Kozmolojik Sabit Problemi ve Onun Doğası Üzerine

Karanlık enerji,fizikle uğraşan herkesin az çok bildiği skaler bir enerji alanıdır.Bu alan,evrenin neredeyse %69'unu oluşturur ve onu her yönden genişletir.Bu alanın gerçekliği,sanal parçacıkların gerçekliğinden bir gömlek üstü bile olmamasına rağmen matematikte bu alan olmadan evrenin geometrisi dahi hesaplanamaz.Sadece matematiksel bir zorunluluk olarak ortaya çıkmasına karşın,deney ve gözlemlerle son derece uyumlu olduğu için teoride fiziksel bir gerçeklik olarak kabul edilmektedir.

$G\mu \nu =\frac{8\pi G}{c^4}T\mu \nu$

Bu,Einstein'ın evrenin statik olma durumunu ve eğimini ölçmek için yazdığı bir denklemdi.Kısaca madde ve enerji yoğunluğunun uzayın geometrisinde değişmelere neden olduğunu ve bu durumdan hareketle statik bir evren halinden söz edilemeyeceği anlaşılıyor.Eğer sonuç buysa,uzay ya büzüşmeli ya da genişlemelidir.Denklem araştırılmaya başlandığında henüz Hubble evrenin genişlediğini keşfetmemişti.Bu yüzden yoğun bir statiklik görüşü vardı.Ve bu da Einstein'ı ileride "En büyük hatam" olarak adlandıracağı o kritik terimi bulmaya yöneltti.

$G\mu \nu +\Lambda g\mu \nu =\frac{8\pi G}{c4}T\mu \nu$

Bu terim,tahmin ettiğiniz gibi Kozmolojik Sabit.Einstein bu terimi denkleme koyduğunda onu evreni tamı tamına statik bir hale getirecek şekilde ayarlamıştı.Ne yazık ki,zamanının fiziği kozmolojik dinamikler konusunda çok yeniydi.Madde ve enerji yoğunluğu sabit alınarak bu denklem yazıldı ve iç tutarlılık gösterdi.Fakat ilerleyen zamanlarda fizik,eğriliği sağlayan yoğunluğun dinamik bir yapı olduğunu gösterdi.Dolayısıyla denklem boşa düşmek durumunda kaldı,çünkü yoğunluk çok küçük bir değişim geçirse bile evren statiklik özelliğini kaybedecekti.Bu kesinlikle kabul edilemez bir tutarsızlıktı.

Kozmolojik Sabitin ortaya çıkışı kısaca böyle oldu.Hubble genişlemeyi keşfettikten sonra bu terime gerek kalmamış gibi göründü,çünkü bu değer denklemde sadece statiklik için konulmuş özel bir parametreden ibaretti.Ancak 1998 yılında karanlık enerji keşfedilince,terim tekrardan sahalara döndü.Einstein'ın denkleminin modern versiyonu şu şekildedir:

$G\mu \nu =\frac{8\pi G}{c4}(T\mu \nu madde+T\mu \nu vakum+T\mu \nu radyasyon)$

Bu üç terim,toplam enerji yoğunluğunu verir.Toplam enerji yoğunluğu da geometriyi.Kozmolojik sabit nereye gitti diye soracak olursanız,denklemde verilen vakum enerjisinin tümü aslında kozmolojik sabittir.Ya da karanlık enerji.Farklı literatürde karşılıkları olan iki aynı kavram.Fakat burada asıl önemli olan şey,kesinlikle vakum enerjisi.

Vakum enerjisi,temelde "boşluk aslında boş değildir" ilkesine dayanır.Bu ilke,boşluğun bile bir enerji yoğunluğunun olduğunu ifade eder.Bu yoğunluk,itici bir kütleçekime sahiptir.

$p=-\rho c^2$

Bunu yerine yazarsak:

$\rho +\frac{3p}{c^2}=\rho -3\rho =-2\rho$

Görüldüğü gibi basınç negatif değerde.Ve bu değerin negatif olması da genel göreliliğe göre itici kütleçekimi zorunlu kılar.Sezdiğiniz gibi bu,karanlık enerjidir.Vakum enerjisi toplam enerji yoğunluğuna bu şekilde katkı sağlar.

Kozmolojik Sabit ile alakalı az çok bilgi edindiğinize inanıyorum,şimdi başlıkta da yer alan ana fikre,Kozmolojik Sabit Problemine geçebiliriz.

Kendisi adına ne kadar çalışmalar yapılırsa yapılsın,hala Kuantum Alan Teorisi ile Genel Göreliliği birleştirecek bir denklem bulunamamıştır.Bu yüzden birçok çalışma,matematiksel olarak hala ispatlanma sürecindedir.Kozmolojik Sabit Problemi de,kendi başına bir çalışma niteliği taşımasa da,aynı sebep yüzünden çelişki ürettiği için bu sorunlara dahildir.

Genel görelilik denklemleri ile hesaplanan sonuca göre,kozmolojik sabit değeri:

$10^{-47}Ge{V}^4$

Kuantum Alan teorisine göre ise bu sonuç:

$10^{76}Ge{V}^4$

Olarak hesaplanır.Arada yaklaşık 10^120 şeklinde bugüne kadar görülmemiş büyük bir fark bulunmaktadır.Buradan sezgisel olarak çıkarılabilecek büyük bir sonuç vardır.Ölçülen pozitif enerji yoğunluğunun bir kısmı,karanlık enerjiye katkı yapmaz.Çünkü eğer yapsaydı,yani kuantum alan teorisinin öngördüğü sonuç doğru olsaydı,evren bugünkü geometrisinde olamazdı.Yine de bu kesici mekanizma henüz bilinmediği için pozitif enerji yoğunluğunun neden bir kısmının katkı yapmadığını hala bilmiyoruz.Çözüm için birçok model olsa da hala test edilme ve ispatlanabilme sürecindeler.

Bu problemin kaynağı,her ne kadar önemsiz gibi görülse de derinden bakan birkaç kişi için kesin ve net biçimde kritiktir.Doğası,şüphesiz fiziğin nihai amacı olan "Theory Of Everything" i açıklamak için biçilmiş kaftandır.Bunu çözmeye çalışırken bile,fizikte ne büyüklükte çığır açıcı gelişmeler yaşanacağı tahmin bile edilemez.

Bilimle kalmaya devam edin.