Beşinci Kuvvet: Karanlık Enerji Evreni Yok Edecek mi?

6 milyar yıldır uzayın hızlanarak genişlemesinden sorumlu olan karanlık enerji beşinci fizik kuvveti mi, yoksa şiddeti gittikçe artan hayalet enerji mi? Evren sonsuza dek genişleyecek mi, yoksa 20-30 milyar yıl içinde kendi üstüne çöküp kara delik mi olacak? Beşinci kuvvet teorisine göre Karanlık enerjinin şiddeti artıyorsa evren 20 milyar yılda aşırı gerilen kumaş gibi yırtılıp parçalanacak mı?

Nitekim evren 1 milyar yıl yaşındayken oluşan kuasarlar üzerinde yaptığımız ölçümlerle bugün oluşan süpernova ölçümleri uyuşmuyor. Muhtemelen evren gençken de farklı hızda genişliyordu, şimdi de farklı hızda genişliyor. Peki bu evrenin ömrünü nasıl etkileyecek ve evren nasıl yok olacak? Olası yanıtları karanlık enerjinin evrendeki beşinci kuvvet olduğunu öne süren yeni teoriyle görelim.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Beşinci kuvvet olarak karanlık enerji

Karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz ama evrenin gittikçe hızlanarak genişlemesinden sorumlu olduğunu biliyoruz. Uzak süpernovaların ışığının uzayın genişlemesine bağlı olarak kırmızıya kaymasıyla yapılan ölçümler evrenin genişlemesinin son 6 milyar yılda hızlandığını gösteriyor. Öte yandan klasik teoriye göre karanlık enerji boş uzayın enerjisidir; çünkü uzaydaki madde ve enerjiyi tümüyle çıkarsanız bile geriye kuantum alanları kalır. Karanlık enerji bu alanların, hiçliğin enerjisidir.

Dahası karanlık enerjinin birim uzaydaki miktarı değişmez. Evet, evren son 6 milyar yılda hızlanarak genişliyor ama klasik teoriye göre bunun nedeni karanlık enerji şiddetinin artması değil. Evren büyük patlamadan beri genişliyor ve bu da uzay boşluğunun büyümesine neden oluyor. Karanlık enerji şiddeti sabit olsa bile son 6 milyar yılda uzay o kadar büyüdü ki karanlık enerjinin toplam miktarı arttı.

Günümüzde evrenin yüzde 68’i karanlık enerjiden oluşuyor. Karanlık enerji uzayın 3,26 milyon ışık yılı (1 megaparsek) uzaklıktan itibaren saniyede 67 ila 73 km hızla genişlemesine yol açıyor. Uzay büyüdükçe karanlık enerjinin etkisi artıyor ve evren daha hızlı genişliyor. Evren her 10 milyar yılda iki kat büyüyor. Bu da bugün bizden 2 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksinin 10 milyar yıl sonra 4 ve 20 milyar yıl sonra 8 milyar ışık yılı uzakta olacağı anlamına geliyor.

Son olarak klasik teoriye göre karanlık enerji galaksiler, yıldız sistemleri, yıldızlar, gezegenler, insanlar ve atomların içindeki uzayın genişlemesine neden olmuyor; çünkü kısa mesafelerde yerçekimi karanlık enerjiyi yeniyor. Yine de bir gün uzay ve içindeki her şeyin yırtılarak parçalanmasına neden olacak hayalet enerji senaryosu var ve elinizdeki yazıda bunu da göreceğiz.

Evrene gelecekte ne olacak?

Karanlık enerjinin 5. fizik kuvveti olduğunu öne süren yeni teori ve onun bir türü olan hayalet enerji kuramını görmek zorundayız. Bunun nedeni evrenin oluşumundan bu yana ne hızla genişlediğini gösteren yeni kuasar ve süpernova gözlemlerinin bağdaşmamasıdır. Gözlemler uyuşmayacaksa karanlık enerjinin birim uzaydaki miktarı sabit değildir. O zaman karanlık enerji sanıldığı gibi evrensel sabit değil ve şiddeti zamanla değişiyor demektir. Hatta şiddeti artıyor olabilir! Bu da evrenin geleceğini etkileyecektir. Evren sonsuza dek genişleyecek mi? Yoksa parçalanarak yok mu olacak?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Beşinci kuvvet ve kozmoloji teorileri

