Evrenin Şekli Nedir?

Gezegenlerin, uyduların ve galaksilerin şekillerini belirlemek nispeten kolayken, evrenin şeklinin ölçülmesi çok daha karmaşıktır. Aslında, bu sorunun cevabı sezgisel değildir; bir şeyin şeklini düşündüğümüzde, onu dışarıdan görülen bir nesne olarak hayal edebiliriz. Evreni bu şekilde düşünmemeliyiz. Evrenin dış sınırı yoktur ve dışarısında hiçbir şey yoktur, tam olarak bu yüzden dış sınır yoktur. Tanım gereği, evren var olan her şeydir, bu yüzden dışında hiçbir şey var olamaz. Ancak, kaotik enflasyon, brane teorisi ve paralel gerçeklikler gibi son teoriler bu tanımı bulanıklaştırmıştır.

Evrenin Şekli Nasıl Ölçülür?

Evrenin geometrisi, madde yoğunluğuyla tanımlanır. Albert Einstein'ın genel görelilik teorisi, maddenin uzayı nasıl bükeceğini açıklar ve bu da madde yoğunluğunun uzayın eğriliğini ve büyük ölçeklerdeki geometrisini kontrol etmesini sağlar. Kritik değer "kritik yoğunluk" olarak adlandırılır ve Yunan harfi Omega (Ω) ile simgelenir. Evrende, ortalama olarak, metreküp başına altı hidrojen atomu bulunuyorsa evren kritik yoğunluğa sahiptir. Ancak, madde evren boyunca eşit olarak dağılmamıştır. Galaksilerde yoğunlaştığını ve aralarındaki boşluklarda mevcut olmadığını görüyoruz. Ayrıca, sadece yerçekimsel etkilerinden anladığımız karanlık madde de vardır, ancak bu maddelerin evrendeki toplam maddenin yaklaşık %85'ini oluşturduğunu biliyoruz. Evrendeki karanlık madde miktarını anlamak, geometrisini ve kaderini kavramak için kritik öneme sahiptir. Evrenin geometrisi için üç olasılığı inceleyelim: açık, kapalı veya düz. Eğer evrenin madde yoğunluğu kritik yoğunluktan fazlaysa, evrenimizin kapalı olduğunu ve pozitif eğriliğe sahip olduğunu söyleyebiliriz. Kapalı bir evrende, uzayda düz bir çizgide seyahat ederek başladığınız noktaya geri dönebilirsiniz. Pozitif eğrilik dışbükeydir, içbükey değil, yani evren bir kürenin yüzeyi gibi şekillenmiştir. Bir kürede, paralel çizgiler sonsuza kadar paralel kalmaz; sonunda birbirinden uzaklaşıp tekrar başladıkları noktaya dönerler ve kesişirler. Eğer evrenin madde yoğunluğu kritik yoğunluktan azsa, evrenin geometrisi negatif eğrilikle açıktır, eyer şekli gibi, potansiyel olarak sonsuzdur. Ancak, eğer evren tam olarak dengedeyse ve madde yoğunluğu kritik yoğunluğa eşitse, geometri düz olarak tarif edilir. Düz geometri, antik Yunan matematikçi Öklid'in (Euclid) adını alır, burada paralel çizgiler paralel kalır ve bir üçgenin açıları toplamı 180 derecedir. Peki, hangisi? NASA'nın Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) ve Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck misyonu, evrenin madde ve enerji yoğunluğunu ölçtü ve Omega'nın kritik yoğunluğa eşit olduğunu buldu. Başka bir deyişle, evren düz bir geometrik yapıda görünmektedir.

Evrenimizin Olası Şekilleri Nelerdir?

