Kuantum Dalgalanması ve Büyük Patlama: Evren Hiçlikten ve Kendiliğinden Var Olmuş Olabilir mi?
Wheeler-Dewitt Denklemi'ne Dayanan Matematiksel Bir Kanıt, Hiçlik İçinden Bir Evren'in Nasıl Çıkabileceğine Işık Tutuyor!
Türev İçerik Nedir?
Bu türev bir içeriktir. Yani bu yazının omurgası, Medium isimli kaynaktan çevrilerek dilimize uyarlanmıştır; ancak "çeviri" içeriklerimizden farklı olarak, bu içerikte orijinal metin birebir korunmamıştır. Anlatım ve konu akışı gibi detaylar Evrim Ağacı yazar(lar)ı ve/veya editörler tarafından güncellenmiş, değiştirilmiş ve/veya geliştirilmiştir. Yazar, kaynaktan alınan metin omurgası üzerine kendi örneklerini, bilgilerini, detaylarını eklemiş; içeriği ve anlatımı zenginleştirmiş ve/veya çeşitlendirmiş olabilir. Bu ek kısımlarla ilgili kaynaklar da, yazının sonunda gösterilmiştir. Metnin omurgasını oluşturan kaynağı, orijinal dilinde okumak için lütfen yukarıdaki bağlantıya tıklayınız. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.
Bu yazı, Fizik: Newton'dan Kuantuma yazı dizisinin 30. yazısıdır. Dizinin ilk yazısına gitmek için buraya, dizideki tüm yazıları görmek için buraya tıklayınız. Yazı dizileri, EA Akademi'nin bir parçasıdır.
Yazı dizisi içindeki ilerleyişinizi kaydetmek için giriş yapın veya kayıt olun.
Modern kozmolojinin en büyük kuramlarından biri Evren'in büyük bir "patlama" ile başlamasıdır. Ayrıca bu yalnızca bir fikir değil aynı zamanda sayısız kanıt ile desteklenmiş bilimsel bir kuramdır. Kanıtlar arasında öncelikle Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması vardır. Bunu, Büyük Patlama'nın bir çeşit "yankılanması"na benzetebilirsiniz. Dahası, sürekli genişlemekte olan bir evren içinde olduğumuzu biliyoruz. Zamanda geriye gittiğimizi hayal edersek bu genişleme, bir noktada kökeni, yani Büyük Patlama'yı işaret etmektedir. Ayrıca Evren içerisinde bol miktarda helyum-4, helyum-3, döteryum gibi temel elementler bulunur. Tüm bunlar, Büyük Patlama Kuramı'yla hesaplanabilmektedir. Ama hala yapbozun büyük bir parçası eksik. Büyük Patlama'nın kendisine ne sebep oldu?
Yıllardır kozmologlar Evren'in kendiliğinden ve hiçlikten oluştuğu fikrine güvendi; yani Büyük Patlama'nın , Evren'i yoktan var edebilecek bir kuantum dalgalanmasının sonucu olduğunu düşündüler. Kuantum Mekaniği hakkında bildiğimiz kadarıyla bu, oldukça makul bir fikirdir. Ama sahiden fizikçilerin daha fazlasına ihtiyacı vardı: Bu fikre can verecek daha matematiksel bir kanıta...
Nihayet, 11 Nisan 2014'te, Çin'deki Wuhan Fizik ve Matematik Enstitüsünde çalışan Dongshan He ve arkadaşlarının çalışmaları sayesinde fizikçiler istediklerini elde ettiler. Çünkü bu kişiler, Amerikan Fizik Cemiyeti'nin dergisi olan Physical Review D'de yayınlanan makalelerinde, Büyük Patlama'nın gerçekten de kuantum dalgalanmaları sebebiyle kendiliğinden olmuş olabileceğinin ilk net matematiksel kanıtını ortaya koydular. Bu yeni kanıt, Wheeler-DeWitt denkleminin özel bir çözüm kümesine dayanıyor. Makalelerinin sonuç kısmında şöyle yazıyorlar:
Özet olarak, bu makalede evrenin hiçlikten, kendi kendine (spontane olarak) yaratılabileceğinin matematiksel bir kanıtını sunduk. Küçük bir gerçek vakum balonu, metadengeli sahte vakumda meydana gelen bir kuantum dalgalanmayla yaratıldığında, eğer ki düzenleme faktörü p, -2'ye ya da 4'e eşitse eksponansiyel olarak (giderek hızlanan biçimde) genişleyebilir. Bu sayede, erken evren geri döndürülemez biçimde var olur. Burada, kuantum potansiyelinin, baloncuğun eksponansiyel olarak büyümesi için gereken gücü verdiğini gösterdik. Dolayısıyla, erken evrenin doğumu, tamamen kuantum mekanizmaları tarafından belirlenmektedir.
