Yirminci yüzyılın ilk yıllarında iki yeni teori uzay ve zaman ile gerçeğin kendisine ilişkin düşünüş şeklimizi tamamen değiştirdi. Yetmiş beş yıldan fazla bir zaman sonra hala onlann sonuçlan üzerinde çalışmakta ve onlan Evren’deki herşeyi tanımlayacak birleşik bir teori halinde birleştirmeye uğraşmaktayız. Bu iki teori genel görecelik teorisi ve kuantum mekaniğidir. Genel görecelik kuramı uzay ve zamanla ve onların büyük bir ölçekte Evren’deki madde ve enerji tarafından nasıl eğrildikleri veya büküldükleri ile ilgilenir. Diğer taraftan kuantum mekaniği ise çok küçük ölçeklerle uğraşır.
(*) Temmuz 1991’de Tokyo’da NTT Data Communications Systems Corporation Paradigm Session’da yapılan bir konuşma
Onun içinde, bir parçacığın konum ve hızının aynı anda hiç bir zaman kesin olarak ölçülemeyeceğini söyleyen, belirsizlik ilkesi yer alır. Birini daha hassas olarak ölçtükçe diğerini daha az hassas olarak ölçersiniz. Her zaman bir belirsizlik veya şans unsuru vardır ve bu küçük ölçekte maddenin davranışını temel bir şekilde etkiler. Genel görecelik hemen hemen tek başına Einstein’ın işiydi ve Einstein kuantum mekaniğinin gelişiminde de önemli bir rol oynadı. Kuantum mekaniği hakkındaki duygularını şu cümlede özetlemiştir: “Tanrı zar atmaz”. Fakat tüm kanıtlar Tanrı’nın uslanmaz bir kumarbaz olduğunu ve mümkün olan her vesileyle zar attığını göstermektedir.
Bu yazıda bu iki teorinin ardındaki temel fikirleri ve Einstein’ın kuantum mekaniğinden neden huzursuz olduğunu aktarmaya çalışacağım. Aynı zamanda, bu iki teori birleştirilmeye çalışıldığında gerçekleşecekmiş gibi görünen dikkate değer şeylerin bazılarını da anlatacağım. Bunlar, zamanın kendisinin yaklaşık on beş milyar yıl önce bir başlangıcı olduğunu ve gelecekte bir noktada sonunun gelebileceğini göstermektedir. Ama bir başka tür zamanda Evren’in hiç sınırı yoktur. O ne yaratılır, ne de yok edilir. O yalnızca vardır.
Görecelik kuramıyla başlayacağım. Ulusal yasalar yalnızca bir ülke içinde geçerlidir, fakat fizik yasaları İngiltere’de, Birleşik Devletlerde ve Japonya’da aynıdır. Bu yasalar aynı zamanda Mars’ta ve Andromeda galaksisinde de aynıdır. Yalnızca bu kadar değil, hangi hızla hareket ediyorsanız edin, bu yasalar aynıdır. Bu yasalar hızlı trende veya bir jet uçağında neyse yerde duran birisi için de aynıdır. Aslında kuşkusuz yeryüzünde hareketsiz olan biri bile Güneş etrafında saniyede 18.6 mil (30 kilometre) hızla hareket etmektedir. Güneş de galaksi etrafında saniyede yüzlerce kilometre hızla hareket etmektedir vb. Yine de, tüm bu hareketler fiziğin yasaları için bir fark yaratmaz, bunlar tüm gözlemciler için aynıdır.
Sistemin hızının bağımsızlığı, ilk olarak gülleler veya gezegenler gibi nesnelerin hareket yasalarını geliştiren Galile tarafından keşfedildi. Ancak insanlar gözlemcinin hızının bağımsızlığını, ışığın hızını yöneten yasaları da kapsayacak şekilde genişletmeye çalıştıklarında bir problem ortaya çıktı. On sekizinci yüzyılda ışığın kaynaktan gözlemciye anında ulaşmadığı, onun yerine belli bir hızla, yaklaşık olarak saniyede 186.000 mil (300.000 kilometre) hızla gittiği keşfedilmişti. Fakat bu hız neye göre idi? Uzayda ışığın geçtiği bir ortam olması gerektiği anlaşılıyordu. Bu ortama esir dendi. Işık dalgalarının esirden saniyede 186.000 mil hızla geçtiği düşünülüyordu, bu da esire göre hareketsiz olan bir gözlemcinin ışığın hızını saniyede 186.000 mil olarak ölçeceği, fakat esirde hareket halindeki bir gözlemcinin daha yüksek veya daha düşük bir hız ölçeceği anlamına geliyordu. Özel olarak, yeryüzü ,Güneş etrafındaki yörüngesinde esirde hareket ederken ışığın hızının değişmesi gerektiğine inanılıyordu. Ancak 1887 yılında Michelson ve Morley tarafından yapılan dikkatli bir gözlem ışığın hızının her zaman aynı olduğunu gösterdi. Gözlemci hangi hızla ilerliyor olursa olsun, her zaman ışığın hızını saniyede 186.000 mil olarak ölçecekti.
