Evreni anlamak için altın bir çağda yaşıyoruz. En güçlü teleskoplarımız, kozmosun en büyük ölçeklerde şaşırtıcı derecede basit olduğunu ortaya koydu. Öte yandan, en güçlü “mikroskobumuz” olan Büyük Hadron Çarpıştırıcısı, fizik yasalarına dair bildiklerimizin dışında bir sapma bulamadı. Bu durum, teorisyenlerin beklediğinden çok farklı.
Bugün yaygın olan teorik yaklaşım, iki ana fikir üzerine kurulu:
1. Sicim Teorisi: Evrenin temel yapı taşlarının titreşen sicimlerden oluştuğunu ve bu sicimlerin fazladan uzay boyutlarına ihtiyaç duyduğunu ileri süren güçlü bir matematiksel çerçeve.
2. Kozmik Şişme: Erken evrende, evrenin olağanüstü hızla genişlediğini ve bu genişlemenin evreni bugünkü düzgün ve düz yapısına kavuşturduğunu savunan bir teori.
Bu iki fikir birleştirildiğinde, evrenin çok küçük ölçeklerde inanılmaz derecede karmaşık, çok büyük ölçeklerde ise tamamen kaotik olması beklenir. Ancak gözlemler tam tersini gösteriyor: Evren hem büyük hem de küçük ölçeklerde şaşırtıcı bir şekilde düzenli ve basit.
Bu farkı nasıl açıklayabiliriz?
1. İlk Olasılık: Evrenin sadeliği, şimdilik gözlemlerimizin erişebildiği sınırlı ölçeklerden kaynaklanıyor olabilir. Daha büyük veya daha küçük ölçeklerde bu beklenen karmaşıklık ortaya çıkabilir.
2. İkinci Olasılık: Evren gerçekten çok basit ve tahmin edilebilir bir yapıya sahip olabilir. Bu olasılık doğruysa, evrenin temel gizemlerini çözmeye düşündüğümüzden daha yakınız demektir.
Sicim Teorisi ve Kozmik Şişmenin Sorunları
Sicim teorisine göre, evrenin temel yapı taşları, titreşen küçük sicimlerden oluşur. Ancak bu teori, bizim gözlemlediğimiz üç boyutlu uzaya ek olarak fazladan uzay boyutlarının da var olduğunu varsayar. Bu fazladan boyutların neden gözlemlenmediği sorusuna ise “çok küçük ve kıvrımlı oldukları için” cevabı verilir. Ancak bu durum, teoriyi test etmeyi neredeyse imkânsız hale getirir.
Kozmik şişme teorisi ise, evrenin erken döneminde inanılmaz bir hızla genişlediğini ve böylece bugün gördüğümüz gibi düzgün ve düz bir yapı kazandığını savunur. Ayrıca, evrendeki yoğunluk farklılıklarının nasıl ortaya çıktığını da açıklayabilir. Bu farklılıklar, daha yoğun bölgelerin kendi kütleçekimleri altında galaksilere dönüşmesini sağlamıştır.
Ancak bu teoriyi doğrulayacak en güçlü kanıt, şişme sırasında oluştuğu düşünülen uzun dalga boylu kütleçekim dalgalarının varlığıdır. Şimdiye kadar yapılan gözlemler, bu dalgaları tespit edemedi ve giderek daha fazla şişme modeli geçersiz hale geldi.
Ayrıca, şişme teorisinin dayandığı enerji formları ve başlangıç koşulları başka sorunlar da yaratır. Şişme ve sicim teorilerini savunanlar, “çoklu evren” fikrini öne sürerek bu sorunları çözmeye çalışır. Ancak bu, evrenin rastgele ve tahmin edilemez olduğunu varsayan son derece karmaşık bir model sunar.
Evrenin tarihi, kozmik şişme modeline göre. Kaynak: Wikipedia, CC BY-SA.
Daha Basit Bir Alternatif: Ayna Evren
Ben ve meslektaşım Latham Boyle, şişme ve sicim teorisi olmadan evrenin gizemlerini açıklayabilecek daha basit ve test edilebilir bir teori geliştirmeye çalıştık. Amacımız, gözlemlerden yola çıkarak mümkün olduğunca az varsayımla bu büyük soruları ele almaktı.
Başlangıç noktamız, evrenin genişlemesini zaman içinde geriye doğru takip etmekti. Bu, Einstein’ın kütleçekim teorisine ve bilinen fizik yasalarına göre bizi “başlangıç tekilliği” denen, uzayın sonsuz yoğunlukta ve sıfır hacimde olduğu bir noktaya götürür. Bu noktayı anlamak için ışık ve kütlesiz parçacıkların temel yasalarında bulunan “konformal simetri” adı verilen bir özelliği kullandık.
Bu simetriyi temel alarak, Büyük Patlama’nın aslında bir “ayna” gibi çalıştığını öne sürdük: Zaman, bir tarafta ileri giderken diğer tarafta geriye gidiyor. Yani, Büyük Patlama’nın öncesinde bizim evrenimizin bir yansıması olan, zamanda geriye akan bir “ayna evren” vardı.
Ayna Evrenin Özellikleri ve Karanlık Madde
Bu hipotez, evrenin temel simetrisini geri kazandırır. Örneğin, kuantum teorisi her fiziksel sürecin bir “ayna” sürecine izin verir. Ancak evrenimiz, bu simetriyi ihlal eder gibi görünüyor; çünkü zaman yalnızca ileri akıyor ve parçacıklar, karşı parçacıklardan (antiparçacıklardan) daha fazla.
Ayna evren hipotezimiz, bu simetriyi yeniden kurarak evrenin bir yansımasını önerir: Büyük Patlama’dan önceki evrende, zaman geriye akıyor ve antiparçacıklar parçacıklardan daha fazlaydı.
Bu yaklaşım, karanlık maddeye dair önemli bir ipucu da sağladı. “Sağ elli” ağır nötrinolar adı verilen parçacıklar, karanlık madde için mükemmel bir adaydır. Ancak bu parçacıkların nasıl oluştuğu daha önce bilinmiyordu. Ayna evren hipotezi, bu parçacıkların tam olarak ne kadar oluşacağını hesaplamamıza olanak tanıdı.
Evrenin Düz ve Düzgün Yapısı
Evrenin neden büyük ölçeklerde düzgün ve düz olduğunu açıklamak için genellikle kozmik şişme teorisine başvurulur. Ancak biz, entropi kavramını kullanarak bunun çok daha doğal bir sonuç olduğunu gösterdik.
Entropi, bir sistemin düzenlenebileceği farklı yolların sayısını ifade eder. En yüksek entropiye sahip evren, düz, düzgün ve hızlanarak genişleyen bir yapıdadır – yani bizim evrenimiz. Bu nedenle, kozmik şişmeye gerek kalmadan evrenin bu özelliklerini açıklayabiliyoruz.
Sonuç
Ayna evren hipotezi, kozmolojideki birçok temel soruya basit ve test edilebilir cevaplar sunuyor. Teorimiz hâlâ matematiksel ve fiziksel olarak daha fazla test edilmek zorunda, ancak şimdiden bize şunu öğretti: Daha basit ve güçlü açıklamalar, karmaşık varsayımlar yerine tercih edilebilir.
Evrenin gizemlerini anlamak için, gözlemlere dayalı olarak yeni ve yaratıcı yaklaşımlar keşfetmeye devam etmeliyiz. Belki de bu sayede, fizik ve kozmoloji için çok daha sağlam bir temel inşa edebiliriz.