Kişi; zaman, uzay ve maddenin erken evren içinde hiçlikten nasıl var olduğunu sorabilir. Baloncuğun eksponansiyel genişlemesiyle, uzay ve zamanın oluşacağı şüphesizdir. Heisenberg'ün Belirsizlik İlkesi'ne göre, kuantum dalgalanmaları sonucu sanal parçacıklar oluşacaktır. Genel olarak konuşacak olursak, sanal bir parçacık, doğumundan hemen sonra yok olacaktır. Ancak tek bir çifte ait 2 sanal parçacık, yok oluşlarından hemen önce, baloncuğun eksponansiyel genişlemesi nedeniyle ayrılabilir. Bu nedenle, vakum balonu eksponansiyel olarak genişlerken büyük miktarda gerçek parçacık oluşur. Baloncuğun eksponansiyel genişlemesiyle oluşan parçacık yaratılışının karmaşık matematiksel hesaplamalarını, ilerleyen çalışmalarımızda göstereceğiz.
Sahte Vakum, Evren'in Tetikleyicisi Olabilir!
20. yüzyılın ilk yarısında kozmologlar modern fiziğin iki temel direğini (Kuantum Mekaniği ve Genel Görelilik), Evren'i tam anlamıyla tanımlayacak bir şekilde birleştirmekte zorlanıyordu. Tüm söyleyebilecekleri, bu kuramların tamamen birbiriyle ters düştükleri idi.
Büyük buluş, 1960'lı yıllarda fizikçi John Wheeler ve Bryce DeWitt'in önce bahsettiğimiz birbiri ile bağdaşmayan iki fikri, şimdi Wheeler-DeWitt Denklemi olarak bilinen matematiksel bir çerçevede birleştirmesiyle geldi.
Evrim Ağacı'nın çalışmalarına Kreosus, Patreon veya YouTube üzerinden maddi destekte bulunarak hem Türkiye'de bilim anlatıcılığının gelişmesine katkı sağlayabilirsiniz, hem de site ve uygulamamızı reklamsız olarak deneyimleyebilirsiniz. Reklamsız deneyim, Evrim Ağacı'nda çeşitli kısımlarda gösterilen Google reklamlarını ve destek çağrılarını görmediğiniz, daha temiz bir site deneyimi sunmaktadır.Kreosus
Kreosus'ta her 10₺'lik destek, 1 aylık reklamsız deneyime karşılık geliyor. Bu sayede, tek seferlik destekçilerimiz de, aylık destekçilerimiz de toplam destekleriyle doğru orantılı bir süre boyunca reklamsız deneyim elde edebiliyorlar.
Kreosus destekçilerimizin reklamsız deneyimi, destek olmaya başladıkları anda devreye girmektedir ve ek bir işleme gerek yoktur.Patreon
Patreon destekçilerimiz, destek miktarından bağımsız olarak, Evrim Ağacı'na destek oldukları süre boyunca reklamsız deneyime erişmeyi sürdürebiliyorlar.
Patreon destekçilerimizin Patreon ile ilişkili e-posta hesapları, Evrim Ağacı'ndaki üyelik e-postaları ile birebir aynı olmalıdır. Patreon destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi 24 saat alabilmektedir.YouTube
YouTube destekçilerimizin hepsi otomatik olarak reklamsız deneyime şimdilik erişemiyorlar ve şu anda, YouTube üzerinden her destek seviyesine reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. YouTube Destek Sistemi üzerinde sunulan farklı seviyelerin açıklamalarını okuyarak, hangi ayrıcalıklara erişebileceğinizi öğrenebilirsiniz.
Eğer seçtiğiniz seviye reklamsız deneyim ayrıcalığı sunuyorsa, destek olduktan sonra YouTube tarafından gösterilecek olan bağlantıdaki formu doldurarak reklamsız deneyime erişebilirsiniz. YouTube destekçilerimizin reklamsız deneyiminin devreye girmesi, formu doldurduktan sonra 24-72 saat alabilmektedir.Diğer Platformlar
Bu 3 platform haricinde destek olan destekçilerimize ne yazık ki reklamsız deneyim ayrıcalığını sunamamaktayız. Destekleriniz sayesinde sistemlerimizi geliştirmeyi sürdürüyoruz ve umuyoruz bu ayrıcalıkları zamanla genişletebileceğiz.Giriş yapmayı unutmayın!
