Evreni anlamaya çalışmak, antik sembolizmdeki meşhur yılanı, kendi kuyruğunu yiyen Ouroboros'u anlamak gibidir. Bir yanda insan zihninin sınırlarını zorlayan devasa yapılar durur; Milyarlarca ışık yılına yayılan galaksi süper kümeleri, zamanın ve mekânın bükülüp düğümlendiği kara delikler ve evrenin kendisinin durdurulamaz ve görkemli genişlemesi. Diğer yanda ise gerçekliğin yoğunlaştığı neden sonuç ilişkilerinin bir zar atımına dönüştüğü ve "burada" ile "orada" kavramlarının anlamını yitirdiği atom altı dünya, kuantum alemi. Yüzyıllar boyunca fizikçiler bu iki alanı birbirine karşıt iki komşu krallık gibi yönettiler. Einstein'ın Genel Göreliliği yerçekiminin görkemli operasıydı; gezegenlerin yörüngelerini ve yıldızların çöküşünü yöneten, pürüzsüz, deterministik bir geometriydi. Kuantum Mekaniği ise atomların ve parçacıkların kaotik piyano bestesiydi, belirsiz, olasılıklı, biraz sarhoş ve kesinlikle aykırı.
Ancak son yüzyılda öğrendiğimiz en sarsıcı en şiirsel ve belki de en komik gerçek şudur: Bu iki krallık aslında hiç ayrı değildi... Makroskobik evrenin devasa, ağır yapısı, geceleri gökyüzünde gördüğümüz yıldızlar, tenimizde hissettiğimiz zamanın akışı, galaksileri bir arada tutan, görünmez yapıştırıcı, özünde mikroskobik kuantum yasalarının devasa bir sinema perdesine yansıtılmış projeksiyonu gibidir. Büyük Patlama dediğimiz ilkel çığlık, aslında bir kuantum dalgalanmasının kozmik ölçeklere taşınmış yankısıdır. Kara delikler, sadece maddeyi yutan yerçekimi canavarları değil, aynı zamanda kuantum bilgisinin test edildiği, kozmosun en acımasız kütüphaneleridir. Ve zaman... o bizi yaşlandıran, anılarımızı biriktiren ve bizi yavaşça sona sürükleyen nehir, belki de sadece kuantum parçacıklarının birbirine "dolanmasının" yarattığı, kolektif bir illüzyondur.
Hiçlik Aslında "Hiç" Değildir
Evrenin başlangıcı denilince aklımıza hemen aksiyon filmlerindeki gişe garantili sahneler gelir, Zifiri karanlık bir odada pimi çekilmiş bir el bombası ve… GÜM! Her yer ışık, her yer aksiyon. Ama modern kozmoloji, yönetmen koltuğuna oturduğunda bize çok daha tuhaf, çok daha ince işlenmiş bir senaryo uzatır.
Başlangıçta madde yoktu, zaman yoktu, uzay bile yoktu. Sadece, saf potansiyel vardı..
Kuantum alan teorisine göre "boşluk" ya da havalı adıyla "vakum", sandığımız gibi kiralık boş daire sessizliğinde değildir. Deney yapalım; Gözlerinizi kapatıp mutlak bir sessizlik hayal etmeye çalışın. Sessiz mi? Hayır... Kuantum dünyası buna sadece güler. O "boş" dediğimiz uzay, aslında fokur fokur kaynayan bir enerji çekirdeği gibidir. Sanal parçacıklar, sanki mesaisi biten işçiler gibi sürekli bir var olup bir yok olurlar.
Bu kozmik karmaşa, meşhur Heisenberg Belirsizlik İlkesi’nin bir sonucudur. Evren, kulağımıza eğilip şöyle fısıldar: "Bak, yoktan enerji (yani kütle) yaratmana izin veririm ama bir şartım var, geri ödeyeceksin."
Belkide evrenimiz, kozmik kredi kartı limitlerinin sonuna kadar zorlandığı, o borcun birazcık geciktiği, ilk andan doğmuştur.
İlkel Nefes: Şişme (Enflasyon) Dönemi
Evrenin doğum günü, günümüzden 13.8 milyar yıl önce, Kozmik Enflasyon adı verilen ve inanılmaz kısa süren bir olayla başladı. Ama "kısa" derken, banka sırasındaki bekleme süresinden bahsetmiyoruz. Bu olay, 10 üzeri -36 saniye gibi, bırakın hayal etmeyi, beynimizin algılamayı reddettiği bir sürede gerçekleşti.
Enflasyon teorisi şöyle söyler; Evren, doğumundan hemen sonra bir çılgınlık yaptı ve ışıktan katbekat hızlı genişledi. Bir atom çekirdeği boyutundaki minicik bir bölge, göz kırpmanızdan trilyonlarca kat daha kısa sürede bir greyfurt büyüklüğüne (ve oradan da bugünkü haline) şişti.
Peki bu "kozmik şişme" neden bu kadar önemli? Ne bu kardeşim? Normalde kuantum dünyasındaki o minik titremeler, o kararsız dalgalanmalar çok kısa ömürlüdür; bir belirir, bir kaybolurlar. Kozmik ölçekte esameleri okunmaz. Ama enflasyon sırasında uzay o kadar vahşi bir hızla genişledi ki, bu mikroskobik dalgalanmalar dondu ve devasa boyutlara gerildi.
Bunu şöyle hayal edebiliriz; Elinizde sönük, buruşuk bir balon var. Üzerine tükenmez kalemle rastgele minik noktalar koydunuz (bunlar kuantum dalgalanmaları). Sonra ciğerlerinize kuvvet, balonu bir stadyum boyutuna şişirdiniz. O minik noktalar ne oldu? Artık devasa lekelere, dağlara ve vadilere dönüştü.
Enflasyon, kuantum dünyasının belirsiz, titrek "hata"larını aldı ve onları bugünün galaksilerine, yıldızlarına ve nihayetinde bize dönüştürdü. Bugün gece gökyüzüne bakıp Samanyolu'nu izlediğinizde, aslında milyarlarca yıl önce uzay-zaman dokusuna kazınmış ve donmuş kuantum fosillerine bakıyorsunuz...
Eğer kuantum fiziğinin "belirsiz" ve "titrek" yapısı olmasaydı, evren pürüzsüz, sıkıcı bir gaz bulutu olarak kalacaktı. Ne yıldızlar parlayacak ne de bu yazıyı okuyabilecektiktiniz. (Biliyorum üzücü)
Kozmik Enflasyon İllüstrasyonu Güvercin Pisliğinden Nobel Ödülüne
Bütün bu anlattıklarımız kulağa hoş geliyor ama kanıt nerede? Kanıt, evrenin her köşesine sinmiş soluk ışıltılarda gizli. Büyük Patlama'dan 380.000 yıl sonra çekilmiş, evrenin vesikalık fotoğrafı gibi bir şeydir bu.
Ancak bu muazzam keşfin hikayesi laboratuvarların soğuk, kesif ortamında değil; bildiğiniz güvercin pislikleri arasında geçer. Yıl 1964. Arno Penzias ve Robert Wilson adında iki radyo astronomu, New Jersey'de devasa bir işitme cihazına benzeyen Holmdel Horn Anteni ile Samanyolu'nu dinlemeye çalışıyorlar. Amaçları galaksinin gaz haritasını çıkarmak. Ama kulaklıklarında inatçı, sinir bozucu, her yerden eşit gelen bir tıslama (statik gürültü) var.
