olması ve yokluktan var olması senaryoları arasındaki farkı ortaya koyarak, bilim adamlarının felsefedeki yokluk ve boşluk kavramlarını anlaması açısından önemli bir fırsat yaratıyor.

Çünkü bilim “damıtılmış”, düşüncenin çemberinden geçmiş kavramlarla çalışıyor. Bunlara formüller diyoruz. Formüller matematikten, matematik ise formel mantık kurallarından türüyor. Bilim adamları, fizik biliminin dışında kalıyor diye, bilgi felsefesini küçümserse büyük bir hata yapmış olurlar.

Örneğin evren yoktan var oldu demek gibi, aslında hiç de bilimsel olmayan metafizik bir önerme yapmış olurlar. Bu metafizik önerme de yanlış olur.

 Öte yandan, felsefe bilimin deney ve gözlemlerle içini doldurduğu kavramların çerçevesini çizmektedir. Örneğin, Newton Kütleçekim kuramında uzay ve zaman mutlaktır. Üstelik uzay ve zaman birbirinden ayrıdır. Einstein’ın Görelilik Teorisinde ise uzay ve zaman görelidir. Üstelik birbirine bağlıdır, birbirine göredir.

Ancak, felsefe uzay ve zamanın ne olduğunu araştırmamız için bize gereken kavramsal çerçeveyi sunmasaydı; uzay ve zaman hakkında sadece algılarımıza, çocukluktan kalan sağduyuya sahip olsaydık (mekan algısı ve süreç algısı), Görelilik Teorisini hiçbir zaman geliştiremeyecektik. Uzay ve zaman derken, yanılıyor olsak bile, bunların doğrusunu öğrenmek için nereden başlamamız gerektiğini bilemeyecektik.

Çünkü kuantum fiziğine göre enformasyon bize sadece istatistikler halinde sağlanır ama bu istatistikleri yorumlayıp sonuç üretmek için, bilimin dışında olan ve bilimin kullandığı kavramlara başvurmamız gerekir.

Ardından, Görelilik Teorisinde olduğu gibi, uzay ve zamanın eskiden sandığımız gibi mutlak olmadığını anlayarak, bu kavramları düzeltmeye başlarız. Bilimle düzeltmeye başlarız, bu rolü yadsımıyorum.

 Söylemek istediğim tek şey bilgi ile enformasyonun aynı anlama gelmediğidir. Enformasyon, uyaranlar yoluyla 5 duyumuza geliyor. 5 duyumuzun aldığı uyaranları fark ettiğimizde, örneğin elimize iğne battığında, sinirlerimizden gelen acı sinyali beynimize ulaşarak algıyı oluşuyor.

Algılarımız üzerinde düşündüğümüzde ise kavramları ve kavramsal dili oluşturuyoruz. Bilgi budur ve bilginin enformasyondan farkı budur. Felsefe bu noktada devreye giriyor. Düşündüklerimizin doğru olup olmadığını ise bilimle sınıyoruz, test ediyoruz. Ancak testlerimizin bir sınırı olduğu için, henüz test edemediğimiz şeyleri yok sayarak da bir yere varamayız.

 

Örneğin beynimizin elektrokimyasal süreçlerle işlediğini biliyoruz. Beynimiz fizik yasalarına tabidir ama kırmızı rengi sevmemin, turuncu rengi beğenmememin hiçbir bilimsel sebebi yoktur. Bu tamamıyla benim tercihime kalmış bir şeydir.

İşin içinde bilinçaltımdan gelen dürtüler varsa eğer, kırmızıyı sevmenin bilimsel bilgi olmadığını yine kabul etmemiz gerekiyor. Bilinçaltımı deneye tabii tutamam çünkü. Bir gün turuncu rengi sevebilirim, ertesi gün fikir değiştirebilirim… Bunu açıklayan bir formül yok.

Kısacası fizik yasaları beynimde sevmek ve sevmemek gibi etkileşimlere hangi fiziksel süreçlerin yol açtığını açıklayabilir ama “sevip sevmemek” tercihinin kendisi, yine de fiziğin dışında, metafizik bir kabuldür. Bu sebeple bilginin bilimin dışında bir kavram olduğunu, bilmenin bilimsel bir süreç olmadığını, bilimsel gerçekler dışında başka gerçekler olduğunu kabul etmemiz gerekiyor.

 

Bunu söylerken ruhlar dünyasını kast etmiyorum. Dinsel inançların hangisi doğrudur gibi bir soru da sormuyorum…

 

…Ama örneğin sanatı kast ediyorum. Bir resmin, bir müziğin bende uyandırdığı duyguları bilimsel olarak ölçebiliriz. Beynimize elektrotlar takıp kızgınken beyinde hangi sinir hücrelerinin çalıştığına bakmamız yeterli.

Ancak bu tür duyguların bende uyandırdığı izlenimler rakamlarla, formüllerle değil, ancak hislerle ifade edilebilir. Bunu kabul etmek, bilimsel gerçekleri inkar etmek anlamına gelir mi? Bunu kabul etmek hurafelere inanmak anlamına gelir mi? Bunu kabul etmek dünya 6 günde yaratıldı anlamına gelir mi? Hiç sanmıyorum!

Maalesef bazı bilim adamlarının felsefeyi, bilgi felsefesini (epistemoloji) safsata olarak değerlendirdiği görüyoruz, Oysa kavramların terazisi şaşınca, işte çok saygın bir teorik fizikçi olan Lawrence Krauss’un “Evren yoktan var oldu” önermesinde olduğu gibi yanlış sonuçlara varıyorlar. Krauss bu hataya bilimsel bir hata yaptığı için düşmüyor. Mantıksal bir hata yaptığı, metafizik bir hata yaptığı için düşüyor. Boşlukla yokluğu birbirine karıştırıyor. Felsefeyi inkar ettiği sürece de karıştıracak.

