Günümüzdeki kozmolojik modeller ve dikkatli gözlemler sayesinde Evren'in genişlediğini, hatta hızlanarak genişlediğini biliyoruz. Bu durum, insanların Evren'in neyin içerisine genişlediğini sorgulamasına neden oluyor. Çünkü sezgisel olan budur: Bir balonu şişirerek genişletirseniz, içinde bulunduğu odanın içine doğru genişler. Evren de genişliyorsa, onu kapsayan bir odanın veya mekanın içine genişliyor olmalıdır, öyle değil mi?
Hayır. Örneğin kapak görselindeki gibi Evren genişlemesi çizimleri yanıltıcıdır; çünkü Evren'in dışında simsiyah bir mekan var da Evren onun içine doğru genişliyor gibi bir algıya sebep olur. Tabii Evren'in genişlemesini göstermenin daha kolay bir yolu olmadığı için, bilim sanatçılarının da yapabilecekleri kısıtlıdır. Ancak belki de sorun budur: Belki de Evren'in genişlemesini, fiziksel olarak veya çizerek görselleştirmeye çalışmak, problemli bir yaklaşımdır. Belki de bunu yapmamalıyız.
Bunu söyleme nedenimiz şu: Günümüzde Evren'in genişlemesine yönelik olarak geliştirilen modellerin hiçbirinin çalışması için, Evren'imiz dışında ek bir mekâna gerek duyulmamaktadır. Yani fiziksel ve matematiksel modellerimiz, Evren'in dışındaki hiçbir şeye (örneğin evrenleri içerisinde barındıran bir dokuya) referansta bulunmaksızın Evren'imizin genişlemesini başarıyla izah edebilmektedir. Elbette, Çoklu Evrenler Teorisi gibi teoriler, birden fazla evreni içinde barındıran (mem)branlardan söz etmektedir; ancak bu teoriyi dikkate almaksızın da modern kozmoloji Evren'in genişlemesini açıklayabilmektedir.
Şişen Balon Analojisi
Şişen balon analojisi, bunu anlamak için iyi bir başlangıç noktasıdır: Bir balonun üzerinde yaşayan karıncalar olduğunu hayal edin. Bu karıncaların evreni 2 boyuttan ibarettir: İleri-geri ve sağa-sola gidebilirler; ancak balonun yüzeyinden dışarı çıkamazlar veya içeri giremezler.Eğer balonu içine hava üfleyerek şişirecek olursanız, yüzeydeki iki karınca arasındaki mesafe durmaksızın artacaktır. Bu karıncalar, birbirlerini gözleyecek olsalar, birbirlerinden giderek uzaklaştıklarını görürlerdi ve dışarıdan bakan bir gözlemci olarak biz, bu genişlemeyi gözleyebilir ve doğrulayabilirdik. Buradaki kritik nokta, dışarıdaki gözlemcinin onayı veya doğrulaması olmaksızın da, sadece yüzeydeki karıncaların dikkatli bir gözlem sonucunda, içinde bulundukları evrenin genişlediğini fark edebilecek ve bu genişlemenin hızını doğru bir şekilde hesaplayabilecek olmalarıdır.
Burada kritik bir nokta şudur: Bu karıncalar, kendi uzaylarının sınırını bulmaya çalışacak olsalar, bunu asla bulamazlardı; çünkü balon yüzeyi, tıpkı Dünya yüzeyi gibi, sınırsızdır. Bir yöne doğru durmaksızın gidecek olurlarsa, balonun etrafından dönüp dolaşıp, başladıkları yere geri geleceklerdir.
Burada, Evren'in şeklinden de bahsetmek gerekir: Evren; düz, küresel veya eğri olabilir ama en güncel çalışmalar, Evren'in düz olduğuna işaret etmektedir. Burada "düz"den kasıt bir kâğıt gibi dümdüz olması değildir. Paralel çizgilerin her zaman paralel kaldığı bir uzaydan söz edilmektedir. Kâğıt gibi düz bir yüzey için bu doğrudur; ama aynı zamanda bir silindir, bir "simit" (torus) veya düz bir kâğıdı bükerek yapabileceğiniz diğer her türlü nesne için de bu kural geçerlidir.
İşte Evren'in de tıpkı karıncaların balon yüzeyi gibi olma ihtimali yüksektir: Eğer Evren sonsuz değil ama sınırsız ise ve düz ise, bir tarafa doğru durmaksızın gidersek, diğer taraftan başladığımız noktaya geri dönmemiz kaçınılmazdır. Bu durumda, "Evren'in dışı" diye söz edebileceğimiz bir yer yoktur. Ne kadar hızlı giderseniz gidin (isterseniz ışık hızında veya ışık hızından bile hızlı gidin), her zaman Evren'in içinde kalırsınız; sadece hedefinize daha hızlı varırsınız.