Arno Penzias ve Robert Wilson Penzias ve Wilson titiz adamlar. "kozmik bir mesajdır ya" demeden önce, dünyevi bütün saçmalıkları elemeleri gerekiyordu: Şehir Gürültüsü mü? Anteni New York'a çevirdiler. Hayır, değil. Askeri Radar mı? Yakındaki üsleri kontrol ettiler. Temiz. Biyolojik Sabotaj mı? Antenin içine baktıklarında suçluyu bulduklarını düşündürecek birşey ile karşılaştılar; Bir çift güvercin... Güvercinler antenin içine yuva yapmış ve cihazı, güvercin dışkısı ile sıvamışlardı... Penzias ve Wilson, evrenin sırrını çözmeden önce ellerine fırçayı alıp temizlemek ve güvercinleri (efsaneye göre biraz kaba kuvvetle) tahliye etmek zorunda kaldılar. Düşünün, Nobel'e giden yol, bazen gübre temizlemekten geçebiliyor. Temizlik bittiğinde, ses hâlâ oradaydı.. O ses, ne New York radyolarıydı ne de güvercinlerin hatıratı. O ses, evrenin çığlığıydı. Büyük Patlama'dan kalan ısının, evren genişledikçe soğuyup mikrodalga boyutuna inmiş yankısıydı. Bu sırada Princeton Üniversitesi'ndeki teorisyenler (Robert Dicke ve ekibi) harıl harıl böyle bir ışımayı aramak için cihaz tasarlıyordu. Penzias, Dicke'yi arayıp buldukları gürültüden bahsedince, Dicke telefonu kapatıp ekibine döndü ve, o tarihi cümleyi kurdu:
"We've been scooped."
Penzias ve Wilson, tamamen şans eseri ve biraz da güvercinlerle boğuşarak kozmolojinin Kutsal topraklarına adım basmışlardı. Bu temizlik işi onlara 1978 Nobel Fizik Ödülü'nü getirdi.
Galaksileri Bir Arada Tutan Hayalet
Şimdi biraz romantizmi bir kenara bırakalım. Gece şehirden uzaklaşıp gökyüzüne baktığınızda o sonsuz yıldızlar, bulutsular ve galaksiler karşısında büyüleniyorsunuz değil mi? Astrofizik, bu romantik manzaraya soğuk bir şamar atar:
Gördüğünüz her şey; yıldızlar, gezegenler, çok sevdiğiniz kediniz, bu yazıyı okuduğunuz ekran ve bizzat siz, evrenin sadece %5'ini oluşturuyorsunuz. Geriye kalan %95 mi? O kısım tamamen karanlık ve gizemli. (%27 Karanlık Madde, %68 Karanlık Enerji).
Bu durumu şöyle imgeleyebiliriz; Evinize giriyorsunuz ama eşyaların sadece %5'ini görebiliyorsunuz. Geri kalan %95 orada, biliyorsunuz çünkü sürekli görünmez bir koltuğa serçe parmağınızı çarpıp duruyorsunuz ama eşyaların kendisi yok... Evrende aynen bu şekilde, bir nevi hayaletli bir ev gibidir..
Huysuz İsviçreli ve Hızlı Dönen Galaksiler
Bu garipliği ilk fark eden, 1930'larda huysuzluğuyla nam salmış İsviçreli astronom Fritz Zwicky oldu. Zwicky, Coma Galaksi Kümesi'ne baktı ve hesap makinesini yere fırlatacak bir şey gördü: Galaksiler o kadar hızlı dönüyordu ki, mevcut kütleçekimi onları tutmaya yetmemeliydi.
1970'lerde sahneye Vera Rubin çıktı. Galaksilerin sadece merkezinin değil, dış kollarının da merkezdekiler kadar hızlı döndüğünü kanıtladı. Newton fiziğine göre bu imkansızdı; dışardakilerin yavaşlaması gerekirdi. Burada, ünlü karanlık maddemiz işin içine girer;
Bu madde bildiğimiz siyah boya gibi karanlık değildir; kelimenin tam anlamıyla hayalet Casper'dır ve ciddi bir sosyal fobisi vardır. Işıkla konuşmaz, ışığı yansıtmaz. Sadece kütleçekimiyle "Merhabaaa, n'aber? Çok ağırımdır ben. " diye bağırır.
