Sean Carrol: Uzak zaman ve olası çoklu evren

Evren gerçekten büyüktür. Biz bir galaksi içinde yağıyoruz, Samanyolu galaksisi. Samanyolu galaksisi içinde yaklaşık 100 milyar yıldız var. Ve eğer bir kamera alır da gökyüzündeki rastgele bir yere tutar ve enstantanesini açık bırakırsanız kameranız Hubble Uzay teleskobuna bağlı olduğu sürece şuna benzer bir görüntü elde edersiniz. Bu baloncukların her biri hemen hemen bizim Samanyolu galaksimiz büyüklüğünde galaksiler -- her bir baloncukta 100 milyar yıldız var. Görülebilir evrende yaklaşık 100 milyar galaksi mevcut. Bilmeniz gereken tek sayı 100 milyar. Evrenin yaşı, yani Big Bang'den şimdiye kadarki zaman 100 milyar köpek yılı. (Gülüşmeler) Bunlar size bizim evrendeki yerimiz hakkında birşey söylüyor.

Böyle bir resim karşısında yapabileceğiniz şeylerden biri onu takdir etmek. Gerçekten çok güzel. Sıklıkla merak etmişimdir, daha önce hüç görmemiş olmalarına rağmen bozkırda yaşayan atalarımızın galaksi resimlerini beğenecek şekilde evrimleşmeleri için gereken evrimsel baskı neydi acaba? AMa bizler onu anlamak da istiyoruz. Bir kozmolojist olarak, evrenin neden böyle olduğu sorusunu sormak istiyorum. Elimizdeki ipuçlarından biri evrenin zamanla değişiyor olması. Eğer bu galaksilerden birine bakar ve hızını ölçerseniz, sizden uzaklaştığını fark edersiniz. Daha uzaktaki bir galaksiye bakacak olursanız, daha da hızlı hareket ettiğini görürsünüz. Bu nedenle bizler evrenin genişlediğini söylüyoruz.

Bu şu demek elbette, geçmişte herşey birbirine daha yakındı. Geçmişte evren çok daha yoğundu, ve daha da sıcaktı. Eğer cisimleri bir araya sıkıştırırsanız ısı artar. Bu bizim açımızdan oldukça mantıklı. Onun kadar mantıklı gelmeyen şey ise şu evren, eskiden, Big Bang zamanlarında aynı zamanda çok da düzenliydi. Bunun sürpriz olmadığını düşünebilirsiniz. BU odadaki hava oldukça düzenli. Şunu diyebilirsiniz;" Belki de kendiliğinden düzenli hale geldi." Ama Big Bang zamanındaki koşullar çok ama çok daha farklıydı, şu anda bu odanın koşullarından çok daha farklı. Özellikle, cisimler çok daha yoğundular. Cisimlerin çekimsel güçleri Big Bangie yakın zamanlarda çok daha fazlaydı.

Şunu düşünmeniz lazım her biri 100 milyar yıldız içeren yüz milyar galaksimiz var. Erken dönemlerde, bu 100 milyar galaksi şu kadarcık bir alana sığıyorlardı -- mecazi anlamda değil, gerçekten. Ve bu sıkışmanın içinde hiç bir düzensizlik olmadığını hayal etmelisiniz, bir yerdekinden daha fazla sayıda atom bulunduran hiç bir düzensiz küme olmamış olmalı. Çünkü eğer olsaydı, bu noktalar çekimsel güç altında kendi içlerine çökerek dev kara delikler haline gelirlerdi. Erken dönemlerde evreni düzenli tutmak çok da kolay değil, epey hassas bir sistem gerektiriyor. Bu, erken evrenin rastgele seçilmediğini gçsteren bir ipucu. Onun bu şekilde olmasını saülayan bir şey vardı. Bizler bunun ne olduğunu anlamaya çalışıyoruz.

