Z. Abidin Toprak



            Gece gökyüzüne bakarken sayısız yıldızın, içinde asılı durduğu sınırı belirsiz devasa bir uzay boşluğunu görürüz. Gündüz vakti bakarken de bu yıldızların görünmediği, göğün de mavi olduğunu görürüz.  Aslında uzay karanlıktır, gündüz vakti mavi görmemizin sebebi, Rayleigh saçılmasıdır.  Rayleigh saçılımı; Güneşten gelen ışığın atmosferdeki mikro parçacıklara çarparak dalga boylarına göre saçılmasıdır. Mavi rengin dalga boyu diğer renklere göre daha kısa olduğu için bu rengin saçılımı daha fazladır. Bu yüzden gökyüzünü mavi olarak görürüz. Nitekim atmosferin dışına çıktığımızda yahut Ay gibi atmosferi olmayan bir gök cisminde gündüz de olsa gökyüzü karanlık görünecektir. Bu devasa karanlık boşluğun (gök/uzay) sabit olup olmadığı, genişleyip genişlemediği veya küçülüp küçülmediği yahut çapının ne kadar olduğu yönünde 20. yüzyıla gelinceye kadar binlerce yıl yeteri kadar önemsenmemiş, merak edilmemiş, bu yüzden de ciddi bir araştırma yapılmamıştı.  Eğer evren (uzay boşluğu ve içindeki her şey) genişliyorsa bu genişleme nasıl saptandı, hangi hızlarda genişliyor, genişleme lokal düzeyde mi, evrensel ölçekte mi, bunun görünür ve görünmez sonuçları nelerdir? Yine eğer evren genişliyorsa bu saptama, bize evrenin ne zaman ve nasıl yaratıldığı, hangi aşamalardan geçerek bu güne gelindiği ve bundan sonra  hangi aşamaları izleyeceği hakkında ne gibi bilgiler sağlayacaktır? 

            Şöyle bir senaryoyla başlayabiliriz: Bir pazar sabahı koltuğunuza yan uzanmış sehpadan kahvenizi yudumluyorsunuz. Ancak birazdan sıra dışı bir olay gerçekleşecek. Elinizi tekrar fincana uzattığınızda fincanınızın bir tas kadar büyüdüğünü görüyorsunuz. Büyük bir şaşkınlıkla elinizi çekip fincana odaklanıyorsunuz. Şaşkınlığınız her saniye artmaktadır, çünkü fincan her saniye düzenli bir şekilde büyümektedir. Bir tencere kadar, daha sonra büyükçe bir kazan kadar ve ardından bir araba kadar büyümekte olduğunu fark ediyorsunuz.

            Böyle bir olayla karşılaşsaydınız ne yapardınız? Herhalde ilkin korku ve şaşkınlık içinde aceleyle evi terk ederdiniz. Daha sonra bu durumu önce kime bildirmeniz gerektiğinin telaşını yaşardınız. Belediyeye mi, itfaiyeye mi, polise mi, bir sağlık merkezine mi, bir haber merkezine mi, komşu veya arkadaşlarınıza mı? Zaten arayacaklarınızdan hiç kimse size inanmayacaktı. Talep edeceğiniz yardım, eşine hiç rastlanmayan bir yardım tipi olacaktı: “Fincanın büyümesini durdurun !” Ne yazık ki bunu durdurmaya hiçbirinin gücü yetmeyecekti.

            Burada sizi şaşkına çeviren tek şey, fincanın tek başına büyümüş olmasıydı. Eğer fincanın altındaki sehpa, yanında duran kitap, parmaklarınız, eliniz, kolunuz, bedeniniz, yine evin zemini, tavanı ve duvarları ile evin içindeki bütün her şey, ayrıca evin bulunduğu bina, caddeler, apartmanlar, arabalar, denizler, nehirler, göller, dağlar, ağaçlar, hatta bütün dünya ve mikro ya da makro olarak dünyanın içindeki bütün her şey, Ay, Güneş, galaksiler ve yıldızların tümü eş oranda büyümüş olsaydı bu olay karşısında bu şaşkınlığı yaşamazdınız. Çünkü siz dahil, bütün her şeyin saniyeler içinde kat kat büyüdüğünü hiçbir şekilde fark edemeyecektiniz. Çünkü bu toplam büyümeyi size fark ettirecek istisnai bir referansınız olmayacaktı. 