 

RUS FİZİKÇİ SOLUCAN DELİĞİNİN NASIL BULUNACAĞINI TANIMLIYOR: IŞIĞI ARAYIN

Bir Rus fizikçi, eğer astronomlar nereye ve nasıl bakacaklarını bilirlerse, paralel evrenlere portalların veya kendi kozmosumuzun uzak bölgelerinin bulunabileceğini iddia ediyor. Moskova’daki Lebedev Fizik Enstitüsü’nden Dr. Alexander Shatskiy’e göre başka dünyalara açılan kurtyenikleri (solucan delikleri) ışığı büktükleri olağandışı şekil ile fark edilebilirler.

Shatskiy daha güçlü teleskopların büyük galaksilerin merkezlerindeki solucan deliklerini arayabileceklerine inanıyor. Solucan deliklerinin uzayın farklı bölgelerine veya farklı paralel evrenlere bağladığı söylenir. Tünel açık tutulabildiği sürece, solucan deliğinin bir ucuna giren herhangi bir şey anında diğer ucunda ortaya çıkar.

Bilim adamları evrende solucan deliklerinin direkt kanıtını görmemiş olmalarına rağmen, bunun nedeni bunların kara delikler olarak gizlenmesi olabilir. Dr. Shatskiy iki tür nesnenin nasıl ayrılacağının tek bir kesin yolu olduğuna inanıyor.

Solucan delikleri garip özellikler ile şimdiye kadar ne olduğu saptanamamış malzeme ile açık tutulmuş olmalıdır. “Fantom (hayalet) madde” olarak bilinen bu madde negatif enerjiye ve negatif kütleye sahip olmalıdır, bu onun geri itici etki sarfetmesine neden olur.

Dr Shatskiy’nin hesaplamaları “kapıyı açan” hayalet maddenin ışığın yönünü değiştirdiği kadar, kullanışlı bir solucan deliği imzası sağlayacağını belirtiyor. Hayalet madde nedeniyle, solucan deliğinden ortaya çıkan ışık parlak bir halka oluşturmak üzere sapar. Onun arkasındaki herhangi bir yıldız çemberin ortasında parlayacaktır.

Cleveland, Ohio’daki Case Western Reserve Üniversitesi’nden ABD li uzman Dr Lawrence Krauss, büyüleyici olan fikrin henüz test edilmemiş kabullere dayandığını belirtiyor.

Krauss New Scientist dergisine: “Bu, bir solucan deliğinin gerçek imzasının ne olabileceğini düşünmek için ilginç bir teşebbüs, ama gözleme dayanmak yerine, daha çok kuramsaldır. Hayalet maddenin ve onun ışık ile muhtemel etkileşimlerinin ne olduğu fikri olmadan, genel bir tartışma yapabilmek açık değildir.” dedi.

Ancak, solucan deliklerinin genel görecelik çatısı içinde olası olduğu genel olarak kabul edilir. Gerçekte, onların varlığı fizik dünyasındaki bazı paradoksların anlam kazanmasına yardımcı olurdu. Kıvrımlı (katlanan) uzay henüz dökümante edilmemesine rağmen, bilimsel toplulukta onların varlığı ile ilgili sağlıklı bir tartışma devam etmekte. Stephen Hawking kıvrılan uzayda solucan deliklerinin olasılığını tartışan bir konferans verdi. Bu solucan delikleri vasıtası ile insanın yolculuğunun saklı anlamı engin mesafelerde ve hatta zamanın kendisinde kestirme yollar ile sonuçlanabilir.

Bu fikre göre, ışığın hızından daha hızlı gidilebilir. Profesör Hawking şu şekilde açıklıyor, “Eğer galaksinin bir tarafından diğer tarafına bir veya iki haftada yolculuk yapabiliyorsanız, bir diğer solucan deliğinden geri dönebilir ve yola çıkmadan önce geriye varmış olursunuz”.

Biraz anlaşılmaz olsa da, benzer türde bir “zaman yolculuğu” önceden gösterildi. Uzay mekiklerindeki yolcuları inceleyen bilim adamları, mekiğin yüksek hızı nedeniyle, mekiktekiler için zamanın daha yavaş ilerlediğini buldular.

Solucan deliği (kurt yeniği) nedir? Basitçe söylersek, “evrenin farklı bölümlerinde basınç oluşturan kütleler en sonunda bir tünel oluşturmak için bir araya gelebilir”. Solucan delikleri ayrıca “Einstein-Rosen köprüleri” olarak adlandırılır ve Einstein’ın özel görecelik teorisi ve uzay – zaman sürekliliği ile ilişkilidir. Eğer solucan deliklerinin varlığı kanıtlanırsa, olasılıklar gerçekten sonsuz olacaktır.

Solucan Delikleri...

Solucandeliği ya da Einstein-Rosen köprüsü, Nathan Rosen ve Albert Einstein tarafından ileri sürülmüştür. Solucandeliği aslında uzayzamanın temelde uzay ve zamanda bir kısayol olan kuramsal topolojik bir vasfıdır. Genel olarak beyaz delikler ve kara delikler arasındaki bağlantıya solucan deliği denmektedir. Bir solucandeliğinin bir boğaza bağlı en az iki ağzı vardır. Eğer solucandeliği geçilebilir ise madde solucandeliğinde bir ağızdan diğerine boğazdan geçerek ulaşabilir.

Solucandeliği ismi fenomeni açıklamakta kullanılan bir analojiden gelir. Eğer bir solucan bir elmanın üzerinde seyahat ediyorsa, tüm elmanın etrafını dolaşmak yerine içinden geçerek bir kestirme yol bulmuş olur.

Ve solucan deliğinin merkezi (ortası) durak noktadır, yani oraya geçerken spagettileşme denen bir olaydan sonra takılırsınız ve yıldızların bir ömrü bitirmesini 10 saniye içinde görebilirsiniz. Oradan çıkmak için ışıktan hızlı yani düşünce dalgaları hızında olmalısınız. Çıkamazsanız karadelik yok olurken enerji veya gaz kütlesine dönüşürsünüz.

Tanımı

Karadeliklerin en dip noktası kabul edilen yerde hacim sıfırdır ve yoğunluk ise; "M/V" formülünden dolayı sonsuzdur ve bilimadamları hacmin "0" olmasından yola çıkarak karadeliğin dibinin inanılmaz güçlü bir vakum etkisi ile her şeyi yok ettiğini düşünürler; yani karadeliklerin dibinde zaman ve mekân parametreleri bildiğimiz ve kabul ettiğimiz sistemin oldukça dışındadır.

