Çoklu evren nedir?
Teoriye göre evrenimiz, birçoklarından sadece bir tanesi
2018 Mart’ında hayatını kaybetmeden önce, Belçikalı kozmolog Thomas Hertog ile birlikte yazdığı bir makaleyi aldı.
Kendi cümleleri ile makale “çoklu evrenin limitli sayıda olası evrene indirgenmesi”ni öneriyordu. Hawking-Hertog makalesi de ‘evrenlerden’ bahsediyor çünkü evrenimizin ötesinde başka evrenlerde olabilir. Ancak bu evrenler sayıca sınırlı ve bizim evrenimizle aynı fizik kanunlarına sahip olmalılar. Sonuç çoklu evrenden ziyade bizim evrenimizin daha üst düzey bir sürümü gibi. Hertog “bizim evrenimize benzer şekilde evrimleşen bir evrenler dizisi gibi” diyor bunun için. Hawking son makalesi ile çoklu evren teorisinin sonunu ilan etmiş olabilir. Yayının motivasyonu, sonsuz sayıda farklı evren fikri ile ilgili bilimsel olmayan konseptlerin rahatsız edici olmasıydı. Hawking 2017 yılında şöyle bir itirafta bulunmuştu: “Hiçbir zaman çoklu evren teorisinin bir taraftarı olmadım. Eğer farklı evrenlerin ölçeği büyük ve sonsuz ise böyle bir teori test edilemez.”
Bu Hawking ile Hertog’un düzeltmeye çalıştığı bir sorun. Hertog’un açıklaması şu şekilde: “Modern kozmolojinin en önemli
Lazer İnterferometre Kütleçekimsel-dalga Gözlemevi (LIGO)
Yaygınlaşan yer tabanlı interferometre, 2015 yılında kütleçekimsel dalgaları keşfederek astronomide bir devrim yarattı. Ancak LIGO çoklu evreni doğrulamak için kullanılabilecek ilkel dalgaları tespit edebilecek kadar büyük değil. zorluklarından biri çoklu evreni doğrulanabilir bir çerçeveye dönüştürmek. Makalemizde bu yönde bir atılım yapıyoruz.”
Hertog araştırmanın arka planını anlatarak devam ediyor: “Büyük Patlama’nın yerine geçen teori sonsuz şişme. Bu teori Büyük Patlama ile sadece bizim evrenimizin değil, çoklu evrendeki tüm evrenlerin oluştuğunu söylüyor. Çoklu evreni kaynayan suda oluşan baloncuklar gibi, cep evrenler olarak hayal edebilirsiniz. Fizik ve kimya kanunları bir evrenden diğerine değişiklik gösterebilir. Bazı evrenler yıldızları içerip hayat üretirken, bazı evrenler tamamen boş olabilir.”
İşte kozmologların 1980'lerden beri kaçınılmaz olarak gördüğü teori de bu. Sonsuz şişme, Einstein’ın kütleçekimi üzerine teorisi olan genel görelilikten geliyor. Hawking ve Hertog’un getirdiği yenilik Büyük Patlama’nın ilk anlarına uyarlanabilecek olan doğru metodun bu olmadığını fark etmekti çünkü evrenin
Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA)
ESA tarafından 2030'lu yıllar için planlanan LISA milyonlarca kilometre ayrıklıktaki 3 uzay aracından oluşan devasa bir kütleçekimsel dalga detektörü olacak. LISA ilkel kütleçekimsel dalgaları yakalayabilecek. fiziksel boyutları o dönemde çok küçüktü. Onların görüşüne göre modern fiziğin bir dalı olan kuantum teori bu problemi anlamak için kaçınılmaz olan şeydi.
