Karanlık Enerji Evreni Nasıl Genişletiyor?
Hubble uzay teleskopuyla uzak galaksilere bakan astrofizikçiler, evrenin son 5 milyar yılda gittikçe hızlanarak genişlediğini buldu. Buna boşluğun enerjisi denen karanlık enerji yol açıyor. Oysa evrendeki karanlık enerji miktarı sabit. Peki sabit enerji evrenin genişlemesini nasıl hızlandırıyor? Karanlık enerji yüzünden aşırı şişen evren gelecekte bir gün yırtılıp parçalanacak mı? Birlikte görelim.
Kozmik yüz gerdirme
Aslında karanlık enerji ile karanlık madde bazı olumsuz açılardan birbirine gayet benziyor. 🙂 Örneğin karanlık enerjiyi de tespit edemiyor, ölçemiyor ve bu gizemli enerji alanına dokunamıyoruz. Buna karşın evreni nasıl etkilediğini görüyoruz.
Örneğin, karanlık madde oluşturduğu ek yerçekimi ile evreni her ölçekte etkilerken; karanlık enerji, uzayı sadece 3 milyon 260 bin ışık yılı mesafeden itibaren etkilemeye başlıyor. İşte bu karanlık maddeden çok daha acayip bir durum ve bunu hemen açıklayalım:
Karanlık madde uzaya seyrek ölçüde dağılmış bulunuyor ve yerçekimiyle zayıf etkileşime giriyor. Bu nedenle, karanlık maddenin yerçekimi de küçük ölçeklerde dikkate alınmayacak kadar zayıf oluyor. Karanlık madde, ancak 72 ışık yılı çapındaki küresel yıldız kümeleri ve dev gaz bulutları gibi büyük kütleli cisimleri kendine doğru çekiyor.
Gezegenler gibi nispeten küçük cisimler ise karanlık maddenin yerçekiminden pek etkilenmiyor. Bu da evrendeki ilk yıldızlarla galaksilerin nasıl oluştuğunu anlamak açısından önem taşıyor:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Yaratılış sancıları
Karanlık madde evrendeki ilk yıldızları doğuracak büyük gaz ve toz bulutlarını kendine çekti. Nitekim çekmeseydi gazlar uzaya çok seyrek dağılacak ve evren 180 milyon yıl yaşındayken ilk yıldızlar oluşmayacaktı.
Öte yandan, ilk yıldızlar karanlık madde yüzünden bir noktaya toplanan gazın kendi ağırlıyla ve küçük gaz topları halinde çökmesiyle oluştu.
Kısacası karanlık madde doğrudan yıldız oluşumunu başlatmadı. Tek tek yıldızların kendi üzerine çökerek tutuşmasına öncelikle normal maddenin yerçekimi neden oldu. Siz de bunu elektrikli karanlık madde ve ilk yıldızlar yazılarında okuyabilirsiniz. Oysa karanlık enerji sadece büyük ölçeklerde açığa çıkıyor ve bu açıdan karanlık maddeden çok farklı özellikler gösteriyor:
Bir uzay düşünün ki
10, 100, 1000, hatta 1 milyon ışık yılı mesafede karanlık enerji diye bir şey olmasın. Bırakın karanlık enerjinin bu mesafelerde ihmal edilecek kadar zayıf olmasını, bu kısa (!) uzaklıklarda hiç aktif karanlık enerji olmasın! Karanlık enerji sadece 3,26 milyon ışık yılı mesafeden itibaren evrenin gittikçe hızlanarak genişlemesine yol açsın.
İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi
Bu nasıl olabilir?
Aslında bu yazının amacı da karanlık enerjiyi çok basit bir şekilde açıklamak ve sizi konuyu yanlış anlatan astrofizikçilerden koruyarak kafanızın karışmasını önlemek.
Bunun için bana ilham veren de Sean Carroll oldu; çünkü bizzat teorik fizikçi Carroll, bilim insanlarının karanlık enerjiyi yanlış anlattığından yakınıyor. Öyleyse karanlık enerji nedir?
Önce kısa cevabı: Karanlık enerji boş uzayın enerjisidir. İşte bu yüzden kısa mesafelerde etkili olmayı bir kenara bırakın, kısa mesafelerde karanlık enerjinin aktif varlığı bile söz konusu değil.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Uzun ve anlaşılır cevabı
Karanlık enerji boş uzayın enerjisi olduğu için ancak evrende yeteri kadar boş uzay varsa ortaya çıkıyor. Bu açıdan elektromanyetik enerji gibi değil, yani uzaya bir güç alanı gibi yayılmıyor. Öte yandan bütün uzayı etkiliyor ve genişlemesine yol açıyor.
