Gözlemlediğimiz ve deneyimlediğimiz dünya sürekli değişmektedir. Gözlemlediğimiz çoğu değişim tersinemez özelliği taşır
Hikaye değişimle başladı. Bilim en geniş anlamıyla değişimin sistematik araştırılması anlamına gelir. Gözlemlediğimiz ve deneyimlediğimiz dünya sürekli değişmektedir. Gözlemlediğimiz çoğu değişim tersinemez özelliği taşır
Zamana inanırım.
Her zaman ona inanmamışımdır. Bir zamanlar kuantum mekaniğinden ve genel görelilikten çıkardıklarımla zamanın doğanın temel unsurlarından biri olmadığını aksine onun başka derin bir betimlemeden ortaya çıktığı sonucuna vardım. Daha sonra 1990’lardan başlayıp, 8 yıl Brezilyalı filozof Roberto Mangabeira Unger ile birlikte ivmelenerek süren ortak çalışma ile zamanın aslında temel olduğuna inanmaya başladım (Bu noktaya gelmem ise ayrı bir hikaye).
Zamanı temel aldığımız durumda genel göreliliğin ve standart modelin nasıl başka bir derin teoriden ortaya çıktığını, neden zamanın bir yönde gittiğini ve evrenin nasıl oluştuğunu anlayabileceğimizi inanıyorum.
Hikaye değişimle başladı. Bilim en geniş anlamıyla değişimin sistematik araştırılması anlamına gelir. Gözlemlediğimiz ve deneyimlediğimiz dünya sürekli değişmektedir. Gözlemlediğimiz çoğu değişim tersinemez özelliği taşır. Bütün canlıların yaptıkları gibi doğuyoruz, büyüyoruz, yaşlanıyoruz ve ölüyoruz. Geçmişi hatırlarız ve eylemlerimiz geleceği etkiler. Dökülmüş sütünun temizlenmesi zordur veya soğuk içecek ya da sıcak banyo oda sıcaklığına yakınlaşır. Bütün dünya, canlı ve cansız, tersinemez süreçlerin etkisi altındadır. Bunun matematiksel ifadesi kendisini termodinamiğinin ikinci yasasında gösterir. Kapalı bir sistemin entropisi genelde artar, nadiren azalır.
Fiziğin tersinemezliği kozmik bir kaza olarak değerlendirmesi sürpriz olurdu. Doğa yasalarının hepsi bildiğimiz kadarıyla zamanın yönünü değiştirdiğimizde tersinir özelliğe sahiptir. Bu yasalar aracılığıyla bir sürecin filmini çekin ve daha sonra geri sarın. Tekrar sarılmış versiyonu bu yasalara izin verir. Daha net olmak gerekirse, solu sağla ve parçacığı anti parçacıkla değiştirirken bunlarla beraber zamanın yönünü de değiştirmek zorunda kalabiliriz; fakat parçacık fiziğin standart modeli orijinal süreçle kendi tersinin gerçekleşmesi aynı ağırlıkta olduğunu öngörür.
Yerçekimini ve kozmolojiyi betimleyen Einstein’ın Genel Göreliliği için de aynı şey geçerlidir. Eğer bütün evreni zamanda geriye gidecek şekilde, yani genişleyerek soğumak yerine büzüşerek ısınması, gözlemlediğimiz taktirde bu durum bugün anladığımız kadarıyla elimizdeki temel yasalarla uyumlu olacaktır.
Bu temel bir soruyu getirecektir: Eğer yasalar tersinebilir ise neden evren tersinemez süreçlerle kaplanmıştır? Neden termodinamiğin ikinci yasası evrenseldir?
Yerçekimi, buna cevabın bir parçasını oluşturur. Termodinamiğin ikinci yasası, kapalı bir sistemin entropisinin yani sistemi oluşturan atomların hareketindeki düzensizlik ya da rastlantının ölçüsünün maksimum düzensizlik elde edilene kadar yüksek ihtimalle artacağını söyler. Bu duruma denge diyoruz. Bu duruma ulaşıldığında, sistem mümkün olduğunca karışmıştır. Her bir parça aynı şekilde dağılmış ve aynı sıcaklığa sahiptir.
Fakat büyük ölçeklerde evren bu durumundan çok uzaktadır. Bizim gibi galaksiler enerjinin ve maddenin tersinemez süreçleri (galaksi diskleri gibi) sürdürürken, kesintisiz olarak yıldızlar oluşmakta ve nükleer potansiyel enerjiyi ısı ve ışığa dönüşmektedir. Bu gibi büyük ölçeklerde yerçekimi bu denge durumuna karşı maddeyi kendi içine yığarak, yıldızlar ve gezegenler oluşturmak suretiyle savaşmaya devam eder. Bu olguyu Barbour, Koslowski ve Mercati’nin makalesi güzel bir şekilde anlatmıştır.
