Merhaba arkadaşlar.
Daha önceki Evrenin Zaman Çizelgesi -Bölüm 1-‘in devamı olan bu yazımda geriye kalan beş evreyi yazacağım. Bunlar sırasıyla,
Büyük Birleşim Kuramı – Birleşik Alan Teorisi yazımda, konu Süper Birleşik Alan Teorisine ve büyük patlamaya geldiğinde bu konudan bahsedeceğimi söylemiştim. Aynı zamanda daha önce anlattığım ama yetersiz olan diğer yazım Kuantum mekaniği ve İzafiyet Teorisinin Bir Araya Gelememe Problemi ‘ni de güncellemiş oluyorum. Ben de gelişen ve öğrenen bir birey olarak aradan geçen zamanda çok yetersiz ve zayıf bir yazı olduğunu görebiliyorum ki bir süredir bu yazıyı yazmak istiyordum bu yüzden. Umarım bu yazılarımın da yetersiz ve zayıf geldiği geliştiğim günleri görürüm.
Bu iki teorinin neden bir araya gelemediğin, neden bir araya gelmesi gerektiğini bu sefer ayrı ayrı başlıklar altında anlatacağım.
Öncelikle kütleçekiminin her iki teoride ne olduğunu ele alalım Otomatik olarak neden uyumsuz olduğunu anlayabilirsiniz.
Genel Görelilik: Genel görelilikte uzay ve zaman birbirinden ayrılmaz öğelerdir ve enerji ile kütle, uzay-zamanın eğilmesine sebep olur. Kütleçekim bu eğilmenin sonucudur. Kütleçekimden ya da uzay-zamanın eğriliğinden dolayı bir obje yönünü değiştiriyor demek, genel göreliliğe göre o obje en düz çizgide ilerlemeyi, daha doğrusu bir mesafeyi en kısa zamanda almasıdır.
Kuantum Mekaniği: Kuantum mekaniğinde henüz hipotez halinde olsa da, yani ispatlanmamış olsa da, eğer ispatlanırsa kütleçekim şu şekilde olmalıdır: Kuantum mekaniğinin bir ürünü olan Standart Modele göre kütleçekim graviton denilen sanal parçacıklarla iletilen bir enerjidir. Herhangi bir bükülmenin sonucu değildir.
Bu ne gibi sıkıntılara sebep olur? Arkadaşlarla Beyin Fırtınası Keyfi-Başlangıç yazımda yer alan sohbetimde belirttiğim üzere, mesela, bir karadelikte dengesizliğe sebep olur. Her iki teori ile birden anlatmaya kalkarsak uzay-zamanın bükülmesi, gravitonların da kaçmasını engelleyerek kütleçekimin bir bakıma oluşmasını engeller.
Genel görelilikte uzay ve zaman birbirinden ayrılmaz kavramlardır demiştik. Oysa kuantum fiziğinde böyle değildir. Hatta kuantum fiziğinde zaman kavramı yoktur; an kavramı vardır. Her olay bir anda oluşur ve bu bakımdan olaylar arası süreklilik bulunmaz. Zaten kuantum tünellemenin ışıktan hızlı bilgi akışı gibi gözükmesinin sebebi budur aslında bana göre. Hatta bazı durumlarda kuantum mekaniğinde geleceğin geçmişi etkileyebildiği de öngörülmektedir.
Yukarıda da belirttiğimiz gibi genel görelilikte kütle ve enerji, uzay-zamanın bükülmesine sebep olur ve bu durum mutlak zaman kavramını da yıkmıştır. Fakat yukarıda belirttiğimiz kuantum fiziğinde gibi zaman yoktur ve uzay da bükülme de yoktur. Bunun belirsizlik ilkesi ile genel görelilikte neye sebep verdiğini anlatacağım.
Genel görelilikte uzay sadece enerji ve kütle ile bükülebilir, eğilebilir ama düz ve pürüzsüz bir haldedir. Oysa ki kuantum mekaniğinde belirsizlik ilkesinin sebep olduğu kuantum dalgalanmaları nedeniyle planck mesafesinde uzay tamamen parçalanıp tanınmaz hale gelmektedir. Sebebini belirsizlik ilkesinde anlatacağım.
Belirsizlik ilkesi, 1927 yılında Werner Heisenberg tarafından öne sürüldü. Kuantum fiziğinde Heisenberg’in Belirsizlik İlkesine göre, bir parçacığın momentumu ve konumu aynı anda tam doğrulukla ölçülemez.
