Big Bang'in sebebi

Ünlü bilim dergisi Discover'ın Şubat 2004 sayısının baş makalesi "Big Bang'den Önce" başlığını taşıyor. Makalede kısaca Big Bang'in sebebinin bizimki gibi üç boyutlu fakat daha yüksek boyutlarda gizlenmiş birbaşka evrenin bizimkiyle çarpışması olduğunu savlayan yeni bir teoriden bahsediliyor. Yazıda söylenene göre bu model, kozmik tarih ile ilgili elimizdeki bilgileri radikal bir biçimde değiştiriyor.

Paul Steinhardt ve Neil Turok isimli iki kozmoloğun fikrine göre, evren hiçbir zaman daha önce düşünüldüğü gibi tek bir noktada toplanmış değildi ve hiçbir zaman şiddetli bir biçimde dağılmadı. Onların fikrine göre evrenimiz, gerçek büyüklüğü bizim erişemeyeceğimiz üst boyutlarda saklı olan çok daha büyük başka bir evrenin bir kesitinden ibaret. (Üç boyutlu bir küp düşünün. Bu küpün bir kenarı, küpün iki boyutlu bir kesitine örnek teşkil edecektir. Benzer şekilde, bizim evrenimiz de bu teoriye göre daha yüksek boyutlu bir üst evrenin küçük bir kesitinden ibaret). Bizim Big Bang diye algıladığımız şey, bu kozmologların fikrine göre bizim üç boyutlu evrenimizle, bizimkine sadece bir proton uzaklıktaki başka bir üç boyutlu evrenin (fakat bizden ayrılma şekli yüzünden bizim için görünmez olan bir evrenin) çarpışmasından ibaret. (Yine küp örneğine göre, bir küpü, bir yüzeyle, örneğin bir ince levhayla kestiğinizi farzedin, küpün bir kesitiyle sizin levhanız bir düzlemde kesişmiş olacaktır. Ya da daha güzel bir analoji, küpün katı olmadığını farzedin ve bir levhanın küpün içinden geçirildiğini farzedin. Bu durumda bu levha, küpü oluşturan tüm iki boyutlu kesitlerle ayrı ayrı düzlemlerde kesişecektir. İşte bahsedilen çarpışma, bu kesişmelerin bir tanesi gibi).

Yazının anlattığına göre, bu yeni teori, süperstring teorisinden çıkma bir teoridir. Süperstringdeki bazı fikirlerin kozmolojiye uygulanmasıyla ortaya çıkmıştır. Teorik fizik konularına aşinalığı olanların bileceği gibi, günümüz fiziğinde, birbiriyle bir türlü bağdaştırılamayan ve aynı çatı altında toplanamayan iki ana alan vardır. Kuantum fiziği ve relativite. Bildiğimiz evrenin ayrı yönlerini açıklayan bu iki bağımsız teoriyi tek bir çatı altında toplamak maksadıyla çok çalışma yapılmış fakat şimdiye kadar başarılı olunamamıştır. Şimdiye kadar, bu iki teoriyi birleştirme konusunda en fazla ümit vaadeden teori string teorisi (daha sonraki geliştirilmiş adıyla süperstring teorisi)dir.

Süpersting teorisi yirminci yüzyılın sonlarına doğru ortaya çıkmış bir teoridir ve bazı fizikçilerin yorumuna göre, 21. yüzyıl fiziğinin rastlantı eseri 20. yüzyıla düşmüş halidir. Bu teori son derece kompleks bir teoridir ve bu teoriye göre evren bizim algıladığımız gibi 3 (ya da 4) boyutlu değildir, string modelinin işlemesi için evrenin 10 boyutlu kabul edilmesi gerekmektedir. Fakat yüksek boyutlarda herşey kolaylaşmakta ve daha önce bağdaşamaz zannedilen pek çok kavram, fikir, ve teori, işin içine üst boyutlar fikri girdiğinde çok güzel şekilde, hatta bulmaca parçalarının birbirlerini tamamlamalarına benzer şekilde birleşmektedir. Fakat fizikçilerin bu konudaki en büyük sorunları, eldeki matematiğin süpersting teorisine yetmemesidir. Bu teorinin geliştirilmesi aşamasında, elimizdeki tüm gelişmiş matematik yetersiz kalmıştır. Teorinin gerektirdiği hesaplamalar o derece karmaşıktır.

