Hiçlikten Gelen Evren: Evren Yoktan Nasıl Var Oldu? Fizikçiler, "Hiç Yoktan Bir Evren" Derken Neyi Kastediyorlar?

Evren'in bilinmeyenleri hakkında ne kadar çok meraklanırsak, merakımızla ilgili yaptığımız araştırmalar, cevaplanmamış bir o kadar çok sayıda yeni soru ortaya çıkaracaktır. Evren içinde ele alacağınız herhangi bir şeyin "doğasını", yani nereden geldiğini ve nasıl ortaya çıktığını sorgulamak, sizi kaçınılmaz olarak Evren'in kendisinin nihai doğası, kökeni ve içindeki her şey hakkındaki gizemlere götürecektir.

Bunu kendiniz de deneyebilirsiniz: Ele alacağınız konu, banyonuzdaki sabunun sebep olduğu baloncuklar da olabilir, Samanyolu Galaksisi'nin ta kendisi de... "Duşa girdiğimizde neden sabun kullanıyoruz?" sorusuyla başlayacak yolculuğunuz, öncelikle sizi molekül ve atomlara, sonrasında Dünya'nın, Güneş Sistemi'nin, Güneş'in ve galaksinin oluşumuna, en nihayetindeyse Evren'in kökenlerine götürecektir.

Forbes

Eğer sonsuz neden döngüsüne girecek olursanız, bugünden başlayıp zamanda durmaksızın geriye gidebilir ve o yapının herhangi bir parçasının veya bileşeninin nereden geldiğini sorabiliriz. Aldığımız her yanıt için "Peki o nereden geldi?" diye sorabiliriz, ta ki "Bilmiyoruz (en azından şimdilik)" cevabını alana dek... Belki de "başlangıç noktası" diye bir şey yoktur? Peki o zaman varlıklar nasıl ortaya çıktılar?

Chris Blake and Sam Moorfield

O noktada nihayet durup, elimizdekileri düşünebilir ve "İyi ama, bu son vardığımız nokta nasıl ortaya çıktı? Hiçlikten gelmiş olabilir mi? Bir şeyin yoktan var olması mümkün mü?" diye sorabiliriz. Evren veya Büyük Patlama gibi bir şey nasıl hiçlikten gelebilir?

Bu soru belki de en önemli sorulardan biri, çünkü temelde sadece her şeyin nereden geldiğini değil, aynı zamanda nasıl ortaya çıktığını da sorguluyor. Bu yazıda, cevabın, bugüne kadar bilim sayesinde topladığımız parçalarını bulacaksınız.

Evren'de Ne Tür "Şeyler" Var?

Bugün, evrene baktığımızda; yaptığımız tüm gözlemler, bilinen belirsizlikler hesaba katıldığında bile, dikkate değer ölçüde tutarlı bir tabloya işaret ediyor:

• Evren'imiz antimaddeden değil, maddeden yapılmıştır.
• Her yerde ve her zaman aynı fizik yasalarına uymaktadır.
• En azından bildiğimiz kadarıyla yaklaşık 13.8 milyar yıl önce sıcak bir Büyük Patlama ile başlamıştır.
• Evren'imiz Genel Görelilik tarafından yönetilir.
• Evren genişlemektedir ve soğumaktadır.
• Evren'in çoğu karanlık enerji (%68) ve karanlık maddeden (%27) oluşmaktadır. Geri kalanını ise normal madde, nötrinolar ve radyasyon oluşturmaktadır.
• Bugün Evren'imiz galaksiler, yıldızlar, gezegenler, ağır elementler ve en azından 1 noktasında zeki ve gelişmiş yaşam formu bulundurur.

Bu yapıların hiçbiri, Evren'in ilk zamanlarında yoktu. Kozmik evrimin bir sonucu olarak, sonradan, kademeli bir biçimde ortaya çıktılar. 20. yüzyılın bilim insanları, tarihin belki de en önemli bilimsel atılımlarından biri sayesinde, Evren'imizin karmaşık yapılardan yoksun ve yalnızca hidrojen ve helyumdan oluşan, çoğunlukla tek tip bir Evren'den, bugün gözlemlediğimiz yapı bakımından zengin bir Evren'e nasıl geçtiğinin zaman çizelgesini yeniden oluşturmayı başardılar.

Peki tüm bunlar, hiçlikten gelebilir mi? Bir bakalım.

Forbes

Hiç Yoktan Evren Yaratmak İçin Ne Gerekir?

