Evren Genişliyor mu, Yoksa Bize mi Öyle Geliyor? >> Evrenin içi dışından büyükse genişleme de bir illüzyon olabilir

Evren’in en büyük sırlarından biri uzayın genişlemesi. Bilim adamları Evren’in doğumunu açıklamak için Büyük Patlama teorisini ve Evren’in genişleyerek bugünkü dev boyutlarına nasıl ulaştığını göstermek üzere Şişme Modeli’ni geliştirdiler. Gizemli Karanlık Madde ise Evren’in bugün yeniden hızlanarak genişlemeye başlamasının sorumlusu olarak gösteriliyor.

Peki ya evren hızlanarak genişlemiyorsa? Ya bize öyle geliyorsa? Bu durumda Karanlık Enerji ve Evren’e ilişkin teorileri de gözden geçirmemiz gerekecek. Kozmolojideki son teoriye göre, Evren kabarcıklı bir yapıya sahip olabilir; yani dışarıdan bakıldığında küçük görünen uzay bölgeleri aslında sanılandan çok daha büyük olabilir. Bu da Evren’in genişlediği yanılgısına yol açıyor.

 

 

Görünüşe aldanmamak lazım

İnsanlar uzaktan bakınca küçük görünen binalara yabancı değiller. İstanbul’un dokusunu bozan çirkin gökdelenlere vapurla karşıya geçerken bakıldığında, bu binalar göze olduğundan küçük görünüyor. Ancak, Evren’in genişlemesinin yanılsama olduğunu öne süren fizikçilerin üstünde durduğu bir küçük detay daha var ve bunu siz de evinizde test edebilirsiniz.

Büyük bir salata kasesi alarak masaya ters koyun, sonra da uzaktan ve tam yukarıdan, yani kuşbakışı olarak kaseye bakın. Kasenin yuvarlak ve içi boş olduğunu bilmenize rağmen tam yukarıdan bakıldığında çok daha küçük, düz ve yassı göründüğünü fark edeceksiniz.

 

Bilim adamları evrenin binlerce galaksiyi içeren 100 milyonlarca ışık yılı çapındaki dev bölgelerinde bu tür “kabarcıklar” olduğunu düşünüyor. Gökbilimciler bunlara uzaktan teleskopla bakınca kabarcıklar dışarıdan göze küçük görünüyor. Örneğin Hubble Uzay Teleskopu’nun çektiği derin uzay fotoğraflarında kabarcıkları seçemiyor ve deyim yerindeyse “kasenin içini” göremiyoruz.

Bir başka deyişle aradaki büyük mesafe nedeniyle çok uzaktaki galaksilerle aramızdaki mesafeyi doğru hesaplayamıyor ve uzayın derinliğini ölçemiyoruz. Bu da kabarcıklı Evren’in olduğundan küçük ve düz görünmesine, dolayısıyla Evren’in tekrar hızlanarak genişlemeye başladığı yanılgısına yol açıyor.

 

 

Doktor Who’nun telefon kulübesi

Finlandiya Helsinki Üniversitesi’nden Mikko Lavinto ve arkadaşlarının alışılmadık bir fikri var. Uzayın köpüklü olduğuna inanıyorlar. Mikko Lavinto, Syksy Rasanen ve Sebastian J. Szybka uzayın bazı bölgelerinin Doktor Who’nun telefon kulübesine benzediğini düşünüyor.

İngilizlerin ünlü fantastik bilimkurgu dizisinin kahramanı Doktor Who uzay ve zamanda sıradan görünüşlü kırmızı bir telefon kulübesiyle yolculuk edebiliyor. Ancak bu kulübe ilginç bir özelliğe sahip: Dışarıdan bakıldığında küçük görünüyor ama içi çok büyük. Evren’in bazı bölgeleri de böyle kabarcıklı olabilir.¹

 

 

Evrenin hızlanarak genişliyor gibi görünmesinin sebebi

Önce konunun arka planına biraz değinelim. Evrenbilimciler yaklaşık yüz yıldır evrenin genişlediğini biliyor. Bununla birlikte Evren’in Büyük Patlama’dan sonra ışıktan hızlı bir şekilde şişmesine rağmen (Şişme Modeli) şişmenin aniden sona erdiğini ve Evren’in ışık altı hızlarda genişlemesinin de gittikçe yavaşladığını düşünüyorlardı.

Oysa on yıldan biraz uzun bir süre önce alışılmadık bir keşif yaptılar ve Evren’in en uzak bölgelerindeki galaksilerin bizden yakındaki galaksilerden çok daha hızlı uzaklaştığını buldular. Ne kadar uzağa bakarlarsa galaksiler de o kadar hızlı uzaklaşıyordu.

 

Bu bir muammaydı. O zamana kadar Evren’le ilgili olarak geliştirilen en basit ve popüler modeller, Evren’in genişlemesinin kütleçekim kuvveti nedeniyle zamanla yavaşlayacağını ve bir gün genişlemenin tersine dönmesiyle birlikte kendi üzerine çökerek yok olacağını gösteriyordu.