Bu nasıl doğru olabilir? Farklı hızlarda hareket eden gözlemcilerin hepsi ışığı aynı hızda nasıl ölçebilirler? Bunun yanıtı, eğer uzay ve zaman konusundaki normal fikirlerimiz geçerliyse, ölçemeyecekleridir. Ancak 1905 yılında yazdığı ünlü bir yazıda Einstein evrensel zaman fikrini bırakırlarsa böyle gözlemcilerin hepsinin aynı ışık hızını ölçebileceklerine işaret etmiştir. Herbiri yanında taşıdığı bir saatle ölçülen, kendi bireysel zamanına sahip olacaktır. Bu farklı saatler tarafından ölçülen zamanlar, eğer birbirine göre yavaş hareket ediyorlarsa, hemen hemen tam olarak uyuşacaktı fakat eğer saatler yüksek hızla hareket ediyorsa farklı saatler tarafından ölçülen zamanlar önemli ölçüde farklı olacaktı. Bu etki gerçekten yerdeki bir saatle ticari bir uçaktaki saati kıyaslayarak gözlemlenmiştir; uçaktaki saat yerdeki saate kıyasla biraz daha yavaş çalışır. Ancak normal yolculuk hızlarında saatlerin hızları arasındaki farklar çok küçüktür. Yaşamınıza bir saniye eklemek için Dünya etrafında dört yüz milyon defa dolaşmanız gerekir; bu arada uçakda verilen yemekler ömrünüzün çok daha (azla kısalmasına yolaçacağını da unutmayın.
Kendi bireysel zamanlarına sahip olmak, farklı hızlarda yolculuk yapan insanların ışık hızını aynı ölçmelerini nasıl doğurur? Bir ışık sadmesinin hızı onun iki olay arasında yol aldığı uzaklığın olaylar arasındaki zaman aralığına bölünmesiyle bulunur. (Bu anlamda bir olay uzayda tek bir noktada, zamanda belirli bir noktada olan bir şeydir). Farklı hızlarda hareket eden insanlar iki olay arasındaki uzaklık konusunda görüş birliği içinde olmayacaktır. Örneğin bir karayolundan aşağı inen bir arabanın hızını ölçersem, onun yalnızca bir kilometre ilerlemiş olduğunu düşünebilirim, fakat Güneş üzerindeki biri için o yaklaşık 1800 kilometre ilerlemiştir, çünkü araba yoldan inerken yeryüzü hareket etmiş olacaktır. Farklı hızlarda hareket eden insanlar olaylar arasında farklı uzaklıklar ölçtüklerinden, ışığın hızı konusunda görüş birliğine varmaları için aynı zamanda farklı zaman aralıkları ölçmüş olmaları gerekir.
Einstein’ın o ünlü 1905 yazısında önerdiği orijinal görecelik teorisi şimdi bizim özel görecelik teorisi diye isimlendirdiğimiz şeydir. Bu teori nesnelerin uzay ve zamanda nasıl ilerlediklerini tanımlar. Bu teori zamanın kendi başına var olan evrensel bir nicelik olmadığını gösterir. Onun yerine, gelecek ve geçmiş yalnızca uzay-zaman olarak isimlendirilen bir şey içinde yukarı ve aşağı, sol ve sağ, ileri ve geri gibi yönlerdir. Zamanda yalnızca gelecek yönünde ilerleyebilirsiniz, fakat ona biraz açılı gidebilirsiniz. Bu nedenle zaman farklı hızlarda geçebilir.
