Büyük Patlama’nın bir kara deliğin içindeki geri sıçramadan başlamış olabileceğini öne süren araştırma
(port.ac.uk)- Physical Review D’de yayımlanan yeni bir makale, Büyük Patlama’yı her şeyin başlangıcı olarak değil, çok büyük bir kara delik oluşturan kütleçekimsel çöküşün ardından içeride gerçekleşen bir geri sıçrama (bounce) sonucu olarak yorumluyor
- Standart kozmoloji; Büyük Patlama, kozmik enflasyon ve karanlık enerjiyle evrenin yapısını ve evrimini açıklıyor, ancak tekillik ve doğrudan gözlemlenmemiş bileşenler gibi temel sorunları geride bırakıyor
- Yeni model, kuantum dışlama ilkesini uygulayarak çöken maddenin sonsuza kadar sıkışmadığını, yüksek yoğunluklu bir durumda durduktan sonra genişlemeye dönebileceğini gösteriyor
- Geri sıçrama, genel görelilik ve kuantum mekaniğinin temel ilkeleri içinde ele alınıyor; egzotik alanlar ya da ek boyutlar gibi spekülatif fizik gerektirmediği düşünülüyor
- Evrenin tamamen düz olmayıp küçük bir pozitif uzaysal eğriliğe sahip olması gerektiği öngörüsü gözlemlerle doğrulanırsa, geri sıçrama kökenli evren modeli için güçlü bir ipucu olabilir
Büyük Patlama’yı başlangıç değil geri sıçrama olarak gören model
- Physical Review D’de yayımlanan yeni makale, Büyük Patlama’nın her şeyin başlangıcı değil, kütleçekimsel çöküşün oluşturduğu çok büyük bir kara deliğin içinde gerçekleşen bir geri sıçramanın sonucu olabileceğini öne sürüyor
- Bu model kara delik evreni (black hole universe) olarak adlandırılıyor; evrenin kökenine tamamen farklı bir şekilde bakarken yine de bilinen fiziğe ve gözlemlere dayandığı düşünülüyor
- Süreç, aşırı yoğun bir madde topluluğunun kütleçekimle çökmesi, çok yüksek yoğunluğa ulaştıktan sonra tekillik yerine geri sıçrayarak yeni bir genişleme aşamasına geçmesi şeklinde işliyor
Standart kozmolojinin bıraktığı boşluklar
- Standart kozmoloji modeli, Büyük Patlama ve erken evrenin hızlı genişlemesi olan kozmik enflasyon temelinde evrenin yapısını ve evrimini başarıyla açıklıyor
- Ancak Büyük Patlama modeli, yoğunluğun sonsuz olduğu bir tekillikten başlıyor ve bu noktada fizik yasaları işlemiyor
- Evrenin büyük ölçekli yapısını açıklamak için fizikçiler, tuhaf özelliklere sahip bilinmeyen bir alanın yürüttüğü enflasyon aşamasını modele dahil ediyor
- Günümüzde gözlemlenen hızlanan genişleme için karanlık enerji adlı başka bir bilinmeyen bileşen gerekiyor
- Standart model iyi çalışıyor, ancak doğrudan gözlemlenmemiş yeni bileşenlere dayanıyor ve “her şey nereden geldi”, “neden bu şekilde başladı”, “evren neden bu kadar düz, pürüzsüz ve büyük” gibi soruları açık bırakıyor
Kara deliğin içinde tekillik yerine geri sıçrama nasıl gerçekleşiyor?
