Evrenin Bir Başlangıcı Var mıydı? – Alexander Vilenkin
KOZMİK YUMURTA İLE İLGİLİ BİR SORUN
Eski yaratılış mitleri harika bir ustalık sergiliyor, ancak en fazla temel düzeyde iki temel seçenekten birini seçmek zorundalar: ya evren sonlu bir zaman önce yaratıldı ya da sonsuza kadar var oldu. İşte kutsal Hindu kutsal kitabı Upanishad’larda sunulan birkaç senaryodan biri:
”Başlangıçta bu dünya) yoktu. Var oldu. Yumurtaya dönüştü. Yumurta bir yıl boyunca yumurtlar. Sonra açıldı… Ve ondan doğan şey, Güneş Aditya’ydı. Doğduğunda, tüm varlıklar ve tüm arzu nesneleri ile birlikte “Yaşasın” haykırışları yükseldi.”
Bu fikir yeterince basit görünüyor, ancak ne yazık ki diğer tüm yaratılış hikayeleriyle paylaştığı ciddi bir kusuru var. Eskiler sorunun gayet iyi farkındaydılar; Jain şair Jinasena dokuzuncu yüzyılda şunları yazdı:
”Dünyanın yaratıldığı doktrini yanlıştır ve reddedilmelidir.
Tanrı dünyayı yarattıysa, yaratmadan önce neredeydi?…
Tanrı dünyayı nasıl hiçbir hammadde olmadan yaratmış olabilir? Bunu önce o yaptı, sonra dünya yaptı derseniz, sonsuz bir gerileme ile karşı karşıya kalırsınız…
Bu nedenle, dünyanın Tanrı tarafından yaratıldığı doktrini hiçbir anlam ifade etmiyor…
Bil ki dünya yaratılmamış, zamanın kendisi gibi, başı ve sonu yoktur… Yaratılmamış ve yok edilemez, kendi doğasının zorlamasıyla varlığını sürdürür.”
Bu eleştiri, ister kozmik yumurta hikayesinde olduğu gibi Tanrı tarafından yaratılmış olsun, isterse modern kozmolojinin büyük patlama modeli gibi “doğal” bir yaratılış olsun, kozmik kökenin her senaryosu için eşit derecede geçerlidir.
Büyük patlama teorisine göre, etrafımızda gördüğümüz tüm maddeler yaklaşık 14 milyar yıl önce sıcak bir kozmik ateş topundan çıktı. Ama ateş topu nereden geldi? Enflasyon teorisi, küçük bir sahte vakum külçesinden genişleyen bir ateş topunun ortaya çıkabileceğini göstermiştir. Ancak soru hala devam ediyor: Bu ilk külçe nereden geldi? Enflasyondan önce ne oldu?
Çoğunlukla, kozmologlar bu çetrefilli meseleyi çözmek için acele etmediler. Aslında, tatmin edici bir cevabın asla verilemeyeceği ortaya çıktı. Cevap ne olursa olsun, her zaman “Peki ondan önce ne oldu?” diye sorulabilir. Jinasena’nın bahsettiği “sonsuz gerileme” budur. Ancak, sonsuz enflasyon senaryosunun geliştirildiği 1980’lerde cazip bir alternatif sunduğu ortaya çıktı.
Sonsuza dek şişen bir evren, sürekli olarak bizimki gibi “ada evrenleri” üreten genişleyen bir sahte boşluk “denizinden” oluşur.Dolayısıyla enflasyon hiç bitmeyen bir süreçtir. Kendi ada evrenimizde sona erdi, ancak diğer uzak bölgelerde süresiz olarak devam edecek. Ancak enflasyon gelecekte sonsuza kadar devam edecekse, belki de geçmişte bir başlangıcı olmayabilir. O zaman, başlangıcı ve sonu olmayan, ebediyen şişen bir evrenimiz olurdu; bu, kozmik kökenle ilgili kafa karıştırıcı sorunları ortadan kaldıracaktır. Bu resim 1940’ların ve 50’lerin sabit durum kozmolojisini hatırlatıyor. Bazıları çok çekici buldu.
