Evrenin gizemini çözmeye adanmış yaşam: Stephen Hawking

12 Ekim 2021

Stephen Hawking, ömrünün sonuna kadar evrenin sırlarını çözmeye çalıştı. Son aylarını çoklu evren kavramının ortaya çıkardığı problemlerle boğuşarak geçirdi.

Einstein’ın kütleçekim teorisi, karadeliklerin ve Büyük Patlama’nın merkezindeki “tekillik” karşısında çöküyor. Dolayısıyla Einstein’ın teorisine yakın ama daha derin, belki de her şeyi açıklayabilecek bir teorinin olduğunu biliyoruz.
Fizikçiler, “her şeyin teorisi” denilen bu teorinin büyük teori (Einstein’ın kütleçekim teorisi) ile küçük teoriyi (kuantum teorisi) birleştireceğini umuyor. 1974’te Stephen Hawking, karadelikleri çevreleyen olay ufkunda, evrenimize dair bazı şeyleri açığa çıkarabilecek bir şey keşfetti: Hawking radyasyonu. Hawking radyasyonu, karadeliklerin kütleçekimleri ışığın kaçmasını önleyecek kadar kuvvetli olmasına rağmen karadeliklerin parlamasına olanak veren bir fenomen. Hawking, hayatının son yılında, evrene dair mantıklı bir tahminde bulunmanın mümkün olduğu bir yer daha bulduğunu iddia etti: Büyük Patlama’nın ta kendisi.

Hawking ile Belçika’daki Leuven Üniversitesi’nden meslektaşı Thomas Hertog, aslında Hawking ile James Hartle’ın 1980’lerin başında geliştirdiği “sınırsız evren” kavramını daha sağlam bir teorik temele oturtmayı amaçlamıştı. Bu kavram, hiçbir şeyin Büyük Patlama’nın önüne geçemeyeceğini açıklamaya çalışıyordu. Hawking ve Hertog, geliştirdikleri modele göre evrenimizin bir enflasyon evresiyle oluşmuş olması gerektiğini keşfettiler. “Enflasyon” denilen aşırı hızlı kozmik genişlemenin evrenin ilk saniyesinde yaşandığı düşünülüyor. Enflasyon, günümüzün standart Büyük Patlama modelinin temel bileşenlerinden biri.

TEKDÜZE SICAKLIK

Büyük Patlama’da çok uzak yerler birbirleriyle temas halinde olmadıkları için sıcaklıklarını eşitleyecek bir ısı alışverişinde bulunmaları mümkün değildi. Buna rağmen günümüz evreninin her yerde aynı sıcaklığa sahip olmasını enflasyonla açıklamak mümkün: Evren, ısı alışverişine izin verecek kadar küçük bir boyutta hayatına başlamış, sonra hızla genişlemiş ve 13,82 milyar yıl boyunca daha yavaş genişlemeye devam ederek bugünkü büyüklüğüne ulaşmış olabilir Enflasyon, itici kütleçekim kuvvetine sahip yüksek enerjili bir vakum sayesinde gerçekleşti. İtici kütleçekim, vakumun genişleyip büyümesine yol açtı. Vakum ne kadar fazlaysa kozmik itme o kadar büyük oluyor ve vakum o kadar hızlı genişliyordu. Ancak enflasyonist vakum bir kuantum kavramıydı. Yani öngörülemezdi ve rasgele yerlerde bozunarak normal vakuma dönüşüyordu. Sürekli genişleyen bir okyanusta oluşan kabarcıkları (baloncukları) düşünün. Her kabarcığın içindeki enflasyonist vakumun enerjisi bir yere gitmek zorunda. Evrenimizin ilk anlarını düşünecek olursak bu enerji, maddeyi yaratmaya ve onu son derece yüksek sıcaklıklara kadar ısıtmaya harcandı. Böylece bir “büyük patlama” yaşandı. Bu senaryoya göre, enflasyonist vakumun her yerinde sürekli olarak büyük patlamalar yaşanıyor. Biz de böyle bir büyük patlama kabarcığının içinde yaşıyoruz.

Ancak enflasyonist vakum, harcandığından daha hızlı bir şekilde oluşuyor. Dolayısıyla enflasyon bir kere başladıktan sonra hiç bitmiyor, yani sonsuz. Bu da bir evren grubunun, yani “çoklu evren”in oluşmasına yol açıyor.

Şu ana kadar kuantum teorisiyle göreliliği birleştiren tek teorik çerçeve, sicim teorisi. Bu teori, maddenin temel yapı taşlarını aşırı küçük, titreşen kütle-enerji sicimleri olarak görüyor. Ancak sadece bir değil, en az 10500 sicim vakumu olduğu ve her birinin farklı temel parçacıklara ve kuvvetlere sahip olduğu keşfedilince, sicim teorisinden her şeyin teorisine gidilebileceği umutları darbe aldı.

Hawking ve Hertog’un yanı sıra başka bilim insanları da sicim vakumlarını sonsuz enflasyonun çoklu evrenleriyle eşitliyor. Ancak bu, kozmolojiyi akıl almaz derecede karmaşık ve neredeyse sınanamaz hale getiriyor. Hertog, “Bu nedenle çoklu evreni evcilleştirmek için yola çıktık.” diyor.

GERİYE KALANLAR

Hawking ve Hertog, Einstein’ın dört boyutlu uzay-zamandaki kütleçekim teorisinin, üç boyutlu sicim teorisine eşdeğer olduğunu düşünüyordu. Bu varsayıma dayanarak çoklu evreni daha yönetilebilir hale getirebildiler. Bu kısıtlamanın tuhaf evrenleri ortadan kaldırarak geriye sadece bizimkine benzer evrenleri bıraktığını ve çoklu evrendeki evren sayısını epey azalttığını buldular.

Şimdiye kadar teorisyenler, evrenimizde gördüklerimizi istatistiksel olarak açıklamakta zorluk yaşıyordu: Yani çoklu evrenin en yaygın evrenlerinden birinde, elektronun en yaygın görülen kütlesine veya en yaygın kütleçekim kuvvetine vb. sahip bir evrende yaşadığımızı göstermeleri gerekiyordu. Çoklu evrendeki çok sayıda evren göz önüne alındığında bu imkânsız değilse bile çok zorlu bir görev. Ancak Hawking ve Hertog, öne sürdükleri basitleştirilmiş çoklu evrende bu mantığın çok daha kolay kurulabileceğini söylüyor.

Hertog, “Çoklu evrenin diğer bölgelerini gözlemleyemesek bile bu sayede evrenimizi açıklayabiliriz.” diyor. “Bu makalemizle, sınırsız Büyük Patlama modelini kozmoloji için kestirimci bir çerçeveye dönüştürme yolunda bir adım atıyoruz.”

How It Works dergisi Haziran [2021] sayısı