Yatağın kenarından sarkan bir çarşaf, nasıl ki üç boyutlu bir evrende bulunan bir iki boyutlu cisim gibidir, benzer şekilde bu teorinin bakış açısına göre, bildiğimiz tüm uzayzaman, daha üst boyutlarda yer alan bir üç boyutlu kesittir. Bu iki boyutlu analojiyi akılda tutarak, fizikçiler, bildiğimiz gözlenebilir evreni gerçek 10 boyutlu evrendeki rüzgarda sallanan bir iki boyutlu zara benzetmektedir.

Süpersting teorisinin teorik fiziğe getireceği yeniliklerin boyutlarını, fizikçiler daha yeni yeni (ve yavaş yavaş) görmeye başlamaktadır. Bunun bir örneği University of Pennsylvania'dan bir bilim adamı olan Burt Ovrut'un 1998'de Cambridge'de (İngiltere) yapılan bir konferansta sorduğu bir sorudur. Ovrut sormuştur ki, eğer biz çok boyutlu bir evrende titreşen bir zar üzerinde yaşıyorsak, bu çok boyutlu evrende bizimkine benzer başka zarların bulunmaması için ne sebep var? Teorideki hiçbir faktör, bu olasılığı dışlamamaktadır. Ve eğer diğer zarlar mevcutsa, bunlar birbiriyle etkileşime de girebilirler demektir.

Bu fikirden etkilenen Princeton Üniversitesi profesörlerinden Steinhardt ve Cambridge üniversitesi profesörlerinden Turok, sözkonusu konferansta dinleyiciler arasında bulunuyorlardı. Daha sonra bu fikir üzerinde birlikte çalışan Steinhardt ve Turok, eğer zarlar çarpışırsa, bunun çok güçlü bir etki ortaya çıkartacağını buldu. Bu çarpışma öyle muazzam miktarda enerji ortaya çıkartıyordu ki, bu enerjinin miktarı, Big Bang'de ortaya çıkan enerji salınımıyla karşılaştırılabilecek düzeydeydi.

Böylece, Steinhardt, Turok ve doktora öğrencisi Justin Khouri, süpersting'deki fikirlerin kozmolojiye olan etkilerinin ne düzeyde olacağını incelemeye karar verdi. Sonuçta da ortaya yazının başında bahsettiğimiz teori çıkmış oldu.

Discover'ın anlattığına göre, sadece süpersting'e ait fikirlerin kozmolojiye ne gibi bir etkisi olacağını görmek gibi bir merak yüzünden kalkışmamışlardı bu işe. İşin içinde ayrıca özellikle Steinhardt'ın geleneksel Big Bang modelinden soğumaya başlamış olmasının da rolü vardı. Steinhardt'a göre geleneksel Big Bang teorisinin tek sorunu uzay ve zaman için bir başlangıç gerektirmesi değildi. Aynı zamanda bu teori, bilim adamları kendisini düzeltmeye ve mükemmelleştirmeye çalıştıkça daha da dağınıklaşmış ve şık olmayan bir hal almıştı. Orijinal Big Bang modeli basitti. Sıcak ve yoğun bir enerji paketi dağılmış ve genişlemeye devam etmişti. Fakat 1980'lerde fizikçiler Big Bang'in daha kompleks bir versiyonu olan "inflation" teorisini benimsediler. Buna göre evren Big Bang'i izleyen ve saniyenin çok küçük kesirli kısa bir süresi içinde ışık hızında çok daha hızlı bir biçimde yayılmış ve sonra yavaşlamıştı. Böyle birşeyin gerçekleşmesinin tek yolu, yeni doğmuş evrende, çok güçlü, fakat sadece saniyenin küçük kesirli bir süresi kadar varolup sonra ortadan kalkmış bir enerji alanının varlığıydı. Teorilere bu tür komplikasyonlar eklemek hem sağduyuya, hem de geleneksel bilimde iyi bilinen "occam's razor" (occam'ın bıçağı) ilkesine aykırıydı. (Bu prensibe göre fazlalık faktörlerden arındırılmış, en basit açıklama en doğru olanıdır).

