Karanlık Enerji: Yoksa Evren Genişlemiyor mu?

Evren’in sonuna ilişkin büyük yırtılma senaryosunu anlattığım yazıda uzayın karanlık enerji ile gittikçe hızlanarak genişlediğini ve 22 milyar yıl sonra Evren’in parçalanarak yok olabileceğini söylemiştim. Ancak, üç fizikçi süpernova verilerine bakarak Evren’in genişlemesinin hızlanmadığını öne sürdü.

Evren genişliyor mu?

Paniklemeyin ama evren küçüldü yazısında belirttiğim gibi Evren büyük patlamadan bu yana sürekli genişliyor. Büyük patlama evren öncesi yoklukta bir varoluş küresi yarattı ve bugün de bu küre balon gibi şişerek genişlemeye devam ediyor.

Aslında evren kendisini doğuran büyük patlamadan sonra oldukça kısa bir süre için ışıktan çok daha hızlı genişledi ve neredeyse bugünkü boyutlarına ulaştı. O zamandan beri de ışıktan çok daha yavaş olarak genişlemeye devam ediyor.

İlgili yazı: 234 Yıldızdan Uzaylı Sinyali Aldık mı?

 

Ne kadar hızlı genişliyor?

Evren’de mesafeler çok büyük. Gerçekten astronomik ve bu yüzden uzaydaki uzaklıkları parsekle ölçüyoruz. 1 parsek 3,26 ışık yılına karşılık geliyor ve Evren her 1 milyon parsekte; yani 3 milyon 260 bin ışık yılı mesafede saniyede 67 km hızla (saatte 241 bin 200 km) genişliyor.

Buraya kadar sorun yok. Evren’in genişlediğini astronomik gözlemlerle kanıtlamış bulunuyoruz. Yazımızın konusu olan makaleyi yazan üç evrenbilimci de Evren’in genişlemeye devam ettiğini kabul ediyor. Ancak, gittikçe hızlanarak genişlediğini kabul etmiyor ve genişleme hızı sabit diyor.

İlgili yazı: İnternetinizi uçuracak en iyi 10 modem

 

Hızlanma olayı nereden çıktı?

Başta standart mum özelliği taşıyan süpernovalar ve diğer gökcisimleri üzerinde yapılan ölçümler, Evren’in genişleme hızının 5 milyar yıl önce hızlanmaya başladığını gösterdi (Dünya’nın oluşmasından yaklaşık 500 milyon yıl önce).

Süpernovaların patlayan yıldızlar olduğunu söylemiştik. Standart mum özelliği de süpernovanın parlaklığı ile Dünya’ya uzaklığı arasında doğru orantı olması demek. Bu nedenle uzak galaksilerdeki süpernovalara bakarak bunların uzaklığını ölçüyor ve Evren’in genişleme hızını ölçebiliyoruz.

İşte J. T. Nielsen, A. Guffanti ve S. Sarkar adındaki üç evrenbilimci geçenlerde Evren’in genişleme hızının artmadığını söyleyince bu yüzden sorun çıktı.¹ Öncelikle iki bilim insanı Evren’in genişleme hızının arttığını gösterdikleri için 2011 Nobel fizik ödülünü almışlardı.² Ancak, yeni fizikçiler haklıysa bu ödülü boşa almış olacaklar.

İlgili yazı: Elon Musk Mars’ta Sera Kent Kuracak

 

 

Bilimde hatır olmaz

Demek istiyorum ki Nobel ödülünü boşuna almış olmaları önemli değil. Yeter ki gerçek ortaya çıksın; ama bilimsel gerçekler de deney ve gözlemlerle kanıtlanmak zorunda. Biz de bunu yapalım ve Evren’in karanlık enerji nedeniyle genişlemesinin gerçekten hızlanıp hızlanmadığına bakalım.

Karanlık enerji nedir?

Yakınlarda yeni bilimsel gelişmeler ışığında revize edeceğim Evren boşluktan nasıl oluştu yazısında anlattığım gibi Evren’in toplam enerjisi değişmiyor.

