Yazan: Gail McCormick
Çeviren: Ümit Sözbilir
Düzenleyen: Çağla Ayaz
Özet: Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramını kullanan yeni bir çalışma, evrenimizin büyük ölçekli yapısı hakkındaki iki ana gizemi açıklıyor.
Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramı (Loop Quantum Cosmology, LQC), küçük ezelî özelliklerin evrenin en büyük ölçeklerindeki aykırılıkları nasıl açıklayabileceğini açıklar.
Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı, çok çeşitli büyüleyici astrofizik ve kozmolojik olguyu açıklayabilse de evrenin en büyük ölçekteki özelliklerinin bazı yönleri hâlâ gizemini koruyor. Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramını kullanan yeni bir çalışma -kütle çekimi fiziğini Einstein’ın Genel Görelilik Kuramının ötesine genişletmek için kuantum mekaniğini kullanan bir kuram- iki büyük gizemi açıklıyor. Kuramlardaki farklılıklar en küçük ölçeklerde ortaya çıkarken -bir protondan bile daha küçük- evrendeki en geniş erişilebilir ölçeklerde de sonuçlar üretiyor. 29 Temmuz 2020’de Physical Review Letters dergisinde çevrim içi olarak yayımlanan çalışma, gelecekteki uydu görevlerinin sınanabileceği evren hakkında yeni tahminler de sunuyor.
Evrene uzaktan bir bakış atmak istediğimizde elimizdeki resim oldukça düzgün görünse de büyük ölçekli bir yapıya sahiptir. Bunun sebebi gök adalar ve karanlık maddenin evren boyunca eşit olarak dağılmamasıdır. Günümüzde hâlâ görebildiğimiz bu yapının kökeni evren 380 bin yaşındayken yayılan, Kozmik Mikrodalga Arka Planında (CMB) gözlenen küçük türdeşsizliklere kadar uzanmaktadır. Ancak CMB’nin kendisi, bilinen fizik kullanılarak açıklanması zor olduğu için aykırılık olarak kabul edilen üç şaşırtıcı özelliğe sahiptir.
“Bu aykırılıklardan birini görmek istatistiksel olarak dikkat çekici olmayabilirken iki veya daha fazlasını birlikte görmek olağanüstü bir evrende yaşadığımızı gösterir.” diyor Penn State’te astronomi ve astrofizik doçenti ve bu makalenin yazarlarından biri olan Donghui Jeong. “Nature Astronomy dergisinde yakın zamanda yapılan bir çalışmada, bu aykırılıklardan biri için çok fazla endişe uyandıran bir açıklama ileri sürüldü ve ‘kozmolojide olası bir kriz’e dikkat çekildi. Bununla birlikte, Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramını kullanarak bu aykırılıklardan ikisini doğal olarak çözdük ve olası krizden kaçındık.”
Son otuz yıldaki araştırmalar, CMB’deki türdeşsizliklerin ilk başta nasıl üretildiği gibi tartışmalara yanıtlar arayarak erken evren anlayışımızı büyük ölçüde geliştirmiştir. Bu homojen olmayanlıklar erken evrendeki kaçınılmaz kuantum dalgalanmalarının bir sonucudur. “Enflasyon” olarak bilinen çok erken dönemlerde yüksek hızda gerçekleşen bir genişleme aşamasında, bu ilkel küçük dalgalanmalar kütle çekimi etkisi altında gerilmiş ve CMB’de gözlemlenen homojen olmayanlıkları tohumlamıştır.
“Ezelî tohumların nasıl ortaya çıktığını anlamak için Einstein’ın Genel Görelilik Kuramının çöktüğü erken evrene daha yakından bakmamız gerekiyor.” dedi Evan Pugh Fizik Profesörü, Eberly Fizik Aile Kürsüsü sahibi ve Penn State Kütle Çekimi ve Kozmos Enstitüsü müdürü Abhay Ashtekar. “Genel göreliliğe dayanan standart enflasyonist örnek, uzay zamanını pürüzsüz bir süreklilik olarak ele alıyor. İki boyutlu bir yüzey gibi görünen bir gömlek düşünün ancak daha yakından incelendiğinde, yoğun paketlenmiş tek boyutlu ipliklerle dokunmuş olduğunu görebilirsiniz. Bu şekilde, uzay zamanının kumaşı gerçekten kuantum iplikleri ile dokunur. Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramı bu iplikleri hesaba katarak, Einstein’ın fiziğinin yıkıldığı genel görelilik tarafından tanımlanan sürekliliğin ötesine -örneğin, Büyük Patlamanın ötesine- geçmemizi sağlar.”
Araştırmacıların erken evrenle ilgili daha önce yaptıkları araştırmayla, evrenin hiçbir şeyden çıkmadığını ileri süren Büyük Patlama tekilliği fikrinin yerini; halen genişlemekte olan evrenin, evren önceki evresinde daraldığında oluşturulan süper sıkıştırılmış bir kütleden ortaya çıktını savunan Büyük Sıçrama fikri aldı. Evrenin genel görelilik ile açıklanan tüm büyük ölçekli yapılarının Büyük Sıçrama ardından Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramı denklemleri kullanılarak aynı şeklide enflasyonla da açıklanabildiği bulundu.
Yeni çalışmada araştırmacılar, Döngü Kuantum Kütle Çekimi Kuramı altındaki enflasyonun genel görelilik altında ortaya çıkan iki ana aykırılığı da çözdüğünü belirlediler.
“Bahsettiğimiz ilkel dalgalanmalar inanılmaz derecede küçük Planck ölçeğinde gerçekleşiyor.” dedi araştırma sırasında Penn State Üniversitesinde doktora sonrası araştırmacı olan ve şu anda Austin’deki Texas Üniversitesi Texas Advanced Computing Center’da görev alan Brajesh Gupt. “Bir Planck uzunluğu, bir proton yarıçapından yaklaşık 20 kat daha küçüktür. Ancak bu hayal edilemeyecek kadar küçük ölçekteki enflasyon düzeltmeleri aynı anda evrendeki en büyük ölçeklerdeki iki aykırılığı, çok küçük ve çok büyük olanların kozmik tangosunda açıklıyor.”
Araştırmacılar ayrıca erken evren hakkındaki anlayışımızı geliştirmeye devam edecek olan LiteBird ve Cosmic Origins Explorer dâhil olmak üzere gelecekteki uydu görevleri sırasında sınanabilecek temel bir kozmolojik değişken ve ilkel kütle çekimi dalgaları hakkında yeni tahminler yaptılar.
