Neden gece karanlıktır?

Evrenin Büyük Patlama’yla oluştuğu gerçeği bir başka gizemi de açıklıyor: gökyüzünün gece neden karanlık olduğunu. Bu bilmeceyi çözen ilk kişi, 1610 yılında Alman astronom Johannes Kepler oldu.

Gözünüzün önüne, düzenli olarak serpiştirilmiş çam ağaçlarıyla sonsuza dek giden bir orman getirin. Düz bir çizgide koşarak ormanın içine dalacak olursanız, önünde sonunda bir ağaca çarpmanız kaçınılmazdır. Benzer şekilde, evren de düzenli bir şekilde serpiştirilmiş yıldızlarla kaplı durumdaysa ve sonsuza dek gidiyorsa, dünyanın neresinden bakacak olursanız olun, bakışlarınızın bir yıldıza takılacağı ortadadır. Bu yıldızlardan bazıları çok uzakta ve solgun olacaktır. Öte yandan uzakta olan yıldızlar, yakınlarda olanlara nazaran daha fazla sayıdadır. Aslında -önemli nokta da burası- uzakta olan yıldızların sayısı, solgunluklarını dengeleyecek şekilde artacaktır. Diğer bir ifadeyle, dünyadan belli bir mesafede olan yıldızlar, iki, üç ya da dört kat uzakta olan yıldızlarla aynı miktarda ışık verecektir. Dünyaya ulaşan tüm ışık toplandığında ise sonuç sonsuz miktarda ışık olur!

Bu açık bir şekilde anlamsız. Yıldızlar nokta benzeri şekiller değil, küçük disklerdir. Bu nedenle yakınlardaki yıldızlar, daha uzaklardaki yıldızlardan gelen ışığın bir kısmını keser. Tıpkı yakınlardaki çam ağaçlarının daha uzaklardaki ağaçların önünü kapatacağı gibi. Ancak bu etkiyi hesaba kattığımızda bile tüm gökyüzünün, aralarında hiç boşluk olmayacak şekilde yıldızlarla kaplanacağına dair kaçınılmaz sonuç ortadadır. Bu bağlamda, gece gökyüzünün karanlık değil, aksine tipik bir yıldızın yüzeyi gibi parıldıyor olması gerekir. Tipik yıldızla kastettiğimiz kırmızı cücedir; yani can çekişen bir kor gibi ışıldayan yıldızlar. Dolayısıyla gece yarısında gökyüzü kan kırmızısı olmalıdır. Ancak neden böyle olmadığı, 19. yüzyılın başlangıcında Alman astronom Heinrich Olbers tarafından ortaya konmuş ve bu durum Olbers paradoksu olarak adlandırılmıştır.

Olbers paradoksundan çıkışımız, evrenin ezelden beri var olmadığı, Büyük Patlama’yla oluştuğunu fark etmemizle oldu. Evrenin oluşumunun ilk anından itibaren, uzaklardaki yıldızların ışıklarının bize ulaşması için yalnızca aradan 13,7 milyar yıl geçmiştir. Bu nedenle, şu anda gördüğümüz tüm yıldız ve galaksiler, ışıkları bize bu süre zarfında ulaşabilmiş olanlardır. Öte taraftan evrendeki yıldız ve galaksilerin birçoğunun bize olan mesafeleri, 13,7 milyar yıl gibi bir sürede ışıklarının bize ulaşamayacağı kadar büyüktür. Bu cisimlerin ışıkları halen yoldadır.

Gökyüzünün gece karanlık olmasının nedeni, evrendeki birçok cismin ışığının bize henüz ulaşmamış olmasından başka bir şey değildir. İnsanlık tarihinin ilk anlarından itibaren, evrenin bir başlangıç noktasının olduğu gerçeği, gecenin karanlık gökyüzünden gözlerimizin içine bakıp durmuş. Şapşallığımızdan bu kadar geç fark edebiliyoruz.

Bir milyar yıl kadar daha varlığımızı sürdürebilecek olursak, ışığı bize 14,7 milyar yılda ulaşan yıldız ve galaksileri de göreceğiz. Buradaki soru şu: eğer trilyonlarca yıl daha varlığımızı sürdürürsek ve çok daha uzaklardaki birçok yıldız ve galaksinin ışıkları bize ulaşırsa, gece gökyüzünün kırmızı olup olmayacağı. Cevap ise hayır. Kepler ve Olbers’in akıl yürütmesi yanlış bir varsayım olan yıldızların varlıklarını sonsuza dek sürdüreceği üzerine şekillenmişti. Ancak en uzun ömürlü yıldızlar bile 100 milyar yıl gibi bir sürede tüm yakıtlarını tüketerek yok olurlar. Bu da, dünyanın gökyüzünü tamamen kırmızıya boyamaya yetecek miktarda ışığın bize ulaşacağı zamandan çok daha önce gerçekleşecek bir şeydir.

