05 Eylül 2021

Büyük sıçrama ve döngüsel evren

Paul Steinhardt ve Neil Turok gözlemlediğimiz evrenin özellikleri üzerinden giderek döngüsel evren modelinin bir bilgisayar simülasyonunu yaptılar ve model üzerinden giderek günümüz evreninin özelliklerinin oluşturabileceğini gösterdiler

Evreni anlamak adına çok yol kat edildi ama hâlâ anlayamadığımız çok detay var.

Sorular genel olarak iki farklı yaklaşım üzerinde düğümleniyor: Hiçlikten mi varlığa dönüştük; yoksa döngüsel bir yapı içinde mi ilerliyoruz?

Günümüzün kabul gören evren hikayesi daha çok birinci yaklaşımı temel alıyor: Buna göre evrenimiz yaklaşık 13.8 milyar yıl önce, hiçlikten çok şiddetli bir enerji fışkırması ile oluştu.

Ancak bu 'standart kuramın en temel eksikliği büyük patlama anını ve öncesini açıklayamıyor olması. Hatırlarsanız, Büyük Patlama sonrasında bir tekillik hakimdi ve bu evrede fizik kuralları çalışmıyordu.

İkinci önemli sorun ise evrenin geometrisiyle ilgiliydi. Başlangıç anındaki şiddetli enerji fışkırması, evreni bugün tanımladığımız düz ve gergin geometrik şekle sokamıyordu.

Ancak bu sorun Amerikalı fizikçi Alan Guth'un tekillik evresini izleyen bir kozmik şişme önerisi ile çözüldü. Buna göre çok kısa süren bu çok hızlı genişleme evresi ile evrenimiz düz ve gergin bir geometriye sahip olabiliyordu. Buna kozmik enflasyon evresi denildi.

Sorun çözülmüştü ancak başka bir sorun daha vardı: Şişmeyi meydana getiren bu enerjinin kaynağı neydi?

Bu kaynağı aramak için de patlama öncesine gitmek gerekiyordu. Ve bu kez de çoklu evrenler tartışılmaya başlandı.

Kuramsal fizikçiler 1920'lerde, alternatif bir evren modeli olarak "döngüsel evren" modeli üzerinde çalışmaya başladılar. Ancak bu girişimler bir sonuca ulaşamadı.

Böylece, bir hiçlikten varlığa dönüşüm modeli olarak kabul gören Büyük Patlama Kuramı alternatifsizlik tacını korudu.

Son dönemlerde karanlık enerji olarak tanımlanan bir güç alanının, evrenin en büyük bileşeni olduğunun kanıtlanması ile döngüsel evren modeli yeniden gündeme alındı.


Büyük Patlama modeli

Döngüsel kozmoloji

Bu modelde, evren sonsuz sayıda döngülerle kendi kendini tekrarlıyor; bir önceki döngünün bitişi, yani kozmik yok oluş, bir sonraki döngünün başlangıcı oluyor.

Döngüsel evren modelinde karanlık enerji tarafından yönlendirilen bir enerji alanı bulunuyor. Karanlık enerji, evrenin genişlemesinden sorumlu kütlesel itici güç.

Roger Penrose ile Paul Tod tarafından geliştirilen Uyumlu Döngüsel Kozmoloji (Conformal cyclic cosmology -CCC) modeline göre, bir önceki döngüsel evren sonlandığında uzay- zaman rastgele kuantum salınımları ile dolu ve evrenimiz bunlardan birinin büyük patlamayı tetiklemesiyle oluşuyor.

Evrenin sonunu ise "karanlık enerji" getirecektir.

Neden karanlık enerji?

Biliyorsunuz, evrenin sonunu iki temel gücün belirleyeceği öngörülmekte. Bunlardan biri kütlesel çekim ve diğeri evrenin genişlemesinden sorumlu karanlık enerji.

Yani evren ya "büyük çökme" ile ya da "büyük donma" ile sonlanıyor.

Büyük çökme senaryosunda, kütlesel çekimin karanlık enerjiyi yenmesi ile evren kendi üzerine çöküyor.


Uyumlu Döngüsel Kozmoloji (Conformal cyclic cosmology- CCC) modeli

İkinci senaryoda ise karanlık enerji baskın güç ve bu gücün etkisi altında genişleme hız kazanıyor; gök cisimleri birbirinden hızla uzaklaşarak evren soğuyor ve "büyük donma" ile evrenin sonu geliyor. Artık yalnızca kuantum salınımları var ve kozmos yeni bir evren için hazır.