Termodinamik açıdan Evren kapalı bir sistem: Yoktan enerji yaratamaz ve enerjiyi yok edemezsiniz. Yoksa enerjinin ve momentumun korunumu yasalarını ihlal etmiş olursunuz. O zaman da fizik yasaları burada ve Mars’ta, her yerde farklı olur ve ne düzen kalır ne de bilim yapma imkanı.

Ancak, Evren’deki toplam enerji miktarının değişmediğini söylemenin ilginç bir sonucu var. Evren yokken var olduğu düşünülen sanal parçacık uzayına negatif basınç verirseniz (negatif enerjinin aynı miktarda pozitif enerjiyle dengelenmesi gerektiği için) yoklukta büyük patlama (pozitif enerji) meydana gelir. Pozitif enerji de evrenin doğup genişlemesine yol açar.

İlgili yazı: Dokuzuncu Gezegen Güneşi 6 Derece Çarpıttı

 

Evren boşluktan böyle oluştu

Negatif basıncın nereden geldiği ayrı bir tartışma konusu. Ancak çoğu belgeselde anlatıldığı gibi negatif basınç negatif enerji değildir. Bunu nötr atomlar ve elektrik yükü gibi düşünün. Nötr atomlarda pozitif atom çekirdeklerini yörüngemsilerde dönen negatif elektron bulutları dengeliyor. Böylece atomun toplam elektrik yükü sıfır oluyor (ama enerjisi sıfır olmuyor).

Biz de bu yüzden negatif basıncın eş ölçüde pozitif enerji (yani yeni bir evren) yaratmış olması gerektiğini söylüyoruz. Enerjinin korunumu yasası gereği, evren olmayan yoklukta pozitif enerjinin ortaya çıkmasına boşluğun enerjisi de diyebiliriz. Ancak, bilim insanları buna daha havalı bir isim veriyorlar: karanlık enerji.

İlgili yazı: Venüs Hayat Olan İlk Gezegen mi?

 

Karanlık enerji gerçekten var mı?

Dolaylı sebeplerle var olduğunu düşünüyoruz ve Casimir etkisi deneyi ile bunu kısmen kanıtladık. Artık karanlık enerji denen şeyin ne olduğuna dair genel bir fikir edindiğimize göre, evrenin genişlemesinin hızlanıp hızlanmadığı konusuna devam edebiliriz.

Bir bardak suda fırtına koparmak

Ne güzel bir deyimdir Türkçemizde. 🙂 Evren’in genişlemesinin hızlanmadığıyla ilgili olarak son günlerde bilim camiasında tam da bunu yaşıyoruz.

3 bilim insanı çıkıyor ve Evren’in genişlemesinin hızlandığını sadece süpernova gözlemleriyle kanıtlamışız gibi, sanki elimizde başka bir delil yokmuş gibi davranıyor. Süpernova uzaklıklarını yeniden ölçerek “Yanılıyorsunuz! Evren’in genişlemesi aslında hızlanmıyor” diyorlar.

İlgili yazı: Bazı Kara Delikler Evrenden Eski

 

Peki haklılar mı?

Queensland Üniversitesi’nden Profesör Tamara Davis’in dediği üzere, büyük olasılıkla yanılıyorlar. Büyük olasılıkla Evren gerçekten de hızlanarak genişlemeye devam ediyor ve böyle giderse Çinlilerin 2013’te hesapladığı gibi, 22 milyar yıl sonra atomlar bile parçalanarak yok olacak; çünkü Evren’in son gününde uzay atom ölçeğinde bile ışıktan hızlı genişlemeye başlayacak (Buna ikinci şişme dönemi diyebiliriz).

Öyleyse üç evrenbilimci hangi alanlarda hata yapıyorlar? İlkini belirttik: Evren’in genişlemesi için elimizde süpernova ölçümlerinden başka kanıtlar da var. Şimdi diğer hataları inceleyelim:

İlgili yazı: Uzay Oteli 2020 Yılında Açılıyor

 

Lehte kanıtlar

Her şey Einstein’la başladı. Einstein görelilik teorisini geliştirdiği zaman Evren’e baktı ve kainatın sabit olamayacağını gördü. Görelilik teorisi uyarınca ya Evren sonsuza dek genişlemeye devam edecekti veya bir gün kendi üzerine çöküp kara delik olarak yok olacaktı.

