Görsel: Büyük Patlama modelinin bir betimi.
Büyük Patlama teorisi, neredeyse tüm bilimcilerin hemfikir olduğu ve çok sağlam gözlemlerle desteklenen kozmolojinin temel savlarından biridir. Gözlenen Hubble genişlemesi, hafif element bolluğundaki uyum ve kozmik mikrodalga fon ışınımı (CMB), evrenin bir başlangıcı olduğuna dair son derece kuvvetli kanıtlardır.
Mısırlı iki teorik fizikçi Ahmed Farag Ali ve Saurya Das, Einstein’in genel görelilik denklemlerine kuantum düzeltme terimleri ekleyerek oldukça spekülatif bir çözüm yaptılar. Bu çözüme göre, evren daima vardı ve daima olacak. Çalışma bunun yanı sıra karanlık enerji ve karanlık madde gibi modern fiziğin temel sorularına da çözüm getirdiği konusunda iddialı.
13,72 milyar yaşındaki evrenimiz başlangıçta “tekillik” denilen sonsuz yoğun bir “nokta”dan genişleyerek şimdiki boyutlarına ulaşmıştır. Tekillik, genel görelilik matematiğinde kaçınılmaz olarak ortaya çıkan bir problemdir ve hesaplamalarda Büyük Patlama’dan hemen sonraki anlara kadar inilebilmesine rağmen, patlama anında tekillik ortaya çıkar. Dolayısıyla o an ve öncesi hakkında genel göreliliğin bir açıklaması mevcut değildir.
“Tekillik, genel göreliliğin en büyük problemi çünkü fizik yasaları bu anda işlevsiz hale gelmektedir” diyen Ahmed Farag Ali, eş-yazar Saurya Das ile birlikte Büyük Patlama tekilliğini yok eden; başlangıcı ve sonu olmayan bir evren modeli yayımladılar.
Fizikçiler, kuantum düzeltme terimlerini tekilliği ortadan kaldırmayı amaçlayacak şekilde eklemediklerini; çalışmalarının bilim felsefesine de katkılarıyla bilinen teorik fizikçi David Bohm’u referans aldığını belirtiyorlar. Bohm 1950’li yıllarda klasik jeodezikleri (eğri uzaylarda iki nokta arasındaki en kısa yol) kuantum yörüngelerle değiştirme çalışmaları yapmıştır. Ali ve Das da, Bohm yörüngelerini Hindistanlı fizikçi Amal Kumar Raychaudhuri’nin bulduğu bir denkleme uygulayarak kuantum düzeltme terimli Raychaudhuri denklemini elde ettiler. Bu denklemi kullanarak, Büyük Patlama dahil evrenin genişlemesini ve evrimini ifade eden genel görelilik temelli Friedmann denklemlerinin kuantum düzeltilmiş halini elde etmeyi başardılar.
Büyük Patlama tekilliğini öngörmeyen model, aynı zamanda genel göreliliğin olası senaryolarından biri olan “Büyük Çöküş”ü de öngörmüyor. Büyük Çöküş, evrenin kütleçekimsel etkiler sonucunda tekrardan bir araya gelerek tekilliğe geri dönmesidir.
Bu modelin tekillik içermemesinin temelinde klasik jeodezikler ve Bohm yörüngeleri arasındaki fark yatar. Klasik jeodezikler eninde sonunda birbirlerini keser ve kesim noktaları tekillikler meydana getirir. Buna karşın Bohm yörüngeleri asla birbirlerini kesmez ve tekillik meydana gelmez.
Evrenin en büyük gizemlerinden biri olmayı koruyan karanlık enerji için de modelin getirdiği bir öneri mevcut: Kuantum düzeltme terimleri, karanlık enerjiye ihtiyacı ortadan kaldıran kozmolojik sabit ve ışıma terimleri olarak nitelendirilebilir. Böylece evren sonlu boyutta, fakat sonsuz yaşta olabilir. Terimler aynı zamanda kozmolojik sabit ve evrenin yoğunluğu ile ilgili doğru tahminlerde bulunuyor.
Yeni kütleçekim parçacığı
Modele göre evren “kuantum akışkan” ile doludur ve bu akışkanın bileşeni de kütleçekimsel kuvvetin aracı parçacığı olduğu düşünülen ve henüz varlığına dair herhangi bir kanıt bulunamamış “graviton” olabilir.
Das, başlangıçsız evren modelinin anlatıldığı makale ile bağlantılı başka bir yayında Rajat Bhaduri ile birlikte çalışmaları daha da ileriye götürerek gravitonların evrenin tüm evrelerindeki sıcaklıklarda Bose-Einstein yoğunlaşması oluşturabileceğini gösterdi.
“Bu kadar basit düzeltmelerin bu denli soruna cevap verme potansiyeli olması tatmin edici” diyen Das ve ekibinin bir sonraki adımı, homojen ve izotropik (eşyönlü) olmayan küçük tedirgemelerin (pertürbasyon) de hesaba katılması.
Matematik, olası her evren için çözüm yapabilme ve sınır koyabilme/kaldırabilme esnekliğine sahip olmasına rağmen evrenimiz tektir. Dolayısıyla evrenimizi tasvir edecek matematik denklemler gözlemlerle uyum içinde olmalıdır. Daimi evren fikrini geçen yüzyılda çöpe attıran çok güçlü kanıtlara rağmen, ortaya atılan bu yeni evren modelinin şimdilik salt matematikten daha fazlasına ihtiyacı var gibi duruyor.
Hazırlayan: Hakan Sert
Yıldız Ünv. Fizik Blm Doktora Öğr.
Kaynaklar ve ileri okuma:
http://phys.org/news/2015-02-big-quantum-equation-universe.html
http://arxiv.org/abs/1404.3093v3
http://arxiv.org/abs/1411.0753
