Solucan Deliği Nedir? Einstein-Rosen Köprüsü Gerçek mi?

Solucan deliği, Evren içinde çok uzak mesafeler arasında hızlıca yol kat edebilmeyi sağlayan, uzay-zaman dokusunun farklı noktalarını birbirine bağlayan teorik tünellerdir. Solucan delikleri, evrendeki en iyi kestirme yollardandır. Bu tam anlamıyla doğrudur çünkü teorik şeyler evrenin (hatta farklı evrenlerin) uzak köşelerini birbirlerine bağlayabilir ve yolcunun aradaki her yeri ziyaret etme zorunluluğu olmadan bir yere gitmesine izin verebilir.

Solucan delikleri ayrıca yazarlar (ve film senaristleri) için son derece sinir bozucu bir doğa yasası ve evrensel hız limiti olan ışık hızından kurtulmak için harika bir kurgusal araçtır; çünkü kitap ve filmlerindeki karakterleri gerçekte milyonlarca yıl sürecek yolculukları kısa bir sürede alabilirler ve böylece kitapların ve filmlerin %99.999'u yolculuğun kendisiyle geçmek zorunda kalmamış olur.

Ama ufak bir sorun var: Şu ana kadar bir solucan deliğinin varlığı ispatlanmış değildir; dahası, bırakın gerçekten var olup olmadıklarını, bir solucan deliğinin teorik olarak var olmasının mümkün olup olmadığı bile tartışmalıdır. Yani bilim insanları, bir solucan deliğinin gerçekten var olabileceği konusunda hemfikir değillerdir.

Solucan Deliklerinin Tarihi

Solucan delikleri ilk olarak 1916 yılında Ludwig Flamm tarafından ileri sürülmüştür. Flamm, Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi denklemlerini elden geçirirken, ak delik adını verdiği, kara deliklerin tam tersi özellikteki bir gök cisminin teorik olarak mümkün olabileceğini fark etmiştir. Bir ak delik ile bir kara delik arasında bir köprü kurulabileceğini düşünmüştür.

1935 senesinde Albert Einstein ve Nathan Rosen, Genel Görelilik Teorisi'ni kullanarak bu fikri genişletmişlerdir ve Einstein-Rosen Köprüsü adı verilen solucan deliği teorisini geliştirmişlerdir. İkili ayrıca, uzay ve zamanın temelde birbirine bağlı olduğunu, solucan deliğinin içinden seyahat etmenin bizi sadece uzak bir yere götürmeyeceğini, bizi başka bir zamana bile götürebileceğini gösterdi.

Elbette Einstein-Rosen Köprüsü'nün bir solucan veya açtığı delik ile hiçbir ilgisi yok. Bu, sadece bir benzetme. Ve iyi bir benzetme, çünkü Görelilik Teorisi'nde karşımıza çıkan uzayın eğriliği ve kuvvet çizgileri gibi şeyler birçok insana pek bir anlam ifade etmeyecektir. Fakat bir elmanın veya bir kalasın içini yiyerek hareket eden bir solucanı kim hayal edemez? Oluşan tünel, yüzeyin bir parçasını bir diğer uzak mesafeyle birleştiren tünel, evrenin uzak köşelerini birbirine birleştirebilecek bir şey için harika bir benzetme.

Solucan deliklerinin bilim kurguda çok popüler olmasına şaşmamalı. Gerçek hayatta, ışık hızı yolun sonudur: Kütleli hiçbir şey daha fazla hızlanamaz. Bu demektir ki Güneş ışığı, Plüton'a 5 saatten fazla ve diğer yıldız sistemlerine de yıllar süren yolculukla ulaşıyor.

Solucan delikleri, Einstein'ın hız limitini aşmak ve kahramanların ve kötü adamların makul süreler içinde galaksiyi seyahat etmeleri için mükemmel bir yoldur. Ayrıca zaman yolculuğu unsurunun, hikayeye hiçbir fizik kuralını çiğnemeden dahil olmasını da sağlar. Ancak Oregon Üniversitesi'nden Stephen Hsu şöyle diyor:

Solucan Deliği Teorisi, şu anda tamamen hipotetik bir noktadadır. Fizik dünyasında kimse, yakın gelecekte bir solucan deliği keşfedeceğimizi düşünmüyor.

