Minkowski Evreni: Çoklu Evrenlerin Matematiksel Karşılığını Doğrulayan Bir Metamalzeme!

Çoklu evrenler, uzun süredir kozmologların kafasını kurcalayan ve uzun soluklu tartışmalara sahne olabilen bir astrofizik konusudur. Çoklu Evrenler Teorisi'ne göre, evrenimiz sonsuz (ya da sonlu ama çok) sayıda evrenden sadece bir tanesidir. Çoklu evrenlerle ilgili olarak birçok farklı model bulunmaktadır ve bunların her biri şu anda halen teorik seviyede, birer hipotez konumundadırlar. Ancak çoklu evrenlerin varlığı, evrenimize dair birçok soru işaretini giderebilecek güce sahiptir ve bu nedenle felsefeden fiziğe, dinden psikolojiye, bilimkurgudan astronomiye kadar birçok alanı etkilemektedir.

Şu anda çoklu evrenlerin mümkün olduğunu düşünen fizikçiler arasında Stephen Hawking, Stephen Weinberg, Brian Greene, Alan Guth, Andrei Linde, Neil deGrasse Tyson, Michio Kaku, Max Tegmark, David Deutch, Leonard Susskind, Raj Patrhia, Sean Carroll, Alex Vilenkin ve Laura Mersini-Houghton gibi Dünyaca ünlü isimler bulunmaktadır. Ancak bunlara karşı Jim Baggott, David Gross, Paul Steinhard, George Ellis ve Paul Davies gibi isimler, çoklu evrenlerin mümkün olamayacağını veya şu anda bunu düşünmemiz için yeterli sebep bulunmadığını ileri sürmektedirler.

Ne olursa olsun çoklu evrenler, daha çok uzun süreler bilim camiasının gündemini meşgul edecek bir konu gibi gözükmektedir. Özellikle de, Maryland Üniversitesi'nden Igor Smolyaninov ve Towson Üniversitesi'nden ekip arkadaşlarının Kasım 2014'te yayımladıkları ve bir metamalzeme içerisinde çoklu evrenlerin yaratılabileceğini laboratuvar deneyiyle gösterdikleri makaleleri nedeniyle...

Metamalzemeler, doğada hiçbir şekilde bulunmayan özelliklerdeki malzemelerdir. Bu özellikleri nedeniyle, doğada sıradan bir şekilde gördüğümüz hiçbir cisim gibi davranmazlar. Örneğin metamalzemeler kullanılarak, görünmezlik pelerinleri üretebileceğimiz düşünülmektedir ve bu konuda bazı başarılı denemeler de yapılmıştır. Benzer şekilde, metamalzemelerin üretiminin ve bunlarla yapılan deneylerin, Evren'in oluşumundaki koşullarla ilgili fikir verebilmesi beklenmektedir. Çünkü oldukça detaylı olan yapıları nedeniyle bu malzemeler, bildiğimiz malzemelerin doğal süreçlerle nasıl var olduğunu açıklayabilecek ipuçları verebilirler. İşte tam olarak bu sebeple mühendisler ve fizikçiler, metamalzemelerin üretilmesi ve bunların elektromanyetik, optik, vb. özelliklerinin incelenmesi konusuna önemle eğilirler. Bu malzemeler, kozmologların geliştirdikleri teorik argümanların, pratik ispatlarının yapılması için iyi birer araçtırlar. İşte Nanomaterials dergisinde yayımlanan makalede yapılan da tam olarak budur.

Yapılan deneyde araştırmacılar, kerosen içerisinde kobalt çözeltisi hazırlayarak özel bir metamalzeme üretmişlerdir. Normalde bu çözelti tek başına bir metamalzeme üretemez. Ancak araştırmacılar, buna manyetik alan uyguladıkları zaman, ferromanyetik olan kobalt nanoparçacıklarının kendiliğinden bir araya gelerek, çok düzgün sütunlar inşa ettiklerini tespit etmişlerdir. İşte bu, doğada asla görmediğimiz bir yapıdır ve bu nedenle, bir metamalzeme olarak değerlendirilir. Peki bunun kozmoloji ya da evrenle ne alakası var diyebilirsiniz. İşin tuhaf noktası burada başlamaktadır: Uzmanlar, bu kobalt kolonları üzerine ışık gönderdiklerinde, metamalzeme içerisinde Minkowski uzay-zamanı, ya da Minkowski evrenleri denen yapılar oluşmaktadır!

Minkowski Evreni'nin en basit tanımı, klasik olarak Einstein'ın başvurduğu "bütünleşik uzay-zaman dokusu" ile yapılabilir. Newton ve sonrasında gelen fizikçilerin aksine Einstein, uzay-zamanın birbirinden ayrı boyutlar olmadığını, bütünleşik olduğunu düşünümüştür. Bu, bütün fizik yasalarını etkileyen bir varsayımdır ve günümüzde tekrar tekrar doğrulanmıştır. Bu nedenle, yapay olarak üretilen metamalzemeler içerisinde hareket eden ışığın, Minkowski Evreni kurallarına uygun davranıyor olması, kozmolojiyle ilgili önemli bulgular verecektir. Gerçekten de, yaptıkları araştırmada uzmanlar, ışığın bu malzeme içerisinde beklenen kurallara uyduğunu görmüşlerdir. Ancak araştırmayı ilginç kılan olgu, bu malzeme içerisinde Minkowski uzay-zaman düzlemi gibi davranan bölgelerin düzenli olarak dağılmadığı, tam tersine yerel olarak öbeklenmiş bazı gruplar olarak oluştuğudur. Yani metamalzeme içerisinde birden fazla noktada, bizim evrenimiz gibi davranan yerel yapılar oluşmuştur. Bu, Çoklu Evrenler Teorisi için oldukça önemli bir ipucudur.

