Fizikçiler Karanlık Madde Yalan Dedi

Bilim insanları galaksilerin oluşumunu açıklamak için karanlık madde ile karanlık enerji arıyorlar. Karanlık madde galaksileri bir arada tutan gizli yerçekimini sağlıyor. Karanlık enerji ise Evren’in gittikçe hızlanarak genişlemesinden sorumlu; ama ikisini de bulamadık. Karanlık madde yalan mı?

Fizik çöker

Bu yaz başında New York’ta düzenlenen Dünya Bilim Festivali’nin en güzel oturumlarından biri, aslında en yorucu oturumlarından biri karanlık madde konusunun işlendiği oturumdu. Bunu daha sonra ayrı bir yazıda anlatacağım (Yorucuydu; çünkü teorik fizikçiler ne olduğunu bilmedikleri karanlık madde hakkında 1,5 saat konuştular 😉 .

Ancak oturumun ana fikri “Ya karanlık madde yoksa?” sorusuydu ve bunu hemen anlatmamız gerekiyor; çünkü asi teorik fizikçilerden biri Evren’de karanlık madde olmadığını öne sürüyor. Hatta yerçekimini yaratan kütleçekim kuvvetinin temel fizik kuvveti olmadığını iddia ediyor! :0

İlgili yazı: Türkiye’de VPN engelleme nasıl aşılır?

 

Karanlık madde yalan diyenler

Fizikçiler karanlık madde konusunda büyük bir tuzağa düştüler. Bir yandan Evren’in ve galaksilerin nasıl oluştuğunu açıklamak için karanlık madde kullanmak zorundalar. Öbür yandan, karanlık madde bulmak için inşa ettikleri detektörlerde karanlık maddeye dair hiçbir iz bulamıyorlar.

Oysa Evren’i doğuran büyük patlamadan 380 bin yıl sonra uzayın yeterince soğuyup saydamlaşması ile boşluğa yayılan ilk ışığın izine baktığımız zaman; yani kozmik mikrodalga artalan ışıması ısı haritasını incelediğimizde karanlık maddeyi dolaylı olarak görüyoruz! Nasıl mı? Anlatalım:

Resimde Planck uzay gözlemevinin ilk ışık haritasına bakıyorsunuz. Harita aslında bebek Evren’in termal haritası ve sıcaklık değerlerini gösteriyor. Bütün kırmızı ve sarı noktalar madde. Bütün mavi (soğuk) noktalar karanlık madde ve bütün yeşil yerler karanlık enerji (uzay boşluğunun enerjisi).

İlgili yazı: İnternetinizi uçuracak en iyi 10 modem

 

Nereden biliyorsun?

Bilim insanları öyle söylüyor! 😀 Şaka bir yana, kozmoloji teorilerine göre normal madde Evren sadece 380 bin yıl yaşındayken haritada görülen mavi yerler kadar soğuk olamaz. Karanlık enerji ve karanlık maddenin varlığını böyle ortaya çıkarıyoruz (teknik terim sevenler için çıkarımlıyoruz).

Karanlık maddenin ne olduğuna dair birçok teori var. Aslında bir düzine açıklama mevcut. WIMP parçacıkları ve ilkin kara delikler gibi en popüler karanlık madde teorilerini önceki yazılarda anlattığım için burada kısa tutacağım:

Bazılarına göre karanlık madde Evren’deki 4 temel fizik kuvvetinden sadece ikisinden etkilenen WIMP parçacıkları. Bazılarına göre karanlık madde aslında Evren doğarken normal maddenin çökmesiyle oluşmuş ve sayıları yıldızlardan fazla olan ilkin kara delikler.

