Hiyerarşi Problemi: Evren Neden Bu Kadar, Abartılı Denebilecek Kadar Büyük?

"Neden", aslında bilim içerisinde "tehlikeli" bir sorudur. Çünkü bu soruyla sadece neden-sonuç ilişkileri sorgulanmaz, amaç-sonuç ilişkileri de sorgulanabilir. Bilim, neden-sonucu inceleyen felsefe türüdür. Amaç-sonuç, bilimle aynı kefeye konulamayacak kadar daha güvenilmez (ve çoğu zaman dayanaksız ve hatalı) olan, bilim-harici felsefe türlerinin ilgi alanıdır. Bilim içerisinde "neden" sorusu, çoğu zaman "nasıl" sorusu ile harmanlanmış haldedir. Ancak aynı zamanda Evren'de ve dolayısıyla doğada "nasıl" sorusunun cevapları, genellikle aynı zamanda "neden" sorusunun da yanıtıdır. 

Evrimsel biyolojinin "neden" sorusuna cevap verebilmek konusundaki başarısı, bunun en güzel örneğidir: Bir çitanın neden hızlı koşabilecek yapıda olduğunu, onun evrim tarihi sayesinde cevaplayabiliriz. Peki "çita" olarak tanımladığımız olgu, "hızlı" sıfatı ile tanımlanabilir olmak zorunda mıydı? Yani "çitaların özü hızlı mıdır?" Bir diğer şekilde soracak olursak: "Çitalar, evrimsel nedenlerle hızlanmışlar, evet; ancak çitalar neden hızlıdır?"

Felsefede soruların ardı arkası kesilmez ve çoğu zaman bu soruların işe yarar bir yanıtı da olmaz. Tıpkı ünlü bilim insanı Sean Carroll'ın, "Evren neden bu kadar büyük?" sorusunun cevabının, son derece basit bir şekilde "Çünkü, öyle." olabileceğini söylemesi gibi...

Evren'in nasıl bu kadar büyük olduğunu belki yanıtlayabiliriz ve belki, bu cevap aynı zamanda neden bu kadar büyük olduğuna da yanıt olur. Fakat Evren'in öz bakımından büyüklüğünün geliş kökeni, belki de hiçbir zaman cevaplayamayacağımız bir sorudur. Tabii belki de, bundan 300 sene sonra yaşayan insanların "Su donunca buz olur." gerçeği kadar basit bir şekilde bileceği bir yanıtı da vardır, kim bilir?

Bilim bu... Merakı bastırmak istiyorsak, cevapsız olabilecek/kalabilecek soruların da üzerine, veri ve mantık temelli şekilde yürümemiz gerekiyor. Gelin Carroll'un "Evren neden bu kadar büyük?" sorusuna verdiği yanıta hep birlikte bakalım. Belki yazının sonunda çok fazla yanıt bulamayacaksınız; ancak üzerinde kafa yorabileceğiniz çok daha kapsamlı ve önemli sorularla tanışmanız çok muhtemel. Buyrun:

Hiyerarşi Problemi: Evren Neden Bu Kadar Büyük?

Evren'in bir özelliği bakımından ne zaman hayrete düşsek veya bu konuda ne zaman aklımız karışsa, bunun nedeni neredeyse her zaman o konuyla ilgili olarak daha önceden sahip olduğumuz bir "ön-beklenti"dir: Evren, şu şekilde olmalıdır. Ya da, "doğal bir Evren" ancak böyle var olabilirdi. Bunlar, hep ön-beklentilerdir.. Ancak yalın bir gerçek var: Evren'in herhangi bir amacı yok. Dahası, Doğa'nın kendisinden daha "doğal" olan hiçbir şey yok! Dolayısıyla aslında çözmeye çalıştığımız soru işareti, biz insanların beklentilerinin nasıl olması gerektiğidir.

Evren, insanların ölçeğine göre büyüktür. Ancak bunun pek de bir anlamı yok. İnsanlar Evren'e göre çok küçüktür; ancak atomlara göre de çok büyüktür. Bu özelliğin son derece yalın bir nedeni vardır: karmaşık (kompleks) yapılar, sadece "ara ölçeklerlerde" var olabilirler; en büyük ya da en küçük ölçekte değil. Çünkü bu yapılar, kendilerinden daha küçük yapıların bir araya gelmesiyle oluşurlar ve kendilerinden daha büyük bir diğer yapı içerisinde yer alırlar. Bu nedenle Evren'e göre küçük, atomlara göre büyük bir ölçekte yer alıyor olmamız şaşırtıcı değildir.

