Teorik fizik , gerçekliğin temel doğasının derinliklerine indikçe , bize bıraktığı sorularla boğuşmak zorunda kalıyoruz. Örneğin, bazı fizikçiler, evrenimizin yalnızca bir yanılsama olduğunu, daha düşük boyutlu bir ortamda meydana gelen kuantum makinelerinin bir ürünü olduğunu, başka bir deyişle bir hologram olduğunu iddia ediyor.
Ancak bu en son teorik kavrayışlar, gerçekliğin kendisine dair açıklamalar mı sunuyor yoksa çetrefilli sorunları çözmemize yardımcı olacak matematiksel araçlar olarak mı hizmet ediyor? En modern fiziksel teorilere gelince, hayal gücümüzün ürünü olan nedir ve evrenin ürünü olan nedir?
KARA DELİKLER YANIT OLABİLİR
Sorun, kozmosun rahatsız edici öcüleri olan kara deliklerle başladı. Yüzeyde kara delikler basittir; bir şeyler düşer ve asla dışarı çıkmaz. Bu şeyle ilgili tüm bilgiler, bir daha asla görülmemek üzere olay ufkunun arkasına kilitlenir. Ancak 1970’lerde ünlü astrofizikçi Stephen Hawking, kara deliklerin tamamen kara olmadığını fark etti. Biraz gri ve biraz sızdırıyorlar, çok az miktarda radyasyon yayıyorlar, bu da kara deliklerin yavaş yavaş ama kaçınılmaz olarak varoluştan tamamen buharlaşmasına neden oluyor.
Ancak bu radyasyon beraberinde hiçbir bilgi taşımaz ve bu da bir paradoksu ortaya çıkarır: bilgi girer ama dışarı çıkmaz ve sonra kara delik uzaklaşır. Peki tüm bilgilere ne oldu?
Bu bağlamda bilgi , kara deliğe düşen tüm parçacıkların tüm özelliklerinin listesi yani içine düşen orijinal nesneleri yeniden oluşturmak için ihtiyacınız olan her şeydir.
Hawking’in olağanüstü keşfini izleyen yıllarda büyük bir ipucu geldi. Bilgi miktarını ölçmenin bir yolu , bir sistemdeki düzensizlik miktarıyla gevşek bir şekilde ilişkili olan termodinamik bir kavram olan entropidir . Karadeliklerin şaşırtıcı bir özelliği vardır: entropileri hacimleriyle değil, yüzey alanlarıyla orantılıdır. Başka bir deyişle, bir kara deliğin içindeki bilgi miktarı onun üç boyutlu hacmiyle değil, iki boyutlu yüzeyiyle ilgilidir.
Entropi kavramı, bir sistemin düzenden düzensizliğe doğru hareket etme eğilimini tanımlar, çünkü düzensiz bir durumun var olmasının düzenli bir durumdan çok daha fazla yolu vardır. Örneğin , odanızı temizleyebilirsiniz ve o odanın temiz olmasının tek bir yolu vardır. Yine de, bir köşeye bir kir lekesi veya başıboş bir çorap eklemek gibi temiz olmamasının veya kaotik hale gelmemesinin sayısız yolu vardır. Yani zamanla, entropi artmalıdır. Bu sadece sizin odanız için değil, evrendeki her sistem için geçerli.
Bu, evrendeki diğer tüm nesnelerden hemen hemen farklıdır ve bu nedenle doğal olarak birçok fizikçi, Leonard Susskind gibi birinci sınıf fizikçilerin holografik ilkenin bu yeni diyarına hücum etmesiyle birdenbire kara deliklerle çok ilgilenmeye başladı . Adı holografinin kendisinden geliyor. Hiç gerçek hayatta bir hologram gördünüz mü ve görüntü size sıçramış gibi göründü mü? Bunun nedeni, hologramın tüm üç boyutlu bilgiyi iki boyutlu bir yüzeyde kodlamasıdır.
Bir kara delik, yerçekiminin ışığın bile kaçamayacağı kadar güçlü olduğu bir uzay-zaman bölgesidir. Güçlü yerçekimi, kara deliği çevreleyen malzemenin toplanma diskindeki ışığı saptırır. Bu sanatçının konseptinde hem diskin önü hem de kara deliğin arkasındaki kısım görülebiliyor. Getty Resimleri
Dolayısıyla, bilgilerinin iki boyutlu yüzeylerinde kodlanmış gibi göründüğü kara delikler hakkında komik bir şeyler var gibi görünüyor. Belki de aynı şey tüm evren için geçerlidir.
