Kainatın İlk Yıllarını Yeniden Yazıyoruz: Radikal Yeni Teoriyle Tanışın

Büyük Patlama’dan sonra evrenimiz üstel bir hızla genişledi. Kozmik enflasyon olarak bilinen bu teoriye göre, bu patlayıcı büyüme, sonrasında galaksilere evrilen küçük kuantum dalgalanmaları üretti. Kozmik enflasyon, evrenimizin neden bu kadar büyük ve çoğunlukla homojen olduğunu açıklayan mükemmel bir teoridir ve bu yüzden on yıllardır güçlü bir hipotez olarak kalmaya devam etmektedir.

Ancak mükemmel olmaktan uzaktır. Kozmik enflasyon, evrenimizin neden bu şekilde göründüğünü açıklaması gereken bir teori için pek de ideal olmayan, oldukça keyfi bazı varsayımlara dayanır. Bu eksiklik, İspanya’daki Barselona Üniversitesi’nden teorik fizikçi Raúl Jiménez‘i çok erken evrende meydana gelen dinamikleri anlamak için alternatif bir yaklaşım geliştirmeye teşvik etti. Geçtiğimiz ay, Physical Review Research‘da yayınlanan öneri, fizikçilerin tek bir teoride anlaşmasını zorlaştıran geleneksel modellerdeki aşırı ve rastlantısal parametreleri ortadan kaldırmayı amaçlıyor.

Jiménez ve çalışma arkadaşları tarafından geliştirilen öneri, kuantum mekaniği ve genel göreliliğin iyi anlaşılan ilkelerine dayanan nispeten basit bir kurumdur. Bu, çok erken evrenin, evreni genel görelilik yasalarına uyan düzlükte bir vakum olarak gören de Sitter uzayında var olduğu varsayımıyla başlar. Kuantum mekaniğine göre buraya enerji uygulanması—yani Büyük Patlama—kuantum dalgalanmalarını, tensor modlarını ve yerçekimsel dalgaları meydana getirir. Bu dalgalar organik olarak evren boyunca küçük yoğunluk parçalarını tohumlar ve bu parçacıklar sonunda galaksiler, yıldızlar ve gezegenlere dönüşür.

Geleneksel enflasyon teorisini eleştirenler, çok fazla ayarlanabilir parametreye sahip olduğunu savunur. Bunlardan biri, fizikçilerin erken evrende hızlı genişlemeyi sağladığını düşündüğü hipotetik skaler alanlar olan inflatondur. Ancak yeni teori, inflatonu ortadan kaldırıp yerine de Sitter uzayının, yerçekimsel dalgalarla sarsıldığı bir yapıyı getirir.

Yeni teorinin birçok ayarlanabilir parametreyi kaldırması büyük bir artıdır. “Bu tür şeyleri belirleyen genel bir ilke yoktur, bu yüzden temelde bunları el yordamıyla eklemeniz gerekiyor,” diye açıklıyor Arthur Kosowsky, çalışmada yer almayan Pittsburgh Üniversitesi’nden bir kozmolog. “Fizikçiler her zaman modeller ve teoriler geliştirmeye çalışır ki bunlar bir anlamda mümkün olduğunca basit olsun, yani el yordamıyla eklemeniz gereken keyfi şeylerin sayısı mümkün olduğunca az olsun.”

İdeal bir dünyada, sağlam bir teori veya model bu kadar çok ayarlanabilir değişken gerektirmemelidir. Aynı sorun, 18 serbest parametreye sahip olan ve her seferinde çözülmesi gereken her şeyi kapsayan Standart Model ile de devam ediyor. Fizikçiler “bu yüzden kan, ter ve gözyaşı (ve para) harcıyorlar çünkü çoğu insan daha iyi, daha güçlü bir modelin 18 yerine iki veya üç parametresi olabileceğine inanıyor,” dedi Kosowsky.

Aslında, erken kozmik enflasyon için basit ve çekici bir açıklama bulmak, Jiménez’in çalışmaya başlamasındaki motivasyondu, bu yeni teori “tamamen yanlışlanabilir”, yani gözlemsel verileri açıklayıp açıklayamayacağı, yapar ya da yapamaz, dedi. Ancak bu aynı zamanda teorinin zayıf noktasıdır ki Jiménez de bunu kabul etti: “Belki doğa bu teoriyi işlerin işleyişi olarak seçmemiştir.”