Fakat bu, evrenin neden denge durumundan uzak olduğunun cevabının bir kısmını teşkil eder. Hala gizemli şekilde ortada olan durum evrenin başlangıcında neden denge durumunda olmadığıdır. Gözlemler de bize evren denge durumundan uzak olarak başlamak zorunda olduğunu söyler. Neden?
Evrenin denge durumundan çok uzakta olduğunu söylediğimizde, evrenin başlangıç durumun olası olmayan bir durumdan başladığını söylemiş oluyoruz. Bu başlangıç durumu olası tüm durumlar arasından rastgele şekilde ortaya çıkmıştır. Fakat bu olası olmayan durumu kabul edip etrafımızda her an bulunan tersinemez süreçleri, tersinir olarak bildiğimiz yasalar tarafından açıklamalıyız.
Özelde erken evrenin ilk zamanlarındaki dengeden uzak olan koşullar yüksek şekilde tersinemezdir. Erken evreni zamanda geriye doğru sardığımızda oluşacak resim gelecekteki geç evreninkiyle hiçbir benzerliğe sahip olamaz.
1979’da Roger Penrose tersinemezliğin gizemi konusunda radikal bir cevap vermiştir. Önerisi kuantum yerçekimini ilgilendiriyor. Kuantum yerçekimi bilinen bütün kuvvetleri birleştirdiğini iddia eden ve evrenin big bang anındaki oluşumundaki süreçleri ve hatta bu süreci dönüştüren “big bang” öncesi durumları açıklamaya çalışan bir kuramdır.
Penrose’un hipotezine göre, en temel yasa olan kuantum yerçekimi diğer yasaların aksine tersinemezdir. Evren genişleyip soğudukça, zamana göre tersinir olarak bildiğimiz yasalar aslında kuantum yerçekiminin yaklaşık halleri olarak ortaya çıkar. Evrendeki bu yaklaşık yasaların ilk koşulları temel ve tersinemez yasalar tarafından belirlenir. Böylece ilk zamanların olasılıksızlığı açıklanmaktadır.
Yıllar geçtikçe, evrenin ilk zamanlarına dair bilgimizde kozmolojik gözlemlerimiz sayesinde dramatik bir şekilde sıçrama yaşanmıştır. Fakat bunlar sadece tartıştığımız gizemleri derinleştirmiştir. Birkaç yıl önce, Edinburgh’daki Astronomi Enstitüsü’nde çalışan kozmolojist Marina Cortes ile ben Penrose’un önerisini gözlemler ve teorik gelişmeler ışığında tekrar gün ışığına çıkarmak istedik.
Dr. Cortes’e göre zaman sadece temel değil, temel olarak tersinemezdir. Evren anlık olaylardan kesintisiz şekilde üretilen yeni olaylardan oluşmuştur. Olaylar gerçekleşir fakat “gerçekleşmemiş” olamaz. Bir olayın tersi o olayı ortadan kaldırmaz; bu yeni bir olaydır ve öncekinden sonra olmuştur.
2011 Aralığında Dr. Cortes benim de çalışmakta olduğum Perimeter Enstitüsüne üç aylık bir ziyarette bulundu. Ziyaretinde beni bu bahsettiğim fikirler hakkında çalışmaya teşvik etti. Elde ettiğimiz ilk sonuçlar olaylardan oluşmuş bir evren modeli diğer bir deyişle aktif nedensel küme modeli.
Bu model, yalnızca neden-sonuç ilişkisinden oluşmuş olayların meydana geldiği nedensel küme setinin özel bir durumudur. Modelimiz öncekilerden farklı özelliklere sahiptir. Olaylar, onları benzersizliklerini maksimize eden süreç tarafından oluşturulurlar. Daha net bir şekilde söylersek, evren birbirinden farklı olayların meydana geldiği bir süreç tarafından meydana gelmiştir. Uzay temel değildir, sadece olaylar ve onları meydana getiren nedensel süreçler temeldir. Fakat, eğer uzay temel değilse, enerji temeldir. Her olayın bir enerjisi vardır ve önceki olaydan aldığı enerjiyi sonraki olaya aktarır. Bunların dışındaki her şey bu olaylardan ve enerjilerinden ortaya çıkar.
