Einstein’ın genel görelik kuramı, tek başına, uzay-zamanının büyük patlama tekilliğinde başladığını ve (tüm evren çöktüyse) büyük çatırtı tekilliğinde ya da, (yıldız gibi yerel bir bölge çökseydi) bir kara deliğin içindeki bir tekillikte sona ereceğini öngörmekteydi. Deliğe düşen tüm maddeler tekillikte yitecek, ve yalnızca kütlelerinin çekim etkisi dışarıda duyulacaktı. Öte yandan, tanecik etkileri hesaba katıldığında, maddenin kütlesi ve enerji sonunda evrene geri dönecek ve kara delik, içindeki tekillikle birlikte buharlaşıp uçarak sonunda yokolacak gibi görünüyordu. Tanecik mekaniğinin büyük patlama ve büyük çatırtı tekillikleri üzerinde de bu ölçüde çarpıcı bir etkisi olabilir miydi? Kütlesel çekim alanlarının tanecik etkileri yok sayılamayacak denli kuvvetli olduğu ilk ve son aşamalarında, evrende neler olup bitmekte? Evrenin gerçekten bir başlangıcı var mı? Ya da bir sonu? Varsa nasıl?
1970’lerde başlıca çalışma konum kara deliklerdi, ama 1981’de Vatikan’da Cizvitlerin düzenlediği bir evrenbilimi konferansında iken evrenin doğuşu ve yazgısına ilişkin ilgim yeniden uyandı. Katolik Kilisesi Galileo ile uğraşırken, güneşin dünya etrafında döndüğünü ilan ederek bilimsel bir soruya ilişkin hükümde bulunmakla kötü bir yanlış yapmıştı. Yüzyıllar sonra, şimdi ise, evrenbilimi konusunda akıl danışmak için birtakım uzmanlar çağırmaya karar vermiş. Konferansın sonunda, katılanlara papanın huzurunda bulunma ayrıcalığı tanınmıştı. Orada Papa bize, evrenin büyük patlamadan sonraki evrimi üzerinde çalışmamızın yerinde olacağını, ancak büyük patlamanın kendisini soruşturmamamızı, çünkü onun Yaradılış anı, yani Tanrı’nın işi olduğunu söyledi. O zaman biraz önce konferans sırasında verdiğim konuşmanın konusundan haberdar olmayışına çok sevindim. Çünkü konuşmam, uzay-zamanın sonlu ama sınırsız olabileceği, yani başlangıcının, yaradılışı anının olmadığı konusundaydı. Ölümünden tam 300 yıl sonra doğmuş olmanın da biraz etkisiyle kendimi kuvvetle özdeşleştirdiğim Galileo’nun yazgısını paylaşmak istemiyordum!
Tanecik mekaniğinin evrenin doğuşu ve yazgısını nasıl etkileyebileceğine ilişkin düşüncelerimizi açıklayabilmek için önce, evren tarihini yaygın olarak benimsenen “sıcak büyük patlama modeli”ne dayanarak anlatmam gerek. Bu, evrenin ta büyük patlamaya giderek Friedmann’ın modeliyle betimlendiğini varsayar. Böylesi modellerde evren genişledikçe içindeki her madde ya da ışımanın soğuyacağı ortaya çıkar. (Evrenin büyüklüğü iki katına çıktığında sıcaklığı yarıya düşer.) Sıcaklık kabaca parçacıkların ortalama enerjisinin -ya da hızının- bir ölçüsü olduğuna göre evrenin bu soğumasının, içindeki maddeye büyük etkisi olacaktır. Çok yüksek sıcaklıklarda parçacıklar sağa sola öyle hızlı devineceklerdir ki, elektromanyetik ya da çekirdek kuvvetlerinden ötürü birbirlerine olan çekimden kendilerini kurtaracaklardır. Ama parçacıklar soğudukça birbirlerini çekip üst üste yığılmaya başlayacaklardır. Ayrıca, evrende varolan parçacıkların türleri de sıcaklığa bağlı olacaktır. Yeterince yüksek sıcaklıklarda, parçacıkların enerjisi o denli yüksektir ki, çarpıştıklarında çok değişik parçacık/karşıparçacık çiftleri oluşur -ve bu yeni oluşan parçacıkların bazısı karşıparçacığa dokunarak yok olsa da, üreme yokolmayı geçecektir. Ama daha düşük sıcaklıklarda, çarpışan parçacıkların enerjisi daha az olacağından parçacık/karşıparçacık çiftleri daha yavaş oluşacak- ve yok olma hızı oluşma hızını geçecektir.
Tam büyük patlama anında evrenin sıfır büyüklükte ve bu nedenle sonsuz sıcaklıkta olduğu düşünülür. Ama evren genişleyince ışımanın sıcaklığı düşer. Büyük patlamadan bir saniye sonra yaklaşık on milyar dereceye düşmüş olmalı. Bu, güneşin özeğindeki sıcaklığın yaklaşık bin katıdır ama bu denli yüksek sıcaklıklara hidrojen bombası patlamasında erişilebilir. Bu anda evren çoğunlukla foton, elektron ve (yalnızcı zayıf kuvvet ve kütlesel çekimden etkilenen hafif parçacıklar olan) nötrinolardan ve bunların karşı parçacıklarından, bir miktar da proton ve nötrondan oluşur. Evren genişlemeyi sürdürüp sıcaklık düştükçe çarpışmaların neden olduğu elektron/karşıelektron çiftlerinin oluşma hızı, birbirlerini yoketme hızının altına düşecektir. Böylelikle elektron ve karşıelektronların çoğu birbirini daha çok foton oluşturacak biçimde yokedecek ve geriye az sayıda elektron kalacaktır. Nötrino ve karşınötrinolar ise birbirlerini yok edemeyeceklerdir, çünkü bu parçacıklar birbirleriyle ve başka parçacıklarla çok az etkileşimde bulunurlar. O halde bugün de varolmaları gerekir. Onları gözlemleyebilsek evrenin bu çok sıcak ilk aşaması için iyi bir kanıt olurdu. Ne yazık ki bugüne dek geçen zaman içinde enerjileri onları doğrudan gözlemlemeye yetmeyecek denli aza inmiş olacaktır. Ancak, nötrinolar kütlesiz olmayıp, 1981’de Rusya’da yapılmış olup doğrulanamayan bir deneyin önerdiği gibi az bir kütleye sahip iseler onları dolaylı bir biçimde ayırt edebiliriz: daha önce sözü geçen ve evrenin genişlemesini durdurup yeniden çöküşüne neden olabilecek kütlesel çekimi olan “kara madde”nin bir biçimi olabilirlerdi.
Büyük patlamadan yaklaşık yüz saniye sonra sıcaklık bir milyar dereceye, yani en sıcak yıldızların içinin sıcaklığına düşecekti. Bu sıcaklıkta proton ve nötronlar güçlü çekirdek kuvvetinden kaçmaya yetecek enerjiyi yitirecek ve bir proton ve bir nötron içeren döteryum (ağır hidrojen) atomunun çekirdeğini oluşturmak üzere birleşme ye başlayacaklardı. Döteryum çekirdekleri de başka proton ve nötronlarla birleşerek, iki proton ve iki nötron içeren helyum çekirdekleri ve az miktarda da daha ağır lityum ve berilyum elementleri oluşturacaktı. Sıcak büyük patlama modelinden proton ve nötronların yaklaşık dörtte birinin, helyum çekirdeği ve az miktarda ağır hidrojen ile başka elementlere dönüşmüş olacağı hesaplanabilir. Nötronların geri kalanı bozunarak normal hidrojen atomların çekirdeği olan protonlara dönüşür.
Sıcak bir ilk aşamaya ilişkin bu evren tablosu ilk kez öğrencisi Ralph Alpher (Alfer) ile 1948’de yazdığı ünlü makalesinde bilimci George Gamow tarafından ortaya kondu. Gamow’un oldukça keskin bir mizah anlayışı vardı. Çekirdek bilimcisi Hans Bethe’yi (Bethe) ikna edip onun ismini de makaleye koyarak, makaleyi yazanlar listesini “Alpher, Bethe ve Gamow” yaptı; Yunan abecesinin ilk üç harfi olan alfa, beta ve gamma’ya benzesin diye. Bu, evrenin başlangıcı üzerine bir makale için pek de uygundu! Bu makalede evrenin çok sıcak ilk aşamalarındaki ışımanın (fotonlar biçiminde) bugün hala varolması gereğini ama sıcaklığının mutlak sıfırdan (eksi 273 derece) yalnızca birkaç derece yukarıya kadar düşmüş olacağı yolundaki olağanüstü öngörüde bulundular. Penzlas ve Wilson’un 1965’te buldukları işte bu ışımaydı. Alpher, Bethe ve Gamow makalelerini yazdıkları sırada proton ve nötronların çekirdeksel reaksiyonlarına ilişkin fazla şey bilinmiyordu. Bundan dolayı ilk evrendeki elementlerin orantılarına ilişkin o zamanki hesaplar oldukça hatalıydı ama bu hesapları bugünkü bilginlerimizin ışığında yinelediğimizde gözlemlediğimizle çok iyi uyuşan sonuçlar elde ediyoruz. Ayrıca, evrende niye bu denli fazla miktarda helyum olduğunu başka türlü açıklamak çok zor. Şu halde görüşümüzün, en azından büyük patlamanın bir saniye sonrasından bu yana, doğru olduğundan kuşkumuz yok.
