Hayır, Roger Penrose, Büyük Patlamadan Önce Bir Evrenin Kanıtını Görmüyoruz – Ethan Siegel
Geçen yüzyılın en büyük bilimsel başarılarından biri, sıcak Büyük Patlama teorisiydi: Evrenin, bugün onu gözlemlediğimiz ve içinde var olduğumuz şekliyle, daha sıcak, daha yoğun, daha tekdüze bir geçmişten ortaya çıktığı fikri. Başlangıçta genişleyen Evren için daha ana akım açıklamalardan bazılarına ciddi bir alternatif olarak önerilen, 1960’ların ortalarında, bu erken, sıcak ve yoğun durumdan kalan “ilkel ateş topu” nun keşfiyle şok edici bir şekilde doğrulandı: bugün Kozmik Mikrodalga Arka Planı olarak bilinir.
50 yıldan fazla bir süredir, Büyük Patlama, kozmik kökenlerimizi açıklayan teori olarak, erken, enflasyonist bir dönem öncesinde ve onu kurarak hüküm sürdü. Hem kozmik şişme hem de Büyük Patlama, gökbilimciler ve astrofizikçiler tarafından sürekli olarak sorgulandı, ancak yeni, kritik gözlemler her geldiğinde alternatifler azaldı. 2020 Nobel Ödüllü Roger Penrose’un alternatif girişimi olan Konformal Döngüsel Kozmoloji bile enflasyonist Big Bang’in başarılarıyla boy ölçüşemez. Son manşetlerin ve Penrose’un iddialarının aksine, “Big Bang’den önce bir Evren” olduğuna dair bir kanıt yok.
Big Bang genellikle her şeyin başlangıcıymış gibi sunulur: uzay, zaman ve madde ve enerjinin kökeni. Belli bir arkaik bakış açısından, bu mantıklı. Gördüğümüz Evren bugün genişliyor ve daha az yoğun hale geliyorsa, bu, geçmişte daha küçük ve daha yoğun olduğu anlamına gelir. Eğer o Evrende radyasyon – fotonlar gibi şeyler – mevcutsa, o zaman o radyasyonun dalga boyu Evren genişledikçe uzar, yani zaman geçtikçe soğur ve geçmişte daha sıcaktır.
Bir noktada, yeterince geriye doğru tahmin ederseniz, o kadar büyük yoğunluklara, sıcaklıklara ve enerjilere ulaşırsınız ki, bir tekillik için koşullar yaratırsınız. Mesafe ölçekleriniz çok küçükse, zaman çizelgeleriniz çok kısaysa veya enerji ölçekleriniz çok yüksekse, fizik yasalarının anlamı kalmaz. Saati 13.8 milyar yıl geriye, efsanevi “0” işaretine doğru çalıştırırsak, bu fizik yasaları ~ 10-43 saniyelik bir zamanda bozulur: Planck zamanı.
Eğer bu, Evrenin doğru bir tasviri olsaydı – sıcak ve yoğun başladı ve sonra genişledi ve soğudu – geçmiş tarihimizde çok sayıda geçişin gerçekleşmesini beklerdik.
- Tüm olası parçacıklar ve antiparçacıklar, sürekli olarak onları yaratamayacak kadar soğuduğunda, fazlalık radyasyona yok olacak şekilde çok sayıda yaratılacaktı.
- Elektrozayıf ve Higgs simetrileri, Evren bu simetrilerin restore edildiği enerjinin altında soğuduğunda kırılır ve sıfır olmayan dinlenme kütlelerine sahip dört temel kuvvet ve parçacık oluşturur.
- Kuarklar ve gluonlar, protonlar ve nötronlar gibi kompozit parçacıklar oluşturmak için yoğunlaşır.
- Nötrinolar, hayatta kalan parçacıklarla verimli bir şekilde etkileşime girmeyi bırakır.
- Protonlar ve nötronlar hafif çekirdekleri oluşturmak için birleşir: döteryum, helyum-3, helyum-4 ve lityum-7.