Keza bu yüzden karanlık maddeden çok farklı; çünkü karanlık madde bütün uzaya yayılan bir yerçekimi alanı yaratıyor.
Yine de karanlık enerjinin bir güç alanı olmamasına rağmen, bütün uzayı etkileyerek genişlemesine yol açması sizi şaşırtmasın. Görünüşte çelişkili olan bu durumu açıklayacağım. Ancak, en azından karanlık enerjinin boş uzayın enerjisi olduğunu anladığımıza göre, hangi mesafede ortaya çıktığını da söyleyebiliriz.
İlgili yazı: Karanlık Madde Nedir ve Nerede Gizleniyor?
3,26 milyon ışık yılı
Karanlık enerji yaklaşık 3 milyon 260 bin ışık yılı (1 megaparsek) mesafeden itibaren, uzayın saniyede 70 km hızla genişlemesine yol açıyor.
Aslında karanlık enerji daha kısa mesafelerde beliriyor. Ancak, yıldızların bir galaksideki ortalama hızı saniyede 60 km ve galaksilerin ortalama hızı da saniyede 220 ila 600 km’ye ulaşıyor. Bu sebeple karanlık enerjinin uzayın genişlemesine yol açmasını ancak uzak mesafelerde fark ediyoruz.
Daha net bir deyişle: Karanlık enerji ancak 1 megaparsek uzaklıkta fark edilir ölçüde etkili oluyor ve ancak 60 milyon ışık yılı mesafeden itibaren, evrendeki madde ile karanlık maddenin yerçekimini yeniyor. Bu yüzden evren hiç durmadan genişliyor.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Ve sonsuza dek genişleyecek
Uzayın genişlemesi hiç durmayacak; çünkü evrenin yüzde 26’sı madde ve karanlık maddeden, yüzde 74’ü ise karanlık enerjiden oluşuyor. Karanlık madde normal maddeden 5 kat fazla olsa da bu ikisinin toplam kütlesi evrenin genişlemesini önlemeye yeterli değil.
Dahası var; resimlere bakarsanız 90 milyar ışık yılı çapındaki gözlemlenebilir evreni kapsayan uzay boşluğunun üç olası şekli olduğunu göreceksiniz. Küre şekli, eyer şekli ve düz kağıt.
Gözlenebilir evreni kafanızda küre gibi canlandırdığınızı biliyorum. Bu sebeple diyeceksiniz ki “Hocam bir kürenin yüzeyi nasıl küre, at eyeri veya düz fotokopi kağıdı şeklinde olabilir? Kürenin yüzeyinin elma kabuğu gibi yuvarlak olması gerekmez mi?” Bunun nedeni evrenin gerçekte 4 boyutlu olması:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Uzay-zaman 4 boyutlu
Evren uzay ve zamandan oluşuyor. Dolayısıyla evrende 3 uzay ve 1 zaman boyutu var. Bu durumda evrenimizin gerçek şekli de 4 boyutlu bir hiperküre olabilir. Oysa gözlemlenebilir evrenin şekli derken, biz sadece 3 uzay boyutunu hesaba katıyor ve zaman boyutunu saymıyoruz.
Buna karşın 4B cisimleri boşuna kafanızda canlandırmaya çalışmayın, insan beyni bunu algılayamaz. Şimdilik sadece karanlık enerjiye ve uzayın tıpkı paketinden yeni çıkmış fotokopi kağıdı gibi düz olduğuna odaklanın. Size bir örnek vereceğim:
Düz uzay denilen alan, aslında 4 boyutlu hiperküre şeklindeki evrenimizin 3 boyutlu yüzeyidir. Şöyle düşünün: Dünyamız yuvarlak, ama yerden bakınca bize düz görünüyor. Dünya’nın yuvarlak olduğu ancak ufuk çizgisinden sonra veya uzaya çıkınca belli oluyor.
Peki uzay gerçekten düz mü?
