• Ünlü fizikçi Stephen Hawking, son 20 yılında temel olarak evrendeki fizik kurallarının nasıl olup da hayatın gelişmesine bu kadar uygun olduğu konusuna kafa yoruyordu. Hawking’in bulduğu cevapları yakın çalışma arkadaşı Thomas Hertog anlattı.

2018 yılında hayata gözlerini yuman ünlü fizikçi Stephen Hawking, uzun bir süreden beri kendisini evren ile yaşamın ilişkisini çözme iddiasında olan bir çalışmaya adamıştı. Hawking’le bu dönemde birlikte çalışan Belçikalı kozmolojist Thomas Hertog, Hawking’in bu çalışmasının kapsamı ve ulaştıkları sonuçlar hakkındaki bilgileri New Scientist dergisine yazdı.

Hertog henüz bir öğrenciyken Hawking’le bir araya gelmiş ve evrenin nasıl olup da yaşam için bu kadar mükemmel koşullara sahip olduğu konusunda tartışmışlardı.

Evren yaşam için dizayn edilmiş olabilir mi?

Hertog’un anlatımlarına göre 1998 yılının Haziran ayında Stephen Hawking, evrenin dizayn edilmiş gibi durduğunu söyledi. Hawking’e göre evren çok farklı şekillerde ve farklı fizik kurallarına göre var olmak yerine hayata ev sahipliği yapmak için mükemmel koşullara sahip olacak şekilde var olmuştu.

Evrenin hayata uyumluluğu fizik kurallarının bir sonucu. Bu fizik kurallarıyla çok ufak ölçeklerde bile oynanması dahi bildiğimiz şekliyle hayatı tamamen imkansız kılıyor. Hertog bu noktada Higgs bozonunu örnek veriyor.

Higgs bozonu toplam 133 proton büyüklüğünde. Bu kulağa büyük bir parçacık gibi gelse de bilim insanlarının bir nesnenin kütle sahibi olması için kıstas aldığı kütle oranından 100 milyon çarpı milyar kere daha küçük. Bu bozon maddenin diğer parçalarıyla etkileşime girererek onları bir kütle içinde tutuyor. Higgs bozonu bu kadar küçük bir kütleye sahip olmasaydı hayatın temel taşları olan DNA, proteinler ve hücreler hiçbir şekilde bir arada duramaz, bir kütle sahibi olamaz ve yerçekiminin ağırlığı alında ezilirlerdi.

Evrenin genişlemesi de hayat için önemli. 1998 yılında evrenin genişlemesinin 5 milyar yıldır hızlanarak devam ettiği keşfedildi. Eğer evrenin genişlemesinin temel faktörü olan vakum enerjisi biraz daha fazla olsaydı evrendeki maddeler çok daha erken dönemde hızla yayılmaya başlayacak ve bu nedenle yıldızlar ve gezegenlerin oluşumu için gerekli madde birikmesi meydana gelmeyecekti.

Çoklu evren teorisi ve Büyük Patlama

Bilim insanları tabii bu meseleye ilahi bir gücün bunu gerçekleştirdiği şeklinde bakmıyorlar. Birçok bilim insanı evrenin bu niteliklerini başka bir seçim şansı, başka türlü bir oluş seçeneğinin bulunmamasına bağlıyor.

21’inci yüzyıla girişimizde ise bu düşünceler kozmolojistlerin yeni çalışmalarıyla biraz farklı bir mecraya gitti. Büyük Patlamanın hemen ardından yaşananlar konusunda çalışmalar yürüten bilim insanları günümüz evreninde geçerli olan fizik kurallarının ilk anda yaşanan bir dizi rastgele dönüşümler sonucu oluştuğunu hesapladı. Kozmolojistler buradan hareketle her biri kendi Büyük Patlaması sonucunda oluşan birçok evren bulunabileceğini ve bizim evrenimizden çok daha farklı fizik kurallarına sahip olabileceğini düşünmeye başladı.

Hawking, çoklu evren teorisini kısmen benimsiyor ama bunun evrenimizle ilgili soruları açıklama konusunda bir anlamı olmadığını düşünüyordu. Hertog ile oturup bu konuyu nasıl daha iyi ele alabileceklerini düşünmeye başladılar. Metot olarak da “Tanrının gözü” dedikleri bir yaklaşımı seçtiler.