WMAP ve Planck, Omega'yı büyük bir kesinlikle ölçtü ve kozmologlar evrenin düz olduğundan oldukça eminler. Gördüğümüz gibi, bu tahmin kritik yoğunluk ve genel görelilik temelinde yapılmaktadır. Ancak, "Pek Nadir Anomaliler ve Kozmik Topoloji Gözlemi ve Modellemesi İçin İşbirliği" (COMPACT) olarak bilinen uluslararası bir ekip, düz bir evrenin karmaşık şekilleri dışlamadığını buldu. Araştırmaları "üç torus" olarak bilinen bir şekle odaklandı. Bir boyutlu bir çembere "bir boyutlu torus" denir. İki boyutlu torus bir çörek şeklindedir. Teorik olarak, üç boyutlu torus şekli ya da başka herhangi bir alışılmadık şekil, Büyük Patlama sırasında meydana gelen kuantum etkilerden kaynaklanabilir ve evrenin o zamandan beri nasıl evrimleştiğini şekillendirmiş olabilir. Üç torus evreninde yaşayıp yaşamadığımızı nasıl bileceğiz? Uzayın kendi üzerinde katlanma şekli nedeniyle, bu karmaşık halkanın çelişen yolları boyunca ışık yol alırken, gökyüzünün farklı bölümlerinde evrenin aynı bölümünün tekrarlanan görüntülerini görürdük. Kozmik bekleme odasında yaşamak gibi olurdu. Tek yapmamız gereken bu tekrarlanan görüntüleri tanımak. COMPACT ekibi, Büyük Patlama'dan kalan kozmik mikrodalga arka plan (CMB) radyasyonunu inceleyerek herhangi bir desen aradı. Hiçbir şey bulamadılar, ancak iki uyarı var. Bir olasılık, üç torusun boyutunun o kadar büyük olmasıdır ki, döngülerinden birinde dolaşan ışık henüz bize ulaşacak zaman oradan geçmemiştir. Diğer bir olasılık ise, standart üç torus versiyonları hariç bırakılırsa uzunluk ölçeği yeterince küçükse, 90 ve 180 dereceyi döndüren versiyonların henüz dışlanmadığıdır. Bu tekrarlanan görüntülerin bükülmesi nedeniyle bunlar çok daha zor fark edilir ve CMB'de bu bükülmüş tekrar desenleri için henüz kapsamlı bir arama yapılmamıştır.

Çok Boyutlu Uzayda Evrenin Şekli

Bazı teorilere göre — doğrudan kanıtımız olmasa da — evrenimizin ötesinde bir alan vardır. Bu, bazen "bulk" olarak adlandırılan daha yüksek boyutlu bir hipermekandır. Teoriye göre, bu bulk içinde, dört boyutlu evrenimiz (üç fiziksel boyut artı zaman) daha yüksek boyutlu bulk içinde bir "brane" üzerinde durmaktadır. Bulk içindeki boyutların sayısı modele göre değişir — bazıları beş, bazıları yedi ve hatta daha fazla sayıda boyut belirtir. Ne olursa olsun, evrenimiz bulk içindeki bu brane'in şekline göre şekillenir. Bulk içinde başka braneler de var olabilir, her biri kendi bağımsız evreniyle. Zaman zaman, bu braneler çarpışabilir ve yeni bir Büyük Patlama başlatabilir. Brane çarpışmalarının bu döngüsel modeli "ekpirotik teori" olarak bilinir. Başka bir model, Alan Guth'un 1980'lerin başındaki enflasyon teorisini genişleten kaotik veya sonsuz enflasyon modelidir. Kozmik enflasyon, evrenin farklı bölümlerinin tekdüzeliğini açıklamak için önerilmiştir; aşırı mesafelerine rağmen birleşik özellikler sergileyen alanlar. Kozmik enflasyon, Büyük Patlama anında, bu alanların birbirlerine yeterince yakın olduğunu, paylaşılan özelliklere sahip olduklarını ve daha sonra yoğun bir enflasyon dalgasının, yeni doğan evreni hızlı bir şekilde genişletip bu alanları ayırdığını önerir.