Yeni Teoriye Göre Büyük Patlama Her Şeyin Başlangıcı Olmayabilir

Peki ya bu hiç de başlangıç değilse? Ya evrenimiz başka bir şeyden ortaya çıkmışsa – hem daha tanıdık hem de daha radikal bir şeyden?

Physical Review D dergisinde yayınlanan yeni bir makalede, meslektaşlarım ve ben çarpıcı bir alternatif öneriyoruz. Hesaplamalarımız, Büyük Patlama'nın her şeyin başlangıcı değil, çok büyük bir kara delik oluşturan yerçekimsel bir çöküşün sonucu olduğunu ve ardından bu kara deliğin içinde bir sıçrama meydana geldiğini gösteriyor.

Kara delik evreni olarak adlandırdığımız bu fikir, kozmik kökenlere radikal olarak farklı bir bakış açısı sunuyor, ancak tamamen bilinen fizik ve gözlemler üzerine kurulu.

Büyük Patlama ve kozmik enflasyon (erken evrenin hızla büyüdüğü fikri) üzerine kurulu günümüzün standart kozmolojik modeli, evrenin yapısını ve evrimini açıklamakta oldukça başarılı. Ancak bunun bir bedeli var: en temel sorulardan bazılarını cevapsız bırakıyor.

Birincisi, Büyük Patlama modeli bir tekillikle başlar – fizik kanunlarının geçerliliğini yitirdiği sonsuz yoğunluklu bir nokta. Bu sadece teknik bir aksaklık değil; başlangıcı gerçekten hiç anlamadığımızı gösteren derin bir teorik sorundur.

Evrenin büyük ölçekli yapısını açıklamak için fizikçiler, garip özelliklere sahip bilinmeyen bir alan tarafından beslenen, kozmik enflasyon adı verilen erken evrende kısa süreli bir hızlı genişleme aşaması eklediler. Daha sonra, bugün gözlemlenen hızlanan genişlemeyi açıklamak için, başka bir “gizemli” bileşen eklediler: karanlık enerji.

Kısacası, kozmolojinin standart modeli iyi çalışıyor, ancak bunu sadece doğrudan gözlemlemediğimiz yeni bileşenler ekleyerek başarıyor. Bu arada, en temel sorular hala cevaplanmamış durumda: Her şey nereden geldi? Neden bu şekilde başladı? Ve neden evren bu kadar düz, pürüzsüz ve büyük?

 

Yeni Model

Yeni modelimiz bu soruları farklı bir açıdan ele alıyor – dışa değil, içe bakarak. Genişleyen bir evrenle başlayıp nasıl başladığını izlemeye çalışmak yerine, aşırı yoğun bir madde topluluğunun yerçekimi altında çöktüğünde ne olduğunu ele alıyoruz.

Bu tanıdık bir süreç: yıldızlar, fizikte en iyi anlaşılan nesnelerden biri olan kara deliklere çöküyor. Ancak hiçbir şeyin kaçamayacağı olay ufkunun ötesinde, kara deliğin içinde ne olduğu hala bir gizem olarak kalıyor.

1965 yılında, İngiliz fizikçi Roger Penrose, çok genel koşullar altında yerçekimi çöküşünün bir tekillikle sonuçlanması gerektiğini kanıtladı. Bu sonuç, merhum İngiliz fizikçi Stephen Hawking ve diğerleri tarafından genişletildi ve Büyük Patlama'daki gibi tekilliklerin kaçınılmaz olduğu fikrini destekledi.

Bu fikir, Penrose'un 2020 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanmasına yardımcı oldu ve Hawking'in dünya çapında en çok satan kitabı “Zamanın Kısa Tarihi: Büyük Patlamadan Kara Deliklere”ye ilham verdi.

Ancak bir uyarı var. Bu “tekillik teoremleri”, sıradan makroskopik nesneleri tanımlayan “klasik fizik”e dayanmaktadır. Atomların ve parçacıkların minik mikrokozmosunu yöneten kuantum mekaniğinin etkilerini de dahil edersek, ki aşırı yoğunluklarda bunu yapmak zorundayız, hikaye değişebilir.

Yeni makalemizde, yerçekimsel çöküşün bir tekillikle sonuçlanmak zorunda olmadığını gösteriyoruz. Yaklaşık değerler içermeyen matematiksel bir sonuç olan kesin bir analitik çözüm bulduk. Matematiksel hesaplamalarımız, potansiyel tekilliğe yaklaştıkça evrenin boyutunun kozmik zamanın (hiperbolik) bir fonksiyonu olarak değiştiğini gösteriyor.

Bu basit matematiksel çözüm, çöken bir madde bulutunun nasıl yüksek yoğunluklu bir duruma ulaşabileceğini ve ardından sıçrayarak yeni bir genişleme aşamasına geçebileceğini açıklamaktadır.