- Yerçekimi, aşırı yoğun bölgeleri büyütmek için çalışırken, radyasyon basıncı, çok yoğun hale geldiklerinde genişletmek için çalışır ve bir dizi salınımlı, ölçeğe bağlı baskı oluşturur.
- Ve Büyük Patlama’dan yaklaşık 380.000 yıl sonra, anında parçalanmadan nötr, kararlı atomlar oluşturacak kadar soğur.
Bu son aşama gerçekleştiğinde, daha önce serbest elektronlardan saçılan Evrene nüfuz eden fotonlar, düz bir çizgide hareket eder, dalga boyu uzar ve Evren genişledikçe sayıca azalır.
Yaklaşık 55 yıl önce, bu kozmik radyasyon arka planı ilk kez tespit edildi ve Büyük Patlama’yı Evrenimizin kökeni için birkaç uygun seçenekten birinden verilerle tutarlı olan tek seçenek haline getirdi. Çoğu gökbilimci ve astrofizikçi Büyük Patlama’yı hemen kabul ederken, önde gelen alternatif Durağan Durum teorisinin en güçlü savunucuları – Fred Hoyle gibi insanlar – ezici veriler karşısında itibarsız fikirlerini savunmak için giderek daha fazla saçma iddialar ortaya attılar.
Ancak her iddia olağanüstü bir şekilde başarısız oldu. Yorgun yıldız ışığı olamazdı. Ne yansıyan ışık ne de ısınan ve yayılan toz. Denenen her açıklama veriler tarafından çürütüldü: Bu kozmik ışıltılı parıltının spektrumu çok mükemmel bir kara cisimdi, her yöne çok eşitti ve bu alternatif açıklamalarla aynı hizaya gelmek için Evrendeki maddeyle çok fazla ilişkisizdi. Bilim, Büyük Patlama’nın uzlaşmanın bir parçası, yani geleceğin bilimi için mantıklı bir başlangıç noktası haline gelmesine doğru ilerlerken, Hoyle ve ideolojik müttefikleri, bilimsel olarak savunulamaz alternatifleri savunarak bilimin ilerlemesini durdurmak için çalıştılar.
Nihayetinde, karşıtların önemsiz derecede yanlış çalışmaları belirsizliğe dönüşmesi ve araştırma programlarının sonunda ölümleriyle sona ermesiyle birlikte, bilim ilerledi.
Bu arada, 1960’lardan 2000’lere kadar, astronomi ve astrofizik bilimleri – ve özellikle Evrenin tarihine, büyümesine, evrimine ve kaderine odaklanan kozmolojinin alt alanı – olağanüstü bir şekilde büyüdü.
- Büyük bir kozmik ağ keşfederek Evrenin büyük ölçekli yapısının haritasını çıkardık.
- Galaksilerin nasıl büyüdüğünü ve geliştiğini ve içindeki yıldız popülasyonlarının zamanla nasıl değiştiğini keşfettik.
- Evrendeki bilinen tüm madde ve enerji biçimlerinin gözlemlediğimiz her şeyi açıklamak için yetersiz olduğunu öğrendik: bir tür karanlık madde ve bir tür karanlık enerji gereklidir.
Ve Işık elementlerinin tahmin edilen bolluğu, ilkel nötrinoların bir popülasyonunun varlığı ve bugün gözlemlediğimiz Evrenin büyük ölçekli yapısına büyümek için tam olarak gerekli tipteki yoğunluk kusurlarının keşfi gibi Büyük Patlama’nın ek tahminlerini daha da doğrulayabildik.
Aynı zamanda, şüphesiz doğru olan, ancak Büyük Patlama’nın açıklamak için hiçbir öngörücü güce sahip olmadığı gözlemler vardı. Evrenin bu keyfi olarak yüksek sıcaklıklara ve yüksek enerjilere en eski zamanlarda ulaştığı iddia ediliyor ve yine de bugün görebildiğimiz egzotik kalıntılar yok: manyetik monopoller yok, büyük birleşmeden gelen parçacıklar yok, topolojik kusurlar yok, vb. Teorik olarak, gördüğümüz Evreni açıklamak için bilinenin ötesinde başka bir şey olmalı, ama eğer var oldularsa, bizden gizlendiler.