Bu süreçler tarafından oluşturulan model ve evrenler üzerine yaptığımız çalışmalar bize model evrenlerin evriminde iki aşamanın olduğunu söylemektedir. İlk aşamada olayları meydana getiren tersinemez süreçler belirleyicidir. Zamanın yönü nettir. Olayların izlerinin devamında ortaya çıkan parçacıklar ikinci aşamayı oluşturur. Parçacıklar ancak yaklaşık olarak tersinir olan ikinci aşamada ortaya çıkabilir. Parçacıklar bu ortaya çıkan tersinir gözüken yasalarla etkileşime girip ilerler. Aslında parçacıkların ve yaklaşık tersinir olan yasaların daha temel, tersinemez ve parçacık-olmayan bir sistemden bir süre sonra ortaya çıkaran olası birçok model bulduk.
Bu Penrose’un varsaydığı gibi Genel Göreliliğin ve Standart Modelin daha temel bir teoriden ortaya çıktığını açıklayabilir. Genel Görelilik kuramının diline sahip çıkarak tersinemez bir teori şekline dönüşüp dönüşmeyeceğini araştırmaya karar verdik. Bu bize tersinir aşamayla tersinemez aşama arasındaki geçişe dair bir köprü sunabilir.
Yakın zamanda Marina Cortes ve Perimeter Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırma yapan Henrique Gomes ile çıkarttığımız makalede Genel Göreliliği zamanın bir yönü olacak şekilde dönüşümünü ve bunun ilk dönem evrendeki kozmolojiye dair sonuçlarını inceledik. Özel olarak karanlık enerji ve kara madde hakkında birtakım analojiler bulduk; fakat bu sefer zamanın yönü olduğundan artık genişleyen evren zamana göre tersi olan büzüşen evrenle aynı olmamaktadır.
Bunu yapmak için Genel Göreliliğe fiziksel olarak tercih edilmiş bir zaman kavramı yerleştirdik. Bu olmadan zamanın tersinebilirliği kavramı olamaz. Neyse ki böyle bir dönüştürme işlemine sahibiz: Şekil dinamiği. Bu 2011’de Gomes’in de içinde bulunduğu üç genç kişi tarafından sunulmuştur. Bu çalışmadan esinlenen Julian Barbour Genel Görelilikte büyüklüğün göreliliği yerine zamanın göreliliği alacak şekilde yeniden formüle etmiştir.
Şekil dinamiği dilini kullanarak Cortes, Gomez ve ben gezegen, yıldız ve galaksiler ölçeğinde çok az değişiklik olacak şekilde Genel Göreliliği hafif şekilde dönüştürdük. Bu çalışmada Genel Göreliliğin yerçekimsel dalgaları gözeten öngörüleri de etkilenmemiştir. Fakat evren ölçeğinde ve erken evrende zamanın temel bir yönünün doğurduğu sonuçların sapmalarından kaçınamadık.
Kısa bir süre önce Genel Görelilikteki yasaları zamanın tersinemez şekilde dönüştürmek için bir başka yol buldum. Genel Görelilik kendinde iki önemli doğa sabitini barındırır: Kozmolojik sabit ve Newton’un sabiti. Genelde bu sabitler zamana göre değişmezler; fakat Einstein’ın Genel Görelilik denklemlerinin uyumunu bozmadan bu sabitlerin zamana göre evirilebileceğini gösterdim.
Bu gelişmeler, henüz çok yeni olmakla birlikte, etrafımızdaki tersinemez süreçlerin zamanın temel bir yönü olduğunu göstermekten çok uzaklar. Fakat bu gelişmeler zamanın yön kazanmasının evrendeki herhangi bir kozmik kaza olmadığını anlayabileceğimiz bir anlayış getirmektedir.
[pbs.org’daki İngilizcesinden Bekir Baytaş tarafından Sendika.Org için çevrilmiştir]
Sendika.Org, yayın hayatına başladığından bu yana işçi sınıfı hareketinin, solun ve genel olarak toplumsal muhalefetin gündemine ilişkin, farklı politik perspektiflerden düşünsel katkılara açık bir tartışma platformu olagelmiştir. Sitemizde yayımlanan yazılar yayın kurulunun politik perspektifiyle uyumluluk göstermeyebilir. Amacımız, mücadelenin gereksinim duyduğu bilimsel ve politik bilginin üretimini zenginleştirecek tüm katkılara, yayın ilkelerimiz çerçevesinde, olabildiğince yer verebilmektir.