Big Bang Hiçlikten Nasıl Doğabilir?

“Son yıldız da yavaş yavaş soğuyacak ve kaybolacak. Onun geçmesiyle evren bir kez daha boşluk, ışıksız, hayatsız ve anlamsız olacak." şeklinde uyardı Fizikçi Brian Cox, BBC'nin Universe serisinde. Bu son yıldızın sönmesi, yalnızca sonsuz uzun, karanlık bir çağın başlangıcı olacaktır. Tüm madde, eninde sonunda, en sönük ışık parıltılarına dönüşecek olan canavarca kara delikler tarafından tüketilecek. Uzay, o loş ışık bile etkileşime giremeyecek kadar yayılana kadar dışarıya doğru genişleyecektir. 

Garip bir şekilde bazı kozmologlar, uzak geleceğimizde yer alan soğuk, karanlık, boş bir evrenin, kendi Big Bang'imizin kaynağı olabileceğine inanıyorlar.

 

İlk Madde

Ancak buna geçmeden önce, “madde”nin – fiziksel maddenin – ilk nasıl ortaya çıktığına bir göz atalım. Atomlardan ya da moleküllerden oluşan kararlı maddenin kökenlerini açıklamayı amaçlıyorsak, Büyük Patlama'da ve ondan sonraki yüz binlerce yıl boyunca kesinlikle bunların hiçbiri yoktu. Aslında, karmaşık maddenin kararlı olması için koşullar yeterince soğuduktan sonra daha basit parçacıklardan ilk atomların nasıl oluştuğunu ve bu atomların daha sonra yıldızların içindeki daha ağır elementlere nasıl kaynaştığını oldukça ayrıntılı bir şekilde anlıyoruz. Ancak bu anlayış, bir şeyin yoktan var olup olmadığı sorusunu ele almaz.

Öyleyse daha geriden düşünelim. Her türden ilk uzun ömürlü madde parçacıkları, birlikte atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlardı. Bunlar, Big Bang'den saniyenin on binde biri civarında ortaya çıktı. Bu noktadan önce, kelimenin anlamında gerçekten hiçbir materyal yoktu. Ancak fizik, zaman çizelgesini geriye doğru, herhangi bir kararlı maddeden önce gelen fiziksel süreçlere kadar takip etmeye devam etmemizi sağlar.

Bu bizi sözde “büyük birleşik çağa” götürür. Şimdiye kadar, deneylerimizde o sırada devam eden süreçleri araştırmak için yeterli enerji üretemediğimiz için spekülatif fizik alanına girmiş bulunuyoruz. Ancak makul bir hipotez, fiziksel dünyanın, proton ve nötronların yapı taşları olan kuarklar da dahil olmak üzere, kısa ömürlü temel parçacıklardan oluşan bir çorbadan oluştuğudur. Hem madde hem de "antimadde" kabaca eşit miktarlarda vardı: kuark gibi her tür madde parçacığının, kendisiyle neredeyse aynı olan, yalnızca bir açıdan farklılık gösteren bir antimadde "ayna görüntüsü" yoldaşı vardır. Ancak madde ve antimadde bir araya geldiklerinde bir enerji patlamasında yok olurlar, yani bu parçacıklar sürekli olarak yaratılıp yok edilirler.

Fakat bu parçacıklar ilk etapta nasıl var oldular? Kuantum alan teorisi bize, sözde boş uzay-zamana tekabül eden bir boşluğun bile, enerji dalgalanmaları şeklinde fiziksel aktiviteyle dolu olduğunu söyler. Bu dalgalanmalar, ancak kısa bir süre sonra ortadan kaybolmak üzere dışarı fırlayan parçacıklara yol açabilir. Bu gerçek fizikten ziyade matematiksel bir tuhaflık gibi gelebilir, ancak bu tür parçacıklar sayısız deneyde tespit edilmiştir.

Uzay-zaman vakum durumu, görünüşe göre “hiç yoktan” sürekli olarak yaratılan ve yok edilen parçacıklarla kaynamaktadır. Ama belki de tüm bunlar bize kuantum boşluğunun (adına rağmen) bir hiçten çok bir şey olduğunu söylüyor. Filozof David Albert, bu şekilde hiçbir şeyden bir şeyler elde etmeyi vaat eden Big Bang'in açıklamalarını unutulmaz bir şekilde eleştirdi.