Özel görecelik teorisi zamanı uzayla birleştirmiştir, fakat uzay ve zaman hala içinde olayların olduğu sabit bir arkaplandır. Uzay-zaman içinde farklı yollardan gitmeyi seçebilirsiniz fakat yaptığınız hiçbir şey uzay ve zamanın arkaplanında değişiklik yapamaz. Ancak Einstein 1915 yılında genel görecelik kuramını formüle ettiğinde tüm bunlar değişti. Einstein kütlesel çekimin yalnızca değişmez uzay-zaman arkaplanı içinde çalışan bir kuvvet olmadığı şeklindeki devrimci fikre sahipti. Kütlesel çekim, uzay-zamanın içindeki kütle ve enerjinin neden olduğu bir bükülmeydi. Gülleler ve gezegenler gibi nesneler uzay-zamanda doğru bir çizgide hareket etmeye çalışırlar, fakat uzay zaman düz olmayıp bükülü. eğrilmiş olduğu için yolları bükülmüş görünür. Yeryüzü uzay-zamanda düz bir çizgide hareket etmeye çalışmaktadır, fakat Güneş’in kütlesinin yarattığı uzay-zamanın eğriliği onun güneş etrafında bir daire içinde gitmesine yol açar. Benzer şekilde. ışık düz bir çizgide ilerlemeye çalışır, fakat uzay-zamanın Güneş’in etrafındaki eğriliği, uzak yıldızlardan gelen ışığın. Güneş’in yakınından geçmesi durumunda, bükülmesine yol açar. Normal olarak, gökyüzünde Güneş’le hemen hemen aynı yönde olan yıldızları görmek mümkün değildir. Ancak Güneş ışığının büyük kısmının ay tarafından engellendiği bir güneş tutulması sırasında, bu yıldızlardan gelen ışık gözlemlenebilir. Einstein genel görecelik kuramını, koşulların bilimsel gözlemler için uygun olmadığı, I. Dünya Savaşı sırasında yarattı; fakat savaştan hemen sonra İngiltere’de yapılan bir araştırmada 1919 yılının güneş tutulması gözlemlendi ve genel görecelik kuramının kestirimleri doğrulandı : uzay-zaman düz değildir, fakat içindeki madde ve enerjiyle eğrilmiştir.
Bu Einstein’ın en büyük zaferiydi. Bu keşif uzay ve zamanı düşünüş şeklimizi tamamen değiştirdi. Onlar artık içinde olayların olduğu pasif bir arkaplan değillerdi. Artık uzay ve zamanın Evren’de olup bitenden etkilenmeden sonsuza kadar devam ettiğini düşünemezdik. Onlar artık içlerinde oluşan olayları etkileyen ve bu olaylardan etkilenen dinamik niceliklerdi.
Kütle ve enerjinin önemli bir özelliği her zaman pozitif yüklü olmalarıdır. Bu nedenle kütlesel çekim her zaman nesneleri birbirine doğru çeker. Örneğin yeryüzünün kütlesel çekimi Dünya’nın zıt taraflarında bile bizi ona doğru çeker. Bu nedenle Avustralya’daki insanlar dünyadan düşmezler. Benzer şekilde Güneş’in kütlesel çekimi gezegenleri onun etrafında yörüngede tutar ve yeryüzünün gezegenler arası uzayın karanlığına fırlamasını önler. Genel göreceliğe göre, kütlenin her zaman pozitif olması uzay-zamanın yeryüzünün yüzeyi gibi tekrar kendi üzerine eğrilmiş olması anlamına gelir. Eğer kütle negatif olsaydı, uzay zaman bir eğerin yüzeyi gibi diğer yönde kıvrılmış olurdu. Kütlesel çekimin çekici olduğunu yansıtan bu uzay zamanın pozitif eğriliği, Einstein tarafından büyük bir problem olarak görülmüştü. O zamanlar yaygın olarak Evren’in statik olduğuna inanılıyordu, ama eğer uzay ve özellikle zaman kendi üzerine eğrilmişse, Evren bugünkü haliyle hemen hemen aynı durumda sonsuza kadar nasıl devam edebilirdi?
Einstein’ın orijinal genel görecelik denklemleri Evren’in ya genişliyor ya da büzülüyor olması gerektiği kestiriminde bulunuyordu. Bu nedenle o kütlesel çekim kuvvetine karşı koymak üzere, Evren’deki kütle ve enerjiyle uzay-zamanın eğriliğinin bağlantısını kuran denklemlere yeni bir terim ekledi. Bu “kozmolojik değişmez” denen şey itici bir kütlesel çekim etkisine sahipti. Böylece maddenin çekimini kozmolojik değişmezin itişiyle dengelemek mümkün idi. Bir başka deyişle, kozmolojik değişmez tarafından üretilen uzay-zamanın negatif eğriliği Evren’deki kütle ve enerji tarafından üretilen uzay-zamanın pozitif eğriliğini yok edebilirdi. Bu şekilde, aynı durumda sonsuza kadar süren bir evren elde edilebilirdi. Einstein, kozmolojik terim olmayan orijinal denklemine bağlı kalmış olsaydı, evrenin ya genişlediği, ya da büzüldüğü kestiriminde bulunurdu.
