Oğuz Pancar

Şu anda bile evrenin gözlemlenebilir en uzak bölümlerinde ölçülen genişleme hızının ışık hızını aştığı düşünülürse, önce galaksilerin birbirinden uzaklaşması, sonra galaksilerin, yıldız sistemlerinin ve en son da atom altı parçacıkların birbirinden kopmasıyla sonuçlanacak bir genişleme kaçınılmaz görünüyor “Büyük Yırtılma” (Big Rip) olarak adlandırılan bu senaryoda.

Yanınızdan hızla bir ambulansın geçtiğini düşünün; sirenin sesini araç size doğru yaklaşırken yüksek frekansta (daha tiz), uzaklaşırken ise düşük frekansta (daha pes) duyarsınız. Bunun nedeni, yaklaşan bir nesneden yansıyan bir ses dalgasının dalga boyunun azalması, uzaklaşan nesnelerdeyse dalga boyunun artmasıdır. Bu olguyu 1842’de ilk keşfeden Avusturyalı fizikçi ve matematikçi Andreas Doppler’in adıyla, “Doppler Etkisi” olarak adlandırılan bu etki ses dalgaları dışında, ışık gibi elektromanyetik dalgalarda da aynı biçimde geçerlidir. Bize yaklaşan cisimlerden yansıyan ışığın rengi, gözle fark edilemeyecek bir ölçüde de olsa maviye kayar; uzaklaşan cisimlerinse kırmızıya. Bu kaymanın ölçüsüne dayanarak, hareket eden bir cismin hızını uzaktan belirlemek olanaklıdır; örneğin trafikteki polis radarları da aracınıza çarpıp geri yansıyan radyo dalgalarındaki maviye kayma oranına göre hızınızı -ve bazen ödeyeceğiniz cezayı- belirler.

California'daki Mount Wilson Gözlemevi'nde çalışan ve aslında o güne dek bilimsel bir başarıya imza atmamış olan Edwin Hubble, zamanın en güçlü teleskoplarından 100 inçlik Hooker Teleskobu'nu kozmosun daha önce pek incelenmemiş bölgelerine yöneltip gözlem yapmaya başladığında, bütün evren anlayışımızı kökten değiştirecek bir buluşun eşiğinde olduğunu bilmiyordu elbette. Ama gözlemler ve ölçümler biriktikçe, evrenin uzak bölgelerindeki her gök cisminden bize yansıyan ışığın kırmızıya kaydığını fark etti, bunlar Dünya’dan uzaklaşıyordu! Üstelik cisim ne kadar uzaktaysa o kadar uzaklaşma hızı o denli yüksekti. Bunlar yalnızca bizden değil, birbirlerinden de uzaklaşıyordu! Bunun anlamı çok açıktı, demek ki evren genişlemekteydi, durağan değildi.

Yine Kozmolojik Sabit!

Bu gözlem o güne dek kabul edilen durağan evren düşüncesinin sonu oldu. Hubble’dan önce bilimsel kabul, evrenin sonsuz ve durağan olduğuydu; kimileri evrenin sonlu olduğunu öne sürse de durağan olduğuna bir kuşku yoktu. Hatta Einstein durağan bir evrende kütleçekiminin tüm cisimleri zamanla bir araya toplaması gerektiğini, bu gözlenmediğine göre kütleçekimin tam tersi yönde çalışan yani evreni dışa doğru iten bir madde(ether benzeri) /enerji olması gerektiğini öne sürdü ve buna “Kozmolojik Sabit” (Lambda) adını verdi. Einstein yıllar sonra bu önermesini “en büyük hatam” olarak nitelendirse de neredeyse 100 yıl sonra Einstein’ın “hatasının” aslında hata olmayabileceği düşüncesine varmış bulunuyoruz.

Evrenin genişlemekte olduğunun anlaşılması bir süre sonra “Büyük Patlama” düşüncesini doğurdu doğal olarak. Öyle ya evren genişliyorsa o zaman 5 milyar yıl önce çok daha küçük olmalıydı, 10 milyar yıl ondan da daha küçük. Filmi geriye doğru sarınca varılan sonuç, evrenin en başta tek bir nokta olduğu ve o noktanın “patlamasıyla” genişlemeye başladığı oluyordu doğal olarak.

[Aslında büyük patlama düşüncesi ilk olarak Hubble’ın keşfinden iki yıl önce 1927’de Belçikalı rahip ve astrofizikçi Georges Lemaître tarafından ortaya atılmıştır. Evrenin genişlediğini öne süren ve bu genişlemenin bir başlangıç noktasına işaret ettiğini belirten bir makalesinde Lemaître, Einstein'ın genel görelilik teorisini kullanarak, evrenin genişlemesinin zaman içinde geri sarılarak bir "ilksel atom" veya "kozmik yumurta" adı verilen çok yoğun ve sıcak bir başlangıç durumuna ulaşacağını öne sürer.]

Evrenin Yazgısı

O güne dek bir başlangıcı ve sonu olmadığı düşünülen evrenin bir doğum anına sahip olması, öngörülebilir bir sonu olduğuna da işaret ediyordu doğal olarak. Ancak evrenin kaderi “kritik yoğunluk” olarak adlandırılan bir değişkene, yani birim hacim başına toplam ne kadar kütle+enerji içerdiğine bağlı olarak farklılıklar gösterecektir, evreni bekleyen gelecek konusunda kritik yoğunluğa bağlı olarak üç senaryo olası görünüyor:

Açık Evren : Evrendeki toplam kütle-enerji yoğunluğu kritik yoğunluktan daha azsa, evren sonsuza kadar genişleyecektir. Bu evren genişledikçe soğuyacak, atomlar molekül bile oluşturamayacak kadar birbirinden uzaklaşacak ve evren soğuk, karanlık ve ölü bir boşluğa dönüşecektir; bu senaryo “Isıl Ölüm” ya da “Büyük Donma” (Big Freeze) olarak adlandırılır.

Kapalı Evren : Evrendeki toplam kütle-enerji yoğunluğu kritik yoğunluktan daha fazlaysa, kütleçekimin etkisiyle evrenin genişlemesi bir noktada duracak ve daha sonra içine çökme başlayacaktır; gitgide küçülen evren yine tek bir noktaya kadar küçülecek ve belki de yeni bir büyük patlama ile yeniden doğacaktır (döngüsel evren); bu senaryo "Büyük Çöküş" (Big Crunch) olarak adlandırılır.

Düz Evren : Evrendeki toplam kütle-enerji yoğunluğu kritik yoğunluğa eşitse, evren sonsuza kadar genişlemeye devam eder, ancak genişleme hızı zamanla sıfıra yaklaşır.

Özellikle 1960’lardan sonra çeşitli bilimcilerin katkılarıyla süren kritik yoğunluk çalışmaları sonunda, bu değerin denge durumuna (Omega=1) çok yakın olduğu, yani evrenin “düz” olduğunu görüşü ağırlık kazanır; evrenin genişlemesinin zamanla yavaşlayacağı ve bir süre sonra neredeyse durağan bir duruma geleceği öngörülür.

Ancak 1998’de kimsenin öngörmediği bir senaryo daha eklenir bunlara. 1990’lı yıllarda başlayan iki uzun araştırmanın bulguları aynı sonucu verir: evrenin genişlemesi gitgide hızlanmaktadır! Saul Perlmutter liderliğindeki "Süpernova Kozmoloji Projesi" ve Brian Schmidt ile Adam Riess'in öncülüğündeki "Yüksek-Z Süpernova Arama Projesi" kapsamında, evrenin en uzak bölgelerindeki Tip Ia süpernovalar üzerinde yapılan araştırmaların sonuçları 1998 yılında açıklandığında, bilim dünyasının duyduğu büyük bir şaşkınlığı tahmin edebilirsiniz. Herkes uzak gelecekte evrenin çökeceği, en azından durağan hale geleceğini düşünürken karşılaştıkları gerçek bunun tam tersidir ve dahası, buna neyin yol açtığı konusunda kimsenin en ufak bir fikri yoktur!

Çok uzun bir süre öncesiz ve sonrasız olduğu düşünülen evrenin bir başlangıcının olması, evrenin bir evrim sürecinden geçmiş ve geçmekte olduğunun anlaşılmasını sağlamıştı ama yine de bu evrimin doğrusal bir çizgi izlediği düşünülüyordu. Çünkü bildiğimize göre evren, toplam madde-enerji miktarı açısından kapalı bir sistemdir; gerçi Planck zamanı (yaklaşık 10⁻⁴³ sn) sınırları içinde sürekli vakumdan ortaya çıkıp tekrar yok olan sanal parçacıkların varlığı bilinse de bunlar evrendeki toplam kütle+enerji miktarını değiştirmez. Genişlemenin hız kazanması evrenin kapalı bir sistem olmadığına işaret edebilir. Dışarıdan enerji girişi olması dışında evrendeki maddenin sürekli olarak bu genişlemeyi mümkün kılacak türden bir enerjiye dönüşmesi de olası senaryolardan biridir ama saydığımız bu iki senaryoyu da destekleyen gözlemler yok.

[Kimi bilimciler, karadeliklerin maddeyi enerjiye dönüştüren birer değirmen gibi çalıştığını, bu sayede çekici olan kütlenin azalırken itici olan enerjinin arttığını, bunun da evrenin genişlemesini hızlandırdığını öne sürüyor. Ancak yapılan gözlemler karadeliklerin -dolaylı yoldan ölçülen- kütlelerinde bu tür düzenli azalmaları doğrulamıyor. Buna karşın Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’nde bulunan ve 5 bin robotik mercek-gözü olan DESI’den (Dark Energy Spectroscopic Instrument-Karanlık Enerji Spektroskopik Cihaz) elde edilen ölçümler bunun tam tersi, karadeliklerin kütlesiyle karanlık enerji arasında doğrusal bir bağlantı olabileceğini gösteriyor. Yani karadeliklerin sayı ve kütlesi arttıkça sanki karanlık enerji de artıyor gibi görünüyor. Karadeliklerin kütle kaybetmeden bu fazladan enerjiyi nereden ve nasıl yarattıkları açıklanmaya muhtaç bir konu, doğal olarak.]

Doğası bilinmeyen ancak bir enerji türü olduğu tahmin edilen ve bu yüzden karanlık enerji olarak adlandırılan bu olgunun kaynağı olmaya en yakın aday, evrenin kendi dokusu aslında. Karanlık maddeden farklı olarak, karanlık enerjinin evrende eşit bir biçimde dağıldığı düşünülüyor. Evren genişledikçe üç boyuttaki hacmi de büyür, belki de karanlık enerji dokudaki bu genişlemenin ayrılmaz bir eşlikçisidir. Eğer evrendeki toplam karanlık enerji sabit olsaydı, evren genişledikçe yoğunluğu ve etkisi azalacaktı ama görünen o ki evren genişledikçe toplam karanlık enerji miktarı da artmaktadır; bu iki değer birbirlerini besleyen bir döngü içinde bulunabilir. Toplam kütle miktarı sabit kalan ama karanlık enerjisi artan bir evrende genişlemenin hızlanması doğal görünüyor.

Büyük Yırtılma

Evrenin genişleme hızına dayanarak yapılan hesaplamalarda, evrendeki toplam kütle+enerjinin %68’inin karanlık enerjiden oluştuğu görülüyor. Eğer bu gözlemler tutarlıysa bundan söz gelimi 5 milyar yıl sonra karanlık enerjinin toplam içindeki payının daha fazla olması gerekir. Bu süreci daha da ilerletirsek, gün gelecek evrendeki tüm madde ve enerjinin yüzdesel olarak neredeyse tamamı karanlık enerjiden oluşacak. Şu anda bile evrenin gözlemlenebilir en uzak bölümlerinde ölçülen genişleme hızının ışık hızını aştığı düşünülürse, önce galaksilerin birbirinden uzaklaşması, sonra galaksilerin, yıldız sistemlerinin ve en son da atom altı parçacıkların birbirinden kopmasıyla sonuçlanacak bir genişleme kaçınılmaz görünüyor “Büyük Yırtılma” (Big Rip) olarak adlandırılan bu senaryoda.

Buna karşılık bu hızlanma olgusunun, evrende maddenin yoğun olduğu bölümlerde ve geniş boşluklarda kütleçekimin etkisiyle zamanın farklı hızda aktığı ve bu yüzden evrenin olduğundan hızlı genişliyor olarak gözlemlendiğini, bunun bir yanılsama olduğunu öne sürenler de var.

Şu anda karanlık enerji hakkında bil(me)diklerimiz, tanıdığımız 4 kuvvetin (kütleçekimi, elektromanyetik, zayıf nükleer ve güçlü nükleer) yanına bir beşincinin eklenmesini zorunlu kılacak gibi görünüyor olsa da bence karanlık enerji doğrudan evren dokusunun içkin bir özelliği; doku genişledikçe karanlık enerji olarak adlandırdığımız etki de güçlenerek artıyor. Zaten son birkaç haftadır söz ettiğimiz kuantum gizemlerden dalga-parçacık ikiliği ve dolanıklığın doğrudan evrenin dokusuyla bağlantılı olduğunu düşünüyorum, onu anlamadan bu olguları da çözmek olanaklı olmayacak sanki. Evrenin dokusu derken, uzay-zamandan değil onun da altındaki daha temel dokudan söz ediyorum; o anlaşılmadan kuantum mekaniği ve kozmolojide görülen pek çok olgunun tam olarak anlaşılması zor görünüyor.

O dokuyla ve yapısıyla ilgili başta Sicim Kuramı (String Theory) ve Döngü Kuantum Kütleçekimi (Loop Quantum Gravity) olmak üzere çeşitli kuramların önermeleri var, belki ilerleyen haftalarda onlardan da söz ederiz.