Evrenin 3+1 Boyutlu Olması Termodinamik Bir Gereklilik mi?

Uzayın neden üç boyutlu olup da, herhangi başka sayıda boyutlu olmadığı sorusunun, antik Yunanlılardan bu yana felsefecilerin ve bilimcilerin zihnini meşgul ettiğini biliyoruz. Uzay-zaman toplamda 4 b..
Görsel Telif: sakkmesterke / Shutterstock

Uzayın neden üç boyutlu olup da, herhangi başka sayıda boyutlu olmadığı sorusunun, antik Yunanlılardan bu yana felsefecilerin ve bilimcilerin zihnini meşgul ettiğini biliyoruz. Uzay-zaman toplamda 4 boyutlu: 3 uzay ve 1 zaman boyutu var. Zaman boyutunun, termodinamiğin 2.yasası ile ilgili olduğu konusu açıklık kazanmış durumda. Zamanın tek bir yönü (ileri) var; çünkü evren gibi kapalı bir sistemde entropi asla azalmaz. Diğer 3 uzay boyutu konusunda ise geçtiğimiz günlerde EPL dergisinde yayımlanan yeni bir makalede, araştırmacılar yine termodinamiğin 2.yasasının uzay boyutlarının sayısından sorumlu olabileceğini öne sürdü.

Hem İspanya Salamanca Üniversitesi’nde, hem de Meksika Ulusal Politeknik Enstitüsü’nde çalışmalarını sürdüren ve makale yazarlarından biri olan Julian Gonzalez-Ayala şöyle anlatıyor: “Bilim ve felsefe alanında çalışan çok sayıda araştırmacı, uzay-zamanın 3+1 boyutlu doğasını açıklamak için yaşamı, durağanlığı ve karmaşıklığı sağlayabilecek en uygun boyut seçiminin bu olduğunu düşünüyordu. Bizim çalışmamızın en önemli yanı, evrenin boyutsallığının fiziksel bir modelini temel alarak ve hem uygun hem de mantıklı bir uzay-zaman kurgusu yaparak bir çıkarım sunması. Bir fiziksel niceliğin en uygun değerinde olması için uzay boyutu sayısının 3 olması gerektiği ilk kez gösterilmiş oldu.”

Bilimciler uzayın 3 boyutlu olma nedeninin, Helmholtz serbest enerji yoğunluğu adı verilen termodinamik bir nicelikten kaynaklandığını belirtiyor. Işınım (radyasyon) ile dolu bir evrende bu yoğunluk, uzayın sıcaklığına ve sahip olduğu uzay boyutu sayısına bağlı olan ve uzayın tümüne yayılmış bulunan bir basınç olarak düşünülebilir. Yapılan çalışmada, büyük patlamanın hemen ardından evren soğumaya başlarken, Helmholtz yoğunluğunun çok yüksek bir sıcaklıkta (evren saniyenin küçük bir kesri yaşındayken) ve uzay boyutlarının sayısı yaklaşık 3 iken ilk maksimum değerine ulaştığı gösterildi.

Burada kilit fikir şu: Helmholtz yoğunluğu ilk maksimumuna ulaştığında 3 boyutlu uzay bir nevi dondu ve başka boyutlara yayılamadı. Bunun nedeni, ikinci yasanın daha yüksek boyutlara geçişe ancak sıcaklık bu kritik değerin üstünde ise izin vermesi; altındayken izin vermemesiydi. Evren giderek soğumakta olduğu için, sıcaklık daha yüksek boyutlu uzaylara geçmek için gerekenin hep altında kaldı.

Bu şekilde düşünüldüğünde uzaysal boyutların bir açıdan maddenin hallerine benzetilebileceğini belirten ekip, farklı bir boyuta geçmenin tıpkı buzun erimesi gibi sadece yeterince yüksek sıcaklıklarda olabilen bir olay olduğunu ifade ediyor. Erken evrenin (büyük patlamadan hemen sonraki evrenin) soğuma sürecinde ve ilk kritik sıcaklıktan sonra, kapalı sistemlerde entropinin artışı ilkesi tarafından boyut sayısındaki kimi değişikliklerin yasaklanmış olabileceğini ekliyorlar.

Tabi bu düşünce, daha yüksek boyutların en azından büyük patlamadan sonraki çok küçük bir zaman diliminde varolmuş olabileceğine olasılık tanımayı sürdürüyor. Çünkü o sırada evrenin sıcaklığı, kritik sıcaklığın çok üzerindeydi. Ek boyutlar, aralarında ünlü Sicim Kuramı‘nın da bulunduğu pek çok evrenbilimsel (kozmolojik) modelde bulunuyor. Yapılan çalışma, bu modellerden bazılarında niçin ek boyutlar çökerken (ya da büyüyemeyip, o zamanki aşırı küçük ölçeklerinde kalırken), 3 uzay boyutunun genişlemeyi sürdürdüğünü açıklamaya yardımcı olabilir.

Araştırmacılar önümüzdeki günlerde, modellerini başka kuantum etkileri de kapsayacak biçimde geliştirmeyi umuyor. Böylece Planck evresi (Planck çağı/devri/zamanı) adı verilen büyük patlamayı izleyen anları daha doğru betimleyebilirler.

Solda: Helmholtz serbest enerji yoğunluğu (f), T = 0.93 sıcaklığında en yüksek değerine ulaşıyor, ki bu sırada uzay n = 3 boyuta sahip. (s ve u burada sırasıyla entropi yoğunluğunu ve iç enerji yoğunluğunu gösteriyor.) Sağda: Başka boyutlara geçiş, 3 boyuta karşılık gelen 0.93 sıcaklığının altında gerçekleşemez. Telif: Gonzalez-Ayala et al. ©2016 EPL

Önerilen

Kaynak ve İleri Okuma

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 isterseniz,
Patreon üzerinden
bütçenizi zorlamayacak şekilde aylık veya tek seferlik bağışta bulunabilirsiniz.
E-Bülten Üyeliği
Duyurulardan e-posta ile
haberdar olmak istiyorum.
Reklam Reklam Ver
Arşiv