MAKROKOZMOS

Galaksilerin dönüş hızlarını hesapladığımızda (Kepler yasaları ve Newton kütleçekimi: $v = \sqrt{GM/r}$) matematik bir noktada iflas eder: Galaksiler o kadar hızlı dönerler ki, içindeki görünür yıldızların kütleçekimi onları bir arada tutmaya yetmez. Yıldızların birer sapan taşı gibi uzaya savrulması gerekirdi. Ancak savrulmuyorlar. Çünkü orada, ışıkla etkileşime girmeyen, içinden geçip gidebileceğimiz ama devasa bir kütleçekimi uygulayan bir şey var: Karanlık Madde.

Evrenin %27'sini oluşturan bu madde, sıradan baryonik atomlardan (yani bizden, dünyadan ve yıldızlardan) 5 kat daha fazladır. Bizler aslında merkeze değil, bu devasa karanlık ağın (Cosmic Web) uzayda yarattığı çukurlara yerleşmiş küçük, geçici ışık parıltılarıyız.

Karanlık madde parçacıkları (WIMP'ler veya Aksiyonlar) elektromanyetik kuvvete kördür. Bu da şu tüyler ürpertici ihtimali doğurur: Şu an içinde bulunduğunuz odadan, hatta bizzat bedeninizin içinden, devasa "karanlık dağlar" veya görünmez yıldızlar geçiyor olabilir ve sizin hücreleriniz ışıkla çalıştığı için bunu asla hissetmezsiniz.

1998 yılında astronomlar evrenin sadece genişlemediğini, aynı zamanda ivmelenerek (gaza basarak) genişlediğini fark ettiler. Galaksiler birbirinden her saniye daha da büyük bir hızla uzaklaşıyor. Bu negatif basınca ve itiş gücüne Karanlık Enerji diyoruz. Einstein'ın Alan Denklemlerindeki kozmolojik sabit ($\Lambda$), tam olarak uzayın kendi sahip olduğu bu içsel itme eğilimini temsil eder.

Uzay genişledikçe yeni uzay (vakum) yaratılır, bu da daha fazla karanlık enerji demektir. Bu bir kısır döngüdür. Eğer Karanlık Enerji'nin itiş gücü zamanla artarsa, kozmolojik bir kıyamet senaryosu olan Büyük Yırtılma (The Big Rip) gerçekleşir.

Zamanın sonunda, galaksiler birbirinden ışık hızından hızlı uzaklaşacak. Sonra kütleçekimi bu itişe yenilecek ve yıldız sistemleri dağılacak. Son gün, gezegenler yörüngelerinden kopacak. Ve son saniyede, elektromanyetik kuvvet bile karanlık enerjiye yenilecek; sizi oluşturan atomlar bile kelimenin tam anlamıyla fiziksel olarak ortadan ikiye yırtılacaktır. Evren bizi yutmaya hazırlanan devasa, ölümcül bir balondur.

Madem evren ışık hızından bile hızlı bir şekilde (Hubble Sabiti $H_0 \approx 70 \text{ km/s/Mpc}$) genişliyor, o zaman Dünya ile Güneş arasındaki mesafe neden artmıyor? Ya da şu an bedeninizdeki atomlar neden birbirinden uzaklaşmıyor?

Uzayı esnek bir paket lastiği, kütleçekimini ise o lastiğin üzerine atılmış sıkı bir düğüm olarak düşünün. Güneş sistemimiz ve Samanyolu galaksimiz, uzay-zaman dokusunda Einstein'ın tensör metrikleriyle ($g_{\mu\nu}$) birbirine sımsıkı bağlanmış "yerel" alanlardır.

Karanlık enerji o paket lastiğini iki ucundan çeker. Lastik uzar (boş uzay genişler), ancak düğümün olduğu yer o kadar sıkıdır ki karanlık enerjinin zayıf gücü o düğümü (Güneş sistemini) açmaya yetmez. Bizler, genişleyen bu devasa okyanusun üzerinde, kütleçekiminin birbirine tutkal gibi bağladığı dayanıklı teknelerde yolculuk yapıyoruz.

Boşluk sandığımız şey aslında kuantum mekaniğine göre saniyenin milyarda birinde var olup yok olan sanal parçacıklarla dolu kaynayan bir "kuantum köpüğüdür". Fizikçiler Casimir Etkisi ($F = -\frac{\pi^2 \hbar c}{240 a^4} A$) adı verilen bir yöntemle boşluğun sıfır noktası enerjisini manipüle ederek, kütleçekiminin tam tersi bir itiş yaratmayı (negatif enerji yoğunluğu elde etmeyi) başarmışlardır.

Einstein-Rosen köprüleri (Solucan Delikleri) matematikte var olsa da, kütleçekimi yüzünden anında kendi üzerlerine çökerler. Bir solucan deliğinin boğazını açık tutmanın teorik olarak tek yolu, kütleçekimine karşı koyacak bu "Egzotik (Negatif) Maddeyi" deliğin içine basmaktır.

Ancak Stephen Hawking'in Kronoloji Koruma Varsayımı bizi uyarır: Eğilebilir uzay-zamanı kullanarak uzayda kestirme bir yol yaparsanız, bu yol aynı zamanda "Geçmişe giden bir zaman makinesine" dönüşebilir. Evren bu paradokstan nefret eder; solucan deliğini açtığınız an, kuantum dalgalanmaları (radyasyon) deliğin içinde sonsuza kadar yankılanarak sistemi patlatabilir.

