Emre ORAL – HOLOGRAM EVREN GÖRÜŞÜ ÜZERİNE

HOLOGRAM EVREN GÖRÜŞÜ ÜZERİNE

Pek de yabancı olmadığımız ”hologram” olgusu hakkında ne biliyoruz? Yazımızın asıl işlevsel bölümüne başlamadan önce, bu kavram üzerine örnekler verip açıklamalar yapacağız.

Fizik biliminde süreçler incelenirken işe yarayacak olan en önemli şey, bilgidir. Madde ve enerji ile beraber, bilginin de fiziksel bir yapısı olduğu kabul edilerek, bilginin bir limitinin olup olamayacağı uzun süredir tartışılıyordu. Tartışılan konu, belli bir bölgeye (örneğin 1 mm²), maksimum ne kadar bilgi sığdırabileceğimiz. Bilgiyi ölçebilmek için ise klasik termodinamikte kullanılan entropi kavramına başvuruluyor. Entropi, önceki yazılarımızda da üzerinde durduğumuz gibi, bir sistemin düzensizliğinin bir ölçüsüdür ve termodinamiğin ikinci yasasına göre, fiziksel sistemlerde, süreçler sonucunda, dış müdahale olmaksızın, entropi hiç bir zaman azalmaz. Termodinamikte, entropiyi bilgi için uyarlarsak, bilginin entropisini, kodlandığı bit sayısıyla (bilgisayarlarda ”bit” halinde kodlanır. Örneğin, 8 bit = 1 bayt) ifade ederiz. Buradan hareketle, belirli bir yarı çapa ve yüzey alanına sahip karadelikler içine sığdırabileceğimiz bilgi sayısını hesapladığımızda bunun karadeliğin hacmi ile değil, yüzey alanıyla orantılı olduğu sonucuna ulaşıyoruz. Yani karadeliğe bir madde (dolayısıyla bilgi) eklediğimizde, eklediğimiz bilgiler sanki hacminin içinde yer tutmuyor, karadeliğin yüzeyinde kodlanıyor.

Bütün bunları göz önüne alırsak ve çeşitli evren modellerinden yola çıkarak, karadeliklerdeki bilginin yüzey alanıyla ilişkisini Evren’e uyarlarsak, 4 boyutlu (üç konum boyutu ve 1 zaman boyutu) olarak algıladığımız Evren’in belki de 3 boyutlu bir küre üzerine yazılmış bir hologram olabileceğini düşünebiliriz. Kuramın ateşli savunucularından Jakob Bekenstein, Evren’in 3 boyutlu günlük algımızın ya tamamen bir ilüzyon ya da gerçeğin iki farklı alternatifinden sadece birisi olduğunu söylüyor. Peki bu evren modeli, elimizdeki mevcut fizik problemlerine bir çözüm getirebiliyor mu? Uzun süredir Evren’in iki farklı bakış açısı olan kuantum ve rölativite kuramlarını birleştirmek için yapılan çalışmalara destek verebileceği gösterilen holografik evren modeli, farklı boyutlardaki olayların birbirleriyle eş olabileceğini ortaya atarak Sicim Kuramı’nda bir çok başarılı matematiksel modelleri kurulan olaylarla tutarlı olduğunu gösterdi.

Öncelikle hologramı, şekil verilmiş iki boyutlu bir plastik parçası olarak tanımlayabiliriz. Böylesine basit bir nesneyi ilginç hale getiren özellik ise, uygun bir lazer ışını ile aydınlatıldığında, üç boyutlu bir görüntü vermesidir. 1990’lı yıllara girilirken, Nobel ödüllü Hollandalı Gerard T’hooft ve sicim kuramının yaratıcılarından Leonard Susskind, Evren’in kendisinin holograma benzer bir şekilde işliyor olabileceğini ileri sürmüşlerdi. Günlük yaşantımızda gözlemlediğimiz üç boyutlu geliş-gidişlerin, iki boyutlu bir yüzey üzerinde yer alan fiziksel süreçlerin holograf benzeri izdüşümleri olabileceği yönünde çarpıcı bir fikir ortaya attılar. Buradaki yeni ve kulağa ilginç gelen perspektife göre, bizlerle beraber, yaptığımız veya şahit olduğumuz herşey, ama herşey holograf görüntülerine benziyor. Eski çağ filozoflarından Platon, ortak algıları yalnızca gerçekliğin gölgeleri olarak yorumlarken, holograf ilkesi de aşağı yukarı benzer bir tutum takınır; ancak benzetmeyi ters yüz eder. Gölgeler (yassı yapıları nedeniyle ancak daha düşük boyutlu yüzeylerde hayat bulan şeyler) gerçektir, ancak çok daha üstün yapılı gibi duran, daha yüksek boyutlu varlıklar (örneğin gölgelerimize göre bizler) yalnızca gölgelerin geçici izdüşümleridir.

