Arka Alan Işınımı ile Etkileşim Sonucu Klasikleşen Evren

Bilimdeki en büyük bilmecelerden biri evrensel sabit çıkmazıdır. Birincil ilkelerden yola çıkarak evrenin enerji yoğunluğunu hesaplamaya kalkışan fizikçiler bu sorunla yüz yüze kalır. Söz konusu ilkel..
Görsel Telif:

Bilimdeki en büyük bilmecelerden biri evrensel sabit çıkmazıdır. Birincil ilkelerden yola çıkarak evrenin enerji yoğunluğunu hesaplamaya kalkışan fizikçiler bu sorunla yüz yüze kalır. Söz konusu ilkelere göre kuantum mekaniği kullanarak elde ettikleri sonuç 1094 g/cm3 olmaktadır. Ancak gözlemlenen enerji yoğunluğunun, evrendeki kütle yoğunluğunun ve evrenin genişlemesinin göz önüne alınmasından hareketle yapılan hesaplamasından çıkan sonuç 10-27g/cm3 oluyor. Bir başka deyişle, evrene ilişkin en iyi kuramımızın verdiği sonucun büyüklük mertebesi gerçeği yansıtmaktan çok uzak.

Evrenbilimcilerin yüzünün kızarmasına neden olan bu durum, Stephen Hawking tarafından “fizik kuramları tarihindeki en görkemli başarısızlık” olarak nitelendirilmişti. Kuram ile gözlem arasındaki bu devasa uyumsuzluğu bu kadar anlaşılmaz kılan bir başka unsur da, kuantum mekaniğinin pek çok başka durumda gayet net öngörüler yapabilirken, burada işe yaramıyor olması.

Eşdurumluluğun bozulması sonucu klasikleşme

Şimdi ise bağımsız araştırmacı Chris Fields konuya yeni bir açıklama getiriyor. Fields’a göre uyumsuzluk, gezegenler ve yıldızlar gibi büyük boyutlu nesnelerin kuantum mekaniksel değil, klasik fiziksel özellikler sergilemelerinden kaynaklanıyor. Araştırmacı bu kuramını destekleyen hesaplamalar da yapmış.

Kuantum nesnelerin en önemli özelliklerinden biri, gözlemlenene kadar olası tüm durumların bir süperpozisyonu (üst üste binmesi/ birarada oluşu) biçiminde bulunmalarıdır. Gözlemlendikleri anda olasılıklar “çöker” ve tek bir çıktı görülür. Bu süreç “kuantum eşdurumlu olmama (decoherence)” hâli olarak bilinir. Örneğin bir foton, aynı anda birkaç farklı yerde bulunmasına izin veren durumların süperpozisyonunda bulunur. Gözlemlendiği anda fotonun süperpozisyonunun eşdurumluluğu bozulur ve foton sadece tek bir yerde görülür.

Fields, bu eşdurumluluğun bozulması sürecinin belirli bir konumu olan her şeye uygulanması gerektiğini belirtiyor; buna yıldızlar kadar büyük nesneler de dahil. Yıldızların konumu, tüm evreni dolduran ve büyük patlamanın yankısı olarak nitelendirilen “evrensel arka alan ışınımı“na (cosmic microwave background radiation) göre belirlenir.

Arka alan ışınımı ile etkileşim

Fields, tüm gök cisimlerinin bu arka alan ışınımı ile etkileşerek eşdurumluluklarının bozulduğunu ve astronomlara belli bir yerde göründüklerini öne sürüyor. Belli bir konuma sahip olmanın da önemli bir sonucu var: 3-boyutlu uzayda bu konumla ilişkili bir enformasyon olması gerekiyor. Eğer bir konum bilinmiyorsa, bilgi miktarı küçük olur. Ama net olarak biliniyorsa, enformasyon içeriği çok daha büyük olur.

Evrende yaklaşık 1025 yıldız olduğu düşünülürse, bu çok büyük miktarda bilgi demek olur. Fields, her bir yıldızın konumunun 10 km3 hacimde kodlanması için 10^93 bit gerektiğini hesaplamış. Evrenin enerji yoğunluğunu hesaplamak için yeni bir yol böylece doğrudan kendini gösteriyor. 1960’lı yıllarda fizikçi Rolf Landauer, her enformasyon bitine karşılık gelen bir enerji olduğu öne sürmüştü. Fields, evrendeki tüm yıldızların konumlarına karşılık gelen enerjiyi hesaplamak için Landauer’in ilkesini kullanmış ve bulduğu sayı 10-30 mertebesinde olmuş. Bu da gözlemlenen enerji yoğunluğuna oldukça yakın bir büyüklük.

Enerji korunumuna aykırı süreçler

Yalnız önemli bir nokta var: Bu hesaplama, her bir yıldızın konumunun 10 km3 içinde kodlanmasını gerektiriyor. Fields yıldızların konumlarının Planck uzunluğu ile ilişkili olarak daha yüksek bir çözünürlükle kodlanması için gereken veri miktarını da araştırmış. “1025 yıldız konumunu Planck uzunluklarına kadar kodlamak, şu anki sonuçtan 10117 kat daha fazla enerji gerektiriyor,” diyor. Bu fark, kuantum mekaniği hesaplaması ile gözlemlenen enerji yoğunlukları arasındaki uyumsuzluğa dikkat çekici ölçüde benziyor.

Çalışma, fizik yasalarının temelinde enformasyon kaynaklı bir takım olgular yattığını akla getiriyor. Diğer yandan enerjinin ilk olarak nereden geldiği bir soru işareti; çünkü eşdurumluluk bozulması süreci enerjiyi yoktan var etmişe benziyor. Evrenbilimciler genellikle enerji korunumuna aykırı süreçlere göz yumar. Sonuçta büyük patlamanın kendisi bunun en büyük örneğidir. Dahası Fields’ın yaklaşımında, bütünüyle kuantumsal bir evrende, hiçbir şeyin yerelleşmiş bir konumu olmayacağından, enerji yoğunluğunun sıfır olması bekleniyor. Yanıtlanmayı bekleyen bir diğer soru ise kuantumsal bir süreç olan büyük patlamadan doğan evrenin nasıl klasik duruma geldiğiydi. Fields’ın bunu nesnelerin arka alan ışınımı ile etkileşmeleri nedeniyle eşdurumluluklarını yitirerek, klasik fiziksel bir duruma geldikleri biçiminde açıklaması büyük önem taşıyor.

 


Kaynak: Medium.com “How The Nature of Information Could Resolve One of The Great Paradoxes Of Cosmology” <https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/how-the-nature-of-information-could-resolve-one-of-the-great-paradoxes-of-cosmology-8c16fc714756>


Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu “Kullanım İzinleri”ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.

Etiket
  • Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?
  • Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.
  • Destek Ol
Yorum Yap (0 )

Yorum yapabilmek için giriş yapmalısınız.

Bunlar da ilginizi çekebilir

Bağış Yap, Destek Ol!
Projelerimizde bize destek olmak istersen
Patreon üzerinden
aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsin.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv