Kuantum Dalgalanmasıda Nedir?

Kuantum fiziği kapsamında kuantum dalgalanması (Quantum Fluctuation) uzayın belli bir noktasında Werner Heyzenberqin belirlediği Belirsizlik ilkesi kapsamında enerji miktarındaki geçici olarak değişiyor. Bu olay enerji depolama yasasının bozulabileceğini göstermektedir. 

Ancak bu ihlal sadece çok küçük zaman aralıklarında meydana verebiliyor. Buna rağmen fizikçiler bu ihlalin yapıldığı anda var olan koşullara bağlı olarak sürenin uzatılabilir olabileceğini ve hatta evreni yaratabilecek bir tüpün yoktan oluşup genişleye ileri sürüyor. İyi, ama kuantum dalgalanması nasıl hiçlikten enerji, bu nedenle madde oluşmasına neden olabilir? Bunun evren idrak etmemiz açısından değeri ve önemi nedir?

Kuantum dalgalanması sonucu sanal parçacıkların madde-anti çiftleri hiç yoktan var olabiliyor. Sanal parçacıklar kuantum teorisi içindeki matematiğin bir sonucu olarak ortaya çıkan, henüz tam olarak anlaşılamamış bir kavramdır. Bu parçacıklar doğrudan gözlemlerle tanımlanabilir bilinmiyor. Matematiksel hesapların gözlenebilen ve tespit edilebilen kısımları üzerinde etkisi olmadığı için bunlara "sanal" parçacık söylenmiştir. Ancak bu yapıların çok ilginç özellikleri var: ilk olarak fiziğin temel ilkelerini poz bilirler. Örneğin zamanda geri hareket edebilirler, enerji saklanmasına tabi değilmiş gibi davranırlar ve hatta ışıktan hızlı hareket edebilirler. Bunların hiçbiri gerçek parçacıklar tarafından edilemez. Sanal parçacıkların bunu edebilmesinin nedeni varlıklarının madde ve enerji üzerindeki etkilerinin her zaman sıfır olmasıdır. Gerçek bir madde asla bu kuralları bozamaz, çünkü kendisinin neden olduğu her şey "bilgi değeri" taşır ve çevresindeki sisteme sıfır olmayacak şekilde etkiliyor. Sanal parçacıklar ise her zaman kendilerini iptal eden anti sanal parçacıklarla bir yerde meydana geldikleri için fiziğin tüm temel ilkelerini poz bilirler. Burada uyarı yapalım: sanal parçacıklar anti parçacıklar ile karıştırılmamalıdır, ayrı konulardır. Sanal parçacıklar olduğu gibi, sanal anti parçacıklar da var. Bunların etkileri maddenin karşılığı olan antimaddeden farklıdır.

Bu, kulağa biraz fantastik gelebilir (belki daha fazla), ancak kuantum mekaniğinin en temel bulguları arasında yer alır. Üstelik gerçek madde ve enerji üzerinde tek etkileri de tespit edilmiştir. Az önce maddeye ve enerjiye etki edemeyeceklerini söylemiştik. Ancak bu, sanal parçacıkların tüm etkilerinin toplamıdır. Sanal zerrecik çiftlerinin tek halleri (anit sanal parçacık etkilemediği halde) madde ve enerjiye etkileyebilir. Ancak sanal parçacıkların sistemin toplamına etkisi sıfırdır. Sanal parçacıkların etkileri çok çeşitli fiziksel araştırmalarda tespit edilmiştir. Coulomb kuvveti, dipollar arası manyetik gücünün elektromanyetik induksiyası, zayıf nükleer kuvvet, kuarklar arası güçlü nükleer kuvvet, fotonların spontan şüalanması, vakum polarizasiyası, Casimir etkisi, atom seviyesindeki Lamb kayması, Hawking radyasyonu gibi sayısız olguda sanal parçacıkların etkisi belirlenebilir bilinir,ancak doğru yere bakmayı bilirseniz, etkilerini müşahide edebilirsiniz. Hatta günümüzde bu, sanal parçacıkların büyük ihtimalle evrenin her noktasında her an meydana geldiğini ve sonra hemen yok olduklarını doğruluyor.

Peki bunun evrenin var oluşuyla alakası nedir? Bu çok geniş bir konudur ve bu konuda bir çok kitap yazıldı, yazılıyor ve yazılacak. Ancak çok kısa bir düşünce zinciri bizi bu noktaya getiriyor: evrendeki tüm maddenin ve enerjinin tüm enerjisi toplamda sıfırdır. Birçok ayrı bilim insanının (Stephen Hawking, Laurence M. Krauss ve Michio Kaku gibi) analizleri bunu gösteriyor. Eğer enerji toplamda sıfırdırsa evren hiçlikten var olabilen kuantum dalğalanmanın bir ürünü olabilir! Yani şu anda büyük bir sanal parçacık içerisinde yaşıyor olabilir miyiz? Ancak sanal parçacık çiftlerinin çok kısa bir süre için var olabildiğini, sonrasa yok olmak zorunda olduğunu söylemiştik. Bu nasıl olacak?

