Evrenin Yaşam İçin İnce Ayarı – Enis Doko
Editör Notu: Bu metin Enis Doko tarafından Kader 17:1 (2019) için yazılan ”Does Fıne-Tunıng Need An Explanatıon?” adlı makaleden alınmış, sayın Doko’dan aldığımız izin doğrultusunda sitemize Onur Kenan Aydoğdu tarafından uyarlanmış ve Türkçe’ye çevrilmiştir. Keyifli okumalar.
Yaşamı sürdürebilen bir evren, üreyebilen ve enerji depolayıp kullanabilen varlıkları destekleyebilmelidir. Bunlar akıllı yaşamın ortaya çıkması için gerekli ancak yeterli olmayan koşullardır. Bu tür koşullar ancak kararlı enerji kaynakları ve moleküler yapılar, üreme ve enerji depolama kapasitesine sahip zengin bir kimya sergileyen bir evren tarafından sağlanabilir. 1970’lerde – Carter[1], Carr ve Rees[2], Paul Davies[3] ve Barrow ve Tipler’in[4] kapsamlı çalışmalarından sonra – fizikçiler, kararlı enerji kaynaklarının (yıldızlar) yanı sıra kimyanın ve dolayısıyla yaşamın ortaya çıkmasına elverişli evrenin olası yasaları, sabitleri ve başlangıç koşulları kümesinin son derece küçük olduğunu fark ettiler. Bu, evrenin yaşam için ‘ince ayarı’ olarak adlandırıldı. 1970’lerden bu yana ince ayar örnekleri çok arttı[5] ve fizikçiler ve filozoflar ince ayarı açıklamaya çalıştılar – ya da açıklamamız gerekip gerekmediğini sorguladılar. Bu makaledeki amacımız, ince ayarın bir açıklama gerektirip gerektirmediğini değerlendirmektir.
İnce ayar örnekleri üç şekilde kategorize edilebilir:
1. Doğa kanunlarının ince ayarı.
2. Temel fiziksel sabitlerin ince ayarı.
3. Evrenin başlangıç koşullarının ince ayarı.
Sonraki alt bölümlerde bu kategorilerin her birinden birkaç örnek vereceğiz.
- 1. Doğa kanunlarının ince ayarı.
İnce ayar örneklerinin ilk kategorisi doğa yasalarından kaynaklanmaktadır. Evreni yöneten temel yasalar farklı olsaydı, evren muhtemelen verimsiz (sterile) olurdu. Örnek olarak, dört temel kuvvetten ikisini ele alalım:
Elektromanyetik Kuvvet: Elektromanyetik Kuvvet, yüklü nesneler arasındaki uzun menzilli bir kuvvettir. Karşıt yükler için çekici ve benzer yükler için iticidir. Matematiksel olarak yerçekimi kuvvetine benzer bir yapıya sahiptir: 𝐹=𝑘𝑞𝑄/𝑟2 , burada 𝐹 elektromanyetik kuvveti gösterir, 𝑞 ve 𝑄 yük büyüklükleridir, 𝑘 kuvvetin gücünü belirleyen bir sabittir ve 𝑟 yükler arasındaki mesafedir. Bu kuvvet, negatif yüklü elektronları pozitif yüklü bir çekirdeğin etrafında tutan kuvvettir. Dolayısıyla, elektromanyetik kuvvet olmasaydı ya da benzer yükler için çekici ve karşıt yükler için itici olsaydı, atomların oluşumu engellenmiş olurdu. Böylece, ne kimyamız ne de kararlı enerji kaynaklarımız olurdu ve daha sonra yaşam mümkün olmazdı.
Güçlü Nükleer Kuvvet: Güçlü Nükleer Kuvvet, bir atomun çekirdeğindeki pozitif yüklü protonları ve nötr nötronları bir arada tutan kısa menzilli bir kuvvettir. Güçlü kuvvet olmasaydı ya da itici veya elektromanyetik kuvvetten daha zayıf olsaydı, Hidrojen dışında hiçbir atom oluşmazdı. Sonuç olarak, hiçbir yaşam mümkün olmazdı. Öte yandan, uzun menzilli olsaydı (yerçekimi veya elektromanyetik kuvvet gibi) atomlar yine oluşmazdı, bunun yerine büyük, küresel ve tek tip yapılar ortaya çıkardı.
Doğa yasalarının ince ayarı yukarıda tartışılan iki temel kuvvetle sınırlı değildir. Diğer ikisi de önemlidir; yerçekimi olmasaydı yıldızlar oluşamazdı, zayıf nükleer kuvvet olmasaydı yıldızlar zengin kimya için gerekli olan ağır elementleri oluşturamazdı. Eğer Pauli dışlama ilkesi olmasaydı, kararlı bir atomumuz ve dolayısıyla kimyamız da olmazdı. Bunlar sadece temsili örneklerdir.
- 2. Temel fiziksel sabitlerin ince ayarı
Mevcut doğa yasalarımızı varsaysak bile, bu yasalar yaşamın ortaya çıkışını garanti etmez. Yasaların yanı sıra, temel fiziksel sabitler de dar bir değer aralığında olmalıdır. İşte Stephen Hawking ve Leonard Mlodinow’un temel fiziksel sabitlerin ince ayarına ilişkin açıklamaları:
Teorilerimizdeki temel sabitlerin çoğu, yalnızca ufak miktarlarda değiştirilmeleri halinde evrenin niteliksel olarak farklı ve birçok durumda yaşamın gelişimi için uygunsuz olacağı anlamında ince ayarlı görünmektedir. . . . Zeki gözlemcileri destekleyebilecek karmaşık yapıların ortaya çıkışı çok hassas (fragile) görünmektedir. Doğa yasaları son derece ince ayarlı bir sistem oluşturur ve bildiğimiz yaşamın gelişme olasılığını yok etmeden fiziksel yasalarda çok az değişiklik yapılabilir. Görünüşe göre, fiziksel yasaların kesin ayrıntılarında bir dizi şaşırtıcı rastlantı olmasaydı, insanlar ve benzer yaşam formları asla ortaya çıkmayacaktı.[6]
Temel fiziksel sabitlerin ince ayarına ilişkin bazı örnekler verelim.
Kozmolojik sabit (𝛬): Bu terim Einstein’ın genel görelilik denkleminden kaynaklanır ve evrenin genişleme hızını düzenler. Pozitif bir değere sahipse, uzayın genişlemesini sağlayan itici bir kuvvet olarak hareket eder; negatifse, uzayı daraltan çekici bir kuvvet olarak hareket eder. Kuantum Alan Teorisi tahminleri, gözlemlenen değerden 10120 kat daha büyüktür – kuşkusuz fizikteki en büyük tahmin hatası. Dolayısıyla, Weinberg tarafından açıklandığı gibi, ilk 120 ondalık basamaktaki kuantum vakum terimiyle eşleşen bir geçersiz kılma mekanizması (cancellation mechanism) olmalıdır:
Alan denklemlerinde, değeri sadece kuantum dalgalanmaları tarafından üretilen vakum kütle yoğunluğunun etkilerini geçersiz kılan bir kozmolojik sabit olabilir. Ancak astronomik gözlemlerle çatışmayı önlemek için bu geçersiz kılmanın en az 120 ondalık basamağa kadar doğru olması gerekir. Kozmolojik sabit neden bu kadar hassas bir şekilde ince ayarlanmış olsun ki?[7]
Eğer bu geçersiz kılma mekanizması vakum kütle yoğunluğunun etkileriyle bir ondalık basamak daha az eşleşseydi, yaşamı engellerdi.[8] Weinberg tarafından gösterildiği gibi, kozmolojik sabitteki küçük bir artış bile galaksilerin ve dolayısıyla yıldızların oluşumunu engelleyecektir.[9] Öte yandan, daha küçük olsaydı, evren yaşamın olası ortaya çıkışından önce çökmüş olurdu.
Evrenin Sahip Olduğu Boyut Sayısı (D): Evrenimiz gözlemlenebilir üç uzamsal[10] ve bir zamansal boyuta sahiptir. Bu, yaşamı sürdürebilecek tek kombinasyondur. Ek bir zamansal boyut olsaydı, hiçbir büyük kütleli parçacık kararlı olamazdı[11] ve dolayısıyla kimya imkansız olurdu. Benzer şekilde, uzaysal boyutların sayısındaki bir farklılık atomların ve gezegenlerin[12] kararsızlığına yol açarak yaşamı imkansız hale getirirdi.[13]
- 3. Evrenin başlangıç koşullarının ince ayarı
Evrenin kaderi yalnızca doğa yasaları ve temel sabitler tarafından belirlenmekle kalmaz, aynı zamanda başlangıçtaki sınır koşullarına da duyarlıdır. Ve başlangıç ve sınır koşullarının da ince ayarlı olduğu ortaya çıkmaktadır. İşte bir örnek:
İlkel dalgalanmaların genliği (𝑄): Bu, en büyük yapıların bir örneğini – örneğin galaktik kümeleri – parçalamak ve dağıtmak için gereken enerjidir ve bu yapının geri kalan kütle enerjisinin bir kesri olarak ifade edilir. 𝑄≈10-5 değerine sahip boyutsuz bir sabittir. Bu değer 10-6 ‘dan daha küçük olsaydı, gaz asla yerçekimine bağlı yapılar halinde yoğunlaşmaz ve böylece yıldız oluşumunu engellerdi. Öte yandan, 10-5 ‘ten büyük olsaydı, evren çalkantılı ve şiddetli olurdu: erken evrende galaksilerden daha büyük yapılar oluşurdu ve bunlar yıldızlara parçalanmazdı, bunun yerine galaksi kümelerinden daha büyük dev kara delikler yaratırlardı.[14] Her iki senaryoda da yaşam imkansız olurdu.[15] Bunun başlangıç koşullarının ince ayarının tek örneği olmadığını unutmamalıyız. Evrenin başlangıç entropisi (S) gibi başka örnekler de verilebilir.