Peki, Penrose'un teoremleri neden böyle sonuçları yasaklamaktadır? Her şey, kuantum dışlama ilkesi olarak adlandırılan bir kurala dayanmaktadır. Bu kural, fermion olarak bilinen iki özdeş parçacığın aynı kuantum durumunu (örneğin açısal momentum veya “spin”) işgal edemeyeceğini belirtir.

Ve bu kuralın, çöken maddedeki parçacıkların sonsuza kadar sıkışmasını engellediğini gösteriyoruz. Sonuç olarak, çöküş durur ve tersine döner. Sıçrama sadece mümkün değil, doğru koşullar altında kaçınılmazdır.

Önemli olan, bu sıçrama tamamen genel görelilik çerçevesinde gerçekleşir; bu, yıldızlar ve galaksiler gibi büyük ölçeklerde geçerlidir ve kuantum mekaniğinin temel ilkeleriyle birleşir – egzotik alanlar, ekstra boyutlar veya spekülatif fizik gerekmez.

Sıçramanın diğer tarafında ortaya çıkan, bizimkine çok benzeyen bir evrendir. Daha da şaşırtıcı olanı, sıçrama doğal olarak iki ayrı hızlandırılmış genişleme aşaması – enflasyon ve karanlık enerji – üretir ve bu aşamalar varsayımsal alanlar tarafından değil, sıçramanın kendisinin fiziği tarafından yönlendirilir.

 

Test Edilebilir Tahminler

Bu modelin güçlü yanlarından biri, test edilebilir tahminler yapabilmesidir. Model, küçük ama sıfırdan farklı bir pozitif uzaysal eğrilik öngörür – yani evren tam olarak düz değil, Dünya'nın yüzeyi gibi hafifçe kavislidir.

Bu, çöküşü tetikleyen başlangıçtaki küçük aşırı yoğunluğun bir kalıntısıdır. Devam eden Euclid misyonu gibi gelecekteki gözlemler küçük bir pozitif eğriliği doğrularsa, bu, evrenimizin gerçekten böyle bir sıçramadan ortaya çıktığına dair güçlü bir ipucu olacaktır. Ayrıca, halihazırda doğrulanmış olan mevcut evrenin genişleme hızı hakkında da tahminlerde bulunur.

Bu model, standart kozmolojideki teknik sorunları düzeltmekten daha fazlasını yapar. Aynı zamanda, süper kütleli kara deliklerin kökeni, karanlık maddenin doğası veya galaksilerin hiyerarşik oluşumu ve evrimi gibi erken evreni anlamamızdaki diğer derin gizemlere de yeni bir ışık tutabilir.

Bu sorular, yıldız haleleri (galaksileri çevreleyen yıldızların ve küresel kümelerin küresel yapısı) ve uydu galaksiler (daha büyük galaksilerin yörüngesinde dönen daha küçük galaksiler) gibi geleneksel teleskoplarla Dünya'dan tespit edilmesi zor olan yaygın özellikleri inceleyecek olan Arrakhis gibi gelecekteki uzay misyonları tarafından araştırılacaktır.

Bu fenomenler, çöküş aşamasında oluşan ve sıçramadan sağ kurtulan kara delikler gibi kalıntı kompakt nesnelerle de bağlantılı olabilir.

Kara delik evreni, kozmostaki yerimiz hakkında da yeni bir bakış açısı sunar. Bu çerçevede, gözlemlenebilir evrenimizin tamamı, daha büyük bir “ana” evrende oluşan bir kara deliğin içinde yer alır.

Biz özel değiliz, tıpkı Galileo'nun (16. ve 17. yüzyıllarda Dünya'nın Güneş'in etrafında döndüğünü öne süren astronom) Dünya'nın Güneş'in etrafında döndüğünü öne sürdüğü jeosentrik dünya görüşünde Dünya'nın özel olmadığı gibi.

Bizler özel değiliz, tıpkı Galileo'nun (16. ve 17. yüzyıllarda Dünya'nın Güneş'in etrafında döndüğünü öne süren astronom) ev hapsine mahkum edilmesine neden olan jeosentrik dünya görüşünde Dünya'nın özel olmadığı gibi.

Bizler, her şeyin yoktan var oluşuna tanık olmuyoruz, aksine yerçekimi, kuantum mekaniği ve bunların arasındaki derin bağlantılar tarafından şekillendirilen kozmik bir döngünün devamına tanık oluyoruz.

Enrique Gaztanaga, Portsmouth Üniversitesi Kozmoloji ve Yerçekimi Enstitüsü Profesörü, Portsmouth Üniversitesi

Bu yazı SCIENCEALERT’ de yayınlanmıştır.