Bugün sahip olduğumuz yaşam, periyodik tablodaki atomlardan oluşan karmaşık moleküllerden geliyor: Bu elementler, bugün Evren'de sahip olduğumuz normal maddenin tamamını oluşturan ham maddelerdir. Evren, bu atomlarla doğmadı; bunun yerine, yıldızların çekirdeğinde yaşanan nükleer reaksiyonlar sayesinde var olduklar. Bu da tek bir yıldızın içinde yaşanmadı; çok sayıda yıldız nesli boyunca elementlerin adeta "dövülmesi" ve birbirine yüksek basınç ve sıcaklık altında kaynaması gerekti. Bu olmadan, gezegenler, kompleks kimya ve dolayısıyla yaşam var olamazdı.

Forbes

Modern yıldızlar ve galaksilerin oluşması için ihtiyacımız olan şartlar şunlar:

• Kütleçekimi, küçük galaksi kümelerini ve yıldızları birbirine çeker, böylece daha büyük galaksiler ve yeni yıldızlar oluşabilir.
• Bunun olabilmesi için, kütleçekimsel büyümeden kaynaklı kütle öbekleri olması gerekir.
• Bunun olabilmesi için, karanlık madde halelerinin erkenden oluşması gerekir (çünkü bu, yıldız oluşumu sırasında maddenin intergalaktik ortama geri saçılmasını önler).
• Bunun olabilmesi için, normal madde, karanlık madde ve kozmik mikrodalga artalan ışıması dediğimiz radyasyon, sıcak Büyük Patlama sırasında oluşan elementler ve onların içinde gördüğümüz bolluk/örüntüler arasında uygun dengenin olması gerekir.
• Bunun olabilmesi için, başlangıçtaki tohum çalkalanmalarının (yoğunluk kusursuzluklarının) kütleçekimsel nedenlerle bu yapılara dönüşmesi gerekir.
• Bunun olabilmesi için, bu kusursuzlukların bir şekilde oluşması gerekir (ve tabii karanlık madde ve başlangıçtaki normal maddenin de oluşması gerekir).

Anlayacağınız bu yoğunluk kusursuzlukları, karanlık madde ve normal madde; bugün gözlemlediğimiz Evren'i meydana getirmek için Büyük Patlama'nın ilk aşamalarında gerekli olan üç temel bileşendir. Elbette fizik yasalarını, uzay-zaman dokusunu ve madde-enerji ilişkisini de bu temel bileşenlere eklemek gerekebilir.

Yani kısacası bir evreni yoktan var etmek için bir şekilde bu bileşenlerin oluşmasına (veya bunları oluşturacak bir mekanizmaya) ihtiyacımız vardır.

Forbes

Başlangıçtaki Bileşenler Nereden Geldi?

Antimaddeden daha fazla madde elde etmek için, Evren'in çok erken dönemlerine, fiziğimizin çok belirsiz olduğu zamanlara dönmeliyiz.

Bildiğimiz fizik yasaları, madde ve antimadde açısından simetriktir; yani yarattığımız veya gözlemlediğimiz her reaksiyon, madde ve antimaddeyi yalnızca eşit miktarlarda ortaya çıkarabilir veya yok edebilir.

Ancak Evren'imiz, hem maddenin hem de antimaddenin bol miktarda yaratılabileceği inanılmaz derecede sıcak ve yoğun bir durumda başlamasına rağmen, başlangıçta böyle bir asimetri olmamasına rağmen bir noktada bir madde/antimadde asimetrisi yaratmanın bir yolunu bulmuş olmalıdır.

Bunu başarmanın birçok yolu mevcuttur. Hangi yolun gerçekleştiğini kesin olarak bilmesek de bu yolların 3 tane ortak noktası vardır:^{[1], [3], [4]}

1. Genişleyen, soğuyan bir Evren sırasında doğal olarak ortaya çıkan bir dizi dengesiz koşullar (İng: "out-of-equilibrium"),
2. Standart Model'in sphaleron etkileşimleri yoluyla izin verdiği (ve Standart Model'in ötesindeki senaryoların ek yollarla izin verdiği) baryon sayısını ihlal eden etkileşimler oluşturmanın bir yolu,
3. Yeterince büyük miktarlarda madde/antimadde asimetrisi yaratmak için yeterli C ve CP ihlali oluşturmanın bir yolu.

Standart Model bu bileşenlerin üçüne de sahip; ancak yeterli miktarda değil. Madde ve antimadde açısından simetrik bir evreni "hiçbir şeyi olmayan bir evren" olarak düşünürseniz, nasıl olduğundan henüz tam olarak emin olmasak da, Evren'in yoktan bir şeyler ürettiği neredeyse garantili olarak söyleyebiliriz.