Tabii ki, yanlışlanabilir teorilerin en değerli yanı, bize neyin işlemediğini söylemesidir, diye ekledi. (Bu tuhaf görünebilir ancak fizikçiler genellikle karanlık madde gibi bilinmeyen fenomenler için bir tür eleme süreci kullanır.) Jiménez’in yeni önerilen teorisi için, gözlemsel verilere dayanıp daya bilmeyeceği ve daha fazla matematiksel eleştiriden geçip geçemeyeceği konusunda dürüst olmak adil olur.

Kosowsky, “Bu makalenin genel felsefesini seviyorum, [yani] ‘inflasyonun bazı temel fiziklerden doğal olarak doğduğu bir durumla karşılaşıp karşılaşamayacağımızı görelim,” dedi. “Eğer yapabiliyorsak, bu hem spekülatif ve bir anlamda keyfi fiziksel unsurlar eklemekten daha zariftir ve aynı zamanda daha spesifik tahminler yapması daha olasıdır, bu da daha sonra gözlemlerle umarız karşılaştırılabilir olacaktır.”

“Bence bu ilginç ve yeni bir öneri—yakından bakmaya değer bir şey,” diye yorum yaptı Andrew Liddle, Portekiz’deki Lizbon Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Enstitüsü (IA) teorik kozmologu, Gizmodo ile yaptığı bir video görüşmesinde. Aynı zamanda basitliği, en büyük kusuru da olabilir, ancak tek yapacağımız daha matematik odaklı kozmologların buna ısınıp ısınamayacağını beklemek olacaktır, dedi. 

“Her zaman enflasyon teorisinden rahatsız olan kozmologlar olmuştur. Ben onlardan biriyim ve bu konuda çalışıyorum,” dedi IA’da görevli başka bir araştırmacı olan Marina Cortês, aynı görüşmede. “Enflasyonun en rahatsız edici yanlarından biri, fizikçilerin Büyük Patlama’dan sonrasını anladıkları ama Büyük Patlama ve en erken aşamalarını anlamadıklarıdır.”

Liddle ve Cortês, yeni çalışmada yer almayan iki araştırmacı, kozmologların (kendileri de dahil) kozmik enflasyonu en iyi nasıl yorumlayacakları konusunda genellikle önemli anlaşmazlıklara sahip olduklarını, ancak kanıtların enflasyonun gerçekten de gerçekleştiği fikrini desteklediğini söyledi. Birçok fizikçi alternatif açıklamalar geliştirmiş ancak pratikte her şey “çöpe” gitmiş, Liddle açıkladı.

“Ancak insanların hayal gücünün bir sınırı yok,” dedi Liddle. Ve önümüzdeki birkaç on yıl, tıpkı bu teori gibi yeni fikirler ve modeller açısından bir kıtlık yaşamayacak, iki kozmolog da aynı fikri paylaşarak.

“Kozmoloji şu anda büyük ölçüde bu gerilimler, yani standart kozmolojik modelle tam olarak örtüşmeyen ipuçlarıyla ilgili,” dedi Liddle. Bildiğimiz fizik evrenimizi tehdit eden birkaç soru—karanlık enerji, Hubble gerilimi—bilim insanları için paradoks bir paketle birleşiyor gibi görünüyor ve Cortês, bunun bir parçasının da enflasyon olabileceğini ekledi. 

Ne olursa olsun, tüm bilim insanlarının kabul ettiği bir duygu olarak, kosmoloji için heyecan verici, kaotik ve keşif dolu bir zamanın yaşandığı su götürmez bir gerçektir.

“Veriler sadece üssel olarak artmakla kalmıyor aynı zamanda analizlerin kalitesi de üssel olarak artıyor,” dedi Jiménez. “Kozmolojinin altın çağını yaşıyoruz, diye düşünüyorum.”

“Enflasyonu düşünürken, bir sonraki adımı atıp evrenin neden bu şekilde göründüğünü ve sadece nasıl göründüğünü değil, yanıtlamaya çalışıyoruz,” dedi Kosowsky. “Bu, keşfedilmemiş derin bir fizik ilkesi yüzünden olabilir mi? Olabilir, ve bu, bizi anlama sınırlarımızı zorlamak için çaba sarf etmeye iten şeydir.”