“Tanrının gözü” yaklaşımı teolojik bir deyim değil. Bilim insanları bu deyimi, evrenin dışında, tepesinde duran birinin evreni gözlemlemesi olarak ifadelendiriyor.

Varyasyon ve seçim etkileşimi

Hawking ve Hertog, erken dönem evrende, Dünyadaki doğal seleksiyona benzer bir işlem olduğunu düşündü. Bu düzene göre varyasyon, yani çeşitlilik ile seçimin karşılıklı bir etkileşimi söz konusuydu. Bu etkileşimde kuantum sıçramaları küçük sapmalara ve nadiren de büyük sapmalara neden oldu. Bunun sonucunda ise evreni oluşturan fizik kuralları ortaya çıktı.

Kuantum sıçramaları, kuantum sistemlerindeki enerji seviyeleri arasındaki ani geçişlerin tanımlanması için kullanılır.

Atomlar ve moleküller, belirli enerji seviyelerine sahip olabilir ve bu enerji seviyeleri kuantize edilmiştir, yani belirli enerji değerlerine sahip olabilecekleri anlamına gelir. Kuantum sıçraması, bir elektronun bir enerji seviyesinden diğerine "sıçradığı" ve bu süreçte enerjiyi emerek ya da enerjiyi yayarak geçtiği bir süreçtir. Bu enerji değişimi genellikle fotonlar aracılığıyla gerçekleşir. Eğer elektron daha yüksek enerji seviyesine sıçrarsa, enerji absorbe edilir; eğer daha düşük enerji seviyesine sıçrarsa, enerji salınır.

Varyasyon ve seçim arasındaki bu ilişki Büyük Patlamadan sonra maddenin ve kütlenin gelişimini belirlemiş ve milyarlarca yıl sonra yaşamın gelişmesini sağlamıştır. Hawking’e göre yaşam da evrenin bu bol varyasyona dayanan karakteriyle işe başlamış ve etkili bir form alana kadar evrimleşmiştir.

Yardıma Holografi yetişti

Hawking ve Hertog bu düşüncelerini matematiksel güçlü bir temele oturtma konusunda sıkıntı yaşıyordu. Ancak yardımlarına o dönem fizik ve kozmolojide yaşanan bir başka devrim yetişti: Holografi.

Normal bir hologram üç boyutlu bir nesnenin tüm verilerinin iki boyutlu bir yüzeye yerleştirilmesiyle oluşuyor. Bir başka deyişle üç boyutluluk özelliği iki boyutlu yüzeye baktığımız zaman ortaya çıkar.

Bu konudaki ilk çalışmalar 1970lerde Stephen Hawking ve ayrı bir çalışmada Jacob Bekenstein tarafından gerçekleştirilmişti. Bu dönemdeki çalışmalar bir karadeliğin içindeki verilerin olay ufkunda gözlemlenebileceğini göstermişti.

1997 yılında ise fizikçi Juan Maldacena daha da ileri giderek tüm evrenin bir hologram gibi olabileceğini öne sürdü. Maldacena çalışmasında bir yüzey üzerinde kuantum dolaşıklılığına sahip parçacıkların kendisinden daha üst boyutlara ve yerçekimine sahip bir evrenin tüm bilgilerini içerebildiğini gösterdi. Bu gelişme fizik dünyasının bir numaralı gündemi oldu. Birçok fizikçi sonunda Albert Einstein’ın İzafiyet Teorisi, yerçekimi teorisiyle kuantum teorisini buluşturabilecek bir fikrin doğduğunu düşünüyordu.

İlk başta, holografik teori tarafından üretilen evren türleri, içinde yaşadığımız genişleyen evrene hiç benzemiyordu. Ancak, 2011 yılı civarında başlayarak, Stephen ve Hertog, bir hologram olarak kozmos fikrini, bizim gibi genişleyen bir evrenin en erken aşamalarını tanımlamak için nasıl uygulayacağını buldu.

Zaman holografik olarak ortaya çıkar

Bu kozmolojik ortamda, holografik olarak ortaya çıkan şey zaman boyutudur. Tarih kendisi holografik olarak şifrelenmiştir. Holografik kozmolojide geçmiş, şimdiki zamana bağlıdır, tersi mümkün değildir. Kozmolojik hologramda geriye doğru ilerlemek, hologramın kodladığı bilgiden farklı ek bilgiyi bu düzlemin üzerine atmak gibi bir süreçtir. Bu da hologramı bulanıklaştıracaktır.