İşin kuantum yönü daha önceki çalışmaların üstünkörü geçiştirdiği şeylerdi. Hertog’a göre: “Sonsuz şişmenin ele alınışı ile ilgili genel problem, şişmenin Einstein’ın genel görelilik kuramına göre evrim geçiren mevcut bir evrene ihtiyaç duyması ve kuantum etkilerin küçük dalgalanmalar olarak ele alınması.” Kendi çalışmalarında bu hataya düşmemek için Hawking ve Hertog sicim teorisini yani genel göreliliği ve kuantum fiziğini bir araya getirmeye çalışan bir teorik fizik alanını kullandı.
Sicim teorisini kozmolojiye uyarlamaya başladıklarında ortaya çıkan bulguları Hertog şu sözleri ile açıklıyor: “Zamanın evrimi sonradan ortaya çıkan bir şey, dahili değil. Zamanla evrilen bir evren aslında zamansız bir Büyük Patlama
Planck Uzay Teleskobu
ESA'nın WMAP için devam görevi olan Planck 2009 – 2013 arasında operasyoneldi ve bu süreçte CMB'nin eskisinden daha hassas ve yüksek çözünürlüklü haritasını çıkardı. Planck, şişme ile ilişkili eşdağılımı ve soğuk bölgeyi doğruladı.
Wilkonson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP)
2001 ve 2010 yılları arasında görev yapan bu NASA aracı CMB'nin haritasını çıkardı ve şişmenin işareti olan eşdağılımı doğruladı. WMAP aynı zamanda, başka bir evrenle çarpışmamızın işareti olabilecek olan soğuk bölgeyi keşfetti.
ile ortaya çıkıyor. Makalemizde evrenin başlangıcındaki durumu ile ilgili matematiksel bir model ortaya koyuyoruz. Daha sonra bu modeli kullanıp ne tür evrenler ortaya çıkabileceğini belirliyoruz.”
Bu sonuçlar çoklu evren teorisinin sonsuz çeşitliliği ile mutlu olmayan herkes için güzel haber. Bu teoriye göre farklı evrenlerde yeni ve garip fizik kanunları, yani temel fizik sabitlerinin farklı değerleri yok. Hertog “Biz evrenin her yerde aynı şekilde görüldüğünü öngörüyoruz ancak eski sonsuz şişme teorisine göre bu durum böyle değildi.” diyor.
Bu yeni teorinin başka bir avantajı daha var. Hertog’a göre çoklu evreni daha küçük evrenler serisine ölçeklendirmek teoriyi daha tahmin edilebilir ve ölçülebilir yapıyor. Bu çok iyi bir şey olsa da yapılması kolay bir şey değil. Diğer bir evrenin varlığını veya yokluğunu nasıl ispatlarsınız? Dahası, bu yeni teori, geleneksel çoklu evren teorisi veya Oxfordlu fizikçi Roger Penrose’un ‘döngü korunumlu kozmoloji’ (conformal cyclic cosmology) teorisi arasında nasıl seçim yapılır? Tüm bu soruların cevabı için bakılabilecek yer, gözlemsel modern kozmolojinin baş tacı olan, kozmik mikrodalga art alan ışınımı (CMB). CMB Büyük Patlama’dan sonra açığa çıkan ve evrenin tamamına yayılmış olan elektromanyetik ışınım denizi. NASA’nın Wilkonson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP) ve ESA’nın Planck görevi CMB’nin tüm gökyüzünde aşırı derecede eş dağılımlı olduğunu gösterdi. Hatta, şişme, yani evrenin erken zamanlarında bugünküne göre çok yüksek bir hızda genişlemesi fikri için dayanak noktası bu eş dağılımlı durumdu. Sonsuz şişme teorisine göre, süper-hızlı şişme, küçük baloncuklar haricinde tüm çoklu evrende sonsuza kadar devam ediyor. Bizim evrenimiz gibi küçük baloncuklar daha düşük bir genişleme oranına geçip yıldızlar ve gezegenler gibi normal maddenin oluşmasına imkân tanıyor. Ancak eğer bizim ufkumuz kendi baloncuk evrenimizle sınırlı ise diğerlerini nasıl gözlemeyi düşünüyoruz?
