İnce Ayar 3
İnce Ayar, Karmaşıklık 
Günlük dünyamızın ve daha geniş kozmosun özelliklerini belirleyen fiziksel süreçler baz1
anahtar sayılar tarafından belirlenir: mikrofiziğin sabitleri ve içinde ortaya çıktığımız
genişleyen Evreni tanımlayan parametreler. YıIdızların, gezegenlerin ve yaşamın ortaya
çıkışında bu eğlenceli sayılara bağlı olan çeşitli adımları tanımlıyor ve sayılar farklı
olsaydı bu adımların nasıl değişebileceğini ya da tamamen engellenebileceğini
araştırıyoruz. Daha sonra, fiziksel gerçekliğin astronomların gözlemlediği Evren'den çok
daha kapsamlı olduğu (hatta belki de birçok büyük patlama içeren) bazı kozmolojik
modellerin ana hatlarını çiziyoruz - bu modeller belki de farklı fizik tarafından yönetilen
alanları kapsayabilir. Çoklu evren kavramı hala spekülatif olsa da, var olup olmadığını
belirleme girişimlerinin gerçekten bilimsel bir çaba olduğunu savunuyoruz. Eğer
gerçekten de bir çoklu evrende yaşıyorsak, o zaman dünyamızın bazı özelliklerinin
antropik akıl yürütmeden başka bir açıklaması olamayacağını kabul etmek zorunda
1.1 Giriş
parametreler, parçacık fiziğinin Standart Modelindeki zayıf ve güçlü etkileşimlerin
bağlantı sabitleri ve karanlık enerji yoğunluğu, foton başına baryon kütlesi ve
kozmolojideki uzaysal eğrilik gibi fiziksel nicelikleri belirler.
Ancak bu parametrelerin değerlerini gerçekte neyin belirlediği açık bir sorudur. Birçok
fizikçi, kapsamlı bir 'her şeyin teorisi'nin tüm bu parametreleri benzersiz bir şekilde
belirleyen matematiksel formüller verdiğine inanmaktadır. Ancak giderek artan sayıda
araştırmacı, en azından bazı parametrelerin aslında rastgele değişkenler olduğundan ve
muhtemelen devasa bir evrenler topluluğunun - çoklu evren - farkl1 üyelerinde farkl1
değerler aldığından şüphelenmeye başlıyor (bir inceleme için bkz. [23]). ikinci
kamptakiler "Başka evrenler var mi?" sorusunun gerçek bir bilimsel soru olduğu
görüşündedir. Dahası, bu soru birkaç on yıl içinde yanıtlanabilecek bir sorudur. Bu tür
argümanları bu bölümün ilerleyen kısımlarında ele alacağız, ancak once temel
parametrelerin ince ayarına ilişkin kanıtlara değineceğiz.
Farklı parametrelerin değerlerinin dikkatli bir şekilde incelenmesi, yaşamın ortaya
çıkması için doğanın bu sabitlerinden en azından birkaçının ince ayarlı olması gerektiği
önerisine yol açmıştır. Yani, değerlerinde nispeten küçük değişiklikler, 'büyük
patlama'dan atomlara, yıldızlara, gezegenlere, biyosferlere ve nihayetinde akıllı yaşama
yol açan ortaya çıkan karmaşıklık aşamalarından birinde bir tıkanıklığın olacağı bir
evrenle sonuçlanabilirdi (örneğin, [2, 3, 6, 25]),
Gerçekte geçerli olanlardan çok da farklı olmayan ancak oldukça sikici bir evrene yol
açacak yasaları kolayca hayal edebiliriz - karanlık madde içeren ve atomların olmadığı
bir evrene yol açacak yasalar, hidrojen atomlarının olduğu ancak daha karmaşık bir şeyin
olmadığı ve dolayısıyla kimyanın (ve yıldızların parlamasını sağlayacak nükleer
enerjinin) olmadığı yasalar; Yerçekiminin olmadığı yasalar; yerçekiminin her şeyi ezecek
kadar güçlü olduğu bir evrenin olduğu yasalar, kozmik ömrün evrime zaman
bırakmayacak kadar kısa olduğu yasalar, ya da genişlemenin yerçekiminin yıldızları ve
galaksileri bir araya getirmesine izin vermeyecek kadar hızlı olduğu yasalar
Bazı fizikçiler bu tür görünür ince ayarların istatistiksel tesadüflerden başka bir şey
olmadığını düşünmektedir. Doğanın akıllı yaşamın evrimleşmesine izin verecek şekilde
'ayarlanmış' görünmesine şaşırmamamız gerektiğini, aksi takdirde var olamayacağımızı
iddia etmektedirler. Bu tutuma karşı John Leslie güzel bir metaforla karşı çıkmaktadır.