Edwin Hubble’ın, uzak galaksiler üzerinde yaptığı gözlemlerin onların kabaca bizden uzaklıklarıyla orantılı hızlarla uzaklaştıklarını gösterdiği 1929 yılına kadar, Evren’in statik olmayıp genişlediği konusunda kanıt yoktu. Galaksiler arasındaki uzaklıklar zamanla artmaktadır. Evren genişlemektedir. Daha sonraları Einstein kozmolojik değişmezi “yaşamımın en büyük gafı” olarak nitelendirmiştir.
Fakat kozmolojik değişmez ile veya o olmadan, maddenin, uzay-zamanın kendi üzerinde eğrilmesine neden olduğu gerçeği, genel olarak öyle kavranmasa da, bir problem olarak kaldı. Bunun anlamı maddenin bir bölgeyi kendisini etkili olarak Evren’in kalanından kesip ayıracak kadar kendi üzerinde eğriltebileceği idi. Bu bölge kara delik olarak isimlendirilecek şey haline gelecekti. Nesneler kara deliğin içine düşebilir fakat hiçbir şey oradan kaçıp kurtulamaz. Dışarı çıkmak için ışığın hızından daha hızlı hareket etmeleri gerekir, buna da genel görecelik kuramı tarafından izin verilmemektedir. Böylece kara deliğin içindeki nesne hapsolmuş olacak ve bilinmeyen bir yüksek yoğunluk durumuna çökecekti.
Einstein bu çökmenin sonuçlarından çok huzursuz olmuştu ve bunun gerçekleştiğine inanmayı reddetti. Fakat 1939 yılında ‘Robert Oppenheimer, Güneş’in kütlesinin iki katından daha fazla kütleye sahip olan bir eski yıldızın tüm nükleer yakıtını tüketttiğinde kaçınılmaz olarak çökeceğini gösterdi. Daha sonra savaş araya girdi, Oppenheimer atom bombası projesine katıldı ve kütlesel çekim çökmesi ne yönelik ilgisini kaybettti. Diğer bilim adamları yeryüzünde incelenebilir fizikle daha fazla ilgileniyorlardı. Evren’in uzak alanları hakkındaki kestirimlere güvenmiyorlardı, çünkü bunlar gözlemle test edilebilir görünmüyorlardı. Ancak 1960’larda astronomik gözlemlerin alanı ve niteliğindeki büyük gelişmeler kütlesel çekim çökmesi ve Evren’in ilk zamanlarına ilgiyi yeniden canlandırdı. Roger Penrose ve benim bazı teoremleri kanıtlamamıza kadar Einstein’ın genel görecelik teorisinin bu durumlarda tam olarak neyin kestiriminde bulunduğu konusu açık değildi. Bu teoremler uzay-zamanın kendi üzerinde eğrilmiş olmasının uzay-zamanın bir başlangıç veya sona sahip olduğu yerler olan tekilliklerin bulunduğu anlamına geldiğini gösteriyordu. Uzay-zaman yaklaşık on beş milyar yıl önce Büyük Patlama’da bir başlangıca sahip olmalıydı ve çöken bir yıldızda ve çöken yıldızın arkada bıraktığı kara deliğe düşen herhangi bir şeyde, bir sona ulaşacaktı.
Einstein’ın genel görecelik kuramının tekilliklerin kestiriminde bulunması fizikte bir krize yol açtı. Uzay-zamanın eğriliğinin külle ve enerji dağılımıyla ilişkisini kuran genel görecelik denklemleri, bir tekillikte tanımlanamaz. Özel olarak genel görecelik. Evren’in Büyük Patlama’da nasıl başlaması gerektiği kestiriminde bulunamaz. Bu yüzden genel görecelik tam bir teori değildir. Evren’in nasıl başlaması gerektiğini ve madde kendi kütlesel çekimi altında çöktüğünde ne olması gerektiğini belirleyecek bir ek unsur gerektirir.