Fakat bu kadarı da yetmedi. Zaman içinde bilim adamları Big Bang teorisini astronomların evrenin haritasını çıkartırken topladıkları verilerle bağdaştırabilmek için tekrar değiştirip teoriye yeni bir komplikasyon eklemek zorunda kaldı. Buna göre, evrenin genişleme hızı, evren ortaya çıktıktan çok daha sonra bir dönem tekrar yükselmiş ve sonra yine yavaşlamıştır. Yani neredeyse Big Bang iki aşamalı olmuş, önce birincisi, aradan milyarlarca yıl geçtikten sonra da ikincisi meydana gelmiştir. Bilim adamları bu ikinci genişlemeyi açıklamak için yeni bir bilinmeyen enerji alanı ortaya komuşlar ve buna "kara enerji" demişlerdir. Bu fikir adeta teorinin "öngördüğü" birşey olmaktan ziyade, teoriyi düzeltmek ve gözlem verilerine uygurabilmek için icat edilmiş birşey gibi durmaktadır. Steinhardt'a göre, "Kara enerji kavramı modele uymaktadır, fakat bu kara enerjinin ne olduğu meçhuldür. Standart Big Bang/Inflation modeli, gittikçe daha dolambaçlı ve karmaşık hale gelmektedir ve geçerli olması hala mümkün gözükmesine rağmen sürekli bu modele birşeyler eklemek zorunda kalmamız iyi bir işaret değildir." İşin ilginci, Steinhardt'ın inflation modelini geliştiren bilim adamlarından biri olmasıdır. Ve şimdi kendisi bu modelde hoşuna gitmeyen bazı yönler olduğunu söylemektedir.

Bilim tarihinin incelenmesi, yaygın modellerdeki bu tür ayarlama gereksinimlerinin uzun vadede iyiye işaret etmediğini göstermektedir. Bu konuda Discover dergisindeki yazıda verilen örnek Ptolemy'nin dünya merkezli evren modelidir. Bu model, batı biliminde yaklaşık 1000 yıl boyunca kabul edilmiştir. Ptolemist teorisyenler, gezegenlerin teori tarafından öngörülen şekilde basit bir paterne uyarak dönmediğini keşfettiklerinde, teoriye bir ekleme yaptılar. Gezegenlerin düşünüldüğü gibi sadece basit dairesel yörüngeler çizmediğini, bu dairesel yörüngelerin üzerinde bir de çok daha küçük dairesel hareketler ("epicycles")yaptıklarını düşündüler. Teorinin ve gözlemlerin daha da yakından incelenmesi, bunun da gözlemleri tam olarak açıklayamadığını ortaya koydu ve teorisyenler epicycle'lar üzerine başka epicycle'lar ekleyerek teori gözlemlere uyana kadar değiştirdiler. Sonuç yine çok kompleks bir teoriydi. Fakat sonra Kopernik güneş merkezli evren modeliyle ve Kepler gezegenlerin haketlerini dairesel değil eliptik olarak açıklayan teorisiyle geldi ve tüm gözlemler ortaya çıkan bu yeni modele hiçbir "epicycle" veya herhangi bir komplekslik gerektirmeden rahatça oturdu. Dolayısıyla, daha basit olan açıklama, daha doğru bir açıklama oldu. Bundan örnek çıkaran bazı bilim adamları, standart Big Bang/Inflation modelini bu sebeple çok fazla beğenmemektedir.

