27 Şubat 2022

"Ayna Evren" sorularımızı yanıtlayabilecek mi?

"Son 30 yılın gözlemlerinden anladığım şey evrenin inanılmaz derecede basit olduğu" diyor Neil Turok: "Büyük ölçeklerde son derece düzgün; kaotik değil, rastgele değil. İnanılmaz derecede düzenli ve açıklamak için çok az sayı gerekiyor"

Görülemeyeni görmek

Biliyoruz ki, göremediğimiz veya görüntüleyemediğimiz şeyler bilim sınırlarının dışında kalmıyor; onlar dolaylı yollarla da olsa bizlere kendilerini hatırlatıyorlar.

Örneğin; protonlar, nötronlar ve onların da altında kuark adı verilen atom altı parçacıklar doğrudan gözlenemiyor olsalar da, diğer parçacıklarla etkileşmeleri sonucu geride bıraktıkları izlerden onların özelliklerini tanımlayabiliyoruz.

Karanlık madde de bunlardan biri; ışığa tepki vermediği için onu doğrudan görüntülemek mümkün değil, ancak dolaylı şekilde varlığından haberdarız. Üstelik evrende var olduğu düşünülen toplam maddenin de yaklaşık yüzde 85'i bu karanlık maddeden oluşuyor.

Peki onun varlığını nasıl anlıyoruz ve miktarını nasıl belirliyoruz?

Bu sorunun yanıtını "kütlesel çekim" veriyor. Kütlesel çekim, kütleli cisimleri bir arada tutan bir temel etki.

Bilim insanları, bir galaksi kümesi içinde var olan toplam görünür kütlenin (yıldızlar, kara delikler, bulutsular vb.) galaksileri bir arada tutacak ölçüde kütlesel çekim üretemediğini hesapladılar. Ancak onları bir arada tutan görünmez bir güç vardı ve bu gücü üreten görünür olmayan oluşuma karanlık madde denildi. Bu maddenin galaksi kümeleri boyunca ağlar oluşturarak yayıldığı ve "zayıf etkileşimli büyük parçacıklar (WIMP)"dan oluştuğu düşünülüyor. Ancak onları bugüne değin saptamak mümkün olmadı.

Bazı bilim insanları, karanlık madde gizeminin çözümü için madde- antimadde oranını işaret ediyor.

Biliyorsunuz antimadde, evrenimizi oluşturan normal maddenin karşıtıdır. Normal madde proton, nötron veya elektron gibi parçacıklardan oluşurken bunların karşıt maddeleri aynı kütleye ve özelliklere sahip, ancak elektrik yükleri zıt parçacıklardır. Bunlar sırasıyla antiprotonlar, antinötronlar ve pozitronlar gibi antiparçacıklardır.

Ancak burada hemen belirtelim: Nötronlar ve onun karşıtı antinötronlar, her ikisi de yüksüz parçacıklar olmasına karşın onları oluşturan kuarklar elektrik yüklü parçacıklar olduğundan üç kuark parçacığı, farklı dizilimlerle yüksüz nötron ve antinötronu oluşturabilmektedir.

Ayna parçacıklar

Kabul gören modelde, bizim evren hikâyemiz 13,78 milyar yıl önce çok kızgın bir noktadan enerji fışkırması ile başlıyor ve hemen ardından soğuyan saf enerji parçacıklarından madde- antimadde çiftleri oluşuyor.

Evrenin maddeye ve antimaddeye simetrik davranacağı ve dolayısıyla Büyük Patlama anında eşit miktarda madde ve antimaddenin üretilmiş olması gerektiği varsayılmakta. Madde parçacıkları, karşıtları antimadde parçacıkları ile birleşerek geride bir foton denizi bırakmaları gerekirken öyle olmuyor ve geride bir miktar madde parçacığı kalıyor ve onlar da günümüz evrenini oluşturuyorlar.

Burada derin gizem, eşit miktarda olması gereken bu parçacıkların neden eşit olmadığı ve neden madde parçacıkları lehine bir asimetri, yani fazlalık olduğudur.

Bilim insanları bu gizemi çözmek için, madde ve antimadde parçacıklarnın özelliklerinde olası farklılıkları araştırmaya başladılar. Örneğin, antiprotonlar, protonlardan daha hızlı bozunuyor olabilirler miydi; ya da kütle-yük oranında farklılıklar olabilir miydi?