- Yeni model, genişleyen evreni geriye doğru izlemek yerine, aşırı yoğun maddenin kütleçekimle çökerken içeride neler yaşadığını inceliyor
- Bir yıldızın çökerek kara deliğe dönüşmesi tanıdık bir süreç olsa da, hiçbir şeyin kaçamadığı olay ufkunun iç kısmı hâlâ gizemini koruyor
- Roger Penrose, 1965’te genel koşullar altında kütleçekimsel çöküşün tekilliğe yol açması gerektiğini kanıtladı; Stephen Hawking ve diğerleri de bunu genişletti
- Bu tekillik teoremleri, Büyük Patlama benzeri tekilliklerin kaçınılmaz olduğu fikrini destekliyor
- Penrose bu çalışmasıyla 2020 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaştı
- Ancak bu teoremler, makroskobik nesneleri ele alan klasik fiziğe dayanıyor
- Aşırı yoğunluklarda, atomların ve parçacıkların mikroskobik dünyasını yöneten kuantum mekaniği etkilerinin dahil edilmesi gerekiyor; bu durumda sonuç değişebilir
Yeni makalenin matematiksel sonuçları ve fiziksel koşulları
- Makale, kütleçekimsel çöküşün mutlaka tekillikle sona ermek zorunda olmadığını gösteriyor ve yaklaşımsız kesin analitik çözümler sunuyor
- Matematiksel olarak, olası tekilliğe yaklaşıldığında evrenin boyutunun kozmik zamanın hiperbolik fonksiyonları ile değiştiğini hesaplıyor
- Bu çözüm, çöken madde bulutunun yüksek yoğunluklu bir duruma ulaştıktan sonra dışa doğru geri teperek yeni bir genişleme aşamasına girmesini açıklıyor
- Geri sıçramayı mümkün kılan temel unsur kuantum dışlama ilkesi
- İki özdeş fermiyon, spin gibi aynı kuantum durumunu işgal edemez
- Bu kural nedeniyle çöken maddenin içindeki parçacıklar sonsuza kadar sıkıştırılamaz
- Sonuçta çöküş durur ve tersine döner; uygun koşullarda geri sıçrama yalnızca mümkün olmakla kalmayıp kaçınılmaz hâle gelebilir
- Bu geri sıçrama, yıldızlar ve galaksiler gibi büyük ölçeklere uygulanan genel görelilik ile kuantum mekaniğinin temel ilkelerini birleştiren bir çerçeve içinde gerçekleşir
- Modelin egzotik alanlar, ek boyutlar ya da spekülatif fizik gerektirmediği düşünülüyor
Enflasyon ve karanlık enerji için alternatif açıklama
- Geri sıçramadan sonra ortaya çıkan evren, bugünkü evrene çok benzer bir görünüme sahip olabilir
- Dahası geri sıçramanın, iki farklı hızlanan genişleme aşaması olan enflasyon ve karanlık enerjiyi doğal biçimde ürettiği açıklanıyor
- Bu iki aşamanın varsayımsal alanlardan değil, geri sıçramanın kendi fiziğinden kaynaklandığı yorumlanıyor
Test edilebilir öngörüler ve gözlemsel ipuçları
- Modelin güçlü yanlarından biri test edilebilir öngörüler üretmesi
- Bu model, evrenin tam olarak düz olmadığını; küçük ama sıfır olmayan pozitif uzaysal eğriliğe sahip olması gerektiğini öngörüyor
- Bu, çöküşü tetikleyen başlangıçtaki küçük aşırı yoğunluğun izi olarak yorumlanıyor
- Evrenin, Dünya’nın yüzeyi gibi hafifçe eğri olduğu anlamına geliyor
- Devam eden Euclid görevi gibi gelecekteki gözlemler küçük bir pozitif eğriliği doğrularsa, evrenin böyle bir geri sıçramadan çıktığına dair güçlü bir ipucu olabilir
- Model ayrıca günümüz evreninin genişleme hızına ilişkin de öngörüde bulunuyor ve bu öngörünün hâlihazırda doğrulandığı düşünülüyor
Erken evren ve karanlık madde araştırmalarına uzanan sorular
- Kara delik evreni modeli, standart kozmolojinin teknik sorunlarının ötesinde, erken evrene dair başka gizemler için de yeni ipuçları sunabilir