            Büyüme ya da küçülmelerin eş oranlılık içinde gerçekleşmesi bunu fark etmemizi engelliyor. Fincan örneğinde olduğu gibi biz ancak münferit büyüme veya küçülmeleri fark edebiliriz. Fincanın büyüdüğünü size fark ettiren şey, altındaki sehpanın, elinizin veya diğer çevredeki her şeyin büyümeyip sabit kalmasıdır. Peki biz, her şeyle birlikte ve eş oranlar dahilinde hacimce büyümekte veya küçülmekte olabileceğimizi hiç merak ettik mi? 

            Daha önce evrenin hacimce sabit olduğu sanılıyordu, ancak Edwin Hubble (1889-1953) isimli ünlü bilim insanı, Wilson Gözlemevi'nde yaptığı gözlem, deney ve matematiksel hesaplar sonucunda uzaklaşan gök cisimlerinin elektromanyetik dalga boylarının kırmızıya, yaklaşan cisimlerin dalga boylarının ise maviye kaydığını ve galaksilerden gelen elektromanyetik dalga boylarının kırmızıya kaymakta olduğunu, böylece büyük hızlarla birbirinden uzaklaştıklarını keşfederek bilim tarihinin en önemli keşiflerinden birini gerçekleştirdi. (Kırmızı; görünür renkler içinde enerjisi en düşük, dalga boyu en uzun olan renktir. Mavi ise; görünür renkler içinde enerjisi en yüksek fakat dalga boyu en kısa olan renktir.  Uzaklaşan cisimlerden gelen ışığın dalga boyu uzayarak kırmızıya, yaklaşan cisimlerden gelen ışığın dalga boyu kısalarak maviye kayar. Buna Doppler etkisi denir ) Aslında bu keşif, Albert Einstein’ın Genel Görelilik Kuramına ilişkin geliştirdiği son derece isabetli denklemin zorunlu bir sonucuydu. Bu denkleme göre evren ya kesinlikle büyüyordu, ya da kesinlikle küçülüyordu. Fakat ne var ki Einstein, kendi kurduğu denklemin gerektirdiği bu sonuca inanmamıştı. Nitekim bu zorunlu sonucu engellemek için denklemine “kozmolojik sabit” faktörünü ekleyerek deyim yerindeyse evrenin genişlemesini durdurdu. Ancak, daha sonra Hubble’ın kırmızıya kayma deneyini öğrendiğinde ilk denkleminin aslında doğru olduğunu ve evrenin gerçekten genişlediğini anlayarak dosdoğru denkleme kozmolojik sabiti eklemekle “hayatının en büyük hatasını” yaptığını ifade etti.  

            Hubble aynı zamanda; galaksilerin radyal hızları ile aralarındaki uzaklık ölçümlerini, Vesto Slipher ve Milton L. Humason’nun aynı alandaki ölçümleri ile birlikte yorumlayarak iki galaksi arasındaki uzaklığın, birbirlerinden uzaklaşma hızlarıyla doğru orantılı olduğunu tespit etti. Buna Hubble Yasası, bu orantı için elde ettiği değere de Hubble Sabiti adı verildi. Elektromanyetik dalga boylarının uzaklaşan cisimler için kırmızıya, yaklaşan cisimler için maviye kaydığına ilişkin elde edilen deney sonuçları, evren hakkında hızlı ve çok verimli bilgi ve sonuçlara ulaşmayı sağladı. Bir çok bilim insanının çalışmaları sonuncunda evrenin, en uzak noktalarda gerçekleşen genişleme hızının ışık hızından daha yüksek olduğunun saptanması, genişleme hızının geriye doğru hesaplanarak evrenin yaşının 13,8 milyar yıl olarak belirlenmesi, bu zaman diliminden önce evrenin henüz var olmadığı ve ilk Planck zamanında (zamanın yaratılan ilk ve en küçük dilimi)  büyük bir patlama ile (Big Beng) yoktan var olduğunun öngörülmesi, genişleyen evrenin görünür kısım itibariyle çapının bu gün için 93 milyar ışık yılı olarak hesaplanması gibi pek çok sıra dışı bilgi, elektromanyetik dalga boylarının kırmızıya kayma prensibinden hareketle elde edildi. Kuşkusuz kozmik mikrodalga arka alan fon ışınım sıcaklığının radyo astronom Robert Woodrow Wilson ile Arno Penzias tarafından tesadüfen bulunulan ve  – 270, 425 santigrat derece olarak ölçülen keşif de, bu bilgilerin doğruluğunun tespit edilmesinde en belirgin kanıtlardan biri olarak yerini aldı.