Evren ne renktir?

Şapkadan beyaz bir tavşan çıktı. Ancak inanılmaz büyüklükte bir tavşan olduğundan, numaranın tamamlanması milyarlarca yıl sürdü.

Jostein Gaarder

Bunlar yüksek teknoloji ürünü gözlükler. Normalde insan gözünün göremediği her türden ışığı görmek için üretilmiş. Yalnızca çerçevesi üzerindeki bir düğmeyi döndürerek gözlüğünüzü “ayarlayabilirsiniz.” Yıldızlarla kaplanmış soğuk bir gecede, bu gözlükleri de yanınıza alarak kendinizi dışarı atıyorsunuz.

Gördüğünüz ilk şey, güneşten çok daha sıcak yıldızlardan kopup gelen ışıkların kapladığı, morötesi bir gökyüzü oluyor. Aşina olduğunuz bazı yıldızlar ortalıktan kaybolmuşken, daha önce hiç görmediğiniz yenileri, etraflarında bulutsu oluşumlarla görüntüye dahil olmuş. Ancak gökyüzünün en etkileyici tarafı, çıplak göz için de etkileyiciliğini koruyan özelliği.

Gökyüzü çoğunlukla siyah.
Eliniz gözlüğünüzün düğmesine gidiyor.
Artık kara delikler gibi egzotik cisimlerin üzerinde girdap oluştururken, yüzbinlerce dereceye ulaşacak kadar ısınan gaz tarafından yayılan yüksek enerjili ışığı, yani X-ışınlarını görebiliyorsunuz. Bir kez daha, gökyüzünün en çarpıcı tarafı, çoğunlukla siyah olması.

Düğmeyi ters yönde tekrar çevirdiğinizde, morötesi ve normal modu geçerek, gözlüğünüz kızılötesi moduna geçiyor. Artık, güneşten çok daha soğuk yıldızlardan yayılan ışığı görebiliyorsunuz. Şimdi baktığınız gökyüzü, sönmüş yıldızlardan geriye kalan korlarla süslenmiş durumda. Çok yakın zamanlarda doğdukları için, halen titrek bir ışık veren plasenta gazlarıyla sarılı durumda yıldızlara ve ölüm ıstırabı çeken şişmiş kırmızı devlere bakıyorsunuz. Ancak gökyüzü yeni bir yıldız nüfusu tarafından aydınlanmış olsa da, en çarpıcı özelliği aynı. Çoğunlukla siyah.

Düğmeyi döndürmeye devam ediyorsunuz. Artık, radarlarda, mobil telefonlarda ve fırınlarda kullanılan mikrodalgalara bakıyorsunuz. Ancak tuhaf bir şey oluyor. Yoksa gökyüzü mü daha bir parlaklaştı ? Hatta yalnızca bir parçası da değil, tümü!

Gözlüğü çıkarıp gözlerinizi ovuşturuyor ve ardından yeniden takıyorsunuz. Fakat değişen hiçbir şey yok. Şimdi gökyüzü, bir ucundan diğer ucuna, inci gibi bir beyazlıkla aydınlanıyor. Düğmeyi çevirmeye devam ediyorsunuz, ancak değişen tek şey, gökyüzünün daha da parlaması oluyor. Sanki uzayın tamamı kızışıyor. Kendinizi dev bir ampulün içinde hissediyorsunuz.

Yoksa gözlükler mi bozuk? Hayır hayır, mükemmel durumdalar. Gördüğünüz şey, kozmik ardalan ışımasından (cosmic background radiation) başka bir şey değil; yani evrenin 13,7 milyar yıl önce doğduğu ateştopundan geriye kalan gösteriye bakıyorsunuz. İnanılmaz bir şekilde halen uzayın her bir gözeneğine nüfuz edebiliyor. Fakat evrenin genişlemesiyle epey bir soğumuş durumda olduğundan, görünebilir ışık olarak değil, düşük enerjili mikrodalgalar olarak kendisini açığa vuruyor. İster inanın ister inanmayın, ardalan ışıması günümüzün evrenindeki tüm ışığın yüzde 99’unu oluşturmaktadır. Ve aynı zamanda, evrenin devasa bir patlamayla oluştuğuna yönelik tartışılmaz bir kanıttır.

Kozmik ardalan ışıması 1965 yılında keşfedildi. Ancak Büyük Patlama’ya yönelik fikrimiz daha öncesine dayanıyor. Aslında ilk adım Einstein tarafından atıldı.