- Bağlantı kurulabilecek sorular arasında süper kütleli kara deliklerin kökeni, karanlık maddenin doğası ve galaksilerin hiyerarşik oluşumu ile evrimi yer alıyor
- Arrakhis gibi gelecekteki uzay görevleri, geleneksel yer tabanlı teleskoplarla tespit edilmesi zor olan yaygın yapıları incelemeyi hedefliyor
- Hedefler arasında galaksileri çevreleyen yıldızların ve küresel kümelerin küresel yapısı olan yıldız halesi bulunuyor
- Daha büyük galaksilerin yörüngesinde dönen küçük galaksiler olan uydu galaksiler de buna dahil
- Bu gözlemler, karanlık maddeyi ve galaksi evrimini anlamaya yardımcı olabilir
- Çöküş aşamasında oluşup geri sıçramadan sağ çıkan kara delikler gibi kalıntı yoğun cisimler bu olgularla bağlantılı olabilir
Evrendeki konumumuza dair bakış açısı
- Kara delik evreni çerçevesinde, gözlemlenebilir evrenin tamamı daha büyük bir ana evrende oluşmuş bir kara deliğin içinde yer alıyor
- Bu bakış açısında insanın konumu özel değildir ve Dünya’nın evrenin merkezi olduğunu savunan yermerkezci görüşle karşıtlık taşır
- Model, her şeyin yoktan doğduğu bir sahneden ziyade, evreni kütleçekimi, kuantum mekaniği ve ikisi arasındaki derin bağlantının oluşturduğu kozmik döngüler dizisi olarak görür
1 yorum
Hacker News görüşleri
Bilim makalesinin yazarının bizzat yazdığı bir özet olması hoş. Aşırı basitleştirme riski var ama en azından yazanın temel bilimi anlamamış olma ihtimali ortadan kalkıyor
Yine de araştırmacıların, araştırmalarının etkisinden çok blog yazılarının viral başarısıyla değerlendirildiği bir dünya endişe verici
https://www.amazon.com/World-Physics-Library-Literature-Anti...
Bu yazı yönetim teorisi ya da kurumsal metaforlar değil, bir fizik makalesine (arXiv:2505.23877) dayanıyor
Makalenin gerçekten önerdiği şey, Büyük Patlama'nın daha büyük bir ebeveyn evrende oluşan bir kara deliğin içindeki kütleçekimsel geri sıçrama olabileceği. Kuantum dejenere basıncı, tekillik oluşmadan önce çöküşü durduruyor; dışarıdan bakınca kara delik gibi görünürken içeride 13,8 milyar yıllık bir genişleme olarak açılıyor. Kısacası bu, tekilliği önleyen, küçük negatif eğrilik ve doğal bir enflasyon benzeri aşama içeren, doğrulanabilir öngörüler sunan kuantum düzeltmeli göreli bir çöküş modeli
Öneri, genel görelilikte büyük ve seyrek bir küresel madde bulutunun çöküşüne bakmak. Bu süreçte bir olay ufku oluşuyor, sonrasında dışarıdan normal bir kara delik gibi görünüyor ve iç evrim artık yeniden görülemiyor. İçeride bir madde bulutu, büyük bir vakum kabuğu ve olay ufku var
Kuantum mekaniği, dejenere basıncı nedeniyle durum denkleminin başlangıçta “seyrek toz” gibi görünürken bir noktadan sonra “sıkıştırılamaz” olana yaklaştığını ima ediyor. Çeşitli varsayım ve yaklaşımlar altında, içerinin dejenere basınç yüzünden geri sıçradığı bir çözüm elde ediliyor; iç bakış açısından görünürde bir kozmolojik sabit ortaya çıkıyor ve kozmolojik ufkun dışarıdan görülen kara delik ufkuna karşılık geldiği düşünülüyor
Makale boyunca kabaca sayılar yerine konarak gözlemlenebilir evrenimizin ölçeği, kütlesi, yaşı ve görünürdeki kozmolojik sabiti gibi değerlerin bu mekanizmayla uyumlu olduğu ileri sürülüyor; pertürbasyonlar ve kozmik mikrodalga arka plan anizotropileri de biraz el yordamıyla geçiliyor. İşe yararsa gerçekten harika olurdu ama modelin kendi içinde sağlam kurulup kurulmadığından henüz emin değilim ve çok fazla el sallama var gibi görünüyor. Gerçek gözlemlenebilir evrene uyumu da hâlâ yeterince ikna edici değil