Bir nesne uzayın içinde ışıktan hızlı gidemez; ancak uzayın kendisinin esneme ve büzülme hızında bir sınır yoktur. Meksikalı fizikçi Miguel Alcubierre'nin metriği ($ds^2 = -c^2 dt^2 + [dx - v_s(t)f(r_s)dt]^2 + dy^2 + dz^2$), uzay-zaman dokusunu geminin önünde sıkıştırıp (büzüştürüp) arkasında genişleterek yaratılan bir "warp kabarcığı" tanımlar. Gemi aslında hareket etmez, uzay geminin altından kayar.

Bu kabarcık içinde görelilik işlemez, zaman genişlemesi (time dilation) yaşanmaz. Ancak bu tasarımın korkunç bedelleri vardır. Birincisi, bu bükülmeyi sağlamak için "Jüpiter kütlesinde" egzotik (negatif) enerjiye ihtiyaç vardır.

İkincisi ve en ölümcülü: Gemi ışıktan hızlı giderken yol boyunca karşılaştığı yüksek enerjili kozmik radyasyonu kabarcığın önünde (bir süpürge gibi) biriktirir. Gemi hedefe varıp durduğunda (kabarcık çatladığında), biriken bu devasa radyasyon bir "Kuantum Şok Dalgası" (sonic boom) olarak ileri fırlar ve varış noktasındaki gezegeni, istasyonu veya medeniyeti anında küle çevirir. Uzayda sörf yapmak, bir ölüm makinesi sürmek demektir.

Büyük Patlama (Big Bang) aslında her şeyin başlangıcı değil, sadece bizim "bölgemizdeki" bir fiziksel olaydır. Ebedi Şişme (Eternal Inflation) teorisine göre uzay, kaynayan bir tenceredeki su gibidir. Yüksek enerjili kuantum vakumu (inflaton alanı) sürekli genişler ve bu genişlemenin yavaşladığı/durduğu yerlerde "Baloncuk Evrenler" (Bubble Universes) doğar. Bizim 14 milyar yıllık evrenimiz, bu sonsuz ve kaynayan okyanustaki trilyonlarca baloncuktan sadece biridir.

Bu kozmolojik modeli en sarsıcı kılan şey, Sicim Teorisi (String Landscape) ile birleşmesidir. Sicim teorisinin denklemleri tam $10^{500}$ farklı vakum durumuna (farklı fizik yasalarına) izin verir. Doğa, bu baloncukların her birine rastgele bir fizik yasası ve farklı yerçekimi gücü atar.

Bu durum "Neden evren tam bize göre ayarlanmış?" sorusunu cevaplar: Trilyonlarca ölü, karanlık veya anında içine çöken baloncuk (evren) var. Bizler, zarların tesadüfen tam da karbon tabanlı yaşamı destekleyecek bir şifreyle atıldığı o şanslı kabarcığın içinde (Antropik İlke) evrimleştik.

Maddenin neden bir "ağırlığı" (kütlesi) var? Evren ilk patladığında her şey (tüm parçacıklar) kütlesizdi ve evrenin içinde saf enerji gibi, ışık hızında hareket ediyorlardı. Ancak evren soğuduğunda, "Simetri Kırılması" (Symmetry Breaking) adı verilen matematiksel bir olay gerçekleşti.

Evrenin her santimetrekaresini saran Higgs Alanı, "Meksika Şapkası Potansiyeli" ($V(\phi) = \mu^2|\phi|^2 + \lambda|\phi|^4$) modeliyle sıfır enerji durumundan kayarak aniden aktif (donuk) bir hale geçti. Enerji dolu parçacıklar bu görünmez alana takılmaya, ona sürtünmeye ve yavaşlamaya başladılar. Bu yavaşlama (atalet), onlara "Kütle" kazandırdı. Fotonlar bu alanla etkileşime girmediği için bugün hala ışıktan hızlıdırlar; elektronlar ise bu alana saplandıkları için yavaşlar ve kütle oluştururlar.

Bu süreç, bilgisayar oyunlarındaki "Render Weight" (İşleme Ağırlığı) parametresine çok benzer. Higgs alanı, simülasyon sisteminin nesnelere "Katılık" hissi vermek için uyguladığı evrensel bir yazılım kısıtlamasıdır. O olmasaydı atomlar birleşemez, moleküller oluşamaz ve biz asla var olamazdık; her şey ışık hızında akan bir veri seli (data stream) olarak kalırdı.

Paul Dirac'ın kuantum denklemi ($i\hbar \gamma^\mu \partial_\mu \psi - mc\psi = 0$), her maddenin ters elektrik yüküne sahip bir "ikizi" (Antimadde) olması gerektiğini kanıtladı. Büyük Patlama anında, evrenin enerji fırınından eşit miktarda (yüzde 50 - yüzde 50) madde ve antimadde çıkmalıydı. Bir araya geldiklerinde birbirlerini anında %100 saf enerjiye dönüştürerek yok etmeleri gerekirdi (Annihilation). Yani evrenin bugün devasa ve tamamen boş bir ışık hüzmesinden (foton denizinden) ibaret olması gerekirdi.

Ancak fiziksel bir "Hata" oldu. "Baryogenez" adı verilen dönemde CP Simetrisi (Yük ve Parite) ihlal edildi. Üretilen her $1.000.000.000$ (1 Milyar) antimadde parçacığına karşılık, tam $1.000.000.001$ (1 Milyar + 1) madde parçacığı üretildi.

O milyarlarca çift birbiriyle savaşıp saniyenin milyarda biri kadar bir sürede yok olurken, arta kalan o zavallı, eşi olmayan "+1 parçacık" (Madde) evrende yapayalnız kaldı. Şu an gökyüzünde gördüğün her yıldız, okuduğun bu ekran ve bizzat kendi bedenin; evrensel bir katliamdan arta kalan o "milyarda birlik" küllü anomali üzerine inşa edilmiştir. Bizler, evrenin bir matematik hatasının (Bug) çocuklarıyız.