Giriş: Pandora'nın Kutusu

1900'lü yıllarda İngiliz fizikçi Lord Kelvin'in şöyle dediği rivayet edilir: "Fizikte artık keşfedecek bir şey kalmadı. Yapılabilecek tek şey giderek daha netleşen ölçümler almak." Bundan 30 yıl kadar sonra ise fizik alanında kuantum mekaniği ve görelilik kuramı devrim yarattı.

Bugün hiçbir fizikçi evrene ilişkin fiziksel bilgimizin tamamlanmaya yaklaştığını iddia etmeye cesaret edemez. Tam tersine, herbir yeni keşif daha büyük bir Pandora kutusunun kilidini açmış oluyor ve daha derin fizik soruları ortaya çıkarıyor. Gelin şimdi hâlâ yanıt aranan sorulardan en ünlü bir kaç tanesini inceleyelim.

1. Karanlık Enerji Nedir?

Gökfizikçiler sayıları ne kadar eğip-bükse de, evren denklemi tutmuyor. Kütleçekimin uzay-zamanı içe doğru çekmesine rağmen, evren giderek daha hızlı bir şekilde genişliyor. Gökfizikçiler bu duruma neden olan görünmez bir etkenin var olduğunu, bu etkenin kütleçekime karşı koyduğunu ileri sürüyor. İşte buna da karanlık enerji adını veriyorlar.

En geniş çapta kabul gören modelde karanlık enerji bir "evrensel sabit" olarak rol alıyor. Yani uzayın içkin bir özelliği olup, negatif kütleçekim gibi davranıyor. Uzay genişledikçe, daha fazla yer açılıyor, dolayısıyla da daha çok karanlık enerji oluşuyor. Genişlemenin gözlemlenmiş hızına bakılırsa, bilimciler toplam karanlık enerji miktarının, evrenin %70 kadarı olduğunu belirtiyorlar. Fakat onun nasıl aranıp bulunacağını bilen kimse yok.

2. Karanlık Madde Nedir?

Evrendeki maddenin yaklaşık %84'ünün ışığı soğurmadığı ve yayımlamadığı biliniyor. Böyle maddelere karanlık madde adı veriliyor ve doğrudan görülemiyorlar. Aslına bakarsanız, henüz dolaylı yollardan da saptanabilmiş değiller. Karanlık maddenin varlığı ve özellikleri, görünür madde üzerine yaptığı kütleçekimsel etkiden, ışımadan ve evrenin yapısından çıkarılabiliyor. Bu tuhaf maddenin, gökadaların banliyölerinde hüküm sürdüğü ve "zayıf etkileşen büyük kütleli parçacıklar"dan (WIMP) oluşmuş olabileceği düşünülüyor. Dünyanın çeşitli noktalarında WIMP arayan dedektörler bulunsa da, henüz bir şey bulamadılar.

3.Neden Zamanın Yönü Var? 

Zaman ileri doğru akar çünkü evrenin entropi özelliği (düzensizlik derecesi) sürekli artar. Entropideki bir artışı, oluştuktan sonra geri döndürmek mümkün olmaz. Entropinin hep arttığı gerçeği mantıksal bir meseledir: Parçacıkların düzensiz dağılabilecekleri olasılıkların sayısı, düzenli dağılabileceklerinden çok daha fazladır. Dolayısıyla bir değişim gerçekleşirken, sonucun düzensiz seçeneklerden birine dönüşme olasılığı çok daha büyük olur. Ancak buradaki asıl önemli soru, geçmişte entropinin neden düşük olduğudur. Başka bir deyişle, evren neden başlangıçta düzenli bir yapıdaydı, neden devasa miktarda bir enerji ufacık bir yere sıkışmış durumdaydı?

4. Paralel Evrenler Var mı?

Astrofiziksel veriler uzay-zamanın eğimli değil de düz bir şekilde sonsuza uzanıyor olabileceğini öneriyor. Eğer öyleyse bizim görebildiğimiz ve evren olarak adlandırdığımız bölge, sonsuz genişlikte bir çoklu-evrenin (multiverse) küçük bir parçası demektir. Öte yandan kuantum mekaniği, her bir kozmik parçada  sonlu sayıda olası parçacık konfigürasyonu (10^10^122 farklı olasılık) olabileceğini söyler. Öyleyse sonsuz sayıda kozmik parça olduğunda, parçacık düzenlenişlerinin tekrar etmesi kaçınılmazdır. Yani parçacıkların aynen bizim evrenimizdeki gibi düzenlendiği farklı evrenler var demektir. Bundan başka bizim evrenimizden bir parçacıklık konfigürasyon farkı bulunan, iki parçacıklık konfigürasyon farkı bulunan ve ayrıca bütün parçacıkların farklı düzenlenmiş olduğu evrenler de var demektir. Bu mantıkta yanlış olan bir şey var mı, yoksa tuhaf sonucu gerçek mi? Ve eğer gerçekse, paralel evrenlerin varlığını nasıl saptayabiliriz?

