Ceviz Kabuğundaki Evren (Stephen Hawking): konusu, bilimi ve okuma rehberi

Ceviz Kabuğundaki Evren (The Universe in a Nutshell), Stephen Hawking'in 2001'de yayımlanan ikinci büyük popüler bilim kitabıdır. 1988 tarihli Zamanın Kısa Tarihi'nin ardından gelen bu kitap, aradan geçen on üç yıl içinde fizikte olup bitenleri anlatır: sicim kuramı, zar (brane) evrenleri, zamanın doğası ve zaman yolculuğu paradoksları. Başlığı, Shakespeare'in Hamlet oyunundan gelir. 2002'de Aventis Bilim Kitapları Ödülü'nü (Royal Society Prize for Science Books) kazanmıştır.

Kitap ne anlatıyor?

Hawking'in hedefi, Einstein'ın genel göreliliğini kuantum mekaniğiyle birleştirmek; kitapta bunu "çoklu tarihler" yaklaşımıyla yapmaya çalışır. Sicim kuramı ve zar kuramı da kitabın vurguladığı konular arasındadır. Yazar, Zamanın Kısa Tarihi'nin ana çizgisini yeniden ele alır ama onu yeni sorularla genişletir. Kitabın yedi bölümü, sırasıyla görelilik kuramını, zamanın biçimini, evrenin bütününü, geleceği öngörme sorununu, geçmişi koruma (zaman paradoksları) meselesini, insanlığın geleceğini ve zar dünyası kavramını işler. Gödel'in eksiklik teoremi ve p-zarlar gibi daha soyut konular da yer alır.

Anlatım, Hawking'in bilinen üslubunu taşır: Karmaşık fikirler teknik gösterim yerine benzetmelerle verilir. Kitap sırayla okunacak şekilde kurulmuş olsa da, bölümlerin çoğu ayrı ayrı da okunabilir.

Kitabın özeti

Bu bölüm kitabın sonunu da anlatır. Bilim kitaplarında özet, bölüm bölüm ana fikirlerdir; aşağıda kitabın yedi bölümünün ana temalarını kendi cümlelerimle topladım.

1. Görelilik. Kitap, Einstein'ın kuramının zaman ve uzay anlayışını nasıl değiştirdiğini kısaca hatırlatarak başlar. Ana fikir şudur: Uzay ve zaman birbirinden bağımsız bir sahne değildir, kütleçekim de bu birleşik yapının eğriliğidir; sonraki bölümler bu temele dayanır.
2. Zamanın biçimi. Zaman, uzaydan ayrı bir akış değil, onunla birlikte bir uzay-zaman bütününün parçasıdır. Hawking'in bu konudaki bilinen önerisi, 1983'te James Hartle ile ortaya koyduğu "sınırsız evren" (no-boundary) modelidir: hayali zaman denen bir kavramla evren, bir yüzeyin sonlu ama kenarsız olması gibi, sonlu ama sınırsız olabilir.
3. Evrenin bütünü. Üçüncü bölüm, evrenin genel bir betimlemesini yapar ve geri kalan bölümlerin üzerine kurulacağı resmi çizer.
4. Geleceği öngörmek. Fizik geleceği ne kadar öngörebilir? Kuantum belirsizliği ve kara deliklerde bilginin yitip yitmediği sorusu bu çerçevede anılır; Hawking'in kara deliklerin ışıma yaptığı bulgusu bu tartışmanın temelindedir.
5. Geçmişi korumak. Zaman yolculuğu paradoksları ve Hawking'in "kronoloji koruma" varsayımı ele alınır: Fizik yasaları, geçmişi değiştirmeyi engelliyor olabilir. Yani matematiksel olarak mümkün görünen bir zaman makinesi, kuantum etkileri yüzünden hiç kurulamayabilir; bu da tarihçileri güvende tutan bir "doğa kuralı" fikridir.
6. Geleceğimiz. İnsanlığın geleceğine dair olasılıklar ele alınır; bu bölüm kitabın bilimsel çekirdeğinden çok bir bakış açısı sunar.
7. Zar dünyası. Son bölüm, evrenimizin daha yüksek boyutlu bir uzayın içinde bir "zar" olabileceği fikrini anlatır; sicim kuramının bu yöndeki sonuçları okura tanıtılır. Bu fikir, kütleçekimin diğer kuvvetlerden neden çok zayıf göründüğüne bir yanıt arar.