DÖNGÜSEL BİR EVREN
Durağan bir durumun dışında, evrenin sonsuz olması için başka bir yol daha vardır. Ve yine, Hindular bunu uzun zaman önce anladılar. Sonsuz yaratma ve yıkım döngüsü, tanrı Shiva’nın dansı ile sembolize edilir. “Kendi esrikliğinden yükselir ve dans ederek hareketsiz maddeye uyanış sesi dalgaları gönderir.” Evren canlanır, ama sonra “zamanın doluluğunda, hala dans eder, tüm formları ve isimleri ateşle yok eder ve yeniden huzur verir.”
Bilimsel kozmolojideki paralel bir fikir, bir genişleme ve daralma döngüsünden geçen salınımlı bir evren fikridir. 1930’larda kısaca popülerdi, ancak daha sonra termodinamiğin ikinci yasasıyla bariz bir çelişki nedeniyle gözden düştü.
İkinci yasa, düzensizliğin bir ölçüsü olan entropinin, kozmik evrimin her döngüsünde büyümelidir. Evren zaten sonsuz sayıda döngüden geçmiş olsaydı, termal dengenin maksimum entropi durumuna ulaşmış olurdu. Kendimizi kesinlikle böyle bir durumda bulmuyoruz. Bu daha önce bahsettiğim “ısı ölümü” sorunudur.
Salınımlı bir evren fikri yarım yüzyıldan fazla bir süredir terk edildi, ancak 2002’de Cambridge Üniversitesi’nden Paul Steinhardt ve Neil Turok tarafından yeni bir kılıkta yeniden canlandırıldı. Daha önceki modellerde olduğu gibi, evrenin tarihinin sonsuz tekrar eden bir genişleme ve daralma döngüsünden oluştuğunu öne sürdüler. Her döngü, sıcak genişleyen bir ateş topuyla başlar. Genişler ve soğur, galaksiler oluşur ve bundan hemen sonra vakum enerjisi evrene hakim olmaya başlar.Bu noktada evren katlanarak genişlemeye başlar ve büyüklüğü her 10 milyar yılda bir ikiye katlanır. Trilyonlarca yıllık bu süper yavaş şişmenin ardından evren çok homojen, izotropik ve düz hale gelir. Sonunda genişleme yavaşlar ve daha sonra daralmaya dönüşür. Evren çöküyor ve hemen yeni bir döngü başlatmak için geri dönüyor. Çöküşte üretilen enerjinin bir kısmı maddeden oluşan sıcak bir ateş topu oluşturmaya gidiyor.
Steinhardt ve Turok, başlangıç sorununun kendi senaryolarında ortaya çıkmadığını savunuyorlar. Evren her zaman aynı döngüden geçiyordu, bu yüzden başlangıç yoktu. Isı ölümü probleminden de kaçınılır, çünkü bir döngüdeki genişleme miktarı büzülme miktarından daha fazladır, bu nedenle her döngüden sonra evrenin hacmi artar. Gözlemlenebilir bölgemizin entropisi şimdi önceki döngüdeki benzer bir bölgenin entropisi ile aynıdır, ancak tüm evrenin entropisi artmıştır, çünkü evrenin hacmi artık daha büyüktür. Zaman geçtikçe hem entropi hem de toplam hacim sınırsız büyür. Maksimum entropi durumuna asla ulaşılmaz, çünkü maksimum entropi yoktur.
Böylece, başlangıcı olmayan sonsuz bir evren için iki olası modelimiz var gibi görünüyor: biri sonsuz şişmeye ve diğeri döngüsel evrime dayanıyor. Ancak, her iki olasılığın da evrenin tam bir tanımını sağlayamayacağı ortaya çıktı.
OTURMA ALANI
Bir fizikçi bir fenomeni anlamak istediğinde, yaptığı ilk şey onu azami ölçüde basitleştirmek ve onu en temel noktalarına kadar soymaktır. Ebedi şişme durumunda, sadece şişen denizi koruyarak ada evrenlerini ortadan kaldırabiliriz. Ayrıca, Friedmann’ın modellerinde olduğu gibi evrenin homojen ve izotropik olduğunu varsayabiliriz. Bu sadeleştirmelerle Einstein’ın şişen evren denklemleri kolaylıkla çözülebilir.
Çözüm, uzak geçmişte çok büyük bir yarıçaptan daralan üç boyutlu bir kürenin geometrisine sahiptir. Küre bir an için duruncaya ve ardından yeniden genişlemeye başlayana kadar, büzülme, sahte vakumun itici yerçekimi tarafından yavaşlatılır. Yerçekimi kuvveti artık hareket yönünde çalışır, bu nedenle küre ivme ile genişler. Yarıçapı, sahte vakumun enerji yoğunluğu tarafından belirlenen bir ikiye katlanma süresi ile katlanarak büyür.