Bir diğer ilginç fikir olmakla ve ayrıca negatif bir yön olarak sayabileceğimiz, uzay-zamanın kavranışında açık olmamakla birlikte, ‘t Hooft ve Susskind’in holografik ilke olarak bilinen ilkelerinin temeli güçlüdür. Çünkü uzayın bir bölümünün içerebileceği en büyük entropi, içinin hacmiyle değil; yüzeyinin alanıyla orantılıdır. Şu halde, Evren’in temel bileşenlerinin en basit özgürlük derecelerinin, Evren’in içinde değil, onu çevreleyen yüzeyde bulunacağını çıkarsamamız, normaldir. İçinde bulunduğumuz Evren’in toplam ”hacminde” yaşadıklarımız; fizikçilerin genel olarak kullandığı olgular, Evren’i saran yüzeydeki olaylar tarafından belirlenir. Fizik yasaları, Evren’in lazeri gibi çalışarak, Evren’deki gerçek süreçleri gün ışığına çıkarır ve günlük yaşantımızın holografik yanılsamalarına sebep olur. Bu holografik ilkenin gerçek dünyada nasıl gerçekleştiğini henüz çözebilmiş değiliz. Örneğin, problemlerden biri, bildiğimiz tanımlarda Evren’in ya sonsuza kadar yaşaması ya da bir küre gibi veya bir video oyun ekranı gibi kendi üzerine kapanmasıdır; ki, bu durumda Evren kendisini sınırlayan bir yüzeye sahip olamaz. Şu halde, ortaya atılan bu ”Evren’i saran holografik yüzey”i nereye yerleştirebiliriz? Buna ek olarak bir de fiziksel süreçler hemen burada, içinde bulunduğumuz Evren’in derinliklerinde, bizim insiyatifimizdeymiş gibi görünüyor. Yerleştirilmesi konusunda sıkıntı yaşadığmız bir yüzey üzerindeki birşey, burada gerçekleşen olayları bir şekilde kontrol ediyormuş gibi de değil. Acaba holografi ilkesinin içerisinde ”düşsellik” kavramına yer var mı? Yani, kontrol ve bağımsızlık duygusunun düşselliğine dair bir yorum var mı? Bu sorular, henüz cevaplanamamış, temel sorulardır.

Ancak 20. yüzyıl biterken, daha önceki sicim teorisyenlerinin görüşlerinden faydalanan Arjantinli fizikçi, Juan Maldacena, bu konu üzerindeki bulutları dağıtmaya yönelik bir atılım yaptı. Maldacena’nın keşfi, reel evrende holografinin işlevi konusuyla doğrudan ilişkili değildir. O, holografideki soyut kavramların, matematik yoluyla somut ve kesin hale getirilebildiği varsayımsal bir evren önerdi. Maldacena, varsayımsal bir evreni, aşağıdaki şekilde gösterilen ve bir elma diliminin daha çok boyutlu bir benzeri olan, negatif eğriliğe sahip, dört büyük uzay boyutuna ve bir zaman boyutuna sahip olan bir evren üzerinde çalıştı. Matematiksel standart çözümleme burada, bu beş boyutlu uzay zamanı çevreleyen yüzeyin, çevreleyen bütün yüzeylerde olduğu gibi, çevrelediği şekilden bir düşük sayıda boyutu olması gerektiğini gösterir: üç uzay boyutu ve bir zaman boyutu. (Yüksek boyutlu uzayları hayal etmek her zaman zordur; bu sebeple zihinsel bir örnek isterseniz, bir konserveyi gözünüzde canlandırabilirsiniz; üç boyutlu konserve suyu, beş boyutlu uzay-zamana, kutunun iki boyutlu yüzeyi ise hacmi çevreleyen dört-boyutlu uzay-zaman sınırına benzer.) Sicim kuramının gerektirdiği, fazladan kıvrılmış boyutları da ekledikten sonra Maldacena aslında, bu Evren’de yaşayan bir gözlemcinin tanık olduğu fiziğin (”konserve suyundaki” gözlemci) Evren’i çevreleyen yüzeyde meydana gelen fizikle (kutunun yüzeyindeki fizik) tanımlanabileceğini gösterdi.