Büyük patlamadan sonraki birkaç saat içinde helyum ve diğer elementlerin oluşumu duracaktır. Ve bundan sonraki bir milyon yıl kadar sürede, evren pek bir şey olup bitmeden, yalnızca genişlemeyi sürdürüyor olacaktır. Sıcaklık giderek birkaç bin dereceye düşünce elektronlar ile çekirdekler, aralarındaki elektromanyetik çekime dayanacak enerjiyi yitirerek birleşip atomları oluşturmaya başlayacaktır. Evren bir bütün olarak genişlemeyi ve soğumayı sürdürecek ama ortalamadan biraz yoğun bölgelerde çekimsel kuvvetin daha fazla oluşu nedeniyle genişleme yavaşlamış olacaktır. Bu, bazı bölgelerin genişlemeyi durdurup çökmeye başlamasına yol açacaktır. Bu bölgeler çökerken, dışındaki maddelerin kütlesel çekimi olanları hafifçe döndürmeye başlayabilir. Çöken bölge küçüldükçe dönmesi hızlanacaktır -buz patencisinin, buz üstünde dönerken kollarını içe bükünce dönüşünün hızlanması gibi. Sonunda bölge yeterince küçülünce, kütlesel çekimi dengelemeye yetecek bir hızda dönecek ve bu yolla disk biçiminde galaksiler doğmuş olacaktır. Dönme hareketini başlatamayan öteki bölgeler ise eliptik galaksi denilen oval biçimde nesneleri oluşturacaklardır. Bunlarda bölgenin çöküşünün durma nedeni, galaksinin tümü dönmediğine göre, tek tek parçalarının, galaksinin özeği etrafında dönmesi olacaktır.
Zaman ilerledikçe galaksilerdeki hidrojen ve helyum gazları, kendi kütlelerinin çekimi altında çöken küçük bulutlara bölüneceklerdir. Bulutlar büzüldükçe ve içlerindeki atomlar birbiriyle çarpıştıkça gazın sıcaklığı artacak ve giderek çekirdek kaynaşması reaksiyonu başlatacak kadar ısınacaktır. Reaksiyon sonucu hidrojen daha fazla helyuma dönüşecek ve açığa çıkan ısı, basıncı yükselterek bulutları daha fazla büzülmekten alıkoyacaktır. Güneşimize benzer bir yıldız olarak, hidrojeni yakıp helyuma dönüştürerek çıkan enerjiyi ısı ve ışık biçiminde yayacak ve bu kararlı durumda çok uzun süre kalabileceklerdir. Daha kütleli yıldızlar daha kuvvetli olan kütlesel çekimlerini dengeleyebilmek için daha sıcak olmak zorundadırlar. Bu da çekirdek kaynaşması reaksiyonunu o denli hızlandım ki, bu yıldızlar hidrojenlerini yüz milyon yıl kadar kısa bir sürede bitirirler. O zaman biraz büzülecekler ve ısınmaları arttıkça bu kez helyumu karbon ya da oksijen gibi daha ağır elementlere dönüştürmeye başlayacaklardır. Ancak bundan, daha fazla enerji açığa çıkmayacak ve kara deliklerle ilgili bölümde anlatıldığı üzere bir bunalıma varılacaktır. Daha sonra ne olacağı ise tümüyle açık değil ama yıldızın özeğine yakın bölgelerin çökerek nötron yıldızı ya da kara delik gibi çok yoğun bir duruma gelecekleri olası görünüyor. Yıldızın dış bölgeleri bazen parlaklığıyla kümedeki öteki yıldızları bastıran korkunç bir süpernova patlaması ile savrulacaktır. Yıldızın ömrünün sonuna doğru oluşan ağır elementlerin bir bölümü galaksideki gaza eklenmiş olacak ve bir sonraki kuşak yıldızların hammaddesine katkıda bulunacaktır. Bizim kendi güneşimiz bu daha ağır elementlerden yüzde iki oranında içerir, çünkü o da eski süpernovaların kalıntılarını içeren dönen bir gaz bulutundan beş milyar yıl kadar önce oluşmuş ikinci ya da üçüncü kuşak bir yıldızdır. O buluttaki gazın çoğu ya güneşin oluşumuna gitti ya da uçup uzaklaştı, ama ağır elementlerin küçük bir miktarı bir araya gelerek bugün güneşin etrafında dönen cisimleri, aralarında dünyamızın da bulunduğu gezegenleri oluşturdu.
Dünya ilk önceleri çok sıcaktı ve atmosferi yoktu. Zamanla soğudu ve kayalardan çıkan gazlardan bir atmosfer edindi. Bu ilk atmosfer, içinde yaşayabileceğimiz gibi değildi. içinde oksijen yerine bulunan çok sayıda başka gaz vardı, örneğin hidrojen sülfit (çürük yumurtaya kokusunu veren gaz) bizim için çok zehirlidir. Bununla birlikte bu koşullar altında serpilebilen ilkel başka yaşam biçimleri vardır. Bunların, atomların irimoleküller denen daha büyük yapılar oluşturacak biçimde rastgele birleşmesi sonucu okyanuslarda gelişmiş oldukları düşünülüyor. Bunlar okyanustaki başka atomları da aynı yapılarda bir araya getirme yeteneğini taşıdıklarından kendilerini üretip çoğalacaklardı. Kimi durumlarda üremede hatalar olacaktı. Bu hatalar çoğunlukla yeni irimolekülün kendini üretememesi ve sonunda yitip gitmesi ile sonuçlanacaktı. Ancak bazı hatalar ise kendilerini üretmekte daha çok yetenekli yeni irimolekülleri oluşturacaktı. Böylece oluşan yeni irimoleküller bu üstünlükleri ile başlangıçtaki irimoleküllerin yerine geçme eğiliminde olacaklardı. Bu yolla, gittikçe daha da karmaşık kendini üreten organizmaların gelişimi yönünde ilerleyen bir evrim süreci başlatılmış olacaktı. ilk ilkel yaşam biçimleri hidrojen sülfatı da içeren değişik maddeleri kullanıp oksijen salıyordu. Bu, atmosferi yavaş yavaş değiştirerek bugünkü bileşimine getirdi ve balıklar, sürüngenler, memeliler ve en sonunda insan ırkı gibi daha ileri yaşam biçimlerinin gelişmesine olanak tanıdı.
Çok sıcak başlayan ve genişledikçe soğuyan bu evren tablosu bugün elimizdeki gözlemsel kanıtlara uyuyor. Yine de, birtakım önemli sorular yanıtsız kalıyor.
1. Evren başlangıcında niçin öylesine sıcaktı?
2. Evren büyük ölçekte niye o kadar düzgün? Uzaydaki her noktadan ve her yönde niye aynı gözüküyor? Özellikle, değişik yönlere baktığımızda, zemindeki mikrodalga ışımasının sıcaklığı niçin yaklaşık aynı? Bu biraz sınıftaki öğrencilerin sınav kağıtlarını değerlendirmeye benziyor. Hepsinin yanıtı tıpatıp aynı ise birbirlerinden kopya çektiklerinden emin olabilirsiniz rahatça. Ama yukarda betimlenen modelde büyük patlamadan sonra ışığın bir yerden ötekine ulaşması için yeterince zaman olmayacaktır, evrenin ilk evrelerinde bölgeler birbirlerinden çok uzak değilse de. Görelik kuramına göre bir bölgeden ötekine ışık gidemiyorsa başka hiçbir bilgi gidemez. Bundan dolayı evrenin ilk evrelerinde başka başka bölgelerin aynı sıcaklıkta olmalarının, belirsiz herhangi bir nedenle aynı sıcaklıkla başlamaları dışında başka herhangi bir yolu olamaz.