Solucan Deliği ile İlgili 3 Temel Gerçek

Teorik fizikçi Brian Greene, onlarla ilgili 3 temel şeyi bilmemiz gerektiğini söylüyor:

1. Tıpkı bir tünelin, dağın iki tarafını birbirine bağlayarak yolu kısaltması gibi, solucan delikleri de Evren içerisinde kısayollar yaratırlar. Tıpkı dağdaki bir tünelden geçmek, sizi dağın tepesine çıkıp geri inip veya etrafından dolaşıp arkasına ulaşmak gibi bir zaman kaybına engel olduğu gibi, bir solucan deliğinden geçmek de sizi uzay-zaman dokusunda gerek konumsal uzay (en-boy-yükseklik), gerekse de zaman bakımından kaybınız olmaksızın, normalde kolay kolay ulaşamayacağınız noktalara kolayca ulaşabilmenizi sağlarlar.
2. Solucan delikleri Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi sayesinde mümkün olmuştur. Yani teorik bir temelde mümkündür. Ancak gerçekte var olup olmadıklarına dair kimsenin en ufak bir fikri yoktur. Ama ola ki varlarsa, kendi üzerlerine çökmemeleri için yapılarının çok özel (egzotik) bir madde formuyla kaplı olması gerekir. Yoksa, teorik olarak mümkün olsalar da, sırf malzeme hatasından ötürü pratik olarak var olamazlar. Dolayısıyla bunun fiziğin oldukça spekülatif bir sahası olduğunu biliniz.
3. Eğer ki solucan deliklerinin iki ağzı birbirinden farklı hareketlere sahipse ve farklı kütleçekim alanları dahilindeyse, Einstein'ın Özel/Genel Görelilik Teorisi devreye girer ve "tünelin" iki ucunun senkronizasyonunun bozulmasına neden olur. İşte bu sebeple solucan deliğinin iki ucu, birbirinden farklı zamanlar içerisinde yer alır. Bu da, zaman yolculuğunu mümkün kılabilir.

Solucan Delikleri ile İlgili Problemler

Solucan delikleriyle ilgili en büyük problem, boyut sorunudur. Yeni kurulan bir solucan deliğinin boyutu 10^-33 santimetre kadar ufak olmalıdır. Ancak Evren'in genişlemesine bağlı olarak bu delik de giderek büyümüş olabilir.

Diğer büyük problem, solucan deliğinin denge durumu problemidir. Bir solucan deliği açılabilecek olsa bile, inanılmaz hızlı bir şekilde kendi üzerine çökmesi beklenmektedir. Buna yönelik bazı çözüm önerileri ileri sürülmüşse de, bu çözümler de henüz keşfedilememiş negatif yoğunluğa ve büyük bir negatif basınca sahip egzotik parçacıkların var olmasını gerektirmektedir. Eğer bu parçacıklara Evren'de rastlanırsa, solucan delikleri de daha olası bir hale gelebilir.

Eğer ki bu şekilde egzotik parçacıklar varsa, kuantum alan teorisine göre bu parçacıkların uzay-zaman düzleminde bilgi veya yolcu taşıması mümkün olabilirdi. Tabii insanların böyle bir yolculuktan sağ çıkabilmesi de büyük bir problem; ancak şu anda bu kadar ileri düzey bir problemden söz etmiyoruz bile.

Solucan Deliklerinin Tespiti, Kuantum Metroloji ile Mümkün Olabilir mi?

Metroloji, ölçüm bilimine verilen isimdir. Günümüzde kullandığımız uzaklık biriminin, kütle biriminin, zamanın birimi olan saniyenin ve akla gelen diğer bütün birimlerin tanımı metroloji bilimini çalışan insanlar sayesinde yapılır. Aslında oldukça önemli ve temel bir araştırma alanı olan metroloji, bilim dünyasındaki pek çok şeyi belirler. Öyle ki, solucan deliklerinde bile karşımıza çıkıyor.

Kuantum Metroloji Nedir?

Bilimsel çalışmaların deney ve ölçüm aşamasında önemli ölçüde istatistiksel hata payı çıkar. Bu hata payı, dışarıdan bakıldığında oldukça küçüktür. Mesela bir ölçüm 1 milyonda 1 hata ile sonuçlanmış olabilir. Ancak bu çok küçük hata payları, deneylerin sonucunu ciddi ölçüde etkiler! Kuantum metroloji, kuantum mekaniksel özellikleri kullanarak, istatistiksel hata paylarını daha da küçültmeyi hedefler. Kuantum metroloji ile yapılan deneyler, klasik fizik çerçevesinde yapılan deneylerden çok daha hassas sonuçlar ortaya koyar.

Yani kuantum metroloji; ölçümlerde ve deneylerde elde edilen istatistiksel hata paylarını, kuantum dolanıklık ve kuantum sıkıştırma gibi kuantum mekaniksel özellikler yardımıyla azaltarak son derece hassas ölçümler yapmayı hedefleyen bilim dalıdır.

Wikimedia Commons / Türkçe: A. Mert Turaçlar

İşte solucan deliklerinin gerçekliğinin ispatında da kuantum metrolojiden faydalanmak mümkün olabilir. Solucan deliklerinin ispatına yönelik çalışmalarda çoğunlukla klasik teoriler kullanılır ve kuantum dolanıklık, kuantum sıkıştırma gibi özelliklere başvurulmaz. Ne yazık ki bu çalışmalar ile yapılan gözlemlerden henüz bir sonuç alınabilmiş değildir. Eğer yeni yapılacak gözlemlerin teorisinde, kuantum metroloji kullanılırsa, solucan deliklerini ispat etme konusunda önemli adımlar atılabilir. Kuantum metroloji yöntemleri kullanışlı olduğunu aslında pek çok defa kanıtlamıştır: atomik saatlerin çalışmasında ve kütleçekim dalgalarının tespitinde kullanılan yöntemlerde kuantum metroloji önemli yer kaplar.

