“Bir kozmolog olarak derslerden sonra sıkça duyduğum sorular genellikle şunlar oluyor: Evrenimizin ötesinde ne var? Evrenimiz neyin içerisinde genişliyor ve sonsuza dek genişlemeye devam edecek mi? Bu soruların akla gelmesi son derece doğal olsa da, temelinde daha önemli bir soruyu barındırmaktadır; esasında asıl bilmek istediğimiz şey, bildiklerimizin bir sınırının olup olmayacağıdır. Doğanın bilime koyduğu bir sınır var mıdır?”
Lawrence M. Krauss
Sunuş
Bu oldukça ilginç ve rahat okunan makalede, çok sayıda popüler bilim makalesi ve kitabıyla “halk aydını” sıfatını kazanmış teorik fizikçi ve kozmolog Lawrence M. Krauss, evren hakkında bileceklerimize doğanın, fizik yasalarının bir sınır koyup koymadığını tartışıyor. Bunu yaparken, evrenin genişlemesinden çoklu-evrenlere kadar pek çok fiziksel teoriye değiniyor. Geçtiğimiz yıl Türkçede Hiç Yoktan Evren (Aylak Kitap) başlığıyla bir kitabı da yayımlanan Krauss’un, fizik teorilerinden yalın ve akıcı bir biçimde söz ettiği bu makalesini, dijital yayın yapan Nautil.us dergisinden aldık. Spot ve arabaşlıklar ekledik, Hakan Sert’in çevirisiyle sunuyoruz.
Bir kozmolog olarak derslerden sonra sıkça duyduğum sorular genellikle şunlar oluyor: Evrenimizin ötesinde ne var? Evrenimiz neyin içerisinde genişliyor ve sonsuza dek genişlemeye devam edecek mi? Bu soruların akla gelmesi son derece doğal olsa da, temelinde daha önemli bir soruyu barındırmaktadır; esasında asıl bilmek istediğimiz şey, bildiklerimizin bir sınırının olup olmayacağıdır. Doğanın bilime koyduğu bir sınır var mıdır?
Bu temel sorunun cevabını henüz bilmiyoruz ve sınırı geçmeye çalışana dek de bilemeyeceğiz, ancak şimdiye dek böyle bir işaret yok. İlerlemeye çalışırken belli başlı engellere takılsak da bunlar geçici ve üstesinden gelinebilir gözükmektedir. Bazıları bana “Evrenin nasıl başladığını ve Büyük Patlama öncesinde ne olduğunu asla bilemeyeceğiz” diyor. Ben bu söylemleri neyi bilip bilemeyeceğimiz hakkında peşin hüküm barındıran kibirli ifadeler olarak görüyorum. Bunlar sadece doğrulanmamış önermeler olmakla beraber, bilim tarihi bize göstermiştir ki böyle bir sınır yoktur. Alanım olan kozmolojide elde ettiğimiz ilerlemeler ve keşifler 50 yıl öncesinden tahmin edilemez boyutlardadır.
Bilgi sınırı, doğanın bize neyi gözlemleyip gözlemleyemeyeceğimize bir sınır koymadığı anlamına gelmez. Örneğin Heisenberg’in belirsizlik ilkesi herhangi bir zamanda parçacıkların hareketi hakkında edinebileceğimiz bilgilere sınır koyar. Işık hızı, ne kadar uzağı görebileceğimiz ve belirli bir zaman aralığında ne kadar uzağa seyahat edebileceğimiz hakkında yine bir sınır koyar. Fakat bu limitler yalnızca neyi gözlemleyemeyeceğimize kısıtlama getirir; neyi bilemeyeceğimize değil. Örneğin belirsizlik ilkesi kuantum mekanik yasalarını, atomların davranışlarını veya -asla doğrudan gözlemleyemeyeceğimiz- sanal parçacıkları öğrenebilmemizi engellemedi.
Peki ya Büyük Patlama’dan öncesi, onu bilebilir miyiz?