Şişen Balon Analojisinin Hataları
Elbette balon, aslında 3 boyutlu uzay içerisinde var olan bir nesnedir. Dolayısıyla teknik olarak, 3. boyutun içine genişlemektedir. Dolayısıyla balon analojisi a priori bir hata yapmaktadır: Eğer 3 boyutlu uzay içinden bir nesne seçip, onun yüzeyi üzerinden Evren'in genişlemesini anlatacak olursanız, elbette o 2 boyutlu yüzeyin 3 boyut içinde genişlediğini kabul etmek zorunda kalırsınız ve bu durumda herhangi bir NNN boyutlu nesnenin her zaman N+1N+1N+1 boyutlu uzay içinde genişlediği sonucuna varırsınız. Ama bu, geçerli bir ispat değildir ve işte tam da bu noktada, analoji bozulmaya başlamaktadır.Madde Girişiyle Genişleme
Evren'in genişlemesiyle ilgili olarak sıklıkla kullanılan balon analojisinin en büyük sorunu, balonun genişleme nedeninin içine durmadan hava üflenmesi olmasıdır. Evren'in genişleme nedeni, "içine bir şey üflenmesi" ya da "içindeki maddenin artması" değildir.Basınç Farkıyla Genişleme
Bu sorunu düzeltmek amacıyla, analoji şöyle güncellenebilir: "Balon, içine hava üflendiği için değil de, dışarıdaki odanın basıncı düşürüldüğü için, iç basıncı dış basıncından fazla olduğundan genişlemektedir." denebilir. Bu, analojiyi pek fazla düzeltmemektedir; çünkü Evren'in genişleme nedeni iç basınç ve dış basınç farkı da değildir.Hava Giriş Deliği
Balon analojisiyle ilgili bir diğer bariz problem, balonun hava girişi için ufak bir deliği olmasıdır. Evren'in bir pompanın girmesi ya da ağzın oturması için bir girişi yoktur. Dolayısıyla yekpare üretilmiş bir balon hayal edip, içindeki havanın basıncının dış basınçtan yüksek olması nedeniyle şiştiğini hayal edebilirsiniz; ancak gerçekte Evren'in genişlemesinin basınç farkıyla alakası olmadığını hatırlamanız gerekir.3 Boyuttan Bir Nesne Seçiminin A Priori Hata Olması
Az önce de bahsettiğimiz gibi, balon örneğiyle ilgili daha büyük bir problem, bizim Evren'in genişlemesini görselleştirme çabamızın bir parçası olarak, halihazırda 3 boyutlu uzay içinde olduğunu bildiğimiz bir nesneyi (balonu) seçiyor olmamızdır. Balon, gerçekten de 3 boyutlu uzay içinde genişlemektedir. Evren içinse aynı şey doğru olmak zorunda değildir.Evren, bildiğimiz kadarıyla, 4 boyutlu bir yapıdır: 3 uzay boyutu ve 1 zaman boyutu vardır. Biz, bu 3 uzay boyutunun genişlemesini anlamak için, 2 uzay boyutunun genişlediği bir örnek olarak balonu seçmekteyiz. Ancak bu, sanki 4 uzay boyutu varmış da, 3 boyutlu uzay da bunun içine genişliyormuş gibi bir algıya neden olmaktadır.
Açıkçası, 4. bir uzay boyutu olup olmadığını bilmiyoruz (Sicim Teorisi, 11 boyuttan söz etse de, henüz genel geçer kabul gören bir teori değil). Ama kritik nokta da bu: Evren'in genişlemesi için, 4. bir uzay boyutuna ihtiyaç yok. Zaten "nesnelerin konumu" olarak bahsettiğimiz şeyleri barındıran uzay-zaman dokusunun kendisi genişlemektedir; bu genişlemenin dışında, ekstra bir konuma gerek yoktur. Uzay-zaman, sadece genişleyebilir ve bu genişleme, onun içsel bir özelliğinden ibaret olabilir.
Dördüncü Bir Uzay Boyutu Var mı?
Burada sıklıkla dillendirilen bir argüman, karıncaların 3. uzay boyutunu deneyimleyemiyor olmasının, 3. bir boyutun var olmadığı anlamına gelmediğidir. Dolayısıyla, bizim 4. bir uzay boyutunu algılayamıyor veya deneyimleyemiyor oluşumuzun, Evren'in içine genişlediği 4. bir uzay boyutu olmadığı anlamına gelmediği itirazıdır.Bu durumda 4. bir uzay boyutu olabilir mi? Bilmiyoruz. Olabilir... Eğer varsa, 4. boyuttan Evren'e bakan biri, onun genişlediğini dışarıdan da onaylayabilir ve hesaplayabilirdi. Ama olmayabilir de; çünkü Evren'in genişleyebilmesi için illâ 4. bir uzay boyutuna ihtiyacımız yok.
Dördüncü Boyut Olan Zaman, Bu Yapbozun Neresinde?
Eğer 4. boyut olarak zamanı işin içine katmak isterseniz, belki Pittsburgh'taki Carnegie Mellon Üniversitesi'nden astrofizik profesörü Robert Nichol'un şu anlatımı bazı şeyleri kafanızda oturtmaya yarayabilir:Bu bakış açısına göre, Evren'in genişlemesinin "zaman içinde" olması, zaten Evren'in uzay-zaman dokusu açısından da "zaman içerisinde" genişlediğini göstermektedir. Bir diğer deyişle, "zaman" dediğimiz kavramdan söz edebiliyor olma nedenimiz, 3 boyutlu Evren'imizin genişliyor olmasıdır. Bu yaklaşım, entropi ile zaman arasındaki ilişkiyi de bir araya getiren bir argüman olarak kabul edilebilir.
Ancak "zaman" boyutunun uzay boyutları ile birebir aynı şey olmadığı da hatırlanmalıdır. Örneğin Einstein'ın Görelilik Teorisi'ne göre zaman, diğer 3 boyut gibi genişlememektedir (işin matematiğinin özetini merak edenler buradan öğrenebilirler). Dolayısıyla tüm fizikçiler, bu "4 boyutta birden genişlemeyi" doğru kabul etmemektedirler.