Kuantum Metroloji Solucan Deliklerinin İspatına Yönelik Çalışmalarda Nasıl Kullanılır?

Solucan deliğinin yakınlarında yayılım yapan bir elektromanyetik alan, bulunan solucan deliğinin boğaz (İng: "throat of a wormhole") yarıçapının sebep olacağı çok küçük bir faz kayması yaşayacaktır. Faz kayması yaşayan elektromanyetik alan içerisinde, teoriye göre, eski faza ve yeni faza sahip dalgalar, uzay-zaman dokusunda var olacaktır. Kuantum metroloji ve lazer teknolojisi sayesinde elektromanyetik dalgalar arasındaki etkileşimler tespit edilebilir, peki ama nasıl?

2034 yılında uzaya yeni bir uzay anteni fırlatılacak: LISA. Yörüngeye fırlatıldıktan sonra deneylere başlaması planlanan LISA (Lazer İnterferometre Uzay Anteni), öncelikle LIGO deneyi ile keşfedilen kütleçekim dalgalarını çalışacak. Fakat aynı anten, solucan deliklerinin tespitinde de kullanılabilir.

LISA, içerisinde, farklı fazlara sahip elektromanyetik dalgaların girişimlerini tespit edebilecek bir teknoloji barındırıyor. Bu teknolojiye lazer interferometresi adı verilmektedir. Solucan deliği köprüsünün sebep olduğu faz değişmeleri sonucunda oluşan farklı fazdaki dalgalar, girişim gerçekleştirirse, bu girişimler, LISA tarafından tespit edilebilecektir. Eğer bu tespit yapılırsa, solucan deliklerinin varlığı ispatlanabilir!

Sonuç

Solucan delikleri, fizik ve bilim dünyasında oldukça tartışmaya sebep olan bir konu. Çünkü bazı bilim insanları, solucan deliklerinin teorik olarak bile varlığının mümkün olmadığını savunuyor. Bu tartışmayı sonlandırabilecek tek bir şey var o da deneysel ispat. Bu noktada da devreye kuantum metroloji giriyor: klasik fizik ile yapamayacağımız solucan deliği çalışmalarında kuantum metrolojiyi ve sunduğu teknolojik imkanları kullanarak sonuç alabiliriz

Yıllarca süren araştırmalar rağmen, bilim insanları hala solucan deliklerinin nasıl çalıştığından emin değiller. Herhangi bir teknoloji onları yaratabilir ve kontrol edebilir mi yoksa onlar sadece evrenin birer parçası mı? Sonsuza denk açık kalıyorlar mı, ya da yalnızca kısıtlı süre için mi seyahat etmeye izin veriyorlar? Ve belki de en önemlisi, insanların seyahat etmesi için yeterince kararlılar mı?

Bütün bu soruların cevabı: Bilmiyoruz.

Solucan deliklerinin ispatını yapmak (yapılabileceğini varsayarsak) için en azından 2034'e kadar LISA'yı bekleyeceğiz gibi görünüyor. Fakat bu bekleyiş, bizim için bir dezavantaj değil avantaj! Her gün farklı bilim insanları, farklı teoriler ve deneyler üstünde çalışıyor. Solucan deliklerinin ispatına yönelik bu çalışmalarda farklı insanlar, farklı açılardan yaklaşarak bizi ispata götürecek yolu bulabilir. Tabii solucan delikleri gerçekten varsa...

Ancak sonuç olarak, toparlayacak olursak, solucan delikleri bir zamandan diğer bir zaman ve bir mekandan diğer bir mekana aynı anda açılan birer tüneller olarak düşünülmektedir. Bu da, solucan deliğini bir zaman makinası yapmaktadır. Ancak böyle bir deliğin gerçekten var olup olmadığına dair herhangi bir fikrimiz henüz bulunmamaktadır. 

Unutmamak gerekiyor ki bir şeyin teorik olarak var olması, pratik olarak var olması ihtimalini elbette oldukça arttırmaktadır; ancak garantilememektedir. Bunun bir diğer örneğini, beyaz (ak) deliklerle ilgili buradaki yazımızdan okuyabilirsiniz. Fakat iyi tarafından bakacak olursak, teorik olarak var olması mümkün olmasaydı, pratik olarak da gerçek hayatta böyle bir şeyi görmeyi beklememiz için bir neden olmazdı. Fakat şu anda büyük bir neden var: Teorik olarak mümkünler!