Binlerce yıldır geceleri gökyüzüne bakıp bu ışık saçan cisimlerin evrenimizi oluşturduğuna inandık. Ancak artık gökyüzünün gerçek sırrının ışıkta parlayanda değil karanlıkta saklananda olduğunu keşfettik.
30 Ekim 201416635 görüntüleme1 yorumSelin SEVİNDİRENPerspektif
Toplamda evrenin yüzde 95’ini oluşturan iki bilinmezi -karanlık madde ve karanlık enerji- anlamak evrenimizin nihai kaderini öğrenebilmemiz demek. Peki, anlayabiliyor muyuz? Henüz değil, hatta anlama ihtimalimiz çok az. Ancak şunu bilin; sadece 70 bin yıl önce bilişsel devrim geçiren ve merak eden insan, 13,8 milyar yaşındaki evrende tam da bu sırrı çözmeye uygun bir zamanda dünyaya geldi. Kemerlerinizi bağlayın, evrenin karanlık tarafına yolculuğumuz başlıyor.
Evrenin genişlemekte olduğunu Hubble’dan beri biliyoruz. Geçen hafta Evrenin Sırları-1’i okuyanlardan bu gerçekle tanışmayan kalmadı. Kaldığımız yerden devam ediyoruz ancak önce Newton’ı analım. Ağaçtan elmayı düşürenle, ayı dünyanın çevresinde döndürüp bir türlü bırakmayan gücün aynı olduğunu 1680’li yıllarda bulan fizikçi, Isaac Newton.
Elmayı havaya attığımızda, verdiğimiz ilk hız sayesinde bir müddet yukarı giden elma durur ve sonra tekrar düşer. Bu kadar bariz bir şeyi kelimelere döktüğüme ben de inanamadım. Peki, bu kuraldan yola çıkarak şunu diyebilir miyiz? Tüm evren genişledikten bir müddet sonra durup, yerçekimi etkisiyle küçülmeye başlayarak içine çökecek. Geçen haftadan hatırlarsanız, Einstein’ın en son Lambda’sını sildiği Genel Görelilik denklemi aynen böyle bir evreni öngörüyor. Yani evren o kadar madde yoğun ki, yerçekimi sonunda evrenin genişlemesini durduracak ve tüm galaksiler birbirlerine çekilip evren yok olacak. Yani Big Bang’in tam tersi. Bilimde bu sona Gib Gnab, şaka şaka, Big Crunch deniliyor.
İkinci bir seçenek var: Ya elmayı öyle büyük bir kuvvetle havaya atsam ki, dünyanın yerçekiminden kurtulsa (saniyede 11 km hız yeterli) ve geri dönmese. Yolda başka bir kütle olmadığını varsayarsak, zaman sonsuza yaklaşırken hızı sıfırlanır ya da sıfırdan farklı bir sayıda sabitlenir, her iki durumda da elma kesinlikle geri gelmez. Eğer evrenimiz yeterince maddeye sahip değilse yani yoğunluğu azsa, galaksiler her ne kadar birbirini çekse de, uzayın genişlemesi asla durmaz, sonsuza kadar gider. Böyle bir evrenin sonu ise aşırı derecede soğuyarak donmasıdır.
Hangi kaderi alırdınız?
Karanlık madde
Yıl 1938, Washington’da Vera adında küçük bir kız gecelerini müthiş bir hayranlık içinde gökyüzünü inceleyerek geçiriyordur. Kaderi çizilmiştir. Hâlâ aramızda olan Vera Rubin, ilk 1933’te ortaya atılan fakat dikkate alınmayan ‘kara madde’nin varlığına dair en güçlü kanıtı bulmuş, tam 200 galaksiyi incelemiş ve bilim insanları arasında nadiren rastlanan bir özellik olarak mensup olduğu Yahudi dinine sıkı sıkıya bağlı bir astronomdur.
Karanlık maddenin varlığından şüphelenilmesinin nedenini açıklayalım: Güneşe en yakın gezegen Merkür güneşin yörüngesinde, nasıl Jüpiter’den hızlı dönüyorsa; galaksilerde de merkeze uzaktaki yıldızların içeridekilerden daha yavaş dönmesi beklenirdi. Fakat Rubin bize en yakın galaksi olan Andromeda’da 90 yıldızı gözlemledi ve dışarıdaki yıldızların da içerdekilerle aynı hızla döndüklerini buldu. (saniyede 250 km) Bu hızla hareket eden yıldız, meşhur elmanın yer çekiminden kurtulup hızla sonsuzluğa gitmesi gibi galaksiden ayrılmalı, bu yıldız kümeleri bir arada duramamalıydı. Demek ki merkezden gelen yerçekimine katkı yapan, boşlukta gözle görünmeyen yani ışığı yansıtmayan bir kütle olmalıydı. Evrenin oluşumunu simüle eden süper bilgisayarların hesaplamaları sonucunda evrenin bu halde olmasını açıklamak için karanlık maddenin tüm evrenin yoğunluğunun yüzde 25’ini kapsamış olması gerektiği bulundu. Bu hesaplamalar arkasında yine dâhimiz Einstein’ın maddenin çekim kuvvetinin uzayı eğdiği prensibi yatıyor.
Uzak yıldızlardan gelen ışık da maddeyle karşılaştığında kırılır, madde bir lens gibi davranır. Karanlık madde aydınlanmadığı için görmüyoruz fakat ışığı büktüğünden etkisini ölçümleyebiliyoruz.
Hubble teleskopunun çekmiş olduğu (kırmızıya kayanlar ilk oluşan, en uzak galaksiler) galaksi kümelerinin resmine bakın. Galaksilerin bazıları sanki önlerinde bir lens varmışçasına nasıl da eğrilmiş görünüyorlar (aynen bardağınızın dibinden bakınca etraftaki her şeyin görüntüsünün bozulması gibi). Yakın olan galaksiler parlak sarı ve yuvarlak. Eğri çizgi gibi gördüklerimiz ise önlerindeki galaksilerin uzayı bükmesi yüzünden görüntüleri bozulmuş olan galaksiler. Fakat matematiksel hesaplamalar sonuncunda bu bozulmanın olması gerekenden çok daha fazla olduğu ortaya çıkıyor. Gözle görülenin dışında bir maddenin varlığının ispatı buna dayanıyor. ‘Karanlık madde’ her galaksinin içinde ve etrafında bir örtü gibi mevcut. Richard Massey adındaki fizikçi 2007’de evrende gözle görülebilen maddeden 5 kat fazla olan bu dev karanlık maddenin 6,5 milyar yıl geriye dönük, evrende galaksilerin etrafındaki varlığını haritalandırıyor.
Karanlık madde evrenin ilk saniyelerinde ortaya çıktı ve çekim gücüyle, yıldızların, galaksilerin 380.000 yıl sonra üzerinde oluşacağı inşaat iskeletini oluşturdu. Karanlık madde olmasaydı biz olmazdık. 2014 yazında karanlık maddenin ilk kez gözlemlenebildiğine dair umutlar arttı. Türk astrofizikçi Esra Bülbül Harvard Üniversitesi’ndeki takımıyla Perseus Galaksisi’nden gelen ve karanlık madde olması muhtemel bir x-ray ışını keşfetti. Gönlümün Fizik Nobel Ödülü bu iki muhteşem kadına, Vera ve Esra’ya gitsin; Ortadoğu barışına ilham kaynağı olabileceklerini de hesaba katınca Nobel Barış Ödülü’nü de verdim gitti.