3. Evren, niçin çöken modellerde sonsuza dek genişleyen modelleri ayıran kritik hıza çok yakın bir hızla genişlemeye başladı, öyle ki şimdi, on milyar yıl sonra bile, hala kritik hıza yakın bir hızla genişlemekte? Büyük patlamadan bir saniye sonraki genişleme hızı, yalnızca yüz bin milyarda bir oranında az olsaydı bile, evren daha bugünkü büyüklüğüne erişmeden çökmüş olurdu.
4. Evrenin büyük ölçekte çok düzgün ve tekdüze olduğu gerçeğine karşın, yıldızlar ve yıldız kümeleri gibi yerel düzensizlikler var. Bunların ilk zamanlarda bir bölgeden ötekine yoğunluğun biraz farklı oluşundan kaynaklandığı düşünülüyor. Peki, yoğunluğun bu düzensiz değişiminin kaynağı neydi?
Genel görelik kuramı kendi başına bu özellikleri açıklayamaz ve de bu soruları yanıtlayamaz, çünkü büyük patlama tekilliğinde evrenin sonsuz yoğunlukta olduğu öngörülür. Tekillikte genel görelik ve tüm diğer fizik yasaları geçerliliğini yitirir, tekillikten ne çıkacağı kestirilemez. Daha önce açıklandığı gibi, bu demektir ki; büyük patlama ve ondan önceki olaylar kuramın kapsamından çıkarılıp atılabilir, çünkü gözlemlerimiz üzerinde hiçbir etkileri olamaz. Uzay -zamanının bir sınır- büyük patlamada bir başlangıcı olacaktır.
Bilim, evrenin, herhangi bir anda durumunu biliyorsak daha sonra nasıl ilerleyeceğini, belirsizlik ilkesinin belirlediği sınırlar içinde söyleyebilen bir yasalar takımı ortaya çıkarmış durumda. Bu yasalar aslında Tanrı tarafından buyurulmuş olsa da öyle görülüyor ki Tanrı o andan sonra hiç işe karışmadan, evreni yasalarına uygun biçimde gelişmeye bırakmış. Ama evrenin ilk durumunu ya da başlangıç koşullarını nasıl seçmiş? Zamanın başlangıcındaki “sınır koşulları” neydi?
Buna, Tanrı evrenin ilk durumunu, anlamayı umamayacağımız nedenlerle seçti biçiminde bir yanıt verilebilir. Her şeye gücü yeten varlığın gücü kuşkusuz buna da yeter ama böylesine anlaşılmaz bir biçimde başlattıysa evreni, niçin anlayabileceğimiz yasalara uyarak evrimlemeye bıraktı? Bilim tarihi tümüyle olayların keyfi bir tarzda oluşmayıp, tanrısal olsun olmasın belli bir kurulu düzeni yansıttığının yavaş yavaş farkına varılışıdır. Bu düzenin yalnızca yasalar için değil, evrenin ilk durumunu belirleyen uzay-zamanın sınırındaki koşullar için de geçerli olduğunu varsaymak çok doğal olacaktır. Hepsi de yasalara uyan, ilk koşulları değişik çok sayıda evren modeli bulunabilir. Evrenimizi tanımlayacak belli bir ilk durumu ve dolayısıyla bir modeli seçmemiz için bir ilke olmalı.
Aradığımız ilke, düzensiz sınır koşullarında olabilir. Bu koşullar, açıkça belirtmeden evrenin ya sonsuz büyüklükte olduğunu, ya da sonsuz sayıda evren bulunduğunu varsayarlar. Düzensiz sınır koşulları altında, büyük patlamadan sonra uzayın belirli bir bölgesini belirli bir durumda bulmanın olasılığı ile aynı bölgeyi başka herhangi bir durumda bulmanın olasılığı, bir anlamda aynıdır; aynı evrenin ilk durumu tamamen gelişigüzel seçilmiştir. Bu, evrenin ilk evrelerde büyük bir olasılıkla düzensiz ve karmakarışık olduğu anlamına gelir, çünkü evrenin düzensiz ve karmakarışık bulunabileceği durumlar, düzenli ve düzgün bulunabileceği durumlardan sayıca çok daha fazladır. (Her durum eşit olasılıkta ise, evrenin düzensiz ve karmakarışık durumda başlaması daha olasıdır, çünkü bu durumlar daha çoktur). Böylesine düzensiz ilk koşulların, bugün büyük ölçekte böylesine düzgün ve düzenli evrenimizin çıkış noktası olabileceğini kavramak çok zor. Ayrıca, böyle bir modeldeki düzensiz yoğunluk değişimlerinin gama ışını gözlemlerinden saptanan üst sınırdan çok daha fazla sayıda erken kara deliğin oluşumuyla sonuçlanması beklenirdi.
Evren eğer gerçekten sonsuz büyüklükteyse, ya da sonsuz sayıda evren varsa bir yerlerde düzgün ve düzenli bir biçimde başlamış birtakım büyük bölgelerin bulunma olasılığı da vardır. Bu biraz, çok bilinen, maymun sürüsünün daktiloların başında habire tuşlara basması öyküsüne benziyor. Maymunların yazdıklarının hemen hepsi saçma sapan olsa da tamamen rastgele bir biçimde ve tamamen şans eseri Shakespeare’in (şekspir) sonelerinden biri ortaya çıkacaktır. Benzeri biçimde evren bağlamında, şans eseri düzgün ve düzenli bir bölgede yaşıyor olabilir miyiz? ilk bakışta bu oldukça zayıf olasılıkta görünebilir, çünkü böylesine düzgün bölgeler düzensiz ve karmakarışık bölgelerden çok daha az sayıdadır. Ama, ancak düzgün bölgelerde yıldız kümeleri oluşabileceğini ve koşulların kendimiz gibi karmaşık, kendini üretebilen ve “Evren niçin böyle düzgün?” sorusunu sorabilen organizmaların gelişimi için uygun olabileceğini düşünelim. Bu, “Evreni böyle görmemizin nedeni varlığımızdır” tümcesiyle de açıklanabilecek “insancı” dediğimiz ilkenin uygulandığı bir örnektir.
İnsancı ilkenin iki yorumu vardır; zayıfı ve güçlüsü. Zayıf insancı ilke, uzayda ve/veya zamanda sonsuz ya da çok, büyük bir evrende, zeki yaratıkların gelişimi için gereken koşulların ancak uzayda ve zamanda sınırlı, belli bölgelerde sağlanacağını belirtir. Bundan dolayı bu bölgelerdeki zeki yaratıklar evrende bulundukları yerin kendi varlıkları için gereken koşulları sağladığını gözlemlediklerinde şaşırmayacaklardır. Zengin bir kişinin varlıklı mahallerde yoksul görmesini andırır biraz bu.
Zayıf insancı ilkenin kullanıldığı bir örnek, büyük patlama olayının niçin yaklaşık on milyar yıl önce olduğunun “açıklaması”dır. Zeki varlıkların evrimleşmesi için yaklaşık o kadar süre gerekir. Yukarıda açıklandığı gibi, önce ilk kuşak yıldızlar oluşmalıydı. Bu yıldızlar baştaki hidrojen ve helyumun bir bölümünü bizim anamaddemiz olan karbon ve oksijen gibi elementlere dönüştürdüler. Sonra, yıldızlar süpernova biçiminde patladılar ve döküntüleri aralarında şimdi yaklaşık beş milyar yaşında olan güneş sistemimizin de bulunduğu diğer yıldız ve gezegenleri oluşturdu. Dünyanın varoluşunun ilk bir iki milyar yılı içinde sıcaklık herhangi karmaşık bir varlığın gelişimi için çok yüksekti. Sonraki üç milyar kadar yıl, basit organizmalardan zamanı büyük patlamaya dek ölçme yetisinde varlıklara doğru yavaşça ilerleyen biyolojik evrim sürecine ancak yetti.
Zayıf insancı ilkenin geçerliğini ya da yararlığını çok az kişi sorgular. Ancak bazıları daha ileri gidip ilkenin güçlü yorumunu öneriyorlar. Bu yoruma göre, her biri kendi ilk durumuna ve belki de kendi bilim yasaları takımına sahip çok sayıda değişik evrenler ya da tek bir evrenin çok sayıda değişik bölgeleri vardır. Bu evrenlerin çoğunda koşullar karmaşık organizmaların gelişimine uygun olmayacaktır; yalnızca bizimki gibi bazı evrenlerdeki zeki yaratıklar gelişip şu soruyu sorabileceklerdir: “Evren niçin gördüğümüz gibi?” O zaman yanıt basittir. Başka türlü olsaydı, biz burada olmazdık!
