Bilinen Fizik Kurallarının Geçersiz Hale Geldiği Düşünülen Nokta: Kozmolojik Tekillik

evrende, bilinen fizik kanunlarının geçersiz hâle geldiği düşünülen nokta kozmolojik tekillik. bu noktanın adını daha çok kara delik adlı cisimleri incelerken duyuyoruz. evrende gözlemlerle sabit olan iki tip kara delik var:

1- çok büyük kütleli yıldızlardan geriye kalan versiyon, yani ölü yıldız olanlar.
2- birçok galaksinin merkezinde bulunan, dev kütleli versiyon. bunların nasıl oluştuğunu tam olarak bildiğimiz söylenemez.

ikinciden biraz daha iyi bildiğimiz ölü yıldızlar üzerinden gidelim. yıldızlar oluştuktan ve enerji üretmeye başladıktan sonra dengeye gelirler. dengeden kasıt şudur: ortamda, yıldız maddesini içeriye, yani küresel yapının merkezine doğru çeken kütle çekim kuvvetine eş değer büyüklükte ve bunun zıttı yöne doğru olan bir ışınım basıncı vardır. bu iki kuvvetin büyüklüğü eşit olduğu sürece yıldız dengededir. enerji kaynağı tamamen tükenen büyük kütleli yıldızlarda ışınım basıncı ortadan kalktığında, ortamda kütle çekim kuvvetine karşı koyabilecek hiçbir fiziksel kuvvet kalmaz. bunun sonucu da geriye kalan yıldız maddesinin, içeriye doğru olan bu kuvvet tarafından sürekli olarak çekilmesidir. dolayısıyla belirli bir yakınlığa kadar gelen her türlü madde ve cisim de bu çekimden etkilenerek içeriye doğru çekilir. bu belirli yakınlığın teknik ismi de olay ufkudur.

peki içeride tam olarak nasıl bir ortam olabilir? 

yıldızlar, tam olarak yusyuvarlak olmasa da küresel cisimlerdir. küresel bir cisimde kütle çekim kuvveti, her yönden merkeze doğru eşit şekilde uygulanır. tam merkezdeki tek nokta, yani sıfır hacmi olan yer, sürekli olarak içeriye doğru çekilen maddeyle beslenir. "sıfır hacimli, sonsuz yoğunluklu" olarak tarif edilen tekilliğin tanımı buradan gelir. yalnız bu nokta, fiziksel bir gerçeklikten ziyade, bildiğimiz fizik kanunlarının yetersiz kaldığı yer olarak anlaşılmalıdır.

yukarıdaki paragraf sizi yanıltmasın. tekillik, sadece küresel cisimlerde gerçekleşmez.
bunun doğruluğunu kanıtlayan roger penrose bu çalışmasıyla nobel ödülü kazanmıştı. yine de kara delikler için konuşursak, bu cisim oluşurken küresel simetri büyük ölçüde korunur.

yazının buradan sonrasının bir kısmını, başka bir entry'mden olduğu gibi alıyorum ama minik eklemeler yapabilirim. alıntıdan sonra tekrar bazı bilgiler ekleyeceğim.

alıntı başı

uzayda, herhangi bir cisim ya da dalganın izleyeceği en kısa yollara jeodezik diyoruz. uzay zaman dokusunda en az enerji gerektiren yol da diyebiliriz. bu jeodezikler, enlem ve boylam çizgileri gibi düşünülebilir. yakınlarında herhangi bir kütle olmadığında dümdüz olan jeodezikler, bir kütlenin yakınlarında bükülmeye başlarlar ve oradan geçmekte olan cisim ya da dalgalar, bu bükülmüş yolları izler. kütle çekim kuvveti dediğimiz şeyi basitçe böyle ifade ediyoruz. aşağıdaki animasyonda daha iyi anlaşılıyor olay. çizgilere dikkatli bakın. ortada dolanan kütleden uzakta dümdüz olurken, kütlenin yakınlarında deforme olup bükülüyorlar:
tık