Kuantum mekaniğinde belirsizlik ilkesi mevcuttur. Yani bir parçacığın aynı anda hızını ve yerini ölçemezsiniz; size belirli bir oran verir. Hangisini daha kesinlikle ölçerseniz diğerini o kadar kesin olmayan bir değerle ölçmüşsünüz demektir. Ama genel görelilikte böyle bir şey yoktur. Burada artık, uzayın yapısı ve uzay-zamanın bükülmesiyle ilgili bahsettiğim konuları ele alıp toparlama zamanı geldi.
Belirsizlik ilkesi bir parçacığın aynı anda yerini ve hızını bilemeyeceğimiz söyler. Genel göreliliği boş uzayında ise hiç parçacık olmadığı anlamı demek bu kuralın ihlali demektir. Bu yüzden kuantum mekaniğinde boş uzay genelin ortalamasıdır. Hangi genelin? Planck mesafesinde yokluktan parçacık ve anti-parçacıklar oluşup sonra birbirlerini yok ederler. Bu devamlı oluşur. Bu var olma/yok olma savaşında uzay parçalanır, tanınmaz hale gelir. Bu genel görelilik ile kuantum mekaniğini birleştirmeye çalışmanın sonucudur. Genel göreliliğin hiçliği kuantum mekaniğinde imkansızdır ve bu var olma/yok olma savaşının ortalamasıdır. Genel görelilikte 0 gözükürken, kuantum mekaniğinde Planck mesafesine inildiğinde, tam bir savaş alanına dönüşüyor genel göreliliğin hiçliği.
Genel görelilikte belirsizlik ilkesi ve olasılık dalgaları olmadığından rahatlıkla determinizmden bahsedilebilir. Evrenin bir anda her parçacığının yerini ve hızını bilirseniz geleceği hesaplayabilirsiniz (bunu hesaplayacak işlem gücünü gözardı ediyoruz tabiki). Fakat kuantum mekaniğinde belirsizlik ilkesi nedeniyle hiç bir şeyin aynı anda yerini ve hızını belirleyemeyeceğimizi söyler. Bu yüzden kuantum mekaniğinde determinizm yoktur; olasılıklar vardır. Daha sonra olasılık determinizmi isminde bir kavram ürettiler fakat ne olduğunu henüz araştırmadım.
Genel görelilikte her şey nesneldir ve bağımsızdır. Her şey çevresinden yalıtılarak incelenebilir. Fakat kuantum mekaniğinde bu nesnellik bağımsızlık yoktur. Kuantum mekaniğinde her şey olasılık dalgalarından oluşur ve enerji dalgaları olarak görülür.. Ve olasılık dalgaları tüm evrene yayılır. Bu yüzden de evren bir başlı başına bir bütündür ve bağımsız, nesnel bir yapı düşünülemez. Evrenin herhangi bir yerinde olan bir şey alakasız gözüken başka bir yeri de etkileyebilmektedir. Genel Göreliliğin ışık hızı sabitliği de burada kırılmış oluyor aslında. Bu durum, genel göreliliğin ve kuantum mekaniğinin olguları ele alışlarının farklılığından kaynaklanıyor.
Genel görelilikte gözlemcilerin gözlemlediği şeyler arasında farklılık olabilir. Örnek olarak zaman ve boyutsal uzunluklar verilebilir. Fakat kuantum mekaniğinde nesnellik olmaması nedeniyle biri diğerini etkileyebildiği için, gözlemci farkı da ortadan kalkmaktadır.
Bu ikisi neden birleştirilmeli. Aslında cevabı basittir. Şu ana kadar bu ikisi birleştirilemediği için son yüzyıl içerisinde bilim insanları makro boyturlar için genel göreliliği mikro boyutlar için ise kuantum mekaniğini kullanarak bu birleştirme zorunluluğundan kaçtılar. Fizikçiler kuantum mekaniği ile Einstein’in kütleçekiminin bulunmadığı özel göreliliği birleştirerek kauntum alan teorisi yani standart modeli oluşturdular. Ama artık kaçabilecekleri bir yer kalmadı. Bazıları bu iki teoriyi birleştirmek için cesaretini toplamalı; bu cesareti gösterip deneyenler de oldu.