Bir idam mangasının önüne çıktığınızı varsayalım. Üzerinize bir düzine kurşun sıkılıyor
ama hepsi ıskalıyor. Böyle bir şey olmamış olsaydı, bu konuyu düşünmek için hayatta
olmazdınız. Ancak hayatta kalmanız yine de bir sürprizdir - bu konuda şaşkınlık
hissetmeniz doğaldır
Diğer fizikçiler de bu şaşkınlık nedeniyle 'ince ayarın' paralel evren modelleri
bağlamında daha iyi anlaşılıp anlaşılamayacağını araştırmaya yönelmiştir. Bu bağlamda
bu tür modellerin kozmolojik enflasyon ve sicim teorisi gibi üzerinde çok çalışılan
fiziksel teorilerin sonuçları olduğunu vurgulamak önemlidir. Bu modeller sadece ince
ayar konusundaki kafa karışıklığını gidermek için geliştirilmemiştir.
Karmaşıklık için bazı ön koşulları incelemeden önce, Evrenimizdeki çok çeşitli
nesnelerin özelliklerini basit bir şekilde gösteren pedagojik bir diyagramı incelemek
öğretici olacaktır. Carr ve Rees'ten [5] uyarlanan bu diyagram ($ekil 1.1), atom altı
ölçekten kozmik ölçeğe kadar yapıların kütleye karşı boyutunu (logaritmik ölçekte)
göstermektedir. Örneğin kara delikler, bu log M - log R grafiğinde 1 eğimli bir çizgi
üzerinde yer almaktadır. Bir proton büyüklüğündeki bir kara deliğin kütlesi yaklaşık 1 038
proton kadardır ve bu da basitçe kütle çekim kuvvetinin ne kadar zayıf olduğunu yansıtır.
Kabaca atomik yoğunluğa sahip kayalar veya asteroitler gibi kat1 nesneler, hayvanlar ve
insanlar gibi 3 eğimli bir çizgi boyunca uzanır. Oz çekim o kadar zayıftır ki, etkileri çoğu
asteroit büyüklüğündeki cisimlere kadar fark edilemez. Ancak bundan sonra kütle çekimi
çok önemli hale gelir - örneğin gezegenlerin küresel olmasına neden olur - ve nesneler
yaklaşık 0.08Mo kütleye ulaştığında, merkezlerinde nükleer reaksiyonları ateşlemek ve
yıldız olmak için kütle çekimi tarafından yeterince sıkıştırılırlar. Şekil 1.1'in sol alt köşesi
atom altı kuantum rejimi tarafından işgal edilmiştir. En solda 'Planck uzunluğu' yer alır
Compton dalga boyu Schwarzschild yarıçapına eşit olan bir kara deliğin boyutu. Klasik
genel görelilik bundan daha küçük ölçeklerde uygulanamaz (ve aslında daha az aşırı
koşullar altında bozulabilir). O halde bir kuantum kütleçekim teorisine ihtiyacımız vardır.
Böyle bir teorinin yokluğunda açıklanamayan bir gerçek ile karşı karşıya kalmış oluruz.
Şekil 1.1 Bu diyagram yıldızların, gezegenlerin, kara deliklerin ve diğer cisimlerin ölçeklerini
kütlenin yarıçapa karşı log-log grafiğinde özetlemektedir. Sıradan topaklar eğim 3 çizgisi üzerinde
yer alır. Kütle, proton kütlesi birimiyle, kabaca yarıçapın küpü olarak ölçeklenir. Bu çizgi sonunda
kara delik çizgisini (eğim bir) yaklaşık 100 milyon güneş kütlesinde kesecektir. Ancak bunu
yapamadan kesilir. Bunun nedeni, Jüpiterin kütlesinin üzerindeki herhangi bir kütlenin (1054ten
fazla atom içeren) yerçekimi tarafından sıradan bir katıdan daha yüksek bir yoğunluğa ezilecek
olmasıdır. Eğer G farklı olsaydı, diyagramın şekli çok fazla değişmezdi, ancak yıldızların ve
atomların ölçeği arasındaki 10'un kuvveti sayısı ters 3/2 kuvveti olarak ölçeklenirdi
Evrenin başlangıc1 (yani, 10-43 saniyelik Planck zamanıyla karşılaştırılabilir dönemlerde
neler olduğu)
Karşılanamayan bu zorluğa rağmen, kozmoloji alanında kaydedilen ilerleme oldukça
etkileyicidir. 1960'ların başında, Evrenimizin yoğun bir başlangıçtan genişlediğine dair
bir fikir birliği yoktu. Ancak şimdi, en azından ana hatlarıyla, Büyük Patlama'dan
yaklaşık bir nano saniye sonrasından itibaren Evrenimizin evrimini ve içindeki
karmaşıklığın ortaya çıkışını haritalandırdık. O zamanlar, gözlemlenebilir Evrenimiz
kabaca güneş sistemi büyüklüğündeydi ve şu anda Cenevre yakınlarındaki Büyük Hadron
Çarpıştırıcısında (LHC) gerçekleşen enerjiler mertebesinde enerjilerle karakterize
ediliyordu. Hafif elementlerin nükleosentezi bize Evren'in varoluşunun ilk birkaç
saniyesindeki sıcak ve yoğun koşulların ikna edici bir şekilde doğrulanmasını sağlar (bkz.
Bölüm 7; ayrıca yakın tarihli bir inceleme için [8]'e bakınız)
Kozmik mikrodalga arka planı (CMB) bize sadece Evren oluştuğunda var olan bir kara
cisim radyasyon durumu için şaşırtıc1 derecede doğru bir kanıt sağlamakla kalmıyor
Şekil 1.2 Farklı açısal ölçeklerde mikrodalga arka planındaki dalgalanmalar. Veriler Planck uzay aracından gelmektedir. En güçlü tepe noktasının açısal ölçeği düz bir evrenle tutarlıdır ve diğer tepe noktalarının göreceli yükseklikleri baryon ve karanlık madde yoğunluklarını belirler.
400.000 yıllık ama aynı zamanda sıcaklık (ve yoğunluk) dalgalanmalarının ayrıntılı bir
haritası, AT/T 10-s sonunda yapı ortaya çıkmıştır. WMAP ve Planck uyduları tarafından
~ büyük bir doğrulukla haritalanan CMB dalgalanmalarının güç spektrumundaki tepe
noktaları, başka herhangi bir bilgi olmadan bile, kozmik enerji bütçesindeki baryonik
madde, karanlık madde ve sözde karanlık enerji oranları gibi birkaç kozmolojik
parametrenin kesin olarak belirlenmesini sağlayabilir (örneğin [13, 30]) (Şekil 1.2).
İkincisi, negatif bir basınca sahip olan ve kozmik genişlemenin hızlanmasına neden
olan boş uzayda gizlenmiş gizemli bir enerji biçimidir. Tip Ia süpernova gözlemleri ile
keşfedilmiştir [29, 31]. Ancak o zamandan beri varlığı, CMB, baryon akustik salınımları
ve entegre Sachs-Wolfe etkisi de dahil olmak üzere diğer kanıtlarla doğrulanmıştır (kısa
bir inceleme için [28]'e bakiniz). En basit hipotez, karanlık enerjinin Einstein'ın orijinal
denklemlerinde ortaya koyduğu kozmolojik sabit 'lambda' ile aynı özelliklere sahip
olduğudur, ancak daha karmaşık özelliklere sahip olması da mümkündür. Özellikle,
zamanla değişebilir ve birçok olası vakumdan sadece birine karşılık gelebilir. Buna ek
olarak, birçok kanıt galaksilerde ve galaksi kümelerinde bir çeşit kütle çekimli karanlık