            Peki galaksileri birbirinden büyük hızlarla uzaklaştıran ve böylece uzayda bir vakum oluşturarak evreni genişleten güç neydi? Evrenin genişlediğinin tespit edilmesinden sonra, galaksilerin birbirinden uzaklaşma nedeninin büyük patlama sırasında gerçekleşen fırlatma gücü olduğu tahmin ediliyordu. Eğer bu doğru ise Newton’un Birinci Hareket Yasası (Eylemsizlik Yasası) gereği bu hızın kütle çekim etkisiyle zaman içinde azalması, durması ve daha sonra maddenin kendi üzerine çökmesi gerekiyordu. Fakat Saul Perlmutter ve Brian Schmidt tarafından 1998 yılında yapılan gözlem ve hesaplamalar bunun tam tersi olduğunu ve hızlanmanın zaman içinde daha çok arttığını gösteriyordu. O zaman evreni bir balon gibi şişiren ve böylece içindeki galaksileri birbirinden uzaklaştıran başka bir güç olmalıydı. Saul Perlmutter ve Brian Schmidt bu güç için karanlık enerji tanımını getirdiler. İlginçtir ki karanlık enerjinin varlığı da yine Albert Einstein’ın görelilik denkleminden anlaşılabiliyordu. Farklı hesaplamalar olsa da bu günkü bilgilerimize göre evrenin toplam envanterinin yaklaşık %74’ü karanlık enerjiden oluşmaktadır. Bu karanlık enerji, içten dışa doğru uyguladığı negatif basınçla evreni şişirmekte ve galaksilerin hızla birbirinden uzaklaşmasını sağlamaktadır. 