Bütün bu bölümleri bağlayan ortak soru, genel görelilik ile kuantum mekaniğinin tek bir çerçevede nasıl buluşacağıdır.

Yazar ve yazıldığı dönem

Stephen Hawking, 8 Ocak 1942'de doğdu ve 14 Mart 2018'de öldü. 1963'te, 21 yaşındayken motor nöron hastalığı teşhisi kondu; hastalığın ilk yıllarda öngörülen birkaç yıllık sürenin çok ötesinde, yarım yüzyılı aşkın bir süre onunla yaşadı. 1979'dan 2009'a Cambridge'de Lucasian Matematik Profesörlüğü'nü yaptı. Konuşma yetisini kaybettikten sonra bir ses sentezleme cihazıyla iletişim kurdu; sonraları bunu tek bir yanak kasıyla kullandı.

Bilimsel katkıları arasında Roger Penrose ile geliştirdiği tekillik teoremleri, 1974'te Nature dergisinde yayımladığı "Kara Delik Patlamaları?" makalesindeki kara delik ışıması (Hawking ışıması) ve 1983'te Hartle ile önerdiği sınırsız evren modeli sayılır. Zamanın Kısa Tarihi 1988'de çıkmış, Sunday Times çok satanlar listesinde 237 hafta kalmış ve 2009'a kadar yaklaşık 9 milyon adet satmıştır. Ceviz Kabuğundaki Evren, o başarının ardından 2001'de Bantam tarafından yayımlandı; 224 sayfadır (viii + 216).

Kitaptaki bilim

Kara delik ışıması. Hawking 1974'te kara deliklerin tamamen "kara" olmadığını, kuantum etkileriyle ışıma yaptığını ve bu ışımanın sıcaklığının kütleyle ters orantılı olduğunu gösterdi; yani küçük kara delikler daha sıcaktır. Bu ışıma doğrudan gözlenmedi; laboratuvarda yapılan benzetim (analog) deneyleri var, ama bunların asıl olgunun kanıtı sayılıp sayılmayacağı tartışmalıdır. Işımanın bilgiyi taşıyıp taşımadığı sorusu ise aşağıda anlatılan kara delik bilgi paradoksuna yol açtı.

Zaman yolculuğu. Kitaptaki "geçmişi koruma" tezi, Hawking'in 1992'de Physical Review D dergisinde yayımladığı makalede ortaya koyduğu kronoloji koruma varsayımına dayanır. Varsayım bugün de kanıtlanmış değildir; tam bir kuantum kütleçekim kuramı olmadan kesin yanıt verilemez. Ayrıntısı zaman yolculuğu fiziği sayfasında.

Zar evrenleri. Zar kozmolojisinde gördüğümüz dört boyutlu uzay-zaman, daha yüksek boyutlu bir "yığın" (bulk) içindeki bir zardır; kütleçekimin diğer kuvvetlerden zayıf görünmesi, onun ekstra boyutlara yayılmasıyla açıklanabilir. Lisa Randall ve Raman Sundrum'un 1999 modelleri bu alanın en etkili örnekleridir. Ancak bugüne kadar bu modellerin gerektirdiği büyük ekstra boyutlara dair deneysel bir kanıt yoktur; LHC verileri ve kütleçekim dalgası gözlemleri bu çerçeveleri kısıtlamış ama dışlamamıştır. Yani kitabın son bölümü, kanıtlanmış bilgiden çok kuramsal bir olasılıktır. Ayrıntısı sicim teorisi ve çoklu evren sayfalarında.