Kısacası, tekrar süpersting teorisinden ortaya çıkmış yeni kozmoloji teorisi konusuna dönersek, eğer iki zar kesişirse, çarpışma ikisini yine birbirinden uzaklaştıracaktır. Çarpışmanın neticesinde bizim zarımızda (evrenimizde) ortaya çıkan ateş topu daha sonra soğumaya başlayacak ve bir faz değişimine girecektir. (Suyun donup buz olması gibi). Bu faz değişimi ise, evrenin genişlemeye başlamasına sebep olacak bir kuvvet ortaya çıkartacaktır. Ateş topundaki sıcak noktalar madde yığınları halinde soğuyup kalacak ve zaman içinde galaksi gruplarını oluşturacaklardır. Soğuk noktalar ise galaksi grupları arasında kalan boş bölgeler haline gelecektir. Teori, günümüzde gözlenen evrenle uyuşmaktadır. Ayrıca, işin güzel tarafı "inflation" gibi bir komplilasyona, hatta "kara enerji" gibi fikirlere dahi gerek yoktur. Başlangıçtaki çarpışmanın yarattığı kuvvet, tüm mevcut gözlemsel verileri açıklamaktadır.

Ayrıca bu teori daha fazlasını da yapmakta, sadece evrenin bu zamana kadarki halini değil, bundan sonrasını da açıklamaktadır. Steinhardt ve Turok'un hesaplamalarına göre, evren genişlemeye devam edecek ve trilyonlarca yıl sonra, madde yoğunluğu bir katrilyon küp ışık yılı genişliğindeki alana tek bir elektron düşecek kadar seyrekleşecektir. Bu ise pratik olarak madde yoğunluğunun sıfıra inmesidir. Fakat teorinin öngörüsüne göre, çok daha sonra, yakınlardaki başka bir üç boyutlu evren (ki zaman içinde bizimki gibi boşamış durumda olacaktır) bizimkine yakın bir bölgede bulunmaya devam edecektir. Her ne kadar önceki çarpışmadan sonra birbirlerinden ayrılmış olsalar da, birbirlerine bizim çekim kuvvetine benzetebileceğimiz türde bir kuvvet uygulayacaklardır ve zaman içinde başka bir çarpışmaya sebebiyet verecek şekilde tekrar bir araya geleceklerdir. Bu ise başka bir Big Bang oluşturacak ve bu işlem sonsuz bir döngü olarak devam edecektir.

Steinhardt, döngüsel evren modellerinin 1920'lerde ve 30'larda popüler olduğunu, fakat bu modellerin bir Big Bang (büyük patlama), ardından bir Big Crunch (büyük çökme) ve sonra yine bir Big Bang, vs. tarzında olduğunu söylemektedir ve bu modellerde aynı madde miktarı sonsuz şekilde tekrar kullanıldığından, her döngüde entropi artmakta ve bu yüzden her döngü bir öncekine göre daha uzun zaman almaktadır. Dolayısıyla, geçmişe gittiğinizde de dögüler kısalmaktadır. Yani sonuçya, yine bir başlangıç ortaya çıkmaktadır. Fakat bu yeni döngüsel modelde, her çarpışmada evren bir boşluktan başladığından, maddenin yeniden kullanımı diye birşey yoktur ve dolayısıyla entropi artmamaktadır. Yani bu model ne bir başlangıç, ne de bir son gerektirmektedir.

MIT profesörlerinden ve Inflation teorisinin kurucularından Alan Guth, Steinhardt ve Turok'un fikirlerini kanıtlamaya henüz yaklaşmadıklarını, fakat bu fikirlerin kesinlikle incelemeye değer olduğunu söylemektedir. Fakat, elde gözlemleri açıklayan standart bir model varken, bu konudan bu derece fazla miktarda sonuç çıkartan bu teoriyi gereksiz bir çaba olarak niteleyen bilim adamları da bulunmaktadır. Örneğin University of California Santa Cruz'dan Joel Primack, bu fikirlerin doğru olup olmadığıyla dahi ilgilenmemektedir. Ona göre, eldeki sağlam teoriler üzerinde çalışarak kara madde ve kara enerji üzerinde fikir yürütmeye çalışmak, daha verimli bir çabadır. Bu teorideki fikirlerin test edilebilir olmadığını söylemektedir Joel Primack.