Bu nedenle Einstein Evren’in genişlemediğini ve sabit olduğunu göstermek için formüllerine bir kozmolojik sabit ekledi; çünkü o yıllarda elimizde Evren’in genişlediğini gösteren kanıtlar yoktu. Ancak daha sonra Einstein yeni kanıtlar ışığında yanılmış olduğunu söyledi.

Evren’in genişlediği ortaya çıkınca (ünlü astronom Hubble bütün uzak galaksilerin bizden uzaklaştığını ve uzaklaşma hızının da mesafeye bağlı olarak arttığını gösterince) Einstein, kozmolojik sabitin o güne dek yaptığı en büyük hata olduğunu söyledi.

İlgili yazı: Uzay Milleti Asgardia 2017’de Kuruluyor

 

Oysa tekrar haklı çıktı

Bundan 15 yıl önce Evren’in sonsuza dek genişleyeceğinden emin değildik. Belki de bir gün kendi üzerine çökerek yok olacaktı. 1) Evren’in şekli at eyeri gibiyse (negatif eğri) ya Evren sonsuza dek çok hızlı genişleyecek ve belki de büyük yırtılma senaryosu gerçek olacaktı.

2) Evren’in şekli küre şekilliyse bir gün genişleme duracak ve Evren kendi üzerine çöküp kara delik olarak yok olacaktı. 3) Ancak Evren’in şekli neredeyse düzse, tıpkı fotokopi kağıdı gibi düzse veya düze yakınsa Evren sonsuza kadar düşük bir hızda genişlemeyi sürdürecekti.

Peki sizce Evren’e şeklini veren parametre neydi? Uzayda birim hacimdeki maddenin (normal ve karanlık madde) boşluğun enerjisine (karanlık enerji) oranı; yani Einstein’ın kozmolojik sabiti! Şöyle diyelim: Uzaydaki madde yoğunluğunun kritik yoğunluğa oranı 1 veya 1’e çok yakınsa 3. Şık, 1’den büyükse 2. Şık ve 1’den küçükse 1. Şık geçerli.

İlgili yazı: Şaşırtan Keşif: Evrende 2 Trilyon Galaksi Var

 

Son kararımız 3. şık

Yapılan ölçümler bu oranın (Einstein’ın kozmolojik sabitinin) 1 veya neredeyse 1 olduğunu gösteriyor. Tıpkı Einstein’ın söylediği gibi.

Şimdi: Evren’de hiç madde olmasaydı. Evren’in tamamı boş uzay ve enerjiden oluşsaydı süpernova gözlemleri Evren’in genişlemesinin hızlandığını göstermeyecekti. Süpernova mesafe ölçümlerine göre elimizde ne genişleyen ne de büzülen, sabit bir evren olacaktı.

İlgili yazı: Tesla İle Elektrik Kesintisine Son

 

Oysa Evren’de madde var

Bu nedenle de Einstein haklı. İçinde madde olan evren kütleçekim kuvvetinin yarattığı yerçekimi alanının eklediği dengesizlik nedeniyle ya genişlemek ya da büzülmek zorunda. Süpernova ölçümleri de Evren’in genişlemekte olduğunu gösteriyor.

Üç fizikçinin yeni makalesinde ise önce Evren’in genişlemesinin hızlanmadığı öne sürülüyor, ardından da astronom Fred Hoyle’un yaklaşık 60 yıl önce öne sürdüğü gibi Evren’in hiç genişlemediği veya büzülmediği, kısacası sabit olduğu ihtimali ele alınıyor.