İlgili yazı: Mars ve Venüs’ü Dünyalaştırmak İçin 5 Dahice Yol

 

Bukalemun madde

Bazı fizikçiler karanlık maddenin süper sıvı denilen bir özelliğe sahip olduğunu, yani galaksi disklerinde olduğu gibi kendi çevresinde çok hızlı dönerse yerçekimi açısından normal madde gibi davrandığını söylüyor. Haydi bu kılık değiştiren sinsi karanlık maddenin adı da bukalemun madde olsun (ayrıca yazacağım, şimdi hiç kasmayın 🙂 ).

Böylece karanlık maddenin tek tek galaksilerde ve galaksi kümelerinde neden iki farklı yerçekimi alanı oluşturduğunu anlamaya çalışıyorlar ki galaksilerin bebeklikten olgunluğa nasıl evrim geçirdiğini açıklasınlar.

İlgili yazı: En Süper Ay 14 Kasımda Geliyor

 

Ya karanlık madde yoksa?

Bazı fizikçiler de karanlık madde yok; çünkü kütleçekim kuvveti mikroskobik ölçekte farklı ve gezegenlerle yıldızlar arası mesafede farklı işliyor diyor. Bu teoriye göre, metrenin trilyonda biri kadar kısa mesafelerde kütleli cisimlerin hızlanma oranı (ivmelenme) gezegen boyundaki cisimlerin hızlanma oranından farklı. Bu da karanlık madde yanılsamasına yol açıyor.

Çatı aday yerçekimi

İşte size anlatacağım yeni konu da bu gruba giriyor; yani “karanlık madde yoktur, ama biz yerçekimini yanlış anlıyoruz, o yüzden karanlık madde var sanıyoruz” grubuna.

Şimdi çatı aday Ekmeleddin’i biliyor musunuz? Sahi eski cumhurbaşkanı adayı Ekmeleddin Beyi hatırlayan var mı?

Kendisi siyaset sahnesinden silinmiş görünüyor. Ancak, dilimize çatı aday kavramını soktuğu için kendisine teşekkür borçluyuz; çünkü yeni karanlık madde yalan teorisi yerçekimini bir çatı kavram olarak görüyor.

İlgili yazı: İkiz Astronotlardan 5 Hayat Dersi

 

Ne demek istiyorsun?

Evren’deki dört temel fizik kuvvetinden biri olan kütleçekim, cisimlerin, özellikle de gökcisimlerinin birbirlerini görünmez yerçekimi gücüyle çekmesini sağlıyor. Buraya kadar sorun yok. Bu standart lise fizik bilgisi.

Tüm Evren’i tıpkı Einstein’ın ünlü E=mc² formülü gibi tek bir kısa denklenme açıklamak isteyen sicim teorisi fizikçilerinden biri olan Erik Verlinde (Amsterdam Üniversitesi ve Delta Enstitüsü Teorik Fizik bölümü) ise yeni bir bilimsel makale yazdı ve yerçekimi aslında enerji birimlerinden ortaya çıkar dedi.

İlgili yazı: Google’dan Kendini Şifreleyen Yazılım

 

Az başa saralım

Sicim teorisyenleri Evren’deki bütün temel parçacıkların (kuarklar, fotonlar, elektronlar vb.) Planck boyundaki süper küçük mikroskobik enerji sicimlerinden oluştuğunu söylüyor. Bunların boyu 1,61622837 × 10^-35 metre; yani yaklaşık olarak metrenin 100 milyar kere trilyon kere trilyonda biri.

Ayrıca kara deliklerin olay ufkunda enformasyon paradoksunu açıklamak için türetilen holografik ilke modeli uyarınca, bu enerji sicimleri aynı zamanda Evren’de bulunan en ufak enformasyon birimlerini, Evren’de bulunan en küçük bitleri oluşturuyor.

Sicim teorisyenleri Evren’deki bütün fizik kuvvetlerinin kendine ait enerji parçacıkları olduğunu söylüyor. Örneğin elektromanyetik kuvvetin görünümlerinden biri olan ışık yine elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan foton parçacıklarından oluşuyor. Elektrik akımı da elektronlardan meydana geliyor.

