Evren sonsuz ise Büyük Patlama anında evren nasıl "tekillik" halinde olabilir?

Öncelikle tekillilik konusunda “bütün Evren’in tek bir noktada olması” gibi bir yanılgı var ki bu doğru değil.

Büyük Patlama anında Evren’imizin tekillilik durumunda olup olmadığı bilinmiyor. Hatta o anda Evren’imiz sonsuz büyüklükte bile olabilir. Büyük Patlama hakkında bir kitap veya yazı okuduysanız, “Evrenimiz t1 saniyede bir golf topu büyüklüğündeydi, t2 saniyede Dünya büyüklüğüne ulaştı…” gibi cümleler okumuş olmanız mümkün. Ancak bu tarz cümlelerde Evren’in büyüklüğünden kasıt “gözlemlenebilir evrenin” büyüklüğüdür, Evren’in kendisinin değil. Büyük Patlama anının belli koşullara uyması halinde tekillilik içermesi gerektiğini gösteren bazı teoremler vardır, gelin onlardan ikisine göz atalım.

İlki, Hawking-Penrose Tekillilik Teoremleri’dir. Bu teoremlerden birine göre güçlü enerji koşulu sağlanan uzay-zaman bölgesinde tekillilik olmak zorundadır. Güçlü enerji koşulu, negatif basınçtan (tension) dolayı oluşan itici anti-kütleçekimin, enerjiden dolayı oluşan çekici kütleçekiminden daha güçlü olması durumudur ve teoreme göre eğer böyle bir koşulu sağlayan uzay-zaman alanı varsa o alan tekillilik içermek zorundadır. Bu duruma uyan iki yerin olduğu düşünülüyordu: Karadelikler ve Evren’in başlangıcı. Ancak sonradan pek çok fizik teorisinin gösterdiğine göre Evren’in başlangıç koşullarının güçlü enerji koşuluna uymadığı görüldü. Henüz doğrudan gözlemlenmeyen ancak fizikçilerin büyük çoğunluğunun doğru olduğuna inandığı Enflasyon Teorisi’nde de Evren’in başlangıcı güçlü enerji koşuluna uymaz. Bu nedenle fizikçiler artık bu teoremi ciddiye almıyorlar.

Çok daha iyi, Penrose tarafından kanıtlanmış bir teorem daha vardır. Daha iyidir çünkü sadece sıfır-enerji (null energy) koşulu kullanır. Sıfır-enerji koşulu, eğer bir alanın çevresinden geçen ışık huzmeleri o alanın kütleçekim merkezinden geçmek zorundaysa (kütle çekim merkezinden geçmeden savrulması da mümkün olabilirdi) o alanın kütleçekim merkezinin tekillilik içermesi gerektiğini söyler. Ancak bu teoremin iki sorunu vardır: sıfır-enerji koşulu kuantum mekaniği ile çelişiyor gibi gözüküyor ve uzayın herhangi bir zamanda sonsuz olduğunu varsayar ki, uzayın sonlu mu sonsuz mu olduğunu bilmiyoruz. Eğer Evren’imiz düz ise bu Evren’imizin sonsuz olduğunu gösterir fakat Evren’imiz düz değil kapalı bir evren ise bu, onun sonlu olduğunu gösterir. Evren’imizin sonlu olması okuyucu için biraz kafa karıştırıcı olabilir çünkü akla “Evren’in sınırına gelirsek ne göreceğiz?” gibi bir soru getirebilir. Evren’in kapalı olduğu topolojiler “sonlu ama sınırsız” olarak ifade edilir. Örneğin bir basketbol topunun yüzeyi böyle bir topoloji için güzel bir örnektir. Basketbol topunun yüzeyi iki boyutlu ve sonlu bir yüzeydir ancak sınırı yoktur. Bu da topun üzerinde ne kadar ilerlerseniz ilerleyin asla “yüzeyin sonu” gibi bir yer ile karşılaşmayacaksınız demektir. Topun yüzeyinde bir yönde ilerlerseniz bulunduğunuz yere geri dönersiniz. Eğer Evren’imiz sonlu ise sınırsız olacaktır, bu nedenle “Evren’in sınırı” gibi bir kavram anlamsızdır.

Günümüzde yapılan ölçümler Evren’imizin düz veya düze fazlasıyla yakın olduğunu gösteriyor. Ancak Evren’imizin bu kadar düz olabilmesi için madde ve enerji yoğunluğu parametresinin çok hassas bir değerde olması gerekir ve bu parametrenin neden bu kadar hassas değere sahip olduğunun klasik Büyük Patlama modelinde bir açıklaması yoktur. Bu nedenle bir problemdir ve bu probleme Düzlük (Flatness) Problemi adı verilir. Bu cevapta anlattığım Enflasyon Teorisi bu problemin cevabını veriyor gibi gözüküyor.