Fizikçiler, korkutucu, ancak uzak bir kozmik kıyameti modellemenin yeni yollarını keşfediyorlar.
Bir gün, çok uzak bir gelecekte, evren 13.8 milyar yıllık ergenlik döneminden çok daha fazlasını geçirdikten sonra, evren bir “sahte vakum çöküşü” yaşayabilir. Bu, ışık hızında uzay-zaman boyunca kendiliğinden belirecek ve yayılarak her şeyin yerini alacak anlaşılması imkansız şekilde yıkıcı bir “kabarcık” anlamına gelir. Böyle bir olay, fizik yasalarını yeniden yazacak ve kozmik bir kes-yapıştır komutu gibi gerçekliğimizi yok edecektir.
“Sahte vakumda ne varsa -ki bu durumda biz oluyoruz- bu kabarcık bizde yayıldığı anda hemen yok olacağız,” diyor Almanya’daki Jülich Merkezi’nden fizikçi Jaka Vodeb.
Yıllardır teorik fizikçiler, evrenin kararlı bir yapıda mı yoksa kararsız bir yapıda mı olduğunu merak ediyorlardı. Eğer ikinci seçenek geçerliyse, evren sonunda daha düşük enerjili, gerçek bir vakum haline çöküş göstererek bir “sahte vakumda” bulunacaktır. Buradaki “vakum” kelimesi, süpürge tarafından yaratılan çekme etkisine ya da uzay boşluğu anlamına gelmez, gerçekten boş bir uzay halini ifade eder ve bu hal parçacıklardan yoksun olsa bile enerji içerebilir. Son yıllarda, teorisyenlerin deneysel meslektaşları, laboratuvarda benzer sistemler yaratmak için kuantum sistemleriyle denemeler yapmaya başladılar.
Bu ayın başlarında Vodeb ve arkadaşları, kozmik kabarcık simülasyonlarının bulgularını Nature Physics dergisinde yayınladılar. D-Wave şirketinden 5.564-kübitlik bir kuantum tavlama kullanarak, yukarı ya da aşağı yönüne dönebilme kapasitesine sahip, son derece hassas mıknatısların bir boyutlu bir zincirini yaratarak, kozmik kabarcıkların büyümesini ve etkileşimlerini simüle ettiler.
Araştırmacılar, ilk olarak kübitleri yukarıya doğru yerleştirip sonra manyetik alanı ayarlayarak aşağıya yönelmenin enerjisel olarak daha faydalı olmasını sağladılar. Zamanla bazı kübitler aşağıya döndü ve dönüşler, yakınındaki diğer kübitlere yayılarak kümeler ya da kabarcıklar oluşturdu. Analojik kabarcıklar daha sonra büyüdü ve birleşti, kozmik karşılıkları hakkında yapılan tahminlerle örtüştü. 2024 Haziran’ında arXiv.org’da ilk kez paylaşılan bu sonuçlar, kozmik kabarcık etkileşimlerinin bir kuantum cihazında simüle edilmesinin ilk örneği oldu.
“Bu, bir vakumun gerçek, fiziksel bir sistemde nasıl çökeceğini, arkasında uygun bir analitik teoriyle en basit şekilde gösteren örneklerden biridir,” diyor Londra Üniversitesi Koleji’nden teorisyen Roopayan Ghosh. Makale için hakemlik yapan bir araştırmacı ekliyor “Bu yüzden insanların bunu ilginç bulması gerektiğini düşünüyorum.”
Sahte vakum çöküşü gibi kıyametvari bir konuyu ele almalarına rağmen, fizikçiler konuya oldukça huzurlu bir şekilde yaklaşıyorlar. “Açıkçası, biliyor musunuz, varoluşsal bir korkuyla yaşamıyorum,” diyor Vodeb.
Hoşça Kal ve Tüm Donmuş Balıklar İçin Teşekkürler
Sahte vakumun kararsız durumunu anlamak için, önce bir şişeyi distile suyla doldurun ve birkaç saatliğine buzluğa koyun. Şişenin içindeki su, kristalleşmeyi tetiklemek için toz ya da kimyasal madde içermediği için, normal donma noktasının altındaki sıcaklıkta sıvı halde kalabilir. Bu, kararsız bir durumdur. Şişeyi sallamak, süper soğutulmuş suyun hemen donmasına, yani kararlı durumuna geçmesine neden olacaktır.