Ölçebildiğimiz kadarıyla dümdüz. Bu sebeple de gözlemlenebilir evren dediğimiz şeyin, 4 boyutlu bir hiperkürenin yüzeyindeki 3 boyutlu daire olduğunu söyleyebiliriz. Yaklaşık 90 milyar ışık yılı çapındaki bir daire. Ancak evrenin zaman dahil asıl şekli, 4 boyutlu hiperküredir. Gözlemlenebilir evren bu kürenin küçücük bir kısmı olduğu için Dünya gibi gözümüze düz görünüyor.
İlgili yazı: 550 Gezegenli Kara Delik Güneş Sistemi
Öyleyse karanlık enerji nereden çıktı?
Tam da buradan çıktı: Einstein 1915 yılında genel görelilik teorisini geliştirince evrenin dengesiz olduğunu gördü: Uzay ya genişleyecek ya da kendi üzerine çökecekti. Bu da Einstein’ın kafasındaki tanrısal ve kusursuz statik evren tasarımına uymuyordu. Bu yüzden, kozmolojik sabit diye bir sayı uydurdu ve bunu evrenin denklemine ekleyerek statik evren elde etti.
Einstein, daha sonra kozmolojik sabit için hayatımın en büyük hatası dedi! Bunun sebebi ise Edwin Hubble’dı. 1929 yılında Amerikalı astronom Hubble, Dünya’dan yeterince uzak olan (60-70 milyon ışık yılı) bütün galaksilerin bizden uzaklaşmakta olduğunu buldu.
Bu da evrenin genişlemekte olduğunu, dahası evrendeki tüm madde ve enerjinin geçmişte tek bir noktaya toplanmış olduğunu gösteriyordu. Kısacası Hubble büyük patlamayı bulmuştu! Evren büyük patlama ile hiçlikten doğmuş ve bugün de genişlemeye devam ediyordu.
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
Karanlık enerjinin gelişi
Tabii astrofizikçiler hemen evrendeki madde ile enerjinin yoğunluğunu hesapladılar ve gördüler ki evrendeki madde-enerji miktarı uzayın genişlemesini geri çevirmeye, durdurmaya, hatta yavaşlatmaya yeterli değildi. Öyleyse evren sonsuza dek hızlanarak genişleyecekti.
Oysa astrofizikçiler 20 yıl önce evrenin genişleme hızına baktıklarında üç şaşırtıcı şey buldular: 1) Büyük patlamadan sonra evrenin genişlemesi yavaşlamaya başlamıştı. 2) Ancak, evren günümüzden 5 milyar yıl önce yeniden genişlemeye başlamıştı ve 3) Evrenin genişlemesi gittikçe hızlanıyordu!
Dahası uzay buna rağmen dümdüzdü ve bu bir çelişkiydi. Evren gittikçe hızlanarak genişliyorsa uzayın at eyeri şeklinde olması gerekirdi (az yukarıdaki resim). Bu durumda evren 4 boyutlu bir hiperküre değil de 4 boyutlu hiperbol olacaktı (hemen aşağıdaki resim).
İlgili yazı: Çıplak Tekillik: Kara Deliklerin İçini Neden Göremiyoruz?
Bu nasıl olabilir?
Evrenbilimciler buna çok şaşırdılar. Evrendeki madde ve enerjinin uzayın genişlemesini durduramayacağını biliyorlardı. Öte yandan, evrende genişleme hızının aşırı artmasını önleyecek kadar madde ve enerji olmadığını da görüyorlardı.
Açıkçası evrenin 1 milyar yılda daha da hızlı genişlemesi gerekiyordu. Öyle ki en erken 22 milyar yıl içinde uzay boşluğu gezegenlerin içinde bile genişleyecek; Dünyamız, hatta insanlar ve atomlar parçalanarak yok olacaktı.
Ancak, Büyük Yırtılma adını verdiğimiz bu senaryo için pek endişelenmeyin 🙂 ; çünkü bu senaryo büyük olasılıkla gerçekleşmeyecek:
İlgili yazı: Zaman Neden Geleceğe Akıyor?
Şansımıza bu kez hayaller Muş
Gerçekler Paris! Neyse ki bu kez gerçek dünya bilim insanlarının hayallerinden daha güzel çıktı ve evrenin genişleme hızını ölçtüklerinde şunu gördüler: Uzayın genişleme hızı katlanarak artırıyordu, ama bu sabit bir artıştı. Gözlemlenebilir evrenin çapı her 10 milyar yılda 2 katına çıkıyordu.