Peki bu yapıştırıcı nedir? Fizikçilerin elinde iki ana şüpheli var.
Fizikçilerin uzun süre favorisi "WIMP"lerdi. İsmindeki ironiye gelince; İngilizce'de Wimp pısırık demektir, fakat açılımı şöyledir: Weakly Interacting Massive Particles (Zayıf Etkileşen Kütleli Parçacıklar).
Bu teoriye göre doğadaki her parçacığın bir süper eşi vardır (Super simetri). Elektronun eşi "selektron", fotonun eşi "fotino" gibi (Evet, isim bulma konusunda çok kötüler). Bu eşlerden biri, mesela "nötralino", protondan 1000 kat daha ağır olabilir ve tam bir WIMP profilindedir.
Bilim insanları bunları yakalamak için yerin kilometrelerce altına, kozmik ışınların giremediği madenlere devasa laboratuvarlar kurdular (XENON1T gibi). Tonlarca sıvı ksenon dolu tanklar mutlak sessizlikte bekliyor.
Plan şu: Milyarlarca WIMP sürekli içimizden geçiyor. Belki yılda bir kez, sakar bir tanesi bir ksenon atomuna kafa atarak bir parıltı yaratır. Peki ya sonuç? Yıllardır tık yok. WIMP'ler ya çok utangaç ya da maalesef orada değiller. 2.Şüphelimiz, Axionlar. WIMP'lerden ses çıkmayınca gözler daha hafif, daha egzotik ve hikayesi çok daha komik bir adaya çevrildi: Axionlar. Bu parçacığın doğuş hikayesi, fiziğin "Güçlü CP Problemi" denen teorik bir lekesini temizlemek içindi. Atom çekirdeğindeki nötronların teoride biraz "yamuk" (bir tarafı pozitif, bir tarafı negatif) olması gerekirken, deneylerde sinir bozucu derecede düzgün çıkması fizikçilerin canını sıkıyordu.
1970'lerde Frank Wilczek bu sorunu çözen yeni bir parçacık öngördü. Peki ismi ne olacaktı? Wilczek ilhamı süpermarkette buldu... O dönemde raflarda Axion adlı bir çamaşır deterjanı vardı ve sloganı lekeleri söküp atar'dı. Wilczek, "Bu parçacık da, fizikteki lekeyi temizler," diyerek parçacığa deterjanın adını verdi.
Diğer ünlü fizikçi Steven Weinberg ona "Higglet" demek istiyordu ama deterjan ismi olan kazandı. Bugün evrenin kütlesinin çoğunu oluşturmaya en büyük aday olan parçacığın adının bir bulaşık deterjanından gelmesi, bir garip.
Nasıl Aranıyorlar?
Axionlar tüyden bile trilyonlarca kat hafiftir. Onlar tek tek parçacık gibi değil de, evreni dolduran titrek bir okyanus gibi davranır. Bilim insanları onları bulmak için Haloskop denen cihazlar (ADMX) kullanır. Mantık şu şekilde: Güçlü bir manyetik alanın içinde aksiyonlar fotonlara (radyo dalgalarına) dönüşebilir. Bilim insanları radyoyu sürekli farklı frekanslara ayarlayarak, evrenin görünmez müzik sesini duymaya çalışıyor.
Öze gelirsek evreni ya yerin altında, kafa atacak kekomsu parçacıklarda ya da deterjan isimli görünmez dalgalarda arıyoruz. Bilim, gerçekten de kurgudan daha tuhaf.
Evrenin İskelesi: Karanlık Madde
İster WIMP'ler olsun, ister Axionlar; evrenin baş mimarı kesinlikle karanlık maddedir.