Bilim yasaları, şimdi bildiğimiz biçimiyle, elektronun elektrik yükünün niceliği ve proton ve elektronun kütlelerinin oranı gibi pek çok temel sayı içerir. En azından şimdilik, bu sayıların değerlerini kuramdan çıkarsayamıyoruz -ancak gözlemlerden bulabiliyoruz. Bunların hepsini çıkarsayabileceğimiz tam bir birleşik kuramı bir gün ortaya koyabileceğimiz gibi, aslında hepsi evrenden evrene ya da tek bir evrenin içinde değişiyor olabilir. Şaşılası gerçek ise bu sayıların değerlerinin yaşamın gelişimini olanaklı kılmak için çok ince ayar edilmiş gibi gözükmesi. Örneğin, elektronun elektrik yükü azıcık değişik olaydı yıldızlar ya da hidrojen ve helyumu yakamayacak, ya da patlamayacaktı. Doğal olarak, bilimkurgu yazarlarının bile daha düşlemediği, güneş gibi bir yıldızın ışığına ya da yıldızlara yapılıp yıldız patlayınca uzaya saçılan ağır kimyasal elementlere gereksinim duymayan, başka zeki yaratıklar varolabilir. Yine de, şurası açık ki, bu sayıların herhangi bir zeki yaratığın gelişimin olanaklı kılabilecek değerleri, sınırlı belli aralıklar içindedir. çoğu değer takımları, çok güzel olsalar da bu güzelliğe bakıp hayran kalacak kimsenin olmayacağı evrenlere yol açacaktır. Bu, Yaradılış’ta ve bilim yasalarının seçiminde tanrısal bir ereğin kanıtı olarak, ya da güçlü insancı ilkenin bir desteği olarak görülebilir.
Evrenin gözlemlenen durumunun bir açıklaması olarak güçlü insancı ilkeye çeşitli yönlerden karşı çıkılabilir. İlkin, bu başka başka evrenlerin hangi anlamda varoldukları sorulabilir. Eğer gerçekten birbirlerinden ayrıysalar, bir başka evrende olup bitenlerin kendi evrenimizde gözlemlenebilecek bir sonucu olamaz. O halde, tutumluluk ilkesini kullanıp onları kuramdan kesip atabiliriz. Öte yandan, tek bir evrenin başka başka bölgeleri iseler bilim yasaları her bölgede aynı olmalıdır, yoksa bir bölgeler arasındaki ayırım yalnızca ilk durumları arasında olacak ve böylece güçlü insancı ilke kuvvetini yitirerek zayıf insancı ilkeye dönüşecekti.
Güçlü insancı ilkeye karşı çıkış ise bilim tarihi akışına tamamen zıt yönde oluşundandır. Batlamyus’un ve ondan öncekilerin dünya özekçi evrenbiliminden Kopernik ve Galileo’nun güneşözekçi evrenbilimine, ve oradan yerkürenin, gözlemlenen evrendeki yaklaşık bin milyar yıldız kümesinden yalnızca biri olan sıradan bir sarmal yıldız kümesinin kenar bir mahallesindeki ortalama bir yıldızın etrafında dönen orta çapta bir gezegen olarak ele alındığı çağdaş görüşe geldik. Güçlü insancı ilke yine tüm bu engin yapının bizim hatırımız için varolduğunu ileri sürecektir. İşte buna inanmak çok zor. Güneş Sistemi’mizin kuşkusuz varlığımız için bir önkoşul oluşu, ağır elementleri yaratmış olan önceki kuşak yıldızların da yıldız kümemizin tümü için gerekli olduğu biçiminde genişletebilir. Ama ne tüm bu diğer yıldız kümelerine ne de evrenin böylesine düzgün ve büyük ölçekte her yönde aynı oluşuna gerek var.
Evrenin birçok sayıda değişik ilk durumlarının gözlemlediğimiz gibi bir evrene yol açabileceği gösterilebilseydi, insancı ilkeyi, en azından zayıf yorumuyla, kabullenmekte zorluk çekmeyecektik. Bu durumda, bir anlamda rastgele ilk koşullardan yola çıkan bir evrende düzgün ve zeki canlıların evrimine uygun birtakım bölgeler bulunmalıdır. Öte yandan, evrenin ilk durumunun çevremizde gördüklerimize varabilmek için çok dikkatle seçilmesi gerekseydi, evrende canlıların ortaya çıkacağı hiçbir bölge olmayabilecekti. Yukarıda anlatılan büyük patlama modelinde, evrenin ilk evrelerinde bu ısının bir bölgeden ötekine akışı için yeterli zaman yoktu. Bu, mikrodalga zemin ışımasının baktığımız her yönde aynı sıcaklıkta oluşu gerçeğinin hesabını verebilmek için, evrenin ilk durumunda sıcaklığın her yerde aynı olması gerekeceği anlamına gelir. Aynı zamanda, genişleme hızının çöküşten kaçınmak için gerekli kritik değere hala bu denli yakın olabilmesi için, genişlemenin başlangıç hızının da büyük bir dikkatle seçilmiş olması gerekecekti. Yani, sıcak büyük patlama modeli ta zamanın başlangıcına dek doğruysa, evrenin ilk durumu doğrusu çok dikkatle seçilmiş olmalıdır. Evrenin niçin tam bu biçimde başlamış olduğunu, bizim gibi varlıkları yaratmaya niyetlenmiş bir Tanrı’nın işi olmasının dışında, açıklamak çok zor olacaktı.
Çok sayıda değişik ilk durumların bugünküne benzer bir evrende sonuçlanabildiği bir evren modeli bulabilme çabasıyla. Massachusetts Institute of Tecnology’den bilimci Alan Guth (Gut), evrenin ilk evrelerde çok hızlı bir genişleme sürecinden geçmiş olabileceğini öne sürdü. Buna, “şişen” bir genişleme denir, yani evren bir zamanlar, bugün olduğu gibi azalan bir hızla değil artan bir hızla genişlemekteydi. Guth’a göre, evrenin yarıçapı saniyenin çok küçük bir parçası içinde milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon katı (1’den sonra otuz sıfır) artmıştı.
Guth, evrenin büyük patlamayla çok sıcak ve fakat oldukça düzensiz bir durumda başladığını öne sürdü. Bu yüksek sıcaklıklar, evrendeki parçacıkların çok hızlı devindikleri ve çok yüksek enerjiye sahip oldukları anlamına gelmekteydi. Daha önce tartıştığımız gibi, böylesine yüksek sıcaklıklarda, güçlü ve zayıf çekirdek kuvvetlerinin ve elektromanyetik kuvvetin tek bir kuvvet olarak birleşmiş olmaları beklenir. Evren genişledikçe soğuyacak ve parçacıkların enerjileri azalacaktı. Sonunda, faz geçişi denen olay ile kuvvetler arasındaki bakışım bozulacaktı: güçlü kuvvet zayıf ve elektromanyetik kuvvetlerden ayrılacaktı. Faz geçişinin bilinen bir örneği, suyu soğuttuğunuzda donmasıdır. Sıvı su her noktada ve her yönde aynı biçimde bakışıktır. Ama buz kristalleri oluştuğunda bunlar belirli konumlarda bulunacaklar ve belli bir yönde sıralanacaklardır. Bu suyun bakışımını biraz bozar.
Su örneğinde, sıcaklık donma derecesinin (sıfır derece santigrad) altına dikkatli bir biçimde düşürülürse buz oluşmadan suyu “süpersoğutmak” olanaklıdır. Guth, evrenin de benzer biçimde davranmış olabileceğini öne sürdü: kuvvetler arasındaki bakışım bozulmadan sıcaklık kritik değerin altına düşebilir. Bu olduysa, evren bakışımın bozulmamış olduğu durumdakinden daha fazla enerji ile kararsız bir durumda olacaktır. Bu fazladan enerjinin, bir karşıçekim etkisi olacağı gösterilebilir. Tıpkı, Einstein’ın, evrenin statik modelini kurmaya çalışırken, genel görelik kuramına soktuğu evrenbilimsel sabit gibi davranacaktır. Evren, sıcak büyük patlama modelindeki gibi zaten genişliyor olacağından, bu evrenbilimsel sabitin itici etkisi evrenin böylece gittikçe artan bir hızla genişlemesine yol açacaktır. Madde parçacıklarının ortalamadan fazla olduğu bölgelerde bile, geçerli evrenbilimsel sabitin itmesi, maddenin kütlesel çekimine baskın çıkacaktır. Böylece, bu bölgeler de, artan bir hızla, şişen bir biçimde genişleyecektir. Onlar genişleyip madde parçacıkları birbirinden daha da uzaklaştıkça, ortada hala süpersoğuk durumda ve içinde pek az parçacık bulunan genişleyen bir evrenden başka bir şey kalamayacaktır. Evrendeki düzensizlikler genişleme sonucu, balonu şişirdiğinizde üzerindeki kırışıklıkların kaybolması gibi, tamamen düzelmiş olacaktır. Böylelikle evren bugünkü düzgün ve düzenli durumuna düzgün olmayan, çok sayıda değişik ilk durumdan yola çıkarak gelmiş olabilir.
