‘Big Bang’ Yok mu? Kuantum Denklemi Evrenin Başlangıcı Olmadığını Öngörüyor

Einstein’ın genel görelilik teorisini tamamlamak için kuantum düzeltme terimlerini uygulayan yeni bir modele göre evren sonsuza kadar var olmuş olabilir. Model, aynı zamanda karanlık madde ve karanlık enerjiyi de hesaba katarak aynı anda birden fazla sorunu çözebilir.

Evrenin yaygın olarak kabul edilen yaşı, genel görelilik tarafından tahmin edildiği gibi 13,8 milyar yıldır. Başlangıçta, var olan her şeyin tek bir sonsuz yoğun nokta veya tekillikten meydana geldiği düşünülmektedir. Ancak bu nokta bir “Big Bang”in ardından genişlemeye başladığında, evrenin varlığı da resmen başlamış oluyordu.

Her ne kadar Big Bang tekilliği doğrudan ve kaçınılmaz olarak genel görelilik matematiğinden doğsa da bazı bilim adamları bunu problemli olarak görmektedir, çünkü matematik sadece tekillikten hemen sonra (o anda ya da öncesinde ne olduğunu değil) ne olduğunu açıklayabilir.

“Big Bang tekilliği genel görelilikteki en büyük problemlerden biridir, çünkü bu aşamada fizik kanunlarının ihlali söz konusu,” diyor Mısır Benha Üniversitesi ve Zewail Bilim ve Teknoloji Merkezi’nden Ahmed Farag Ali.

Ali ve Alberta’daki (Kanada) Lethbridge Üniversitesi’nden Saurya Das, Physics Letter B’de yayımlanan makalelerinde, Big Bang tekilliğinin, evrenin bir başı ve sonu olmadığını belirten yeni model tarafından çözülebileceğini gösterdiler.

Eski fikirler yeniden gözden geçirildi

Fizikçiler, Big Bang tekilliğini özel olarak ortadan kaldırma amacıyla kuantum düzeltme terimlerinin plansız uygulanmadığını vurguluyor. Çalışmaları, fizik felsefesine katkılarıyla da tanınan teorik fizikçi David Bohm’un fikirlerine dayanmaktadır. 1950’lerden başlayarak, Bohm klasik jeodezikleri (kavisli bir yüzeydeki iki nokta arasındaki en kısa yol) kuantum yörüngeleriyle değiştirmeyi araştırdı.

Ali ve Das makalelerinde bu Bohm yörüngelerini, 1950’lerde Hindistan Kolkata’daki Presidency Üniversitesi’nde fizikçi Amal Kumar Raychaudhuri tarafından geliştirilen bir denkleme uyguladılar. Raychaudhuri 90’larda Presidency Üniversitesin’de lisans öğrencisiyken Das’ın öğretmeniydi.

Ali ve Das, kuantum düzeltmeli Raychaudhuri denklemini kullanarak, genel görelilik bağlamında evrenin (Big Bang dahil) genişlemesini ve evrimini tanımlayan kuantum düzeltmeli Friedmann denklemlerini türetmiştir. Gerçek bir kuantum yerçekimi teorisi olmasa da, model hem kuantum teorisinden hem de genel görelilikten öğeler içerir. Ayrıca Ali ve Das, tam bir kuantum yerçekimi teorisi formüle edilse bile, sonuçlarının geçerli olmasını bekliyorlar.

Tekillikler veya karanlık şeyler yok

Yeni model, bir Big Bang tekilliğini öngörmemenin yanı sıra, bir “big crunch”^[1]Büyük Çöküş, evren biliminde Evren’in nasıl sonlanacağıyla ilgili üç olası senaryodan biridir. Bu üç senaryo, Rus bilim adamı Aleksandr Fridman tarafından 1922 yılında ortaya … Continue reading tekilliğini de öngörmüyor. Genel görelilikte evrenin olası bir kaderi, büyük bir çöküşle kendi içine çökene kadar küçülmeye başlaması ve tekrar sonsuz yoğun bir nokta haline gelmesidir.

Ali ve Das makalelerinde, klasik jeodezikler ve Bohm yörüngeleri arasındaki temel fark nedeniyle modellerinin tekilliklerden kaçındığını açıklıyor. Klasik jeodezikler sonunda birbirleriyle kesişir ve birleştikleri noktalar tekilliklerdir. Buna karşılık, Bohm yörüngeleri asla birbiriyle kesişmez bu nedenle denklemlerde tekillikler görünmez.

Kozmolojik terimlerle, bilim adamları kuantum düzeltmelerinin kozmolojik bir sabit terim (karanlık enerjiye ihtiyaç duymadan) ve bir radyasyon terimi olarak düşünülebileceğini açıklıyorlar. Bu terimler evreni sonlu bir boyutta tutar ve dolayısıyla ona sonsuz bir yaş verir. Terimler ayrıca, evrenin kozmolojik sabiti ve yoğunluğuna ilişkin mevcut gözlemlerle yakından uyumlu tahminlerde bulunur.

Yeni yerçekimi parçacığı

Fiziksel terimlerle model, evreni bir kuantum sıvısı ile dolu olarak tanımlar. Bilim adamları, bu sıvının yerçekimi kuvvetine aracılık eden varsayımsal kütlesiz parçacıklar olan gravitonlardan^[2]Günümüze kadar varlığı kanıtlanamamış, kütleçekim kuvvetini ilettiği varsayılan, sanal bir parçacıktır. Einstein’ın Genel Görelilik teorisinin önemli bir parçasıdır. … Continue reading oluşabileceğini öne sürüyorlar. Eğer varsa, gravitonların kuantum yerçekimi teorisinde kilit bir rol oynadığı düşünülmektedir.

İlgili bir makalede Das ve başka bir işbirlikçi, Kanada, McMaster Üniversitesi’nden Rajat Bhaduri, bu modele daha fazla güven verdi. Gravitonların, evrende tüm çağlarda mevcut olan sıcaklıklarda bir Bose-Einstein yoğunlaşması^[3]Parçacıkları bozonlardan oluşan maddelerin en alt enerji seviyesinde yoğunlaştığı, kuantum etkilerinin gözlenebildiği maddenin bir halidir. (Einstein ve başka bir Hintli fizikçi Satyendranath Bose’dan alır) oluşturabileceğini gösteriyorlar.

Modelin Big Bang tekilliğini çözme ve karanlık madde ile karanlık enerjiyi açıklama potansiyelinden motive olan fizikçiler, gelecekte modellerini daha titiz bir şekilde analiz etmeyi planlıyorlar. Gelecekteki çalışmaları, küçük homojen olmayan ve anizotropik^[4]Anizotropi ya da eşyönsüzlük, izotropinin aksine, yön olarak bağımlı olma özelliğidir. Maddelerin fiziksel ya da mekanik özelliklerinin, yöne bağlı olarak değişmesi olarak da … Continue reading pertürbasyonları^[5]Pertürbasyon teorisi, tam olarak çözümlenemeyen bir problemin, bu probleme bağlı başka bir problemden yola çıkılarak yaklaşık bir çözüm elde etmek için matematiksel metotlar içeren … Continue reading hesaba katarak çalışmalarını yeniden yapmayı içerir; ancak küçük pertürbasyonların sonuçları önemli ölçüde etkilemesini beklemiyorlar.

Das, “Bu tür basit düzeltmelerin bir anda bu kadar çok sorunu çözebileceğini belirtmek tatmin edici.” demiştir ^[6]phys.org.

[cite]