Karanlık Enerji Yoksa Cüsseli Kütleçekim Var mı?

Evren karanlık enerji yüzünden sürekli genişliyor. Ancak kimse karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyor. Üstelik ölçülen genişleme hızı da karanlık enerji teorisiyle uyuşmuyor. Peki ya karanlık enerji yoksa? Evrenin genişlemesini karanlık enerji olmadan açıklayan cüsseli kütleçekim kuramını görelim.

Cüsseli kütleçekim nedir?

Kütleçekim kuvveti uzaydaki cisimleri birbirine çeken yerçekimi alanını oluşturan kuvvettir. Örneğin Dünya kütleçekim kuvveti yüzünden Güneş’in çevresinde dönüyor. Nasıl ki elektromanyetik kuvveti fotonlar (ışık parçacıkları) taşıyor, kütleçekim kuvvetini de gravitonlar taşıyor.

Ancak, yerçekimiyle aramızda büyük sorunlar var. En basitinden kütleçekim kuvvetinin ne olduğunu bilmiyoruz. Tamam, Einstein’ın genel görelilik teorisi bize önemli ipuçları veriyor. Kütle uzayı büker ve bükülen uzay da kütleye nereye gideceğini gösterir diyor:

Dünya’nın kütlesi uzayı bükerek bir yerçekimi çukuru oluşturuyor. Uydumuz Ay da bu çukura düşerek Dünya’nın çevresinde dönüyor. Ayrıca E=mc² denklemini m=E/c² olarak yazarsak kütlenin enerjiden türeyen bir özellik olduğunu, bir anlamda kütlenin enerji olduğunu görüyoruz. Oysa bütün bunlar kütleçekimin tanımı değil, tarifi ve yerçekimiyle aramızdaki birinci sorun bu.

İkinci sorun ise gravitonun kendisi: Graviton teorik bir parçacık ve sicim teorisinde anlattığım gibi bugüne dek hiç graviton görmedik. Yakın gelecekte göreceğimiz de şüpheli ve bu da bizi cüsseli kütleçekim kuramına getiriyor:  

İlgili yazı: Dünyada 12 Metrelik Eksen Kayması Oluştu

 

Karanlık enerjiye alternatif

Cüsseli kütleçekim karanlık enerjinin alternatifi; çünkü karanlık enerjiyle de sorunlarımız var. Karanlık enerjinin ne olduğunu yerçekimi kadar bile bilmiyoruz. Karanlık enerjinin evrenin genişlemesinden sorumlu olduğunu söylüyoruz. Ancak, evrenin 12 milyar yıl önceki genişleme hızı ile bugün görülen genişleme hızı birbiriyle tutmuyor. Fizikçiler bunu açıklamak iki teori geliştirdiler ve siz de ilk teoriyi karanlık enerjinin şiddeti artıyor mu yazısında okuyabilirsiniz; ama umalım da artmasın:

Yoksa evren gelecekte kumaş gibi yırtılarak parçalanacaktır. Oysa siz bütün bu uyuşmazlıklara dalmadan önce karanlık enerjinin ne olduğunu öğrenmek istiyorsanız hemen tıklayabilirsiniz. Biz de bu arada karanlık enerjiye ikinci alternatif olan cüsseli kütleçekim kuramına geçelim.

Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, cüsseli kütleçekim de nedir? Bizler iri cüsseli sözünü iri kıyım adamlar ve ağır cisimler için kullanırız. Kütleçekim kuvvetinin cüssesi mi olur?” Bir kere kütleçekim kuvvetine kütle yol açıyor; ama doğru bir soru soruyorsunuz:

Cüsseli kütleçekim teriminin kaynağı bizim sorunlu graviton parçacığıdır. Teorik graviton parçacığı kütleçekim kuvvetini taşıyor; ama kendisinin kütlesi yok ve kütlesiz gravitonun kütleye nasıl yol açtığını da şurada görebilirsiniz. Ancak, cüsseli kütleçekim kuramında gravitonun tıpkı minik nötrino parçacıkları gibi az miktarda kütlesi vardır. Peki bu ne anlama geliyor?

İlgili yazı: Dünyanın Manyetik Alanı Tersine Dönecek mi?

 

Cüsseli kütleçekim ve evrenin genişlemesi

Gravitonun kütlesi varsa kütleçekim kuvvetinin şiddeti de mesafeye göre değişecektir. Açıkçası kütleçekim kuvveti yine kütlesiz olan gluonların taşıdığı güçlü nükleer kuvvete benzeyecektir. Güçlü nükleer kuvvet elastiktir. Yakın mesafede zayıf, biraz uzakta ise çok güçlüdür.

Nasıl ki lastik ipi germeye kalkarsanız ilk başta kolay gerilir ama esneme sınırına yaklaşırken gerilmesi zorlaşır, kütleçekim kuvveti de cüsseli ise uzak mesafelerde farklı davranacaktır. Şimdi yine diyeceksiniz ki “Ama hocam, yerçekiminin şiddeti uzaklığın karesi oranında azalıyor; yani yerçekimi zaten mesafeye bağlı olarak azalıyor. Sizin dediğinizin bundan ne farkı var?”

Çok farkı var; çünkü yerçekimi alanının şiddeti uzaklığın karesine göre azalsa da görelilik teorisine göre, kütleçekim kuvvetinin şiddeti tüm mesafelerde aynıdır ve buna büyük G, yani evrensel kütleçekim sabiti deriz.

Cüsseli kütleçekim kuramına göre bizzat G şiddeti değişiyor. Karanlık enerjiye alternatif birinci teoride karanlık enerjinin şiddeti zamanla değişiyordu. Cüsseli kütleçekim kuramında ise G’nin şiddeti uzaklığa göre değişiyor. Fizikçilerin çoğu buna katılmıyor. Onlar görelilik teorisinin defalarca kanıtlanmış olmasından yola çıkarak G sabitiyle oynayan teorileri sevmiyorlar.

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

 

Cüsse kütleçekim tartışması büyüyor

Bu hararetli tartışmalar cüsseli kütleçekim teorisinin özelliklerine bağlı olduğu için konuyu yakından görelim. New York Üniversitesi’nden Gregory Gabadadze ve kendisi gibi Imperial College London’dan Andrew Tolley’le birlikte, 2011’den beri cüsseli kütleçekim teorisini geliştiren Profesör Claudia de Rham durumu gayet net özetliyor: Karanlık enerjideki belirsizlikler artık bıktırıcı oluyor.

Nitekim de Rham cüsseli kütleçekim sayesinde geçen hafta 100 bin dolarlık Blavatnik Genç Bilim İnsanları ödülünü kazandı. 2018 yılında ise Cambridge Üniversitesi’nin en eski ve saygın ödülü olan Adams ödülünü almıştı.

Sonuçta de Rham kazandığı parayı araştırmalarında kullanacak ki bu da işin içine para girmesi ve alternatif teoriler geliştiren fizikçiler arasında rekabetin artması anlamına geliyor. de Rahm teorinin henüz kanıtlanmadığını baştan söylüyor ama kanıtlanırsa çok güzel olur diye ekliyor; çünkü cüsseli kütleçekimin zarif bir matematiği var.

Brian Greene’nin 40 yıldır söylediği gibi sicim teorisi de çok zarif bir matematiğe sahip; ama bir teorinin güzelliği doğru olmasına yetmiyor ve bunu ısrarla vurgulayan fizikçiler var. Öyleyse bilim insanlarının cüsseli kütleçekim teorisine neden katılmadığını karanlık enerji bağlamında görelim:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Karanlık enerji neden var?

Evren son 5 milyar yıldır karanlık enerji yüzünden genişliyorsa şu üç olasılıktan biri gerçekleşebilir:

• Genişleme yerçekiminin durduramayacağı kadar hızlıdır. Bu durumda genişleme sonsuza dek sürecektir.
• Yerçekimi genişlemeden güçlüdür. Evrenin genişlemesi zamanla yavaşlayacak ve sonra tersine dönecek, evren gittikçe küçülerek kara delik halinde çökecektir.
• Yerçekimi ile genişleme birbirini sıfırlayarak ince bir denge kuracaktır. Bu durumda genişleme hızı gittikçe yavaşlayarak sıfıra yaklaşacak ve evren pratikte sabit bir hızda sonsuza dek genişlemeyi sürdürecektir.

Sorun şu ki karanlık enerji bunlardan hiçbirini yapmıyor ve işte bu yüzden karanlık enerji bıktırıcıdır. Son 5 milyar yıldır evrenin genişlemesi gittikçe hızlanıyor. Evrenin genişleme hızı katlanarak artıyor, yani evren düzenli bir hızla ivmeleniyor. İşte buna karanlık enerjinin yol açtığını düşünüyoruz.

3,26 milyon ışık yılından itibaren bütün galaksiler bizden uzaklaşıyor ve ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyor derken kastedilen budur. Karanlık enerjinin var olduğunun ilk kanıtı budur.

Özetle uzayın görebildiğimiz kadarıyla düz olduğunu görüyoruz. Evrenin genişlemesi ise sabit bir oranda gittikçe hızlanıyor. İşte yukarıdaki üç olasılığa aykırı olan bu iki olguyu açıklamanın en iyi yolu buna karanlık enerjinin yol açtığını düşünmektir.