Genişlemenin, maddelerin kütlesel çekimiyle yavaşlayacağına, bir evrenbilimsel sabitin etkisiyle hızlandığı böyle bir evrenin ilk evrelerinde, ışığın bir bölgeden ötekine ulaşabilmesi için yeterince zaman olacaktır. Bu, daha önce ortaya koyduğumuz, evrenin ilk evrelerinde başka başka bölgelerin niçin aynı özellikleri sahip olduğu sorusuna bir çözüm getirebilir. Ayrıca, evrenin genişleme hızı kendiliğinden, evrenin enerji yoğunluğu ile belirlenen kritik hıza çok yakın olacaktır. O halde bu, evrenin başlangıçtaki genişleme hızının dikkatle seçilmiş olmasını gerektirmeden, genişleme hızının niçin hala kritik hıza böylesine yakın oluşunu açıklayabilir.
Şişme kavramı aynı zamanda, evrende niçin bu denli çok madde olduğunu da açıklayabilir. Evrenin gözlemleyebildiğimiz bu bölgesinde, milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon kere milyon (1 ‘den sonra seksen sıfır) kadar parçacık var. Bunlar nereden gelmişler acaba? Yanıtı şu: Tanecik kuramına göre, parçacıklar enerjiden, parçacık / karşıparçacık çiftleri biçiminde yaratılabilir. Ancak bu kez, enerjinin nereden geldiği sorusu belirir. Buna da yanıt, evrenin toplam enerjisinin tam tamına sıfır olduğudur. Evrendeki madde, artı enerjiden oluşmuştur. Ancak madde kendi kendisini kütlesinden dolayı çekmektedir. Birdenbire yakın iki madde parçası, birbirine uzak aynı iki madde parçasından daha az enerjiye sahiptir, çünkü onları birbirine doğru çeken kütlesel çekim kuvvetine karşı koyarak ayırmanız için enerji harcamanız gerekir. Şu halde, kütlesel çekim alanının bir anlamda eksi enerjisi vardır. Uzayda, kabaca düzgün dağılmış bir evren gözönüne alındığında, bu eksi kütlesel çekim enerjisinin, maddenin taşıdığı artı enerjiyi tastamam götürdüğü gösterilebilir. Böylelikle evrenin toplam enerjisi sıfırdır.
Ayrıca, sıfır kere sıfır, sıfırdır. Bundan dolayı evren, artı madde enerjisinin miktarını iki katına çıkarırken, enerjinin sakınımını çiğnemeden eski kütlesel çekim enerjisini de iki katına çıkarabilir.
Evren büyüdükçe madde enerjisi yoğunluğunun azaldığı olağan genişlemesinde bu gerçekleşmez. Ama, şişen genişlemede gerçekleşebilir, çünkü süpersoğutulmuş durumda evren genişlerken enerji yoğunluğu değişmez. Evrenin büyüklüğü iki katına çıktığında, artı madde enerjisi de eski çekim enerjisi de iki katına çıkar; böylece toplam enerji sıfır olarak kalır. Şişme aşamasında evrenin büyüklüğü çok katı artar. Bundan dolayı, parçacık oluşturmaya hazır toplam enerji miktarı çok büyür, Guth’un belirttiği gibi; “Bedava yemek olmaz, denir ama evrenin kendisi, en bedava yemek”.
Bugün evren, şişen bir biçimde genişlemiyor. O halde, çok büyük olan evrenbilimsel sabitin etkisini yokedecek ve böylece genişlemenin hızını artandan, bugün olduğu gibi kütlesel çekimin etkisiyle azalana değiştirecek bir düzen olmalı. Şişen genişlemede, nasıl ki süpersoğutulmuş su eninde sonunda donarsa, kuvvetler arasındaki bakışımın da sonunda bozulması beklenebilir. Bozulmamış bakışım durumunun fazladan enerjisi, o zaman ısı biçiminde açığa çıkarak evreni kuvvetler arasındaki bakışım için gereken kritik sıcaklığın biraz altında bir sıcaklığa getirecektir. Böylelikle evren, sıcak büyük patlama modelindeki gibi, genişleyip soğumayı sürdürecek ancak bu kez evrenin niçin kritik hızda genişlediği ve değişik bölgelerin niçin aynı sıcaklıkta olduğu açıklanabilecektir.
Guth’un önerisinde faz geçişinin, çok soğuk suda buz kristallerinin belirlemesini andırır biçimde aniden olacağı ileri sürülmüştü. Bu düşünceye göre kaynayan sudaki buhar kabarcıkları gibi eski fazın içinde, yeni fazla ilişkin bozulan bakışım “kabarcıkları” oluşacaktı. Kabarcıkların genişleyip birbirlerine ulaşacakları ve sonunda tüm evreni yeni faza geçirecekleri varsayılıyordu. Buradaki sorun, başkalarıyla birlikte benim de işaret ettiğim gibi, evren o denli hızlı genişlemekteydi ki, ışık hızıyla bile büyüseler kabarcıkların birbirlerinden uzaklaşacakları ve birleşemeyecekleriydi. Evren, değişik kuvvetler arasında bakışımın hala sürdüğü bazı bölgelerin bulunduğu çok karışık bir durumda kalacaktı. Evrenin böylesi bir modeli, gördüğümüzle uyuşmayacaktı.
Ekim 1981’de, tanecik çekimi konusunda bir konferansa katılmak için Moskova’ya gitmiştim. Konferanstan sonra, Sternberg Gökbilimi Enstitüsü’nde şişen model ve sorunları üzerine bir seminer verdim. Dinleyiciler arasında Moskova’daki Lebedev Enstitüsü’nden Andrei Linde (Linde) adında genç bir Rus vardı. Bana, kabarcıklar evrendeki bölgemizin tümü tek bir kabarcığın içinde kalacak denli büyük iseler, kabarcıkların birleşmemesi sorununun kalmayacağını söyledi. Bunun geçerli olabilmesi için bakışımın bozulması olayının kabarcığın içinde, çok yavaş gerçekleşmesi gerekiyordu; bu da büyük birleşik kuramlara göre pekala olanaklıydı. Linde’nin bakışımın yavaş bozulması düşüncesi çok iyiydi ama sonradan kabarcıklarının o zamanki evrenden daha büyük olması gerekeceğinin farkına vardım! Bakışımın yalnızca kabarcıkların içinde değil de, her yerde aynı anda bozulacağını gösterdim. Bu, gözlemlediğimiz gibi düzgün bir evrene yol açacaktı. Bu düşünce beni o denli heyecanlandırdı ki, hemen öğrencilerimden biri olan Ian Moss’a (Mos) açtım. Ancak daha sonra bir bilimsel dergiden, basıma uygun olup olmadığını değerlendirmem için Linde’nin makalesi gönderilince, bir arkadaşı olarak çok utandım. Kabarcıkların evrenden daha büyük oluşuna ilişkin bir hata bulunduğu, ama bakışımın yavaş bozulması düşüncesinin çok iyi olduğu biçiminde yanıtladım. Makalenin olduğu gibi yayınlanmasını salık verdim, çünkü Linde’nin yanlışı düzeltmesi aylar alacak ve Batı’ya göndereceği her şeyin bilimsel makalelerde ne çabuk ne de becerikli olan Sovyet sansüründen geçmesi gerekecekti. Bunun yerine Ian Moss ile birlikte aynı dergiye, kabarcığa ilişkin bu soruna işaret eden ve çözümünü gösteren kısa bir makale yazdık.