Forbes

Benzer şekilde, karanlık madde üretmenin de birçok yolu vardır. Kapsamlı testler ve araştırmalardan biliyoruz ki, karanlık madde tanım olarak her ne olursa olsun, Standart Model'de bulunan herhangi bir parçacıktan oluşamaz. Ayrıca karanlık maddenin gerçek doğası da ne olursa olsun, şu andaki bilgimizin ötesinde yeni bir fizik gerektirmektedir. Ancak aşağıdakiler de dahil olmak üzere, Evren'de karanlık madde oluşturmanın birçok yolu vardır:

• Evren'in ilk zamanlarında termal olarak oluşup, sonrasında tamamen yok olamayıp, geri kalan parça sabit kalmasından (en hafif süpersimetrik parçacığı veya Kaluza-Klein parçacığı gibi),
• Evren genişledikçe ve soğudukça kendiliğinden meydana gelen, büyük parçacıkları kuantum boşluğundan koparan bir faz geçişinden (örneğin axion),
• Bilinen (yani steril) nötrinolarla karışabilen yeni bir nötrino formu olarak veya atomik olmayan nötrinolara ek olarak var olan ağır bir sağ-elli nötrino olarak,
• Ultra kütleli bir parçacığın (örneğin bir WIMPzilla) ortaya çıkmasına neden olan tamamen kütleçekimsel bir fenomen olarak.

Evren karanlık madde yokken de gayet iyi çalışıyor gibi görünürken, neden bugün Evren'imizde karanlık madde var? Başka bir şey kullanmayacaksak, bu maddeyi üretmenin bütün yolları enerji gerektiriyor. Peki, enerji nereden geldi?

Forbes

Fizikçiler "Hiç Yoktan Bir Evren" Derken Neyi Kastediyorlar?

Belki de tüm bunlar, Evren'in Büyük Patlama öncesi kökenlerine ilişkin en önde gelen teorimiz olan kozmik enflasyona göre, gerçekten de yoktan var olmuştur. Bu biraz açıklama gerektirir ve fizikte sıklıkla "hiç yoktan bir evren" derken kastedilen de budur (meşhur "Hiç Yoktan Bir Evren" başlıklı kitapta da bu şekilde kullanılmıştır)

Büyük Patlama'nın ilk aşamalarını hayal ettiğinizde, inanılmaz derecede sıcak, yoğun, yüksek enerjili ve neredeyse tamamen tek tip bir şey düşünmeniz gerekir. "Bu nasıl ortaya çıktı?" diye sorduğumuzda iki seçeneğimiz var.

1. Evren, başlangıç koşulları dediğimiz bu özelliklerle doğdu ve başka bir açıklaması yok. Teorik fizikçiler, bu yaklaşımı "vazgeçmek" olarak değerlendirmektedir.
2. Teorik fizikçilerin en iyi yaptığı şeyi yapabiliriz: Başlangıç koşullarını açıklayabilecek, standart açıklamalardan farklı ve somut tahminler ortaya koyabilecek, eldeki teorinin tahminlerini de kapsayacak ve ardından kritik parametreleri ölçmeye çalışacak, yeni bir teorik mekanizma ileri sürebiliriz.

Kozmik enflasyon teorisi, bu ikinci yaklaşımı benimsemenin bir sonucu olarak ortaya çıktı ve Evren'imizin nasıl oluştuğuna dair anlayışımızı kökünden değiştirdi.

Forbes

Evren'in şu anki soğuk ve genişleyen doğasını geri sarıp, başlangıcına doğru gittiğimizde, giderek daha sıcak ve daha yoğun bir başlangıca ulaşıyoruz. Bunu 0 anına kadar götürürsek, nihayetinde sonsuz sıcak ve sonsuz yoğun bir tekilliğe ulaşıyoruz. Bu, Büyük Patlama'nın geleneksel ve artık pek de kabul görmeyen bir yorumudur. Kozmik Enflasyon Teorisi, Evren'i sonsuz bir tekilliğe geri döndürmek yerine, şöyle der:

Belki de Büyük Patlama öncesinde, uzay-zamanın dokusunda inanılmaz büyük bir enerji yoğunluğu olan bir dönem vardı ve bu, Evren'in amansız (enflasyonist) bir şekilde genişlemesine neden oldu ve bu enflasyon sona erdiğinde, bu enerji maddeye, antimaddeye ve radyasyona dönüşerek bizim bugün sıcak Büyük Patlama dediğimiz şeyi yarattı; yani Büyük Patlama, enflasyon döneminden arta kalan şeydir.