Ancak sorunun aslen sorduğu bu da değildir elbet: soru, Evren'in parçacık fiziği ölçeğine göre neden bu kadar abartılı derecede büyük olduğudur. Asıl ilginç olan soru budur! Kuantum Kütleçekimi kapsamındaki ölçülebilir en küçük mesafe olan Planck Uzunluğu, 10^-35 metredir. Yani 1 metrenin trilyon kere trilyon kere trilyon katından 10 kat küçüktür. Bir atomun büyüklüğü, kabaca 10^-10 metredir. Yani 1 metrenin milyarda birinden 10 kat küçüktür. Daha bu iki ufacık sayı arasındaki fark bile baş döndürücüdür! Bildiğimiz en küçük mesafe olan Planck Uzunluğu, henüz gözlemekte bile zorlanacağımız kadar küçük olan bir atomdan trilyon kere trilyondan 10 kat daha küçüktür! İşte buna, parçacık fiziği dahilinde Hiyerarşi Problemi adı verilir. Bu problem, çok temel bir düzeyde şundan doğar: Atomların boyutları, Evren'in 4 temel kuvvetinden biri olan elektrozayıf kuvvet etkileşimlerinin neden olduğu uzunluk ölçeğiyle belirlenir. Buna karşılık Planck Uzunluğu, Newton Sabiti olarak bilinen bir sabit tarafından belirlenir. İki uzunluk ölçüsü birbirinden aşırı farklıdır ve henüz bunun sebebi bilinmemektedir. Tüm bunlara karşılık, Evren'imizin bir "ucundan" diğer "ucuna" olan mesafe 10²⁵ metredir. Yani 1 metreden 10 kere trilyon kere trilyon kat daha uzundur. Bu sayının az önceki verdiğimiz sayılara göre büyüklüğü, kelimelerle ifade edilebilir bile değildir. İşte bu nedenle, başlıktaki soruyu sormamız oldukça makuldür.

Şimdi cevaplamaya başlayalım: Cevabın bir kısmı, etrafımızdaki şeylerin "tipik" düzenlerinin (konfigürasyonlarının) fizik yasalarının bildiğimiz hallerinin boş uzaya çok yakın olmaya meyilli olmasındandır. Burada "tipik"ten kastımız, yüksek entropi (düşük düzenlilik) halidir. Bu durum, Genel Görelilik'in bir özelliğidir. Bu teoriye göre uzay dinamik yapılıdır; dolayısıyla genişleyip daralabilir. Bu nedenle, uzay içerisinde herhangi bir maddenin herhangi bir düzen halini inceleyecek olursanız, aynı maddenin çok daha geniş bir hacme yayılmış halini de tanımlayabilmeniz mümkün olacaktır. Dolayısıyla, eğer ki fizik kurallarına uymak kaydıyla, etrafımızdaki şeylerin rastgele bir grubunu seçecek olursak, bunun çok büyük bir kısmı "boş uzay" olacaktır. İşte bizim Evren'imiz de böyledir.

Ancak bununla ilgili büyük bir sorun var. İlk olarak, boş uzayın bile doğal bir uzunluk ölçüsü vardır ve bu ölçü, vakumun enerjisi olarak da bilinen Kozmolojik Sabit ile belirlenir. 1998 senesinde Kozmolojik Sabit'in sanılanın aksine 0 olmadığını keşfettik. Yine de, 0'a çok yakın ama 0 olmayan, çok küçük bir sayıydı... Bu sabitin belirlediği uzunluk ölçeği, gerçekten de Evren'imizin bugünkü uzunluğuna denktir; dolayısıyla sonucumuzun doğru olması çok muhtemel. Burada fark edebileceğiniz üzere, Kozmolojik Sabit ile uzunluk ölçeği birbiriyle ters orantılıdır: Kozmolojik Sabit ne kadar küçükse, Evren'imizin uzunluk ölçeği o kadar büyük olacaktır.