Moskova’dan döndüğüm gün, Franklin Institute’tan alacağım madalya için Philadelphia’ya doğru yola çıktım. Sekreterim Judy Fella, gözden kaçmayan çekiciliğini kullanarak, Britsh Airways’i, reklam için, kendine ve bana Concorde uçağında bedava bilet vermeye ikna etmişti. Ancak, şiddetli yağmur nedeniyle havaalanına zamanında varamadım ve uçağı kaçırdım. Buna karşın, sonunda Philadelphia’ya varabildim ve madalyamı aldım. Orada şişen evren üzerine bir seminer vermem istendi. Seminer boyunca, Moskova’da olduğu gibi, şişen modelin sorunları üzerinde konuştum, fakat sonunda Linde’nin yavaş bakışım bozulmasına ve buna ilişkin düzeltmeme değindim. Dinleyiciler arasında University of Pennsylvania’dan genç bir yardımcı profesör, Paul Steinhardt (Staynhart) vardı. Seminerin ardından, şişme üzerine konuştuk. Ertesi Şubat ayında, bana, Andreas Albercht (Albreht) adlı bir öğrencisi ile birlikte yazdıkları, için de Linde’nin yavaş bakışım bozulması düşüncesine çok benzer bir şey önerdikleri bir makaleyi gönderdi. Daha sonra bana, Linde’nin düşüncesini ona anlattığımı anımsamadığını ve Linde’nin makalesini ise, ancak tam kendisininkini bitirirken gördüğünü söyledi.* Batıda, bakışımın yavaş bozulması düşüncesine dayalı “yeni şişen model” için Linde’nin şeref payına bugün, Steinhardt ve Albercht de ortak sayılıyorlar. (Eski şişen model, Guth’un, kabarcıkların oluşumuyla bakışımın hızlı bozulduğu yolundaki özgün önerisiydi.)
*Ç.N. Şimdi Profesör olan Steinhardt, seminerin video kaydını Hawking’e göndererek seminerde Linde’nin çalışmasından söz edilmediğini kanıtladı. Bunun üzerine Hawking bu paragrafı ileriki basımlardan çıkaracağını duyurdu.
Yeni şişen model, evrenin niçin böyle olduğunu açıklamaya yönelik iyi bir girişimdi. Ancak, ben ve başka birçokları gösterdik ki, bu model en azından ilk biçimiyle mikrodalga zemin ışımasının sıcaklığına ilişkin, gözlemlenenden çok daha büyük değişmeler öngörmekteydi. Daha sonraki çalışmalar da, ilk anlarda evrende istenen türde bir faz geçişi olabileceği konusunda kuşku uyandırdı. Kişisel görüşüme göre, çürütülüşünden haberdar olmayıp hala geçerliymiş gibi hakkında makaleler yazan birçok kişi bulunmasına karşın, yeni şişen model, bilimsel bir kuram olarak artık ölüdür. Karmakarışık şişen model denilen daha iyi bir model Linde tarafından 1983’te ileri sürüldü. Bu kez faz geçişi ya da süpersoğutma yoktu. Bunların yerine, tanecik değişimlerinden dolayı ilk evrenin bazı bölgelerinde değeri büyük olan 0-dönme’li bir alan vardı. Bu bölgelerdeki alanın enerjisi bölgelerin şişen bir tarzda genişlemesine yol açacaktı. Bölgesel etkide bulunacak ve bundan dolayı bu bölgelerin şişen bir tarzda genişlemesine yol açacaktı. Bölgeler genişledikçe, içlerindeki alanın enerjisi yavaş yavaş azalarak şişen genişleme, büyük patlama modelindeki gibi bir genişlemeye dönüşecekti. Bu bölgelerden biri, bugün gözlemlediğimiz evreni oluşturacaktı. Bu modelde daha önceki şişen modellerin iyi yanları vardır ve ayrıca kuşkulu bir faz geçişine de bel bağlamaz; üstelik, mikrodalga zemin ışımasının sıcaklığındaki değişmeler için, gözlemlerle uyuşan akla uygun değerler verebilmektedir.
Şişen modeller üzerindeki bu çalışmalar, evrenin şimdiki durumuna oldukça çok sayıda değişik ilk durumlardan varılabileceğini gösterdi. Bu önemlidir, çünkü evrenin yaşadığımız parçasının ilk durumunun büyük bir dikkatle seçilmiş olmasının gerekmediğini ortaya koyar. O halde dilersek, zayıf insancı ilkeyi kullanarak, evrenin bugün niçin gördüğümüz gibi olduğunu açıklayabiliriz. Ancak, her ilk durumun, gözlemlediğimiz gibi bir evrene yol açacağı doğru olamaz. Şu anda, evrenin çok değişik bir durumda, örneğin; toprak ve düzensiz bir durumda olduğunu varsayarak bunu gösterebiliriz. Bilim yasaları kullanılarak evrenin evrimi geriye doğru çevrilip, daha önceki zamanlardaki durumu saptanabilir. Klasik genel göreliğin tekillik teoremlerine göre bir büyük patlama tek illiği hala bulunmalıdır. Şimdi, yine bilim yasalarını uygulayarak böyle bir evrenin evrimini ileriye doğru çevirirseniz, başladığınız topak topak ve düzensiz evrende bulursunuz kendinizi. O halde, bugün gördüğümüz gibi bir evrene yol açmayacak ilk durumlar olmalıdır. Böylece şişen model bile bize, ilk durumun, niçin gözlemlediğimizden çok değişik bir şey oluşturacak biçimde olmadığını gösteremez. Açıklama için illa da insancı ilkeye mi başvurmalıyız? Her şey bir şans eseri miydi? Bu, umutsuzluğun sesi, evrenin temelinde yatan düzeni anlamak için tüm umutlarımızın suya düşmesi gibi geliyor.
Evrenin nasıl başlamış olması gerektiğini kestirebilmek için, zamanın başlangıcında geçerli yasalara gerek var. Eğer klasik genel görelik kuramı doğru idiyse, Roger Penrose ile kanıtladığımız tekillik teoremleri, zamanın başlangıcında sonsuz yoğunlukta bir nokta bulunacağını ve uzay-zamanın eğriliğinin sonsuz olacağını göstermektedir. Bilincin tüm yasaları, böyle bir noktada işlemez duruma geleceklerdir. Tekilliklerde geçerli olacak yeni yasalar bulunabileceği varsayılabilir, ama böylesine kötü davranışlı noktalarda yasalar belirlemenin zorluğu bir yana gözlemlerden, bu yasaların ne olabileceğine ilişkin bir ipucu elde edemeyecektik. Bununla birlikte, tekillik teoremlerinin aslında işaret etikleri şey, kütlesel çekim alanının, kütlesel tanecik etkileri önem kazanacak denli şiddetli olacağıdır. Klasik kuram artık, evrenin iyi bir betimlemesi değildir. O halde evrenin ilk aşamalarını tartışırken, kütlesel çekimin tanecik kuramı kullanılmalıdır. Göreceğimiz gibi: tanecik kuramında, bilimin olağan yasalarının, zamanın başlangıcı da içinde olmak üzere, her yerde ve her zaman geçerli olması olanaklıdır. Tekillikler için yeni yasalar önermeye gerek yoktur, çünkü tanecik kuramında tekillik gerekmez.
