Hiçbir şey yoktan var olmuyor. Bir şeyin var olması için mevcut bir malzeme veya bir bileşenin olması gerekir ve bunların mevcut olması için mevcut başka bir şeyin olması gerekir. Büyük Patlamayı yaratan malzeme nereden geldi ve bu malzemeyi yaratmak için ilk anda ne oldu? 

Son yıldız yavaş yavaş soğuyacak ve kaybolacak. Onun geçmesiyle evren bir kez daha boşluk olacak, ışıksız, hayatsız ve anlamsız olacak. Bu son yıldızın sönmesi, yalnızca sonsuz uzun, karanlık bir çağın başlangıcı olacak. Tüm madde, eninde sonunda, en sönük ışık parıltılarına dönüşecek olan canavarca kara delikler tarafından tüketilecek.

Uzay, o loş ışık bile etkileşime giremeyecek kadar yayılana kadar dışarıya doğru genişleyecek. Faaliyet duracaktır. Yoksa olacak mı? Garip bir şekilde, bazı kozmologlar, uzak geleceğimizde yer alacağı düşünüldüğü gibi önceki, soğuk, karanlık, boş bir evrenin, kendi Büyük Patlamamızın kaynağı olabileceğine inanıyorlar.

İlk konu

Ama buna geçmeden önce, maddenin ilk olarak nasıl ortaya çıktığına bir göz atalım. Atomlardan veya moleküllerden oluşan kararlı maddenin kökenlerini açıklamayı amaçlıyorsak, Büyük Patlamada ve ondan sonraki yüzbinlerce yıl boyunca kesinlikle bunların hiçbiri yoktu.

Aslında, karmaşık maddenin kararlı olması için koşullar yeterince soğuduktan sonra daha basit parçacıklardan ilk atomların nasıl oluştuğunu ve bu atomların daha sonra yıldızların içindeki ağır elementlere nasıl kaynaştığını oldukça ayrıntılı bir şekilde biliyoruz.

Ancak bu anlayış, bir şeyin yoktan var olup olmadığı sorusuna cevap vermiyor.  Öyleyse daha geriye gidelim. Her türden ilk uzun ömürlü madde parçacıklarını, birlikte atom çekirdeğini oluşturan protonlar ve nötronlardır. Bunlar, Büyük Patlamadan saniyenin on binde biri civarında ortaya çıkmıştır.

Bu noktadan önce, kelimenin tanıdık anlamında gerçekten hiçbir materyal yoktur. Ancak fizik bilimi, zaman çizelgesini geriye doğru, herhangi bir kararlı maddeden önce gelen fiziksel süreçlere kadar takip etmeye devam etmemizi sağlar. Bu bizi sözde “büyük birleşik çağa” götürür.

Şimdiye kadar, deneylerimizde o sırada devam eden süreçleri araştırmak için yeterli enerji üretemediğimiz için spekülatif fizik alanına girmiş bulunuyoruz. Ancak makul olan hipotez, fiziksel dünyanın, proton ve nötronların yapı taşları olan kuarklar da dahil olmak üzere, kısa ömürlü temel parçacıklardan oluşan bir çorbadan oluştuğudur.

Başlangıçta hem madde hem de “antimadde” kabaca eşit miktarlarda vardı: kuark gibi her tür madde parçacığının, kendisiyle neredeyse aynı olan, yalnızca bir açıdan farklılık gösteren bir antimadde “ayna görüntüsü” yoldaşı vardır. Ancak madde ve antimadde bir araya geldiklerinde bir enerji patlamasında yok olurlar.

Yani bu parçacıklar sürekli olarak yaratılıp yok edilirler. Fakat bu parçacıklar ilk etapta nasıl var oldular? Kuantum alan teorisi bize, sözde boş uzay-zamana tekabül eden bir boşluğun bile, enerji dalgalanmaları şeklinde fiziksel aktiviteyle dolu olduğunu söylüyor. Bu dalgalanmalar, ancak kısa bir süre sonra ortadan kaybolmak üzere dışarı fırlayan parçacıklara yol açabiliyor.

Bu gerçek fizikten ziyade matematiksel bir tuhaflık gibi gelebilir, fakat bu tür parçacıklar sayısız deneyde tespit edilmiştir. Uzay-zaman vakum durumu, görünüşe göre “hiç yoktan” sürekli olarak yaratılan ve yok edilen parçacıklarla kaynamaktadır. Ama belki de tüm bunlar bize kuantum boşluğunun (adına rağmen) bir hiçten bir çok şey olduğunu söylüyor.

Diyelim ki, uzay-zamanın kendisi nereden ortaya çıktı? O zaman saati daha da geriye, gerçekten eski “Planck çağına” (evren tarihinin çok erken bir döneminde, en iyi fizik teorilerimizin çöktüğü bir döneme) çevirmeye devam edelim. Bu çağ, Büyük Patlamadan sonra saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinin sadece on milyonda biri kadar bir zamanda gerçekleşti.