İlgili yazı: Gerçek Atlantis Bulundu: Batık Kıta Hindistan

 

Bu yüzden yanılıyorlar

Haydi biraz sonuçtan sebep çıkaralım, pek bilimsel bir yaklaşım olmasa da teleoloji yaparak mantıksal bir hatayı (bilimsel bir safsatayı) ortaya koyalım:

Evren’in genişlemediğini söylemek için bize yeni bir fizik gerekiyor; çünkü Einstein’ın görelilik teorisi bize Evren’in ya genişleyeceğini ya da büzüleceğini söylüyor. Evren’in sonsuza dek aynı boy kalması bugün bildiğimiz fizik kurallarına aykırı.

T. Nielsen, A. Guffanti ve S. Sarkar bu yüzden mantıksal bir hata yapıyorlar. Evren’in genişlemesi veya genişlemenin hızlanması onlara saçma geliyorsa Evren’in hiç genişlemediğini söylemenin daha saçma olduğunu görmek zorundalar. Sabit evren için bize yeni fizik yasaları gerekiyor.

İlgili yazı: İnsan Ömrü Neden 122 Yıl?

 

Ya sabitse?

Evren sabitse bunun kanıtlanması gerek. Elimizdeki kanıtlar Evren’in genişlediğini gösteriyor. Daha net söyleyelim. Süpernova muhabbetinden canınız mı sıkıldı? Bütün süpernovaları çöpe atın. Evren’in genişlediğini gösteren bütün süpernova gözlemlerini yok sayın.

Buna rağmen elimizde Evren’in genişlediğini gösteren başka kanıtlar var. Örneğin, Avustralyalı fizikçiler WiggleZ projesi kapsamında uzayı 5 yıl taradılar ve 250 bin galaksinin bizden uzaklaşma hızını ölçtüler. Üstelik sadece bizden uzak olan ve bizden ulaşmakta olan galaksileri dikkate aldılar.

Peki neden? Sonuçta bütün galaksiler bizden uzaklaşmıyor da ondan. Örneğin Samanyolu, Andromeda galaksisine yaklaşıyor ve 3 milyar yıl sonra iki galaksi çarpışacak. 1,5 milyar yıl sürecek çarpışmanın ardından yeni ve daha büyük bir galaksi doğuracak.

Keza Samanyolu ve Andromeda, Virgo süper galaksi kümesinin çekimine kapılmış durumda ve bu kümeye doğru yer alıyor. Ancak 520 milyon ışık yılından daha uzak olan hemen tüm galaksiler bizden uzaklaşıyor! Sadece bu veriler bile Evren’in hem genişlediğini hem de genişlemesinin hızlandığını süpernovalardan bağımsız olarak kanıtlıyor.

İlgili yazı: Evren’de Gezilecek En Garip 5 Yer

 

Evren’de bir tuhaflık var

Az önce evrenin büyüklüğü sabitse bunu açıklamak için bize yeni bir fizik gerekir dedim. Aslında o satırları dikkatle okursanız aynı zamanda evrenin genişlemesini açıklamak için de bize yeni bir fizik gerekiyor dediğimi fark edebilirsiniz.

Bunu da Einstein’a borçluyuz: E=mc² enerjinin maddeye ve maddenin enerjiye dönüşebileceğini gösteriyor. Biz de bundan yola çıkarak boş uzayın bile enerjisinin olması gerektiğini fark ediyoruz.

Buraya kadar tamam. Yeni fiziğe gerek yok, ama bundan sonra var; çünkü 1) Boşluğun enerjisinin ne olduğunu bilmiyoruz. 2) Evren’in sadece yüzde 30’unun madde olduğunu biliyoruz ve yüzde 70 enerjinin ne olduğuna dair hiçbir fikrimiz yok!

İlgili yazı: Elon Musk 2022’de Mars’a Nasıl Gidecek

 

Kozmik artalan

Evren’in her yanını kaplayan, Dünya’dan bakınca bütün gökyüzünde görülen ve sıcaklığı -270 dereceye eşit olan kozmik artalan mikrodalga ışımasına Evren’i doğuran büyük patlamadan kalan ışık da diyebiliriz. Bu ışıma bize 380 bin yaşındaki Evren’de yer alan madde ve enerji dağılımını gösteriyor.