Reklamsız deneyim için, maddi desteğiniz ile ilişkilendirilmiş olan Evrim Ağacı hesabınıza üye girişi yapmanız gerekmektedir. Giriş yapmadığınız takdirde reklamları görmeye devam edeceksinizdir.
Wheeler-Dewitt denklemi, birinci nesil bir "her şeyin teorisi" idi; bu tarz bir teoriye atılan ilk önemli adımlardan birisiydi. 1960’larda, John Wheeler ve Brice Dewitt, gelen görelilik ve kuantum mekaniğinin "kutsal evliliği" sayılabilecek bir matematiksel çerçeve ile geldiler. Denklem, kuantum kütle çekimi fikri için çok sayıda fikir sundu. Şunu unutmayın: Günümüzde "her şeye dair her şeyi" anlamaktaki en büyük problemlerimizden birisi, kuantum mekaniği ve kütle çekimini birleştirebilecek hiçbir modelimizin olmamasıdır. Bu, fiziğin kutsal kasesi olan problemdir. Problemi çözen kişi veya kişiler, insanlığın Evren'i algılayışını değiştirecektir.
Wheeler-Dewitt denkleminin en büyük problemi, "zaman" kavramını içermiyor oluşudur. Bu durum, ya zamanın fiziksel bir olgu olmadığı ya da denklemin eksik olduğu anlamına geliyordu. Yani bu, henüz aradığımız büyük birleştirme sayılamaz; ancak şu an için elimizdeki en iyisi bu. İşte Dongshan ve iş arkadaşlarının yaptığı ise, bu denklem içinde Büyük Patlama'nın başlangıç noktasını çözen yeni çözümler tespit etmek olmuştur.
Düşüncelerinin kalbinde Heisenberg'in Belirsizlik İlkesi yatıyor. En basit ifadelerle, gözlemci bir kuantum parçacığının momentumunu ve konumunu aynı anda bilemez (aksi takdirde termodinamiği ihlal etmiş olurdunuz). Bu ilke, fizikçilerin yarı-durağan sahte vakum (metastable false vacuum) dedikleri şeyde gerçekleşen kuantum dalgalanmalardan ötürü küçük bir boş uzayın yoktan var olmasına olasılıksal olarak izin verir. Çünkü belirsizlik ilkesinden yola çıkarak, boş evrenin aslında o kadar da boş olmadığını görürüz. Vakumun içerisinde, parçacıklar olasılıksal kuantum dalgalanmalarından dolayı yoktan var olabilir veya vardan yok olabilirler. İşte "sahte vakum" fikri de buradan geliyor.
Bu durumda iki olasılık doğuyor: Uzay baloncuğunun hızla genişlemediği durumda, baloncuk neredeyse aynı anda yok olur. Ancak eğer baloncuk yeterince büyüklüğe genişlerse, işte o zaman geri döndürülemez bir şekilde bir evren yaratılır! Bu konuyla ilgili detaylı bir incelememiz için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.
Şimdi soru şudur: Wheeler-DeWitt denklemi, bu tarz bir genişlemeye, dolayısıyla hiçlikten bir Evren'in var olmasına izin veriyor mu? Dongshan ve ekibi şöyle söylüyor:
Bir kere küçük bir gerçek vakum (true vacuum) baloncuğu yaratıldığında, katlanarak büyüme şansı olduğunu kanıtladık.
Soruna yaklaşımları ise şöyle oldu: Tamamen yarıçapıyla tanımlanmış küresel bir baloncuk düşündüler. Sonra da bu yarıçapın genişleme derecesini tanımlayan denkleme ulaştılar. Ardından baloncuğun geometrisi için üç senaryo dikkate aldılar: kapalı, açık ya da düz. Bu senaryoların hepsinde baloncuğun katlanarak genişleyebileceği ve dolayısıyla Evren'i oluşturabilecek büyüklüğe ulaşabileceği bir çözüm buldular: Yani Büyük Patlama'ya! Bu kozmologların üzerine kuramlar inşa edebilecekleri bir sonuç. Çok ama çok ilginç bir sonuç!
Kozmolojik Sabit
Günümüzün Evren modellerindeki önemli bir değişken de kozmolojik sabittir. Bu, uzay vakumunun enerji yoğunluğunu tanımlayan bir terimdir. Aslen Einstein tarafından Genel Görelilik Kuramı dahilinde ileri sürülmüştür ve Hubble'ın Evren'in genişlediği keşfinden sonra yine Einstein tarafından terk edilmiştir. 1990'lara kadar, çoğu kozmolog kozmolojik sabiti sıfır kabul etmiştir.