Karanlık enerji
Evrenin yüzde 30’unu açıkladığımıza göre kalan yüzde 70’i ne? Karanlık maddeden daha da gizemli bir varlık: ‘Karanlık enerji’. 1998’de, evrenin görebildiğimiz en uzak bölgelerindeki süpernovaların, beklenenden daha az parlak oldukları gözlemlendi. Bu şu demek; yıldız patladıktan sonraki ışık bizim gözümüze gelene kadar geçen zamanda yıldızın orijinal yeri çok daha uzaklaşmış olmalıydı. Bunun için, artan bir hızda genişlemesi gerekiyordu. Bu bilim dünyasında tam bir şoktu çünkü evrenin genişlemesinin yavaşlaması beklenirken tam aksi ölçümlenmişti. Bu buluş her şeyi kendine çeken yerçekimine tam zıt çalışan her şeyi kendinden iten bir enerjiye işaret ediyordu. Evet, işte karşınızda 2011 Nobel Fizik Ödüllü, geçen haftanın üzümlü ekmeğinin mayasında bulunan gizli malzeme ‘Karanlık enerji’. Uzayda galaksiler arasındaki boşluk karanlık enerjiyle dolu ve karanlık enerji bu boşluğu hızlanarak büyütüyor, galaksiler aynı boyutta kalmakla birlikte hızla birbirinden uzaklaşıyor. Şu parantezi açalım: Big Bang’den 380.000 yıl sonra her yönden gördüğümüz 13,8 milyar yıldır seyahat eden ışık, çapı 28 milyar ışık yılı olan bir evren çiziyor. Fakat bugüne kadar geçen zamanda ışığın geldiği o nokta hızla uzaklaştı. Matematiksel hesapla o nokta şu anda bizden 46 milyar yıl uzakta yani bugün dünyayı merkez alsak evrenimizin çapı 92 milyar ışık yılı, fakat gözlemleyemiyoruz. Uzayda her cismin kendine göre gözlemleyebildiği bir evreni var; geçen hafta uyarmıştım, sakın merkezdeymişsiniz yanılgısına düşmeyin.
Einstein ‘evrenin geometrisini (eğriliği), evrenin içindeki toplam madde (enerji) miktarı belirler’ demiş, fakat evrenin statik olduğu yönündeki yanlış gözlemlere dayanarak, sabitleme için geometriden Lambda çıkarmış; Hubble’ın buluşundan sonraysa ‘hayatımın hatası’ diyerek Lambda’sını silmişti. Geçen hafta, çok üzgün olduğu o anın fotoğrafını sizinle paylaştıktan sonra Einstein günümüzde yaşasaydı Lambda’yı silmezdi demiştim. Sebebi varlığından emin olduğumuz karanlık enerji. Einstein’ın tek yapması gereken [eğrilik-lambda=enerji] formülünü aşırı komplike matematiksel bir yöntemle [eğrilik=enerji+lambda] formülüne çevirmek olacaktı. Abartmışım o kadar da karmaşık değilmiş. Bugün aramızda olsaydı Einstein yanlışlıkla denklemine koyduğu sabitinin karanlık enerjinin ta kendisi olduğunu görecek ve mutluluktan şöyle bir ifade takınacaktı.
Evrenin şekli
Evrenin şekli, eğriliğinin pozitif, negatif veya olmaması ihtimallerine göre şu üç geometrik şekilden biri olmalıdır.
Kapalı evren: Eğer evrende fazlaca madde varsa, kütleçekim kuvveti sonunda genişlemeyi yavaşlatacak ve evrenin büzüşmesine sebep olacaktır. Bu durumda evren, pozitif eğrilikte yani bir küre gibi olup sonu vardır (bir noktadan çıkıp düz giderseniz yine aynı yere dönersiniz).
Açık evren: Eğer genişlemeyi tersine çevirecek kadar madde yok ise evren sonsuza dek hızlanarak genişleyecektir. Böylesi bir evren at eyeri gibi olup negatif eğriye sahiptir.
Düz evren: Eğer evrende tam da büyüme hızını durduracak kadar madde varsa sıfır eğrilikte yani düzlem gibi olup yine sonsuza kadar devam eder.
Bir şeklin eğikliğini ölçmek için en basit yöntem üzerinde bir üçgen çizmektir. Yalnız çizeceğimiz üçgen bize doğruyu yansıtması açısından çok büyük olmalıdır. Eğer bu üçgenin iç açıları toplamı 180 derece ediyorsa o zaman bu şekil düzdür. Bir sayfada üçgen çizdiğimizde iç açılar toplamı 180 derecedir ve sayfa düzdür.
Şimdi dünyamızı ele alalım ve kocaman bir üçgen çizmeye çalışalım. Ekvatorun bir noktasından düz yukarı kutba çıkalım. Bu birinci 90 derecemiz. Daha sonra 90 derece açıyla kutuptan tekrar ekvatorun başka bir noktasına yine 90 dereceyle inebiliriz. Gördüğünüz gibi iç açılar toplamı 270 derece olan bir üçgenimiz oldu. Bunun tek sebebi dünyamızın küre şeklinde olup pozitif eğriliğe sebep olması. Geçen hafta iç açıları 180’den farklı bir üçgen vaat etmiştim, işte buyurun.
Peki ya evren? Evrenin eğikliğini anlamamız için yeterince büyük bir üçgeni nasıl çizeceğiz? Elimizde 13,8 milyar önce çekilmiş evrenin bebeklik fotoğrafı var. Kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının haritasını hatırladınız mı? İhtiyacımız olan büyük ölçek bu sayede karşılanıyor. İnanılmaz hassas ölçümler ve matematiksel hesaplamalar sonucunda çizilen hayali üçgenin iç açılarının toplamı tam 180 çıkıyor. Bu da evrenin düz olduğunun göstergesi oluyor. Tabi ki yıldızlar gezegenler hafif çıkıntılar yaratıyor fakat çok çok daha büyük ölçekte bakıldığında başından sonsuza dek uzayıp gidecek olan sıkıcı, düz bir evrenden söz ediyoruz.
Evrenin düz oluşu gerçeği yani eğriliğin sıfır olması; Genel Görelilik teorisindeki eşitliği hatırlarsak, net enerjinin de sıfır olduğu sonucuna varır. Kâinatta var olan tüm pozitif enerji ile negatif enerji birbirine eşittir.
Bugün evrenin -%70 kara enerji, %25 kara madde ve %5 normal maddeden oluşan- yoğunluğu evrenin düz olmasını gerektirecek kritik yoğunlukla eşittir. Geçmişte bu kombinasyon farklıydı ve gelecekte de farklı olacak ama evrenin net enerjisi hep sıfır oldu ve olacak. Bilim adamları karanlık madde ve karanlık enerjinin mücadelesinde ilk 9 milyar yıl karanlık maddenin son 5 milyar yıldır ise karanlık enerjinin galip geldiğini ispatladı.
Özetle fizik düz olan evrenimizin herhangi bir enerji olmaksızın hiçbir şeylikten oluştuğunu söylüyor. Peki, şayet enflasyon devresindeki gibi evreni bir atom boyundan aşırı kısa bir anda yıldız sistemi büyüklüğüne ulaştırabilecek "bang" ettirme mekanizması varken bile enerji sıfır ise, o zaman tek başına bir evren değil, çoklu evren olması çok daha mantıklı değil mi? Yani universe kavramı yerini multiverse kavramına bırakabilir. Fiziğin bu hipotezi nasıl test edebileceği ise tamamen meçhul. Şu anda en önemli soru karanlık maddenin ve karanlık enerjinin ne olduğu ve nasıl çalıştıkları.
Evrenin kaderi
Sevgili okuyucular evrenin kaderi belli: maalesef evren sonsuza kadar genişlemek suretiyle donacak. Merak etmeyin insanoğlu bu sonu görmeyecek çünkü güneşimiz 5 milyar sonra süpernova ile patlayacak zaten. Gerçi onu da göremeyecek çünkü 1,5 milyar yıl sonra güneş kırmızı bir dev haline gelip yaşamın özü olan su kaynaklarını kurutacak. Şimdi iyi haber: Bu kara bahtımız bir yana, biz insanlar öyle şanslı bir dönemde hayata gelmişiz ki etrafımızdaki galaksileri gözlemleyebiliyoruz. Eğer birkaç milyar yıl sonra dünyaya gelseydik etrafımız kapkaranlık olacak, kendi galaksi kümemiz dışında evreni koca siyah bir boşluk zannedecektik. Demek ki gökbilimciler için ‘neden hayattayız’ felsefi sorusunun cevabını bulduk! Ölçüm yapabilsinler diye! Gökbilimci olmayanlar için ise cevabı boşuna bu sayfada aramayın.
Aralık ayından itibaren Şili’de kurulan dünyanın en yüksek çözünürlüklü kamerası evrenin haritasını çıkarmaya ve karanlık enerji araştırmasına başlayacak. Gelecek medeniyetlere mirasımız olsun çünkü onlar Big Bang’i bile göremeyecekler.
Geçen hafta sorduğumuz ‘geceleri neden karanlık’ sorusunun cevabına gelince, evren içinde milyarlarca yıldız barındıran 400 milyar galaksiye sahip olmasına rağmen karanlık çünkü çok uzaktaki yıldızların hâlâ gözümüze ulaşmayan ışıkları var. Bunun sebebi de evrenin bir başlangıcı olması. Eğer ezelden beri var olmuş olsaydı, bütün o ışıklar gelmiş ve gecemizi aydınlatıyor olacaktı. Gelmekte olan ışıklar ise yoldayken evren hızla büyüdüğü için tesirlerini kaybedecekler. Bu arada her yıldızın bir ömrü de olduğunu unutmayalım. Dolayısıyla evren hep karanlık kalacak ve tabi gecelerimiz de.
Yazının 1. bölümü
http://www.salom.com.tr/haber-92694-evrenin_sirlari_.html?rev=15
Son Söz
Evrenin başka yerinde hayat var mı ya da başka evrenler varsa orada hayat var mı? Bu sorunun cevabını bilme ihtimalimiz çok az. Tek bildiğimiz mesafelerin çok büyük olması veya büyük hızlara erişecek enerjinin olamaması nedeniyle, bulsak da oralara gidemeyeceğimiz. Dünyaya takılıp kaldık, evrenin uçsuz bucaksızlığı karşısında büyüklüğümüz ise yok denecek kadar az. İyisi mi bu sayfayı yazmamda desteğini esirgemeyen Fizik Profesörü Alpar Sevgen’in öğütlerine kulak verelim: Bir: mutlu yaşamaya bakın, iki: çocuklarınıza yaşanabilir bir dünya bırakın.
Yetmedi diyenler için:
Hubble’dan 2014’ün top 10 görüntüleri http://www.youtube.com/watch?v=Lmx19_0GX8o
5 dakikada “Big Bang”: http://www.youtube.com/watch?v=wNDGgL73ihY
3 dakikada “Gece neden karanlıktır?” http://www.youtube.com/watch?v=gxJ4M7tyLRE
4 dakikada “Evren’in sınırları” http://www.youtube.com/watch?v=5NU2t5zlxQQ
http://www.youtube.com/ watch?v=i4UpvpHNGpM:
http://www.youtube.com/watch?v=-EilZ4VY5Vs
A universe from nothing: Lawrence Krauss
http://www.youtube.com/watch?v=yxxAADkgeA0#t=40 The Accelerating Expansion of the Universe:Alex Flippenko
http://www.space.com/25126-big-bang-theory.html
http://blogs.scientificamerican.com/degrees-of-freedom/2011/07/25/what-do-you-mean-the-universe-is-flat-part-i/
http://www.extremetech.com/extreme/174427-astrophysicists-create-the-first-accurate-map-of-the-universe-its-very-flat-and-probably-infinite