penrose, uzayın her yerinde var olan bu jeodeziklerin, kara deliklerin içerisine girdiğinde sonlandığını, matematiksel olarak göstermeyi başardı. uzayda, mesela ışığın takip edebileceği en kısa yol jeodeziklerken, kara deliğe düşen ışığın takip edebileceği en kısa yollar artık jeodezikler olmaktan çıkar çünkü bu hayalî çizgiler, kara deliğin içerisinde her zaman sadece birbirlerine doğru odaklanırlar. bu odak noktaları da jeodeziklerle beraber uzay zamanın da sona erdiği noktalardır. sona eren bir uzay zaman ise bizim bildiğimiz uzay zamanda çalışan fizik yasalarının, artık doğru çalışacağından emin olmadığımız bir bölgedir.

penrose-hawking tekillik teoremler olarak da anılıyor bu olay ama stephen hawking'in bu işin neresinde olduğundan bahsetmedim. hawking, penrose'un bu çalışmasını big bang anına uyarladı. evreni geri sardı ve vardığı sonuç şu oldu: evrenin yaşamında geriye doğru gittikçe, jeodezikler de birbirine doğru gittikçe yaklaşır. dolayısıyla yine kara delik içerisinde olduğu gibi birbirine doğru tek bir noktada odaklanan jeodeziklerle karşı karşıya kalırız. bunun anlamı, tam big bang anında uzay zamanın kesintiye uğramasıdır. bu da zaman kavramının big bang ile ortaya çıktığı, ondan öncesinde var olmadığı bilgisini verir.

alıntı sonu

yukarıda bir yerde bahsettiğim olay ufku adlı yer, içine düşen maddenin geri dönemeyeceği yerdir

stephen hawking'in bir çalışmasına göre hawking radyasyonu adı verilen olay, bir kara deliğin yavaş yavaş buharlaşabildiğini göstermiştir. burada şu soru sorulabilir: eğer evren o kadar uzun süre var olsa ve bir kara delik buharlaşarak yok olacak kadar zaman bulabilse (çünkü bu olay görece ufak, yani güneş kütlesi kadar kütleye sahip bir kara delik için yaklaşık 10^67 yıl sürer), bunun içine düşen maddenin bilgisine ne olur? bilginin tamamen kaybolması durumu, termodinamiğin ikinci kanununa aykırıdır. aynı zamanda kuantum mekaniğinin kanunlarını da ihlal eder. o hâlde kara deliğe düşen bilgiye ne oluyor?

buna çözüm önerisi olarak holografik ilke öne sürülür. bu ilke basitçe, bilginin kara delik yüzeyinde kodlanarak saklandığını söyler. bir de solucan deliği teorisi vardır ki bu biraz daha spakülatif olmakla beraber, bilginin evrendeki başka bir noktaya aktarıldığını savunur.

bu arada son olarak, big bang için konuşursak, t = 0 anında bir tekilliğin var olması ihtimali, klasik fizikte dile getirilse de kuantum fiziği pek de aynı fikirde değil diyebiliriz. kuantum fiziği çok küçük ölçeklerde bakıldığında, evrenin sürekli değil kesikli olduğunu ileri sürer ve bu yüzden sıfır hacim ya da sonsuz yoğunluk gibi kavramları anlamsız bulur. yani klasik anlamda bildiğimiz uzay zaman tanımı, modern anlamda pek de geçerli değildir.

big bang öncesinde tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz. eğer evrenimiz bir çoklu evren sisteminin parçasıysa, big bang öncesinde var olan şey belki de tekillik değil, başka bir evrenin bir noktasındaki enerji yoğunluğudur. bazı hipotezler ise evrenin bir başlangıcının olmadığını, dolayısıyla tekilliğe de ihtiyaç olmadığını öne sürer.