Gerekli katkı unsurunun kuantum mekaniği olduğu anlaşılıyor. Einstein 1905’de, özel görecelik teorisi üzerine yazısını yazdığı yıl, aynı zamanda fotoelektrik etki denen bir olay hakkında da yazı yazdı. Belli metallere ışık düştüğünde yüklü parçacıklar yayıldığı gözlemlenmişti. Çok şaşırtıcı olan şey, eğer ışığın yoğunluğu azal-tılırsa yayılan parçacık sayısının azalması fakat her parçacığın yayılma hızının aynı kalmasıydı. Einstein, ışığın herkesin varsaydığı gibi sürekli olarak değişken miktarlarda yayılmayıp belli büyüklüklerde paketler halinde yayılması durumunda, bunun açıklanabileceğini gösterdi. Işığın yalnızca kuanta denen paketler halinde yayılması fikri bir kaç yıl önce Alman fizikçi Max Planck tarafından ileri sürülmüştü. Bu biraz, süpermarketten şekerin tek tek alınamayacağını, yalnızca kilogramlık paketler halinde alınabileceğini söylemeye benzer. Planck kuanta fikrini kızarmış bir metal parçasının neden sonsuz miktarda ısı vermediğini açıklamak üzere kullandı; fakat kuantayı basitçe teorik bir hile olarak, fiziksel gerçeklikte herhengi bir şeye karşılık gelmeyen bir şey olarak düşündü. Einstein’ın yazısı tek tek kuantaları doğrudan gözlemleyebileceğimizi gösterdi. Yayılan her parçacık metale çarpan bir ışık kuantumuna karşılık geliyordu. Bu yaygın şekilde kuantum teorisine çok önemli bir katkı olarak değerlendirilmektedir ve ona 1922 yılında Nobel ödülü getirmiştir. (Einstein genel görecelik kuramıyla bir Nobel ödülü kazanmış olmalıydı, fakat uzay ve zamanın eğri İmiş olduğu fikri hala fazla spekülatif ve tartışmalı sayılıyordu, bu yüzden ona onun yerine fotoelektrik etki için bir ödül verdiler -o kendi başına ödüle layık olmayan bir iş olduğundan değil)
Fotoelektrik etkinin tam sonuçlan, 1925 yılında Werner Heisenberg’in onun bir parçacığın konumunu tam olarak ölçme olanağı sağladığına işaret edişine kadar, kavranmamıştı. Bir parçacığın ne olduğunu anlamak için onu ışığa tutmanız gerekir. Fakat Einstein çok küçük bir miktarda ışık kullanamayacağımızı, en . azından bir paket veya kuantum kullanılması gerektiğini göstermişti. Bu ışık paketi parçacığı etkiler ve onun herhangi bir yönde bir hızla hareket etmesine yol açar. Parçacığın konumunu ne kadar hassas ölçmek isterseniz, kullanmak zorunda kalacağınız paketin enerjisi o kadar büyük olur ve böylece o parçacığı daha fazla etkiler. Ancak siz parçacığın konumunu nasıl ölçmeye çalışırsanız çalışın, konumundaki belirsizlik ile hızındaki belirsizliğin çarpımı her zaman belirli bir minimum miktardan büyük olur.
Heisenberg’in belirsizlik ilkesi bir sistemin durumunun tam olarak ölçülemeyeceğini, bu yüzden onun gelecekte tam olarak ne yapacağı konusunda kestirimde bulunulamayacağını göstermiştir. Tüm yapılabilecek şey farklı sonuçların olasılıkları hakkında kestirimde bulunmaktır. Einstein’ı o kadar huzursuz eden şey bu şans ya da rasgelelik unsuru idi. Einstein, fiziksel yasaların, gelecekde ne olacağına ilişkin belirli, muğlak olmayan bir kestirimde bulunmamasına inanmayı reddetti. Fakat nasıl ifade edilirse edilsin, kuantum olayı ve belirsizlik ilkesinin kaçınılmaz oldukları ve fiziğin her dalında onlarla karşılaşıldığı konusunda her tür kanıt vardır.
Einstein’ın genel göreceliği klasik teori olarak isimlendirilen bir şeydir; yani belirsizlik ilkesini kapsamaz. Bu nedenle genel göreceliği belirsizlik ilkesiyle birleştiren yeni bir teori bulunması gerekir. Çoğu durumda, bu yeni teori ile klasik genel görecelik arasındaki fark çok küçük olacaktır. Bunun nedeni, daha önce belirtildiği gibi, kuantum etkilerinin kestirimde bulunduğu belirsizliğin yalnızca çok küçük ölçeklerde olması, genel göreceliğin ise çok büyük ölçeklerde uzay-zamanın yapısıyla ilgilenmesidir. Ancak Penrose ve benim kanıtladığımız tekillik teoremleri uzay zamanın çok küçük ölçeklerde son derece eğri İmiş olacağını gösteriyor. O zaman belirsizlik ilkesinin etkileri çok önemli olacaktır ve bazı dikkate değer sonuçlara işaret eder görünmektedir.