Evreni sonlandıran kabarcıklarla daha karanlık bir şekilde ilgilenen bir diğer kararsızlık örneği balıklara dayanmaktadır.
Grönland morina balığı, oldukça sıradan bir balıktır, ancak kanı yaklaşık -0.7 derece santigratta donar. Kışın, bulundukları coğrafi bölgelerdeki deniz suyu, -1.9 derece Santigrat gibi daha soğuk bir sıcaklığa ulaşır. Morina balıkları daha sıcak değildir ama yüzerek rahatça ilerlerler, ta ki buzla temas etmelerine kadar. 1950’lerde, Kuzey Kanada’daki fiyortlarda bu fenomeni inceleyen araştırmacılar, balıkları buza koydular ve izlediler: Buz kristalleri, morina balığının derisi boyunca hızla yayılarak balığı öldürdü ve kararsızlığın kırılgan donmuş bir anıtını oluşturdu.
Oysa ki donmuş morina balıkları klasik bir fenomendir, sahte vakum çöküşü ise kuantum tünelleme gerektirir, bu da çok düşük ihtimalli bir dalgalanmanın evreni farklı bir duruma taşıdığı bir süreçtir. Bu dalgalanmanın ne kadar olasılık dışı olduğu sorusunu yanıtlamak gerekirse, eğer evren gerçekten kararsız ise, vakum çöküşüyle ilgili son hesaplamalar, ömrünü yaklaşık 10^790 yıl olarak tahmin etmektedir; bu kadar büyük bir sayı, 13.8 milyar yıl daha bekleseniz bile kozmik yok oluş yine 10^790 yıl uzakta kalacaktır.
Eğer sahte vakum çöküşüne tanık olma şansınız olursa, fizikçiler ek bir teşvik edici haber verdiler. “Bu hızlı genişlemenin bir sonucu olarak, eğer bir kabarcık şu anda bize doğru genişliyorsa, yaklaşımı hakkında hiçbir uyarımız olmayacak ve yalnızca gelişinin hemen ardından fark edeceğiz,” diye yazmıştı o dönemde Harvard Üniversitesi’nde bir teorisyen olan Sidney Coleman 1977’de yayımladığı bir makalede.
Fizikçiler, “bir şişede evren” gözlemlemesi yapmadıkları için, farklı ortamlarda “kabarcıklar” üretmeyi öğrendiler. Vodeb, kuantum tavlayıcısının yavaş olduğunu ve hesaplamalar için çok kullanışlı olmadığını söylüyor, ancak binlerce kübiti bu tür bir simülasyon için ideal kılıyor, çünkü kübitler son derece kontrol edilebilir olup, kabarcık oluşumunun kolayca başlatılmasını ve gözlemlenmesini sağlıyor.
Geçen yıl, İtalya’nın Trento Üniversitesi’nden Alessandro Zenesini ve ekibi, yaklaşık bir milyon sodyum atomundan oluşan ve bir haşhaş tohumu kadar büyüklüğünde, neredeyse sıfır sıcaklığa soğutulmuş bir ortamda bir kabarcık gözlemlediklerini bildirdiler. O durumda, kabarcık, sahte vakumdan gerçek vakuma geçişi taklit etmek için yönünü değiştiren binlerce atomun kümelerinden oluşuyordu.
Böyle atom kümeleri, yeni çalışmadaki tavlayıcının kübitlerine kıyasla geleneksel kabarcık görüntüsüne daha yakın olsa da, özellikle içine herhangi bir anlamlı yerçekimi dahil etmedikleri için hala evrenin kaba bir oyuncak modelinden ibarettir. “2024 yılında İtalya’daki deneyin sonuçlarına dayanarak gerçek evren hakkında bir şey söyleyemeyiz,” diyor, aynı zamanda o çalışmayı yürüten gruptan olan ve Optik Ulusal Enstitüsü’nden teorisyen Alessio Recati.
Bu, elbette, daha geniş ve önemli bir soruyu gündeme getiriyor: Evren gerçekten metastable mı, yani kozmik kabarcıklarla yok olmaya mahkum mu? “Olabilir,” diyor Zenesini, hafifçe gülümseyerek. “Kim bilir?”
Çeviren: Arda Arpacı
Redaktör: Saim Egemen Yücel
Bilimsel Redaktör: Cumali Yaşar