Kuantum kromodinamiğinde kuantum vakum dalgalanmalarının simülasyonu

 

Diyelim ki, uzay-zamanın kendisi nereden ortaya çıktı? O zaman saati daha da geriye, gerçekten eski "Planck çağına" - evrenin tarihinde çok erken bir döneme, en iyi fizik teorilerimizin çöktüğü bir döneme - döndürmeye devam edebiliriz. Bu çağ, Big Bang'den sonra saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinin sadece on milyonda biri gerçekleşti. Bu noktada, uzay ve zamanın kendileri kuantum dalgalanmalarına maruz kaldı. Fizikçiler normalde parçacıkların mikro dünyasını yöneten kuantum mekaniği ve büyük, kozmik ölçeklerde geçerli olan genel görelilik ile ayrı çalışırlar. Ancak Planck dönemini gerçekten anlamak için, ikisini birleştiren eksiksiz bir kuantum kütleçekimi teorisine ihtiyacımız var.

Hala mükemmel bir kuantum yerçekimi teorisine sahip değiliz, ancak sicim teorisi ve döngü kuantum yerçekimi gibi girişimler var. Bu girişimlerde, sıradan uzay ve zaman, derin bir okyanusun yüzeyindeki dalgalar gibi, tipik olarak ortaya çıkan olarak görülür. Uzay ve zaman olarak deneyimlediğimiz şeyler, daha derin, mikroskobik bir düzeyde işleyen kuantum süreçlerin ürünüdür - kökleri makroskopik dünyada kök salmış yaratıklar olarak bize pek bir anlam ifade etmeyen süreçler.

Planck çağında, uzay ve zaman hakkındaki sıradan anlayışımız bozulur, dolayısıyla artık sıradan neden-sonuç anlayışımıza da güvenemeyiz. Buna rağmen, tüm aday kuantum kütleçekim teorileri, Planck çağında devam etmekte olan fiziksel bir şeyi – sıradan uzay ve zamanın bir miktar kuantum öncüsü – tanımlar. Ama bu nereden geldi?

Nedensellik artık herhangi bir olağan biçimde geçerli olmasa bile, Planck dönemi evreninin bir bileşenini bir başkasıyla açıklamak yine de mümkün olabilir. Ne yazık ki, şimdiye kadar en iyi fiziğimiz bile tamamen cevap veremiyor. “Her şeyin teorisi”ne doğru daha fazla ilerleme kaydetmedikçe, kesin bir cevap veremiyoruz. Bu aşamada güvenle söyleyebileceğimiz en fazla şey, fiziğin şu ana kadar hiçbir şeyden ortaya çıkan bir şeyin doğrulanmış örneğini bulamamış olmasıdır.

 

Neredeyse sıfırdan döngüler

Bir şeyin yoktan nasıl ortaya çıkabileceği sorusuna gerçekten cevap verebilmek için, Planck çağının başlangıcında tüm evrenin kuantum durumunu açıklamamız gerekir. Bunu yapmaya yönelik tüm girişimler son derece spekülatif kalır. Bazıları bir tasarımcı gibi doğaüstü güçlere hitap ediyor. Ancak diğer aday açıklamalar, sonsuz sayıda paralel evren içeren bir çoklu evren veya yeniden doğup yeniden doğan evrenin döngüsel modelleri gibi fiziğin alanı içinde kalır.

2020 Nobel Ödüllü fizikçi Roger Penrose, “konformal döngüsel kozmoloji” olarak adlandırılan döngüsel bir evren için ilgi çekici ancak tartışmalı bir model önerdi. Penrose, evrenin çok sıcak, yoğun, küçük bir durumu - Big Bang'de olduğu gibi - ile evrenin aşırı soğuk, boş, genişletilmiş hali - uzak gelecekte olacağı gibi - arasındaki ilginç bir matematiksel bağlantıdan ilham aldı. . Bu örtüşmeyi açıklamak için radikal teorisi, bu durumların sınırlarına alındığında matematiksel olarak özdeş hale gelmesidir. Paradoksal görünse de, maddenin tamamen yokluğu, evrenimizde etrafımızda gördüğümüz tüm maddeye yol açmayı başarmış olabilir.

https://www.youtube.com/watch?v=DpPFn0qzYT0

 

Bu görüşe göre, Büyük Patlama neredeyse hiçten doğar. Bir evrendeki tüm madde kara deliklerde tüketildiğinde ve bunlar da kaynayarak fotonlara dönüştüğünde – bir boşlukta kaybolduğunda geriye kalan budur. Böylece tüm evren, başka bir fiziksel perspektiften bakıldığında, hiçliğe ulaşılabilecek en yakın olan bir şeyden doğar. Ama bu hiçbir şey hala bir tür bir şey değil. Ne kadar boş olursa olsun, yine de fiziksel bir evrendir.