Yazar: Enis Doko
Çevirmen: Onur Kenan Aydoğdu
Kaynak: Enis Doko, Evrenin Yaşam İçin İnce Ayarı, (Çev. Onur Kenan Aydoğdu) , https://www.academia.edu/99450408/Evrenin_Ya%C5%9Fam_%C4%B0%C3%A7in_%C4%B0nce_Ayar%C4%B1 , Erişim Tarihi: 01.04.2023
Dipnotlar:
[1] B. Carter, “Confrontations of Cosmological Theories with Observational Data”, IAU Symposium, Vol. 63, ed. M.S. Longair M. S. D. (Reidel:Dordrecht, 1974): 291-298.
[2] B. Carr and M. Rees, “The anthropic principle and the structure of the physical World”, Nature, 278, (1979): 605-612.
[3] P. Davies, “The anthropic principle”, Prog. Part. Nucl. Phys., 10, (1989): 1 – 38.
[4] J.D. Barrow and F.J., Tipler, The Antropic Cosmological Principle, (Oxford: Clarendon Press, 1986).
[5] Bu alandaki ilerlemenin teknik incelemeleri için okuyucu aşağıdaki kaynaklara başvurabilir: J. Hogan, “Why the universe is just so”, Reviews of Modern Physics, 72-4, (2000):1149-1161; L. Barnes, “Fine-tuning of the universe for life”, Publications of the Astronomical Society of Australia, 29-4, (2013): 529-564. Popüler düzeydeki sunumlar için bkz: M. Rees, Just Six Numbers: The Deep Forces that Shape the Universe, (London: Weidenfeld & Nicolson, 1999); P. Davies, The Goldilocks Enigma, (Houghton: Mifflin Harcourt, 2007).
[6] S. Hawking and L. Mlodinow, The Grand Design, (New York: Bantam Books, 2010): 160-161.
[7] S. Weinberg, The first three minutes: a modern view of the origin of the universe, (New York: Basic Books, 1977): 186-187.
[8] P. Davies, The Goldilocks Enigma, 166-170
[9] S. Weinberg, “Anthropic Bound on the Cosmological Constant”, Physical Review Letter, 59, (1987): 2607.
[10] Sicim teorisinin öngördüğü gibi gözlemlenemeyen küçük uzaysal boyutlar olabilir. Ancak gözlemlenemeyen boyutların varlığı argümanımızı etkilemez, önemli olan atomlar tarafından hissettirilen boyutların sayısıdır. Ve sicim teorisinde bile tarih sayısı üç olmalıdır çünkü bu deneysel bir gerçektir. (?)
[11] J. Dorling, “Dimensionality of time”, American Journal of Physics, 38 (1970): 539.
[12] P. Ehrenfest, “Can atoms or planets exist in higher dimensions?”, Proceedings of the Amsterdam Academy, 20 (1917): 200-203.
[13] Uzay-zamanın boyutluluğunun ince ayarının daha dikkatli analizi için okuyucu danışmak isteyebilir: M. Tegmark, “On the Dimensionality of Spacetime”, Classical and Quantum Gravity, 14, (1997): L69-L75.
[14] M. Rees, Just Six Numbers: The Deep Forces that Shape the Universe, 115.
[15] İlksel dalgalanmaların genliğinin ince ayarına ilişkin daha teknik ve dikkatli bir analiz için bkz: M. Tegmark and M. Rees, “Why Is the Cosmic Microwave Background Fluctuation Level 10−5?”, The Astrophysical Journal, 499, (1998): 526.; M. Tegmark, A. Aguirre, M. Rees, F. Wilczek, “Dimensionless constants, cosmology, and other dark matters”, Physical Review D, 73, (2006): 023505.