Einstein’ın kuantum mekaniği ve belirsizlik ilkesi ile problemlerinin bir kısmı onun bir sistemin belirli bir geçmişi olduğu şeklinde sağduyuya dayanan tasımı kullanmasından ileri gelmektedir. Bir parçacık ya bir yerdedir ya da bir başka yerde. Yarısı bir yerde yansı diğer yerde olamaz. Benzer şekilde astronotların aya ayak basması gibi bir olay ya olmuştur ya da olmamıştır. Yan olmuş olamaz. Bu insanın biraz ölü veya biraz hamile olamaması gibidir. Ya öylesiniz, ya da değilsiniz. Fakat eğer bir sistemin belirli tek bir geçmişi varsa belirsizlik ilkesi parçacıkların bir defada iki yerde olması veya astronotların yalnızca yarı ayda olmaları gibi her türlü paradoksa yol açar.
Einstein’ı o kadar sıkmış olan bu paradoksları önlemenin güzel bir yolu Amerika’lı fizikçi Richard Feynman tarafından ileri sürülmüştü. Feynman 1948 yılında ışığın kuantum teorisi üzerindeki çalışmasıyla ün kazandı. 1965 yılında bir başka Amerika’lı Julian Schwinger ve Japon fizikçi Shinichiro Tomonaga ile birlikte Nobel ödülü aldı. Fakat o Einstein ile aynı gelenekte, fizikçinin fizikçisiydi. Tantanadan nefret ederdi ve National Academy of Sci-ence’dan, buradakilerin zamanlarının çoğunu hangi bilim adamının Academy’ye kabul edilmesi gerektiği konusu üzerinde karar vermekle geçirdiklerini görerek, istifa etti. 1988 yılında ölen Feynman teorik fiziğe bir çok katkısıyla anımsanır. Bunlardan biri parçacık fiziğinde hemen hemen her hesaplamada temel olan onun adını taşıyan diyagramlardır. Fakat daha da önemli bir katkısı geçmişlerin toplamı kavramıydı. Burada fikir bir sistemin klasik kuantum dışı fizikte normal olarak varsayıldığı gibi uzay-zamanda tek bir geçmişe sahip olmadığıdır. Onun yerine, sistem her olanaklı geçmişe sahiptir. Örneğin, belirli bir zamanda A noktasında olan bir parçacığı düşünün. Normal olarak parçacığın A’dan uzaklaşırken düz bir çizgi üzerinde hareket edeceği varsayılır. Ancak geçmişlerin toplamına göre, A’da başlayan herhangi bir yolda ilerleyebilir. Bu durum bir kurutma kağıdına bir parça mürekkep damlattığınız zaman gerçekleşecek şeye benzer. Mürekkep parçacıkları kurutma kağıdında mümkün olan her yoldan yayılırlar. Kağıdı keserek iki nokta arasındaki düz çizgiyi tıkasanız bile mürekkep köşeden döner.
Parçacığın her yoluna veya geçmişine ilişkin, yolun şekline dayanan bir sayısı olacaktır. Parçacığın A noktasından B noktasına gitmesi olasılığı parçacığı A’dan B’ye götüren tüm yollarla bağlantılı sayıların toplanmasıyla bulunur. Yolların çoğu için yolla ilişkin sayı yakındaki yolların sayılarını hemen hemen siler. Böylece onlar parçacığın A’dan B’ye gidişinin olasılığına çok az katkıda bulunurlar. Fakat düz yolların sayıları hemen hemen düz olan yolların sayılarıyla toplanır. Böylece olasılığa ana katkı düz veya hemen hemen düz olan yollardan gelecektir. Bu nedenle bir parçacığın bir köpük odasından geçerken yaptığı iz hemen hemen düz görünür. Fakat parçacığın yoluna üzerinde bir yarık bulunan bir duvar gibi bir şey koyarsanız, parçacık yollan yarığın ötesinde yayılabilir. Parçacığı yarıktan geçen düz çizginin uzağında bulma olasılığı yüksek olabilir.