Evren aşırı sıcak, küçük ve yoğun olduğu büyük patlama anından beri genişliyor. Bunun için gereken ilk itkiyi bizzat büyük patlama sağladı ve ardından yerçekimi devreye girdi. Öyle ki 6 milyar yıl öncesine dek evrenin genişlemesi yavaşlıyordu ki böyle gitse genişlemeye karşı gelen yerçekimi baskın çıkarak uzayın genişlemesi tersine dönecek ve evren küçülmeye başlayacaktı.

Tüm galaksi ve yıldızlar tıpkı filmi sarar gibi tek noktada toplanacak ve büyük patlama anı geri gelerek evren bir kara deliğe dönüşecekti. Oysa öyle olmadığını biliyoruz. Evrendeki madde ve enerji genişlemeyi durdurmayı başaramadı ama neden? Bunu anlamak için evrenin üç olası geleceğini görelim. Nitekim karanlık enerjiyi işin içine katmazsak evren üç farklı şekilde evrilebilir:

• Yerçekimi genişlemeyi yener ve evren büyük ezilmeyle kara deliğe dönüşür.
• Genişleme kazanır, evren sonsuza dek genişler, maddeyle enerji seyrelir, uzay 1 ışık yılında 1 atomun bile olmadığı bir şekilde aşırı soğur ve evren büyük donma ile yok olur.
• Yerçekimiyle büyük patlamanın itişinden kaynaklanan genişleme birbirini dengeler. Genişleme zamanla durur ve evren ne genişlediği ne de büzüldüğü sabit durumda sonsuza dek kalır. Peki hangisi doğru?

İlgili yazı: Evrenimiz Yok Olduktan Sonra Ne Olacak?

 

Bunu ölçmenin bir yolu var

Evren 13,78 milyar yaşında ve ilk galaksiler de 13,4 milyar yıl önce oluştu. Biz de en uzak ve daha yakın galaksilere bakarız. Uzay genişlediği için bunlar uzaklaşırken lastik gibi gerilerek dalga boyu uzayan, frekansı azalan, kısacası enerji kaybeden ışık ışınlarına bakarız; çünkü ışığın enerjisini azaltarak kırmızıya kaymasına yol açar. Bu da bize evrenin eskiden ve şimdi ne hızla genişlediğini gösterir.

Kırmızıya kayma azalıyorsa genişleme yavaşlıyor, artıyorsa hızlanıyor ve değişmiyorsa evren sabit demektir. Oysa 1990’larda yapılan ölçümler üç senaryonun da yanlış olduğunu gösterdi! 😮 Kırmızıya kayma sadece 6 milyar yıldır hızlanıyordu. Karanlık enerjiyi işin içine katmazsak ikinci seçenek uyarınca hızlanma büyük patlamadan beri yavaş yavaş artıyor veya azalıyor olmalıydı. Hızlanmanın yalnızca son 6 milyar yıldır artıyor olmasını açıklamanın tek yolu klasik karanlık enerji teorisini geliştirmekti. Peki ya klasik karanlık enerji teorisi de yanlış çıkarsa ne olacak?

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Karanlık enerji ve evrenin genişlemesi

Öncelikle evrenin genişlemesinin hızlanmaya başladığı 6 milyar yıl öncesine dek yerçekimiyle birbirine bağlı olan galaksi kümeleri sonsuza dek bağlı kalmayı sürdürecektir. Samanyolu galaksisi için bu, 6 milyar yıl önce bağlı olduğumuz Virgo Galaksi kümesinden asla kopmayacağımız anlamına geliyor (ki şu anda bile Virgo’nun 65 milyon ışık yılı uzaktaki merkezine saniyede +430 km hızla gidiyoruz!).

Oysa bugün gökte görülen ve Virgo’yla parçası olduğumuz 520 milyon ışık yılı genişliğindeki Laniakea süper galaksi kümesi aslında 6 milyar yıl önce dağılmaya başladı. Sadece galaksilerin ışığı bize yeni ulaştığı için bunu henüz göremiyoruz ama 6 milyar yıl sonra Laniakea’daki galaksi kümelerinin uzaya dağıldığını göreceğiz. Evrenin genişlemesiyle bunlar geri gelmemek üzere uzaklaşacaktır.