Aynı durum nasıl olur da bir bakış açısından soğuk, boş bir evren ve diğerinden bakıldığında sıcak, yoğun bir evren olabilir? Cevap, aslında bir nesnenin boyutunu değiştiren, ancak şeklini değiştirmeden bırakan geometrik bir dönüşüm olan “uyumsal yeniden ölçeklendirme” adı verilen karmaşık bir matematiksel prosedürde yatmaktadır.

Penrose, soğuk yoğun durum ve sıcak yoğun durumun, boyutlarına göre olmasa da, uzay-zamanlarının şekillerine göre eşleşecek şekilde yeniden ölçeklendirme yoluyla nasıl ilişkilendirilebileceğini gösterdi. Kuşkusuz, farklı boyutlara sahip olduklarında iki nesnenin bu şekilde nasıl aynı olabildiğini kavramak zordur - ancak Penrose, boyutun bir kavram olarak böyle aşırı fiziksel ortamlarda bir anlam ifade etmediğini savunuyor.

Uyumlu döngüsel kozmolojide, açıklamanın yönü yaşlı ve soğuktan genç ve sıcağa doğru gider: sıcak yoğun durum, soğuk boş durum nedeniyle vardır. Ama bu "çünkü" bilindik olanı değil - zamanla etkisinin izlediği bir nedenin. Bu aşırı durumlarda geçerliliğini yitiren yalnızca boyut değildir: zaman da öyle. Soğuk yoğun durum ve sıcak yoğun durum aslında farklı zaman çizelgelerinde yer almaktadır. Soğuk boş durum, kendi zamansal geometrisinde bir gözlemcinin bakış açısından sonsuza kadar devam edecekti, ancak ortaya çıkardığı sıcak yoğun durum, tamamen yeni bir zaman çizelgesinde etkin bir şekilde ikamet ediyor.

Nedensel olmayan bir şekilde soğuk boş durumdan üretilen sıcak yoğun durumu anlamaya yardımcı olabilir. Belki de sıcak yoğun durumun soğuk, boş durumdan ortaya çıktığını, topraklandığını veya bu durum tarafından gerçekleştirildiğini söylemeliyiz. Bunlar, bilim felsefecileri tarafından özellikle sıradan neden ve sonucun bozulduğu kuantum yerçekimi bağlamında kapsamlı bir şekilde araştırılan belirgin metafizik fikirlerdir. Bilgimizin sınırlarında, fizik ve felsefeyi birbirinden ayırmak zorlaşıyor.

 

Deneysel kanıt?

Konformal döngüsel kozmoloji, Big Bang'imizin nereden geldiği sorusuna spekülatif olsa da bazı ayrıntılı cevaplar sunar. Ancak Penrose'un vizyonu, kozmolojinin gelecekteki ilerlemesiyle doğrulansa bile, daha derin bir felsefi soruyu yanıtlayamayacağımızı düşünebiliriz - fiziksel gerçekliğin kendisinin nereden geldiği sorusu. Tüm döngü sistemi nasıl ortaya çıktı? Sonra nihayet, metafiziğin en büyük sorularından biri olan, neden hiçbir şey değil de bir şey olduğu şeklindeki saf soruyla son buluyoruz.

Ancak buradaki odak noktamız, fizik alanı içinde kalan açıklamalardır. Döngülerin nasıl başladığına ilişkin daha derin soru için üç geniş seçenek vardır. Bunun fiziksel bir açıklaması olamaz. Veya her biri kendi başına bir evren olan ve her evrenin ilk kuantum durumunun daha önce evrenin bir özelliği tarafından açıklanan sonsuz tekrar eden döngüler olabilir. Veya tek bir döngü ve tek bir tekrar eden evren olabilir ve bu döngünün başlangıcı kendi sonunun bir özelliği ile açıklanabilir. Son iki yaklaşım, sebepsiz olaylara duyulan ihtiyacı ortadan kaldırır ve bu onlara ayırt edici bir çekicilik kazandırır. Fizik tarafından açıklanamayan hiçbir şey kalmayacaktı.

Penrose, kısmen kendi tercih ettiği kuantum teorisi yorumuyla bağlantılı nedenlerle bir dizi sonsuz yeni döngü tasavvur ediyor. Kuantum mekaniğinde, fiziksel bir sistem aynı anda birçok farklı durumun süperpozisyonunda bulunur ve ölçtüğümüzde rastgele yalnızca birini seçer. Penrose için her döngü, farklı bir şekilde ortaya çıkan rastgele kuantum olayları içerir - yani her döngü, kendisinden önceki ve sonrakilerden farklı olacaktır. Bu aslında deneysel fizikçiler için iyi bir haber, çünkü Planck uydusu tarafından görülen Büyük Patlama'dan kalan radyasyondaki zayıf izler veya anormallikler yoluyla bizimkinin ortaya çıkmasına neden olan eski evreni bir an için görmemize izin verebilir.