1973 yılında, belirsizlik ilkesinin bir kara delik yakınında eğrilmiş uzay-zamanda bir parçacık üzerindeki etkisini, araştırmaya başladım. Çok dikkate değer ki, kara deliğin tam olarak kara olmayacağını buldum. Belirsizlik ilkesi, parçacıklar ve radyasyonun düzgün bir hızla kara delikten dışarı sızmasına olanak verecekti. Bu sonuç ben ve başka herkes için tam bir sürpriz oldu ve genel bir inançsızlıkla karşılandı. Fakat önceden görülebilmesi ve durumun açık olması gerekiyordu. Bir kara delik, ışığın hızından daha yavaş-bir hızda hareket edildiğinde kaçıp kurtulunması olanaksız olan, bir uzay bölgesidir. Fakat Feynman’ın geçmişlerin toplamı, parçacıkların uzay-zamanda herhangi bir yoldan gidebileceklerini söyler. Bu yüzden bir parçacığın ışıktan hızlı ilerlemesi mümkündür. Işık hızından daha yüksek hızda uzun bir yol almasının olasılığı düşüktür, fakat kara delikten çıkmasına yetecek kadar ışıktan daha hızlı gidebilir ve daha sonra ışıktan yavaş ilerleyebilir. Bu şekilde belirsizlik ilkesi, parçacıkların en son hapishaneden, bir kara delik olarak düşünülen yerden, kaçıp kurtulmalarına olanak verir. Bir parçacığın Güneş kadar kütlesi olan bir karadelikten dışarı çıkmasının olasılığı çok düşüktür çünkü parçacık kilometrelerce, ışıktan hızlı gitmek zorunda kalacaktır. Fakat Evren’in ilk zamanlarında oluşmuş çok daha küçük kara delikler olabilir. Bu ilksel kara delikler bir atomun çekirdeğinin büyüklüğünden daha az büyüklükte olabilirler, yine de kütleleri yüz milyar ton, Fuji dağının kütlesi kadar, olabilir. Bu kara delikler büyük bir trafo kadar çok enerji yayıyor olabilirler. Keşke bu küçük kara deliklerden bir tane bulup enerjisini kullanabilseydik! Fakat göründüğü kadarıyla Evren’de bunlardan fazla sayıda yoktur.
Kara deliklerden radyasyon çıkışı kestirimi, Einstein’ın genel göreceliğini, kuantum ilkesiyle birleştirmenin ilk önemli sonucuydu. Bu kütlesel çökmenin göründüğü kadar bir ölü son olmadığını gösterdi. Bir kara delikteki parçacıkların yaşamlarının sonuna bir tekillikte ulaşmaları gerekmiyor. Onun yerine kara delikten kaçıp kurtulabilirler ve dışarda yaşamlarına devam edebilirler. Belki kuantum ilkesi, geçmişlerin, büyük patlama sırasında zamanda bir başlangıca, bir yaratılma noktasına, sahip olmasını önlemenin de mümkün olduğu, anlamına gelmektedir.
Bu yanıtlandırılması çok daha zor bir sorudur, çünkü kuantum ilkesinin yalnızca verilen bir uzay-zaman arkaplanında parçacık yollarına değil, zaman ve uzayın kendi yapılarına uygulanmasını gerektirir. Gerekli olan şey yalnızca parçacıklar için değil, uzay ve zamanın tüm dokusu için de geçmişlerin toplamını almanın bir yoludur. Henüz bu toplamı doğru dürüst nasıl yapacağımızı bilmiyoruz, fakat sahip olması gereken belirli özellikleri biliyoruz. Bunlardan birisi eğer alışılmış gerçek zamanda değil de, sanal zaman denen şeydeki geçmişlerle ilgilenirsek toplam almanın daha kolay olduğudur. Sanal zaman anlaşılması zor bir kavramdır ve kitabımın okuyucuları için en büyük problemlere yol açanın da o olması olasıdır. Ben aynı zamanda felsefeciler tarafından da sanal zamanı kullanmam nedeniyle şiddetle eleştirildim. Sanal zamanın gerçek evrenle nasıl bir ilişkisi olabilir? Kanımca bu felsefeciler tarihin derslerini öğrenmemişlerdir. Bir zamanlar Dünya’nın düz olduğu ve Güneş’in onun etrafında döndüğünün açık olduğu kabul ediliyordu ama Kopernik ve Galile’nin zamanından beri yeryüzünün yuvarlak olduğu ve Güneş’in etrafında döndüğü fikrine yönelmek zorunda kalmış bulunuyoruz. Benzer şekilde zamanın her gözlemci için aynı hızla ilerlediği kabul ediliyordu fakat Einstein’ın zamanından beri zamanın farklı gözlemciler için farklı hızla ilerlediğini kabul etmek zorunda kalmış bulunuyoruz. Aynı zamanda Evren’in tek bir geçmişi olduğu açık görünüyordu, ama kuantum mekaniğinin keşfinden beri Evren’in her olası geçmişe sahip olduğunu düşünmek zorunda kalmış bulunuyoruz. Sanal zaman fikrinin de kabul etmek zorunda kalacağımız bir şey olduğunu ileri sürmek istiyorum. Bu Dünya’nın yuvarlak olduğuna inanmakla aynı düzeyde bir entellektüel sıçramadır. Sanal zamanın şimdi yuvarlak Dünya’nın olduğu gibi doğal görünmeye başlayacağını düşünüyorum. Eğitilmiş dünyada kalan fazla düz dünyacı yoktur.
