Evren’in Celladı Büyük Yırtılma >> Karanlık enerji 22 milyar yıl sonra evreni nasıl yok edecek?

Bilim adamları 1998 yılında Evren’in gittikçe hızlanarak genişlediğini fark ettiler ve bu hızlanmayı açıklamak için karanlık enerji kavramını ortaya attılar.

Karalık enerji Evren’in balon gibi şişerek genişlemesine ve galaksilerin birbirinden uzaklaşmasına neden oluyor. Böyle giderse 22 milyar yıl sonra genişleme o kadar hızlanacak ki atom çekirdekleri parçalanacak ve galaksilerle gezegenler büyük bir nükleer patlamayla yok olacak.

Fizikçiler bu senaryoya “büyük yırtılma” diyor. Ancak, büyük yırtılma Evren’in ne kadar esnek olduğuna bağlı ve bilim adamları bunu Evren’in “akışmazlığı” olarak adlandırıyor. Uzay ne kadar esnekse yırtılmaya karşı o kadar dayanıklı olacak ve yeterince esnekse büyük yırtılma hiç gerçekleşmeyecek.

Bu konudaki gerçeği merak eden fizikçiler Evren’in esnekliğini ölçmek ve kaderini öğrenmek için yeni bir matematik formülü geliştirdi. Buna şakayla karışık kehanet formülü de deniyor.

 

 

Evren’in geleceği

Vanderbilt Üniversitesi matematik doçenti Marcelo Disconzi, Evren’in gelecekte ne hızla genişleyeceğini öngörmek için yeni bir matematik formülü geliştirdi ve hesaplamaları kolaylaştırmak amacıyla uzay boşluğunu bir tür ağdalı sıvı olarak düşündü.

Elbette uzayı sıvı olarak düşündüğümüz zaman işin içine akışmazlık kavramı giriyor. Akışmazlık sıvıların bir borudan veya şişeden akma hızını, yani bir sıvının ne kadar ağdalı olduğunu gösteriyor. Örneğin içme suyu şişeden hızla akarak bardağa doluyor. Ancak diş macunu, tıraş kremi ve bal çok daha yavaş akıyor.

Bu noktada buzdolabındaki reçelin soğuk olduğu için daha yavaş aktığını söyleyebilirsiniz, ama akışmazlık reçelin sıcaklığından bağımsız bir olgu. Nitekim 24 derecelik oda sıcaklığında içme suyu her zaman reçelden daha hızlı akacaktır. Akışmazlık bu farkı gösteriyor.

 

 

Tabii bilim adamlarının derdi başka

Fizikçiler termodinamik yasalarından türetilen klasik akışmazlık tanımını Einstein’ın görelilik teorisiyle bir türlü bağdaştıramadılar. Ancak, Vanderbilt Üniversitesi’nden Disconzi iki teoriyi birleştiren yeni bir formül geliştirdiğini duyurdu ve bu formül Evren’in geleceğiyle ilgili önemli ipuçları sağlıyor.

Disconzi kağıt üstünde geliştirdiği formülü fizikçi Profesör Thomas Kephart ve Robert Scherrer’le birlikte test etti. Scherrer’e göre formülün en güzel yanı sadeliği: “Marcelo matematiksel olarak doğru görünen ve fizik yasalarıyla uyumlu olan basit ve şık bir formül geliştirdi.”

 

 

İki tür akışmazlık var

Fizikte “evrensel akışmazlık” kavramı ketçabın akışmazlığından farklı. Ketçabın akışmazlığına salt akışmazlık deniyor ve bu da ketçabın şişenin boğazından geçme hızını gösteriyor. Evrensel akışmazlık ise toplam akışmazlık olarak tanımlanıyor ve Evren’deki maddeyle enerjiyi bir tür sıvı olarak düşünürsek bu sıvının uzayın genişlemesine karşı direncini (esnekliğini) gösteriyor.

Günlük hayatta toplam akışmazlığı dikkate almıyoruz, çünkü suyu ve diğer sıvıları aşırı sıkıştırmak mümkün değil.

 

 

Örneğin bir ton suyu yüksek basınç altında küçük bir şişeye sığdırmak imkansız. Bu durum elektroliz işlemine benzer bir etkiye yol açacak ve suyu oluşturan oksijenle hidrojen atomlarının birbirinden kopmasına sebep olacaktır.

Oysa bugün 93 milyar ışık yılı çapında olan Evrenimiz büyük patlamayla doğmadan önce bir bezelye tanesi kadar küçüktü ve aradan geçen 13 milyar yılda muazzam ölçüde genişleyerek bugünkü boyutlarına ulaştı. Disconzi bu nedenle Evren’i aşırı sıkıştırılabilen bir sıvı olarak modelledi.

