Hologram Evren

Sayı 46 - Mart 2014

Geçtiğimiz günlerde, dünyanın en prestijli bilimsel dergilerinden birisi olan Nature dergisinde, bir grup fizikçinin, evrenimizin tamamının aslında büyük bir projeksiyon olduğuna dair şimdiye kadarki en net kanıtı elde ettiği yayınlandı. Heyecanla okuyup, sosyal medyada üst üste paylaştığımız bu çalışma, hızlı tüketim çağının eğilimlerine uygun bir şekilde tüketilerek arşivlerde yer almaya başladı. Belki de yapılması “en yerinde” olan davranış gaflet bölgesine geri dönüş olduğu için, hızla bu açıklamayı unuttuk. Zira pazardan limon almamızın, çocuğumuzun başını okşamamızın, büyük bir zevkle seyrettiğimiz gün batımının, aslında yansıtılmış bir hologram olduğu gerçeği insanın üzerinde soğuk bir duş etkisi yaratıyor. Kuantum fiziğinde gösterildiği gibi, çok yüzeysel bir tanımlama ile: Eğer bir insanın atomlar arası boşlukları alınabilecek olsaydı, yetişkin bir insan ufak bir tuz kristali boyutuna inerdi, eğer dünyadaki tüm insanların atomlar arası boşlukları alınabilseydi, yedi küsûr milyar insan, toplamda orta boy bir elma boyutlarına inerdi. Uzun yıllar önce yapılan bu açıklama, kuşkusuz ki, hologram evren ile yakından ilintili. Bunları düşünürken, insanın, 1970 yılında vefat eden Anadolu bilgesi İsmail Emre’nin sohbet kayıtları olan satırlar arasına sıkışmış iki cümleyi düşünüp hayret ve hayranlık diyârına uğramaması mümkün olmuyor:

“Hakikati bilsen,” der Emre, “Aslında ben senin içindeki havayı alabilsem, tuz kadar kalırsın, ağırlığın aynı kalır ammâ.”

Hz. Muhammed’in, “İnsanlar uykudadır, ölünce uyanırlar,” sözünü de hatırlamak gerekir. Bu sözler, bilimsel verilerle artık iyice yaklaşılan hakikât bölgesine işaret ettiği için olsa gerek, Annemarie Schimmel, küçük bir kız çocuğu iken anne ve babasının dünyadaki tüm dinler için yazılmış masal kitaplarını kendisine hediye ettiğinden ve bir gün İslâm dininin anlatıldığı bir masal kitabı verdiklerinden söz eder. Padmanaba ve Hasan isimli bu kitap, Hz. Muhammed’in yukarıda sözü edilen hadisinin yazılı olduğu kitaptır. Annemarie Schimmel tüm yaşamı boyunca bu hadisten çok etkilenmiştir ve kitapta anlatılan masalı yaşamı boyunca ezberinden okumuştur.

İşte ölünce uyanacağımız, düşümüzde nesnel gerçeklik olarak algıladığımız hologram evren ile ilgili bilimsel açıklamaların, bizler için bir anlam ifade edebilmesi için başvurabileceğimiz en yakın olanak, holografik metotla oluşturulmuş fotoğraflar olsa gerek. Hemen hepimizin cüzdanındaki kredi kartlarında kullanılan hologramlar da bu teknik ile oluşturulmuştur. Hologram kelimesi ilk olarak, Macar kökenli İngiliz bilim insanı Dennis Gabor tarafından kullanılmıştır. Kökeni Yunanca “Holos” (Bütün) kelimesidir. En yalın anlatımı ile; iki boyutlu bir objenin, lazer ışınları kullanılarak, objeye ışık düştüğünde üç boyutlu olarak görünmesinin sağlanmasıdır. Söz konusu cisimden gelecek olan ışık dalgaları belirli bir yöntemle depolandığı için, tekrar ortaya çıkması durumunda bilgi kaybı olmamaktadır.

Hologram herhangi bir nesnenin lazer fotoğrafıdır. Holografi normal fotoğraf tekniğinden bazı farklılıklarla ayrılır. Her ışık dalgasının üç özelliği vardır: dalga yüksekliğiyle tanımlanan şiddeti, dalga boyu uzunluğuyla tanımlanan rengi ve doğrultusu. Gümüşlü levha üzerine çekilen ve siyah beyaz fotoğraflarda, ışıktaki şiddet değişiklikleri kaydedilirken, renkli fotoğraflarda dalgaboyu değişiklikleri de kaydedilir. Hologramdaysa, ışığın şiddetiyle birlikte, ışık dalgalarının doğrultusu da kaydedilerek bir cismi üç boyutlu görmemiz sağlanır. Bu, tek renk hologramlar için geçerli olsa da renkli hologramlar için ışığın her üç özelliği de kaydedilir.