Evren, gördüğümüz özelliklerle var olabilmek için, çok özel bir genişleme oranıyla doğmuş olmalıdır: toplam enerji yoğunluğunu tam olarak dengeleyen, 50’den fazla önemli basamağa dengeleyen bir genişleme oranı. Big Bang’in bunun neden böyle olması gerektiğine dair bir açıklaması yok.
Ve uzayın farklı bölgelerinin aynı sıcaklığa sahip olmasının tek yolu, termal dengede olmalarıdır: eğer etkileşime girmek ve enerji alışverişi yapmak için zamanları varsa. Yine de Evren çok büyüktür ve nedensel olarak bağlantısız birçok bölgemiz olacak şekilde genişlemiştir. Işık hızında bile, bu etkileşimler gerçekleşemezdi.
Bu, kozmoloji ve genel olarak bilim için muazzam bir meydan okuma sunuyor. Bilimde teorilerimizin açıklayamadığı bazı olguları gördüğümüzde iki seçeneğimiz vardır.
- Aynı anda önceki teorinin tüm başarılarını korurken ve önceki teorinin tahminlerinden farklı yeni tahminler yaparken bu fenomenleri açıklamak için teorik bir mekanizma tasarlamaya çalışabiliriz.
- Ya da basitçe bir açıklama olmadığını ve Evrenin bize gözlemlediğimiz Evreni vermek için gerekli özelliklerle doğduğunu varsayabiliriz.
Yalnızca ilk yaklaşımın bilimsel değeri vardır ve bu nedenle, meyve vermese bile denenmesi gereken budur. Büyük Patlama’yı genişletmek için en başarılı teorik mekanizma, Büyük Patlama’dan önce Evrenin üstel bir şekilde genişlediği bir aşamayı oluşturan kozmik enflasyon olmuştur: onu düz bir şekilde germek, ona her yerde aynı özellikleri vermek, genişleme oranını enerji yoğunluğuyla eşleştirmek, önceki yüksek enerji kalıntılarını ortadan kaldırmak ve aksi halde tekdüze bir Evrenin üzerine bindirilmiş kuantum dalgalanmalarının — belirli bir yoğunluk ve sıcaklık dalgalanmalarına yol açan — yeni tahminini yapmak.
Enflasyon, kendisinden önceki Büyük Patlama gibi, çok sayıda kötüleyiciye sahip olsa da, tüm alternatiflerin başarısız olduğu yerlerde başarılı olur. Katlanarak genişleyen bir Evrenin madde ve radyasyonla dolu bir Evrene dönüşebileceği, gözlemlerimize uygun bir şekilde genişleyebileceği, yani sıcak Büyük Patlama’nın tüm başarılarını yeniden üretebileceği “zarif çıkış” sorununu çözer. Herhangi bir ultra yüksek enerji kalıntısını ortadan kaldırarak bir enerji kesintisi uygular. Genişleme hızının ve toplam enerji yoğunluğunun mükemmel bir şekilde eşleştiği, son derece yüksek derecede tek tip bir Evren yaratır.
Ve yapı tipleri ve ortaya çıkması gereken ilk sıcaklık ve yoğunluk dalgalanmaları hakkında daha sonra gözlemlerle doğru olduğu doğrulanan yeni tahminlerde bulunur. Enflasyonun tahminleri büyük ölçüde 1980’lerde alay konusu olurken, enflasyonu doğrulayan gözlemsel kanıtlar son 30 yılda damla damla aktı. Alternatifler bol olsa da hiçbiri enflasyon kadar başarılı değil.