Açıkçası Evren’in yaklaşık yüzde 30’unun madde ve geri kalanının da enerji olduğunu buradan biliyoruz! Artalan ışımasını en son Planck uzay teleskopuyla 2013 yılında ölçtük.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Şimdi karanlık enerji zamanı

Uzay boşluğunun enerjisine karanlık enerji diyoruz; ama karanlık enerjinin ne olduğuna dair pek fikrimiz yok. Sadece Evren’in genişlemesinin neden son 5 milyar yılda hızlandığını biliyoruz. Evren genişledikçe birim uzay hacmindeki madde oranı azalıyor (galaksiler birbirinden uzaklaşıyor) ve enerji oranı artırıyor.

Bu nedenle boşluğun enerjisi de artıyor: Evren’de toplam enerji miktarı sabit olduğuna göre uzayda maddenin boşalttığı yerde gerçek bir boşluk olamaz (yoksa lokal uzaydaki enerjiyi yok etmiş olurduk). Termodinamik açıdan boşluğu ek enerji doldurmak zorunda. Bu da boşluğun enerjisi, yani karanlık enerji.

Üstelik madem madde pozitif enerjiye sahip ve yerçekimi ile birbirini çekiyor; maddeyi dengeleyecek karanlık enerji de negatif basınca sahip olmak zorunda (uzaydaki cisimleri itecek ve uzayın genişlemesine yol açacak).

Bu durumda galaksiler uzaklaşıp aradaki uzay büyüdükçe karanlık enerji miktarı da artıp galaksileri daha hızlı itecek ve Evren’in genişlemesi gittikçe hızlanacak.

İlgili yazı: Eşcinsellerde Gay Geni Var mı?

 

Ama karanlık enerji nedir?

Bilmiyoruz. Casimir etkisi bize dolaylı bir fikir veriyor ama bunu açıklamak kolay değil. Bunun için size biraz kuantum fiziği anlatacağım: Uzaya iki küçük metal plaka koyun ve bu plakaları birbirine yaklaştırın. Böylece plakaların arasındaki uzay küçülecek, ama plakaların dışındaki uzay büyüyecek değil mi?

Şimdi kuantum fiziği ve karanlık enerji diyor ki boşluğun enerjisi var. Örneğin, Heisenberg’in belirsizlik ilkesine göre uzayda her an sayısız madde ve antimadde parçacığı oluşmalı. Ancak, bunlar daha var olmadan önce birbirini yok etmeli. Bunlara sanal parçacık diyoruz.

Ancak, Casimir levhalarına gelince karşımıza garip bir şey çıkıyor. Levhaların arasındaki uzay küçük olduğu için bu ara uzayda daha az sanal parçacık var. Levhaların dışındaki uzay da büyük olduğu için dışarıda daha fazla sanal parçacık var. Bu durumda dıştaki uzay, levhaların arasındaki uzaya basınç uyguluyor (işte Evren’i yaratan pozitif enerjiyi doğuran negatif basınç bu).

İlgili yazı: NASA Açıkladı: Europa Uydusunda Hayat Var mı?

 

Öyleyse çözdük!

Karanlık enerji sanal parçacık uzayının enerjisidir. Fizikçiler böylece karanlık enerjiyi bulduklarını düşündüler ve dediler ki tamam, Evren’in neden genişlediğini ve gittikçe daha hızlı genişlediğini bulduk. Ancak yanılıyorlardı.

Boşluğun enerjisini (karanlık enerji denilen şeyi) Casimir etkisi ve sanal parçacık uzayıyla hesaplamaya kalktıklarında karanlık enerji miktarı bugün gözlemlenen miktardan tam 10¹²⁰ kat fazla çıktı. Karanlık enerji bu kadar güçlü olsaydı bütün evren yeni bir büyük patlama ile yok olurdu!

Bilim insanları bu yüzden fizik tarihinin en büyük başarısızlıklarından birine uğradılar ve bu nedenle karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyorlar. Ayrıca kozmolojik sabitin 1 olmasına karşın Evren’in genişleme hızı bu şekilde artmaya devam ederse Evren sanki bu sabit 1’den çok büyükmüş gibi parçalanarak yok olacak. Bu çelişki fizik bilgilerimizdeki eksikliği gösteriyor.