Az önce tarif ettiğim çözüm, genel göreliliğin ilk günlerinden beri biliniyor; buna de Sitter uzay-zamanı denir – onu 1917’de keşfeden Hollandalı astronom Willem de Sitter’den sonra. Bu uzay-zaman Şekil 16.1’de gösterilmiştir. Şişme, de Sitter uzay-zamanında ancak küresel evren minimum yarıçapına ulaştıktan sonra başlar. Ancak bir kez başladığında, üstel genişleme sonsuza kadar devam eder, bu nedenle enflasyon geleceğe ebedidir.
Ada evrenlerin oluşumuna izin verseydik, uzay-zamanın büzülen kısmında çarpışır ve birleşirlerdi. Adalar daha sonra tüm alanı hızla dolduracak, sahte boşluk tamamen ortadan kaldırılacak ve evren büyük bir çatırdayarak çökmeye devam edecekti. Bu nedenle, enflasyon sonsuz geçmişe uzatılamaz. Bir tür başlangıcı olmalı.
Bununla birlikte, bu sonucun homojen ve izotropik bir evreni varsayan maksimum düzeyde basitleştirilmiş enflasyon modeline dayandığını unutmamalıyız. Gerçekte, evren, mevcut ufuktan çok daha büyük, çok düzensiz-homojen olmayan ve anizotropik ölçeklerde olabilir. O halde, de Sitter uzay-zamanının büzülme aşaması, yaptığımız basitleştirici varsayımların bir eseri olabilir mi? Daha genel bir uzay-zamanda başlangıçtan kaçınmak mümkün müdür?
MAKUL ŞÜPHENİN ÖTESİNDE
Bu şüpheler, Long Island Üniversitesi’nden Arvind Borde ve Alan Guth ile ortaklaşa yazdığım bir makalede, ancak yakın zamanda sona erdi. Bu makalede kanıtladığımız teorem şaşırtıcı derecede basittir. Kanıtı lise matematiğinin ötesine geçmez, ancak evrenin başlangıcına ilişkin çıkarımları çok derindir.
Borde, Guth ve ben genişleyen bir evrenin nasıl göründüğünü farklı gözlemcilerin bakış açısından inceledik. Evrende yerçekimi ve eylemsizlik etkisi altında hareket eden ve gördüklerini kaydeden hayali gözlemcileri düşündük. Evrenin bir başlangıcı olmasaydı, bu tür gözlemcilerin tüm tarihleri sonsuz geçmişe uzanmalıdır. Bu varsayımın bir çelişkiye yol açtığını gösterdik.
Aklınızda belirli bir resme sahip olmak için, yerel bölgemizdeki her galakside bir gözlemci olduğunu varsayalım. Evren genişlediğinden, bu gözlemcilerin her biri diğerlerinin uzaklaştığını görecektir. Galaksiler uzay ve zamanın bazı bölgelerinde bulunmayabilir, ancak yine de tüm evrenin, hepsi birbirinden uzaklaşacak şekilde gözlemcilerle “serpilmiş” olduğunu hayal edebiliriz. Bu gözlemcilere bir isim vermek için onlara “seyirci” diyeceğiz.
Şimdi izleyicilere göre hareket eden başka bir gözlemciyi tanıtalım. Ona uzay yolcusu diyeceğiz. Uzay gemisinin motorları kapalıyken süredurumla hareket ediyor ve bunu sonsuza kadar yapıyor. Seyircilerin yanından geçerken hızını kaydederler.
Seyirciler birbirinden ayrı uçtuğu için, uzay yolcusunun ardışık her izleyiciye göre hızı, bir öncekine göre hızından daha küçük olacaktır. Örneğin, uzay yolcusunun Dünya tarafından saniyede 100.000 kilometre hızla yakınlaştığını ve şimdi yaklaşık bir milyar ışıkyılı uzaklıktaki uzak bir galaksiye doğru yöneldiğini varsayalım. Bu galaksi bizden saniyede 20.000 kilometre hızla uzaklaşıyor, yani uzay yolcusu onu yakaladığında, oradaki gözlemciler onu saniyede 80.000 kilometre hızla hareket ederken görecekler.