Bu noktada, uzay ve zamanın kendileri kuantum dalgalanmalarına maruz kaldı.  Fizikçiler normalde parçacıkların mikro dünyasını yöneten kuantum mekaniği ve büyük, kozmik ölçeklerde geçerli olan genel görelilik ile ayrı ayrı çalışırlar. Ancak Planck dönemini gerçekten anlamak için, ikisini birleştiren eksiksiz bir kuantum kütle çekimi teorisine ihtiyaç duyuyoruz.

Hala mükemmel bir kuantum çekim teorisine sahip değiliz, ancak sicim teorisi ve döngüsel kuantum kütle çekimi gibi girişimler vardır. Bu girişimlerde, uzay ve zaman, sıradan, derin bir okyanusun yüzeyindeki dalgalar gibi ortaya çıkar. Uzay ve zaman olarak deneyimlediğimiz şeyler, daha derin, mikroskobik düzeyde işleyen kuantum süreçlerin ürünüdür.

Bunlar, köklerini makro dünyaya salmış bulunan yaratıklar olarak bize pek mantıklı gelmeyen süreçlerdir. Planck çağında, uzay ve zaman hakkındaki olağan anlayışımız bozulur, dolayısıyla artık sıradan neden-sonuç ilişkili anlayışımıza da güvenemeyiz. Buna rağmen, tüm aday kuantum kütle çekim teorileri, Planck çağında devam etmekte olan fiziksel bir şeyi tanımlar.

Ama bu nereden gelmektedir? Nedensellik artık herhangi bir olağan biçimde geçerli olmasa bile, Planck dönemi evreninin bir bileşenini bir başkasıyla açıklamak yine de mümkün olabilir. Ne yazık ki, şimdiye kadarki en iyi fizik kuramımız bile tümüyle cevap veremez.

“Her şeyin teorisi” ne doğru daha fazla ilerleme kaydetmedikçe, kesin bir cevap veremeyiz. Bu aşamada güvenle söyleyebileceğimiz en fazla şey, fiziğin şu ana kadar hiçbir şeyden ortaya çıkan bir şeyin doğrulanmış örneğini bulamamış olmasıdır.

Neredeyse sıfırdan döngüler

Bir şeyin yoktan nasıl ortaya çıkabileceği sorusuna gerçekten cevap verebilmek için, Planck çağının başlangıcında tüm evrenin kuantum durumunu açıklamamız gerekir. Bunu yapmaya yönelik tüm girişimler son derece spekülatiftir. Bazıları bir tasarımcı gibi doğaüstü güçlere sığınır.

Ancak diğer aday açıklamalar, sonsuz sayıda paralel evren içeren bir çoklu evren veya yeniden doğan evrenin döngüsel modelleri gibi fiziğin alanı içinde kalır. 2020’nin Nobel Ödüllü fizikçisi Roger Penrose, “konformal döngüsel kozmoloji” olarak adlandırılan döngüsel bir evren için ilgi çekici ancak tartışmalı bir model önerdi.

Penrose, evrenin çok sıcak, yoğun, küçük bir durumu ile (Büyük Patlamada olduğu gibi) uzak gelecekte olacağı hali arasında ilginç bir matematiksel bağlantı kurdu. Bu görüşe göre, Büyük Patlama neredeyse hiçlikten doğar. Bir evrendeki tüm madde kara deliklere dönüştüğünde, bunlar da kaynayarak fotonlara dönüşerek bir boşlukta kaybolduğunda geriye kalan budur.

Böylece tüm evren, başka bir fiziksel perspektiften bakıldığında, hiçliğe ulaşılabilecek en yakın olan bir şeyden doğar. Ama bu hiçbir şey hala bir tür bir şey değilse de ne kadar boş olursa olsun, yine de fiziksel bir evrendir. Aynı durum nasıl olur da bir bakış açısına göre soğuk, boş bir evren ve diğerinden bakıldığında sıcak, yoğun bir evren olabilir?

Cevap, aslında bir nesnenin boyutunu değiştiren, ancak şeklini değiştirmeden bırakan geometrik bir dönüşüm olan “uyumsal yeniden ölçeklendirme” adı verilen karmaşık matematiksel bir prosedürde yatmaktadır. Penrose, soğuk yoğun durum ve sıcak yoğun durumun, boyutlarına göre olmasa da, uzay-zamanlarının şekillerine göre eşleşecek şekilde yeniden ölçeklendirme yoluyla nasıl ilişkilendirilebileceğini göstermiştir.

Kuşkusuz, farklı boyutlara sahip olduklarında iki nesnenin bu şekilde nasıl aynı olabildiğini kavramak zordur. Ancak Penrose, boyutun bir kavram olarak böyle aşırı fiziksel ortamlarda bir anlam ifade etmediğini savunur. Uyumlu döngüsel kozmolojide, açıklamanın yönü yaşlı ve soğuktan genç ve sıcağa doğru gider: Sıcak yoğun durum, soğuk boş durum nedeniyle vardır. 