Ancak daha sonraları kozmologlar Evren'in genişlemesinin ivmelenmesine sebep olan bir şeyin kanıtını buldular. Bu da, kozmolojik sabitin sıfır olamayacağı anlamına geliyordu. Yani yeni bir Evren kuramı kesinlikle sıfırdan farklı bir kozmolojik sabit barındırmak zorundadır.
Peki, kozmolojik sabitin Dongshan ve iş arkadaşlarının yeni kuramındaki rolü nedir? İlginçtir ki bu kişiler, yaptıkları çözümlerde kuantum potansiyeli diye bilinen bir niceliğin kozmolojik sabitin rolünü oynadığını söylüyorlar. Bu potansiyel, fizikçi David Bohm tarafından 20. yüzyılın ortalarında geliştirilen pilot dalga kuramı denilen bir fikirden geliyor.
Pilot-dalga teorisi, şu anki kuantum teorisi tarafından yapılabilen tüm tahminleri üretebiliyor, Schrodinger kedisi gibi paradoksları açıklayabiliyor. Daha da önemlisi bu teori, kuantum potansiyeli isimli ek bir terimi de içeriyor. Kuantum potansiyeli, bilim insanları için kilit öneme sahiptir. Eğer kuantum potansiyeli, parçacığın gerçek konumunu bulmaya çalışmak gibi şeyler için kullanılırsa kuram, kuantum mekaniğini tamamen deterministik yapma etkisine sahiptir!
Pilot-dalga teorisindeki en büyük problem, sadece teoriye özgü tahminler yapamıyor olmasıdır. Pilot-dalga tarafından yapılan tüm tahminler ya daha geniş ölçekte kabul edilen kuantum teorisinin birebir aynısı ya da test edilemeyen tahminlerdir.
Şimdi Ne Olacak?
Henüz bir şey söylemek için çok erken. Çünkü bilim insanlarının bu tarz sonuçları uzun uzadıya tartışması, incelemesi, yeniden gözden geçirmesi gerekiyor. Denklemin çözümüne veya sonuçlarına yönelik eleştiriler biriktikçe ve bilim insanları akademik toplantılarda bu bulguların sonuçlarını değerlendirdikçe, biz de bunun Evren'e yönelik algılarımızı nasıl değiştirdiğini daha iyi öğreneceğiz.
Evren'in nasıl başladığının sırlarını çözmek, Evren'in dışında bir şeyin olup olmadığı veya Evren'den öncesi varsa bunun ne olduğunu tespit etmemizi sağlayabilir. Bunun da bilim ve felsefe üzerinde dönüştürücü bir etki yaratacağı aşikardır. Fakat aceleci davranmamalı ve büyük sonuçlara sabırsızlıkla sıçramamalıyız.
Çünkü gerçeği ortaya çıkarma çabası, bir yarış değil, uzun ve çetrefilli bir yolculuk. Bu yolculuğun üstesinden ancak ve ancak bilimle, akılla ve mantıkla gelebiliriz.
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.
İlginizi Çekebilecek Sorular
- Eşeyli üremelerde mayoz bölünmenin ilk evresinde homolog kromozom (genetik çeşitlilik) nasıl oluşuyor?
- Maymun dna'sı ile %98 benzerlik bu kadar fark yaratıyorsa iki insan arasındaki %0,01'lik farklılık da ırkları yaratmaz mı?
- Son günlerde neden her şeyden korkar oldum?
- 14
- 8
- 5
- 5
- 4
- 3
- 2
- 1
- 0
- 0
- 0
- 0
- D. He, et al. (2014). Spontaneous Creation Of The Universe From Nothing. Physical Review D. | Arşiv Bağlantısı
- The Physics arXiv Blog. A Mathematical Proof That The Universe Could Have Formed Spontaneously From Nothing. (11 Nisan 2014). Alındığı Tarih: 05 Temmuz 2019. Alındığı Yer: Medium | Arşiv Bağlantısı
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 02/03/2021 01:06:11 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/2888
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.
- Bilim Ağacı> Doğal Bilimler> Fizik> Astronomi> Astrofizik> Fiziksel Kozmoloji
- Bilim Ağacı> Doğal Bilimler> Fizik> Matematiksel Fizik
- Heisenberg Belirsizlik İlkesi Evrenin Genişlemesi Vakum Kuantum Çalkalanma İvme Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması (Cmb) Kozmolojik Sabit