Sicim teorisi uzmanlarına göre kütleçekim kuvvetinin taşıyıcısı da graviton denilen parçacıklar (henüz deneysel olarak doğada graviton göremedik).

İlgili yazı: Einstein’ın en büyük yanılgısı

 

Şimdi devam edebiliriz

Bilim insanları Evren’deki her şeyi açıklayacak her şeyin teorisini bulmak için sicim teorisini geliştirdiler. Sicim teorisinin en yeni formu ise süper sicim teorisiydi. Bunun için de doğada süper simetri olması gerekiyordu. Kısacası bilinen her parçacığın bir de süper simetrik kopyası olmalıydı.

Ancak, dünyanın en güçlü hızlandırıcısı olan CERN bünyesindeki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı (LHC) süper simetri göremedi. Bu yüzden sicim teorisi zora düştü. Sicim teorisini kurtarmak için harekete geçen Verlinde, kütleçekim kuvvetinin aslında temel fizik kuvveti olmadığını öne süren bir yeni bir sicim teorisi yorumu geliştirdi.

İlgili yazı: Qualcomm’dan 5 Kat Hızlı 5G Modem

 

Pembe dizi gibi değil mi?

Verlinde diyor ki yerçekimi gravitonlardan meydana gelir. Gravitonlar kapalı enerji sicimleridir, yani halka şekilli sicimlerden oluşur (buraya kadar klasik sicim teorisi). Sonra da diyor ki aslında gravitonu oluşturan sicimler de başka enerji sicimlerinden çıkar (işte bu yeni)!

Kısacası sicim teorisyenlerinin Evren’in dokusu olan uzay-zamanı termodinamik yasalarından ve enformasyon teorisinden (enerjinin her zaman enformasyon taşıdığını öne süren matematik modelinden) türeten klasik yaklaşımını kullanıyor. Sadece bunu daha ileri taşıyor. Sıkıntı yok, bunu da daha önce blogda yazmıştım.

İlgili yazı: Yakıtsız Çalışan Roket EM Drive

 

Yerçekimi uzay-zaman bitlerinden çıkar

Mademki kütleçekim üç boyutlu uzayda ortaya çıkar; ama zayıf ve güçlü nükleer kuvvetle elektromanyetik kuvvet iki boyutlu uzayda belirir; öyleyse kütleçekim diğer üç fizik kuvvetinden türemiş bir çatı kavramdır (hoş geldiniz Ekmeleddin Bey?).

Yerçekimi uzay-zamanın temel enerji sicimlerinden, temel enformasyon bitlerinin hareketinden türer. Daha basit bir dille ifade edecek olursak Verlinde, sicim teorisinin rakibi olan halka kuantum kütleçekim kuramında anlatıldığı gibi, uzay-zamanın mikroskobik bir enerji ağından oluştuğunu söylüyor.

Uzay-zamanı oluşturan enerji ağı titrediği ve balık ağı gibi dalgalandığı zaman, kütleçekim kuvveti ile buna bağlı yerçekimi alanları ortaya çıkıyor. Einstein da yerçekimini uzay-zamanın bükülmesi olarak tanımlıyordu; ama tam olarak neyin büküldüğünü söylememişti. Verlinde, bükülen şeyin uzay-zamanı oluşturan enerji ağı olduğunu söylüyor.

İlgili yazı: 234 Yıldızdan Uzaylı Sinyali Aldık mı?

 

Entropi ve enformasyon

Evren’de artan düzensizliğe (örneğin termodinamik yasalarına göre enerjinin tamamını asla işe çeviremiyor olmamıza, enerjinin bir kısmının hep atık ısı olarak uzaya kaçmasına; böylece yaşlanma ve yıpranmaya yol açmasına) entropi diyoruz.

Entropi fizikte temel parçacıkların uzay boşluğunda hareket imkanının sınırlanması anlamına geliyor. Aynı zamanda Evren’deki parçacıkların rastlantısal hareketleri neticesinde artan düzensizliğe karşılık geliyor.