Bu da bizi şu soruya yöneltir: "İki kara deliğin farklı boyutlarda bağlanması ile vakum etkisinden yararlanılarak bir uzay gemisi bir karadeliğin içine girip öbür karadelikten çok kısa bir zamanda dışarıya çıkarak başka bir alt uzaya seyahat edebilir mi? Bu sorunun cevabı ise Günümüz teknolojisinde, bu kadar yüksek bir çekim gücüne karşı koyabilecek ve bu baskıya dayanabilecek düzeyde uzay araçları üretemediğimizden dolayı hayır.

Kara deliklerin (Blackhole) bilimsel olarak renginin neden kara (Black) oldukları konusundaki temel dayanak ise sahip oldukları inanılmaz kütle, yoğunluk ve çekim kuvvetinden dolayı ışığı bile bükebilecek ve içine çekebilecek güçte olmalarıdır. Bu yüzden hiç bir ışık kara deliklerin dışına çıkamaz, buda onlardan bize herhangi bir ışığın ulaşamaması, dolayısıyla karanlık olması anlamına gelir.

Bildiğimiz en yüksek hızın ışık hızı (yaklaşık 1.079.252.850 km/saat) olduğunu da hesaba katarsak karadeliklerin bu kadar yüksek hızlarda gidebilen ışığı engelleyebilecek ve ondan daha hızlı bir şekilde başka bir yere doğru çekebilecek güçte olmaları Einstein-Rosen köprüsünün gerçekte var olabilme olasılığını muazzam ölçüde artırmaktadır ve zaten solucandeliğinin mantığının temelinde de aynı şekilde ışıktan daha yüksek bir hızda boyutlar arası transfer yatmaktadır. Bu teoriyi yıllar boyu öğrenmiş olduğumuz temel fiziğin ve onun bütün kurallarının tamamen dışarısına itmeyip bunu modern fizikle bağdaştırarak açıklayabilen Nathan Rosen ve Albert Einstein, gelecekte teknolojinin yardımıyla solucan delikleri yaratılıp uzayda istenilen noktaya şu anki teknolojiden çok daha hızlı bir şekilde ulaşılabileceğini ortaya sürmüştür. Modern fizik aksini kanıtlayamadığı için de bu teori günümüzde hâlâ geçerliliğini korumaktadır.


Dipnotlar:

Burada geçen solucan İngilizce solucan anlamındaki "worm" kelimesinden gelmektedir. Fakat İngilizcede worm aynı zamanda elma kurdu gibi kurtçukları da içermektedir. Wormhole ismindeki worm aslında bir elma kurdunu temsil eder. Ayrıca karadelikler zaman mekanı bükmez delip geçebilir. Bu yüzden kütle çekim kuvveti çok fazladır. Karadelik özelliği kazanılması için solucan deliğinin boyun kısmının her yerinin uzunluğunun aynı olması gerekir. Yani zaman mekanıyla 90 derecelik açı yapması gerekir. Eğer öyle olmazsa maddeyi içine almaz eğiminin rasyonel olduğundan dolayı yerçekimiyle ezip yörüngeden fırlatır.

Ayrıca karadelik olması durumu sadece karadeliğin boyun kısmının genişliğinin her yerde aynı olması demektir. Boyun kısmının eğimi rasyonel bir sayı olursa karadelik gibi yüksek çekim kuvveti yaratmaz, sadece yerçekimiyle ezip (mekanik ufalama yapıp) yörüngeden fırlatır.

 

Nathan Rosen (22 Mart 1909 - 18 Aralık 1995), Yahudi asıllı Amerikan fizikçi. Hidrojen moleküllerinin yapısı hakkında yapmış olduğu araştırmalar, Albert Einstein ve Boris Podolsky ile birlikte yapmış olduğu fizikötesi çalışmalarıyla bilinmektedir. Einstein-Rosen köprüsü (solucandeliği) olarak bilinen teorinin mimarlarından birisidir.

 

Solucan Deliği Nedir?

Bir solucan deliği en basit haliyle uzay-zaman içindeki çok uzak yolculuklar için kullanılan ve teorik olan kestirme yol anlamına gelir. Genel görelilik teorisi sonucu var olabilecekleri tahmin edilmektedir. Henüz varlıkları bile bilinmezken, eğer bir gün var olsalardı ne gibi tehlikeleri olabilirdi konusunda bir takım fikirler var. Bunlardan bazıları; solucan deliğinin içine doğru çökmesi, delik içinde yüksek radyasyona maruz kalma veya tehlikeli ve bilinmeyen maddelerle temas halinde bulunma.

Solucan deliği ismi, bu kozmik fenomenin yaptığı işe kısmen benzeyen “elma-elma kurdu” ilişkisinden gelir. Bir elma üzerinde gezinen kurt, elmanın tam ters tarafına gitmek isterse etrafında dolanmak yerine, kestirme yoldan kemirerek içinden geçer.

Solucan Deliği Teorisi
1935 yılında solucan deliklerini ilk kez öne süren ünlü fizikçiler Albert Einstein ve Nathan Rosen, bu teorik köprülerin varlıklarını genel görelilik kuramına bağladılar. Adına solucan deliği ya da Einstein-Rosen köprüleri denilen bu yollar, teorik olarak uzay-zaman içinde iki farklı noktaya bağlanan ve seyahat süresini kısaltan kuramsal vasıflardır.


Solucan deliklerinin iki ağzı (giriş-çıkış ya da çıkış-giriş) ve bu ağızları birbirine bağlayan bir boğazları bulunur. Ne oldukları ve ne olabilecekleri bilinmediği için haklarında öne sürülen bilgiler tamamen teoriktir, ağızları muhtemelen küresel biçimlidir. Boğaz kısmı düz ve gergin olmakla birlikte boğaz etrafında rüzgarlar olabilir.