Bunu anlamamızdaki ilk adımı Ludwif Boltzmann attı, 19 yüzyılda yaşamış bir Avusturyalı fizikçi. Boltzmann'ın katkıları entropi kavramını anlamamıza yardımcı oldu. Entropi'yi duymuş olmalısınız. Bazı sistemlerin rastgelelik, karmaşıklık, kaos hali. Boltzmann bize bir formul verdi -- şu anda bu formül mezartaşında kazılı -- bu formül entrpinin ne olduğunu rakamlara döküyor. Kısaca şunu gösteriyor entropi, bir sistemin bileşenlerini makroskopik olarak aynı görünümü bozmadan, siz farkına varmadan yapılabilecek düzenlemelerin toplamıdır. Bu odada hava var, ve sizler her bir atomun farkında değilsiniz. Düşük entropili bir düzende böyle görünen az sayıdaki dağılımdan birisi bu. Yüksek entropili düzende ise bu şekilde görünen pek çok dağılımdan biri. Bu çok önemli bir nokta, çünkü bizim termodinamiğin ikinci yasasını açıklamamıza yardımcı oluyor -- bu yasa, evrende entropinin arttığını söyler, ya da evrenin bir köşesinde yalıtıldığını.

Entropinin artmasının nedeni şu, yüksek entropiye gitme yolları, düşük entropiye gitme yollarından çok daha fazla sayıda. Bu çok güzel bir önsezi, ama bir şeyi unutuyor. Bu arada, bu entropinin gittikçe artması kavramı zaman oku dediğimiz kavramın arkasındaki ana neden, yani geçmişle gelecek arasındaki fark. Geçmiş ile gelecek arasındaki her bir farklılık bundan entropi artışından kaynaklanıyor -- yani geçmişi anımsayabilmeniz ama geleceği bilememeniz. Önce doğmanız, sonra yaşamanız ve sonunda ölmeniz, hep bu sırayla oluyor, nedeni artan entropi. Boltzmann şunu açıkladı, eğer işe düşük entropi ile başlarsanız onun artması son derece doğaldır, çünkü entropi artışı ile sonlacak alternatifler çok fazla sayıda. Ama açıklamadığı bir şey vardı neden entropi en başta düşüktü?

Genç evrende entrpğinin düşün olması genç evrenin aslında çok düzenli olmasından kaynaklanıyor. Bunu anlamayı çok istiyoruz. Bizlerin, kozmoljist olarak işimiz bu. Ama, ne yazık ki bu soru çok fazla üzerinde uğraştığımız bir soru değil. Bu günümüzde yaşayan bir kozmoloğa "Son zamanlarda uğraştığınız ana sorunlar nelerdir?" diye sorduğunuzda alacağınız yanıtların başında gelmiyor. Bu durumun ciddi bir sorun olduğunu anlayan insanların başında Richard Feynman vardı. 50 yıl önce bir dizi konuşma yaptı. Daha sonra "Fizik Kanunlarının Özellikleri" olarak ünlenecek bir grup konuşma yaptı. Caltech üniversitesi öğrencilerine verdiği dersler "Feynman'ın Fizik Üzerine Dersleri" haline geldi. Caltechideki yüksek lisans öğrencilerine verdiği dersler de "Feynman'ın Yerçekimi Dersleri" oldu. Bu kitapların her biri, bu konuşmaların her birinde bu bilmecenin altını çizdi: Neden genç evrenin entropisi bu kadar düşüktü?

Burada diyor ki -- yok, aksanını taklit etmeyeceğim -- "Bir nedenden ötürü, bir zamanlar, evrenin enerji içeriğinin entropisi çok düşüktü, o zamandan beri entropi arttı. Evrenin başlangıcının tarihi ile ilgili gizem ortadan kaldırılmadığı sürece, zamanın akışı ile ilgili bildiğimiz şeyler birer spekülasyondan öteye gidemez." Yani, bizim işimiz bu. Bunu bilmek istiyoruz. -- bu konuşma 50 yıl önceki bir konuşma. Elbette "artık bunu bulmuşuzdur" diye düşünüyor olmalısınız. Ama bunu bulduğumuzu söyleyemeyeceğim size.

Sorunun eskisinden daha da kötü hale gelmesinin nedeni, 1998 yılında evren hakkında daha önce bilmediğimiz temel bir şey daha öğrenmiş olmamız. Onun hızlandığını farkettik. Evren sadece genişlemiyor, eğer galaksilere bakarsanız, daha uzağa gidiyorlar. Eğer bir milyar yıl sonra gelir tekrar bakarsanız, daha da hızlı uzaklaştıklarını görürsünüz. Galaksiler birer birer bizden daha uzaklara gidiyorlar. Bu nedenle evrenin hızlandığını söylüyoruz. Evrenin başlangıcındaki düşük entropi sorunun aksine bu konuda tam bir yanıtımız olmasa da, onu açıklayacak iyi bir teorimiz var. Bu teori doğruysa elbet, teorinin adı Karanlık Enerji Teorisi. Uzayın kendisinin bir enerjisi olduğuna dayalı.