İşin ilginci gözlemlenebilir evrenin çapı 92 milyar ışık yılı ama bugün bizden en az 18 milyar ışık uzakta olan tüm galaksiler karanlık enerjinin uzayı genişletmesi sebebiyle çoktan evrenin dışına çıktı. Bunun nedeni uzayın genişleme hızının 18 milyar ışık yılı uzakta ışık hızını aşıyor olmasıdır. O galaksilerin ışığı asla bize ulaşamayacak; çünkü aradaki uzay hep genişleyecek ve aramız sürekli açılacak. Bu da evrenin yüzde 94’nün gözden kaybolduğu anlamına geliyor. Dolayısıyla karanlık enerji evreni nasıl yok edecek derken geriye kalan 36 milyar ışık yılı çapındaki kozmik küreyi konuşuyoruz. 😉

Öyleyse evrenin kaderi nedir?

Klasik karanlık enerji teorisine göre evren sonsuza dek hızlanarak genişleyecek ve büyük donmayla yok olacaktır. Karanlık enerjinin birim uzaydaki şiddeti sabit olduğundan uzay yalnızca 3,26 milyon ışık yılı ve daha büyük uzaklıklarda genişleyecektir. Karanlık enerji ise sadece 35-50 milyon ışık yılı uzaklıkta yerçekimine baskın çıkarak galaksileri birbirinden koparıp galaksi kümelerini parçalayacaktır. Peki karanlık enerji nedir?

İlgili yazı: İnsan DNA’sına Yeni Harfler Ekleniyor

 

Beşinci kuvvet ve enerjinin özü

Klasik teoriye göre karanlık enerji iki şey olabilir: 1) Kozmolojik sabit ve 2) boşluğun enerjisi ki kozmolojik sabit fikri Einstein’ın genel görelilik teorisinden ileri gelir. Görelilik uyarınca karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz ama birim uzaydaki şiddeti sabittir, yani karanlık enerji değeri evrensel sabit olup sıfırdan az büyüktür. Dolayısıyla karanlık enerji miktarı hep sabit oranda artacak ama evren gittikçe hızlanarak genişlemeye devam edecektir (galaksi örneğini hatırlayın).

Boşluğun enerjisi fikri farklıdır ve buna göre karanlık enerji kuantum vakumun sıfır noktası enerjisidir ki bu da kuantum fiziğinden ileri gelir: Kuantum alan kuramında belirsizlik ilkesi vardır ve belirsizlik nedeniyle boş uzayda bile kuantum alanları rastgele titreşir. Bu da boşluğun enerjisinin tıpkı Casimir Etkisinde olduğu gibi sıfırdan büyük olduğu anlamına gelir (Evren düzdür, demek ki az büyüktür).

Buna rağmen karanlık enerji basitçe Casimir Etkisine yol açan kuantum salınımlarından kaynaklanıyor olamaz. Öyle olsa 10¹²⁰ kat şiddetli olması gerekir ve bu da evrenin daha büyük patlama anında parçalanmasına yol açardı. Demek istiyorum ki daha evrenin genişlemesine dair kuasar ve süpernova ölçümlerinin bağdaşmadığını fark etmeden önce karanlık enerjinin başka bir şey olabileceğinden kuşkulanıyorduk: Beşinci kuvvet ve hayalet enerji teorileri buradan çıktı.

Beşinci kuvvet ve hayalet enerji

Evrenin 1 milyar yıl yaşındayken daha hızlı genişlediği, sonra genişlemenin yavaşladığı ve 6 milyar yıl sonra yeniden hızlandığını gösteren bağdaşmazlık karanlık enerjinin şiddetinin zamanla değiştiğine işaret ediyor (tabii gelecekte ölçüm hatalarını temizleyip gözlemleri bağdaştıramazsak). 1) Beşinci kuvvet teorisine göre karanlık enerjinin şiddeti azalır ve artar. Gelecekte de azalıp artacaktır. 2) Hayalet enerji teorisine göre ise karanlık enerjinin şiddeti evren 22 milyar yıl sonra parçalanana dek artacaktır.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Hangi teori doğru?