Yıllardır kozmolojiden uzağım ve fizikçi değil matematikçiyim; o yüzden bu değerlendirmeyi epey süzerek okuyun. Bunu arXiv preprint'ini okuyarak söylüyorum, hesapların ve kaynakçanın hepsini tek tek takip etmedim
Ek olarak, geri sıçrama civarındaki kararlılığı da ele almıyor gibi görünüyor. O bölgede BKL tipi anizotropik kararsızlıkların bilindiğini sanıyorum. Uygun parametrelerde bu tür kararsızlıklar büyümeden önce geri sıçrama yaşanabilir ve gözlemlenebilir evrene uydurulan sayılar için makale ya da kaynakları bunun böyle olduğunu savunuyor olabilir; belki de ben kaçırdım. Yine de her şey yerine oturursa, kararsız olsa bile modelin kendisi hayranlık verici olur
Bizim evrenimizi barındırabilmesi için 4 boyutlu bir evrenin ne kadar büyük olması gerektiğini hayal etmek bile zor, daha fazla katman varsa iyice akıl almaz boyutlara çıkar. Tersine, bizim evrenimizin içinde sayısız düzlemsel evren kolayca sığıyor olabilir
Yazının özü fermiyon geri sıçraması ise, bildiğimiz madde ve enerji miktarı düşünüldüğünde bunun muazzam bir kara delik olması gerekir; insan da böyle bir boyuta gelene kadar nasıl bir ortamda bulunduğunu merak ediyor
Yine de kara delik evren teorileri ve spekülasyonları çok eskiye dayanıyor ve olay ufku kavramını öğrenince akla doğal olarak gelebilecek bir fikir; bu yüzden sadece “radikal ve şaşırtıcı bir alternatif” demek yerine biraz daha hakkını vermek gerekir. Ayırt edici nokta analitik çözüm
Bu teoride iki sorun ya da soru var
Birincisi, kara deliğin içinde oluşmamış bir ebeveyn evren gerekli. O halde, bizim çocuk evrenin içindeyken bilemeyebileceğimiz ikinci bir “evren üretme” mekanizması da olmalı. Tuhaf özelliklere sahip bilinmeyen bir alan yerine, tuhaf özelliklere sahip bilinmeyen bir ebeveyn evren ortaya çıkmış oluyor; dolayısıyla bu, “evrenimiz nasıl başladı?” şeklindeki asıl soruya gerçekten cevap veriyor gibi görünmüyor
İkincisi, ebeveyn evrendeki kara deliğin gördüğümüz tüm maddeyi içermesi gerekir; bu yüzden evrenimizde bilinen herhangi bir kara delikten çok daha büyük olması gerekir. Bilinen en büyük kara delikten 750 milyar kat daha büyük bir kara deliğin nasıl oluşabileceği soru işareti
Schwarzschild çözümü gibi kara delik modellerinde, evrenimizin bakış açısından kara deliğin bir parçası olan asimptotik olarak düz uzay-zaman bölgesi bulunur. Tekilliğin yakınında bir şeyler olup yeni bir evrenin doğması, kulağa o kadar da çılgınca gelmiyor
Eğer evrenimiz başka bir evrenin çocuğuysa ve o evren de başka bir evrenin çocuğuysa, bu “evrenin parametreleri neden böyle?” gibi meseleleri ele alan çoklu evren modelleriyle uyumlu olur. Yaşamamıza izin veren bir evrende şans eseri bulunuyor olabiliriz ya da daha çok kara delik üreten evrenlerin daha çok çocuğa sahip olduğu bir doğal seçilim olabilir
Ebeveyn kara deliğin göreli büyüklüğü konusunda ise, evren için enerjinin korunumu genel anlamda zorunlu olarak geçerli olmak zorunda değil. Bir fikir, evrenin kütleçekimsel bağlanma enerjisinin evrenin toplam kütlesinin negatifi kadar olduğu ve toplamın bu yüzden 0 ettiği; dolayısıyla bunun daha büyük ya da daha küçük olmasının herhangi bir şeyi ihlal etmediği yönünde