Evren'in başlangıcının bu ürpertici detaydaki özeti; sadece her yerde aynı sıcaklığa ve uzamsal düzlüğe sahip; ancak varsayımsal bir büyük birleşik çağdan arta kalan kalıntılara sahip olmayan bir Evren yaratmakla kalmaz, aynı zamanda gözlediğimiz belirli bir tür ve tohum (yoğunluk) dalgalanmaları spektrumunu da başarıyla öngörür. Bu açıklamaya göre doğal bir süreç, tamamen boş olan ("boş ama alan enerjisiyle dolu") uzaydan, bugünkü yapı bakımından zengin Evren'imizi yarattı.

Evren'in hiçbir şeyden var olmasının en olası yolu bu. Fakat bu açıklama herkesi tatmin etmiyor.

Forbes

Fiziksel Hiçlik vs. Felsefi Hiçlik

Çoğu insan için; fizik yasaları, temel sabitler ve alan enerjisiyle birlikte uzay-zamanın var olduğu bir Evren, aslında "hiçlik" değildir. Ne de olsa uzayın dışında bir yer hayal edebiliyoruz; zamanın sınırlarının ötesinde bir an; onları sınırlayacak fiziksel gerçekliği olmayan bir dizi koşul... Bu tasavvurlar (bu fiziksel gerçeklikleri gerçek hiçliği elde etmek için ortadan kaldırmamız gereken şeyler olarak tanımlarsak) kesinlikle geçerlidir, en azından felsefi olarak...

Ama felsefi hiçlik ile fiziksel hiçlik tanımı arasındaki fark budur. "Hiçbir şeyin" bilimsel olan 4 farklı tanımı vardır ve bunların her biri, kullandığınız bağlama göre geçerlidir:^[2]

1. Merak ettiğiniz "şey"in olmadığı zaman.
2. Boş, fiziksel alan.
3. Mümkün olan en düşük enerji durumunda boş uzay-zaman.
4. Tüm Evren'i ve onu yöneten yasaları elinizden aldığınızda geriye kalan her neyse, o.

İlk iki tanımı kullanırsak kesinlikle "yoktan bir Evren" elde ettiğimizi söyleyebiliriz; üçüncüyü kullanırsak bunu yapamayız ve ne yazık ki dördüncüyü kullanırsak ne olacağını söyleyecek kadar bilgimiz yok. Evren'in dışında ve fizik yasalarının ötesinde neler olduğunu açıklayacak bir fiziksel teori olmadan, "gerçek hiçlik" kavramı, fiziksel olarak kötü tanımlanmış bir kavram olmaktan öteye gidemez.

Forbes

Sonuç

Fiziksel bağlamda, "mutlak hiçliği" anlamlandırmak imkansızdır. Örneğin uzay-zamanın dışında olmak ne demektir? Uzay-zaman, bir hiçlikten nasıl doğabilir? Uzay-zaman, kendisinin noksanlığında "bir yer"den ve "bir zaman"dan bahsetmek mümkün değilken, nasıl olur da bir yer ve bir zamanda ortaya çıkabilir? Alanları ve parçacıkları, yani kuantumu yöneten kurallar nereden geldi?

Bu düşünce çizgisi; uzayın, zamanın ve fizik yasalarının sonsuz olmadığını varsayar. Ama bunlar, sonsuz olmalıdır. Bunun aksini söyleyen herhangi bir teorem veya kanıt, onları uygulayacağımız koşullarda sağlamlığı test edilmemiş varsayımlara dayanır.

"Hiçbir şey"in fiziksel tanımını kabul ederseniz, Evren, hiçlikten doğmuş gibi görünüyor. Ama fiziksel kısıtlamaları geride bırakırsanız, o zaman nihai kozmik kökenlerimizle ilgili her şey ortadan kalkar.

Ne yazık ki enflasyon, doğası gereği, Evren'imizde önceden var olan bir durumdan kalabilecek tüm bilgileri siler. Hayal gücümüzün sınırsız doğasına rağmen, yalnızca fiziksel gerçekliğimizi içeren testlerin bilgi verebileceği konular hakkında sonuçlara varabiliriz. "Mutlak hiçlik" kavramı da dahil olmak üzere, başka herhangi bir düşünce ne kadar mantıklı olursa olsun, bu yalnızca zihnimizin bir kurgusundan ibaret kalacaktır.