Üç boyutlu bir görüntü elde edebilmek için, cisimden (kaynaktan) yayılan ışığın fotoğrafını çekmek gerekmektedir. Işığın hareket eden ve bu sırada çeşitli tepe ve çukur noktaları oluşturan dalgaları bir an için dondurulup fotoğraflanabilirse, ışığı yansıtan cismin üç boyutlu özelliklerini taşıyan dalga örneği yeniden oluşturulabilir. Bu noktadan hareket edilerek, cisimden yansıyan lazer dalgalarından üç boyutlu bir görüntü elde edebilmek için, kaynaktan yayılan ışığın fotoğrafını çekmek gerekir. Bu noktadan hareket edilerek, cisimden yansıyan lazer dalgalarının genlikleri ve fazları kaydedilip hologram elde edilebilir.

Bu yazıda asıl amacım meselenin bilimsel arka tasarına değinmek, “hologram evren” açıklamasına gelinceye kadar bilimsel olarak ne gibi basamaklardan geçildiğini, kendi okumalarımın sınırları ölçüsünde paylaşmak.

Fransız fizikçi Alain Aspect ve ekibinin 1982 yılında yürüttükleri bir çalışma, 20. yy.ın en önemli deneylerinden birisidir. Aspect, atom altı çiftler oluşturan partiküllerin, aralarındaki uzaklıktan bağımsız olarak, anında haberleşebildiklerini göstermiştir. Aradaki mesafe binlerce kilometre de olsa iki atomaltı parçacık belli bir çift oluşturduğunda, biri diğerinin ne yapmakta olduğunu her an “bilebilir”. Kuantum kuramına göre, parçacıkların spin (fırıl) diye adlandırılan bir özelliği vardır. Bir parçacığın spinini belirlediğimiz an, kardeş parçacık ne kadar uzakta olursa olsun, anında ters yönde ve aynı hızla kendi ekseni etrafında dönmeye başlayacaktır. Bu sonuç, Einstein’ın, ışık hızından daha hızlı ilerleyen bir haberleşmenin olamayacağı yönündeki teorisini ihlâl eden bir sonuçtur. Işık hızını aşan hareket, zaman bariyerinin aşılması demektir. Bu durum fizikçiler arasında hararetli tartışmalara neden olmuştur. Londra Üniversitesi fizikçilerinden David Bohm, Aspect’in bulgularının ışığında, her ne kadar evren dokunulabilir bir gerçeklik olarak algılansa da, evrende nesnel gerçeklik olamayacağını, evrenin aslında dev bir hologram olduğunu savlar.

Evrenin bir hologram olabileceği ilk olarak, Stanford Üniversitesi, teorik fizik profesörlerinden Leonard Susskind ve Nobelli Teorik Fizikçi Gerard’t Hooft tarafından ileri sürülmüştür. Bu iki fizikçinin dikkate çekici fikri, ünlü İngiliz bilim insanı Stephen Hawking ve İsrailli Jacob Bekenstein’ın kara delikler üzerinde yaptıkları çığır açan çalışmaya dayanmaktadır. “Hawking radyasyonu”, İngikiz fizikçi Stephen Hawking’in kara deliklerin termal özelliklerini açıklayan önemli teorik bir buluşudur. Normâlde yoğun bir kütle-çekimsel alanın sonucu olarak kara deliklerin, etrafındaki tüm madde ve enerjiyi yuttuğu düşünülür. Fakat bu teoride, bunun tam olarak geçerli olmadığı ortaya konulmuştur. Hawking, kara deliklerin tamamen kara olmadıklarını fakat radyasyon yaydıklarını, bu salınım neticesinde kara deliklerin buharlaşarak nihayetinde yok olduklarını göstermiştir. Bir kara delik yok olduğunda, kendi üzerine çökerek kara deliğin oluşmasına neden olan yıldıza ait tüm bilgiler de kaybolur ki, bu bilginin yok edilemeyeceği prensibi ile çelişir. Bu çelişki “Bilgi Paradoksu” olarak anılır. Bekenstein’ın çalışması bu paradoksun çözümüne yönelik önemli bir ipucu edinilmesini sağlamıştır. Bekenstein, bir kara delikteki enformasyon miktarının sanıldığı gibi karadeliğin hacmiyle değil, karadeliğin olay ufku denilen sınır alanıyla orantılı olduğunu bulmuştur. Olay ufku, ışık ve maddenin artık kaçamadığı bölgeyi sınırlayan kuşaktır. Teorisyenler olay ufkundaki mikroskopik, dairesel kuantum dalgalarının, kara deliğin içindeki bilginin şifrelerini taşıyor olabileceğini böylece, kara delik yok olurken, taşıdığı bilgiyi gizemli bir şekilde kaybetmediğini göstermiştirler. Bu durum bizleri çok önemli bir fiziksel anlayışa götürür: Öncül bir yıldızın taşıdığı 3D bilgi, oluşmasına neden olduğu kara deliğin 2D olay ufkunda şifrelenmiştir.