Evrenin genişlediğinin gözlemlenmesi bir başlangıca işaret eder. Genişlemeyi geri sardığımızda uzak bir geçmişte tüm gözlemlenebilir evrenimizin tek bir noktada birleşmesi doğrudan bir çıkarımdır. Büyük Patlama olarak adlandırılan bu anda bildiğimiz fizik yasaları geçerliliğini yitirir. Kütleçekimini açıklayan genel görelilik, atomik boyutların fiziğini açıklayan kuantum mekaniğine başarılı entegre olamaz. Fakat birçok bilimci bunu doğal bir sınır olarak görmez, çünkü gelecekte genel göreliliğin modifiye edilerek kuantum teorisinin tutarlı bir bileşeni olarak ifade edileceğini beklemekteyiz. Sicim kuramı, bu alanda süregelen önemli çalışmalara örnek verilebilir
Böyle bir teorinin rehberliğinde, Büyük Patlama’nın -eğer varsa- öncesi ile ilgili çıkarımlar yapabiliriz. En basit açıklama belki de en az tatmin edilecek olandır. Özel ve genel görelilik kuramları, uzay ve zamanı “uzay-zaman” adı verilen yapı altında birbirine bağlar. Eğer uzay Büyük Patlama ile meydana geldiyse, zaman da doğal olarak bu anda meydana gelmiş olmalıdır. Dolayısıyla bir “önce” söz konusu olamaz ve soru mantığını yitirir. Bu cevap tek olası açıklama değilse de, doğru cevabı güvenle verebilmek için kütleçekiminin kuantum teorisini ve deneysel başarılarını beklememiz gerekiyor.
Evrenimizin sınırları neler?
Uzaysal olarak evrenimizin ötesinde ne olduğuna dair bir soru da mevcut. Evrenimizin sınırları nelerdir? Yeniden bir tahmin yapmak gerekecek olursa, eğer uzay-zamanımız (Hiç Yoktan bir Evren adlı kitabımda ayrıntılı olarak tartıştığım ve en olası sonuç olarak gördüğüm şekilde- anlık olarak ortaya çıktıysa, toplam enerjisi muhtemelen sıfıra eşittir. Enerjinin madde olarak temsili, doğrudan kütleçekimsel alan olarak temsiline denk düşer. Böylece başlangıç enerjisinin de sıfır olduğu göz önüne alınacak olursa, şu çıkarımı yapabiliriz: Miktarı “hiç (sıfır)” olan bir şey pekâlâ hiçlikten ortaya çıkabilir.
Şimdilik gözlemleyebildiğimiz ve toplam enerjisi sıfır olan tek evren, kapalı bir evrendir. Böyle bir evren sonlu, fakat sınırsızdır. Nasıl ki sonlu bir küre üzerinde herhangi bir sınırla karşılaşmadan sonsuza dek dolaşabiliyorsak, aynı şey evrenimiz için de söz konusu olabilir. Yani tek bir yönde yeterince uzağa bakmayı başarırsak ensemizi görebiliriz.
Pratikte ise bunu başarmamız söz konusu değil, çünkü gözlenebilir evrenimiz çok daha büyük bir hacmin küçük kısmından ibaret. Bunun sebebi de enflasyon (şişme) kuramıyla doğrudan ilişkili. Anlık ortaya çıkan birçok evren, çok kısa bir zaman ölçeğinde mikroskobik ölçeklerin ötesine geçemeden tekrar kendi içerisine çöker. Fakat bazen boş uzay enerji ile dolu olup evrenin -en azından kısa bir süreliğine- üstel (exponansiyel) olarak genişlemesine sebep olabilir. Evrenimizin de Büyük Patlama’dan çok kısa bir süre sonra enflasyon sürecinden geçip kendi içerisine çökmekten kurtulduğunu düşünüyoruz. Bu süreçte evren kısa bir anda inanılmaz boyutlara ulaşıp, şimdiki düz ve sonsuz görünümüne zemin hazırladı. Nasıl ki Kansas’taki bir mısır tarlası düz ve sonsuz gözükmesine rağmen Dünya küresinin küçük bir parçasından ibaret ise, evrenimiz de düz ve sonsuz bir görünüme sahiptir. Benzer sebepten, evrenimiz her ne kadar en büyük boyutlarda kapalı olabilse de uzayda bir yönde baktığımızda ensemizi göremeyiz.