Ne kadar gerçekçi olmasa da, bu çalışma, holografi ilkesinin gerçekleştirildiği elle tutulur ve matematiksel olarak izlenebilir olan ilk örneği oluşturuyordu. Bunu gerçekleştirirken de tüm Evren’e uygulanan holografi kavramını da gün ışığına çıkarmıştı. Bir örnek vermek gerekirse, Maldacena’nın çalışmasında, ”hacim” kavramı ve ”çevreleyen sınır yüzey” kavramı, mutlak bir biçimde eşittir; diğer bir deyişle, biri birincil, diğeri ikincil değildir. Beş sicim kuramı* arasındaki ilişkinin özüne çok benzer şekilde, hacim ve çevreleyen sınır yüzey kuramları birbirinin çevirisi gibidir. Söz konusu çevirinin çarpıcı özelliği ise hacim kuramının çevreleyen yüzeyde tanımlanan eşdeğer kuramdan daha fazla boyuta sahip olmasıdır. Buna ek olarak hacim kuramı kütleçekimini içerirken (Maldacena bunu sicim kuramı kullanarak formülleştirmişti), hesaplamalar, çevreleyen yüzeydeki kuramın kütleçekimini içermediğini gösteriyor. Yine de bu kuramlardan birinde sorulan bir soru veya yapılan bir hesap, diğerindeki eşdeğer bir soruya veya hesaba çevrilebilir. Çeviri için sözlükten habersiz olan biri, bu soruların ve hesapların diğerleriyle kesin olarak hiçbir ilişkisi olmadığını düşünse de (örneğin çevreleyen sınır yüzey kuramı kütleçekimini içermediğinden, hacim kuramındaki kütleçekimiyle ilgili sorular, yüzey kuramında kulağa çok farklı gelen; kütleçekimi içermeyen sorulara dönüşürler). Her iki kuramın gramerini, kurallarını ve diğer yapısal özelliklerini bilen biri, yani her iki kuramda da uzman olan biri, bunların ilişkisini fark eder ve karşılıklı gelen sorularla yine karşılıklı gelen hesapların sonuçlarının birbiriyle uyumlu olması gerektiğini anlar. Gerçekten de şimdiye kadar yapılan bütün hesaplar uyuşmuştur ve bu durumu destekleyen çok sayıda örnek vardır.

Ayrıntıları tam olarak kavrayabilmek biraz zordur ama tema çok açıktır. Maldacena, sicim kuramı içinde holografinin gerçekleştirilmesinin varsayımsal olmasına rağmen sağlam bir yolunu bulmuştur. Kütleçekimi içermeyen belirli bir kuantum kuramının, kütleçekimini içeren ama bir fazla uzay boyutuyla formülize eden bir başka kuantum kuramının çevirisi olduğunu (ve ondan ayrılamaz olduğunu; tıpkı uzay ve zaman gibi) bulmuştur. Bu görüşlerin reel evrene nasıl uygulanabileceğini bulmak için başlatılan yoğun araştırma programları varsa da, teknik sebeplerden dolayı elde edilen ilerleme yavaştır. Bununla birlikte, artık sicim kuramının, en azından bazı noktalarda holografi kavramını desteklediği bilgisine sahibiz. Kuramın bir formülizasyonundan eşdeğerine çevirisi sırasında yalnızca uzay-zamanın büyüklüğü ve yapısı değişmekle kalmaz; aynı zamanda uzay boyutlarının sayısı da değişebilir. Bu ipuçları, giderek daha yoğun bir biçimde uzay-zamanın biçiminin, gerçekliğin temel bir öğesi olmaktan çok, fiziksel kuramın bir formülizasyonundan diğerine değişen, ikincil bir ayrıntı olduğu sonucunu işaret ediyor. Tıpkı İngilizce’deki cat sözcüğü, Türkçe karşılığı olan kedi sözcüğüne çevrilirken, harflerin sayısı, sesli ve sessiz harflerin sayısının değişmesi gibi, uzay-zamanın biçimi (şekli, büyüklüğü, hatta boyutlarının sayısı), çeviri sırasında değişir. Evren hakkında düşünmek için belirli bir kuramı kullanan herhangi bir gözlemciye göre uzay gerçek ve son derece temel görünebilir. Ama eğer aynı gözlemci kullandığı kuramın bir fomülleştirilmesinden eşdeğer olan birbaşkasına geçerse, bir zamanlar gerçek ve temel olarak görü-nen şeyler de zorunlu olarak değişir. Bu yüzden, eğer bu fikirler doğru ise (kuramcılar çok büyük miktarda destekleyen kanıtlarbulmuş olsalar da bu fikirlerin henüz kesin bir biçimde kanıtlanmamış olduğunu vurgulamam gerekir) uzay ve zamanın temelolma niteliğini zora sokuyorlar.

Holografi ilkesinin gelecekteki araştırmalarda baskın rolü üstleneceğini söyleyebiliriz. Bu, sağlam kanıtlara dayandığı konusunda fizikçilerin üzerinde fikir birliğinde oldukları kara deliklerin temel bir özelliğinden (entropilerinden) kaynaklanıyor. Kuramların ayrıntıları değişiyor olsa bile, kütleçekiminin anlamlı bir tanımının kara deliklere yer vermesini bekleriz ve bu nedenle, bu tartışmanın itici öğesi olan entropi sınırları kalıcı olacak ve holografi uygulanacaktır. Sicim kuramının doğal olarak holografi ilkesiyle bütünleşmesi, ilkenin geçerli oluşunu destekleyen bir başka güçlü kanıttır. Uzay ve zamanın temeli konusundaki araştırmaların bizi götürebileceği yerden ve virajın ardında bizi bekleyen sicim ya da M kuramı konusundaki değişikliklerden bağımsız olarak, holografinin kılavuzluk yapan bir kavram olarak kalmakta devam etmesini de bekleyebiliriz.

Faydalı olması umuduyla,
Sevgiler.

Emre ORAL (Evrim Ağacı)

About Çetin Bayramoğlu

Şairim , insanım.
Bu yazı BİLİM içinde yayınlandı ve olarak etiketlendi. Kalıcı bağlantıyı yer imlerinize ekleyin.