Ağustos 2015'te açıklanan bir çalışmanın sonuçları, madde ve antimadde arasında fark olmadığı; birbirlerinin ayna görüntüsü olduklarını doğrulayarak, maddenin neden çok daha fazla olduğunu anlamak bir yana, gizemi daha da derinleştirdi.

Bilim insanları, protonlar ve antiprotonlar arasındaki farkı test etmek amacıyla, yaklaşık 6500 madde-antimadde çiftini incelediler ve elektrik yükün kütleye oranını araştırdılar. Antimadde ve maddenin temasını önlemek için araştırmacılar protonları ve antiprotonları manyetik alanlara hapsettiler. Daha sonra, bu parçacıkların manyetik alan içindeki döngüsel hareketlerini incelediler ve parçacıkların yük-kütle oranını ölçtüler, ancak anlamlı bir fark saptayamadılar.

Böylece, evrende neden antimaddeden çok daha fazla madde olduğu gizemi çözülemedi.

Parçacık fizikçisi Stefan Ulmer, bu sonucu, "Çok küçük de olsa bir fark tespit edilseydi, bu durum fiziğin temel yasalarına ilişkin anlayışımız için dramatik sonuçlara yol açacaktı" diye özetliyor.

"Ayna Evren (Mirror Universe)" modeli

Evrenimize uzaktan baktığımızda orantısız bir genişleme görüyoruz; uzay genişledikçe zaman ileriye doğru akıyor ve evrende madde-antimadde oranında ciddi bir dengesizlik gözlenmekte. Bu durum, CPT simetrisi adı verilen temel bir simetrinin ihlal ediliyor olması anlamına geliyor.

CPT (Charge, Parity, Time) simetrisi, temel düzeyde doğanın bir tam simetrisi olduğunu ifade eder. Buna göre antimaddenin akıbetini araştıran bilim insanları, madde-antimadde oranında var olan asimetrinin temel bir simetri olan "yük simetrisi" (Charge symmetry) ni ihlal ettiğini öne sürdüler. CPT simetrisi ihlali, elektrik yükü yanısıra parite ve zamanı da kapsamaktadır.

Bilim insanları Latham Boyle, Kieran Finn ve Neil Turok, bu ihlalin ortadan kalkması ve kozmosu dengelemek için zamanın ters yönde aktığı ve Büyük Patlama'nın aynı zamanda antimaddenin hakim olduğu bir başka evrenin başlangıç noktası olduğu tezini ileri sürdüler.

Bu evren, bizim evrenimizin bir ayna görüntüsüdür ve antimadde parçacıklarından oluşmaktadır.

Bu modelde zaman ve uzay, büyük patlama boyunca ileriye-geriye akarken negatif zaman yönünde ortaya çıkan ayna evren, Büyük Patlama noktasından zamanda geriye doğru gidiyor ve Büyük Patlama'nın diğer tarafında dışa doğru genişleyerek evrenimizin bir ayna görüntüsünü vermekte.

Bilim insanları bu modelin evrenin en büyük gizemlerinden bazılarına cevap verebileceğini düşünüyorlar.

Bunlardan biri CPT simetrisi ihlali: Büyük Partlama'dan sonra evrenimiz, CPT simetrisini ihlal eden hızlı bir genişleme yaşamıştı. Bilim insanları, ayna evren modelinde CPT simetrisinin korunduğunu belirtiyorlar.

Ayrıca Büyük Patlama sonrasında eşit miktarda oluştuğu öngörülen madde ve antimadde parçacıklarından kayıp antimaddenin nerede olduğu sorusu da bu modelde yanıt bulmuş oluyor. Şimdi sıra, evrenin yaklaşık yüzde 85'ini oluşturan karanlık madde parçacıkları olan "WIMP" lerde; fizikçiler henüz bu parçacıkları doğrudan görmemiş olsalar da, var olduklarından oldukça eminler.

Anti-evren tezinin arkasındaki bilim insanları, hâlâ çözülmesi gereken başka soruların olduğunu kabul etmekle birlikte gelinen noktadan oldukça umutlular.

"Son 30 yılın gözlemlerinden anladığım şey evrenin inanılmaz derecede basit olduğu" diyor Neil Turok: "Büyük ölçeklerde son derece düzgün; kaotik değil, rastgele değil. İnanılmaz derecede düzenli ve açıklamak için çok az sayı gerekiyor."

Bizler yaşamın küçük sınırları içine hapsolduğumuzda büyük resmi kaybediyoruz; oysa bizim temel gerçekliğimiz o büyük resimde gizli.

Büyük resmi anlamadan varlık nedenimizi nasıl anlayabiliriz?