maddenin sıradan baryonik maddeden yaklaşık beş kat daha ağır bastığının fark
edilmesine yol açmıştır. İşte bunlardan dördü: (1) yıldız diskinin ötesine uzanan
galaksilerdeki düz dönüş eğrileri; (2) galaksi kümelerindeki galaksilerin hareketleri;
(3) galaksi kümelerindeki sıcak gazın sıcaklığı; (4) yer çekim sel mercekleme. Tüm bunlar
galaksilerdeki ya da kümelerdeki yer çekim sel potansiyel kuyusunun derinliğini ölçer ve
ışık yaymayan ya da emmeyen kütlenin varlığını ortaya çıkarır. Karanlık maddeyi
oluşturan parçacıkları tespit etmeye yönelik tüm girişimler şimdiye kadar başarısız
olmuş olsa da (bkz. Bölüm 9; ayrıca bir inceleme için [ll]'e bakınız), şu anda
gözlemlenen kütle enerjileri ile GUT arasında yaklaşık 10 mertebe büyüklük olduğunu
fark ettiğimizde bu o kadar da şaşırtıcıdır olmayabilir
Bu parçacıkların saklanabileceği birleşme enerjisi. Dahası, aksiyonlar ve ultra düşük
kütleli bozonlar gibi başka seçenekler de var
Karanlık madde, büyük ölçekli yapının oluştuğu iskeleyi sağlamıştır. Aslında,
ayrıntılarla ilgili bazı belirsizlikler devam etse de (bkz., örneğin, bilgisayar
simülasyonları genellikle Planck ve WMAP tarafından gözlemlenen dalgalanmalardan
yola çıkarak galaktik ve küme ölçeğinde gözlemlediğimiz yapı türlerini yeniden üretebilir
(bkz., örneğin, [1]).
Benzer şekilde, hidrodinamik, termodinamik ve nükleer fiziğin bir kombinasyonu,
yıldız yapısı, yıldız oluşumu, evrimi ve yıldız ölümlerinde (örneğin, [17, 18]) ve gezegen
sistemlerinin oluşumunda yer alan ana süreçlerin oldukça tatmin edici bir şekilde
anlaşılmasına yol açmıştır. Son yirmi yılda yapılan gözlemler sayesinde (özellikle Kepler
Uzay Gözlemevi tarafından), artık Samanyolu'nun her altı M-cücesi için yaklaşık bir
Dünya boyutunda yaşanabilir bölge gezegeni içerdiğini biliyoruz, bu da planlanan
veya önerilen teleskoplarla güneş dışı yaşamı (en azından basit formda) bulma olasılığını
daha umut verici hale getiriyor [26, 35, 36].
Evrenimizin ve içindeki galaksilerin, yıldızların ve gezegenlerin evrimine ilişkin
mevcut anlayışımız. göz önüne alındığında, yaşam için gerekli önkoşulları belirlemeye
çalışabiliriz. Ancak, yaşamın ortaya çıkışında rol oynayan süreçlere ilişkin bilgimiz,
temel fiziksel süreçlere ilişkin kavrayışımızın çok gerisinde kaldığından, yalnızca
herhangi bir genel karmaşıklık biçimi için geçerli olması gerektiğini düşündüğümüz çok
temel gereklilikleri listeleyeceğiz
1.2 Karmaşıklık için Ön Koşullar
Bir evrende karmaşıklığın ortaya çıkması için (en az) beş önkoşul vardır; bu önkoşullar
temel sabitlerin gerçek değerlerinden çok farklı olduğu karşı-olgusal bir evrende yerine
getirilemeyecektir.
Bu türden 'karşı olgusal" egzersizler, fiziksel sabitlerin Evrenin evrimindeki ve
karmaşıklığın ortaya çıkışındaki rolü hakkında bir sezgi geliştirmek için yararlıdır.
Benzer çalışmalar tarihçiler tarafından çeşitli "ya olsaydı?" senaryolarını keşfetmek için
kullanılır, örneğin Avusturya Arşidükü Franz Ferdinand 1914'te Saraybosna'da bir Sırp
milliyetçisi tarafından vurulmasaydı neler olabileceğine dair spekülasyonlar yapmak gibi.
Biyologlar da benzer şekilde, dinozorlar bir asteroid çarpması sonucu yok olmasaydı,
Dünya'daki yaşam tarihinin nasıl değişebileceğini merak etmektedir.
Bir parametre için kabul edilebilir değer aralığı küçükse, bu parametreyi 'ince ayarlı'
olarak tanımlarız. Bunun bazı kilit parametreler için ne ölçüde geçerli olduğunu kısaca
tartışacağız.
1.2.1 Yerçekimine ilişkin Kısıtlamalar
Evrendeki yapı oluşumunun sayısal simülasyonlarının gösterdiği gibi, yerçekimi yoğunluk
dalgalanmalarını artırır (bkz. Bölüm 6). Evrenimizde kütle çekimi, daha yoğun bölgelerin
kozmik genişlemenin gerisinde kalmasına ve en büyük ölçeklerinde Evren'i karakterize
eden sünger benzeri yapıyı oluşturmasına neden olmuştur. Sonunda kütle çekimi
galaksilerin oluşumuna yol açmıştır yıldızların ve gezegenlerin yoğunluk zirvelerinde. Yıldız evrimi aynı zamanda yerçekimi ile sürekli bir savaşı temsil eder, yerçekimi yıldızların merkezi yoğunluklarını ve sıcaklıklarını gittikçe daha yüksek değerlere iter. Gezegenlerin yüzeyinde yerçekimi, atmosferi bağlı tutmada ve farklı elementleri temas ettirerek sonunda yaşama yol açan kimyasal reaksiyonları başlatmada çok önemli roller oynamıştır. Ancak evrenimizdeki kütle çekimi çok zayıf bir kuvvettir - iki proton arasındaki itici elektrik kuvvetinin kütle çekim sel karşılıklı çekime oranı e /Gm?2 ~ 10%6 ' d u r. Yerçekiminin büyük asteroitler ve daha yüksek ölçeklerde önemli hale gelmesinin nedeni, büyük nesnelerin sıfıra yakın net elektrik yüküne sahip olmasıdır, bu nedenle yeterince çok atom bir araya geldiğinde yerçekimi kazanır.
Şekil 1.1, bazı 'doğa sabitlerinin' değerlerinin farkl1 olduğu bir evrende neler olacağını
incelemek için ilk denemeyi yapmamızı sağlar. Kütle çekimi bu kadar zayıf olmasaydı
Şekil 1.1 nasıl farklı olurdu? Diyagramın genel yapısı aynı kalırdı, ancak atom altı ve
kozmik ölçekler arasında 10'un daha az kuvveti olurdu. Etkin bir şekilde yerçekimine
bağlı nükleer füzyon reaktörleri olan yıldızlar, böyle bir evrende daha küçük olur ve daha
kısa ömürlü olurlardı. Eğer yerçekimi çok daha güçlü olsaydı, o zaman küçük katı
cisimler (kayalar gibi) bile yer çekim sel olarak ezilebilirdi. Eğer yerçekiminin gücü hala
küçük gezegenlerin var olmasına izin verecek kadar güçlü olsaydı, insan boyutundaki
yaşam formları gezegen yüzeyinde ezilirdi. Genel olarak, evren çok daha küçük olurdu ve
karmaşıklığın ortaya çıkması için daha az zaman olurdu. Başka bir deyişle, 'ilginç'
diyebileceğimiz bir evrene sahip olmak için (karmaşıklık anlamında), mikro ölçek ile
kozmik ölçek arasında 10'un birçok gücü olması gerekir ve bu da yerçekiminin çok zayıf
olmasını gerektirir. Bununla birlikte, karmaşıklığın ortaya çıkması için yerçekiminin ince
ayarlı olması gerekmediğini belirtmek önemlidir. Aslında, yerçekiminin
evrenimizdekinden on kat daha zayıf olduğu bir evren, daha büyük yıldızlara ve
gezegenlere ve yaşamın ortaya çıkması ve evrimleşmesi için daha fazla zamana izin
vereceği için daha da 'ilginç' olabilir
1.2.2 CP ihlali- Anti maddeden Daha Faza Madde
Evrenimizdeki Büyük Patlama, maddenin anti maddeye göre hafif bir fazlalığını (yaklaşık
üç milyarda bir oranında) yaratmıştır (bkz. Bölüm 5). Böyle bir dengesizliğin oluşması
için Būyūk Patlama'da baryon sayısı ve CP simetrisinin (yük eşleniği ve parite) ihlal
edilmesi ve etkileşimlerin termal dengenin dışında olması gerektiği gösterilmiştir
(Sakharov koşulları [32] olarak adlandırılır). Madde-anti madde dengesizliği olmasaydı,
parçacıkların ve anti parçacıkların hepsi yok olup sadece radyasyon (bugün CMB olarak
gözlemlediğimiz şey) oluşturacaktı - geriye atomlar ve dolayısryla galaksiler, yıldızlar,
gezegenler ve yaşam kalmayacaktı. Parçacık fiziğinin Standart Modeli içinde CP ihlalinin
en umut verici kaynağı, leptogenez olarak bilinen bir süreç yoluyla madde-anti madde
asimetrisi ürettiği lepton sektöründe görünmektedir. Bununla birlikte, lepton sektöründeki
CP ihlalinin deneysel olarak madde-karşı madde dengesizliğini açıklamak için çok küçük
olduğu belirlenirse (kuark sektöründeki Cabibbo-Kobayashi-Maskawa matrisinde olduğu
gibi [22]), Standart Model'in ötesinde fizik gerekecektir.
1.2.3 Dalgalanmalar
'Eğrilik dalgalanmalar' çok erken bir dönemde Evren'e damgasını vurmuştur. Genişlikleri
neredeyse ölçekten bağımsızdır. Pek çok teorisyen bu dalgalanmaların, şu anda
gözlemlenebilen evrenin mikroskobik boyutta olduğu enflasyonist bir evrede kuantum
dalgalanmaları olarak ortaya çıktığından şüphelenmektedir. Bu ultra-erken dönemin fiziği
elbette hala spekülatif ve belirsizdir. Ancak gözlemlerden, dalgalanmaların
rekombinasyon sırasında T/T ~ 10-5 değerine ulaşan sıcaklık dalgalanmalarına yol
açtığını biliyoruz.
Bu dalgalanmalar karmaşıklığın ortaya çıkması için çok önemliydi. Evrenin ilk
zamanları tamamen pürüzsüz olsaydı, aynı mikrofizikle bile bugünkü Evren sadece soğuk
hidrojen ve helyumla dolu olurdu. Yıldızlar, galaksiler ve aslında insanlar asla oluşmazdı
Evrenin 'pürüzlülüğünü' ölçen parametre Q olarak adlandırılır. Rekombinasyon sırasında,
gökyüzündeki sıcaklık dalgalanmaları T/T Q mertebesindedir. Neden yaklaşık 10-5
gözlemlenen değere sahip olduğunu açıklayan sağlam bir teorik argüman yoktur (bir
tartışma için bkz., örneğin, [37, 38]). Bilgisayar simülasyonları, kütleçekimi ve gaz
dinamiğinin etkisi altında, CMB'de gözlemlenen dalgalanmaların, gözlemlenen
morfolojik özelliklere ve parlaklık fonksiyonlarına sahip galaksilere dönüşeceğini ve
istatistiksel özellikleri de gözlemlerle eşleşen kümeler halinde gruplanacağını göstererek
mevcut ACDM modelimizin güvenilirliğine büyük bir destek sağlamıştır
Ancak 'nun gerçek değerinden farklı olduğu ancak diğer tüm kozmik parametrelerin
aynı kaldığı bir karşı-olgusal evrende ne olurdu? Eğer dalgalanmaların genliği daha
büyük olsaydı, örneğin Q ~ 10-4 , yaklaşık 10 M!46 kütleleri yaklaşık 300 milyon yıllık
bir kozmik yaşta yoğunlaşacaktı. O zaman, (o zamanlar daha sıcak olan) mikrodalga arka
planındaki Compton soğuması, gazın devasa disk galaksiler halinde çökmesine izin
verecekti. Büyük ölçekli sistemlerdeki viral hız Q1/2 c olarak ölçeklenir ve bu dev
galaksiler kendilerini (yaklaşık 1010 yıl sonra) 10 M'%o kütleli kümelerde bulurlar.
Q ~10-4 olan bir evren, bizimkinden çok daha geniş bir doğrusal olmayan ölçek aralığına sahip olacaktır. Daha muhteşem kozmik manzaralar sunacaktır;, ve yaşam için biraz daha az elverişli olmasının tek nedeni, galaksilerdeki yıldızların daha yakın istiflenmiş olması ve bir gezegen sisteminin biyolojik evrime izin verecek kadar uzun süre geçen bir yıldız tarafından bozulmadan kalması olasılığını azaltmasıdır. Bununla birlikte, eğer Q daha da büyük olsaydı (Q 10-3 ), koşullar yaşam için çok elverişsiz olurdu. Muazzam gaz kütleleri (bugünkü Evrenimizdeki bir galaksi kümesinden çok daha büyük) erkenden yoğunlaşacak, muhtemelen büyük kara deliklere çökecektir - yaşam için çok şiddetli bir ortam.
(Bu arada, yüksek Q'lu bir evrende var olabilecek herhangi bir gözlemci, çevresini
yorumlamayı ve nicelleştirmeyi çok daha zor bulacaktır. Gerçek evrenlerimizde Q küçük
olduğu için, en büyük doğrusal olmayan yapılar bile kozmik ufka kıyasla çok küçüktür
[Q mertebesinde bir faktörle daha küçüktürler12 ]. Bu nedenle çok sayıda bağımsız yama
gözlemleyebilir ve Evrenin ortalama düzleştirilmiş özelliklerini (ortalama yoğunluk, vb.)
tanımlayabilir ve standart homojen kozmolojik modelleri iyi bir yaklaşım olarak
kullanabiliriz. Benzetme yapacak olursak, okyanus dalgalarını izleyen bir denizci onların
istatistiksel özelliklerini anlamlı bir şekilde tanımlayabilir çünkü en uzun dalga boyu bile ufkun uzaklığına göre değişir. Bunun aksine, yüksek Q'lu bir evrendeki bir astronom, bir
zirvenin manzaraya hakim olabileceği ve ortalamaların iyi tanımlanmadığı bir dağ
manzarasındaki bir dağcıya benzeyecektir).
Şekil 1.3 Kozmik mikrodalga arka plan Q'daki dalgalanmaların genliğine karşı kozmolojik sabit
A'nın grafiği. Gölgeli noktalı bölge, karmaşıklığın varlığına izin veren koşulları göstermektedir.
Peki ya diğer uçta, Q 10 ile 'daha pürüzsüz' bir evren-6 ? Bu durumda, yıkıcı karanlık enerji protogalaksileri çökmeye fırsat bulamadan birbirinden ayıracaktır. Karanlık enerji olmasaydı bile, düşük Q'lu bir evrende oluşan herhangi bir galaksi küçük ve oldukça gevşek bağlı olurdu (ve gerçek Evrenimizden daha geç oluşurdu). Q 10-6 değerinde yıldızlar oluşmaya devam ederdi, ancak ağır elementlerce zenginleştirilmiş ve yıldız rüzgarları ya da süpernovalar yoluyla fırlatılan malzeme sığ kütleçekim potansiyel kuyularından kaçabilir, ikinci nesil yıldızların ve gezegen sistemlerinin oluşmasına izin vermezdi. O'nun 10'dan önemli ölçüde küçük değerleri için-6 , verimsiz radyatif soğutma olacaktır ve bu nedenle yıldızlar bir Hubble zamanı içinde oluşmayacaktır. Bu tartışmadan çıkan sonuç (ayrıca [25]'te özetlenmiştir, bkz. Şekil 1.3), bir evrenin karmaşıklık ve yaşam için elverişli olması için dalgalanmaların genliğinin en iyi 10-6 ile 10~* arasında olması gerektiği ve bu nedenle özellikle ince ayarlı olmaması gerektiğidir
1.2.4 Önemsiz Olmayan Kimya
Yaşamın ortaya çıkması için Evren'in nükleer füzyona ihtiyacı vardır. Füzyon sadece
yıldızlara güç vermekle kalmaz, sıcak yıldız merkezlerindeki nükleosentez karbon,
Genel olarak, periyodik tablodaki elementlerin çoğu, gezegenlerin oluşumu ve biyosferlerinin evrimi için gereken karmaşık kimyaya katılır.
Periyodik tablonun oluşumuna yol açan nükleer füzyon reaksiyonlarını elde etmek için
elektromanyetik kuvvetin gücü (iki protonu birbirinden iten) ile güçlü nükleer kuvvet
(onları çeken) arasında belirli bir denge gerekir. Bu denge, güçlü nükleer kuvvetin
elektromanyetik kuvvetten yaklaşık yüz kat daha güçlü olduğu evrenimizde, 1 18'den
daha yüksek atom numaralarına sahip olmamamızdan sorumludur. iki etkileşimin oranı
çok daha küçük olsaydı, karbon ve daha ağır elementler oluşamazdı, ancak gerekli
ayarlama aşırı değildir.
Benzer şekilde, Fred Hoyle'un bir galaksinin varlığına dair öngörüsü hakkında da çok şey
yazılmıştır.
12 C'nin 7,65 MeV rezonans seviyesi [14, 16]. Bununla birlikte, tahminin kendisi
gerçekten dikkate değer olsa da, bu seviyenin enerjisi için gereken ince ayarın derecesi
fantastik değildir (örneğin, [27, 33]; bu enerji seviyesinin yakın tarihli bir çalışması için
[10]'a bakınız),
Kimya konusu aslında hidrojenin var olan tek element olduğu çok daha uç bir karşıt
evreni - 'nükleersiz bir evreni' - incelememize olanak tanır. Şaşırtıcı bir şekilde, büyük
ölçekte böyle bir evren bizimkinden çok da farklı görünmeyecektir. Yerçekimi
galaksilerin oluşmaya devam etmesini sağlayacak ve yıldızlar bile beyaz cüceler ve kara
delikler oluşturmak üzere büzülürken yer çekimsel enerjilerini serbest bırakarak (genellikle
daha kısa süreliğine de olsa) parlayacaklardır. Katı hidrojenden oluşan Jüpiter benzeri
gezegenler bile var olabilir. Elbette böyle bir evrende bildiğimiz türden bir karmaşıklık ya
da yaşam ortaya çıkmayacaktır (sadece belki Fred Hoyle'un bilim kurgu konsepti Kara
Bulut'a [15] benzer bir şey olabilir),
1.2.5 ' Ayarlanmuş' Kozmik Genişleme Huu
Şekil 1.2'de gösterilen Planck uydusundan elde edilen sonuçlar (baryon akustik
salınımlarının gözlemleri, mercekleme rekonstrüksiyonu ve Hubble sabitinin bir önceliği
ile birlikte) kozmik enerji bütçesi için 🔺m ~ 0.3, 🔺イ ~ 0.7 değerlerini vermektedir ve
baryonlar bu bütçenin %5'inden daha azını oluşturmaktadır [30]. Eğer kozmik ivme
gerçekten de kozmolojik bir sabit (w = P /p = -1 durum denklemi parametresi ile
fiziksel vakumun enerjisi) tarafından yönlendiriliyorsa, o zaman ivme sonsuza kadar
devam edecektir (bkz. Bölüm 3). Bununla birlikte, eğer karanlık enerji yoğunluğu madde
yoğunluğu (karanlık madde + baryonlar) üzerinde Evrenimizin yaşamının çok daha
erken dönemlerinde baskın olsaydı, galaksilerin asla oluşmayacağı açıktır (bu aynı
zamanda değerine de bağlıdır, bir sonraki bölümdeki tartışmaya bakınız). Bu,
karmaşıklığın ortaya çıkması için 🔺m / 🔺 ve 🔺イ/ 🔺bDM oranları üzerinde bazı
kısıtlamalara ihtiyaç olduğu anlamına gelir (burada 🔺b baryon oranını ve 🔺DM karanlık
madde oranını gösterir). İkinci oran çok önemlidir, çünkü Evrenimizde karanlık madde
baryonik maddeye baskın olsa da, karanlık madde olmasaydı yıldızlar, gezegenler ve
yaşam olmazdı
Bir kenara, kozmik ivmeyi iten karanlık enerjinin doğasının modern kozmolojideki en
büyüleyici bulmacalardan biri olduğunu (ve uzay-zamanın tanecikli yapısını daha iyi
anlayana kadar çözülemeyebilecek bir bulmaca olduğunu) not etmeliyiz.
Planck ölçeği). Temel fizik için önemine rağmen, karanlık enerji Evrenimizdeki herhangi
bir astrofiziksel fenomeni neredeyse hiç etkilememiştir; bunun aksine, Evrenimizin
şimdiye kadarki evrimi - galaksilerin, kümelerin ve benzerlerinin ortaya çıkışı ve
morfolojisi - karanlık maddenin etkileri tarafından domine edilmiştir,
Cambridge Üniversitesi Yayınları
978-1-108-48454-1 - Fiziksel Evrende Ince Ayar
Düzenleyenler: David Sloan , Rafael Alves Batista ve Ard Louis
Davies Alıntı
Daha Fazla Bilgi
Yorumlar
Yorum Gönder