Susskind ve Hooft bu görüşü, kozmosun da bir olay ufku olduğuna dayandırarak, evren ölçeğine taşımıştırlar; evrenin 13,7 milyar yıllık yaşamında henüz bize ulaşmayan ışığın olduğu ufuk. Princeton İleri Araştırmalar Enstitüsü’den “Sicim Kuramcısı” olan Juan Maldacena, bu görüşün doğru bir yönde ilerlediğini bildirmiştir. Maldacena sicim kuramına da yeni bir tanım getirerek, holografideki soyut kavramların, matematik yoluyla somut ve kesin hale getirilebildiği varsayımsal bir evren öneriminde bulunmuştur.

“Dokuz ayrı boyutu ve onuncu olarak da zaman boyutunun olduğu ve matematiksel olarak çapraşık bir dünya olan sicim dünyası salt bir hologram olabilir,” der Maldecena.

Son günlerde Nature dergisince yapılan dünyanın dev bir hologram olabileceğine dair kanıtlara giden ilk kayıtlar, farkında olmamalarına rağmen GEO600 ekibi tarafından yapılmıştır. Bir Alman-İngiliz ortak projesi olan bu çalışma, Almanya’nın Hanover kentinde yürütülmektedir amacı ise; nötron yıldızları ya da kara delikler gibi çok yoğun astronomik oluşumlardan uzay-zamanına yayılan gravitasyonel dalgaların saptanmasıdır. Gravitasyonel dalga detektörleri çok hassastır ve güvenilir bir çalışma için gürültü faktörünü sıfırlamak önemli ancak sağlanması zor bir kriterdir. Böyle bir deney düzeneği kurulduğunda, uzaktan duyulan trafik, sismolojik hareketlerden kaynaklanan gürültüler ve hattâ geçmekte olan bulutların gürültüsü dahi hesaba katılmalıdır. GEO600 çalışmasında, alınan tüm önlemlere rağmen detektör bir ses kaydetmekte ancak bu sesin kaynağı anlaşılamamaktadır; bu beklenmedik ses dev detektöre adeta musallat olmuş ve ekip çalışanlarını aylarca çaresiz bırakmıştır.  Çalışmada pürüz yaratan bu sesin detektördeki ısı değişimlerinden kaynaklanıyor olabileceği düşünülmektedir. Çalışma ekibi kendilerini çaresiz bırakan bu ses problemi ile uğraşırken, Amerika Birleşik Devletleri’nde Chicago kenti yakınlarında yer alan bir parçacık fiziği laboratuvarı olan Fermilab fizikçilerinden Craig Hogan, ekiple temasa geçer ve kaynağını anlayamadıkları bir ses problemi yaşayıp yaşamadıklarını sorar! Hogan, henüz ekip bu sorunu yaşamadan böyle bir sorun yaşayabileceklerini bilmektedir. Çünkü dev detektör, uzay zamanının asli sınırına yani uzay-zamanının artık kesiksiz bir karaktere sahip olmadığı sınıra ulaşmıştır; bu sınırda zaman, aynen bir fotoğraf karesine optik yakınlık sağlandığında tanecikli bir yapının gözlemlenmesi gibi, granüler bir hale dağılmaktadır.