Büyük sıçrama

Princeton Üniversitesi'nden Paul Steinhardt ve Cambridge Üniversitesi'nden Neil Turok'un geliştirdiği "döngüsel evren modeli"ne göre evren, sonsuz bir yapı içinde tekrarlanan genişleme ve büzülmelerle birbirinin devamı sonsuz sayıda döngüden oluşmaktadır: Bu bir kalbin çalışması gibi daralarak kasılan, sıçrama ile tekrar genişleyen döngüsel bir evren modeli.

Bu yaklaşımda da kozmos, karanlık enerji alanı ile yönlendirilir; öngörüye göre trilyon yıllar sürebilecek bir genişlemeyi milyarlarca yıl süren bir daralma izler. 

Evrenin büzülerek küçülmesi ile bir sıçrama meydana gelir ve döngü yeniden başlar. Evren her küçülüp büzüldüğünde yeni bir sıçrama ile yenilenir; bu bir anlamda zamanın bir başlangıcının ve bir sonunun olmaması anlamına gelir; bu özellik döngüsel evren modelinin Büyük Patlama Kuramı'na olan üstünlüğü olarak gösteriliyor.

Yani böyle bir evrende, genişleme dönemlerini daralma dönemleri izlediği için evrenin başı ve sonu yoktur; ayrıca evren döngüsel bir yapı içinde sıçrama ile ilerlediğinden bu evrede bir tekillik de söz konusu değil.

Dolayısıyla "Daha önce ne vardı?" sorusu da anlamsız kalıyor.

Döngüsel evren simülasyonları

Paul Steinhardt ve Neil Turok gözlemlediğimiz evrenin özellikleri üzerinden giderek döngüsel evren modelinin bir bilgisayar simülasyonunu yaptılar ve model üzerinden giderek günümüz evreninin özelliklerinin oluşturabileceğini gösterdiler.

Evren daraldıkça her şey birbirine yakınlaşıyor ve enerji alanı yeniden devreye giriyor, ardından evren büyük sıçrama yaparak kendini yeniliyor ve döngü yeniden başlıyor.

Ve daha önemlisi bu simülasyonlarda daralma evresi Büyük Patlama'yı tartışmalı kılan kozmik şişmeyi de gereksiz kılıyor. Yani evren tümüyle çökmeden sıçrama yaparak yeniden genişleyebilmektedir.

Kuramın zayıf tarafı ise, tüm sürecin standart modelde tanımlı olmayan 'karanlık enerji tarafından yönetilmesi. Evrenin homojen yapısı, maddenin düzgün dağılımı ve evrenin düz geometrisi ise bir gizem.

Başlangıcı ve sonu olmayan bir evren; bizleri "önce ne vardı; sonra ne olacak?" gibi sorulara yanıt aramak zorunda bırakmıyor. Dahası tekillik ve çoklu evrenler gibi sorunlar da yok.

Başı ve sonu yoksa, bunun anlamı hep var olacağız mı demek? Öyleyse döngüsel evren fikri insan aklının yazılımına daha uygun görünmüyor mu?

Bu arada "sonsuzluk" korkumuzu yenmemiz gerek.

Yine işin zor tarafı felsefecilere düşüyor!


Kaynakça

Yazarın Diğer Yazıları

"Nobel Matematik Ödülü" niye yok?

Matematikçiler, matematiğin doğası gereği, başka alanlarda Nobel ödülüne ulaşabiliyorlar olsa da matematik alanındaki gelişmeleri izlemek adına bu prestijli ödülün matematik için konulmamış olması bizler için bir şanssızlık değil mi?

Lise Meitner ve ayrımcılığın üç türlüsü

O, dinsel ve ırksal ayrımcılığın en şiddetlisini yaşadı; cinsiyetçi tavrın en ağırlarına katlandı. Şimdi ona "atom bombasının annesi" diyorlar.

Gerçekte kaç yaşındayız?

Vücudumuzda var olan hidrojen dışındaki her element yıldızlarda üretildi. Hidrojen ise hepsinin atası; onu üreten evrenin kendisi ve bir anlamda evrenle yaşıt