Bu sürecin sonsuza dek tekrarlanıp tekrarlanmadığı, sıçrama sırasında enerji kaybedip kaybetmediği ve kaybediyorsa bunun nereye ve nasıl gittiği ayrı bir soru
Ebeveyn evrendeki kara deliğin çok daha büyük olması gerektiği de hem doğru hem yanlış. Burada büzülme hesaba katılmıyor. Görelilikte, 100 fitlik bir merdiveni 10 fitlik bir ahırın içine sığdırmak da mümkündür
En önemlisi, bir şeyi yayımlayabilmek için her şeyi tek seferde bilmek gerekmez. Öyle olsaydı kimse makale yayımlayamazdı. Eleştiri olması iyidir ve o eleştiri bir sonraki çalışmaya yol açar
Evrenimizin başka evrenlerle karşılaştırıldığında büyük mü küçük mü olduğunu da bilmiyoruz. Evrenler arasında boyut karşılaştırmasının anlamlı olup olmadığını, anlamlıysa bunun nasıl yapılacağını da bilmiyoruz. Big Bang’in kendisi bile modern bilimdeki en büyük spekülasyon olabilir
Bir yerde, bizim 3 boyutlu evrenimizin 4 boyutlu bir kara deliğin içinde olabileceğini okuduğumu hatırlıyorum. Açıklamaya göre, kara deliğin olay ufkunu geçtiğinizde yarıçap koordinatı zaman gibi olur; böylece bir uzamsal serbestlik derecesi kaybedilir, teğetsel yöndeki hareket ise hâlâ mümkün olduğu için N-1 boyutlu bir evren ortaya çıkar
Buna göre bizim 3 boyutlu evrenimiz, 4 boyutlu bir kara deliğe düşen madde olabilir; bizim 3 boyutlu kara deliklerimiz de 2 boyutlu bir Flatland evreni içeriyor olabilir. Dışarıdaki 4 boyutlu evren de 5 boyutlu bir kara deliğin içinde olabilir ve bu böyle sürüp gidebilir
Eskiden
cdiye tahminde bulunmuştum. Sonuçta bir sabit. Belki de tüm sabitler üst evrenin spagettileşmiş kalıntılarıdırAyrıca kara deliğin içine girdikten sonra tekillik, bir sopayla dürtebileceğiniz bir yer değildir. Ölümün geleceğinizde olması gibi, tekillik de sizin geleceğinizdedir
İlginç bir yazı ama yazar haklıysa ve evren gerçekten daha büyük bir evrendeki kara delikten oluştuysa bile soru ortada kalıyor. O zaman bu daha büyük evren nasıl oluştu? Belki de bu, bilinemeyecek bir sorundur
Birkaç yüz yıl önce insanlar “düz dünyanın sonuna gidersen ne olur?” diye soruyor olabilirdi ya da “Kuzey Kutbu’nun daha kuzeyinde ne var?” diye sorabilirdi
Yalnız, kökene dair bir hipotez içeriyor gibi görünmüyor
Bu anlamda kara delikler, evrenimizin düşük entropili durumdan neredeyse sonsuz bir başlangıç entropisi durumuna geri döndüğü bölgeler olabilir
Bu konuda çok fazla soru var
Fizik alanında resmî bir eğitimim yok ama kara delik kütlesinin Schwarzschild yarıçapıyla doğrusal orantılı olduğunu öğrendikten sonra bu fikir bana oldukça makul gelmişti. Kara delik büyüdükçe toplam yoğunluğunun düşmesi gerekir. Bunu, evrenimizin büyük ölçeklerde düzgün bir yoğunluğa sahip olduğuna dair gözlemlerle birleştirince, çok büyük kara deliklerin azalan yoğunluğu ile gözlemlenebilir evrenin sabit yoğunluğunun kesiştiği bir eşik olması gerektiğini düşünmüştüm
Fizik konuşmayı seven teknik iş arkadaşlarımla bu soruyu sık sık tartıştım ama net bir yanıt alamadım
Öte yandan karanlık enerjinin çoğu zaman gerçek enerjinin bir ikamesi gibi, yani bir şeyleri birbirinden uzaklaştıracak şekilde hızlandıran temel bir enerji gibi anlatıldığını gördüm; bu ifade bana hep rahatsız edici gelmiştir. Bana daha çok negatif enerji, yani toplam enerjide bir kayıp olarak görmek daha makul geliyordu