Öncelikle büyük patlama anı ve karadelikler gibi mikro boyutlarda makro kütleler yani kuantum mekaniğinin ilgi alanındaki çok küçük mesafelerde genel göreliliği ilgilendiren çok büyük kütleler olduğu durumlar vardır. İşte bu olguları cevaplandırmak istiyorsak bu ikisini birleştirmeliyiz. Ya da ikisini de yıkan yeni bir teori getirmeliyiz. Benim tahminime göre ikinci seçenek olacak gibi. Aksi takdirde “Kütleçekimi Belirleme Biçimi“ başlığında belirttiğim karadelikteki kütleçekim bilmecesi ortaya çıkar.
Bundan sonra daha önce de belirttiğim üzere bir yazı dizisinin hazırlıklarına başlayacağım. İmkanım olursa kitap haline de getirmeyi düşünüşüyorum. Bu süre içinde farklı yazılarım da olacaktır. Bir sonraki yazımda görüşmek üzere.
Big bang anını düşünün. İlk başta sadece içinde enerji (karanlık enerji, vakum enerjisi, enflansyon ya da diğer adıyla higgs alanı –bunlar astrofiziğin derin kavramlarındandır–) ile kaynayan vakum vardı. Tencerede kaynayan suda kabarcıkların oluşması gibi kabarcıklar oluştu….
Her bir kabarcık başka bir vakum alanı haline geldi fakat enerjileri daha azdı. Bu enerji kabarcıkların genişlemesine yol açtı. Bazıları diğer kabarcıkları başka kabarcıklara çarpmasına neden oldu. Bazılarının ikinci kabarcıklar oluşturması da muhtemel. Belki parçacıklar azdı ve birbirnden uzaktı belki de çok yakındı. Bu kabarcıklardan her birisi bir evren ve bizim evrenimiz de bu kabarcıklardan birisi olabilir.
Ne kadar çok belki yazdım değil mi? İşte test edilmesi imkansız ve bu yüzden bilimin tam olarak içinde olmayan ve metafizik diyebileceğimiz kabarcık çoklu evren hipotezi budur. Belki beni hayal gücümün kısıtlılığından yere vurmaya çalışacaksınız ama belkilerle gerçeğe varılmıyor. belkiler bir yerde duruyor eğer bir gün test edilebilir olur ya da ispatları ortaya çıkarsa bilime giriyor. Yoksa her belki diyene inanırsak. Neyse konumuza dönelim…
Şişme teorisi denildiği zaman vakum alanı da kaçınılmaz oluyor. Her ne kadar kütleçekim dalgaları ile ispatlanmış olsa da (tabi ki son yazılarımda sallantıda olduğunu da belirtmiştim) kabul etmeyen kesimler de mevcut. Şişme teorisi en kısa hali ile big bangden çok kısa zaman sonra evrenin muazzam hızlarda genişlemesidir. Sayılarla ifade edeceksek eğer nanometre boyutundaki bir uzay-zamanın saniyenin trilyonda trilyonda trilyonda bir kesiminde 250 milyon ışık yılına genişlemesidir. Astrofizikçiler için bir çok şeyi açıklayabilmenin tek yolu şimdilik bu gözüküyor.
Şişme teorisine ilk başta vakum alanında olan higgs alanının sebep olduğu düşünülüyor. Aslında bunu da burada belirteyim. Vakum alanını, negatif basıncını ben daha tam olarak kafamda oturtamadım. Oturtup anlatanı da göremedim. Eğer kafamda tam oturtabilirsem bir gün detaylı bir yazı yazacağım onlar hakkında. Konumuza geri dönelim şimdi. Higgs alanının sıfırdan farklı enerji seviyesinde (0 burada en düşük enerji seviyesi oluyor) negatif basınca sebep veriyor ki bu negatif basınç ters kütleçekimi etkisi oluşturuyor. Yani itici güçteki kütleçekimi. Kütle olmayan yerde kütleçekimi nasıl olur diye düşünmeyin. Negatif basınçta oluşabiliyor. Ve bu ters kütleçekimi higgs alanı 0 enerji düzeyinin de altına düşene kadar devam ediyor. İşte gerisi klasik hikayemiz. Higgs alanı eksi değerde olduğu için bizimle etkileşiyor ve bize kütle kazandırarak kendisini 0 enerji düzeyine tamamlıyor evren oluşuyor filan. Anlamadığınız yer doğal olarak olabilir kolay konular değil. Bana soru sorabilirsiniz istediğiniz vakit. Asla çekinmeyin.