İlk etapta bunun neden Çoklu Evrenler ile ilgili olduğu anlaşılamayabilir. Sonuçta bu metamalzeme, Evren'imiz içinde var olan bir malzemedir (yapay da olsa) ve dolayısıyla Evren'in özelliklerine uygun davranmasının gayet normal olduğunu düşünebilirsiniz. Ancak araştırmayı heyecanlı kılan nokta, Minkowski Evreni'nin çıkarımlarının yalnızca çok büyük kütleli cisimler etrafında gözlenebiliyor olmasıdır. Dikkate değer miktarda kütlesi olmayan, dolayısıyla güçlü bir kütleçekimine sahip olmayan alanlarda Minkowski Evreni'nin tanımlanması çok güçtür. Ancak araştırmada, metamalzeme içerisindeki birikimlerin dikkate değer bir kütleçekimi olmamasına rağmen, ışığın davranışları adeta Minkowski Evreni içerisindeymiş gibi değişmektedir. Bu da, büyük ölçekte baktığımızda, kendi Evren'imizin Çoklu Evrenler içerisinde sadece bir "öbek" olabileceğine dair ipuçları vermektedir: tıpkı bizim bu metamalzeme içerisinde yerel Minkowski Evrenleri'ni tanımlayabiliyor olmamız gibi, kendi Evren'imizin tümünün Einstein'ın Görelilik Teorisi dahilinde bir Minkowski Evreni gibi davranması da, Evren üstü bir doku içerisindeki çok sayıda öbekten sadece biri içerisinde yaşıyor olabileceğimize dair izlenimler uyandırmaktadır.

Bu deneyi yapabilmek için uzmanlar, kobalt miktarını öylesine seyrelttiler ki, normal şartlar altında kerosen içerisinde kobalt nanoparçacıklarının kolonlar oluşturması mümkün olamayacaktı. Fakat malzemenin kendisi kusursuz olmadığı için, içerisinde sıcaklık dalgalanmaları meydana geldi ve bu nedenle kobalt belli noktalarda öbeklenebildi. İşte bu noktalar, belli bir arkaplan malzemesi (kerosen) içerisinde meydana gelen yerel evrencikler oldu. Bu evrenlerin her birinden geçirilen ışık, tıpkı bir Minkowski Evreni içerisindeymiş gibi davrandı: Hiperbolik yapılı uzay-zaman dokusundan geçiyormuş gibi... Halbuki metamalzemenin kendisi, eliptik bir yapıdaydı, hiperbolik yapıda değil!

Dahası da var: Çoklu Evrenler Teorisi dahilindeki modellerden birçoğu, sürekli olarak var olup yok olan evrenlerden oluşan sonsuz bir yapı kurgulamaktadır. Bu evrenler-üstü doku için zaman, evrenlerin her birindeki zamandan farklıdır. Dolayısıyla o evren-üstü boyuttayken, içerisindeki evrenler (ki bunlardan birisi bizim Evren'imizdir) incelenecek olursa, sanki bir anda var olup yok olan yapılar gibi gözükecektirler. Bizim için bu Evren'de geçen milyarlarca ve trilyonlarca ve katrilyonlarca yıl, bu evrenlerin içerisine gömülü olduğu olası bir sonsuz doku içerisinde anlık olaylar olabilir. İşte metamalzemede yaratılan Minkowski Evrenleri de aynen bu şekilde davrandılar! Sürekli var olup yok olan noktacıklar olarak gözüktüler. Yani tıpkı az önce anlattığımız gibi uzmanlar, Çoklu Evrenler'in içine gömülü olduğu dokudan, evrenlerin oluşup yok olmasını inceliyor gibiydiler!

Araştırmanın 2 önemi var: Birincisi, metamalzeme üretmek çok zor bir iş; ancak burada uzmanlar, kendi kendine organize olabilen bir metamalzeme ürettiler. Dolayısıyla bu konuda önemli bir adım atıldığı söylenebilir. İkincisi ise, elbette ki, Çoklu Evrenler Modeli'ni andıran bir yapının inşa edilebilmiş olması. Bu heyecan verici keşfin tam olarak ne gibi sonuçlar doğuracağı henüz bilinmiyor. Çünkü bu malzeme içerisinde yaratılanlar, elbette "gerçek evrenler" değil; onların sadece matematiksel birer analojisi (benzerleri). Ancak deneysel olarak bu modelin doğrulanması, Çoklu Evrenler Teorisi hakkında umut verici bilgiler içeriyor olabilir. Smolyaninov, araştırmayla ilgili şunları söylüyor:

Bu metamalzeme ve yapısı, bizimkinden farklı yapılı evrenler içerisinde parçacıkların nasıl davranacağı konusunda yapılan araştırmalarda kullanılabilir. Bizim evrenimizde parçacıkların nasıl davranacağı konusunda oldukça katı denebilecek kurallar vardır. Ancak örneğin fotonların son derece yavaş hareket edebildiği bir evrencik yaratmak, oldukça ilginç olurdu.