Sorunun cevabı Büyük Patlama Teorisi ve alt başlıklarında gizlidir. Modern fiziğin oybirliğiyle anlaştığı en temel noktalardan biri Büyük Patlama'nın bir noktada, müthiş küçük bir hacimde ve bir anda gerçekleştiği ve sonra müthiş hızlı bir genişleme (enflasyon) dönemine girildiği. Bugün kozmik mikrodalga arka plan şüalanması ve yerçekimi dalgaları gibi bulgular bu görüşleri doğruluyor. Bir başka önemli nokta da bu genişlemenin başlaması için çok çok küçük bir miktar enerjinin yeterli olduğudur. Tıpkı bir orman yangını gibi ufacık bir "enerji" her şeyi başlatabilir. Çünkü başlangıç ​​çok küçüktür ve sonra var olan her şeyin tüm enerjisinin toplam sıfırdır. Kuantum dalgalanması Kainat içinde de, büyük ihtimalle Evrenin oluşumundan önce de, sürekli yaşanan bir olay olabilir. Bir başka deyişle, tıpkı evrenimizde içerisinde var olduğu gibi, hiçlik içerisinde de kuantum dalgalanma durmadan iş başında olabilir. Bunların enerji dengesi ve özellikleri her seferinde birbirinden farklıdır ve o kadar çok sayıda meydana gelir ki, içlerinden biri, doğru şartlarda meydana gelirse, Evrenin başlangıcını tetikleyecek genişlemeyi yaratabilir!

Bunun mümkün olabileceğini de, yukarıda verdiğimiz xeberdeki araştırmacılar matematiksel olarak göstermiş oldular: Wheeler-DeWitt Tenliklerinin özel bir alt küme çözümü ... Bu denklem modern fiziğin iki temel teorisi olan kuantum mexanikasıi ile Genel Görecelik teorisini birbirine bağlamaya çalışan bir tenlikdir. Eğer bu bacarılsa Kuantum Yerçekimi teorisi inşa edilebilecek. Denklemin kendisinin sorunları vardır (zaman sorunu gibi), ancak yine de önemli bir matematiksel ifade olarak görülmekte ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Çünkü işe yarıyor.

Kuantum dalgalanma sonucu hiçlikten oluşan varlık Science dergisinde yayımlanan makaleye göre, evrenin herhangi bir resim modelinde meydana gelebiliyor. Matematiksel olarak yapılan bu ispattan önce evrenin sadece dümdüz olması halinde kuantum dalğalanmanın hiçlikten bir evren yaratabileceği, çünkü ancak o zaman sanal parçacıkların tüm etkisinin toplamının sıfır olabileceği düşünülüyordu. Ancak yapılan inceleme evrenin şekli ne olursa olsun (açık, kapalı veya düz), kuantum dalğalanmanın hiçlik içerisinden enerjisi toplamı sıfır olan bir varlığı kendiliğinden ve durduk yerde yaratabileceğini onaylamış olur.

Buna kesin bir şey gözüyle bakmak çok doğru olmaz, halen onaylanması, tekrarlanması ve gözlenebilen delillerle desteklenmesi gerekir. Bunları elde etmek için çok bir gözlem gerekebilir. Fakat muhtemelen, bu hesap doğruysa ve deneysel olarak gösterilse, evrenin nasıl var olduğunun soruyu tamamen çözülmüş olabilir. En azından o yöne doğru büyük bir adım atmış olabiliriz. Hatta bu keşfin "Evrenin dışında ne var?" sorusuna da yanıt vermesi mümkündür: kuantum dalgalanmaları ile örülmüş dev bir hiçlik. Bunun içerisinde çok sayıda var olmuş ve var olan evren ... Bizim evrenimiz hiçlik içerisinde sürekli yanıp sönen noktacıklar gibi olan kuantum dalgalanmalarının içinde var olabilmiş basit bir genişletme olabilir. Ancak o zaman neden bu kadar karmaşık ve girift bir içeriğe sahip? Madde ile anti birbirinden nasıl ayrıldı? Bu ve bunun gibi sorularla bu alandaki bulgular bilim camiası tarafından heyecanla, merakla ve aynı derecede şüpheyle karşılanıyor.

Son olarak ... Bu bulgu ve evrenin olabilecek bu modeli aslında bizim "yok olduğumuz" anlamına gelir? Hayır, bu s bir açıklama olurdu. Çünkü biz maddeden oluşan varlıklar olarak ne isek oyuk. Yani evrenin tüm enerjisinin sıfır olması veya hiçlikten var olduğumuz gerçeği bizim "hiç" olduğumuz anlamına gelmiyor. Çünkü nasıl var olduğumuzu keşif yapmamız var olduğumuz gerçeğini değiştirebilen bir keşif değil. Biz evrenin olumlu madde-enerji tarafında bulunan strukturlarıq. Bunu hiçbir bulgu değiştirmeyecektir. Ancak bu keşif bizim varlığımızın "dev" bir hiçlik içerisinde olduğunu tastik edebilir. Bunun sonucunda hiçlik içerisinde sonsuz sayıda evrenler oluşabileceği görüşüne de kapı aralanmış olur. Zaten çoklu evrenler dair bulguların ve bilgilerimizin giderek arttığı günümüzde bunu keşfetmek de büyük bir adım olacaktır.