Oysa yeni gözlemler bilinmeyen bir kuvvetin Evren’in genişlemesinin yavaş yavaş hızlanmasına yol açtığını gösteriyor. Bunun sonucunda Evren 32 milyar yıl ya da daha uzun bir süre içinde Büyük Yırtılma ile parçalanarak yok olacak, tıpkı iki taraftan çok çekince yırtılan kumaş gibi.

 

 

Sorumlusu Karanlık Enerji

Bilim adamları bu buluştan dolayı büyük heyecana kapıldılar ve hızla yeni cevaplar bulmaya odaklandılar. Bir çözüme göre, kütleçekim gücü çok uzun mesafelerde, milyarca ışık yılı ölçeğinde zayıflıyor ve bu da evrenin uzaklardan başlayarak genişlemesini hızlandırıyordu. Günümüzde kabul gören diğer çözüme göre, asıl Karanlık Enerji evrenin hızlanarak genişlemesine neden oluyor.

Bütün bu olasılıklara önceki yazılarımızda değindik, ama kozmologlar yaz sonunda yeni bir fikir ortaya attılar. Evren’in genişlemesi aslında hızlanmıyor, uzaydaki içi dışından büyük dev kabarcıklar nedeniyle bize öyle geliyor. Buna göre Evren’in şimdiki genişlemesi basit bir optik illüzyon.

 

 

İddialı bir konsept. Peki kanıtı?

Bilim adamlarının Karanlık Enerji, Karanlık Madde, Şişme Modeli, Büyük Patlama gibi kozmoloji modellerini test etmek için tam olarak Evren’in doğum anına bakması gerekiyor. Ancak, ışık Evren’in doğum anından sonra oluştu ve serbest kaldı.

Bu yüzden uzaya gönderdiğimiz en gelişmiş gözlemevi olan Planck uzay teleskopu bile Evren’in doğum anının resmini çekemiyor. Sadece yaklaşık 13 milyar yıllık Evren’in 300 bin yaşındaki bebeklik halini görebiliyor.

 

 

Bununla birlikte, Profesör Michio Kaku önümüzdeki 10 yılda uzaya gönderilecek olan LISA kütleçekim teleskopundan ümitli. LISA evrenin doğumundan kalan kütleçekim dalgalarına, bizzat uzay-zamanın dokusundaki dalgalanmalara bakarak hangi teorinin doğru olduğunu gösterecek. Bu arada Finlandiyalı bilim adamlarının da eli boş durmuyor.

Finlandiyalı astronomlar kendi matematik modellerini çıkardılar. Önce Evren’in genişlediğini gösteren standart modeli aldılar, sonra uzayın bazı bölgelerine kubbe biçimli kabarcıklar yerleştirdiler. Böylece Evren’in bazı bölgeleri bize görünenden, yani yüzey alanından daha büyük bir hacme sahip oldu: “Uzay-zamanın bazı kısımlarını çıkardık ve [Evren’in] kenarında açılan deliğe tam sığan başka bir bölge yerleştirdik. Bu bölgenin çıkardığımız kısımdan daha büyük bir uzaysal hacmi vardı” diyor Lavinto.

 

 

Çünkü evren 3 boyutlu

Bilim adamları bu noktada bir tür matematik hilesi yapıyor. Nitekim Google’da yapacağınız basit bir aramada evrenin iki boyutlu düz bir kumaş gibi resmedildiği grafikler görebilirsiniz. Aslında bunlar bize uzaktan düz görünen şeritler, ama matematiksel olarak çizimlerdeki düz alanlar 4 boyutlu bir uzaya karşılık geliyor. 3 uzay boyutu ve 1 zaman boyutuyla birlikte 4 boyutlu Evren.

Bu örneği aklımızda tutalım ve Evren’i iki boyutlu bir kumaş gibi düşünelim. Kumaşın bir parçasını makasla keserek yuvarlak bir parçayı çıkaralım. Açılan deliğe de bir kubbe yerleştirelim. Bu şekilde evrene bir kabarcık eklemiş ve hacmini büyütmüş oluyoruz.

Tıpkı Dünya’ya Uluslararası Uzay İstasyonu’nun yörüngesinden bakmak gibi: Dünya 415-417 km yüksekten düz görünüyor, o kadar uzaktan bakınca Dünya’nın en yüksek dağı olan Himalayaların 8000 metreyi aşan zirvesini bile seçemiyoruz.

 

 

Kabarcıklı evren nasıl genişliyor?

Bunu da bir kürenin çapını iki kat artırırsak ne olacağı şeklinde düşünebiliriz. Kürenin hacmi çapının küpüne orantılıdır. Bir kürenin çapını iki kat artırırsak kürenin hacmi 8 kat büyür! Aynı sebeple kabarcıklı bir evren de gittikçe daha yavaş genişliyor olsa bile, kabarcıklı bölgelerin hacmi çok daha hızlı genişleyecektir.