            Buraya kadar her şey tutarlı görünüyor. Fakat eğer karanlık enerji uzayı şişirip içindekileri birbirinden uzaklaştırıyorsa biz fark etmesek bile fincanımız, biz, evimiz, eşyamız, dünya ve diğer her türlü maddenin hacimce büyümesi gerekiyor. Çünkü bütün bu maddelerin içinde uzay boşluğu bulunmaktadır. Bu boşluk, moleküllerden atomun içine kadar maddelerin iç yapısında bolca bulunmaktadır. Uzay genişledikçe maddelerin de genişlemesi ve hacimce büyümesi gerekmektedir. Ayrıca maddeler ve gök cisimleri arasında bulunan uzayın genişlemesi, bu cisimlerin aynı zamanda ışık hızından daha yüksek bir hızla birbirinden uzaklaşmasını kaçınılmaz kılıyor. Özetle her şeyin ışık hızından daha yüksek bir hızla hacimce büyümesi ve birbirinden uzaklaşması gerekiyordu. Peki bunun böyle olup olmadığını nasıl anlayabiliriz? Aslında bunu test etmek için elimizde evrensel sabitlerden biri olan bir ölçü bulunuyor. Bu ölçü, ışığın bir saniye içinde uzay boşluğunda aldığı mesafe miktarıdır. Bu mesafe bir saniye içinde 299.792.458 metredir. Buna göre eğer evren yüksek hızlarla genişliyorsa dünyadaki herhangi iki sabit nokta arasındaki mesafe ya da Dünya ile Ay arasındaki mesafe her saat ve her gün bir önceki zamana göre artış göstermesi gerekmektedir. Fakat ışıkla yapılan ölçümler, dünyadaki iki sabit nokta arasındaki mesafenin, Dünya ile Ay veya Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin yahut Samanyolu Galaksisinde bulunan yıldızların birbirine olan mesafelerinin özel nedenler hariç ışık hızı ölçümü ile hep sabit olduğu görülmüştür. Burada özel nedenden kasıt, cisimlerin patlaması, çarpışması, çökmesi, birleşmesi, yörünge geometrisi, yön değiştirmesi vb. gibi nedenlerdir. Çünkü bu özel nedenler, cisimlerin birbirinden uzaklaşmasını veya yakınlaşmasını sağlayabilir.  Bu özel nedenler dışında Samanyolu Galaksisi içindeki cisimlerin hacimleri ve cisimler arası mesafeler sabit olup evrenin genişleme hızına tabi değildir. O halde bu ölçüm sonuçlarının sabit değerler vermesi evrenin genişlemediği anlamına mı geliyor? Kuşkusuz hayır! Evren her saniye genişliyor ve aslında ortada herhangi bir paradoks bulunmuyor.  Çünkü galaksi içi mikro veya makro ölçeklerdeki mesafelerde karanlık enerjiyi nötralize eden başka kuvvetler bulunuyor. Bu kuvvetler; atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü nükleer kuvvet, molekülleri bir arada tutan elektromanyetik kuvvet ve kütlenin her miktarı ölçeğinde bunlara eşlik eden kütle çekim kuvvetidir.  Kütle çekim kuvveti, bizi yeryüzüne bağlayan ve uzaya savrulmamızı engelleyen kuvvettir. Aynı zamanda gezegenleri güneş sistemine bağlı kılan ve galaksilerin içindeki güneş sistemlerini, gök cisimlerini, toz ve gaz bulutlarını bir arada tutan yine bu kuvvettir. Fakat yapılan ölçümlerde bilinen kütle çekim kuvvetinin bir galakside bulunan bütün bu maddeleri bir arada tutmaya yeterli olmadığı anlaşılmıştır.  Buna göre güçlü karanlık enerji karşısında bütün madde topaklarının genişleyip hacimce büyümesi hatta dağılma düzeyinde mikro parçacıklara ayrışması gerekirdi. Fakat tam bu noktada işin içine gizli bir güç daha giriyor. Bu da karanlık maddenin kütle çekim kuvvetidir. Karanlık maddeyi ilk olarak Jan Hendrik Oort 1932 yılında ve akabinde yani 1933 yılında da  astrofizikçi Fritz Zwicky tarafından öne sürüldü. Bu teori bilim insanları arasında başlangıçta  itibar görmese de günümüzde fizikçilerin büyük bir çoğunluğu karanlık maddenin varlığını kabul etmektedir. Karanlık madde ışıkla etkileşime girmediğinden gözle görülemez.  Bu yüzden karanlık madde hakkında kütle çekim etkisi dışında çok az şey biliniyor. Karanlık maddenin evren envanteri içindeki payının yaklaşık % 22 olduğu, baryonik maddenin (görünür maddenin) envanter içindeki payının ise  sadece % 4’ ü olduğu tahmin ediliyor.  Karanlık maddenin bilinen diğer bir özelliği ise maddenin olduğu alanlarda bulunuyor olmasıdır. Maddenin olmadığı alanlarda karanlık madde de bulunmuyor. Karanlık maddenin olmadığı alanlarda ise karanlık enerjinin genişletme etkisi gerçekleşiyor. Bu nedenle karanlık enerji; karanlık maddenin, baryonik maddenin, güçlü nükleer kuvvetin ve elektromanyetik kuvvetin  çekim etkisi içinde yer alan fincanımız, biz, evimiz, dünya, Ay, Güneş ve Galaksilerin iç kısımlarını genişletemiyor ve sadece baryonik madde ve dolayısıyla karanlık maddenin bulunmadığı galaksiler arasındaki veya galaksi kümeleri arasındaki uzay boşluklarını genişletebiliyor. Böylece evrenin çapı hızla genişlerken galaksilerin iç kısımlarında genişleme gerçekleşmiyor.  Galaksiler ve galaksi kümeleri, karanlık enerjinin etkisiyle birbirinden hızla uzaklaşırken gelen elektromanyetik dalga boyları kırmızıya kayarak bize evrenin genişlemekte olduğunu gösteriyor.  Evrenin genişlemesi ile ilgili verilen en ünlü benzetme, üzümlü kekin kabarması veya üzerinde noktalar bulunan balonun şişirilmesi örnekleridir. Balon şişirilirken üzerindeki noktalar birbirinden uzaklaşır. Ya da kek kabarırken içindeki üzüm taneleri birbirinden uzaklaşır. Burada balonun üzerindeki noktalar ya da kekteki üzüm taneleri, yıldızları değil, galaksi veya galaksi kümelerinin ifade etmektedir.  Şişme sırasında birbirine en uzakta bulunan nokta veya üzüm taneleri arasındaki mesafeler daha büyük hızlarla, birbirine daha yakın mesafede duran nokta veya üzüm taneleri arasındaki mesafeler ise daha düşük hızlarla genişleyecektir. Evrenin genişleme hızı nedeniyle yüksek hızına rağmen ışığı bize ulaşmamış ve hiçbir zaman ulaşmayacak olan galaksi ve yıldızlar bulunmaktadır. Evrenin genişleme hızı ışık hızından daha yüksek olduğu için bu yıldız ve galaksileri hiçbir zaman görme şansımız olmayacak. Işığı bize ulaşmış olan galaksi ve yıldızların yayıldığı ve 93 milyar ışık yılı (Bir ışık yılı; 9,46 trilyon kilometredir) çapına ulaşmış olan alana görünür evren deniliyor. Görünür evrenin içinde bulunan ve bu gün gördüğümüz galaksi yıldız ve bulutsuların bir kısmı, evrenin genişlemesi nedeniyle zaman içinde görünemeyecek duruma gelecektir.  Ancak bu gün itibariyle toplam evrenin görünür evrenden 250 kat veya daha fazlası bir hacme sahip olabileceği tahmin ediliyor.  Karanlık madde olmasaydı her şey her saniye eş oranlar dahilinde genişleyecek fakat bunu algılayamayacaktık. Ancak ışığın kaynağı ile gözümüze gelişi arasındaki mesafeyi ölçtüğümüzde başımız ile ayaklarımız arasındaki mesafenin milyonlarca kilometreye ulaştığını görerek her şeyin ne kadar büyüdüğünü anlayabilecektik. Bu da bir zaman sonra baryonik maddenin atom altı parçacıklarına ayrışarak parçacıkların arasına milyarlarca kilometrelik mesafeler gireceği anlamına gelmektedir. Biz karanlık maddeyi gözle görüp elle tutamazsak da karanlık madde bizi tutuyor ve fincanımızın büyüyüp devasa boyutlara ulaşmasını engelliyor.  