Einstein’ın genel görelilik teorisi, matematiksel olarak solucan deliklerinin varlığını tesciller ama bugüne kadar herhangi bir solucan deliğinin varlığı tespit edilememiştir. Teoriye göre bir solucan deliğinin iki ağızı da, birer karadeliğe çıkar. Kimileri bunların birinin karadelik, diğerinin akdelik olduğunu savunur. Fakat bir yıldızın ölmesi sonucu oluşan karadelik tek başına solucan deliği oluşturamaz.

Solucan Deliğinden İçeri


Bilimkurgu kitapları, filmleri ya da dizilerinde solucan deliklerinde seyahatin geçtiği hikayeler çokça bulunur ama, gerçekte henüz bir solucan deliği bulamasak ta, içinden sanki kapıdan geçer gibi kolayca geçip evrenin ucunda diğer tarafa gitmek bu kadar kolay bir deneyim olmaz bir takım sorunlarla karşılabilirdik.

İlk sorun boyuttur. İlkel solucan deliklerinin mikroskobik (10-33 cm) boyutta oldukları tahmin edilmektedir fakat evren genişledikçe bunların boyutlarının da genişlediği düşünülür. Bir başka problem de stabilitedir (durağanlık). Teorik olarak Einstein-Rosen solucan delikleri seyahat için uygun değildir çünkü bu deliklerin boğazları kısa süre içinde çökebilir. Bilinmezler içinde belki de en önem arz eden konulardan biri, bir solucan deliği varsa bu deliğin ne kadar süre ile açık kalabileceğidir. Son zamanlarda yapılan araştırmalar sonucu “egzotik” madde içeren solucan deliklerinin normalden çok daha uzun süre açık kalabilecekleri düşünülmektedir. Bazılarımız son zamanlarda adı çokça geçen “karanlık madde” ve “antimadde” ‘yi  muhtemelen duymuştur. İşte egzotik maddeyi bunlarla karıştırmamak gereklidir. Egzotik madde büyük miktarda negatif yoğunluk ve negatif basınç içerir. Bu madde Kuantum Alan Kuramı ya da diğer adıyla Parçacık Alan Teorisinde adı geçen vakum alanlarının bir parçasıdır.

Eğer bir solucan deliği, doğal ya da yapay yolla egzotik madde ihtiva ederse, uzay-zaman içinde yolculuk yapmak için kullanılabilir. Solucan deliklerinin iki ağzı olduğunu belirttik, teorik bir konu olduğu için paralel evreni konu içine katmamak olmazdı. Solucan deliklerinin ağızları her zaman bulunduğumuz evrene açılacak diye bir kesinlik yoktur, bir başka evrene de açılabilir. Ya da bir yıldızın içine ya da evrenin en ücra köşesine, bu bilinmez. Benzer şekilde bir solucan deliğinin çıkış ağzı bir başka yere taşınabilirse eğer, zaman yolculuğuna da olanak sağlayabilir. Tabi ünlü İngiliz Astrofizikçi Stephen Hawking bu şekil bir zaman yolculuğunun mümkün olmadığını savunmuştur.

Günümüz teknolojisi, henüz bulunamasalar bile bir solucan deliğini açık tutmak ya da stabilize etmek için yeterli değildir. Ancak bilim insanları onları bir gün zaman yolculuğunda kullanmak amacıyla haklarında araştırmalar yapmaya devam etmekte ve teknolojinin onları kullanabilecek kadar gelişmesini ummaktadırlar.
 

Zaman Yolculuğu Nedir: Teoriler

Zaman yolculuğu –zaman içinde bir noktadan bir başkasına gitmek- onlarca yıldır bilim kurgunun önde gelen konularından biri olmuştur. Ünlü sinema filmleri “Star Trek”, “Geleceğe Dönüş” ya da ünlü televizyon dizisi “Doctor Who” da gördüğümüz gibi, bazı özel araçlar kullanılarak zamanda ileri ya da geriye doğru gidilmiş ve yeni maceralara yelken açılmıştır.

Hayat filmlerdeki kadar kolay değil. Ne yazık ki gerçek hayatta zaman yolculuğu konusu biraz daha karmaşık hatta bulanık. Hatta o derece ki bazı bilim insanları zaman yolculuğunun varlığına dahi inanmıyorlar, kimilerine göre ise bunu yapmaya yeltenecek insanların yolculukları sadece tek yönlü olacaktır, geri dönüşü olmayan bir yolculuk…

 

Zamanı Anlamak
Zaman nedir? Çoğu insanın zamanın sabit olduğunu düşündüğü zamanlarda ünlü fizikçi Albert Einstein, zamanın aslında bir yanılsama olduğunu göstermiştir. Einstein’a göre zaman “4. boyut” ‘tur. Uzay; genişlik, uzunluk ve yükseklik isimleri verilen 3 boyut ile tanımlanır. Zaman ise “yön” ismi verilen bir başka kavramı temsil eder ve ileri doğru hareket eder.


Einstein’ın Özel Görelilik Kuramı ya da İzafiyet Teorisi adı verilen kurama göre zaman, mekan ve hareket birbiriyle her zaman bağımlıdır. Zamanın hızlanması ya da yavaşlaması göreceli olarak ne kadar hızlı hareket edildiğine bağlıdır.


Söz gelimi; bir kişi düşünelim. Bu kişi, ışık hızına yaklaşık hızda seyreden bir uzay gemisinin içinde bulunsun. Bu kişinin bir de ikizi olsun ve bu diğer kişi de Dünya’daki evinde bulunsun. Aradan geçen zaman ne olursa olsun, Dünya’da bulunan kişi gemideki ikizinden 2 kat daha fazla yaşlanır. Çünkü İzafiyet Teorisi’ne hız ve zaman ters orantılıdır. Hız arttıkça zaman daha yavaş akmaya başlar. İzafiyet Teorisi’nin bir başka savunduğu fikir, yerçekiminin zamanı bükebilmesidir.
Daha önce bahsettiğimiz 3 boyuttan oluşan uzaya, bir başka boyut zaman eklenince uzay-zaman adı verilen yeni bir yapı oluşur. Farazi bir kumaşa benzeyen uzay-zaman üzerine yoğun kütleli bir şey oturursa, uzay-zaman tıpkı bir çarşafın buruşması gibi buruşur ya da bilimsel adıyla bükülür. İşte uzay-zaman bükülmesi adı verilen kavram budur. Kütle arttıkça bükülme seviyesi artar, bükülme seviyesi arttıkça da tıpkı bir girdap gibi içine giren herhangi bir şey dışarı çıkamaz. Bükülme hat safhalara gelince de adına “Karadelik” denilen gök cisimleri meydana gelerek kendilerinden ışık bile kaçamaz hale gelir.