Bu kubbeler uzaktan bakınca düz görünebilir ama kabarcıkların hacmi büyüdükçe yüzey alanı da hızla genişleyeceğinden, Evren’in genişlemesinin hızlanarak artacağı yanılgısına düşeriz. Ancak, Lavinto’nun hikayesi burada sona ermiyor.

 

Finlandiyalı fizikçi, Planck uzay teleskopunun geçen bahar açıklanan sonuçlarıyla uyuşan hesaplamalar da yaptı: Evren’deki toplam madde ve enerji miktarının sabit olduğunu biliyoruz. Evren genişlese de büzülse de bu miktar değişmeyecek.

Aynı nedenle Evren’in kabarcıklı bölgeleri varsa, bu bölgeler uzayın diğer kısımlarından daha hızlı genişlediği için hızla büyüyen uzay boşluğundaki galaksiler ve yıldızlar da seyrelecek. Kısacası uzayın kabarcıklı bölgelerinin madde ve enerji yoğunluğu azalacak, bu bölgeler teleskoplara uzaydaki dev boşluklar, siyah delikler olarak görünecek.

 

 

Evren’deki yara izleri

İlginçtir, Planck sonuçları bunu doğruluyor. Planck, Evren’in 300 bin yıl yaşında olduğu anın haritasını çıkardı ve Evren’de bu tür dev boşluklar saptadı. Bazı fizikçiler bunun Evren’in başka bir evrenden su damlası gibi koparak Büyük Patlama ile meydana geldiği anı gösterdiğini, uzaydaki boşlukların işte bu kopuş anından kalan yara izleri olduğunu düşünüyor.

Lavinto’nun daha makul (?) bir önerisi var: Uzaydaki boşluklarının Evren’deki kabarcıklardan oluştuğuna inanıyor. Elbette kabarcıklar uzay-zamanın dokusunda eğimli bir yüzey meydana getiriyor (kürenin yüzeyi gibi yuvarlak bir alan). Bu da ışığın uzayda aldığı yolun uzamasına yol açıyor.

Örneğin uçaklar Dünya yuvarlak olduğu için aslında düz uçuş yapmıyor. Bunun yerine Dünya’nın eğimli yüzeyini izliyor. Bu yüzden Dünya haritasını gösteren kürelerin üzerine kırmızı gazlı kalemle üçgen çizerseniz, üçgenin iç açılarının toplamının 360 dereceden fazla olacağını görürsünüz. İşte ışığının yolunun uzayda bu şekilde uzaması bilim adamlarının Evren’in hızlanarak genişlediğini düşünmesi yanılgısına sebep olabilir.

 

 

Ancak küçük bir sorun var

Yukarıda aslında kara deliklerin, galaksilerin hatta yıldızların kütleçekim kuvvetinin arkadan gelen yıldız ışığını bükerek gökyüzündeki yıldızların şeklinin çarpıtması olarak tanımlayabileceğimiz “mercek etkisini” anlattım. Bunu yıldızlar, kara delikler gibi gökcisimlerinde görüyoruz ama söz konusu etkiyi Evren’in tamamında, Planck haritasındaki o dev boşluklarda göremiyoruz.

Lavinto haklı olsaydı Evren’de 1-2 milyar ışık yılı çapında dev mercek etkileri, ışığın büküldüğü yuvarlak alanlar görmemiz gerekirdi. Yine de Lavinto ile arkadaşları pes etmiyor ve araştırmalarına devam ediyor. Kabarcıklı Evren modelini Karanlık Madde ve Karanlık Enerji’yle birleştirebilirlerse dev mercek etkisini neden göremediğimizi açıklayabilirler.

 

 

Bilimin sınırları

Bütün bunlara rağmen yazının satın aralarına dikkat ettiğimizde bilim dünyasının içinde bulunduğu krizi görebiliyoruz. Fizik formülleri artık deney ve gözlemlerle bugün fark edemeyeceğimiz kadar ince detaylar içeriyor.

Bunları Evren’in doğum anına bakmadan görmemiz imkansız. LISA kütleçekim teleskopu gibi yeni deney aygıtlarını hızla geliştirmemiz lazım. Yoksa fikir üretmeye devam edeciğiz, ama en büyük fizikçilerin formülleri bile basit düşünce deneyleri olmanın ötesine geçemeyecek. Bilim “deney ve gözlem” yapmadan olmaz.

Bugün matematik yapıyoruz, bilgisayar simülasyonu yapıyoruz ama gittikçe daha az bilim yapabiliyoruz. Bu konuya bizzat bilim adamlarının kendi sözlerinin deşifre edildiği özel bir yazı dizisi ile geri döneceğim. Bilimin sınırlarını bilmek daha iyi bilim yapmamızı sağlayacak. 🙂

 

Doktor Who’nun içi dışından büyük telefon kulübesi ile Evren’de yolculuk

 

 

 

 

Planck Evren’i nasıl taradı?

 

 

 

¹arxiv.org/abs/1308.6731: Average Expansion Rate And Light Propagation In A Cosmological Tardis Spacetime: Mikko Lavinto, Syksy Rasanen and Sebastian J. Szybka. [v1] Fri, 30 Aug 2013