Gökkuşağı Kütleçekimi Teorisi: Ya Evren'in Bir Başlangıcı Yoksa?

Ya evrenin hiç başlangıcı yoksa ve zaman, Büyük Patlama ile evren var olmadan öncesinde, sonsuza kadar "esniyorsa"? Bu, kütleçekiminin, ışığın farklı dalgaboylarında uzay-zaman üzerindeki etkilerinin farklı hissedilmesinden ötürü "gökkuşağı kütleçekimi" adı verilen bir olguya dayanıyor. 

Gökkuşağı kütleçekimi 2000'li yılların başında çok büyük cisimlerin dünyasını konu edinen genel görelilik ile çok küçük cisimlerin dünyasıyla ilgilenen kuantum mekaniği arasındaki vadiyi doldurmak amacıyla ileri sürüldü. Bu teori, kuantumun kütleçekim üzerindeki etkilerini tam olarak açıklayan bir teori değil ve genelgeçer olarak kabul edilmiyor da... Yine de şimdi, fizikçiler bunu evrenin nasıl başladığı sorusu üzerine uyguladılar ve "gökkuşağı kütleçekimi" etkisinin doğru olduğunu gösterdiler. Bu durum, uzay ve zamanın, Büyük Patlama Teorisi'nin çizdiğinden çok daha farklı kökenleri olabileceğini düşündürüyor.

Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı'na göre devasa nesneler uzay-zamanı ve ışık da dahil olmak üzere, onun içerisinde hareket eden her şeyi bükerler ve eğik bir yol izlemelerine neden olurlar. Standart fizik, bu eğik yolun, uzay-zamanda hareket eden cisimlerin enerjisinden bağımsız olması gerektiğini söyler. Ancak gökkuşağı kütleçekimine göre, enerji yolu etkiler. Mısır'daki Zewail şehrinde bulunan Teorik Fizik Merkezi'nden olan ve Journal of Cosmology and Astroparticle Physics dergisinde konuyla ilgili makalesi yayımlanan Adel Awad şunları söylüyor:

Farklı enerjili parçacıklar, farklı uzay-zaman görürler, dolayısıyla farklı kütleçekim alanlarını deneyimlerler.

Işığın rengi, onun frekansı ile belirlenir ve farklı frekanslar, farklı enerjiler demek olduğu için, farklı renklerdeki ışık parçacıkları (fotonlar), uzay-zaman içerisinde az da olsa farklı yollar izlerler. Bu yolları, enerji düzeyleri belirler.

Genellikle bu etkiler çok küçüktür, dolayısıyla yıldızlar ve galaksilere yönelik yapılan gözlemlerde bu etkiler neredeyse asla görülmez. Ancak örneğin gama ışını patlamaları adı verilen yıldızsal patlamalar gibi devasa enerjiler söz konusu olduğunda, bu farklar tespit edilebilir. Bu patlamalardan yayılan farklı dalgaboyları, milyarlarca ışık yılı boyunca uzay-zamanda ilerledikten sonra, Dünya'ya az da olsa farklı zamanlarda ulaşırlar. Roma'da bulunan Roma Sapienza Üniversitesi'nde fizikçi olan ve bu fenomenin olabilirliği üzerine çalışan Giovanni Amelino-Camelia şunları söylüyor:

Şimdilik, bunun olduğuna dair sonuca varmamıza yetecek kadar delil bulunmuyor. Ancak modern gözlemevleri, bu tür etkileri ölçmek açısından giderek artan bir hassaslık kazanıyorlar ve gelecek yıllarda da gelişecektirler.

Gökkuşağı kütleçekiminin etkilerini önemli kılacak düzeydeki enerjiler, günümüzde çok az olsa da, erken evren döneminde baskın bir şekilde bulunuyordu. Bu da, her şeyin bugüne kadar düşündüklerimizden farklı bir şekilde başlamış olabileceğini düşündürüyor. Awad ve arkadaşları, gökkuşağı kütleçekiminin iki farklı yaklaşımına dayanarak, evrenin başlangıcıyla ilgili iki farklı senaryo üzerinde duruyorlar.