Uzaydaki her bir santimetreküp, içinde bir madde barındırsa da, içinde parçacıklar, cisimle, radyasyon ya da neyse olsun olmasın enerji içeriyor, hatta uzayın kendisinin bir enerjisi var. Einstein'a göre bu enerji, evrene itici bir güç veriyor. Galaksileri birbirinden uzaklaştıran, onları iten enerji de bu. Çünkü karanlık enerji, madde veya radyasyonun aksine, evren genişledikçe seyrelmiyor. Her bir santimetrekipteki enerji miktarı sabit kalıyor, evren gittikçe genişliyor olsa bile. Bu durumun evrenin ilerde başına gelecekler üzerinde çok öenmli bir etkisi var. Mesela, evren sonsuza dek genişlemeye devam edecek.

Ben sizin yaşlarınızda iken, evrenin ne yapacağını bilemiyorduk. Bu nedenle bazıları evrenin ileride içine çökerek küçüleceğine inanıyorlardı. Einstein bu fikre çok sıcak bakıyordu. Ama karanlık enerji orada, ve bir yere de gitmiyor, bu nedenle evren sonsuza dek genişlemeye deva edecek. Geçmişte 14 milyar yıl var, ya da 100 milyar köpek yılı, ama geleceğindeki süre sonsuz. Ama bütün bunlara rağmen, bizler için evren sonlu görünüyor. Uzak sonlu ya da sonsuz olabilir, ama evren hızlandığı iin bizim görmediğimiz ve ileride de asla göremeyeceğimiz kısımlar var. Bizim evrende uaşabileceğimiz alan sınırlı, hatta bir ufukla sınırlı. Her ne kadar zaman sonsuza dek gitse de, uzay bizim için sonsuz değil. Son olarak da, boş uzayın bir ısısı var.

1970'lerde Stephen Hawking bizlere kara deliklerin, her ne kadar onları kara düşünseniz de radyasyon yaydığını söylemişti, quantim mekaniğini göz önüne alırsanız durum bu. Kara delik etrafındaki uzay-zamanın eğimi quantum mekanik dalgalanmalarını canlandırıyor, böylece kara delik ışınım yayıyor. Hawking ve Gary Gibbons tarafından yapılan hesaplamalar şunu gösterdi, eğer boş uzayda karanlık enerji varsa, tüm evren ışınım salıyor. Boş uzayın enerjisi kuantum dalgalanmalarını canlandırıyor. Yani her ne kadar evren sonsuza kadar sürerken, bildiğimiz maddeler ve radyasyon gittikçe azalıp zayıflayacak, ama her zaman bir ışınım, bir tür termal dalgalanma kalacak, bomboş uzayda bile. Bu une benziyor, evren bir kutu dolusu gaz gibi sonsuza dek devam edecek. Bunun sonuçları neler?

Bu konuyu Boltzmann 19 yüzyılda irdeledi. Dedi ki, entropi artıyor çünkü entropinin artması için pek çok ama pek çok farklı yol var, ama entropinin azlaması için böyle değil durum. Bu biraz sıkıntılı bir ifade. Muhtemelen entropi artacak, ve bu olasılık oldukça fazla. Yani pek düşünüp dert etmeye değmez -- bu odadaki havanın odanın bir tarafında kümelenmesi ve bizim boğulmamız oldukça, oldukça düşük bir ihtimal. Ama eğer kapılaı kapar ve bizleri burada sonsuza dek tutacak olursanız, geçekten sonsuza dek, bu olacaktır. Bu odadaki moleküllerin bir şekilde bulunacakları her tür kombinasyon sonuçta ortaya çıkacaktır, uzun zaman diliminde bu olacaktır.

Boltzmann diyor ki, bakın ile termak eşitlikte bir evren ile başlayabilirsiniz. Onun Big Bang hakkında bir bilgisi yoktu, evrenin genişlediğinden de haberdar değildi. Uzay ve evrenin İsaac Newton tarafından açıklandığını düşünüyordu: Değişmezdileri, sonsuza dek ortalıkta olacaklardı. Onun kafasındaki ideal evren hava moleküllerinin her yere eşit oranda dağıldığı yapıya benzer bir yapıdaydı -- tüm molekillerin dağıldığı bir yapı. Ama eğer Boltzmann iseniz, şunu bilirsiniz ki, eğer yeterince uzun beklerseniz, bu moleküllerin rastlantısal dalgalanmaları eninde sonunda onları daha düşük entropi yapısına sahip düzenlemelere götürecektir. Bu olduğunda da, olayın doğası gereği, tekrar genişleyecekler. Yani aslında entropi her zaman kesintisiz olarak artmıyor -- arada düşük entropiye giden dalgalanmalar da oluyor, daha organize durumlara giden dalgalanmalar.