5. Neden Antimaddeden Daha Çok Madde Var?

Evrendeki madde miktarının neden zıt yüklü ikizi antimaddeden bu kadar fazla olduğu sorusu, aslında neden var olan her şeyin var olduğu sorusuyla aynı kapıya çıkar. Evrenin maddeye de antimaddeye de simetrik davrandığını, Büyük Patlama sırasında tam olarak eşit miktarda madde ve antimaddenin ortaya çıktığını farz ediyoruz. Fakat eğer gerçekten böyle olduysa, yine birbirlerini ortada hiçbir şey kalmayacak biçimde yok etmeleri gerekirdi. Protonlar anti-protonlarla, elektronlar pozitronlarla (anti-elektron), nötronlar da anti-nötronlarla birleşip yok olmalı ve geride maddesiz bir foton denizi kalmalıydı. Bir nedenden ötürü yok olmadan kalan madde fazlalığı oluştu ve böylece biz var olduk. Bu durumun da kabul edilebilir herhangi bir açıklaması bulunamadı.

6. Evrenin Geleceğinde Ne var?

Evrenin geleceği bilinmeyen bir omega faktörüne bağlı. Evrendeki madde ve enerji yoğunluğunun bir ölçüsü olan Ω faktörü eğer 1'den büyükse, uzay-zaman tıpkı bir küre gibi kapalı demektir. Karanlık enerji yoksa, evrenin genişlemesi eninde-sonunda duracak ve bu kez büzüşme başlayacak demektir. Sonunda da evren kendi içinde çökecek, yani Büyük Çökme gerçekleşecektir. Eğer evren kapalı ama karanlık enerji de mevcut ise, küresel evren sonsuza dek genişleyebilir.

Ω faktörü 1'den küçükse, evrenin geometrisi açık bir yapıda demektir. Bu durumda nihai son, Büyük Donma'yı izleyen bir Bütük Yırtılma olacaktır. Evrenin dışa genişlemesi gökadaları ve yıldızları birbirlerinden uzaklaştıracak, ardından da genişleme hızı o denli artacaktır ki, atomları bir arada tutan kuvvetleri bile etkisiz kılacaktır.

Ama eğer Ω=1 ise, evren düzdür ve sonsuz bir düzlem olarak genişler. Eğer karanlık enerji yoksa, böyle bir düzlemsel evren sonsuza dek genişler, fakat giderek azalan bir genişleme hızı olur ve durmaya yaklaşır. Eğer karanlık enerji varsa, düz evren de sonunda Büyük Yırtılma deneyimi yaşayacaktır.

7. Ölçüm Yapmak Kuantum Dalga Fonksiyonunu Nasıl Çökertir?

Elektron, foton ve diğer temel parçacıkların hüküm sürdüğü garip dünyada geçerli yasa kuantum mekaniğidir. Parçacıklar küçük toplar gibi değil, geniş bir alana yayılmış dalgalar gibi davranırlar. Her parçacık bir dalga fonksiyonu ya da olasılık dağılımı ile betimlenir. Bu dağılım parçacığın konumu, hızı ve diğer özelliklerine ilişkin bilgi içerir; fakat tam bir netlikte ne olduklarını söyleyemez. Her bir özellik için bir değerler kümesi bulunur ve dalga fonksiyonu bu kümedeki değerlerin olasılıklarını söyler. Net bir yanıt isterseniz, deneysel ölçüm yapmanız gerekir. Ölçümle birlikte daga fonksiyonu çöker ve örneğin konuma ilişkin net ve tek bir yanıt alınır.

Peki nasıl ve neden parçacığı ölçmek daga fonksiyonunun çökmesini sağlayarak, deneyimlediğimiz bu sağlam gerçekliği yaratır? Ölçüm problemi olarak bilinen bu ezoterik mesele, şayet mevcutsa gerçekliğin ne olduğunun anahtarını saklıyor.

8. Sicim Kuramı Doğru mu? 

Tüm parçacıkların tek boyutlu düğümlerden yani sicimlerden oluştuğunu ve bunların farklı titreşimlerinin farklı parçacıklar olarak algılandığını düşünmek, fizikçilerin işini epey kolaylaştırıyor. Sicim Kuramı sayesinde fizikçiler parçacıkları yöneten kuantum mekaniği ile uzay-zamanı yöneten kütleçekimi birleştirebiliyorlar. Böylece evrendeki dört temel kuvveti tek bir çerçevede görebiliyorlar. Sorun şu ki, Sicim Kuramı'nın işe yaraması için evrenin 10 ya da 11 boyutlu olduğunu kabul etmek gerekiyor: 3 tane büyük uzay boyutu, 6 ya da 7 tane sıkışmış uzay boyutu ve 1 tane de zaman boyutu. Sıkışmış uzay boyutları tıpkı titreşen sicimler gibi aşırı küçük boyutlarda olmalılar ve onları algılamak için şu an elimizde hiç bir yöntem yok. O nedenle bu kuramı şu an için doğrulamak da mümkün değil, yanlışlamak da.

9. Kaosta Düzen Var mı?

Fizikçiler akışkanların davranışını tanımlayan denklemleri tam olarak çözemiyorlar. Aslında Navier-Stokes denklemleri denilen bu eşitliklerin genel bir çözümünün olup olmadığı bile bilinmiyor. akışkanın her noktasını tanımlayan bir çözüm var mı, yoksa çözümün tekillik denilen bilinmeyen noktaları mı var? Sonuç olarak kaosun doğasını anlayamıyoruz. Fizikçiler ve matematikçiler hâlâ hava tahminlerini tutturmanın zor mu olduğunu, yoksa zaten net öngörü yapmanın imkansız mı olduğunu merak ediyorlar. Türbülans matematiksel olarak betimlenebilir mi, yoksa matematiği aşar mı?