Gerek Özel, gerekse de Genel Görevililik Kuramları GPS uyduları ile kanıtlanmıştır. Dünya çevresinde dönen bu uydularda, Dünya’nın uyguladığı yer çekimi kuvveti ile zaman daha hızlı akar. Yapılan bilimsel ölçümler sonucu yörüngede dönen uyduların bize göre 38 mikrosaniye daha ileriden gittikleri hesaplanmıştır. Bu olaya “Dilation” ya da “Genleşme” adı verilir. NASA’ya göre boşlukta ışıktan daha hızlı yani saniyede 299,792 km hızla gidilirse zaman da geriye de gidilebilir. Ama Einstein’a göre bir cisim ışık hızında hareket edebilirse sonsuz kütleye ve sıfır uzunluğa sahip olur ki bu da fizik kuralları çerçevesinde imkansızdır.


Alternatif Zaman Yolculuğu Teorileri
Einstein teorileriyle varlığı iyice zorlaşan zaman yolculuğu hakkında bazı insanlar yeni çözümler ve teoriler üretmişlerdir.

Sonsuz Silindir (Tipler Silindiri)
Astronom Frank Tipler’in öne sürdüğü teoriye göre, Güneş’ten 10 kat daha ağır bir cismi alıp çok yoğun ve çok uzun bir silindir haline getirirsek ve kendi etrafında dakikada bir kaç trilyon kez döndürülürse, silindir çevresinde bulunan bir uzay gemisi kendini kapalı zaman döngüsü içinde bulur. Teoriye göre zaman ekseni geri döner ve zamanda geri gidilmiş olunur. Tipler silindiri teorisinin gerçekleşmesi için silindirin sonsuz uzunlukta olması gerekir.

Karadelikler
Ünlü İngiliz fizikçi Stephen Hawking’e göre bir karadeliğe yakınlarda ışık hızında seyreden gemide zaman normale göre daha yavaş akar. Örnek olarak karadelik çevresinde 5 sene tur atan bir gemi Dünya’ya geri döndüğünde aslında 10 sene geçmiş olduğunu anlayacaktır. Bu teoriye göre asla zamanda geri gidilmez sadece ileriye gidilir.
 

Kozmik Sicimler

Potansiyel zaman yolcuları için bir başka teori “Kozmik Sicim” denilen bir şeydir. Evrenin ilk doğduğu andan itibaren oluşmuş olup sürekli genişleyen evrene yayılan incecik enerji tüpleridir. Erken evreden kalan bu ince bölgeler, çok yüksek miktarda kütle içerir ve bu nedenle çevresindeki uzay-zamanı bükebilir. Bilim insanlarına kozmik sicimlerin bir sonu yoktur.

Büyükbaba Paradoksu

Zaman yolculuğunun kendisi zaten bir problemken, yapıldıktan sonra yol açacağı başka özel sorunlar daha vardır. Bunlara en basit örnek büyükbaba paradoksu verilebilir. Söz gelimi; geçmişe giden bir zaman yolcusu eğer büyük babası ile karşılaşır ve onu etkilerse, ileride kendisi de doğmayacaktır. Yani geçmişte geleceği etkileyebilecek bir çok soruna istemeden dahi olsa yol açılabilir.

Zaman Yolcuğu Olası mı?

Her ne kadar insanlar bu yolculuktan sağ çıkabileceklerini düşünseler de, günümüzde zaman yolculuğu pek olası gözükmüyor.  Günümüzde kullandığımız fizik sürekli gelişmekte. İleride gelişen kuantum teorileri belki de zaman yolculuklarının paradokslarını aşmamızda bizlere yardımcı olabilir.

 

Hawking’in Zaman Makinesi

Eylül 24, 2013

 

 

Bu tüneller ne yazık ki insanların geçmesi için çok küçüktürler (bir santimetrenin milyar trilyon trilyonda biri kadar). Ancak fizikçiler bir solucan deliğini yakalayıp insanlar ve hatta uzay gemilerinin geçebileceği kadar genişletebileceklerini düşünüyorlar.

 ”Teorik olarak bir zaman tüneli ya da solucan deliği bizi başka gezegenlere götürmekten daha fazlasını da yapabilir. Eğer iki ucu da aynı yerdeyse ve uzaklık yerine zaman olarak ayrıysa, bir gemi bir taraftan girip diğerinden çıkarak geçmişe gidebilir.” diyor Hawking.
 
Bazı bilimadamları ise sadece geleceğe yolculuk edilebileceğini çünkü doğanın kanunlarının buna izin verdiğini söylüyorlar. Eğer geçmişe dönüp kendinizin doğumunu engelleyeceğiniz bir şey yapsaydınız ne olurdu? Gelecekten bu geçmişe yolculuk etmek için varolmanız nasıl mümkün olacaktı?
 
Hawking, bilimadamlarının büyütebilecekleri solucan deliklerinin, radyasyon nedeniyle kullanışsız olacağı görüşünde. Ancak başka bir yol daha mevcut: Farklı Nehirler.
 
Hawking zamanı akan bir nehire benzeterek “Zaman bir nehir gibi akar ve her birimizi kendi akımında taşır. Ancak başka yerlerde başka nehirler farklı hızlarda akıyor olabilir ve bu da zamanda yolculuğun anahtarı olabilir.” diyor.
 
Bu düşünceyi Hawking’den 100 sene önce Albert Einstein önermişti. Hawking’de Einstein’dan bahsederek “Tamamen doğruydu.” diyor.
Kanıt ise bugün GPS olarak adlandırdığımız küresel pozisyonlama sisteminde saklı.
 
