Şişme kuramına yöneltilen eleştiriler

Kozmik şişme kuramı, erken evren için en yaygın kabul gören çerçevedir; ama bilimsel bir uzlaşının tam olarak sağlandığı bir konu değildir. Kuramın öncülerinden bazıları dahil olmak üzere saygın fizikçiler, şişmenin gerçekten bir şey açıklayıp açıklamadığını ve bilimsel olarak sınanabilir olup olmadığını sorguluyor. Bu sayfa başlıca eleştirileri ve savunucuların yanıtlarını dengeli biçimde aktarıyor. Kuramın kendisi "Kozmik şişme kuramı" sayfasında anlatılıyor.

1. Başlangıç koşulları sorunu: Penrose'un itirazı

Şişme, evrenin neden bu kadar düzgün ve düz olduğunu "özel başlangıç koşulları gerektirmeden" açıklamak için önerildi. Roger Penrose 1986'dan bu yana tam da bu noktaya itiraz ediyor: ona göre şişmenin başlayabilmesi için de son derece özel başlangıç koşulları gerekir, dolayısıyla sorun çözülmüş değil, yalnızca bir adım geriye itilmiş olur. Penrose ayrıca düzgünlüğü ısıl dengeye ulaşma yoluyla açıklamanın entropiyi artıracağını, bu yüzden erken evrenin daha da özel bir durumda başlamış olması gerektiğini savunur. Don Page de benzer biçimde şişmenin düşük entropili başlangıç durumu sorununu çözmediğini öne sürmüştür.

Penrose 2015'teki bir konferansta eleştirisini daha da sertleştirerek şişmenin "yanlışlanamaz değil, yanlışlanmış" olduğunu söyledi ve BICEP deneyinin sorunu açığa çıkardığını belirtti.

2. İnce ayar

Yavaş yuvarlanma modellerinin çalışması için şişiren alanın enerji eğrisinin çok düz olması ve alanın özel başlangıç değerleriyle başlaması gerekir. Eleştirmenler, ince ayar sorunlarını çözmek için önerilen bir kuramın kendisinin ince ayar gerektirmesini çelişkili buluyor.

3. Şişiren alan nedir?

Yinelenen bir itiraz, şişmeyi yürüten alanın ("inflaton") bilinen hiçbir fiziksel alana karşılık gelmemesidir. Alanın enerji eğrisi de bağımsız bir kuramdan türetilmez; gözlemlere uyacak biçimde seçilir. Eleştirmenlere göre bu eğri neredeyse her veriye uydurulabilecek kadar esnek ve keyfidir. 1999'da Earman ve Mosterín eleştirel bir değerlendirmede, şişme modellerinden herhangi birini kozmolojinin standart çekirdeğine almak için "henüz iyi gerekçeler olmadığı" sonucuna vardı.

4. Ebedî şişme, çoklu evren ve ölçü sorunu

Pek çok şişme modeli kendiliğinden ebedî şişmeye yol açar: şişme bazı bölgelerde sona ererken başka yerlerde sonsuza dek sürer ve sonsuz sayıda "kabarcık evren" üretir. Bu durumda her olası sonuç bir yerde, sonsuz kez gerçekleşir. Hangi sonucun "ne kadar olası" olduğunu hesaplamak için sonsuz kümeler arasında karşılaştırma yapmak gerekir; buna ölçü sorunu denir ve henüz tatmin edici bir çözümü yoktur.

Ebedî şişmenin ilk örneğini 1983'te veren Paul Steinhardt, bu yüzden zamanla kuramın en sesli eleştirmenlerinden biri oldu. Steinhardt'a göre çoklu evren şişmeyi sınanamaz kılar ve kuram bilimsel bir kuram olarak başarısız olur. 2011'de Scientific American'da gözlemlerle çelişen sonuçlar veren "kötü şişme"nin, gözlemlerle uyuşan "iyi şişme"den daha olası olduğunu savundu.

5. "Pop Goes the Universe" tartışması

Steinhardt, Ijjas ve Loeb 2013'ten itibaren yayımladıkları çalışmalarda, Planck uydusu verileri ışığında şişme paradigmasının sorun içinde olduğunu savundu. Üçlünün 2017'de Scientific American'da yayımlanan "Pop Goes the Universe" başlıklı makalesi geniş yankı uyandırdı. Alan Guth, Kaiser ve Nomura ile Andrei Linde gibi kuramın savunucuları ise yanıtlarında "kozmik şişmenin hiç olmadığı kadar sağlam bir zemin üzerinde durduğunu" savundu.

6. Planck ötesi sorunu

Şişme sırasında kozmik boyutlara gerilen kuantum dalgalanmaları, şişmenin başında Planck uzunluğundan bile küçük olabilir. Bu ölçekte bilinen fizik geçerliliğini yitirdiği için, kuantum kütleçekim etkilerinin şişmenin öngörülerini değiştirip değiştirmeyeceği belirsizdir. Buna "Planck ötesi sorun" (trans-Planckian problem) denir.

Savunucuların yanıtı

Şişmeyi savunanlar, kuramın KMA'daki dalgalanmaların neredeyse ölçekten bağımsız ve Gauss dağılımlı olması, evrenin düz olması ve skaler tayf indeksinin 1'den biraz küçük çıkması (Planck: ns = 0,968 ± 0,006) gibi öngörülerinin gözlemlerle uyuştuğunu vurguluyor. Guth ve Linde, çoklu evrenin bir kusur değil, kuramın doğal bir sonucu olduğunu düşünüyor. Guth'un ifadesiyle "çoklu evrene yol açmayan şişme modelleri kurmak zordur." Savunuculara göre tek tek modellerin esnekliği, şişme paradigmasının ortak ve sınanabilir öngörülerini geçersiz kılmaz.

Alternatif modeller

Şişmeye alternatif olarak önerilen başlıca fikirler şunlardır:

• Ekpirotik ve döngüsel modeller: Büyük Patlama, sicim kuramındaki "zar" adı verilen yapıların çarpışmasıyla oluşur; döngüsel modelde bu çarpışmalar dönemsel olarak yinelenir. Bu modeller tartışmalıdır ve döngülerin uzunluğu sınanmalarını zorlaştırır.
• Sicim gazı kozmolojisi: Erken evreni sicimlerden oluşan bir gaz olarak ele alan yaklaşım.
• Değişken ışık hızı modelleri: Erken evrende ışık hızının daha yüksek olduğunu varsayarak ufuk sorununu çözmeye çalışan öneriler.
• Burulma temelli sıçramalı kozmoloji: Evrenin bir büzülmenin ardından "sıçradığını" öne süren modeller.

Bu alternatiflerin hiçbiri şişme kadar geniş bir destek bulmuş değil; ama varlıkları, erken evren hakkındaki sorunun kapanmadığını gösteriyor.

Kısaca

• Penrose'a göre şişme, çözdüğünü iddia ettiği başlangıç koşulları sorununu yalnızca geriye iter.
• Şişiren alan bilinen bir alana karşılık gelmiyor; enerji eğrisi gözlemlere göre seçiliyor.
• Ebedî şişme ve çoklu evren, olasılık hesaplarını (ölçü sorunu) ve sınanabilirliği tartışmalı kılıyor.
• Steinhardt, Ijjas ve Loeb 2017'de paradigmanın sorunlu olduğunu savundu; Guth, Linde ve diğerleri karşı çıktı.
• Ekpirotik, döngüsel ve sicim gazı modelleri alternatif olarak öneriliyor.

Kaynaklar: Wikipedia — Inflation (cosmology), Wikipedia — Eternal inflation, Wikipedia — Multiverse