Henüz tanecik mekaniğini ve kütlesel çekimi birleştiren tam ve tutarlı bir kuramımız yok. Ama böyle bir birleşik kuramda bazı özellikler bulunması gerektiğinden kesinlikle eminiz. Bunların ilki, tanecik kuramını, geçmişlerin toplamı cinsinden belirleyen Feynman’ın önerisini içermesidir. Bu yaklaşımda, bir parçacığın klasik kuramdaki gibi yalnızca tek bir parçacığın klasik kuramdaki gibi yalnızca tek bir geçmişi yoktur. Bunun üzerine, uzay-zamanda her olanaklı yolu izlediği varsayılır ve bu geçmişlerin her birine ilişkin iki sayı bulunur: biri dalganın büyüklüğünü, diğeri ise çevrimdeki konumunu (fazını) belirtir. Parçacığın, örneğin belli bir noktadan geçmesi olasılığı, o noktadan geçmesi olanaklı her geçmişe ilişkin dalgaları toplayarak hesaplanır. Ancak, bu toplama işlemini gerçekleştirmede, çok zor teknik sorunlarla karşılaşılır. Bunlardan kaçınmanın tek yolu garip reçetedir: Sizin, benim algıladığımız “gerçek” zamandaki değil, fakat sanal denilen zamandaki parçacık geçmişlerine ilişkin dalgalar toplanmalıdır. Sanal zaman, bir bilimkurgu terimi gibi geliyorsa da, aslında çok iyi tanımlanmış bir matematik kavramdır. Eğer sıradan (ya da “gerçek”) bir sayıyı, kendisi ile çarparsak, sonuç pozitif bir sayıdır. (Örneğin; 2 kere 2, 4 eder; -2 kere -2 de 4 eder). Ancak, (sanal denen) özel sayılar vardır ki, kendileri ile çarpılınca, negatif sayı verirler. (Kendisi ile çarpımı -1 veren sayıya i sayısı denir. 2i kendisi ile çarpılınca -4 verir.) Geçmişlerin Feynman toplamındaki teknik zorluklardan kaçınmak için, sanal zaman kullanılmalıdır. Yani, hesapları yaparken zaman, gerçek sayılar yerine sanal sayılarla ölçülmelidir. Bunun uzay-zaman üzerinde ilginç bir etkisi olur: uzay ve zaman arasındaki ayrım tümüyle ortadan kalkar. Olayların, zaman koordinatında sanal değerler taşıdığı uzay-zamana, iki boyutlu yüzeyler geometrisinin temelini atan eski Yunanlı Euclid (Öklid) anısına, Öklidil denir. Yalnız, şimdi Buclidgil dediğimiz uzay-zamanın iki yerine dört boyutu vardır. Buclidgil uzay-zamanda, yön ile uzaydaki yön arasında hiçbir ayrım yoktur. Öte yandan, olayların zaman koordinatında sıradan, gerçek değerlerle belirlendiği gerçek uzay-zamanda, aradaki ayrımı anlamak kolaydır -her noktadaki zaman doğrultuları, ışık konisinin içinde kalır, uzay doğrultuları ise dışında. Her neyse, gündelik tanecik mekaniği bağlamında, sanal zaman ve Euclidgil uzay-zaman, gerçek uzay-zamana ilişkin hesapları yapabilmek için kullandığımız yalnızca matematik bir araç (ya da hile) olarak düşünülebilir.
Yüce bir kuramın parçası olması gerektiğine inandığımız bir ikinci özellik ise, Einstein’in kütlesel çekim alanının, eğri uzay-zaman ile gösterilebileceği düşüncesidir: parçacıklar eğri bir uzayda, düze en yakın yolu izlemeye çalışırlar. Fakat uzay-zaman düz olmadığından, parçacıkların yolları, sanki bir çekim alanı etkisindeymişçesine bükülür. Feynman’ın geçmişlerin toplamı düşüncesini, Einstein’ın kütlesel çekim görüşüne uyguladığımızda, parçacığın geçmişinin benzeşi, tüm evrenin geçmişini temsil eden eğri uzayzamanın tamamıdır. Geçmişlerin toplamını gerçekleştirirken karşımıza çıkan teknik zorluklardan kaçınmak için, bu eğri uzay-zamanlar, Euclidgil olarak ele alınmalıdır. Yani, zaman sanaldır ve uzaydaki doğrultulardan ayırt edilemez. Her noktada ve her yönde aynı görünmek gibi bir özellik taşıyan gerçek bir uzay-zamanı bulma olasılığını hesaplamak için, o özelliği taşıyan geçmişlerin tümüne ilişkin dalgalar toplanır.
Klasik genel görelik kuramında, her biri evrenin bir başka durumuna karşılık gelen, değişik, çok sayıda, olanaklı eğri uzay-zaman vardır. Evrenimizin ilk durumunu bilirsek, tüm geçmişini de bilmiş oluruz. Benzer biçimde, kütlesel çekimin tanecik kuramında, evren için değişik, çok sayıda, olanaklı tanecik durumları vardır. Yine, geçmişlerin toplamındaki Euclidgil eğri uzay-zamanların, evrenin ilk evrelerinde nasıl davrandığını bilirsek, evrenin tanecik durumunu da bilmiş oluruz.
Gerçek uzay-zamana dayalı klasik kütlesel çekim kuramında, evren yalnızca iki olanaklı biçimde davranabilir; ya ezelden beri vardır, ya da geçmişte, sonlu bir zaman önce bir tekillikte başlar. Öte yandan, çekimin tanecik kuramında bir üçüncü olasılık doğar. Zaman doğrultusunun, uzaydaki doğrultularla aynı temelde olduğu Euclidgil uzay-zamanlar kullanıldığından, uzay-zamanın, bir sınır ya da kenar oluşturan tekillikler içermeden, sonluluğu olanaklıdır. Uzay-zaman yerkürenin yüzeyi gibidir ama fazladan iki boyutu daha vardır. Yerkürenin yüzeyi sonlu büyüklüktedir ama bir sınırı ya da kenarı yoktur: günbatımına doğru yelken açsanız, yeryüzünün kenarından düşmezsiniz ya da bir tekillikle karşılaşmazsınız. (Böyle olduğunu biliyorum çünkü dünyayı dolaştım!)
Euclidgil uzay-zaman, sonsuz sanal zamana doğru uzanıyorsa, ya da sanal zamanda bir tekillikte başlıyorsa, klasik kuramdaki evrenin ilk durumunun saptanması sorunun aynasıyla karşılaşırız: evrenin nasıl başladığını Tanrı bilebilir ama biz şöyle ya da böyle başlamasına ilişkin belli bir neden bulamayız. Öte yandan, çekimin tanecik kuramı yeni bir ufuk açmıştır; uzay-zamanın sınırı olmayabilir ve böylelikle sınırdaki davranışı bilmeye de gerek yoktur. Bilim yasalarının işlemediği tekillikler ve uzay-zamanın, sınır koşullarını saptamak için Tanrı’ya ya da bazı yeni yasalara başvurmanın gerekeceği bir kenarı olmayacaktır. Denilebilir ki: “Evrenin sınır koşulu, sınırı olmamasıdır.” Evren, tamamıyla kendine yetecek ve kendi dışındaki hiçbir şeyden etkilenmeyecektir. Ne yaratılacak ne de yokedilecektir. Yalnızca OLACAKTIR.
Zaman ve uzayın birlikte, sonlu büyüklükte fakat bir sınırı ya da kenarı olmayan bir yüzey oluşturabilecekleri önerisini ilk kez, daha önce sözünü ettiğim Vatikan’daki konferansta ileri sürdüm. Ancak makalemde oldukça matematik bir yaklaşım vardı, bundan dolayı evrenin yaratılışında. Tanrı’nın rolüne ilişkin önermelerimin o zaman pek farkına varan olmadı (neyseki). Konferansın olduğu sıralarda, “sınırın yokluğu” düşüncesini, evrene ilişkin öngörülerde bulunmak için nasıl kullanacağımı bilmiyordum. Ertesi yazı Santa Barbara’ra University of Califomia’da geçirdim. Orada arkadaşım ve meslektaşım Jim Hartle (Hartıl), uzay-zamanın sınırı yoksa evrenin hangi koşulları sağlaması gerektiği üzerinde çalışmama yardım etti. Cambridge’e döndüğümde, bu çalışmayı araştırma öğrencilerimden Julian Luttrel (Latrıl) ve Jonathan Halliwell (Halivel) ile sürdürdüm.
Zaman ve uzayın sınırsız ve sonlu olduğu düşüncesinin yalnızca bir öneri olduğunu vurgulamak isterim: bu, bir başka ilkeden çıkarsanamaz. Herhangi bir başka bilimsel gibi, ilk önce estetik ya da fizikötesi nedenlerle ileri sürülebilir; ama gerçek sınav, gözlemlerle doğrulanan kestirimlerde bulunup bulunamayacağıdır. Ancak, tanecik çekimi durumunda, bunu belirlemek iki nedenden dolayı zor. Birincisi, gelecek bölümde anlatılacağı gibi, hangi kuramın genel göreliği ve tanecik mekaniğini başarıyla birleştireceğinden emin değiliz; böyle bir kuramın biçimine ilişkin pek çok şey biliyor olsak da. İkincisi, tüm evreni ayrıntılarıyla betimleyecek herhangi bir model, hesapla kesin öngörülerde bulunabilmek için matematik açıdan çok karmaşık olacaktır. O halde basitleştirici varsayımlar ve yaklaşıklıklarda bulunulması gerekecektir -o zaman bile, kestirimleri bulup çıkartmak sorunu kolay kolay çözümlemeyecektir.