Karanlık enerji bizzat boş uzayın enerjisidir ve birim hacimdeki şiddeti sabittir derseniz üst paragraftaki şartları karşılamış olursunuz. Nitekim buna kozmolojik sabit deriz ve bu da büyük G gibi evrensel bir sabittir. Peki bunun için karanlık enerji şart mı? Bildiğimiz kadarıyla evet ve neden derseniz:

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Cüsseli kütleçekim ve ışığın kayması

Karanlık enerji olmasaydı evren büyük patlamanın verdiği itiş gücüyle sonsuza dek genişlemeye devam edebilecekti. Bu durumda galaksilerin ışığı büyük patlamadan günümüze uzanan 13,78 milyar yılda belirli bir oranda kırmızıya kayacaktı (galaksilerin bizden uzaklaşmış olması yüzünden). Elbette evrenin genişlemesi yavaşladıkça en uzak galaksilerin ışığının kırmızıya kayması da yavaşlayacaktı.

Oysa kırmızıya kaymanın hızlandığını görüyoruz ve bu da evrenin genişlemesinin son 5 milyar yılda hızlandığını gösteriyor. Öyle ki gözlemlenebilir evrende bir zamanlar en az 2 trilyon büyük galaksi olduğunu tahmin ediyoruz. Ancak, bunların yüzde 94’ü genişleme sebebiyle asla göremeyeceğimiz kadar uzaklaşmıştır. Bu durumda gözlemlenebilir evrende 120 galaksi bulunuyor.

Yerel gruptaki yaklaşık 20 galaksi dışında (Bkz. Andromeda ve Samanyolu Nasıl Çarpışacak?) bunlar da uzak gelecekte göremeyeceğimiz kadar uzaklaşıp pratikte evrenin dışına çıkacaklar. Karanlık enerjinin en büyük kanıtı budur ve bu durumda karanlık enerji şu özelliklere sahip olacaktır:

• Birim uzaydaki şiddeti (enerji yoğunluğu) sabittir.
• Bu yüzden ışığın kırmızıya kayması birim zamanda tüm dalga boylarında aynıdır.
• Işığın kırmızıya kayması evrenin genişlemesinin hızlanmasıyla birlikte artacaktır.
• Işığın kırmızıya kayması sabit bir hızda artacaktır.
• Yerçekimi gözlemlenebilir evrendeki bütün gözlemciler için ışık hızında yayılacaktır; yani kütleçekim kuvvetinin yayılma hızı ışık hızına eşittir.

Son cümleye dikkat!

Yerçekiminin ışık hızında gitmesinin tek yolu, kütleçekim kuvvetini taşıyan graviton parçacıklarının kütlesiz olmasıdır. Yalnızca kütlesiz parçacıklar ışık hızında gidebilir. Nitekim yerçekimi süper ayrıntılı bir şekilde ölçebildiğimiz kadarıyla ışık hızında gidiyor. Bu yüzden cüsseli kütleçekim kuramı doğru ise gravitonun kütlesi nötrinodan bile az olmalı ki en hassas ölçümlerde bile ışık hızında gidiyor görünsün.

İlgili yazı: Maddenin Kökeni Parçacık mı, Yoksa Enerji mi?

 

Cüsseli kütleçekim çok zor

Peki bu kadar hafif ama yine de kütleli graviton olabilir mi? Düşünün ki hem böyle olacak hem de yukarıdaki şartları karşılayacak. Tabii mümkün… Kanımca 1 milyar şempanzenin 1 trilyon yılda daktiloya rastgele basarak Hamlet’in ilk sayfasını yazabilecek olması kadar mümkün (Üstelik deneyler şempanzelerin rastgele takılmadığını ve daha çok S harfine basmayı tercih ettiğini gösteriyor :; ).

Az kütleli graviton düşük olasılıkla da mümkündür derken; bunun yenilir yutulur cinsten olmayan ve insana adeta sıra dışı iddialar sıra dışı kanıtlar gerektirir dedirten bir şartı var: Lorentz değişmezliğini bozacaksınız. Neden ışıktan hızlı gidemeyiz yazısında bunun bir simetri olduğunu söylemiştim. Simetrilerin önemini zaman kristallerinde görebilirsiniz; ama Lorentz’i bozmak delikanlıyı da bozar:

Sonuçta Lorentz değişmezliği görelilik teorisinin temelidir! Neden göreli olduğunun sebebidir. Onu bozarsanız ışık hızına yaklaşan cisimlerde zaman, daha yavaş giden gözlemcilere göre yavaşlar ve bu cisimlerin boyu hareket yönünde kısalır gibi KANITLANMIŞ önermeler yanlış çıkar. Kara deliklerin kütlesi nedeniyle zamanın neden yavaşladığını filan açıklayamazsınız.