Sıradan, gerçek zamanı, soldan sağa giden yatay bir çizgi gibi düşünebiliriz. Erken zamanlar soldadır, geç zamanlar sağdadır. Fakat zamanın bir başka yönü, sayfanın yukarısına ve aşağısına giden bir yönü, olduğunu da düşünebilirsiniz. Bu zamanın sanal yönü denen şeydir, gerçek zamana dik açılardadır.
Sanal zaman kavramını getirmenin amacı nedir? Neden anladığımız gerçek zamana bağlı kalınmıyor? Bunun nedeni, daha önce söz edilmiş olduğu gibi, madde ve enerjinin uzay-zamanın kendi üzerinde katlanmasına yol açmaya eğilimli oluşlarıdır. Gerçek zaman yönünde bu kaçınılmaz olarak tekilliklere, uzay-zamanın bir sona ulaştığı yerlere yol açar. Tekilliklerde fiziğin denklemleri tanımlanamaz, bu yüzden ne olacağı konusunda kestirimde bulunulamaz. Fakat sanal zamanın yönü gerçek zamanla dik açılıdır. Bu da onun uzayda hareket etmeye karşılık gelen üç yöne benzer bir şekilde davrandığı anlamına gelir. O zaman Evren’deki maddenin yol açtığı uzay-zamanın eğriliği üç uzay yönü ve sanal zaman yönünün arkada buluşmalarına yol açabilir. Yer yüzünün yüzeyi gibi kapalı bir yüzey oluştururlar. Üç uzay yönü ve sanal zaman sınırları veya kenarları olmayan kendi üzerine kapalı bir uzay-zaman oluştururlar. Uzay-zamanın Dünya’nın yüzeyinin başlangıç veya sona sahip olmasından daha fazla başlangıç veya son diye adlandırılabilecek bir noktası olmaz.
1983 yılında Jim Hartle ve ben Evren’in geçmişleri toplamının gerçek zamandaki geçmişlerden alınmaması gerektiğini ileri sürdük. Onun yerine yeryüzünün yüzeyi gibi kendi üzerine kapanmış olan sanal zamandaki geçmişlerin üzerinden toplam alınmalıdır. Bu geçmişlerde herhangi bir tekillik veya herhangi bir başlangıç veya son bulunmadığı için onlar içinde ne olduğu tamamen fizik yasaları tarafından belirlenir. Bu da sanal zamanda olan şeylerin hesaplanabileceği anlamına gelir. Ve eğer Evren’in sanal zamanda geçmişini biliyorsanız, gerçek zamanda nasıl davrandığını hesaplayabilirsiniz. Bu şekilde Evren’deki her şey hakkında kestirimde bulunabilecek tam bir birleşik teori bulmayı umabiliriz. Einstein yaşamının son yıllarını böyle bir teoriyi arayarak geçirdi. Böyle bir teori bulmadı çünkü kuantum mekaniğine güvenmiyordu. Evren’in, geçmişlerin toplamında olduğu gibi, bir çok alternatif geçmişleri olabileceğini kabul etmeye hazır değildi. Hala Evren için geçmişlerin toplamını nasıl doğru dürüst yapılacağını bilmiyoruz, fakat bu işin sanal zamanı ve kendi üzerine kapanan uzay-zaman fikrini ilgilendireceğinden oldukça emin olabiliriz. Bu kavramların yeni nesle Dünya’nın yuvarlak olması fikri gibi doğal görüneceğini düşünüyorum. Sanal zaman hali hazırda bilim kurgunun bir kavramıdır. Fakat bilim kurgu veya matematiksel bir hile olmaktan öte bir şeydir. İçinde yaşadığımız Evren’i şekillendiren bir şeydir.
Kara Delikler ve Bebek Evrenler
Yazar: Stephen Hawking
Çevirmen: Neziha Bahar
Yayınevi : Alfa Yayıncılık