Sonsuz ve Başlangıçsız Evren Modeli: Büyük Patlama Hiç Yaşanmamış Olabilir mi?

Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'ne, Kuantum Mekaniği'nin düzeltici terimlerini uygulayan yeni bir denklem, evrenimiz ezelden beri var olduğunu gösteriyor. Ayrıca model, fiziğin başındaki birçok problemi tek seferde çözerek, karanlık madde ve karanlık enerjiyi de açıklayabilir.

Evrenin aşırı geniş bir şekilde kabul gören ve Genel Görelilik Teorisi'ne göre hesaplanan yaşı 13.8 milyar yıldır. Başlangıçta, var olan her şeyin tekil ve sonsuz yoğunlukta bir noktada toplandığı düşünülmektedir. Buna, tekillik adı verilir. Bu noktadan sonra Büyük Patlama adı verilen genişleme dönemi başlamış ve Evren resmi olarak var olmuştur.

Her ne kadar Büyük Patlama'daki tekillik Genel Görelilik Teorisi'nin matematiğinden doğrudan ve kaçınılmaz bir şekilde doğuyor olsa da, bazı bilim insanları bunu sorunlu görüyorlar çünkü bu matematik yalnızca tekillikten hemen sonra neler olduğunu açıklayabiliyor. Hemen öncesini veya patlama anını değil... Mısır'da bulunan Benha Üniversitesi ve Zewail Bilim ve Teknoloji Merkezi'nden Ahmed Farag Ali şöyle söylüyor:

Büyük Patlama tekilliği genel göreliliğin en büyük problemidir; çünkü fizik kuralları o noktada işlevini yitirir.

Ali ve eş yazar Kanada'daki Lethbridge Üniversitesi'nden Saurya Das, Physics Letters B dergisinde yayımladıkları makalede, geliştirdikleri yeni model dahilinde Büyük Patlama tekilliğinin ortadan kalktığını ve Evren'in başı ile sonunun olmadığını ileri sürüyorlar.

Eski Fikirler Yeniden Gözden Geçiriliyor!

Fizikçiler, kuantum düzeltme terimlerinin, Büyük Patlama'yı ortadan kaldırmak amacıyla, bilerek veya özellikle eklenmediğinin altını çiziyorlar. Araştırmaları, teorik fizikçi ve fizik felsefesine katkılarıyla bilinen David Bohm'un çalışmalarını temel alıyor. 1950'li yıllardan itibaren Bohm klasik jeodezik kuantum yörüngeleri üzerine çalışıyor. Jeodezik, eğimli bir yüzeydeki iki nokta arasındaki en kısa mesafeyi inceleyen bilim dalıdır.

Makalelerinde Ali ve Das, Bohm'un yörüngelerini 1950'li yıllarda Hindistan'ın Kolkata kentinde bulunan Kraliyet Üniversitesi'nden Amal Kumar Raychaudhuri tarafından geliştirilen denklemlere uyarladılar. Raychaudhuri aynı zamanda Das'ın lisans öğretmeniydi.

Kuantum-düzeltilmiş Raychaudhuri denklemlerini kullanan araştırmacılar, kuantum-düzeltilmiş Friedmann denklemleri ürettiler. Bu denklemler Evren'in, Büyük Patlama da dahil olmak üzere genişlemesini ve evrimini Genel Görelilik kapsamında açıklayan denklemlerdir. Her ne kadar Kuantum Kütleçekim Teorisi'ni kapsayamıyor olsa da, bu denklemler hem Kuantum Teorisi'ni, hem de Genel Görelilik'i içerisine almaktadır. Ali ve Das, buldukları sonuçların tam bir Kuantum Kütleçekim Teorisi inşa edildiğinde de sağlam bir şekilde ayakta kalacağını umuyor.

Ne Tekillik, Ne Karanlık Şeyler

Yeni model Büyük Patlama tekilliğini ortadan kaldırdığı gibi, Büyük Çöküş tekilliğini de dışlıyor. Genel Görelilik dahilinde Evren'imizin nihai kaderlerinden bir tanesi, kendi üzerine çökerek yeniden sonsuz yoğunlukta bir noktaya (tekilliğe) dönüşmesidir.

Ali ve Das makalelerinde modelin tekilliklerden uzak durabiliyor olmasının temel nedeninin klasik jeodezik ile Bohm yörüngeleri arasındaki fark olduğunu söylüyor. Klasik jeodezikteki yörüngeler nihayetinde birbirleriyle kesişirler ve bu kesişim noktaları tekilliklere neden olur. Buna karşılık, Bohm yörüngeleri hiçbir zaman kesişmezler, dolayısıyla bu denklemlerden tekillikler ortaya çıkmaz.

Kozmolojik açıdan bakacak olursak, bilimi insanları kuantum düzelticilerin kozmolojik sabit ve bir radyasyon terimi gibi düşünülebileceğini söylüyorlar. Kozmolojik sabit, karanlık enerjiye olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor. Bu terimler, Evren'in sonlu bir büyüklükte olmasını sağlıyor ve bu sayede yaşını sonsuz olarak verebiliyorlar. Aynı zamanda bu terimler, kozmolojik sabit ve Evren'in yoğunluğu gibi günümüzdeki gözlemlerle de büyük oranda örtüşüyorlar.

Yeni Kütleçekim Parçacığı

Fiziksel açıdan bakacak olursak, bu model Evren'in bir "kuantum sıvısı" ile dolu olduğunu öngörüyor. Bilim insanları bu sıvının gravitonlardan oluştuğunu ileri sürüyorlar. Gravitonlar, henüz ispatlanmamış (hipotetik) kütlesiz parçacıklardır ve kütleçekimine neden olurlar. Eğer ki bu parçacıklar gerçekten varsa, Kuantum Kütleçekim Teorisi için büyük önem arz edeceklerdir.

Alakalı bir diğer makalede Das ve bir diğer yazar, Kanada'daki McMaster Üniversitesi'nden Rajat Bhaduri, bu modeli daha da güçlü kılmayı başardılar. Bu diğer makalede ikili, gravitonların Bose-Einstein yoğuşuğu (kondensatı) oluşturabileceklerini gösterdiler. Bu yoğuşuk, ismini Albert Einstein ile Hintli fizikçi Satyendranath Bose'den alıyor. Bu yoğuşuk, Evren içerisinde bugüne kadar yaşandığı tespit edilen bütün sıcaklıklarda oluşabiliyor.

Modelin Büyük Patlama sorununu çözüyor olmasından ve karanlık madde ile karanlık enerjiyi açıklayabilmesinden güç alan bilim insanları, gelecekte modellerini daha da kapsamlı olarak incelemeyi planlıyorlar. Gelecekteki çalışmaları, Evren içerisindeki ufak düzensizlik (inhomogeneous) ve eşyönsüz (anisotropy) bozuklukları hesaba katarak daha da kapsamlı hale gelecek. Ancak araştırmacılar, bu eklentilerin sonuçlarını dikkate değer ölçüde etkilemeyeceğini düşünüyor. Das, sözlerini şöyle bitiriyor:

Bu kadar basit düzeltmelerin, birçok sorunu bir seferde çözebildiğini görmek oldukça tatmin edici.