Penrose ve işbirlikçileri, Planck verilerindeki örüntüleri önceki evrendeki süper kütleli kara deliklerden gelen radyasyona bağlayarak, bu izleri zaten tespit etmiş olabileceklerine inanıyorlar. Ancak, iddia edilen gözlemlerine diğer fizikçiler tarafından itiraz edildi ve jüri dışarıda kaldı.

Kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun haritası. ESA ve Planck İşbirliği

 

Sonsuz yeni döngüler, Penrose'un kendi vizyonunun anahtarıdır. Ancak, uyumlu döngüsel kozmolojiyi çok döngüden tek döngü biçimine dönüştürmenin doğal bir yolu vardır. O zaman fiziksel gerçeklik, Büyük Patlama boyunca uzak gelecekte maksimum derecede boş bir duruma tek bir döngüden oluşur - ve sonra tekrar aynı Büyük Patlama'ya dönerek aynı evreni yeniden yaratır.

Bu son olasılık, kuantum mekaniğinin birçok dünya yorumu olarak adlandırılan başka bir yorumuyla tutarlıdır. Çoklu dünya yorumu bize, süperpozisyonda olan bir sistemi her ölçtüğümüzde, bu ölçümün rastgele bir durum seçmediğini söyler. Bunun yerine, gördüğümüz ölçüm sonucu yalnızca bir olasılıktır - kendi evrenimizde geçerli olan. Diğer ölçüm sonuçlarının tümü, diğer evrenlerde birden çok evrende ortaya çıkıyor ve etkili bir şekilde bizimkinden ayrılıyor. Yani bir şeyin olma şansı ne kadar küçük olursa olsun, sıfırdan farklı bir şansı varsa, o zaman kuantum paralel bir dünyada gerçekleşir. Diğer dünyalarda piyangoyu kazanmış, ya da acayip bir tayfun tarafından bulutlara sürüklenmiş ya da kendiliğinden tutuşmuş ya da üçünü aynı anda yapmış olan sizin gibi insanlar var.

Bazı insanlar, bizimkiyle çarpışan başka bir evrenin neden olduğu izler olarak, bu tür paralel evrenlerin kozmolojik verilerde de gözlemlenebilir olabileceğine inanıyor.

Çok-dünyalı kuantum teorisi, uyumlu döngüsel kozmolojiye yeni bir yön veriyor, ancak Penrose'un aynı fikirde olmadığı bir şey. Big Bang'imiz, hepsi bir arada meydana gelen sonsuz sayıda farklı evreni içeren tek bir kuantum çoklu evrenin yeniden doğuşu olabilir. Mümkün olan her şey olur – sonra tekrar tekrar olur.

 

Eski bir efsane

Bir bilim filozofu için Penrose'un vizyonu büyüleyici. Açıklamalarımızı sıradan neden-sonuç ilişkisinin ötesine taşıyarak Büyük Patlama'yı açıklamak için yeni olanaklar açar. Bu nedenle, fiziğin dünyamızı açıklayabileceği farklı yolları keşfetmek için harika bir test durumudur. Filozoflardan daha fazla ilgiyi hak ediyor.

Bir efsane aşığı için Penrose'un vizyonu çok güzel. Penrose'un tercih ettiği çoklu döngü formunda, atalarının küllerinden doğan sonsuz yeni dünyalar vaat ediyor. Tek döngü biçiminde, eski Ouroboros veya dünya yılanı fikrinin çarpıcı bir modern yeniden çağrışımıdır. İskandinav mitolojisinde yılan Jörmungandr, zeki bir düzenbaz olan Loki ile dev Angrboda'nın çocuğudur. Jörmungandr kendi kuyruğunu tüketir ve yaratılan daire dünyanın dengesini sağlar. Ancak ouroboros efsanesi, eski Mısır'a kadar uzanan tarihler de dahil olmak üzere tüm dünyada belgelenmiştir.

Ouroboros, Tutankhamun'un mezarı üzerinde.

 

Tek döngülü evrenin Ouroboros'u gerçekten de görkemlidir. Kuantum fiziğinin izin verdiği garip ve harika alternatif olası evrenlerin her biri gibi bizim kendi evrenimizi de karnında barındırıyor - ve kafasının kuyruğuyla buluştuğu noktada tamamen boş ama aynı zamanda bir sıcaklıkta enerji ile ilerliyor. Yüz bin milyon milyar trilyon santigrat derece... Şekil değiştiren Loki bile etkilenirdi.

Kaynak:

https://theconversation.com/how-could-the-big-bang-arise-from-nothing-171986

https://www.iflscience.com/space/how-could-the-big-bang-arise-from-nothing/