Bu sebeple bugün bizden 1 milyar ışık yılı uzakta olan bir galaksi, 10 milyar yıl sonra 2 milyar ışık yılı ve 20 milyar yıl sonra da 4 milyar ışık yılı uzakta olacaktır. Ancak, genişleme hızı uzayda katlanarak artsa da zamanda sabit kalıyor; yani genişleme hızı zamanla artmıyor.
Öyle ki evrenin çapı her 10 milyar yılda aynı oranda genişleyecek (uzayın çapı 5 milyar yılda 10 katına filan çıkmayacak). Özetle evren sonsuza dek genişleyecek; ama büyük olasılıkla yırtılıp parçalanmayacak. Dünyamız, yıldızlar, kara delikler ve becerebilirsek insan uygarlığı 22 milyar yıl sonra da varlığını sürdürecek.
İlgili yazı: 1 milyar yıl sonra Dünya gezegenine ne olacak?
Hepsi karanlık enerji sayesinde
Karanlık enerji madde ve enerjinin yapamadığını yaparak evreni ağırlaştırıyor. Bu sebeple genişleme hızının zamanla katlanarak artmasına mani oluyor. Sadece uzay ve uzayın içinde bulunan galaksiler katlanarak artan, ama sabit çarpanla artan bir hızda bizden uzaklaşıyor.
Bu sebeple çok şanslı bir çağda yaşadığımızı söyleyebiliriz. Büyük patlama teorisini de, evrenin genişlemekte olduğunu da bizden uzaklaşan galaksileri görebildiğimiz için keşfettik. Oysa 10 milyar yıl sonra yaşasaydık yerel galaksi grubu dışındaki galaksiler göremeyeceğimiz kadar uzakta olacaktı.
Bu yüzden evrenin genişlediğini hiç fark etmeyecektik! Nasıl oluştuğunu da bulamayacaktık. Einstein da kendini haklı sanacak ve evrenin statik olduğunu düşünecekti. Çin bedduasının dediği gibi, benim lanetim seni ilginç zamanlarda yaşatsın. 😉
Oysa Einstein evrenin statik olduğunu göstermek için kozmolojik sabiti uydurmuş olsa ve bunu hayatının en büyük yanılgısı olarak adlandırsa da haklı çıktı; çünkü işin sonunda kozmolojik sabitin karanlık enerji olduğunu anlaşıldı! Siz de ülkece gergin olduğumuz şu günlerde işin sonuna bakmalısınız. Peki uzayın genişlediğini gösteren karanlık enerji adı üstünde, nasıl sabit olabilir?
İlgili yazı: Sonsuz Hafıza >> Yeni 5D optik diskte 360 terabayt veriyi 14 milyar yıl sakla
Eşek semerine geri dönelim
Bilim insanları evrendeki madde ve enerjinin hiperbol şekilli bir uzaya izin verdiğini, ama düz uzaya kesinlikle izin vermediğini gördüler. Aynı zamanda uzayın düz olduğunu tespit ettiler. Böylece evreni ağırlaştıran ek enerji ve/veya ek kütle arayışına girdiler.
Oysa ek maddeyi çoktan bulmuşlar ve buna karanlık madde demişlerdi. Bilmedikleri ek enerjiye de karanlık enerji dediler. Üstelik evrenin yüzde 74’ünü oluşturan karanlık enerji, sadece evrenin genişleme hızının makul ölçüde artmasını sağlayacak ek kütleyi sağlamakla kalmıyordu. Bizzat karanlık enerji evrenin genişlemesine yol açıyordu!
Ek kütle mi? Hani enerjiydi?
Einstein’ın görelilik teorisine göre, kütlenin enerjiye ve enerjinin de kütleye dönüşebildiğini hatırlatalım. Bu sebeple evrenin yüzde 74’ünü oluşturan karanlık enerji, uzayın ağırlığını da yüzde 74 artırıyor. Aslında uzayın bir ağırlığı olduğunu gösteriyor. 😉
İlgili yazı: Evrendeki En Şaşırtıcı Gerçek Nedir? >> Hayatın fiziksel anlamına dair 3 bilimsel cevap
Evrenin genişlediğini nasıl anladık?
Hubble 1929 yılında uzak galaksilere baktığı zaman bunların ışığının kırmızıya kaydığını fark etti. Bunun sebebi ışığın dalga boyunun uzamasaydı. Sonuç olarak ışık elektromanyetik bir dalgadır. Biz de bir dalganın tepesiyle çukuru arasındaki mesafeye dalga boyu, belirli bir yerden saniyede geçen dalga sayısına da frekans diyoruz.