Bunu bize eski adı WFIRST olan Nancy Grace Roman gözlemevi söyleyecek (NGRST). Bu, Hubble uzay teleskopundan daha geniş açılı ve 100 kat güçlü olan yepyeni bir uzay teleskopudur. Belki son 2 yıldır kuasar ve süpernova gözlemlerini neden bağdaştıramadığımızı merak ediyorsunuz; çünkü bunun için ışığın kırmızıya kaymasını daha kesin ölçen bir uzay teleskopuna ihtiyaç var. 2025’ten sonra uzaya fırlatılacak olan NGRST bize evrenin geleceği ve nasıl yok olacağını söyleyecektir.

Yine üç seçenek var

1) Gözlemler arasındaki uyuşmazlık hatalı ölçümlerden kaynaklanıyorsa klasik teori geçerlidir. Karanlık enerji uyarınca evren sonsuza dek genişleyecektir. 2) Uyuşmazlık gerçek ve karanlık enerji beşinci fizik kuvveti ise karanlık enerjinin şiddeti sürekli azalıp artar. Şimdilik sabittir ama gelecekte şiddeti artarak evreni parçalayabilir (büyük yırtılma) ya da şiddeti azalabilir.

Artış ve azalışlar düzenli veya düzensiz salınımlar olabilir. Evrenin sonsuza dek genişlemesi veya kara delik halinde çökmesine yol açabilir. Bu nihai seçeneklerden biri 10⁵⁵⁰⁰ (?) yılda gerçekleşene kadar ise evrenin trilyonlarca kez genişleyip büzüldüğü ya da sabit olduğu dönemlere yol açabilir. Bu durumda evrenin kaderini karanlık enerjinin ne olduğunu öğrenmeden bilemeyeceğiz demektir. Ancak karanlık enerjinin ne olduğunu bilirsek şiddetinin kesin olarak artıp atmayacağını bilebiliriz.

3) Hayalet enerji teorisi doğrudur ve karanlık enerjinin şiddeti sürekli artacaktır. 22 milyar yıl sonra atomların içindeki uzay bile genişleyerek evreni parçalayacaktır. Karanlık enerjinin ne olduğunu öğrenmeden hangi teorinin doğru olduğunu bilemeyeceğiz. Yeni uzay teleskopu bile yalnızca karanlık enerji şiddetinin değişip değişmediğini gösterebilir. Beşinci kuvvet veya hayalet enerji olup olmadığını anlamının tek yolu kuantum kütleçekim kuramı geliştirmektir. Oysa akla gelmeyen iki olasılık var:

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Karanlık enerji yok olabilir

1) Karanlık enerjinin şiddeti aniden değişebilir. Bu da boş uzayın enerji değeri ve dolayısıyla fizik yasalarının değişmesine neden olur. O zaman bildiğimiz evren yok olup yerine başka bir evren oluşacaktır. Boşlukta aniden beliren vakum köpükleri ışık hızında genişleyerek evrenin yok edecektir.

2) Karanlık enerji kara delikleri buharlaştıran Hawking Radyasyonuna benzer şekilde yok olabilir. O zaman uzayı genişleten karanlık enerji ortadan kalkacak ve evren zaten çok genişlemiş olduğu için artık ne genişlediği ne büzüldüğü, büyüklüğünün asla değişmediği bir durumda kalacaktır. Bu da Einstein’ın genel görelilikte hayal ettiği sabit ve ebedi evren senaryosudur.

Peki evreni belirleyen kuantum alanları nasıl oluştu? Onu da şimdi okuyabilir ve diğer evrensel sabitler de zamanla değişiyor mu? diye sorabilirsiniz. Bol çalışıp üreteceğiniz ve spor yaparak zinde kalacağınız muhteşem bir hafta dilerim. 😊

Karalık Enerji

¹Graduated dark energy: Observational hints of a spontaneous sign switch in the cosmological constant
²Multi-field dark energy: cosmic acceleration on a steep potential
³Dark Energy: is it `just’ Einstein’s Cosmological Constant Lambda?