“Her uzay gemisinin içerisinde çok hassas bir saat bulunuyor. Ancak hassas olmalarına rağmen, her gün saniyenin 3 milyarda biri kadar vakit kazanıyorlar. Sistem bu vakti düzeltmeli yoksa her GPS aleti günde 7 km kadar hata yapar.” diyor ünlü astrofizikçi.
 
Hata saatlerde değil, Dünya’nın çekim kuvvetinin etkisinde.
 
“Einstein, maddenin zaman üzerindeki etkisini farketmişti. Obje ne kadar ağırsa, zamanı o kadar yavaşlatıyordu. Bu gerçek de zamanda yolculuğun gerçekleşebilmesindeki kapıları aralıyor.”
 
Zamanda yolculuk için anahtar kara deliklerde. Bu objeler o kadar yoğunlar ki ışık bile çekim kuvvetlerinden kaçamıyor. Hawking ise kara deliklerin zaman üzerindeki etkisi hakkında “Bu özellikleriyle doğal bir zaman makinesi.” diyor.

 

Peki nasıl çalışacak? Bir uzay gemisinin dev bir kara deliğin yörüngesinde olduğunu düşünelim. Bu kara deliğin de Samanyolu Galaksisi’nin merkezinde, 26,000 ışık yılı ötede olduğunu düşünelim. Dünya’dan bakıldığında geminin 16 dakikada bir yörüngedeki dönüşünü tamamladığını görürüz.
Ancak gemideki cesur insanlar için zaman daha yavaş olacaktır. Her 16 dakikalık yörünge, onlara 8 dakika gibi gelecek. 5 sene yörüngede kaldıkları düşünüldüğünde, Dünya’da 10 yıl geçmiş olacak. Bu senaryo paradokslar yaratmıyor ancak yine de pek pratik değil.
 
Ancak bir olasılık daha mevcut: Çok hızlı yolculuk etmek.
 
Hawking bu konuda ise ışık hızını ortaya koyuyor. Kozmik hız limitimiz 300,000 km/sn. Hiçbir şey bu hızı geçemez. Ancak Hawking bu konuda şöyle diyor: “Işık hızına yakın hızlar da sizi geleceğe taşıyabilir.”
 
“Dünyanın etrafındaki süper hızlı bir tren için yapılan yolu düşünelim. Tren hızlanmaya başlıyor ve giderek hızlanıyor. Işık hızına ulaşmak, dünyanın çevresini saniyede 7 kez dolaşmak demek. Ancak tren ne kadar güçlü olursa olsun fizik yasalarını aşarak ışık hızına ulaşamaz. Bunun yerine bu hıza yakınlaştığını düşünelim. İlginç bir durum oluşur. Trendekilere için zaman, Dünya’dakiler için daha yavaş geçer.”

“Trenin 1 Ocak 2050′de istasyondan ayrıldığını düşünün. Durana kadar 100 sene yolculuk ettiğini varsayalım ve 1 Ocak 2150′de durduğunu düşünelim. Yolcular sadece 1 hafta yaşamış olacaklar çünkü zaman trenin içinde daha yavaş ilerliyor. Dışarı çıktıklarında ise bir haftada 100 sene ilerlemiş olacaklar.” 

Şimdiden dünyadaki en hızlı hareket CERN’deki hızlandırıcıda halihazırda yapılıyor. Parçacıklar o kadar hızlandırılıyorlar ki, zamanda yolculuk yapıyorlar. Bunu anlamak o kadar da zor değil. Pimezon adı verilen parçacıklar normal durumlarda, oluştuklarından saniyenin 25 milyarda biri sonrasında yokoluyorlar. Ancak ışık hızına yakın hızlara çıkarıldıklarında 30 kat daha uzun varolabiliyorlar.

İnsanları bu hızlara çıkarmamız için uzayda olmamız gerekiyor. Bugüne kadar bir insanın çıktığı en yüksek hız Apollo 10′daki astronotların ulaştığı 30,000 km/s.
 
Hawking bu konuda “Zamanda yolculuk için Apollo 10 astronotlarından 2000 kat daha hızlı gitmemiz gerekiyor. Bunu yapmak için ise daha büyük bir gemiye ihtiyacımız var. Tam güçte kozmik hız sınırının altına ulaşmak bile 6 yıl alacaktır” diyor. 

 

EVREN KAÇ BOYUTLUDUR?
Özgür Sevinç
İstanbul Üniversitesi


Tarih boyunca, Bilimin temel problemi; mümkün olduğu kadar dogayı iyi bir şekilde anlayabilmek ve açıklayabilmektir. Bunu başarabilmesi içinde elinde yeteri kadar matematiksel donanım mevcut olması gerekmektedir. Boyut ve ekstra boyut kavramı temel olarak, zorumluluk veya keyfi uygulamalar sonucu ortaya çıkan fiziksel niceliklerdir. 1909 yılında, Minkowski, Maxwell’in Elektrodinamigi ile Einstein’in Özel Rölativite teorilerinden ilham alarak, doganın, bildigimiz üç boyutuna ek olarak dördüncü bir boyut yardımıyla tasvir edilebilecegini belirtmiştir.

Nitekim Einstein 1915 yılında yayınladıgı Genel Rölativite Teorisiyle, Minkowski’nin bu iddasını genelleştirerek uzay-zaman kavramı ile dogayı DÖRT boyutlu ( 3-uzay + 1-zaman ) tasvir etmistir. Böylece Minkowski ve Einstein tarafından başlatılan boyut sayısıyla OYNAMA !! ile evrenimizi anlama fikri günümüze kadar artan bir ivme ile fizikçiler tarafından farklı teorilerde farklı boyut sayısı ile karşımıza çıkmaktadır. Yazımın geri kalan kısmında bu teorilerle ilgili olarak temel bilgileri vermeye çalışacağım…
Aralarında r uzaklığı bulunan makroskobik iki nesne arasındaki F gravitasyonel kuvvetin büyüklüğü F∼ −2 r ile orantılıdır. d extra boyut sayısını göstermek üzere, d ≥1 durumunda ise Gauss kanununun bir sonucu olarak gravitasyonel kuvvet F∼ (2 d ) r − + ile orantılıdır. Benzer durum elementer parçacıkların mikro-alemi için de geçerlidir. Örneğin: yüklü parçacıkların elektomagnetik etkileşmelerinde ters-kare kanununa uyduğunu hızlandırıcı deneylerinden biliyoruz.