Başka evrenler?
Henüz gözlemleyemediğimiz ve belki de hiçbir zaman gözlemleyemeyeceğimiz evrenin uzak bölgeleri ise halen enflasyonla genişliyor olabilir. Esasen şimdiki teorilerimize göre en olası senaryo da bu yöndedir. Eğer “bizim evrenimiz” ifadesini bir zamanlar iletişim kurabilme olasılığımızın olduğu veyahut birgün iletişim kurabilme olasılığımızın olacağı bölgeleri de içine alacak şekilde tanımlarsak, enflasyonlar genellikle evrenimizin ötesindeki evrenler yaratır. Enflasyon bizim uzay hacmimizin içinde kısa süreli etkili olmuş olsa da, uzayın geri kalan kısmı sonsuza dek üstel genişlemesini sürdürür. Tıpkı donma noktasından düşük sıcaklıkta akan bir nehrin yüzeyinde buzulların oluşması gibi enflasyondan kopan -bizim evrenimiz gibi- evrenler mevcut olabilir. Kendi uzaysal hacimlerindeki enflasyonun bitme zamanıyla ilişkili olarak da hepsinin ayrı bir başlangıcı vardır. Bu durumda bizim evrenimizin başlangıcı zamanın başlangıcı olarak addedilemez ve Büyük Patlama’nın bilgimizin sınırı olduğuna dair kanıya da şüpheyle yaklaşmamızı sağlar.
Başka evrenlerde başka fizik yasaları?
Evrenlerin arkaplan uzayından ayrışmasına sebep olan süreçlere bağlı olarak her bir evrendeki fizik yasaları farklı olabilir. Bu olası evren setlerinin toplamını “çoklu-evren (multiverse)” olarak adlandırıyoruz. Çoklu-evren fikri, sadece motivasyonunu enflasyon gibi fenomenlerden almasından değil, aynı zamanda farklı evren biçimlerine kapı aralamasından ötürü bilim camiasından oldukça ilgi gördü. Her biri farklı fizik yasalarına tabi evrenlerin olasılığı, evrenimizdeki “anlaşılmaz” gözüken temel parametrelerin anlaşılır zemine oturtulabilmesine olanak tanır: Bu parametreler yalnızca evrenimizin doğumunda gelişigüzel olarak ortaya çıkmış değerlerden ibarettir.
Peki başka fizik yasaları, bilgimizin sınırı mı?
Eğer diğer evrenler varsa bile, bizim evrenimizden inanılmaz uzak mesafelerdedir ve göreli hızlarda bizden uzaklaşmaktadır. Dolayısıyla onları hiçbir zaman doğrudan tespit edemeyebiliriz. Peki çoklu-evren fikri bu durumda sadece bir metafizikten mi ibaret? Olası çoklu-evrenin doğrulanması durumunda ise bilgimizin nihai sınırına ulaşmış mı olacağız? Cevap: Zorunlu değil. Her ne kadar başka bir evreni doğrudan gözlemleyemesek de teoriyi test etme imkânımız mevcut. Örneğin enflasyonun üreteceği kütleçekim dalgalarını gözlemleyebiliriz. Bu gözlem, prensipte evrenimizin oluşmasına olanak tanıyan, enflasyon sürecinin detaylı doğasını test etmemize olanak tanır. Bu tür kütleçekim dalgaları LIGO’nun keşfettiği ile benzer olsa da temelde farklıdır. İki kara deliğin çarpışması gibi şiddetli bir yok oluş sürecinden kaynaklanmayan bu kütleçekim dalgaları, Büyük Patlama’nın ilk anlarında, enflasyon sürecinden gelmektedir. Bu dalgaları doğrudan tespit edebilirsek enflasyonun fiziğini ortaya çıkarır ve sonsuz enflasyonun bu fiziğin bir sonucu olup olmadığı hakkında fikir yürütebiliriz. Böylece doğrudan gözlem yapamasak da başka evrenlerin olup olmaması gerektiğini dolaylı olarak test edebiliriz.