Geçmişlerin toplamındaki her geçmiş, yalnızca uzay-zamanı değil, aynı zamanda içindeki her şeyi, insanlar gibi evrenin tarihini gözlemleyebilen karmaşık organizmaları da, betimleyecektir. Bu, insancı ilkeyi haklı çıkarmak için bir neden daha olarak görülebilir; çünkü eğer tüm geçmişler olanaklı ise, biz geçmişlerden birinin içinde bulunduğumuz sürece, insancı ilkeyi kullanarak evrenin niçin olduğu gibi bulunduğunu açıklayabiliriz. İçinde bulunmadığımız diğer geçmişlere ise tam olarak ne anlam verilebiceği açık değildir. Ancak, çekimin tanecik kuramının bu yorumu, geçmişlerin toplamı kullanılarak evrenimizin, yalnızca olanaklı geçmişlerden biri değil de en olasılarından biri olduğunu gösterebilse, çok daha doyurucu olurdu. Bunun için, sınırı olmayan her olanaklı Euclidgil uzay-zaman için geçmişlerin toplamı işlemini gerçekleştirmemiz gerekir.
Sınırsızlık önerisinden gidilerek, evrenin, olanaklı geçmişlerin çoğunu izliyor durumda bulunması olasılığının önemsenmeyecek denli az olduğu ama olasılığı diğerlerinden çok daha fazla belli bir geçmiş ailesi olduğu öğreniliyor. Bu geçmişler, Kuzey Kutbundan uzaklık sanal zamanı ve Kuzey Kutbundan eşit uzaklıktaki noktaların çizdiği daire evrenin uzaydaki büyüklüğünü gösterecek biçimde, yerkürenin yüzeyine benzetilerek gözönüne getirilebilir. Şekil 8.1’deki gibi evren Kuzey Kutbunda bir nokta olarak başlar.
Buradan güneye doğru inildikçe, enlem daireleri, sanal zamanda büyüyen evrene karşılık olmak üzere büyürler. Evren ekvatorda en üst büyüklüğe ulaşacak ve sanal zamanın daha da ilerlemesiyle küçülerek Güney Kutbunda tek bir nokta durumuna gelecektir. Evren Kuzey ve Güney Kutuplarında sıfır büyüklükte olmasına karşın, yeryüzündeki Kuzey ve Güney Kutuplarının tekil olmadıkları gibi, bu noktalarda tekillik olmayacaktır. Bilim yasaları yeryüzündeki Kuzey ve Güney Kutuplarında geçerli olduğu gibi geçerli olacaktır. Ancak evrenin gerçek zamandaki tarihi çok değişik görünecektir. Yaklaşık on, yirmi milyar yıl önce evren en küçük durumdadır ve bu, sanal geçmişin en üst çapına eşittir. Daha sonraki gerçek zamanlarda evren Linde’nin karmakarışık şişen modelinde olduğu gibi genişleyecektir (bu kez evrenin her nasılsa doğru bir durumu da yaratılmış olduğunu varsaymak gerekmez). Evren en büyük durumuna ulaştıktan sonra çökerek gerçek zamanda tekillik gibi görünen durumuna dönecektir. Böylece, kara deliklerden uzakta dursak bile, bir anlamda hepimizin hali duman. Evrene ancak sanal zaman ile bakarsak tekillikler olmadığını görebiliriz.
Evren gerçekten böyle bir tanecik durumunda ise, sanal zamana göre evrenin geçmişinde tekillikler bulunmayacaktır. Şu halde son çalışmalarım, daha önce tekillikler üzerindeki çalışmalarımı tümüyle boşa çıkarmış gibi görünebilir. Ama yukarıda da işaret edildiği gibi tekillik teoremlerinin asıl önemi, kütlesel çekim alanının, tanecik etkileri gözardı edilemeyecek denli şiddetli olduğunu göstermesindedir. Bundan yola çıkılarak evrenin sanal zamanda sınırları ve tekil noktaları olmadan sonlu olabileceği düşüncesine varıldı. Ama içinde yaşadığımız gerçek zamana dönüldüğünde, tekillikler, yine kendini gösterecektir. Kara deliğe düşen zavallı astronot ıstırap içinde ölmekten kurtulamayacaktır, ancak sanal zamanda yaşasaydı tekillikle karşılaşmayacaktı.
Buradan, sanal dediğimiz zamanın aslında gerçek zaman olduğu ve gerçek zaman dediğimizin ise düşümüzün bir ürünü olduğu önerilebilir. Gerçek zamanda evren, uzay-zamanın sınırını oluşturan ve bilim yasalarının işlemediği tekilliklerde başlamakta ve son bulmaktadır. Fakat sanal zamanda tekillikler ve sınırlar bulunmamaktadır. Belki de o halde, sanal dediğimiz zaman aslında daha temeldir ve gerçek dediğimiz zaman ise evreni, olduğunu düşündüğümüz biçimiyle tanımlamamızı kolaylaştırmak için uydurduğumuz bir kavramdır. Ama birinci bölümde anlattığım yaklaşıma göre, bilimsel bir kuram, yalnızca gözlemlerimizi betimleyebilmek için kurduğumuz matematik bir modeldir; salt kafamızda vardır. Bundan dolayı, “gerçek” zamanın mı yoksa “sanal” zamanın mı gerçek olduğu sorusunu sormanın anlamı yoktur. Önemli olan, hangisinin betimlemede yararlı olduğudur.
Geçmişlerin toplamı, sınırın olmaması ile birlikte kullanılarak evrenin hangi özelliklerinin birlikte bulunmasının daha olası olduğu da bulunabilir. Örneğin, evrenin değişik yönlerde yaklaşık aynı hızda genişlemesi ile, evrenin yoğunluğunun şimdiki değerde olmasının, birlikte olasılığı hesaplanabilir. Şimdiye dek incelediğimiz basitleştirilmiş modeller için bu olasılık hesaplandığında çok yüksek çıkmaktadır; yani önerilen sınırsızlık koşulu, evrenin şimdiki genişleme hızının her yönde yaklaşık aynı olmasının son derece olası olduğunu öngörmektedir. Bu da, mikrodalga zemin ışımasını her yönde hemen hemen aynı şiddette ölçen gözlemlerle tutarlıdır. Evren bazı yönlerde diğerlerinden daha hızlı genişliyor olsaydı, bu yönlerde ışımanın şiddeti, fazladan kırmızıya kayma nedeniyle azalmış olurdu.
Sınırsızlık koşuluna dayalı başka öngörüler üzerinde çalışmalar sürmektedir. Özellikle ilginç bir problem, ilk evrelerdeki evrende yoğunluğun düzgün dağılımından, önce galaksilerin, sonra yıldızların, sonunda da bizim oluşumumuza neden olan küçük sapmaların niceliğinin hesaplanmasıdır. Belirsizlik ilkesi ilk evrelerdeki evrenin tümüyle düzgün olamayacağını, çünkü parçacıkların konumları ve hızlarında bazı belirsizlikler ya da düzensiz değişimler olması gerektiğini önerir. Sınırsızlık koşulunu kullanarak evrenin gerçekten de belirsizlik ilkesinin izin verdiği en az düzensizlik ile başladığını buluyoruz. Daha sonra evren şişen modellerdeki gibi bir hızlı genişleme aşamasından geçmiş olmalı. Bu dönemde, başlangıçtaki düzensizlikler bugün çevremizde gözlemlediğimiz yapıların kökenini açıklayabilecek biçimde kuvvetlenmiş olacaktır. Maddenin yoğunluğunun bir yerden ötekine biraz değişik olduğu genişleyen bu evrende kütlesel çekim daha yoğun bölgelerin genişlemesini yavaşlatıp büzülmelerini başlatılacaktır. Bu, galaksilerin, yıldızların ve sonunda bizim gibi önemsiz yaratıkların bile oluşumuna yol açacaktır. Böylelikle evrende gördüğümüz tüm karmaşık yapılar, tanecik mekaniğinin belirsizlik ilkesi ile birlikte evrenin sınırsızlık koşulu tarafından açıklanabilir.
Uzay ve zamanın sınırsız, kapalı bir yüzey oluşturabileceği düşüncesinin, evrenin işleyişinde Tanrı’nın rolüne ilişkin etkisi bulunmaktadır. Bilimsel kuramların olayları açıklamaktaki başarısı sonucu, çoğu kişi Tanrı’nın evreni bir takım yasaları çiğnemediğine inanır olmuşlardır. Ama bu yasalar, evrenin başlangıcında nasıl olduğunu belirtmemektedirler -mekanizmayı kurmak ve nasıl başlayacağını seçmek, Tanrı’ya kalmıştır. Evrenin bir başlangıcı oldukça, bir yaratıcısı olduğunu varsayabiliriz. Ama evren gerçekten tümüyle kendine yeterli, sınırsız ve kenarsız ise, ne başı ne de sonu olacaktır: yalnızca olacaktır! O halde bir Yaradana ne gerek var?
Evren’in Doğuşu ve Yazgısı – Zamanın Kısa Tarihi | Stephen W. Hawking