Bununla birlikte gravitasyonel kuvvetin doğasını belirlemede deneysel olanaklar sınırlıdır. Örneğin bu kuvvetin 4 10− cm ‘den daha küçük veya 28 10 cm ‘den daha büyük uzaklıklarda nasıl davranacağı henüz tesis edilememiştir. Rölativistik olmayan gravitasyonel etkileşmeler için bildiğimiz herşey 4 cm r 28 cm 10 ≤ ≤ 10 − aralığı ile sınırlıdır. Fakat doğa kanunları bu aralığın dışında farklı olabilir. Benzer şekilde, elektromagnetik etkileşmeler için ters-kare kanununun 16 10− cm civarında doğru bir şekilde test edildiğinden eminiz. Fakat bu skalanın(ölçeğin) biraz altındaki değerlerde bu etkileşmeler değişmektedir.

Şu anda, doğanın bu kanunlarının nasıl değişebileceği tam olarak açık değildir. Eğer ekstra (fazladan) boyutlar var ise, bu kanunların yüksek-boyutlu uzayların kanunlarına bağlı olarak değişebileceği olasılığı bulunabilir.

Bununla birlikte, bizim bu gibi soruların cevabı için ekstra boyutların varlığını ileri sürerek açıklama yapmamız ne kadar doğru olur?. Aşağıda extra boyutların varlığına bizi yönelten önemli teorik çalışmaların maddeler halinde kısa bir özeti sunulacaktır:

Ekstra boyutlar ile ilgili olarak ilk bilimsel çalışmalar 1920’lerde Kaluza ve Klein(KK) tarafından yapıldı. Bu teori, kütleçekim (gravite, gravitasyon) ile elektromagnetizmanın yalnız bir ek uzaysal boyutun varlığında birleşebileceği temeline dayanmaktadır. KK teorisine göre evrenimiz BEŞ boyutludur.

1970’lerin sonunda oluşturulan Standart Model (SM), kütleçekimi dışındaki üç temel kuvveti (zayıf kuvvet, kuvvetli kuvvet ve elektromagnetik kuvvet) birleştirmeyi başarmıştır. Fakat SM birçok deneyle sınanmış çok başarılı bir model olsa da bazı önemli soruları cevapsız bırakmıştır. Elektronun yükünün mutlak değerinin neden protonun mutlak değerine eşit olduğu ya da protonun kütlesinin ne olması gerektiği modelde belli değildir. Bu sayılar deneylerden bulunup denklemlere yerleştirilmektedir. Gravitasyonu diğer üç temel kuvvetle birleştirmeyi hedefleyen Kuantum Gravitasyon Teorilerinde ise SM ‘lin açıklayabildiği sonsuzluklar bulunmaktadır. Daha sonra, SM içindeki parçacıkları daha basit bir yapıda birleştiren ve sonsuzluklar ve doğallıklar gibi problemlere çözüm yolu bulan yeni bir teori geliştirildi. Sicim Teorisi, olarak bilinen bu teori de dört temel kuvveti birleştirmeyi hedeflemektedir. Bunu yaparken altı tane ek uzaysal boyutun varlığını öngörmektedir. Bu teoriye göre de evrenimiz ON boyutludur.

Daha sonraları Sicim Teorisi’nde de sorunlar olduğu anlaşıldı. Her şeyden önce çok fazla sayıda (beş tane) Sicim Teorisi olduğu ortaya çıktı. Tüm kuvvetleri birleştirecek bir teori varsa, bu tek olmalıdır. 1995 yılında bu beş tane Sicim Teorisi’nin daha temel bir teorinin özel durumları(dualite kavramı) olduğu gösterildi. M-Teorisi olarak adlandırılan bu birleştirici teoriye göre de evrenimiz ONBİR boyutludur.
Yukarıda değinilen tüm ekstra boyutlar Planck (10-34) boyutundadır ve neticede detekte edilememektedirler. Randal-Sundrum (RS) Zar Evren Modellerine göre evrenimiz; 5- boyutlu düz ya da hiperbolik uzay-zaman içinde 4-boyutlu bir zar yapısındadır. Bu çerçevede; bir anlığına bilgisayarımızın ekranında yaşadığımızı ve yanlızca bu 2-boyutlu yüzey üzerinde hareket ettiğinizi düşünün. Bilgisayar 3-boyutlu uzayda bulunmaktadır. Fakat siz yanlızca bu ekran tarafından sınırlanan 2-boyutlu bir alt uzayda haraket edebilirsiniz. Sonuçta algıladığınız uzay-zaman 4-boyutlu değilde 3-boyutlu uzay-zamandır. Temel olarak bu tür düşünce yüksek boyutlardaki zar-evren modelleriyle benzer özellikler gösterebilmektedir. Bizim içinde yaşadığımız 3-boyutlu uzay, bilgisayar ekranı gibi düşünülebilir. Bu durumda 4-boyutlu uzay-zamanımız, üzerinde bulunan tüm madde ve kuvvetlerin hareketlerinin sınırlanmasından dolayı gözlemleyemediğimiz daha yüksek boyutlu bir uzayın içine gömülmüş bir alt uzay-zaman yapısında olabilir. Zar-evren modellerinde, üzerinde yaşadığımız bu dört-boyutlu alt uzaya zar (Brane), 5-boyutlu uzaya da Bulk adı verilir.

Işık elektromagnetik radyasyondan yapılmıştır ve zar-evren modellerinde yükler ve alanlar yanlızca zar üzerinde hareket edebilmektedirler. Bu yüzden ekstra boyutlar çok büyük olsada, ışığı kullanarak bulkın içindeki ekstra boyutları test edebilecek herhangi bir yol yoktur.