Verlinde’ye göre uzay-zamanı oluşturan enerji ağı dalgalanıp yorgan gibi buruştuğu veya elbise gibi kırıştığı zaman entropi artıyor ve biz de kumaştaki düzensizlikleri kütleçekim kuvveti olarak algılıyoruz.

İlgili yazı: Elon Musk Mars’ta Sera Kent Kuracak

 

Karanlık madde yalan mı?

Verlinde haklıysa kütleçekim kuvveti diye bir şey yok. Sadece uzay-zamanın bükülmesinden oluşan yerçekimi alanları var. Zaten Einstein’ın görelilik teorisinde de kütleçekimden çok yerçekimi tanımlanıyor (matematik detaylara girmeyeceğim).

Verlinde makalesini geçenlerde yayınladı ve meslektaşı fizikçilerin onayına sundu.¹ Ancak, galaksilerin hareketi ile Evren’in genişlemesi gibi normalde karanlık madde ve karanlık enerji ile açıklanan her şeyi bunlara hiç gerek kalmadan, sadece çatı kavram yerçekimi ile açıkladı.

“Yeni yerçekimi görüşünün gözlemlerle uyuştuğuna dair kanıtlarımız var. Yerçekiminin çok büyük ölçeklerde Einstein’ın görelilik teorisinin öngördüğü gibi davranmadığını görüyoruz.”

İlgili yazı: Dokuzuncu Gezegen Güneşi 6 Derece Çarpıttı

 

Görelilik teorisi yanlış mı?

Bunu sormak Newton’ın yerçekimi teorisi yanlış mı diye sormaya benziyor. Aslında yanlış değil. Dünya’daki tüm cisimlerin mekanik hareketini açıklıyor. Ancak yıldızlar, gezegenler ve galaksilerin hareketini açıklamak için Newton’ın teorisini de içine alan ve daha geniş kapsamlı olan genel görelilik teorisini kullanıyoruz.

Verlinde haklıysa Einstein’ın görelilik teorisi de galaksiler arası ölçekte eksik kalıyor. Bunun için daha büyük ölçekli yeni bir yerçekimi teorisi, Verlinde’nin entropik yerçekimi dediği çatı kavram yerçekimi teorisini kullanmak gerekiyor.

İlgili yazı: Venüs Hayat Olan İlk Gezegen mi?

 

Tozpembe dünya yok

Bir bilimsel teorinin geçerli olması için gözlemlerle, uzayda ve çevremizde gördüklerimizle uyumlu olması, gördüğümüz her şeyi açıklaması yetmez. Aynı zamanda bugün görmediğimiz, ama yarın deney yaparak görebileceğimiz şeyleri de açıklaması lazım. Kısacası bilimsel teoriler test edilebilen öngörülerde bulunmak zorunda.

Verlinde’nin yeni yerçekimi teorisi öngörülerde bulunmuyor. Örneğin uzaydaki bir bölgenin ne kadar entropiye sahip olacağını kafadan sınırlıyor; ama bu keyfi sınırı bilimsel gerekçelerle açıklamıyor. Ayrıca yüzlerce galaksi içeren galaksi kümelerinin uzaydaki hareketini de açıklayamıyor.

Bu yüzden karanlık madde yalan demek için henüz erken. Evren’i anlamak için hâlâ karanlık madde ve karanlık enerjiye ihtiyacımız var.

Kuantum kütleçekim

Bize gereken şey yerçekimini atom altı ölçekte tanımlayan yeni bir kuantum kütleçekim teorisi. Bu teoriyi bulmamız gerek. Böylece görelilik ile kuantum fiziğini birleştirip her şeyin teorisini geliştirebilir ve kara deliklerin merkezindeki tekillik ile Evren’i doğuran büyük patlamanın ne olduğunu açıklayabiliriz.

Fermi teleskopu karanlık madde arıyor

¹Emergent Gravity and the Dark Universe