Büyük Patlama'dan hemen sonra, bizim bildiğimiz normal madde ortamdaki yoğun radyasyon yüzünden aşırı sıcak ve hiperaktifti. Yerinde duramıyordu. Bir araya gelip galaksileri oluşturamıyordu. Ama karanlık madde? Onun umrunda değildi. Işıkla etkileşime girmediği için radyasyon basıncına Bana mısın kardeşim? demedi ve erkenden topaklanmaya başladı.
Karanlık madde evrenin iskelesini kurdu. Topaklar devasa kütleçekim kuyuları yarattı. Bizim hiperaktif normal madde de yoruldu ve tıpış tıpış bu kuyulara düştü, orada birikti ve ilk yıldızları ateşledi.Bunun aksinin olduğunu hayal edebilir miyiz? Var olan her şey tamamen çökerdi. Varlığımızı, bizi kütleçekimi şefkatiyle (ya da zorbalığıyla) bir araya getiren görünmez annemize borçluyuz.
Ufkun Ötesinde: Kara Delikler ve Bilgi Krizi
Evrenin en dramatik, en star-boy nesneleri kesinlikle kara deliklerdir. O kadar yoğundurlar ki, kaçış hızı ışık hızını aşar. Olay ufku dediğimiz geri dönüşü olmayan noktadan içeri giren hiçbir şey, ışık bile, bir daha dışarı çıkamaz(en azından şimdilik?). Einstein’a göre kara delikler keldir ('saçsızlık teoremi'); üzerlerinde geçmişe dair iz taşımazlar. Sadece kütleleri, yükleri ve dönüşleri vardır. 1974’te Stephen Hawking kuantum mekaniğini bu canavarlara uygulayınca fizik dünyasını şoka sokan bir şey buldu. Kara delikler bir baca gibi sızdırıyordu. Boş uzayda sürekli sanal parçacık çiftleri (biri madde, biri antimadde) oluşur ve hemen birbirlerini yok ederler. Kuantum vakumunun nefes alışverişidir bu. Ama bu olay tam kara deliğin sınırında olursa, ne olur?
Çiftlerden biri (negatif enerjili olan) kara deliğe düşer, diğeri (pozitif olan) kaçar. Kaçan parçacık, dışarıdan bakana radyasyon gibi görünür. İçeri düşen negatif enerji ise kara deliğin kütlesinden çalar. Yani kara delikler diyette gibi yavaş yavaş buharlaşır ve sonunda tamamen yok olur, ve biz buna, Hawking Işıması deriz.
Evrenin Hafızası Silinebilir Mi?
Paradoks tam da burada başlar. Kuantum fiziğinin üzerine titrediği en kutsal yasa şöyledir: "Bilgi asla ve asla yok edilemez." Elinizdeki bir kitabı yakarsanız, teorik olarak dumanını, külünü ve fotonlarını toplayıp o kitabı kelime kelime geri getirebilirsiniz. Ama eğer elinizdeki FizikHub makalelerini bir kara deliğe atarsanız ve o kara delik Hawking ışımasıyla buharlaşıp geriye sadece rastgele radyasyon bırakırsa, makalelerdeki o kıymetli bilgi nereye gitmiştir? İşte bu soru, fizikçiler arasında (bir köşede Hawking, diğer köşede Susskind ve 't Hooft) adeta bir din savaşına dönüştü. Çünkü eğer bilgi yok oluyorsa bu, fizik yasaları çöküyor demektir. Bu krizi çözmek için ortaya atılan fikirler ise bilim kurguyu bile hayret ettirecek cinsten. Kimisi "Holografik İlke" dedi; yani 3 boyutlu evrenimiz aslında kara deliğin yüzeyindeki 2 boyutlu bir etiketin hologramı olabilir. Kimisi (AMPS) Firewall (Ateş Duvarı) dedi; "Bilgiyi kurtarmak istiyorsanız, olay ufkunda her şeyi yakan bir duvar olmalı. " dedi ve Einstein’ın kemiklerini sızlattı. Sicim teorisyenleri ise olaya dalıp Fuzzballs modelini öne sürdü; onlara göre kara delik diye bir boşluk yok, olay ufku, devasa bir sicim yumağından ibaret.