 

 

Göreli sıvılar

Disconzi akışmazlık problemini çözmek için maddenin uzayda ışık hızına çok yaklaştığı ve bu nedenle şişeden akan ağdalı ketçap gibi davrandığı durumları ele aldı.

Fizikçiler ışık hızına yakın bir hızda akan maddeyi göreli sıvı olarak adlandırıyor ve Evren’de az sayıda gökcismi göreli sıvı üretiyor: süpernovalar (patlayan yıldızlar), aktif nötron yıldızları (süpernova kalıntısı olan yıldız çekirdekleri) ve aktif kara delikler

Süpernovalar, kara delikler ve nötron yıldızları yakındaki gaz ve toz bulutlarını ışık hızına yakın bir hızda ivmelendirerek süper güçlü parçacık ışınlarına dönüştürüyor. Bilim adamları bu ışınları göreli sıvı jetleri olarak adlandırıyor.

 

 

İdeal sıvılarda teorik sorun yok

Fizikçiler ışık hızının yüzde 90’ıyla giden ideal sıvıları, yani akışmazlığı sıfır olan ve şişeden hiç sürtünmeden geçen sıvıları kolayca modelleyebiliyor. Ancak doğadaki sıvıların büyük kısmı akmaya direnç gösteriyor ve bu sıvıların akışmazlık değeri sıfırdan büyük oluyor.

Fizikçiler ışık hızına yaklaşan normal sıvıların nasıl aktığını modellemeyi henüz başaramadı. Oysa Evren büyük miktarda normal sıvı içeriyor ve büyük patlamadan sonra göreli sıvı halinde yüksek hızlarda genişlediği için Evren’in akışmazlığını ölçmek kozmolojide büyük önem taşıyor.

Bilim adamları toplam akışmazlığı ölçerek Evren’in büyük yırtılma ile yok olup olmayacağını anlamaya çalışıyor.

 

 

Karanlık enerji ve akışmazlık

Eski karanlık enerji teorileri yukarıda anlattığımız eksiklikler yüzünden Evren’in akışmazlığını dikkate almıyor ve uzayın nasıl genişlediğini açıklamakta yetersiz kalıyordu.

Oysa yeni formül ışığında karanlık enerjiyi Evren’in esneklik ölçüsü, elastikiyeti ve akışmazlık değeri olarak da tanımlayabiliriz. Disconzi bunu oldukça kesin bir dille ifade ediyor:

“Düşük bir ihtimal de olsa karanlık enerjiyi akışmazlığa indirgeyebiliriz. En azından genişlemenin hızlanmasını büyük ölçüde akışmazlıkla açıklayabiliriz. Bunun sonucunda akışmazlık karanlık enerjinin gerçekte ne kadar güçlü olduğunu gösterecektir.”

 

 

Evrenin celladı

Büyük yırtılmanın gerçekleşmesi için itici negatif basınç olarak tanımlanan karanlık enerjinin basınç ve yoğunluk oranının belirli bir değerin altında olması gerekiyor.

Kozmolojik sabit ile kritik yoğunluğun birbirine oranı olarak tanımlanan bu değer -1’in altında ise Evren 22 milyar yıl içinde parçalanarak yok olacak (büyük yırtılma). +1’in üstüne çıkarsa kendi üzerine çökecek (büyük çökme).

 

 

Omega lambda değeri (Ω_Λ) veya “Evren’in durum denklemi” olarak da adlandırılan bu oran aynı zamanda Evren’in “eğikliğini”, yani sonsuza kadar genişlemeye devam edip etmeyeceğini gösteriyor.

Astronomlar genişlemenin hızlandığını keşfetmeden önce Evren’in eğikliğinin 0 veya 0’a çok yakın olduğunu düşünüyordu. Bu durumda zaman boyutuyla birlikte 4 boyutlu olan Evrenimize dışarıdan bakabilseydik uzayı düz bir kağıt yaprağı gibi görecektik.

Artık bu oranın -1’e yakın olduğunu biliyoruz, çünkü genişlemenin gittikçe hızlandığını görüyoruz. Ancak,genişlemenin bu şekilde devam edip etmeyeceğini bilmiyoruz.

 

 

Ölümlerden ölüm beğen

Uzay yeteri kadar esnekse Evren’in genişlemesi sürecek ama genişleme hiçbir zaman hızlanmayacak ve büyük yırtılma gerçekleşmeyecek. Oysa bu durum Evren’in yok olmaktan kurtulacağı anlamına gelmiyor.