Aslında, teorik fizikçiler uzun zamandır, kuantum etkisinin, uzay-zamanının, en küçük ölçekte şiddetli bir ihtilaca yol açtığına inanmaktadırlar. Bu ölçekte, uzay-zaman dokusu granüler bir hal alır, piksel benzeri bu yapılar, bir protondan, yüz milyar kere milyar daha küçüktür. Bu mesafe tam olarak 10-35 olan, Planck uzunluğudur. Ancak, Hogan, holografik ilkenin her şeyi değiştirdiğini idrak eder: Eğer uzay-zamanı granüler bir hologram ise, küresel olan evren de, dış yüzeyinde her parçanın bir “bit” bilgi taşıdığı Plank uzunluğu ölçüsünde karelerden oluşan bir tabaka ile kaplıdır. Holografik prensibe göre, dış tabakada ihtiva olunan bilgi tam olarak evrenin iç hacminde bulunan bilgi ile eşit bir bit rakamı vermelidir. Küresel olan evrenin hacmi, dış yüzeyinden çok çok daha büyük olduğuna göre, bu nasıl olanaklı olabilir?  Hogan, bu eşitliğin olabilmesi için, iç hacimde bulunan granüllerin Planck uzunluğundan daha büyük olması gerektiği sonucunu çıkarır. “Daha farklı bir deyişle, holografik evren bulanıktır” der Hogan ve devam eder “Plank uzunluğunu deneysel olarak ölçebilmek olanaklı değildir, ancak bu granüler yapının holografik projeksiyonu, 10-16 gibi daha büyük bir skalaya taşınır. Hologramın içinde yaşandığınızı, bulanıklığı ölçerek anlayabilirsiniz.” İşte, Hogan tam da bu bulanıklığın ölçülebilirliğinin mümkün olup olmadığını düşünürken, GEO600 deneyi fotoğrafa dâhil olur. Bu tür gravitasyonel dalga gözlem detektörleri ile bir protonun çapından çok daha küçük uzunlukların ölçümü hassas bir şekilde yapılabilmektedir.

Hogan, evrenin bir hologram olabileceği ve bunun olabilmesi için bu tarz bir sesin detektörlerce yakalanabilmesi konusu ile uzun zamandır uğraşmaktadır. İncelemeleri sonucunda, farklı lokasyonlardaki beş farklı gravitasyonel dalga gözlem detektörlerinden, İngiliz-Alman GEO600 detektörünün en hassas olan detektör olduğuna karar vermiştir ve uzay-zamanının kuantum ihtilacının laser ışık sinyalinde bir gürültüye yol açması gerektiği konusundaki görüşleri hâlihazırda Physical Review D dergisinde yayınlanmıştır. İşte bu nedenle ekip ve çalışmaları ile bir temasının olmamasına rağmen söz konusu edilen soruyu sorabilmiştir.

Gelinen son aşama olarak, Hologram Evren Teorisi’nin, simulasyon ile desteklendiği çalışma, Ibaraki Üniversitesi teorik fizikçilerinden Yoshifumi Hyakutake ve ekibi tarafından yürütülmüştür. Ekip, Nature dergisine iki makale göndermiştir birincisi, sicim teorisi tahminlerine ve sürekli olarak var-yok oluş bölgesinde gidip-gelen zımni parçacıkların özelliklerine dayandırarak bir kara deliğin dâhili enerjisini, olay ufkunun pozisyonunu, entropisini ve diğer bazı özelliklerinin hesaplanması ile ilgilidir. İkinci makale ise, yer çekiminin olmadığı daha alt boyutsal kozmosun (lower-dimensional cosmos) dâhili enerjisinin hesaplanması ile ilgilidir. Her iki makalede kullanılan bilgisayar hesaplamaları eşleşmektedir. Sicim kuramcısı Maldacena, “Hesaplar doğru görünüyor” demiştir. Bu yayınlar için Leonard Susskind, “Ekip, bizim aslında son derece emin olduğumuz bir şeyin, belki de ilk kez, matematiksel olarak, doğruluğunu gösterdi; yani bazı kara deliklerin termodinamiğinin alt boyut bir evreninden türetilebileceğinin,” demiştir.

Maldacena bu görüşe bir ilâve yapar:

“On boyutu barındıran bir kara deliğin olduğu bir evren; bunlardan sekiz boyutun, sekiz boyutlu bir küreyi oluşturduğu ve yerçekimi olmayan diğer bir alt boyut, tek bir boyut. Birbirinden tamamen farklı bu iki dünyanın matematiksel verilerinin tamamen aynı olması, günün birinde, evrenimizin yerçekimsel özelliklerinin daha basit, tamamen kuantum teorisi terimleri ile açıklanabilecek olması konusunda umudumuzu artırmıştır.”


Kaynakça:

http://biltek.tubitak.gov.tr/

http://www.nature.com/

http://www.wikipedia.org/

http://tr.wikipedia.org/

http://www.newscientist.com/

http://prd.aps.org/abstract/PRD/v77/i10/e104031  (Physical Review D)

http://www.acls.org/publications/op/haskins/1993_annemarieschimmel.pdf

İsmail Emre yazılı sohbet kayıtları.

Metin Bobaroğlu 2011 – 2013 AAV konuşma kayıtları.