Klasik çerçevede iki cisim birbirinden uzaklaşırsa, sonradan geri kazanılabilecek potansiyel enerji depolanır. Karanlık enerji böyle çalışmıyor; cisimler ne kadar uzaktaysa o kadar hızlı uzaklaşıyor. Küresel bakışta bu bir enerji kaybı gibi görünüyor. Bu kayıp kuantum dünyasına da sızıyor; yüksek frekansta yola çıkan ışık daha düşük frekansta ulaşıyor
Bu yüzden karanlık enerjiyi, evrenden bir tür enerjinin çekilip bir daha geri dönmemesi olarak düşünmek bana daha uygun geliyor. İçeriden gözlemlenen bir kara delik buharlaşması gibi de olabilir. Gerçek fizikçilere sorulduğunda karanlık enerjideki “enerji” bileşeninin uzayın “gerilimi” olarak normalize edildiği söyleniyor ama fiziği düzgün biçimde çalışmamış biri olarak bu bana yine de tatmin edici gelmiyor
Galaksiler arasındaki boşlukta zamanın galaksilerin içindekinden daha hızlı aktığı ve bu farkın evren ölçeğinde çok büyük birikimler yarattığı söyleniyordu. Bu alandaki bilgim çok sınırlı ama o teori hoşuma gitmişti ve bir ölçüde mantıklı gelmişti
Schwarzschild hacminin büyüklüğü ve yoğunluğu yalnızca kütle tarafından belirlenir; durgun ve dönmeyen durumda yoğunluk kütlenin karesiyle ters orantılıdır. Yoğunluk = 3c⁶/32πG³M²
Süper kütleli kara delikler yaklaşık 0.5 kg/m³ ile seyrek hava ile su arasında bir seviyedeyken, yıldız kütleli kara delikler yaklaşık 1e19 kg/m³ ile nötron yıldızlarından bile birkaç mertebe daha yoğundur
Big Bang medyada sık sık “uzayın, zamanın ve maddenin varlığa fışkırdığı evrenin patlayıcı doğumu” olarak anlatılır. Ancak bu şu anda kabul gören teori değildir. “Big Bang'den önce uzay ve zaman yoksa ne olurdu?” sorusu daha çok Stephen Hawking'in kişisel teorisine yakındır
Teorilerimizin çöktüğü noktadan önce hakkında ilkesel ve makul bir iddiada bulunmanın bir yolu yok; buna “ondan önce ne uzay ne de zaman vardı” iddiası da dahil
Bu yüzden “Big Bang'den önce” hakkında duyduğunuz her şey her zaman spekülasyondu. Bilim medyası bu spekülasyonları sürekli haberleştirdiği için, haberlerin kendisi bazen bilimin durmadan fikrini değiştirdiği izlenimini yaratıyor. Oysa bu konuda bilim hiçbir zaman gerekçelendirilebilir tek bir tutarlı pozisyona sahip olmadı. Kesinlik iddiasında bulunan şey bilim değil; bunu açıkça belirtmeyip “bilim keşfetti” diye yazan medyanın kendisi
Bir zamanlar Dünya'nın evrenin merkezi olduğunu düşünüyorduk, sonra Güneş'in evrenin merkezi olduğunu düşündük. Bir sonraki doğal adım da bizim evrenimizin evrenlerin merkezi olmadığını kabul etmek gibi görünüyor
Gözlemlenebilir evrenimizin tamamı, daha büyük bir “ebeveyn” evrende oluşmuş bir kara deliğin içindeyse, bundan bizim evrenimizdeki kara deliklerin de olay ufkunun ötesinde kendi içlerinde evrenler barındırdığı sonucu çıkmaz mı? Öyle olması gerekirmiş gibi geliyor ve düşünmesi gerçekten baş döndürücü
https://en.wikipedia.org/wiki/White_hole#Big_Bang/Supermassi...
Hafif hard SF önerisi: Gregory Benford'un Cosm (1999) romanı. Laboratuvarda bowling topu büyüklüğünde bir evren yaratılıyor ve bunu yapan bilim insanı, onu güvende tutmaya çalışırken devlet görevlileri tarafından kovalanıyor. Bu evreni mümkün olduğunca uzun süre korumaya çalışıyor ama zaman da boyut gibi göreli olduğundan çok uzun beklemek gerekmiyor