Belki de sıcak yoğun durumun soğuk, boş durumdan ortaya çıktığını, veya bu durumda gerçekleştiğini söylemeliyiz. Bunlar, bilim felsefecileri tarafından özellikle sıradan neden ve sonucun bozulduğu kuantum fiziği bağlamında kapsamlı bir şekilde araştırılan belirgin metafizik fikirlerdir. Bilgimizin sınırlarında, fizik ve felsefeyi birbirinden ayırmak zorlaşır.

Deneysel kanıt?

Konformal döngüsel kozmoloji, Büyük Patlamanın nereden geldiği sorusuna spekülatif de olsa bazı ayrıntılı cevaplar sunmaktadır. Penrose’un vizyonu, kozmolojinin gelecekteki ilerlemesiyle doğrulansa bile, daha derin bir felsefi soruya yanıtı olmadığını düşünebiliriz. Fiziksel gerçekliğin kendisinin nereden geldiği sorusu. Tüm döngü sistemi nasıl ortaya çıktı?

Sonra nihayetinde, metafiziğin en büyük sorularından biri olan, neden hiçbir şey değil de bir şey olduğu şeklindeki saf soruyla karşılaşırız. Ancak buradaki odak noktamız, fizik alanı içinde kalan açıklamalardır. Döngülerin nasıl başladığına ilişkin daha derin soru için üç geniş seçenek vardır.

1) Bunun fiziksel bir açıklaması olamaz. 2) Her biri kendi başına bir evren olan ve her evrenin ilk kuantum durumunun daha önce evrenin bir özelliği tarafından açıklanan sonsuz tekrar eden döngüler. 3) Tek bir döngü ve tekrar eden tek bir evren ve bu döngünün başlangıcı kendi sonunun bir özelliği ile açıklanabilir.

Penrose, kısmen kendi tercih ettiği kuantum teorisi yorumuyla bağlantılı nedenlerle bir dizi sonsuz yeni döngü tasavvur ediyordu.  Kuantum mekaniğinde, fiziksel bir sistem aynı anda birçok farklı durumun süperpozisyonunda bulunur ve ölçtüğümüzde rastgele yalnızca birini seçer.

Penrose için her döngü, farklı bir şekilde ortaya çıkan rastgele kuantum olayları içerir. Yani her döngü, kendisinden önceki ve sonrakilerden farklı olacaktır. Bu aslında deneysel fizikçiler için iyi bir haberdir.

Çünkü Planck uydusu tarafından görülen Büyük Patlamadan kalan radyasyondaki zayıf izler veya anormallikler evrenimizin ortaya çıkmasına neden olan eski evreni bir an için görmemize izin verebilir. Penrose, Planck verilerindeki kalıpları önceki evrendeki süper kütleli karadeliklerden gelen radyasyona bağlayarak, bu izleri zaten tespit etmiş olabileceklerine inanıyorlar.

Sonsuz yeni döngüler, Penrose’un kendi vizyonunun anahtarıdır. Ancak, uyumlu döngüsel kozmolojiyi çok döngüden tek döngü biçimine dönüştürmenin doğal bir yolu vardır. O zaman fiziksel gerçeklik, Büyük Patlama boyunca uzak gelecekte maksimum derecede boş bir durum tek bir döngüden oluşur ve sonra tekrar aynı Büyük Patlamaya dönerek aynı evreni yeniden yaratır.

Bu son olasılık, kuantum mekaniğinin birçok dünya yorumu olarak adlandırılan başka bir yorumuyla tutarlıdır. Çoklu dünya yorumu bize, süperpozisyonda olan bir sistemi her ölçtüğümüzde, bu ölçümün rastgele bir durum seçmediğini söyler. Bunun yerine, gördüğümüz ölçüm sonucu yalnızca kendi evrenimizde geçerli olan bir olasılıktır.

Diğer ölçüm sonuçlarının tümü, diğer evrenlerde birden çok evrende ortaya çıkar ve etkili bir şekilde bizimkinden ayrılır. Yani bir şeyin olma şansı ne kadar küçük olursa olsun, sıfırdan farklı bir şansı varsa, o zaman kuantum paralel bir dünyada gerçekleşir.

Bazı araştırmacılar, bizimkiyle çarpışan başka bir evrenin neden olduğu izleri taşıyan, bu tür paralel evrenlerin kozmolojik verilerde de gözlenebilir olabileceğine inanıyor.  Çok-dünyalı kuantum teorisi, uyumlu döngüsel kozmolojiye yeni bir yön veriyor. Büyük Patlama, hepsi bir arada meydana gelen sonsuz sayıda farklı evreni içeren tek bir kuantum çoklu evrenin yeniden doğuşu olabilir.