Sonuç olarak büyük yırtılma gerçekleşmese de Evren genişlemeyi sürdürecek ve bu nedenle uzaydaki yıldızlar 100 trilyon yıl içinde birbirini göremeyecek kadar uzaklaşmış olacak.

Bu sürecin sonunda Evren’deki ortalama sıcaklık bugünkü değer olan -270 derecenin de altına düşecek ve Evren donarak yok olacak. Tahmin edebileceğiniz gibi bu senaryoya büyük donma diyoruz.

 

 

Kaçınılmaz son mu?

Isıl ölüm olarak adlandırılan büyük donma senaryosunu anlamak için omega lambda değerine geri dönelim. Ω_Λ değeri fizikçilerin 90’lara kadar sandığı gibi 0’a yakın olsaydı Evren hiç genişlemeden sonsuza dek varlığını sürdürecekti.

Oysa sonsuzluk çok uzun bir süre. Öyle ki hiç genişlemeyen bir evrende bile 100 trilyon sonra bütün güneşler ölmüş ve bütün kara delikler Hawking radyasyonu ile buharlaşmış olacak. Bunun sonucunda Evren’in enerjisi tüm uzaya eşit olarak dağılacak ve entropi (düzensizlik) maksimum seviyeye ulaşacak.

Böyle bir evrende sıcaklık gittikçe azalacak ve sonunda Evren tümüyle donacak. Enerji akışının ve parçacıklar arasındaki fiziksel etkileşimin kesilmesiyle birlikte atomlar, protonlar ve diğer tüm parçacıklar yozlaşarak dağılacak.

 

 

Şimdilik büyük yırtılmadan kaçış yok

Büyük donma Evren’in nükleer patlamayla yok olmak yerine sessizce son nefesini vereceğini gösteriyor, ancak Disconzi’nin formülü bunun böyle olmayacağını gösterdi ve omega Lambda değerinin -1’in altında olduğunu görüldü.

Bu durumda Evren yeterince esnek değildi, uzay boşluğunun akışmazlık değeri çok yüksekti ve 22 milyar yıl sonra büyük yırtılmanın gerçekleşmesi kaçınılmazdı. -1 değeri Evren’deki karanlık enerji miktarının hızla artacağını gösteriyordu. Proesör Scherrer’in dediği gibi, “Önceki akışmazlık modellerinde büyük yırtılma mümkün değildi. Yeni modelde ise akışmazlık artışı Evren’i parçalanarak yok olmaya itiyor.”

Elbette 80 yıllık insan ömrüyle karşılaştırdığınızda büyük yırtılma için “Bana ne? Ben çoktan ölmüş olacağım” diyebilirsiniz, fakat bu gerçek geleceğe yönelik hayaller kurmamızı engellemiyor.

 

 

Kurtuluş çareleri

Örneğin, 22 milyar yıllık bir süre içinde bütün Evren’in enerjisini kullanan süper gelişmiş bir Tip IV uygarlık kuracağımızı düşünebiliriz. Bu tür bir uygarlık Evren’in yok olmasını önleyerek hayatta kalmaya çalışacaktır. Nitekim Disconzi “Umutsuzluğa kapılmayın” diyor:

“22 milyar yıl uygarlığın gelişmesi için çok uzun bir süre ve biz de elimizdeki formülleri henüz süper bilgisayarlarla test etmedik. Kağıt üstünde yaptığım hesaplamaların yanlış olduğu anlaşılırsa Evren’in 100 trilyon yıl sonra yok olacağını söyleyen büyük donma senaryosu doğru çıkabilir.”

Peki, gelecekte karanlık enerjiyi durdurarak Evren’in yok olmasını engellemek mümkün mü? Yazımızın ikinci bölümünde bu soruyu cevaplamaya çalışacağız. 🙂

 

Evren’in sonu: Büyük yırtılma mı, büyük donma mı?

Not: Karanlık enerjiyle ilgili daha fazla bilgi edinmek için Popular Science Türkiye Temmuz 2015 sayısındaki “Karanlık Madde Karanlık Enerjiye Karşı” yazımı okuyabilirsiniz. Derginizi bayiden satın alabilir veya dijital sürümüne Android ve iOS uygulamasıyla erişebilirsiniz.

¹Marcelo M. Disconzi, Thomas W. Kephart, Robert J. Scherrer. New approach to cosmological bulk viscosity. Physical Review D, 2015; 91 (4) DOI: 10.1103/PhysRevD.91.043532