Uzay yolcusunun izleyicilere göre hızı gelecekte küçülür ve küçülürse, onun geçmişini geçmişe doğru takip ederken hızının giderek artması gerektiği sonucu çıkar. Limitte, hızı keyfi olarak ışık hızına yaklaşmalıdır.
Borde ve Guth’la yaptığım makalemin temel görüşü şudur: izleyicilerin saatleriyle geçmiş sonsuzluğa yaklaşırken, uzay yolcusunun saatinin geçtiği süre hala sonludur. Bunun nedeni, Einstein’ın görelilik kuramına göre, hareket eden bir saatin daha yavaş işlemesi ve ışık hızına yaklaştıkça daha yavaş işlemesidir. Zamanda geriye gittiğimizde, uzay yolcusunun hızı ışık hızına yaklaşır ve saati esasen durur.Bu seyircinin bakış açısından. Ancak uzay yolcusu olağandışı bir şey fark etmez. Ona göre seyircinin donmuş, sonsuzluğa uzanan bir an olarak algıladığı şey, daha önceki anlardan önce gelmesi gereken herhangi bir andır. Seyircilerin tarihi gibi, uzay yolcusunun tarihi de sonsuz geçmişe uzanmalıdır.
Uzay yolcusunun saatinin geçtiği zamanın sonlu olması, onun tam geçmişine sahip olmadığımızı gösterir. Bu, evrenin geçmiş tarihinin bir kısmının eksik olduğu anlamına gelir; modele dahil değildir. Böylece, tüm uzay-zamanın genişleyen bir gözlemci “tozu” tarafından kapsanabileceği varsayımı bir çelişkiye yol açmıştır ve bu nedenle doğru olamaz.
Bu teorem hakkında dikkate değer bir şey, kapsamlı genelliğidir. Evrenin maddi içeriği hakkında hiçbir varsayımda bulunmadık. Yerçekiminin Einstein’ın denklemleriyle tanımlandığını bile varsaymadık.
Öyleyse, Einstein’ın yerçekimi biraz değişiklik gerektiriyorsa, sonucumuz yine de geçerli olacaktır. Yaptığımız tek varsayım, evrenin genişleme hızının, ne kadar küçük olursa olsun, sıfırdan farklı bir değerin altına asla düşmeyeceğiydi.’ Bu varsayım, şişen yanlış boşlukta kesinlikle karşılanmalıdır. Sonuç, başlangıçsız geçmiş-ebedi enflasyonun imkansız olduğudur.
Peki ya döngüsel bir evren? Değişken genişleme ve daralma dönemleri vardır. Bu, evrenin teoremin pençelerinden kaçmasına yardımcı olabilir mi? Cevap hayır çıkıyor. Döngüsel senaryonun ısı-ölüm probleminden kaçınmasını sağlayan temel bir özelliği, evrenin hacminin her döngüde artması, yani ortalama olarak evrenin genişliyor olmasıdır.Borde ve Guth ile yaptığım makalemde, bu genişlemenin bir sonucu olarak, uzay yolcusunun hızının zamanda geriye gidildikçe ortalama olarak arttığını ve hala ışık hızına sınırda yaklaştığını gösteriyoruz. Bu nedenle, aynı sonuçlar geçerlidir.
Makul insanları ikna eden şeyin bir argüman olduğu ve mantıksız bir adamı bile ikna etmek için gereken şeyin bir kanıt olduğu söylenir.Kanıt artık hazır olduğunda, kozmologlar artık pastoral bir evren olasılığının arkasına saklanamazlar. Kaçış yok: kozmik bir başlangıç sorunuyla yüzleşmek zorundalar.