Akıl ve deneysel gözlem birleşirse, bilgide sınır mınır tanımaz!
Kısacası, önceden deneysel olarak ulaşabilmenin mümkün gözükmediği başka evrenlerin varlığı gibi derin metafizik soruların esasen yeterince kavrayışlı yaklaşıldığında cevaplandırılabilir olduğunu görmüş bulunuyoruz. Aklın ve deneysel gözlemlerin bileşkesi ile evrenden neler öğrenebileceğimizin bildiğimiz herhangi bir sınırı yok.
Sınırların olmadığı bir evren, arayışlarımızı sürdürmemizde ek bir motivasyon yaratıyor. Fakat yine de gelecekte böyle bir sınırla karşılaşılabilir.
Enflasyon, özellikle geçmişe dair bilgimize temel bir sınır koyar. Evreni adeta yeniden başlatan enflasyon süreci, öncesinde dinamik süreçlerde oluşmuş tüm bilgiyi de yok eder. Enflasyon boyunca süratle genişleyen uzayda bölgelerin yoğunlukları şiddetli biçimde azalır. Yani enflasyon, manyetik tek-kutup gibi, teorinin çok erken evrende öngördüğü parçacıkların ayak izlerini silmiş olabilir. Bu tür parçacıkları hiçbir zaman görememiş olduğumuz gerçeği ile üretilmesi gerektiğine dair tahminler arasındaki uzlaşmazlık da enflasyona yüklenerek giderilebilir.
Daha da kötüsü, silme işlemi bitmemiş olabilir. Göründüğü kadarıyla şu anda enflasyonun farklı bir periyodunda yaşamaktayız. Ölçümler göstermektedir ki, evrenimizin genişlemesi yavaşlamaktan ziyade hızlanmaktadır. Genişlemeyi hızlandıran bu enerjinin kaynağının ne olduğuna dair şu anda herhangi bir bilgimiz yok. Tüm olası açıklamalar da bilgi sürecimize ve hatta varlığımızın devamlılığına limitler koymakta.
Boş uzayın enerjisi, tıpkı buharın suya yoğunlaşması gibi evrende meydana gelecek bir tür faz geçişi neticesinde bir anda yok olabilir. Gerçekleştiği takdirde ise evrenimizin temel kuvvetleri değişebilir, atomlardan büyük ölçekli cisimlere dek, evrende gördüğümüz her şey dengesiz hale gelir veya yok olur.
Genişleme sorunsuz şekilde devam etse bile, gelecek yine de iç karartıcı gözüküyor. 2 trilyon yıl içinde evren o denli genişleyecek ki, evrenimizin geri kalanı görüş alanımızdan çıkmış olacaktır. O dönemde gözlem yapan bilimciler, evrenin tek bir galaksiden ve sonsuz boşluktan ibaret olduğunu gözlemleyeceklerdir. Evrenin genişlediğine, Büyük Patlama’ya dair hiçbir kanıt bulamayacaklardır. Belki de tıpkı bizim manyetik tek-kutupların izini bulamamamız gibi, onlar da bizim şu anda net olarak gördüğümüz evren tarihine karşı enflasyon tarafından kör edilecekler (Şu anda erişemediğimiz fakat onların erişebileceği bir fenomen üzerinden keşif yapabilme ihtimallerini de göz ardı etmemek gerekir).
Her iki durumda da Güneş etrafındaki şu kısa zamanımızın tadını çıkarmalı ve öğrenebileceğimiz her şeyi öğrenmeliyiz. Daha sıkı çalışın lisansüstü öğrencileri!
