Big Bang’dan önce ne vardı?

Genel Görelilik Kuramı çerçevesinde geliştirilmiş olan Evren modellerinde, zamanda anına yaklaştıkça, yoğunluk, sıcaklık, basınç gibi fiziksel büyüklüklerin sonsuz değerlere ulaşarak bir matematiksel tekillik oluşmasının kaçınılmaz olduğunu daha önce belirtmiştik. Bunun fiziksel açıdan bir anlamı yoktur ve Genel Görelilik Kuramı çerçevesinde makrokosmos için geliştirilmiş olan modelin, Planck döneminin kuantik boyutlarında artık uygulanamaz oluşundan kaynaklanmaktadır. Bu açmazdan çıkış yolu ise, Genel Görelilik ile Kuantum Fiziğini bağdaştıracak yeni bir “kuantik gravitasyon” kuramının oluşturulmasıdır.

Matematiksel tekillikten kaçınmak için, kozmolojistler, Big Bang kuramı modellerini “Planck Çağı” diye tanımlanan saniyelik dönemden sonra başlatırlar, zira kuantum kuramına göre, daha küçük bir zaman diliminin fiziksel anlamı yoktur.

Gene de, “daha önce ne vardı?” diye soran meraklılara, kozmolojistler iki tür yanıt vermektedirler: bir kısmı, bu anı Evrenin ve zamanın mutlak bir başlangıcı olarak sunup, daha önce ne vardı sorusunun anlamsız olduğunu ileri sürerek konuyu kapatırlar. Bu kolay yanıt ile yetinmeyip, daha öncesini de araştırmak isteyenler ise – ki şimdi sayıları giderek çoğalmaktadır – çeşitli varsayımlar ileri sürmektedirler.

Matematiksel tekillikten kaçınmak için, kozmolojistler, Big Bang kuramı modellerini “Planck Çağı” diye tanımlanan saniyelik dönemden sonra başlatırlar, zira kuantum kuramına göre, daha küçük bir zaman diliminin fiziksel anlamı yoktur.

Daha 1920’li yıllarda, Alexandre Friedmann, Genel Görelilik Kuramı alan denklemlerinin matematiksel olarak, periyodik çözümlerinin bulunduğunu göstermiş, 1930’lu yıllarda da, Georges Lemaitre aynı konu üzerinde çalışmalar yapmıştı. Ancak, daha evvelce de değinmiş olduğumuz gibi, bu iki genç bilim adamının formasyonları matematik ağırlıklıdır. Zaten o dönemde, kuantum fiziği henüz emekleme çağında olduğu için, ellerinde araştırma yapacak gelişmiş böyle bir fiziksel kuram da yoktu.

Buna rağmen, Big Bang öncesi dönem hakkında bazı varsayımlar ileri süren kozmolojistler olmuştur. Örneğin, George Gamow, 1950’li yıllarda yayınladığı “Evrenin Yaradılışı” (Creation of the Universe) adlı kitabında, “Evrenin başlangıcında meydana gelmiş olan büyük basınç ve yoğunluk, daha önceki bir çöküntünün sonucunda olmuştur. Bugünkü genişleme, bu çöküntüde yoğunluk maksimum bir değere eriştikten sonra, Evrenin elastik bir “geri tepme” ile tekrar genişleme sürecine girmesinin sonucudur” şeklinde bir açıklama yapmıştı.

Ünlü fizikçi Steven Weinberg de, 1977’deki “İlk Üç Dakika” (The First Three Minutes) adlı kitabında “Bir olasılık da, sonsuz büyük yoğunlukta bir dönemin hiçbir zaman var olmamış olduğudur. Evrenin genişlemesi, daha önceki bir çöküntü döneminde yoğunluğun çok büyük ancak sonlu bir değere erişmesinden sonra, başlamış olabilir” demektedir.

Bugün ise, bu konuda, oldukça umut verici gelişmeler gözlenmektedir.

“Kuantik Gravitasyon Kuramı” adayları arasında, “İlmik Kuantum Gravite” (Loop Quantum Gravity) Kuramı oldukça iddialıdır. Bu kurama göre, maddenin elementer parçacıklardan oluşan süreksiz yapısı “Uzay-Zaman” için de geçerlidir, ancak “uzay-zaman atomları” nın boyutları o kadar küçüktür ki, bize sürekli bir “kontinuum” gibi gözükürler.