Şimdi vakum alanı kavramının olması sebebini de açıkladığımıza göre neden çoklu evrenlere yol açtığını da belirtmiş oldu. Vakum alanı demek kabarcık evrenler hipotezine yol açmak demek. Fakat test edilemiyor. Bu yüzden metafizik kavramda kalıyor alsında. Ortak Çevre Fakültesinden Matthew Johnson ve takım arkadaşları burada devreye giriyorlar. Kendileri araştırmanın bu resimde neyin nerenin test edilebilir olduğunu bulmak olduğunu ifade ediyorlar. İlk amaçları ise vakum alanında iki tane kabarcık evreni olduğu gibi bilgisayarda çarpışmalarını ve sonra neler olacağını simüle etmek. Tabi burada atomlarına, yıldızlarına, galaksilerine varacak detaylı bir simüle yapmayacaklar. Hatta bunların hiç biri simülasyonda olmayacak. Sadece yer çekimi ve vakum alanında kabarcıkların oluşmasına sebep olan şeyleri kullanacaklarını ve yeterli olacağını öngörüyorlar. Zaten öbürtürlü böyle bir sümilasyona işlem ve maliyet gücünde aşırı zorlanırlardı. Şuradaki yazımda da kontrol edebileceğiniz üzere (Hazır Olun! Evren Simüle Edildi!) 8bin işlemcili süper bilgisayarda bile görülebilri evrenin simülasyonu kaç ay sürmüş.
Normalde eğer iki kabarcık evrenin çarpışması gerçekleşmiş ise ya gökyüzünde ya da mikrodalga kozmik fon ışımasında gözükeceğini düşünüyorlar ve nereye bakacaklarını bu simülasyonla bulmaya çalışacaklar. Yararsız bir çalışma olmayacağı kesin. Gelişmeleri bekleyeceğiz.
Referans ve ileri okumalar;
Daha önce Kütleçekim Dalgalarının Keşfinin Sonuçları – 2 – Kuantum Alanları, Higgs Alanı ve Şişme Teorisi yazımda belirttiğim üzere büyük birleşim kuramı ya da diğer adıyla birleşik alan teorisi hakkında detaylı bir kaynak bulunmadığından bir yazı yazmam gerektiğine dair kendime not düşmüştüm. Şimdi bu yazıyı yazmanın zamanı geldi.
Bunun için biraz gerilere gitmek gerekiyor aslında. Her şeyi sırasıyla anlatmak lazım. Biliyoruz ki evreni yöneten 4 temel kuvvet vardır. Elektromanyetik kuvvet, kütleçekim kuvveti, güçlü nükleer kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet. Bu dört kuvvet birbirinden farklı bambaşka şeyler gibi gözüküyor. Aslında öyle mi?
2012 yılında CERN araştırmacıları higgs bozonunnun varlığını doğrulamışlardı. Higgs bozonu paçacık giziğinin standart modelininin en önemli ama keşfedilmemiş bölümlerindendi. Öyle ki eğer higgs bozonu olmazsa standart modelde kütle olması imkansız. Higgs alanında parçacıklara kütle kazanımını sağlayanlar higgs bozonudur. Daha detaylı bilgi için : Higgs Bozonu Higgs Alanı Nedir?
Londra Kralın kolejinden Robert Hogan ve Malcolm Fairbairn, higgs bozonu varlığının tahminlerden daha fazla etkileri olduğunu ve kararlı olan evrenin ilk saniyelerinde higgs bozonu yüzünden istikrarsızlaşacağı ve kendi içine çökeceğini düşünüyorlar. Çalışmaları 24 haziranda Physical Review Letters‘de ve Cornell Üniversitesi Kütüphanesi’nin Arxiv.org‘da yayınlandı.
Evet güzel bir isim oldu başlangıç için. Millet arkadaşlarla dondurma keyfi, arkadaşlarla tatil keyfi, cart keyfi curt keyfi diye resimler çekip altına yazıyor da ben neden böyle bir deneme yazmıyım dedim. Güzel de oldu hoş da oldu.
Öncelikle bu fikir iki günce önce aklıma geldi. Bir yerde garip bir soru bulup kendi feysbuk profilimde paylaşıp arkadaşlarımı etiketleyerek zorla beyin fırtınası yaptırınca aklıma geldi. Güzel sorular buldukça böyle yapıp bu kategoride paylaşmayı düşündüm. Tabi kendileri katılmaya devam ederse :)
İlk sorumuzu sordum ve devamı geldi.
Ben: Soru 1: Eğer kara delikten hiç bir şey kaçamıyorsa kuantum mekaniğine göre kütleçekim gravitonlarla iletildiğine göre gravitonlar nasıl kaçıyor?
Haydin bakalım kafa patlatabilecek var mı?