Fakat, test edilebilirlik konusundaki problemler, süpersting teorisinde zaten varolan bir problemdir. Çünkü süperstring teorisinin test edilebilmesi için ortaya çok yüksek miktarlarda enerji çıkartılması gerekmektedir ki bunun için günümüz teknolojik imkanlarının çok çok üstünde bir teknoloji gerekmektedir. Fakat bu konu bir yana, süpersting teorisinin test edilmesine bağlı olmaksızın, Steinhardt ve Turok kendi teorilerinin test edilmesi konusunda bir öneri getirmektedirler. LISA adı verilen ve evrenin ilk zamanlarındaki çekim dalgalarını inceleyecek bir uzay "probe"unun 2020 yılında işlerliğe geçmesiyle toplanacak verilerin ya Inflation teorisini, ya da kendi önerdikleri teoriyi destekleyecek sonuçlar ortaya çıkatacağını söylemektedirler. Eğer evren Inflation teorisinin öngürdüğü gibi saniyenin çok kısa bir kesitinde ışık hızının kat kat fazlası bir hızla genişlediyse, tüm evren ilk zamanlar gravite dalgalarıyla titreşiyor olmalıdır. Fakat eğer Big Bang'in sebebi, Steinhardt ve Turok'un "Ekpyrosis" teorisinin savladığı gibi iki evrenin yavaş bir çarpışmasıysa, bu gözle görünür bir gravite dalgalanması yaratmayacaktır. Dolayısıyla, teorinin doğru olup olmadığı konusunda ilk gözlemsel verilerin o zaman elde edilebileceğini söylüyor Steinhardt ve Turok.

Princeton üniversitesi astrofizikçilerinden David Spergel, kozmolojinin süpersting teorisiyle er ya da geç birleştirilmesi gerekeceğini ve bu konuda Inflation teorisiyle yarışan çeşitli fikirler bulunduğunu ve belki zaman içinde bunların tümünün yanlış olduğunun ortaya çıkacağını, fakat aralarında doğru çıkma ihtimali en fazla olan teorinin Steinhardt ve Turok'ın "Ekpyrosis" teorisi olduğunu söylemektedir.

Kısacası, Discover dergisinde okuduğum ve buraya özetleyerek aktarmaya çalıştığım yazı, daha önce de Big Bang teorisi hakkında şüphelerini dile getirmiş biri olarak benim bakış açımı destekler gözükmektedir. Steinhardt ve Turok'un teorisinin doğru çıkıp çıkmaması çok önemli değil, fakat bu yazıda benim en çok ilgimi çeken nokta, işin asıl uzmanlarının dahi Inflation teorisinde beğenilmeyen taraflar bulmaları ve daha basit ve şık teoriler aramalarıdır.

Bu vesileyle, daha önce de dile getirdiğim bir fikrimi yinelemek istiyorum. Bence kozmoloji henüz emekleme çağını yaşamaktadır ve dünyanın yapısı ve ortaya çıkışıyla ilgili teorilerimiz nasıl geçmişte devamlı biçim değiştirip sonunda orijinal haliyle hiç alakası olmayan biçimlere büründüyse, benzeri bir gelişimin kozmoloji alanında da yaşanacağını ve insanlık gelecekte bu konuyu az çok çözdüğü zaman, ortaya bugün düşündüklerimizden çok daha farklı bir açıklama çıkacağını düşünüyorum. Günümüzün modern fiziği, gelecekteki bu açıklamaların kapılarını daha yeni yeni aralamaya başlamıştır bence ve fiziğin şu anki düzeyinde, görebildiğimiz sadece gerçeğin belli bir kesitidir diye düşünüyorum.

20.04.2011. 02:15

Yorumlar

volkan 17.05.2011. 07:08

kısa ne demek

Yorum yazın

* = doldurulması zorunlu alanlar

:

:

: