Evrenin Bir Şekli Var Mı?

Evrenin Bir Şekli Var Mı?

Yüzyıllar önce insanlar geceleyin gökyüzüne baktılar ve siyah bir kürenin Dünya’yı çevrelediğini tahayyül ettiler. Yıldızların sadece birer ışık noktacığı olduğuna inandılar. Güneş, Ay ve diğer gezegenler Dünya’nın çevresinde düzenli kusursuz bir örüntü içerisinde dönüyordu. Onlara göre, evren küçüktü, merkezinde Dünya yer alıyordu ve içiçe geçmiş kusursuz küreler biçiminde düzenlenmişti.

Kopernik ve Galileo gibi bilimadamları bu düşüncedeki kusurları keşfettiler. Galileo’nun keşiflerinden sonra, Dünya’nın evrenin merkezinde olmadığının kabul edilebilmesi için yüz yıldan fazla bir zaman geçmesi gerekti. Zaman geçtikçe evren hakkında daha çok şey öğrenmeye başladık. Bugün kozmosu gelişmiş teleskoplar, uydular ve insansız uzay roketleriyle araştırıyoruz.

Artık elimizde Dünya’dan milyonlarca ışık yılı ötedeki galaksilerin görüntüleri bulunuyor. Bilim adamları uzak yıldızlar üzerine düzenli bir şekilde çalışıyor. Bizimkinden çok ötelerdeki güneş sistemlerinde bulunan gezegenler bile keşfetmiş bulunuyorlar.

Ama büyük resim nedir? Bir bütün olarak evren hakkında ne biliyoruz? Genişliyor mu? Sonsuz mu? Eğer sonsuz ise uzayın sınırının ötesinde ne bulunuyor? Uzay tam olarak neye benziyor?

Bu sorular kozmoloji kategorisine giriyor. İnsanlar evren üzerine çalışırken birçok farklı yaklaşım denediler. Bazıları matematik üzerine yoğunlaştı. Diğerleri fiziği kullanmayı yeğledi. Bir çoğu da felsefi bir yaklaşımı seçti.

Evrenin neye benzediği hakkında kozmologlar arasında bir uylaşı olmayıp, çok sayıda teori bulunmaktadır. Uzayı betimlemenin zorluğu her şeyden önce görselleştirilebilmesinin zoruğundan kaynaklanmaktadır. Mekanlar hakkında iki boyutlu düşünmeye alışkınız. Örneğin, bir haritadaki konumunuzu enlem ve boylam kullanarak belirleyebilirsiniz. Ama uzayın dört boyutu vardır. Uzunluk ve genişlik boyutlarına sadece derinliği eklemeniz yetmez, ama aynı zamanda zaman boyutunu da eklemeniz gerekir. Gerçekte birçok kozmolog bu boyutlar bileşimine uzay-zaman adını vermektedirler.

Bir sonraki bölümde evrenin şeklini anlamamızda bize yardımcı olabilecek başlıca teorileri inceleyeceğiz.

Big Bang, Kütleçekim ve Genel Görecelik

Evrenin şeklini anlamamıza yardımcı olan üç teori var. Bunlar: Big Bang (Büyük Patlama) Teorisi, Kütleçekim Teorisi ve Einstein’ın Genel Görecelik Teorisi… Kozmologlar evrenin şekli hakkında hipotezler oluştururken bütün bu teorileri göz önünde bulunduruyorlar. Ama bu teorilerin tam olarak açıklamaya çalıştıkları şey nedir?

Büyük Patlama Teorisi evrenin başlangıcını betimlemeye çalışmaktadır. Gözlem ve analiz yoluyla, gökbilimciler evrenin genişlediğini tesbit etmişlerdir. Milyarlarca yıl önce, evren henüz çok gençken ortaya çıkmış olan ışığı saptamışlar ve bu ışık üzerine çalışmışlardır. Ve bir zamanlar evrendeki bütün madde ve enerjinin inanılmaz ölçüde küçük bir nokta içerisinde sıkışık olarak bulunduğunu öngörmüşlerdir. Sonra evren birdenbire genişlemiştir. Ve saniyenin herbir küçük parçasında milyonlarca ışık yılı öteye doğru genişleyen madde ve enerji bugünkü haliyle bildiğimiz evrenin temel yapıtaşlarını oluşturmuştur.

Kütleçekim Teorisi her bir madde parçacığı ile diğer bütün madde parçacıkları arasında bir çekim olduğunu söyler. Daha açık bir ifadeyle, parçacıklar birbirlerini kütleleriyle doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı bir kuvvetle çekerler. Bu denklem şöyledir:

F = GMm/r2

F kütleçekimsel çekimin kuvvetidir. M ve m birbirini çeken iki cismin kütleleridir. r2 ise iki cisim arasındaki mesafenin karesidir. Peki G nedir? O da kütleçekim sabitidir. Kütleleri ne olursa olsun iki cisim arasındaki sabit orantısallığı temsil eder. Kütleçekim sabiti şudur: 6.672 x 10-11 N m2 kg-2. Bu çok küçük bir sayıdır ve bu da cisimlerin neden hep birbirleriyle yapışık durmadıklarını açıklar. Büyük kütlelir cisimlerin diğer cisimler üzerinde görmezlikten gelinebilecekten biraz fazla kütleçekim etkisi vardır.

Eğer Big Bang Teorisi doğruysa, o halde evrenin başlangıcında maddeyi bu kadar uzağa ve bu kadar hızlı bir şekilde itecek çok büyük bir enerji patlaması olmuş olmalıdır. Bu enerji patlaması evrendeki bütün maddelerin arasındaki kütle çekiminin üstesinden gelebilmiş olmalıdır. Bugün kozmologlar evrende ne kadar madde bulunduğunu saptamaya çalışıyorlar. Eğer evrende yeterince madde varsa, kütle çekimi evrenin genişlemesini zaman içerisinde yavaşlatacak ve geri çevirecektir. Sonunda evren bir diğer tekilliğe doğru sıkışacaktır. Buna Büyük Çöküş (Big Crunch) adı verilmektedir. Ama eğer evrende yeterince madde yoksa, kütle çekimi evrenin genişlemesini durdurmaya yetecek kadar güçlü olmayacak ve evren sonsuza dek genişlemeyi sürdürecektir.

Görecelik Teorisi ise, enerji ve madde arasındaki ilişkiyi açıklamanın yanısıra aynı zamanda uzayın kavisli olduğu sonucuna da götürür. Uzaydaki cisimlerin eliptik yörüngelerde hareket etmesinin nedeni kütleçekim değil, uzayın kendisinin kavisli olmasıdır ve dolayısıyla düz bir çizgi gerçekte bir kavistir. Geometride, kavisli bir yüzey üzerinde bulunan düz bir çizgi bir jeodezik’tir.

Yukarıda betimlenen bu üç teori uzayın şeklinin gerçekte ne olduğuna ilişkin çeşitli teorilerin temelini oluşturur. Ama hangi şeklin doğru olduğuna ilişkin bir uylaşı yoktur.

Uzayın teorik şekilleri nelerdir ve bunların hangisinin doğru olduğunu neden bilmiyoruz? Bu soruların cevabı bir sonraki bölümde.

Evrenin Olası Şekilleri

Evrene ilişkin üç temel model eğrilik [curvature] üzerine dayanır: sıfır eğrilik, pozitif eğrilik ve negatif eğrilik.

Sıfır eğrilik [zero curvature] evrenin düz olduğu anlamına gelir. Veya bu bir Öklid evrenidir (Öklid geometrisi eğri olmayan yüzeylerle ilgilenir). Uzayı iki-boyutlu bir yapı olarak tahayyül edin — bir Öklid evreni düz bir düzleme benzeyecektir. Paralel çizgiler ancak düz bir düzlemde mümkün olabilir. Düz bir evrende, evrenin gerisingeri kendine çökmeyecek şekilde, ama gitgide azalan bir hızda sonsuza dek genişlemesine anca yetecek kadar madde vardır.

Eğer evrenin pozitif bir eğriliği [positive curvature] varsa, bu kapalı bir evrendir. Böylesi bir evrenin iki-boyutlu modeli bir küreye benzeyecektir. Paralel jeodezikler (kavisli bir yüzeyde düz çizgiler) olması mümkün değildir — iki çizgi bir noktada birbiriyle kesişecektir. Kapalı bir evrende, genişlemeyi geri çevirmeye yetecek kadar madde vardır. Sonuçta, böylesi bir evren kendi içine çökecektir. Kapalı bir evren, sınırlı bir evrendir — kendi içine çökmeden önce sadece belli bir büyüklüğe kadar genişleyecektir.

Negatif eğriliği [negative curvature] görselleştirmek biraz daha zordur. En yaygın betimlemesi bir eğerdir. Negatif eğrilik modelinde, düz bir düzlemde paralel olabilecek iki çizgi birbirinden uzaklaşır. Kozmologlar evrenin negatif eğrilik modellerini açık evrenler olarak nitelendirirler. Bu evrenlerde, genişlemeyi geri çevirmeye veya yavaşlatmaya yetecek kadar madde yoktur ve böylelikle evren sonsuza dek genişlemeyi sürdürür.

Bu, evrenin düz bir düzey, bir küre veya bir eğer şeklinde olduğu anlamına mı gelir? İlla ki bunlardan biri olması gerekmez. Uzay-zaman’ın dört-boyutta ölçüldüğünü ve bunun da iki boyutlu örneklerin kullanışlılığını azalttığını hatırlayalım. Ve evrenin nihai şekliğinin gerçekte ne olduğuna ilişkin bir çok rakip teoriler vardır.

Olası şekillerden biri üçlü simittir [triple torus]. İlk bakışta üçlü simit sıradan bir küp gibi görünür. Ama kübün herbir yüzü öbür taraftaki yüze yapışıktır. Büyük bir kübün içerisinde uçan bir uzay gemisinde olduğunuzu ve kübün üst tarafına doğru yol aldığınızı tahayyül edin. Temas ettiğinizde dümdüz olmazsınız. Bunun yerine, kübün altında, üst tarafa karşılık düşen yerde ortaya çıkarsınız. Diğer deyişle, yukarı çıkmış ve alt taraftan geri gelmişsinizdir. Bir doğrultu boyunca eğer yeterince ilerlerseniz, sonunda başladığınız yere gelirsiniz. Bu bize yabancı bir durum değildir, çünkü Dünya üzerinde eğer doğru bir çizgi üzerinde ilerleyecek olsanız, sonunda başlangıç noktanıza geri dönersiniz.

Diğer şekil Poincaré oniki-yüzlü küre şeklidir. Oniki-yüzlü, 12 yüzü olan bir cisimdir. Poincaré varyasyonunun dışarı doğru hafifçe kavisli yüzeyleri vardır. Kafa karıştırıcı olan nokta, evrenin öngörülen büyüklüğünün gerçekte gözlemlediğimizden daha küçük olmasıdır. Diğer deyişle, gördüklerimiz evrenin sınırlarının ötesine geçiyor. Ama kozmologlar, bunda bir sorun olmadığını söylüyorlar. Uzayın sınırlarının ötesinde uzanıyor gibi görünen uzak bir galaksiye baktığınızda, yukarıda betimlenen başa-sarma etkisini deneyimliyorsunuz. Sözkonusu olan galaksi gerçekte arkanızda, ama sanki bir pencereymiş gibi oniki-yüzlünün bir yüzünden bakıyorsunuz. Yeterince uzağı görebilseydiniz ensenizi görüyor olacaktınız.

Bunlar gibi, evrenin sahip olabileceği bir çok farklı teorik şekil var, ama bunların çoğu elimizdeki verilerle uyuşmuyor. Peki bu veriler nedir ve bunları nasıl elde ediyoruz? Bir sonraki bölümde…

Evren Nasıl Ölçülür?

Optik teleskoplar görünür ışık spektrumu içerisindeki cisimleri incelememizi sağlar ama görece zayıf gereçlerdir. Çünkü, uzak galaksilerden gelen ışık Dünya’ya varmadan önce parçacık bulutları ve diğer cisimler tarafından engellenebilir. Diğer gereçlergörünür spektrumun dışında kalan dalgaboylarını ölçebilir. Kozmoloji alanındaki son dönem çalışmaların çoğu kozmik mikrodalga arkaplan (cosmic microwave background) üzerine odaklanmıştır. Kozmik mikrodalga arkaplan, evrenin 380,000 yaşında olduğu dönemde evrenin yarattığı ışımadır. Bu ışımayı çalışarak, kozmologlar evrenin başlangıç safhalarında neye benzediği hakkında bulgular elde edebilirler.

Bilimadamları, Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Uydusu’nu (WMAP) kullanarak, kozmik mikrodalga arkaplan hakkında ilginç bir keşifte bulundular. Kozmik mikrodalga arkaplanın ışıma dalgaboylarındaki değişkenliğin (variation) belli bir noktada durduğunu buldular. Sonsuz, sınırsız bir evrende, dalgaboylarının büyüklüğüne bir sınır olamaz. Bu durumda, her büyüklükte değişkenlik ve frekans görmeyi umabiliriz. Sadece sınırlı bir evrende, dalgaboylarının ancak belli bir yüksekliğe kadar çıkabileceğini görmeyi umabiliriz.

Genişlemeye gelince, kozmologlar evrendeki madde miktarının oranını ve genişlemeyi durdurmaya gereken miktarı kütle yoğunluğu parametresi (density parameter) olarak adlandırıyorlar. Kütle yoğunluğu parametresinin 1’den büyük olması durumunda, bu, evrenin kapalı bir evren olduğu ve genişlemeyi tersine çevirmek için gerekenden fazla kütleye sahip olduğu anlamına geliyor. Kütle yoğunluğu parametresinin 1 olması evrenin düz olup, genişlemenin yavaşlaması ama hiç durmaması anlamına geliyor. Ve kütle yoğunluğu parametresinin 0 ile 1 arasında olması ise evrenin açık bir evren olduğu ve genişlemenin sonsuza kadar süreceği anlamına geliyor.

Ama evrende gerçekte ne kadar madde olduğunu bilmiyoruz. Belirleyebildiğimiz madde miktarı görece küçük — genişlemeyi tersine çevirmek için gereken maddenin sadece yüzde beşi kadar. Ama görünüşe göre hiçbir şekilde göremediğimiz madde de var. Kozmologyar yıldızların tuhaf bir şekilde hareket ettiklerini fark ettiler — bu yıldızlar, belirleyebildiğimizden daha fazla miktarda madde kendileri üzerinde kütleçekimsel bir etkide bulunuyormuşçasına davranıyorlar. Bazı kozmologlar bunun herhangi bir biçimde göremediğimiz ve karanlık madde olarak adlandırılan bir tür madde olduğu anlamına geldiği sonucunu çıkarıyorlar.

Ama Büyük Çöküş’e neden olabilecek kadar karanlık madde var mı? Yani, dengeyi oluşturup oranı 1 veya daha üstüne çekebilmeye yetecek kadar madde var mı? Kozmologlar evrende gözlemlenebilir olandan çok daha fazla karanlık madde olduğuna inanıyorlar ama yine de hem görünür olan maddenin hem de karanlık maddenin kombinasyonunun yine de genişlemeyi tersine çevirmek için gereken miktarın ancak yüzde 30’una denk geldiğini tahmin ediyorlar.

Uzayın tam şeklini bilmiyor olsak da yapılan araştırmalar bize hergün yeni bilgiler veriyor. Ve eğer evrenin bir sınırı varsa, ötesinde ne bulunuyor? Bunu bilmiyoruz ve belki de hiçbir zaman bilemeyeceğiz.
Kaynak:solakkedi