Cüsseli kütleçekim doğruysa yerçekimi sadece mesafe yüzünden değil, enerji kaybı yüzünden de azalacaktır. Kısacası uzaklığa bağlı olarak daha hızlı azalacaktır. Cüsseli kütleçekim teorisine göre evrenin genişlemesinin gittikçe hızlanmasının nedeni de budur: Yerçekimi çok hızlı zayıfladığı için uzaktaki galaksiler bizden daha hızlı uzaklaşıyor; ama sadece büyük patlamadan kalan itiş gücüyle…

Dahası var

Cüsseli kütleçekim doğruysa yerçekiminin şiddeti hızınıza ve hızlanma yönünüze göre de değişecektir. Örneğin Dünya’dan uzaklaşırken ve Dünya’nın çevresinde dönerken yerçekimine farklı şekillerde maruz kalacaksınız. Ancak böyle bir şey yoktur! Olsaydı küresel konumlandırma uydularının (GPS) saati kayardı. Siz de Starbucks’ta check-in yaparken  ne bileyim, Şölen Kebap’ta filan çıkardınız.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Arı kovanına çomak sokmak

Kısacası karanlık enerji yerine cüsseli kütleçekim vardır demek kılı kırk yarmayı bir kenara bırakın, göreliliği çöpe atmayı gerektirdiği için kırk satır mı, kırk katır mı gibi ölümlerden ölüm beğen tarzı bir şeydir. Astarı yüzünden pahalıya gelir ve Occam’ın Usturası ilkesine de aykırıdır. Bu felsefe ilkesi özetle evrendeki olayları olabildiğince basit açıklayın diyor.

Nitekim karanlık enerji evrenin genişlemesinin neden hızlandığının en basit açıklamasıdır. Cüsseli kütleçekim kuramı ise bunu yapmak için görelilik teorisini çöpe atmak gibi çok karmaşık bir açıklama getiriyor. Kusura bakmayın ama görelilik gibi binlerce ve binlerce kez kanıtlanmış bir teoriyi çöpe atmak için 100 metre boyunda ve 10 metre eninde olmak gerekir. Fiziği zora sokmayalım. Cüsseli kütleçekimi test etmek için Avrupa’nın LISA kütleçekim dalgaları uzay teleskopunu bekleyelim.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Cüsseli kütleçekim için sonsöz

Blogda genellikle kendi görüşlerimi belirtmem ve bilimsel gerçekleri yazmakla yetinirim. Ancak rakip teorilerin kanıtlanmadığı ve fizik sorularının cevabını bilmediğimiz durumlarda görüşler şart oluyor. Baştan söyleyeyim: Cüsseli kütleçekim kanıtlanırsa bu teori doğrudur ve görelilik yanlıştır. Bu kadar basit. Öte yandan, cüsseli kütleçekim hiç kanıtlanmadı ama görelilik binlerce kez kanıtlandı.

Yine de fiziği zora sokmayalım derken bunu düşünce tembelliğinden söylemiyorum. Gravitonun kütlesi varsa gravitonun hızı da kara delikler gibi cisimlerin yanından geçerken değişecektir; çünkü kara deliklerin yanında gravitonun kütlesi artacak ve evren genişledikçe boş uzayda kalan gravitonların da kütlesi azalacaktır.

Kısacası yerçekimi sadece zamana ve enerji kaybına bağlı olarak değil, kütlesel değişiklikler yüzünden de değişecektir. Yok artık! Buna dair hiçbir kanıt göremedik. Peki cüsseli kütleçekim doğru olmasa bile yerçekimini açıklayan görelilik teorisi en temel teori olmayabilir mi? Örneğin evrenin en küçük yapıtaşları temel parçacıklar olmasa bile, görelilik aynen geçerli olabilir mi, yoksa olamaz mı?

Peki evrenin dokusu uzay-zaman olabilir mi? Yoksa uzay-zaman bile bilinmeyen bir enerji ağındaki network ilişkileri ve etkileşimlerinden türüyor olabilir mi? Konuyu bilim felsefesine taşıyan bu sorunun olası cevabını Maddenin Kökeni Parçacık mı, Yoksa Enerji mi? yazısında okuyabilirsiniz. Peki uzay zaman bir enerji ağı ise evrenin network topolojisi nedir? Bunu da o başlıkta ve tabii ki halka kuantum kütleçekim kuramında görebilirsiniz. Kim derdi ki iş dünyasındaki network terimi aynı zamanda evrenin metafiziği olsun? En iyisi kendinizi soğuktan koruyarak temiz hava alacağınız güzel bir hafta sonu geçirin.

İri cüsseli yerçekimi

¹Resummation of Massive Gravity
²Implications of the Neutron Star Merger GW170817 for Cosmological Scalar-Tensor Theories
³Gravitational Rainbows: LIGO and Dark Energy at its Cutoff