Holografi, sadece zamanın değil, evrenimizi şekillendiren fiziksel yasaların da büyük patlamaya dayandığını da öne sürmektedir. Bu, doğanın yasalarının bir şekilde değişmez olduğu eski Platoncu görüşten çok farklıdır. Stephen ve Hertog temel olanın yasaların kendisi değil, değişme kapasiteleri olduğunu savunur.

Bunların tümünün sonucu, kozmolojinin nihayet neyle ilgili olduğuna dair derin bir revizyondur. Neredeyse bir yüzyıldır, evrenin tarihini sabit doğa yasaları arka planına karşı incelemekteyiz. Ancak Stephen ve Hetrog tarafından geliştirilen kuantum bakış açısı, evrenin tarihini içinde ve en erken aşamalarında fiziksel yasaların soykütüğünü içeren bir şekilde okur.

Bu radikal bir fikir, ancak zamanla test edilebilir hale gelebileceği düşünülüyor.

Yeni umut yerçekimi dalgaları

Bu konuda Hertog’un en büyük umudu, yerçekimi dalgaları sayesinde evrenin geçmişine daha iyi bakabilme şansı. Evren hakkında bugüne kadarki teorilerimizi şekillendiren temel gözlem aracımız kozmik arkaplan radyasyonuydu. Büyük Patlamadan sonra dağılan ısıyla oluşan bu radyasyon sayesinde evrenin oluşum evresinde neler yaşandığını şekillendirebiliyoruz. Yerçekimi dalgaları konusundaki gelişmeler evrenin ve zamanın tarihi konusundaki teorilerimizi güçlendirebilir.

Holografi ile ilgili de birçok yeni gelişme yaşanıyor. Kuantum üzerine çalışan bilim insanları dolaşıklı küçük kuantum sistemleri yaratarak karadelikler ve evrenin gizemini çözebilecek simülasyonlar yürütüyor. Bu da

 

*****

Stephen Hawking: Uzayın ve zamanın modern kaşifi

8 Ocak 1942'de Oxford, İngiltere'de dünyaya gelen Hawking, yaşamı boyunca bilimin sınırlarını zorlayarak kara delikler, evrenin başlangıcı ve büyük patlama teorisi üzerine önemli çalışmalara imza atmıştır.

Hawking, eğitim hayatına Oxford Üniversitesi'nde başladı ve fizik alanında lisans derecesi aldı. Ardından, Cambridge Üniversitesi'nde kozmoloji üzerine doktora çalışmalarına başladı. Ne yazık ki, 1963'te Hawking'e ALS (Amiyotrofik Lateral Skleroz) teşhisi konuldu ve doktorlar ona sadece iki yıl yaşayabileceğini söyledi. Bu durum Hawking'in çalışmalarını yavaşlatmadı, o bunun yerine bilime olan tutkusunu daha da ateşleyerek devam etti.

Hawking'in en önemli keşiflerinden biri, kara deliklerin aslında tamamen siyah olmadığı ve radyasyon yayarak küçülebileceği teorisidir. Bu teoriye "Hawking Radyasyonu" adı verilmiştir ve kara deliklerin termodinamik özelliklerini anlamamıza yardımcı olmuştur.

Ayrıca, Hawking, Roger Penrose ile birlikte evrenin başlangıcının ve zamanın büyük patlamayla başladığını gösteren teoremler geliştirmiştir. Bu çalışmalar, modern kozmolojinin temellerini atarak evrenin doğası ve kökenine dair bilgilerimizi genişletmiştir.

Hawking, bilimsel başarılarının yanı sıra popüler kültürde de önemli bir figürdü. Çok sayıda kitap yazarak, bilimi halka daha erişilebilir kılmıştır. En ünlü eseri "Zamanın Kısa Tarihi" (1988), milyonlarca kopya satarak dünya çapında bir fenomen haline gelmiştir.

ALS hastalığına rağmen Hawking, yaşamı boyunca engelleri aşarak bilime katkıda bulunmayı sürdürdü. Teknolojik yardım ve sesli sentezleyici ile iletişim kurabilen Hawking, düşüncelerini paylaşmaya ve bilimsel topluluğa ilham vermeye devam etti.

14 Mart 2018'de 76 yaşında hayata veda eden Stephen Hawking, bilim dünyasında derin bir iz bıraktı.