Tesadüf Problemi

Bu da, 2 soru işareti doğurmaktadır: ilki, Tesadüf Problemi olarak tanımlayabileceğimiz sorundur: Evren sürekli genişlemektedir; ancak Kozmolojik Sabit ile belirlenen uzunluk ölçeği sabittir. İyi de, bu ikisi neden tam da bugün birbirine eşittir? Bu tesadüf müdür? Biraz açalım: Evren'in uzunluk ölçüsünün Kozmolojik Sabit ile orantılı olduğunu söylemiştik. Bu orantıyı, Evren'in günümüzdeki büyüklüğüne bakarak tespit ettik. Fakat Evren hep aynı büyüklükte değildi ve asla da aynı büyüklükte kalmayacak. Giderek ve hızla genişliyor. Bu durumda, bundan 5 milyar yıl önce Evren'in uzunluk ölçüsü ile Kozmolojik Sabit arasındaki oran, bugünkü ve bundan 5 milyar yıl sonrakinden farklı olacaktır. Ancak bu, fiziksel hesaplamalarla uyuşmamaktadır. Tesadüfen, Evren'in tam da Kozmolojik Sabit'in belirlediği uzunluk ölçeğine eriştiği boyutlarda mı bizler var olduk ve fizik yapmaya başladık? Bu ne kadar muhtemel? Dolayısıyla ya müthiş bir tesadüfün eseri olarak tam da fiziksel hesapların uygun olacağı bir zaman diliminde yaşıyoruz; ya da Kozmolojik "Sabit" dediğimiz şeyle ilgili bazı sıkıntılar ve bilinmeyenler var. Henüz nihai bir cevap bulunmuyor.

Kozmolojik Sabit Sorunu

İkinci soru işareti ise, basitçe, Kozmolojik Sabit Sorunu'dur. Değindiğimiz gibi, bu sorun, Kozmolojik Sabit tarafından belirlenen uzunluk ölçeğinin, Planck ölçeğinden ve hatta atomik ölçekten neden bu kadar devasa miktarda büyük olduğu sorunudur. Ne yazık ki henüz bunlara güvenilir bir şekilde cevap verilememiştir.

Dolayısıyla "Evren neden bu kadar büyük?" sorusunun direkt cevabı, "Kozmolojik Sabit fazlasıyla küçük de ondan."dır. Bunu takiben gelecek "Peki Kozmolojik Sabit neden bu kadar küçük?" sorusunun direkt cevabı, "Kimse bilmiyor."dur.

Ancak konuyla ilgili bir diğer sıkıntı daha var. Dediğimiz gibi, etrafımızdaki şeylerin tipik düzenleri boş uzaya benzemeye meyillidir. Ancak Evren'imiz göreceli olarak boş olsa da, o kadar da "bomboş" değildir! İçerisinde, her birinin içerisinde 10⁵⁰ civarında atom bulunan yüz milyarlarca yıldızı içerisinde barındıran yüz milyarlarca galaksi bulunur. Daha kötüsü, sadece Gözlenebilir Evren içerisinde çoğu fotonlar ve nötrinolardan oluşan 10⁸⁸ civarında parçacık bulunur. Aşırı fazla sayıda parçacık! Evren'in şu andakinden "çok daha doğal" bir hali, bundan çok daha boş olmalıydı. Gerçekten de uzay genişledikçe, parçacıkların yoğunluğu hızla azalır. Yani Evren'imiz yaşlandıkça, çok daha doğal bir hale yol alıyor. Bu hal dahilinde Evren'imiz, şu andakinden çok daha boş olacak.

Bu durumda, fizik sayesinde bildiklerimizi düşünecek olursak, gerçek soru şudur: "Neden Gözlenebilir Evren içerisinde bu kadar fazla parçacık bulunmaktadır?" Aslında bu da, daha büyük bir sorunun sadece bir açısıdır: "Neden Gözlenebilir Evren içerisindeki entropi bu kadar küçüktür?" Tabii ki, Evren'in erken zamanlarında parçacıkların yoğunluğu çok daha fazlaydı ve entropi de çok daha düşüktü.

Ne yazık ki, bu soruların net yanıtları bulunmuyor.

Şimdilik.