Bu fikir ilk göründüğü kadar çılgınca değil, çünkü aslında holografik prensibin işleyen bir örneğine sahip olabiliriz. AdS/CFT yazışmasının oldukça tuhaf adıyla bilinir ve 1997 yılında fizikçi Juan Maldacena tarafından geliştirilmiştir.
Anlamak için, bazı garip özelliklere sahip özel bir evren inşa edelim. Birincisi, bu evrenin beş uzamsal boyutu vardır. İkincisi, madde ve radyasyondan tamamen yoksun. Üçüncüsü, onu içe doğru büken kalıcı bir kozmolojik güç içerir. Bu tür bir uzay-zamana (beş-boyutlu) anti-de Sitter uzayı denir.
Şimdi, diyelim ki o evrende kuantum yerçekiminin nasıl çalıştığı gibi çok karmaşık bir sorunu çözmeye çalışıyorsunuz . Neredeyse bir asırdır kuantum yerçekimini çözmeye çalışıyoruz ve henüz herhangi bir cevaba sahip olmasak da, bir gün bizi bir tanesine götüreceğini umduğumuz bir takım araçlara sahibiz. Bu araçlar dizisi sicim teorisi olarak bilinir .
Kuantum yerçekimi, evrendeki atom altı parçacıklar gibi en küçük şeylere uygulanan bir yerçekimi anlayışıdır. Bu parçacıkların davranışını kuantum mekaniğini kullanarak anlayabiliriz, ancak yerçekimi, karadeliklerin içindeki gibi kuvvetlendiğinde teorilerimiz çöker. Kuantum yerçekimi, bu bozuk teorileri düzeltme girişimidir.
Kuantum alanları, tüm evreni emen varlıklardır. Alan parçalarına enerji verildiğinde, parçacıkların yaratılışını veya güç alışverişini görürüz.
Konformal alan teorisibazı özel matematiksel özelliklere sahip bir tür kuantum alan teorisidir. Bu tür teorilerin bazı yüksek enerji fiziği deneylerinde sınırlı uygulamaları vardır, ancak bunun dışında pek kullanışlı değildirler.
Maldacena, bu sorunu -bu garip evrende kuantum yerçekiminin nasıl çözüleceği sorunu- dört boyutlu sınırında yaşayan tamamen farklı bir soruna dönüştürebileceğinizi keşfetti. Bu dönüşümü yaptıktan sonra, yerçekiminin tamamı ortadan kalkar ve yerini konformal alan teorisi olarak bilinen özel bir tür kuantum teorisi alır (bu, yazışmanın CFT kısmıdır). Şimdiye kadar, kuantum alan teorisi problemlerini çözmede son derece ustalaştık ve bu tür matematik üzerinde çalışmak için iyi test edilmiş bir dizi araca sahibiz.
Ve burada işler gerçekten çılgına dönüyor. Bazı fizikçiler bu fikri geliştirdiler ve baş ağrısına neden olan yerçekimi problemlerini çözmek için basit bir araçtan yerçekiminin kendisini açıklamaya kadar genişlettiler . Bu uzay-zamanın sınırında yaşayan tüm alanların kuantum doğasının, içinde genel göreliliğin ortaya çıkmasına neden olduğu yazışmaları keşfettiklerini iddia ediyorlar. Genel görelilik, yerçekimini uzay ve zamandaki kıvrımlar ve kırışıklıklar olarak gördüğümüz yerçekimi kuvvetini tanımlamamızdır. Yani başka bir deyişle, holografik ilke bize evrenimizin sınırlarında yaşayan kuantum etkileşimlerinin kelimenin tam anlamıyla onun içinde uzay-zamanı tezahür ettirdiğini söylüyor olabilir .
Eğer bu doğruysa, o zaman yerçekimi yoluyla etkileşime giren ilginç ve eğlenceli nesnelerle dolu üç boyutlu bir evren olarak algıladığımız şey, aslında her şeyin ortaya çıktığı egzotik kuantum maskaralıklarıyla dolu iki boyutlu bir yüzeydir.