Kitaptan sonra neler değişti? Kitaptan bu yana kozmoloji hızla ilerledi. NASA'nın aktardığına göre evrenin genişlemesinin hızlandığı, 1998'de süpernova gözlemleriyle ortaya çıktı ve bunun karanlık enerjiyle ilgili olduğundan şüphelenilir. Planck 2018 verileriyle kurulan standart modelde evrenin yaşı 13,787 ± 0,020 milyar yıl, Hubble sabiti ise saniyede megaparsek başına yaklaşık 67,4 kilometredir. Bu standart model gözlemlerle iyi sınanmıştır: kozmik mikrodalga arka planın yapısını, gökada dağılımını ve hidrojen, helyum ve lityumun gözlenen bolluğunu açıklar. Zar evrenleri ise bu ölçüde sınanmış değildir.

Sicim kuramı. Kuramda, nokta parçacıkların yerini titreşen tek boyutlu "sicimler" alır; her titreşim kipi farklı bir parçacığa karşılık gelir ve bunların arasında kütleçekimi taşıyan varsayımsal graviton da vardır. Kuram, uzay-zamanın süpersicim biçiminde 10, M-kuramında 11 boyutlu olmasını gerektirir; gördüğümüz dört boyut dışındakilerin çok küçük ölçeklerde "kıvrılmış" olduğu varsayılır. Edward Witten 1995'te beş süpersicim kuramının tek bir kuramın farklı sınır hâlleri olduğunu öne sürdü ve bu kuram M-kuramı adını aldı. Yine de bugün sicim kuramının deneysel bir kanıtı yoktur; kuramın her koşulda tatmin edici bir tanımı bulunmuş değildir ve geniş bir "olası evrenler manzarası" tarif etmesi kesin öngörüde bulunmayı zorlaştırır. Kitabı okurken bu kuramsal ihtiyatı akılda tutmak gerekir.

Bilgi paradoksu. Hawking 1976'da kara delik ışımasının yalnızca kütleye, yüke ve dönmeye bağlı olduğunu, dolayısıyla içeri düşen maddenin bilgisinin yok olabileceğini savundu; bu, kuantum mekaniğinin temel ilkelerinden biriyle çelişiyordu. 1997'de John Preskill, Kip Thorne ve Hawking bilginin kaybolup kaybolmadığı üzerine bahse girdi; Hawking 2004'te bahsi kaybettiğini kabul etti. Bugün fizikçilerin çoğu bilginin korunduğuna inanır; 2019'daki "ada" hesaplamaları bu görüşü güçlendirmiştir. Mekanizma ise hâlâ tartışılmaktadır.

Etkisi ve ödülleri

Kitap 2002'de Aventis Bilim Kitapları Ödülü'nü kazandı; Almanya'da Hoffmann und Campe'nin Almanca baskısı, 2001-2002'de 23 hafta boyunca Spiegel çok satanlar listesinde birinci sırada kaldı. Hawking'in kitapları toplamda 40 dile çevrilmiştir.

Uyarlamaları

Kitabın doğrudan bir film ya da dizi uyarlaması yoktur. Hawking'in kendi yazıp yarattığı Stephen Hawking ile Evrene Yolculuk (2010, Discovery Channel, üç bölüm: uzaylılar, zaman yolculuğu ve her şeyin hikâyesi) benzer soruları ekranda ele alır.

Kimlere uygun, nereden başlanır?

• Uygun: Zamanın Kısa Tarihi'ni okumuş ve sicim kuramı, zar evrenleri, zaman yolculuğu gibi konulara geçmek isteyenler.
• Uygun değil: Fiziğe tamamen yeni başlayanlar için fazla soyut olabilir; önce Zamanın Kısa Tarihi ya da güncellenmiş sürümü Zamanın Daha Kısa Tarihi daha iyi bir kapıdır.
• Sonrasında: Büyük Sorulara Kısa Yanıtlar ve Kara Delikler ve Bebek Evrenler.

Türkçe baskısı 2002 Haziran'ında Ceviz Kabuğundaki Evren adıyla Alfa Basım Yayım Dağıtım tarafından çıkmıştır.