            Yapılan bütün deney, gözlem ve  matematiksel hesaplamalar evrenin genişlediğini gösteriyor. Ancak buna rağmen evrenin genişlemesi beraberinde paradoksal bir sorunu daha üretiyor. Eğer evren genişliyorsa bu genişlemeyi hangi boşluktan “alan” çalarak gerçekleştiriyor? Çünkü evrenin dışında herhangi, bir alan, boşluk, uzay, madde, zaman, enerji yahut başkaca  herhangi bir şey bulunmuyor. Yani evrenin dışı diye bir şey yoktur. Bu durumda evrenin genişlemek için bir yer bulamaması ve dolayısıyla genişleyememesi gerekiyordu.  Bir balonu şişirdiğinizde balon hacimce büyür fakat büyümesinin nedeni bu balonun dışında bulunan uzay boşluğudur. Balon bu uzay boşluğundan “alan” çalarak büyüyor. Ne var ki evrenin dışında böyle bir boşluk veya “alan” bulunmuyor. Dolayısıyla evrenin  genişlemek için hiçbir şansı yokmuş gibi görünüyor. Deney, gözlem ve matematikle çelişen bu paradoks, aslında gerçek anlamda bir paradoks değildir. Çünkü aslında evren sadece tek yönlü ve sadece içerden genişliyor.  Peki bir şey, dışarıdan hiç büyümeden sadece içeride büyüyebilir mi? Söz gelimi  sönük hali bir futbol topu kadar olan bir balonu bir oda büyüklüğüne erişinceye kadar şişirdiğinizde dışarıdan yine bir futbol topu kadar mı görünecek? Kuşkusuz hayır! Çünkü içine bir çok insanın sığabileceği kadar genişlemiş olan bu balon dışarıdan bir futbol topu kadar değil bir odanın büyüklüğü kadar görünecektir. Bunun nedeni uzayın içinde işleyen fizik kanunlarıdır. Fiziksel kanunlar balonun içerden genişlerken dışarıdan sabit kalmasına olanak vermiyor. Fakat uzayın dışında işleyen bir fizik kanunu yoktur.  Bu yüzden içeriden genişleyen evrenin dışarıda hiç değişmemesi fizik kanunlarına aykırı değildir. Çünkü matematik ve fizik yasaları evrenin içiyle sınırlıdır. Evren bu yüzden tek yönlü ve sadece içeriden genişliyor. Yani dışarıda sabit kalmasını engelleyebilecek bir fizik kanunu yoktur.

            Bu durumda evrenin dışındaki hayali bir gözlemci için evren dışarıdan nasıl ve ne kadar büyük görünürdü. ? Aslında dışarıdaki gözlemci için evren hiç görünmezdi. Evren 13,8 milyar yıl önce sıfır hacimli bir noktadan  patlayarak varlık sahnesine çıktı. Yani yoktan var edildi ve bu güne kadar genişleyerek mevcut çapına ulaştı.  Fakat ilk patlama anından (sıfır hacim / tekillik) bu güne kadar olan genişlemesinin tamamını tek yönlü ve sadece içeriden devam ettirdi.  Bu yüzden dışarıdan hiç genişlemedi ve dışarıdan hâlâ hep ilk sıfır hacminde bulunuyor. Yani görünmüyor. Eğer evrenimizden başka evrenler varsa onlar da dışarıdan  görünür olmazdı. Yani toplu iğnenin ucundan çok daha küçük sıfır hacimli noktalar,  içinde bizim evrenimiz gibi devasa evrenleri barındırıyor olabilirler. Nitekim bizim evrenimiz de böyledir. Evrenimiz, iğne ucundan çok daha küçük yani sıfır hacimli bir noktanın içinde 93 milyar ışık yılı çapında devasa bir “alanı” barındırıyor.

Z. Abidin Toprak