Eğer bu doğru ise, Boltzmann çok modern iki fikrin fikir babası olmuş durumda-- "çoklu evren" ve "insana bağımlılık presibi". Diyor ki, termal denge ile ilgili sorun bizim orada yağayamıyor olmamız. Anımsayın, yaşam zaman akışına ihtiyaç duyar. Eğer termal denge durumunda yaşıyor olsaydık, bilgiyi işleyemez, yürüyemez, konuşamaz hatta bilgiyi işleyemezdik. yani eğer çok ama çok büyük bir evren düşünürseniz, birbirine rastgele çarpan parçacıkların bulunduğu sonsuz büyüklikte bir evren, sonuçta daha düşük entropili durumlara ufak da olsa dalgalanmalar olacaktır, daha sonra da eski haline dönecektir. Ama berbaerinde daha büyük dalgalanmalar da olacaktır. Nadiren bu dalgalanmalar bir gezegen ya da bir yıldız, bir galaksi veya yüz milyar galaksinin ortaya çıkmasına neden olabilir. Boltzmann diyor ki, bizler, bu çoklu evrenin bir dizi büyük partikül dalgalanmaları olan ve yaşamın mümkün olduğu bir bölgesindeyiz. Burası entropinin düşük olduğu bir bölge. Belki de bizim evrenimiz arada olan şeylerden yanlızda bir tanesi.

Şimdi size bir ödev, bunu iyice düşünün derinlemesine, ne anlama geldiğini anlatmaya çalışın. Carl Sagan bir zamanlar şu meşhur lafı söylemişti: "Elmalı turta yapmak için, önce evreni icat etmeniz gerekir." Ama söylediği doğru değil. Boltzmann'ın modeline göre, eğer elmalı turta yapmak isterseniz önce atomların rastgele tesadüfi hareketlerinin size bir elmalı turta yapacağı anı beklemeniz gerekli. Bu durum, aynı atomların rastgele hareketlerinin size bir elma bahçesi, biraz şeker, bir fırın ortaya çıkarmasından ve bunları kullanarak elmalı turta pişirmenizdeni çok daha yüksek olasılıkla ve sık ortaya çıkacaktır. Bu model öngörülerde bulunuyor. Bu öngörülere göre bizi ortaya çıkaran dalgalanmalar minimal dalgalar. Şu an içinde bulunduğumuz odanın var olduğunu ve gerçek olduğunu hayal edelim, hatta sadece hayal değil, bu odanın dışında da Caltech diye bir şey olduğunu onun ötesinde Amerika Birleşik Devletleri ve hatta Samanyolu galaksisi olduğunu varsayalım bu imgelerin beyninizde rastgele oluşan dalgalanmalarla ortaya çıkması her birinin ayrı ayrı oluşan dalgalarla var olmasından, Caltech'i Amerika'yı, hatta galaksiyi oluşturmasından çok daha kolay.

Güzel haber şu ki, bu nedenle bu varsayım doğru değil. Bu senaryoya göre bizler minimal dalgalanma olmalıyız. Bizim galaksimizi bir kenara bırakacak olsanız bile diğer 100 milyar galaksiyi bu şekilde elde edemezsiniz. Feynman da bunu anlamıştı. Dedi ki " Dünyanın bir dalgalanma olduğu hipotezinden yola çıkarsak ve daha önce dünyanın hiç bilmediğimiz bir yerine bakarsak, onu karmakarışık görürüz, daha önce gördüklerimizden farklı -- yüksek entropili. Eğer bizim mevcut düzenimiz bir dalgalanmalaya bağlı ise sadece fark ettiğimiz nokta dışında herhangi bir düzen görmiyor olmamız gerekir. Bu nedenle evrenin bir dalgalanma olmadığı sonucuna varabiliriz. Bu çok iyi. Şİmdi sorumuz şu, bunların hangisi doğru cevap? Eğer evren bir dalgalanma değilse, neden genç evren düşük entropili idi? Size bu sorunun yanıtını vermeyi çok isterdim ama vaktim doluyor.