İlgili yazı: Hırsız Charon Plüton Atmosferini Çalıyor

 

Yer tutucu

Açıkçası bilim insanları karanlık enerji terimini yer tutucu olarak kullanıyorlar. Boşluğun enerjisi, vakum enerjisi, Casimir etkisi olabilir. Yerçekiminin şiddeti mikroskobik ölçeklerde değişiyor olabilir. Hatta genel görelilik yanlış olabilir. Fizikçiler bilmiyorum demiyorlar da bunun yerine karanlık enerji diyorlar; çünkü bu konuda gerçekten karanlıktalar. 🙂

Trafikte radara yakalanmak

Şimdi üç fizikçinin evrenin genişlemesi hızlanmıyor derken yaptıkları diğer yanlışa değinelim: Diyelim ki yolda hız limiti 60 km/saat. Siz de göstergeye bakınca hızınızı 55 km/saat olarak ölçüyorsunuz. Ancak arabalardaki hız göstergesinin hata payı vardır. Bu yüzden gerçek hızınız 51 ila 59 km/saat arasında olabilir.

Sonra arkadaşınız geliyor ve hızınızı daha hassas bir trafik radarıyla ölçüyor ve hızınız 57 km/saat çıkıyor. Ancak arkadaşınız bununla yetinmiyor. Hızınızı siz 55 km/saat ölçtünüz, o da 57 km/saatle ölçtü diye daha ileri giderek “Sen aslında gaza basıyorsun; yakında 60 km/saati aşarsın” deyip size trafik cezası kesiyor! Oysa hızlandığınıza dair doğrudan kanıtı yok.

Şimdi aynı mantığı alıp Evren’in genişlemesinin hızlandığını gösteren süpernovalara uygulayalım. Üç fizikçinin süpernovalara bağlı verileri daha kesin olarak ölçüp hızlanmanın sanılandan yavaş olduğunu ortaya koyması evrenin genişlemediği veya genişlemesinin hızlanmadığı anlamına gelmez ki!

İlgili yazı: Dünya’da Yaşam Nasıl Oluştu ve Gelişti?

 

Buna rağmen aferin

Buraya kadar üç fizikçinin yaptığı hataları sıraladık. Ancak bu hatalar harika bir şey yaptıkları gerçeğini değiştirmiyor. Süpernova verilerini daha kesin bir şekilde ölçtüler. Fizikteki ölçüm belirsizliklerini azalttılar. Böylece büyük bilimsel ilerleme gerçekleştirdik. Sadece bunun Evren’in genişlemediğini gösterdiği sonucuna varmakta acele ediyorlar.

Neden aceleci davranıyorlar? Bunu görmek için tersini yapalım: Bu kez sadece süpernova verilerini sayalım ve Evren’in genişlediğini gösteren diğer gözlemleri çöpe atalım. Bütün galaksileri çöpe atalım! Evren’in genişlemesinin hızlandığını ilk olarak 52 süpernova ile göstermiştik.

Üç fizikçi de genişlemediğini göstermek için 740 süpernova verisini iyileştirdiler ve yukarıda trafik radarıyla örneklediğimiz hatayı yaptılar. Oysa elimizde Evren’in genişlediğini gösteren toplam 3000 süpernova var.

Özetle Evren genişliyor ve genişlemesi gittikçe hızlanıyor. Karanlık enerji her ne ise bu böyle. Evren’in 22 milyar yıl sonra parçalanarak yok olacağını söyleyen büyük yırtılma senaryosu gerçek olsun olmasın, Evren’in genişlemesinin hızlandığını biliyoruz. Karanlık enerji denilen şeyin ne olduğunu öğrenince neden böyle olduğunu da anlayacağız.

Genişleyen evren

¹Marginal evidence for cosmic acceleration from Type Ia supernovae
²The Nobel Prize in Physics 2011