Gravitasyonun uzayın yapısını belirleyen bir kuvvet olmasından dolayı, en azından bütün boyutlara eşit olarak yayılması düşünülebilir. Bu durum bizim gravitasyonel kuvvet içindeki şüpheli davranışları araştırarak ekstra boyutları dedekte edebilmemize olanak sağlayabilir. Fakat, zar-evren modellerindeki eğrilik faktöründen ötürü (e-x) gravitasyonun bulkın içine çok fazla yayılamamasından dolayı ,gerçekte gravitasyon zarın içine hapsedilmiş veya zarı sınırlıyor durumundadır. Sonuçta, ekstra boyutları gravitasyon kullanılarak dedekte etmek oldukça zordur.

Zar-evren modelleri kavramsal olarak Kaluza-Klein modellerindeki kompaktifikasyonlardan farklıdır. Çünkü onlar ekstra boyutlar içindeki salınımları gravitasyonel olmayan kuvvetlerden çıkarmaya kalkışmazlar. Tersine, eğer ekstra boyutlar büyük ise, gravitasyonel salınımlar bu yönlerde hızlı bir şekilde ortadan kalkmak zorundadır. Sonuçta biz onları dedekte edemeyiz. Extra boyutlar içindeki salınımlı KK modları hâlen mevcuttur, fakat onlar gravitasyona bağlıdır ve gravitasyonda çoğunlukla zara hapsolduğundan, extra boyutlar effektif olarak zar üzerinde görünemezler.

Einstein'ın görelilik teorisi yine doğru çıktı !

Tarihin en ünlü fizikçisi Albert Einstein, ölümünden on yıllar sonra yine modern kuantum teorisyenlerini alt etmeyi başardı. Yeni araştırmalar, uzay-zamanın Einstein tarafından öne sürülen görelilik teorisinde belirtildiği gibi ‘köpükten bile daha pürüzsüz olduğunu’ ortaya koydu. Kuantum teorisyenleri, uzay-zamanı köpük kadar pürüzsüz olduğunu savunuyordu.
Einstein, ölümünün üzerinen yıllar geçmiş olsa da geride bıraktığı araştırmalarla haklı çıkmaya devam ediyor. Einsten, görelilik teorisinde uzay-zamanın özünde pürüzsüz olduğunu, sadece enerji ve madde baskısıyla büküldüğünü belirtmişti. Bazı kuantum teorisyenleri ise bu görüşe şüpheyle yaklaşarak, uzay-zamanı, moleküllerin durmaksızın var olup yok olmalarından meydana geldiğini savunuyor.

Ancak, elde edilen en son bulgular, Einstein’ın yine haklı olduğuna işaret etti. Üç foton ışınının galaksilerarası yolculuğunu takip eden bir grup fizikçi, ışınların Dünya’ya ulaşma sürelerini analiz ettiklerinde, Alman fizikçinin haklı olduğuna dair sonuçlar elde etti.

Araştırma, ABD’nin Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde (MIT) fizikçi olan Robert Nemiroff ve ekibi tarafından gerçekleştirildi. Nemiroff, sonuçları, 221’inci Amerikan Astronomi Topluluğu konferansından açıkladı.
Fizikçiler, Dünya’dan yaklaşık 7 milyar ışık yılı uzaklıkta yaşanan Gama Işık Patlaması’yla (GIP) saçılan üç fotonu gözlemledi. GIP patlamaları, süpernova patlamaları veya nötron yıldızlarının birleşmesinde yaşanıyor ve Uzay’a çok yüksek enerjili foton ışınları saçıyor. 7 milyar ışık yılı mesafede yaşanan GIP’tan saçılan fotonlar, 2009 yılında NASA’nın Femmi Gama-ışını Uzay Teleskopu tarafından tespit edildi. Işınlar, sadece birer mili saniyeyle Dünya’ya ulaştı.

Işınların çok uzun bir bir mesafeden Dünya’ya ulaşabilmesi, uzay-zamanın sanılandan çok daha pürüzsüz olduğuna işaret etti.

EVREN HAKKINDA YENİ BİR SIR MI?
Araştırmacılar, neredeyse aynı sürelerde Dünya’ya ulaşan fotonların, Einstein’ın uzay-zaman görüşünü desteklediğini belirtti. Dahası, GIP ile ortaya çıkan fotonların dalgaboylarının, kuantum teorisyenleri tarafından öne sürülen uzay-zaman köpüğündeki ‘daha küçük baloncuklarla’ etkileşime girebleceği ifade edildi.

Nemiroff ve ekibi, ‘eğer modern teorisyenlerin savunduğu gibi köpüğün var olması halinde, fotonların uzun yolculukları süresince darbelere maruz kalacağını ve Dünya’ya birbirlerine çok yakın sürelerde varamayacaklarını’ belirtti.

Böylece, sanıldığının aksine, var olduğu öne sürülen köpük kesin olarak ortadan kalkmış olmasa da, düşünülenden çok daha ‘yumuşak’ olduğu anlaşıldı.

‘Gama Işın Patlamaları’nın Uzay hakkında birçok ilginç bilgi sunabileceğini’ ifade eden Nemiroff, “Eğer köpük varsa, Planck uzunluğundan çok daha küçük olması gerekiyor” dedi.

Planck uzunluğu, metrenin 1035'i kadar ve ışığın bir Planck zamanında kat ettiği mesafeye eşit.

“EVRENİN BİR SIRRI ÇÖZÜLECEK”
Nemiroff, dün konferansta yaptığı açıklamada, “Uzay-zaman köpüğü, ışıkla sandığımızdan daha farklı etkileşime giriyor... Eğer bu bulguları desteklersek, etkileri büyük olabilir” dedi.

Louisiana State Üniversitesi’nden Bradley Schaefer de, “Eğer gelecekte gözlemleyeceğimiz Gama Işın Patlamaları elde edilen bulguları doğrularsa, evren hakkında çok önemli bir bilgiyi ortaya çıkarmış olacağız” dedi.

 

Sayfalar: 1. 2.  3. 4.  5. 6. 7. 8. 9. 10.