Ne yazık ki, Nobel ödüllü Roger Penrose, 1960’larda ve 1970’lerde Genel Görelilik, kara delikler ve tekillikler üzerine yaptığı çalışmalar kesinlikle Nobel’e layık olmasına rağmen, son yıllarda çabalarının büyük bir kısmını enflasyonu devirmek için bir haçlı seferine harcadı: Bilimsel olarak çok daha aşağı bir alternatifi , onun evcil hayvanı olan Konformal Döngüsel Kozmoloji veya CCC fikrini teşvik ederek.
En büyük öngörü farkı, CCC’nin “Büyük Patlama’dan önceki Evren” damgasının hem Evrenin büyük ölçekli yapısında hem de kozmik mikrodalga arka planında kendini göstermesini gerektirmesidir: Büyük Patlama’nın arta kalan parıltısı. Tersine, enflasyon, enflasyonun sona erdiği ve sıcak bir Big Bang’in ortaya çıktığı herhangi bir yerde, bu tür herhangi bir önceki, mevcut veya gelecekteki bölgeyle nedensel olarak bağlantısının kesilmesini ve bu bölgeyle etkileşime girmemesini talep eder. Evrenimiz, diğerlerinden bağımsız özelliklerle var olur.
İlk olarak COBE ve WMAP’den ve daha yakın zamanda Planck’tan elde edilen gözlemler, bu tür yapılar üzerinde kesinlikle çok sıkı kısıtlamalar (mevcut verilerin sınırlarına kadar) yerleştirmektedir. Evrenimizde çürükler yok; yinelenen desen yok; düzensiz dalgalanmaların eşmerkezli daireleri yok; Hawking noktası yok. Veriler düzgün bir şekilde analiz edildiğinde, enflasyonun verilerle tutarlı olduğu ve CCC’nin olmadığı çok açık.
Her ne kadar Hoyle gibi Penrose da iddialarında yalnız olmasa da, veriler onun iddia ettiği şeye ezici bir şekilde karşı çıkıyor. Yaptığı tahminler verilerle çürütülüyor ve bu etkileri gördüğü iddiaları ancak veriler bilimsel olarak yanlış ve meşru olmayan bir şekilde analiz edildiğinde tekrarlanabilir. Yüzlerce bilim adamı, bilim alanını görmezden gelmeye ve iddialarıyla ilerlemeye devam eden Penrose’a bunu 10 yıldan fazla bir süre boyunca defalarca ve tutarlı bir şekilde – işaret etti.
Kendinden önceki birçokları gibi, kendi fikirlerine o kadar aşık olmuş ki, artık onları sorumlu bir şekilde test etmek için gerçekliğe bakmıyor. Yine de bu testler var, kritik veriler herkese açık ve Penrose sadece yanlış değil, Evrende olması gerektiğini iddia ettiği özelliklerin mevcut olmadığını göstermek de çok kolay. Hoyle, daha sonraki yaşamlarında bilimsel olmayan duruşları nedeniyle yıldız nükleosentezine değerli katkılarına rağmen Nobel Ödülü’nü reddetmiş olabilir; Penrose’un şimdi bir Nobel’i olmasına rağmen, aynı üzücü tuzağa yenik düştü.
Penrose’un yaratıcılığını övmemiz ve çığır açan, Nobel’e layık çalışmasını kutlamamız gerekirken, kendimizi herhangi bir büyük bilim insanını ilahlaştırma dürtüsüne veya verilerle desteklenmeyen yaptıkları işe karşı korumalıyız. Sonunda, şöhret ya da ünden bağımsız olarak, bizim için neyin gerçek neyin sadece kanıtlanmamış bir hipotez olduğunu ayırt etmek ve bizi nereye götürdüğüne bakılmaksızın Evrenin liderliğini takip etmek Evrenin kendisine kalmıştır.
Çevirmen: Onur Kenan Aydoğdu
Kaynak: Ethan Siegel , No, Roger Penrose, We See No Evidence Of A ‘Universe Before The Big Bang’ , https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/10/08/no-roger-penrose-we-see-no-evidence-of-a-universe-before-the-big-bang/?sh=268950167a0f , Erişim Tarihi: 01.09.2022