Bu durumda, bizden 5 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksinin ışığı kırmızıya kayıyorsa ışığın bize ulaşması için gereken 5 milyar yıllık sürede uzayın da genişlemiş olması gerekiyor. Uzay genişlediği için ışık dalgaları iki ucundan gerilen ip gibi uzuyor, dalgalar yassılaşıyor ve ışık kırmızıya kayıyor.
Hızlanarak genişlemeye gelince
Astronomlar 25 yıl önce Hubble uzay teleskopundan gelen uzak galaksi fotoğraflarını incelediklerinde ilginç bir şey keşfettiler. Galaksilerin ışığı kırmızıya kaymakla kalmıyordu. Aynı zamanda ışığın kırmızıya kayması son 5 milyar yılda hızlanmıştı. Bu da tahmin edebileceğiniz gibi, evrenin son 5 milyar yılda hızlanarak genişlediğini gösteriyordu.
İlgili yazı: Fizik Yasalarını Bozan KaranlıkEnerji
Öyleyse karanlık enerji nedir?
Karanlık enerjinin tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz; ama ne olduğuna dair bir fikrimiz var. Karanlık enerji boşluğun enerjisidir diyoruz. Ancak, teknik açıklamasına girersem bu yazı 5000 kelime olur. Bu yüzden teknik detayları size önümüzdeki haftalarda yayınlanacak iki yazıda anlatacağım.
Yine de bu yazıda karanlık enerjiye giriş yapmış ve işin temel mantığını kavramış olduk ki bu sayede devam yazılarını da kolayca anlayabileceğiz. Özetle karanlık enerji boşluğun enerjisidir ve bu nedenle sadece uzay boşluğu yeterince büyüdüğü zaman ortaya çıkıyor.
İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?
Genişlemenin hızlanmasının asıl nedeni
Evren büyük patlamadan bu yana genişliyor. Öyle ki 5 milyar yıl önce galaksiler arasındaki boşluk yeterince büyüdü. Karanlık enerji evrenin başından beri vardı; ama uzayda yeterli boşluk olmadığı için etkisini göstermemişti. Son 5 milyar yılda ise etkisini artırarak uzayın genişlemesini hızlandırdı.
Sonuçta karanlık enerjinin miktarı sabit; ama uzay genişlediği zaman galaksilerin arasında açılan mesafede yeni uzay boşluğu oluşuyor. Karanlık enerji boşluğun enerjisi olduğundan, bu durum evrendeki karanlık enerjinin miktarının değil ama karanlık enerji oranının artmasına yol açıyor.
Neyse ki karanlık enerjinin oranı uzayda değil de zamanda artıyor! Bu sebeple gözlemlenebilir evrenin çapı her 10 milyar yılda iki katına çıkıyor; fakat genişleme hızı kontrolsüz bir şekilde artmıyor. Peki evrenimiz sonsuza kadar genişlerken yaşadığımız Samanyolu galaksisine ne olacak?
İlgili yazı: KaranlıkEnerji: Yoksa Evren Genişlemiyor mu?
Büyük yalnızlık
Uzak galaksiler bizden koptuğu zaman Samanyolu, komşu galaksi Andromeda ile çoktan çarpışarak dev bir eliptik galaksiye dönüşmüş olacak. İnsanlık 10 milyar yıl sonra varlığını sürdürürse uzaya baktığı zaman, bizim galaksimizden başka bir galaksi görmeyecek. Galaksiler uzaklaştıkça ve yaşlı yıldızlar söndükçe evren soğuk ve karanlık bir yer alacak.
Peki evrendeki atom çekirdeklerini oluşturan son protonlar ve nötronlar da parçalanıp dağıldıktan sonra Anka Kuşu gibi kendi küllerinden yeniden doğacak mı?
Olabilir! Hatta bunun için evrenin ısıl ölümünün 100 trilyon sonra gerçekleşmesinin ardından, 105000 yıl gibi sonsuza yakın bir süre geçmesi bile gerekmeyebilir; çünkü evren bir kara deliğin içinde tekrar doğabilir. Nitekim bazı fizikçiler bütün evrenlerin kara deliklerden doğduğunu düşünüyor. Siz de bunu Her Kara Delikte Başka Evren Var yazısında okuyabilirsiniz. Enerjiniz daim olsun!