Alan Guth ile bir kağıt üzerinde çalışmak unutulmaz bir deneyimdi. Kanıt fikri ben, Alan ve Arvind arasındaki e-posta alışverişlerinde ortaya çıktı. ve üçümüz Ağustos 2001’de Tufts ofisimde buluştuğumuzda, ayrıntılar iki saat içinde karatahtaya çakılmıştı. Yaklaşık bir ay içinde, bir makale yazdık ve Fiziksel İnceleme Mektuplarına gönderdik. Şaşırdım. Alan’a ve efsanevi ertelemesine ne oldu? Ama hayal kırıklığına uğramamalıydım. Birkaç ay içinde editör bize bir hakem raporunu gönderdi ve kanıttaki bazı noktaları açıklığa kavuşturmamızı istedi. Ve o zaman iyi yaşlı Alan tüm ihtişamıyla geri döndü. E-postaları gitgide daha uzun aralıklarla, “şu anda işim başımdan aşkın” ve “henüz hiçbir şey yapılmadı” gibi başlıklarla gelmeye başladı. Kağıt üzerinde çalışmak için biraz zaman bulduğunda, bunun makul bir kısmını yorumlarından dolayı “anonim bir hakeme” mi yoksa “isimsiz bir hakeme” mi teşekkür etmemiz gerektiği gibi konulara harcamış görünüyor. Her iki versiyon için de artıları ve eksileri hakkında ayrıntılı bir tartışma yaptı. Alan, makaleyi düzenlemesinin biraz uzun sürdüğünden şüphelenmiş olabilir ve bir noktada “Beni vurmadığınız için size teşekkür etmem gerekiyor” yazmıştı.Dürüst olmak gerekirse, daha önemli meselelere de biraz zaman ayırdığını ve makaleyi gözden geçirmenin uzun süren sürecinin önemli bir gelişmeyle sonuçlandığını eklemeliyim. Kağıt nihayet Nisan 2003’te yayınlandı.”
ALLAH’IN BİR KANITI?
Teologlar, genellikle evrenin başlangıcına dair herhangi bir kanıtı, onu Tanrı’nın varlığına kanıt olarak kabul ederek memnuniyetle karşıladılar. 1950’lerde büyük patlama için biriken kanıtlar, teolojik çevrelerde ve bazı dini eğilimli bilim adamları arasında coşku uyandırdı. İngiliz fizikçi Edward Milne, “Evrenin ilk nedenine gelince,” diye yazmıştı, “genişleme bağlamında, bu okuyucuya bırakılmıştır, ancak O’nun olmadan resmimiz eksiktir.” Büyük patlama teorisi, Roma Katolik Kilisesi’nden bile resmi bir onay aldı. Papa Pius XII, 1951’de Papalık Bilimler Akademisi’ne hitaben yaptığı konuşmada, “kozmosun Yaratıcı’nın elinden çıktığı çağa ilişkin sağlam temele dayalı çıkarımı doğruladı. Böylece Yaratılış gerçekleşti. Dolayısıyla bir Yaratıcı vardır. Bu nedenle Tanrı vardır!”
Papa’yı bu kadar coşkulu yapan aynı nedenlerle, çoğu bilim adamının doğal içgüdüsü, kozmik bir başlangıç fikrini reddetmek olmuştur. Nobel ödüllü Alman kimyager Walter Nernst, zamanın sonsuz süresini inkar etmek,” dedi, “bilimin temellerine ihanet etmek olurdu.” Evrenin başlangıcı ilahi bir müdahaleye fazlasıyla benziyordu; bilimsel olarak tarif etmenin hiçbir imkanı yok gibiydi. Bu, bilim adamlarının ve ilahiyatçıların üzerinde anlaştığı bir şeydi.
Öyleyse, başlangıcın kaçınılmaz olduğuna dair bir kanıttan ne çıkarıyoruz? Allah’ın varlığının kanıtı mı? Bu görüş çok basit olurdu. Evrenin kökenini anlamaya çalışan herkes, onun mantıksal paradokslarını ele almaya hazır olmalıdır. Bu konuda meslektaşlarımla birlikte ispatladığım teorem, ilahiyatçıya bilim adamı karşısında pek bir avantaj sağlamıyor. Jinasena’nın bu bölümde daha önce yaptığı açıklamalarla kanıtlandığı gibi, din Yaratılış paradokslarından muaf değildir.
Ayrıca bilim adamları, kozmik başlangıcın salt bilimsel terimlerle tanımlanamayacağını kabul edemeyecek kadar aceleci davranmış olabilirler. Doğru, bunun nasıl yapılabileceğini görmek zor. Ancak imkansız gibi görünen şeyler genellikle sadece hayal gücümüzün sınırlarını yansıtır.
Çevirmen: Onur Kenan Aydoğdu
Kaynak: Alexander Vilenkin , Evrenin Bir Başlangıcı Var mıydı? , (Çev. Onur Kenan Aydoğdu) , https://www.academia.edu/50950217/Evrenin_Bir_Baslang%C4%B1c%C4%B1_Var_m%C4%B1yd%C4%B1 , Erişim Tarihi: 13.06.2022