Kara deliklerin bu hafıza sorunu canınızı sıktıysa eğer, durun daha bitmedi; bir de zaman problemimiz var. Zamanı geçmişten geleceğe akan bir nehir gibi hissederiz ama Newton ve Schrödinger’in o meşhur denklemlerine baktığınızda şok edici bir şey görürsünüz; Denklemlerde zamanın yönü YOKTUR. Filmi geriye sarsanız da fizik tıkır tıkır işler, peki, neden gerçek hayatta Zaman Oku hep ileriyi gösterir? Neden kırılan yumurta geri birleşmez? Cevap Entropi ve meşhur Ergen Odası örneğinde gizli. Odanın düzenli olması (çorapların çekmecede olması) çok düşük bir ihtimalken; dağınık olması (çorapların pencerede, yatakta, yerde olması) trilyonlarca ihtimaldir. Evren de tıpkı o ergen odası gibi istatistiksel bir zorunlulukla düzenli halden dağınık hale doğru kayar. Zamanın akışı dediğimiz şey aslında evrenin pasaklılaşma sürecinden başka bir şey değildir özünde.
Hatta işi biraz daha ileri götürürsek; Einstein’ın göreliliği sağ olsun, Şimdi kavramının bile evrensel olmadığını biliyoruz. Uzaylı bir gözlemciye göre sizin şimdiniz, onun geçmişi olabilir. Bu bizi Blok Evren modeline götürür. Evren; geçmişin, şimdinin ve geleceğin aynı anda var olduğu, donmuş, devasa bir 4 boyutlu bloktur der bu teori. Tıpkı bir DVD filmi gibi, filmin başı da sonu da diskte kazılıdır. Biz sadece play tuşuna basıp sahneleri sırayla izleyen birer bilinç gibiyiz yani. Parmenides haklı olabilir miydi? Değişim bir illüzyon mudur? Peki zaman temelden yoksa biz bu akışı neden hissediyoruz? Belki de zaman, Page ve Wootters'ın dediği gibi Kuantum Dolanıklığından doğan bir perspektiftir. Evren statik bir DVD Blok olsa da biz, kodu okumaya başladığımızda ekranda akan bir hikaye görürüz. Yani zaman algımız evrenle oynadığımız kozmik bir video oyunu gibidir.
Fizikçilerin nihai amacı ise kuantum dünyası ile pürüzsüz görelilik dünyasını nikâhlandıracak, bir nevi kutsal teoriyi, yani Her Şeyin Teorisini bulmaktır. Bir yanda evrenin en temel yapı taşlarının nokta değil de, titreşen minik keman telleri olduğunu söyleyen ve evreni 11 boyutlu devasa bir senfoniye benzeten Sicim Teorisi; diğer yanda uzayın pürüzsüz bir çarşaf değil, birbirine geçmiş ilmekler gibi uzay atomlarından oluştuğunu savunan İlmek Kuantum Kütleçekimi... İkisi de aynı gerçeğin peşinde. Richard Feynman, Los Alamos'ta gizli kasaları açarken kilitleri zorlamıyordu; sistemin açıklarını ve insanların tembelliğini kullanıyordu. Bugün biz de evrenin en büyük kasası olan gerçekliğin şifresini, kara delik paradokslarını ve kuantum boşluklarını kurcalayarak o kilidi maymuncukla açmaya çalışıyoruz. Carl Sagan’ın muhteşem sözüyle, belkide: "Bizler, evrenin kendini tanıması için bir yoluz."
Yılan, kendi kuyruğunu ısırdı. Perde kapanır, ama şov, devam eder...