Uzay-zaman “atomları” nın madde ve enerjiyi içlerine alma ve sindirme kapasiteleri sınırlı olduğundan, “tekillik” oluşması engellenir. Süreksiz yapının sınırlı madde ve enerji depolama kapasitesi, çok yüksek yoğunluklara erişildiği zaman, gravitasyonun niteliğini değiştirerek, “çekici” olmaktan “itici” olmaya dönüştürür.

Big Bang öncesi dönem hakkında bazı varsayımlar ileri süren kozmolojistlerden biri de George Gamow’dur.

Big Bang öncesi Evren, çekici gravitasyon kuvvetlerinin etkisinde, bir “Büyük Çöküntü” (Big Crunch) geçirerek maksimum yoğunluğa eriştikten sonra, gravitasyon kuvvetlerinin “çekicilikten”, “iticiliğe” dönüşmesi sonucu, “Büyük Zıplama” (Big Bounce”) yaparak, sonunda “Büyük Patlama” (Big Bang) evresine geçer. Big Bang modellerinin birçoğunda, “inflasyon” diye nitelenen aşırı hızlı genleşme dönemi, bir çeşit, sonradan ekleme (ad hoc) niteliğindedir. Oysa “İlmik Kuantum Gravite” kuramcılarına göre bu olgu, uzay-zamanın atomik yapısının doğal sonucu olup, Evren çökünce, çekicilikten iticiliğe geçiş kendiliğinden devreye girer (26).

Umut verici olmakla birlikte, bu kuramın henüz yeterli deneysel ve gözlemsel kanıtları bulunmamaktadır.

Ancak, kuramı savunanlar, Demokrit’ in “atom”larının da ancak 2000 yıl sonra kanıtlandığını hatırlatarak, “bizimki o kadar uzun sürmeyecek” demektedirler.

Diğer bir “Kuantik Gravitasyon” adayı ise, “Süper Sicim” (Superstrings) kuramıdır. Aslında bu kuram, sadece “kuantik gravitasyon” kuramı olmayıp, bütün kuvvetleri birleştirme iddiasında olan bir yaklaşımdır. Onbir boyutlu bir uzay-zaman için tasarlanmıştır. Bu boyutlardan 10 tanesi uzay ve 1 tanesi zamandır. Boyutlardan yedi tanesi, Evrenin soğuması ile birlikte, gözlenemeyecek kadar küçülmüşler ve bugün içinde bulunduğumuz Uzayda, sadece gözleyebileceğimiz üç uzay boyutu kalmıştır.

Ünlü fizikçi Steven Weinberg de, 1977’deki “İlk Üç Dakika” (The First Three Minutes) adlı kitabında “Bir olasılık da, sonsuz büyük yoğunlukta bir dönemin hiçbir zaman var olmamış olduğudur. Evrenin genişlemesi, daha önceki bir çöküntü döneminde yoğunluğun çok büyük ancak sonlu bir değere erişmesinden sonra, başlamış olabilir” demektedir.

Bu kurama göre elementer parçacıklar, noktasal varlıklar olmayıp, boyutları santimetreden küçük sicimler şeklindedir. Sicim kavramının bir avantajı şudur: İki noktasal kütle çok yaklaştıkça, aralarındaki etkileşim kuvvetleri ıraksak olur. Süpersicimlerde ise, böyle bir tekillik sakıncası yoktur. Süpersicim senaryosuna göre, Evren’in saniye öncesi çok yüksek enerjideki döneminde, gravitasyon kuvveti de diğer üç kuvvetle birleşikti ve sadece bir tek süper kuvvet vardı.

Oldukça spekülatif olan bu kuram, bugün henüz kanıtlanmış değildir ve bazı eleştirmenlere göre, fizikçiler matematiksel güzelliğinden dolayı bu yöndeki araştırmaları sürdürmektedirler.

Henüz, herkesin değilse bile, büyük çoğunluğun onayını almış bir “kuantik gravitasyon” kuramı yoktur.

Kaynak: Metin Hotinli, Büyük Patlama Kuramı, Bilim ve Gelecek Kitaplığı, Kasım 2010, s. 104-107