Bir senaryoya göre, eğer ki zamanı geriye doğru takip edecek olursanız, evren giderek yoğunlaşacaktır ve sonunda sonsuz yoğunluğa doğru gidecektir; ancak asla sonsuz değere ulaşamayacaktır. Öteki senaryoya göreyse, yine evrenin çok yüksek bir yoğunluğu vardır; ancak bu defa bu yoğunluk değeri sonsuz değil, sonludur. Yani bu senaryoya göre, çok yüksek bir yoğunluk değerinde, evrenin başlangıç yoğunluğu sabitlenecektir. İki senaryoda da, tekillik [singülarite: noktasal hacimde, sonsuz kütle, yani sonsuz yoğunluk] bulunmamaktadır: yani evren asla sonsuz yoğunluğa ulaşmaz. Ki bu da, Büyük Patlama'nın olmamış olabileceği anlamına gelir. Awad şunları söylüyor:

Bu, elbette ki, ilginç bir sonuçtur. Çünkü birçok kozmolojik modelde, singülarite (tekillik) bulunmaktadır.

Bu sonuç, evrenin belki de hiçbir zaman bir başlangıcı olmadığını göstermektedir. Bunun yerine zaman, sonsuza kadar geri takip edilebilir.

Ancak tabii ki bu senaryoların gerçeği yansıttığı sonucuna varmak için henüz çok erkendir; yine de bu sonuçlar, ilgi çekicidir. Araştırmada yer almayan ancak kütleçekiminin kuantum teorisi üzerine araştırmalar yapan Amelino-Camelia şunları söylemektedir:

Bu makale ve benzer birkaç diğer makale, bu fikrin kozmolojide haklı bir yeri olduğunu gösterebilir, bu da beni yüreklendiriyor. Kuantum kütleçekiminde, gökkuşağı kütleçekimi olarak adlandırabileceğiniz özelliğe dair giderek artan örnekler bulmaktayız. Bu durum, giderek dikkat çeken bir hal alıyor.

Ancak bu konsepti eleştirenler de var. Nordik Teorik Fizik Enstitüsü'nden Sabine Hossenfelder şunları söylüyor:

Bu modelin gerçekle herhangi bir ilişkisi olduğunu hiç sanmıyorum. Büyük Patlama singülaritesinden uzak durmanın tek yolu bu fikir değil. Ayrıca problem, singülariteyi kaldırmakla ilgili değil. Problem, genel göreliği tutarlı bir şekilde modifiye edebilmekle ilgili. Bu sayede, hem genel göreliğin başarılarını koruyup, hem de parçacık fiziğinin standart modelini içerebilecek bir teoriyi üretmek...

Ontario'da bulunan, "gökkuşağı kütleçekimi" fikrini ilk defa Imperial College London'dan Joao Magueijo ile birlikte ileri süren, Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü'nden Lee Smolin ise şunları söylüyor:

Benim aklımda gökkuşağı kütleçekimi çok daha büyük bir fikir olan göreli lokalitenin sadece bir parçasıdır. Göreli lokaliteye göre, farklı uzay-zaman konumlarındaki gözlemciler, bir olayın nerede gerçekleştiğine bağlı olarak bir uzlaşmaya varamayacaklardır. Bir diğer deyişle, lokasyon da görelidir. Göreli lokalite, aynı fikri anlamanın daha derin bir yoludur. Awad ve arkadaşları tarafından yayımlanan makale ilgi çekicidir, ancak bu sonuçlara inanmadan önce, onları göreli lokalite dahilinde yeniden yapmak ve yeniden test etmek isterim. Yazarların yazdığı ama farkında olmadığı sebeplerle, bulguları göreli lokalite açısından sorunlu olabilir.

Gelecek yıllarda araştırmacılar, gama ışını patlaması ve diğer kozmik fenomenlerde gökkuşağı kütleçekiminin etkilerini analiz etmeyi umuyorlar. Eğer ki bulurlarsa, evrenimizin sandığımızdan daha "renkli" bir geçmişi olduğu anlaşılacak.