Bizim baloncuğumuz genişledikçe başka bir baloncukla çarpışabilir. Böyle bir şey gerçekleşirse bunun CMB üzerinde, çevresinden farklı bir sıcaklıkta gözlenecek bir iz bırakması bekleniyor. İşin açığı, böyle bir şey daha önce gözlendi: 2007 yılında WMAP tarafından CMB üzerinde soğuk bir bölge gözlendi ve Planck tarafından doğrulandı. Bunun için en düz açıklama soğuk bölgenin rastgele bir dalgalanma olabileceği yönünde ancak 2017 yılında Durham Üniversitesi’nde yapılan bir çalışma bunun muhtemel olmadığını ortaya koyuyor.
Profesör Tom Shanks bu durumu şöyle açıklıyor: “Bu bölgenin rastgele bir dalgalanma olduğu ihtimalini tamamen kenara bırakamayız ancak öyle değilse, diğer olası açıklamalar çok daha heyecan verici. Bunlardan en heyecan verici olanı bu bölgenin evrenimizin başka bir evrenle çarpışması sonucu oluşmuş olabileceği.
Eğer CMB verisinin detaylı analizi bu görüşü doğrularsa, o zaman çoklu evrenin ilk kanıtını almış olacağız, bizimkisi gibi milyarlarca evren olduğunu öğreneceğiz.”
CMB dışında kütleçekimsel dalgalar da gözlemsel bir kanıt olabilir. Birleşen karadelik veya nötron yıldızlarının oluşturduğu bu dalgalar son zamanlarda Lazer İnterferometre Kütleçekimseldalga Gözlemevi (LIGO) tarafından tespit edildikçe astronomide çok aşina olunan bir araç haline geldi. Daha büyük ölçeklerde, evrenin şişme dönemi bittiğinde de kütleçekimsel dalgalar üretilmiş olmalı.
Bu Hertog’u çok heyecanlandıran bir fikir: “Bizim evrenimizle ilgili en umut verici gözlemler muhtemelen kütleçekimsel dalga gözlemleri; tabii ki karadelik veya nötron yıldızlarından kaynaklanan değil, Büyük Patlama’dan kaynaklanan dalgalardan bahsediyoruz. Bizim teorimize göre uzayzamanın oluşumu kütleçekimsel dalga üretiyor. Böyle bir kütleçekimsel dalga ile ilgili detaylı gözlemler modelimizle ilgili çok önemli bilgiler sağlayacak.” Ancak burada bir sıkıntı var. Evrenin erken dönemlerinde üretilmiş olan kütleçekimsel dalgalar çok büyük dalga boylarına sahip olacağı için LIGO gibi yer tabanlı gözlemevleri tarafından yakalanamazlar. Ancak ESA uzaya Lazer İnterferometre Uzay Anteni (LISA) adını verdiği bir kütleçekimsel dalga detektörü göndermeyi planlıyor. Böyle devasa bir gözlemevi Güneş etrafında bir yörüngeye yerleştirilecek birden fazla uzay aracı ile oluşturulabilir ve Hertog’a göre “Büyük Patlama’dan kaynaklanan kütleçekimsel dalgaları tespit etmek için muhteşem” olacaktır.
Peki bu dalgalar bize ne anlatıyor?
Sonsuz sayıda evrenin olduğu bir çoklu evrende mi, Hawking ve Hertog’un önerdiği gibi kısıtlı sayıda evrenin olduğu bir sistemde mi, yoksa Roger Penrose’un önerdiği gibi tekil bir evrende mi yaşıyoruz? Bu soruların cevabı LISA’dan gelebilir ama bu cevabı almak için en az 15 yıl beklememiz gerekecek çünkü LISA 15 yıldan önce uzaya gönderilmeyecek. Şu ana kadar çoklu evrenin sonu gelmiş değil ancak teorinin çok sağlam bir zeminde durmadığını iyi biliyoruz.