(Gülüşmeler)

Gerçekte var olan evren ile, bugün burada size anlattığımız evreni karşılaştıralım. Size bu resmi gösterdim. Evren son 10 milyar yıldır genişliyor. Gittikçe soğuyor. Ama evrenin geleceği hakkında daha çok öngörüde bulunmak için epey bilgiye sahibiz. Eğer karanlık madde ortalarda olmayı sürdürürse etrafımızdaki yıldızların yakıtları bitecek, yanmayı bırakacaklar. Birer karadelik haline gelecekler. İçinde karadelikten başka birey kalmamış olan bir evrende yaşayacağızç Bu evren 100 üzeri 10 yıl sürecek -- şu anki genç evrenimizden çok daha yaşlı olacak. Gelecek, geçmişten çok daha uzun sürecek. Ama kara delikler bile sonsuza dek sürmezler. Zamanla yok olacaklar, ve sonunca sadece bomboş bir uzay kalacak. Boş uzay, sonsuza dek devam edebilir. Ama fark ettiyseniz, boş uzayda da ışınım olduğundan aslında orada da termal dalgalanmalar olacak, ve olası pekçok farklı kombinasyonlar arasında, boş uzayın izin verdiği serbestlik derecesi ile sınırlı olarak gidip geliyor olacak. Yani, her ne kadar evren sonsuza dek sürse bile evrende ortaya çıkma ihtimali olan şeylerin sayısı sonsuz değil. Bunlar bir zaman dilimi içinde olacaklar, 120 üzeri 10 üzeri 10 sayısına eşit.

Şimdi size iki soru. Birincisi: Eğer evren 120 üssü 10 üssü 10 yıl boyunca var olacaksa bizler neden onun ilk 14 milyarlık kısmında ortaya çıktık? Big Bang'i takiben gelen sıcak, rahat süreç içinde. Neden boş uzayda değiliz? Şunu düşünüyor olbilirsiniz, "Orada yaşayabilecek bir yer yok." Ama bu doğru değil. Boşluk içinden köken alan, rastlantısal bir dalgalanma olabilirdiniz. Neden olmadınız? Size bir başka ödev daha.

Başta söylediğim gibi, cevabı ben de bilmiyorum. Bu nedenle size benim en sevdiğim senaryodan bahsedeceğim. Böyle olabilir de. Bir açıklaması yok. Evrenin kabul etmeniz gereken ve soru sormanızı durduran tuhaf bir kaba kuvveti var. Belki de Big Bang evrenin başlangıcı değildi. Yumurta, sağlam bir yumurta düşük entropili bir yapıya sahiptir. ama buzdolabınızı açıtğınızda, "Vay canına, buzdolabını açınca içinde bu düşük entropili yapıyı bulmak çok şaşırtıcı" demiyoruz. Çünki yumurta kapalı bir sistem değil; bir tavuktan çıkıyor. belki evren de evrensel bir tavuktan çıkıyor. Belki de fizik kurallarından köken alan bir şey doğal olarak bizimki gibi düşük entrpi yapısında olan evrenleri ortaya çıkarıyor. Eğer bu doğru ise, bu birden fazla defa olacaktır; bu durumda bizler de çoklu evrenin bir parçası haline gelmiş oluyoruz. Benim en sevdiğim senaryo bu.

Buradaki organizatörler konuşmamı cesur bir spekülasyonla bitirmemi istediler öyle ki tarih beni haklı çıkarsın. Bundan 50 yıl sonra, benim çılgın fikirlerim bilimsel çevreler ve diğer merciler tarafından bilimsel gerçekler olarak kabul edilecek. Hepimiz bizim küçük evrenimizin çok daha biyik bir çoklu evrenin bir parçası olduğuna inanıyor olacağız. Daha da iyisi, Big Bang sırasında neler olduğunu teroik olarak anlıyor olacağız böylece gözlemlerimizi karşılaştırabileceğiz. Bu bir tahmin. Yanılıyor olabilirim. Ama insan ırkı olarak evrenin nasıl olduğunu nasıl ortaya çıktığımızı, evrenin nasıl oluştuğunu çok uzun yıllardır düşünüyoruz. Günün birince bunun cevabını bulabileceğimizi düşünmek bile heyecan verici.

Teşekkürler.

(Alkışlar)