Bu doğrultuda onlarca yıllık çalışmalara rağmen, holografik ilkenin birkaç eksikliği var. Birincisi, onun teorik sevgilisi olan AdS/CFT yazışması, bu aşamada yalnızca gözlemlenen belirli matematiksel ilişkilere dayalı olarak neyin doğru olabileceğine dair bir varsayımdır; hiç kimse aslında yazışmanın doğru olduğunu kanıtlamadı. Artı, görsek bile yazışmaların anlattığı evren bizim yaşadığımız evrene hiç benzemiyor. Bizim evrenimiz beş değil üç uzaysal boyuta sahip ve onun da zamansal bir boyutu var. Boş değildir ve kendi içine kapanmaz, bunun yerine madde ve radyasyonla doludur ve şu anda hızlandırılmış bir genişleme aşamasından geçmektedir.. En önemlisi, evrenimizin iyi tanımlanmış bir sınırı yoktur, bu nedenle holografik ilkenin tüm varlık nedeni suda ölmüştür.
İkinci olarak, evrendeki gerçek yaşam problemlerine uygulanan fiziksel teorilerin büyük çoğunluğu kesinlikle uyumlu alan teorileri değildir , bu nedenle AdS/CFT yazışmasının faydası garanti edilmez (ancak bazı ilginç durumlarda işe koyulmuştur).
Kara delik bilgisinin doğası ne kadar merak uyandırıcı görünse de, hiç kimse gerçek evrende gerçek kara deliklere tam olarak ne olduğunu açıklamak için holografik ilkeyi başarıyla kullanamadı . Bahsetmiyorum bile, kara deliklerle ilgili tüm garip entropi olayı diğer nesneler için geçerli değil: örneğin, size bilgi doldurursam, entropi hacminizle orantılı olarak artar.
Ama hey, bu genç bir alan. Fizikçilerin ve kimyagerlerin sonunda atomların var olduğuna karar vermeleri bir asırdan fazla zaman aldı, bu yüzden gerçekliğe dair yepyeni içgörüler üzerinde hemen yargıya varmak biraz haksızlık olur . Ama ya en çılgın hayalleri gerçek olursa? Ya üç boyutlu evrenimizin fiziği ile sınırdaki fizik arasında yakın bir bağlantı bulsaydık?
Holografik teorinin çıkarımları en iyi ihtimalle belirsizdir. Bazı fizikçiler, gerçekliğimizin bir yanılsama olduğunu, uzay, zaman ve yerçekimi olarak algıladıklarımızın daha az boyutta var olan daha derin bir gerçekliğin tezahürleri olduğunu, evrenimizin kelimenin tam anlamıyla bir hologram olduğunu belirterek tüm yolu kat ettiler.
Ancak fiziksel teorilere matematiksel çözümler mutlaka gerçeği dikte etmez. Holografik ilkenin yararlı olduğu ortaya çıkarsa, o zaman evrenimizi anlamak için güçlü – ve hatta hayati – bir matematiksel araç keşfettiğimiz de aynı kolaylıkla iddia edilebilir. Ancak bu, matematiğin bize söylediklerinin gerçek olduğu anlamına gelmez.
Örneğin, fizikçiler problemleri çözmek için rutin olarak sayısız matematiksel oyun kullanırlar. Bazen problemler daha yüksek veya daha düşük boyutlara taşınır; bazen hayali sayılar alemine dönüşürler; bazen süreçleri zamanda ileri geri hareket ettiririz. Bu araçları oldukları gibi kabul ediyoruz: gerçekliğin temel bileşenlerinin yeni formülasyonları değil, zorlu sorunları çözme yöntemleri.
Öte yandan, bazen matematiksel hileler yükselir ve fiziksel evren anlayışımıza dönüşür. Genel göreliliği ele alalım. Einstein’ın çalışmasından önce, kütle çekimini diğerleri gibi bir kuvvet, her nesneyi kütleye bağlayan bir dizi görünmez sicim olarak tasavvur etmiştik. Ama şimdi yerçekimini uzay-zaman dokusundaki deformasyonlar olarak görüyoruz. Genel göreliliğin sağladığı görüşün, yerçekimi kuvvetine ilişkin daha fazla doğruluk ve içgörü sağlaması nedeniyle, Einstein öncesi anlayışlardan daha “gerçek” olduğu yargısına varıyoruz. Ama bunun, dünyayı organize etmemize ve anlamamıza yardımcı olmak için cılız insan beyinlerimiz tarafından geliştirilen, nihayetinde bir kurgu olan matematiksel bir icat olduğunu da rahatlıkla söyleyebilirsiniz. Gerçekte, evren sadece evrenin yaptığını yapar.
Holografik ilke gerçekten de evrenimizin yeni ve devrimci bir kavrayışına yol açıyorsa, anladığımız şekliyle gerçekliğimizin bir yanılsama mı yoksa fizikçilerin işe geri mi dönmesi gerektiğine karar vermek nihayetinde bize bağlı olacaktır.