Kütleçekimi Eğik Uzaydır

Düz bir çizgi iki nokta arasındaki en kısa yoldur. Bir kağıdın üzerinde bu durum kesinlikle doğru. Peki ama, eğri bir yüzey üzerinde? Diyelim ki, dünyanın yüzeyi üzerinde? Londra ve New York arasındaki en kısa rotayı seçen bir uçak düşünün. Uçak nasıl bir rota izleyecektir? Uzaydan bakan bir gözlemci için bu rotanın eğik olacağı açık bir şekilde ortadadır. Ya da engebeli bir arazi üzerinde ilerleyen bir dağcıyı düşünelim. Onun rotası nasıl olur? Bu dağcıyı, arazi engebelerinin ayırt edilemeyeceği kadar yüksek bir noktadan seyreden gözlemci için, dağcı oldukça dolambaçlı bir şekilde ileri-geri hareket edip duracaktır.

O halde, sanılanın aksine, iki nokta arasındaki en kısa mesafenin her zaman düz bir çizgi olması gerekmiyor. Aslına bakacak olursanız, düz bir çizgi ancak özel bir tür yüzey üzerinde var olabilir – düz bir yüzey üzerinde. Dünyanınki gibi eğri bir yüzey üzerinde, iki nokta arasındaki en kısa mesafe her zaman eğri olmak durumundadır. Bu gerçeğin fark edilmesiyle matematikçiler, düz çizgi kavramını eğik yüzeyleri de dahil edecek şekilde yeniden tanımladı. Yalnızca düz değil, her türlü yüzey üzerinde iki nokta arasındaki en kısa rotaya jeodezik adı verildi.

Bütün bunların kütleçekimiyle ne bağlantısı var? Bağlantı, ışık. İki nokta arasındaki en kısa mesafeyi almak, ışığın karakteristik bir özelliği. Mesela tam şu anda, okuduğunuz bu kelimelerden gözlerinize gelen ışık da en kısa rotayı izliyor.

Devamını oku “Kütleçekimi Eğik Uzaydır”

Işığın ağırlığı nedir?

Akla gelebilecek en büyük tartıydı bu. Ah, evet, aynı zamanda ısıya karşı da dayanıklıydı. Aslında bu tartı o kadar büyüktü ki, bir yıldızın ağırlığını bile taşıyabilirdi. Ve o gün, en yakınımızdaki yıldızı, güneşi tartıyordu. Dijital panel en sonunda sabitlendiğinde, 2 x 10^27 tonu gösterdi. Yani 2’yi takip eden 27 tane sıfır – 2000 milyon milyon milyon milyon ton! Ancak o da ne, yanlış olan bir şey vardı. Tartının ölçüleri aşırı hassastı. Boyutu ve ısıya karşı dayanıklılığının yanında, bir başka çarpıcı özelliği de buydu. Ancak bir saniye sonra paneldeki rakamlar yeniden sabitlendiğinde, bir önceki değere göre, güneşin ağırlığı 4 milyon ton daha düşük çıktı. Neler oluyordu böyle? Gerçekten, güneş her bir saniye içinde, üzerinden bir süper-tankerin ağırlığını atacak kadar hafifliyor olabilir miydi?

Evet, bu doğru! Güneş, sürekli olarak ısı enerjisi kaybediyor ve uzaya saçılan bu enerji bize ışık olarak ulaşıyor. Ve enerjinin gerçekten de bir ağırlığı var. Böylece güneş dışarı ne kadar ışık verirse, aynı ölçüde hafifliyor. Fakat güneşin gerçekten de devasa olduğunu ve her bir saniye içinde kütlesinin yalnızca 10 milyon milyon milyonda birini kaybettiğini de aklımızdan çıkarmayalım. Bunun anlamı, doğumundan bu yana kütlesinin ancak binde birini kaybettiğidir.

Enerjinin bir ağırlığı olduğu gerçeği, bir kuyrukluyıldızın davranışında açık şekilde görülebilir. Bir kuyrukluyıldızın kuyruğu her zaman güneşi gösterir; tıpkı bir rüzgar tulumunun havada oluşmakta olan fırtınayı göstermesi gibi. Peki bu ikisi arasındaki ortak nokta ne olabilir? Her ikisi de güçlü bir rüzgar tarafından itilmektedir. Rüzgar tulumu için konuşacak olursak, bu, havadan oluşan rüzgardır. Kuyrukluyıldızın kuyruğu içinse, güneşten gelmekte olan ışık rüzgarı.

Devamını oku “Işığın ağırlığı nedir?”

Uzay-Zaman nedir?

Zamanın yavaşlaması ve uzayın büzülmesi, hareket durumları ne olursa olsun evrendeki herkesin ışık hızını aynı ölçmesi için ödenen bedeldir. Ancak bu yalnızca başlangıç.

Diyelim ki, iki yıldız ve bu iki yıldızın arasındaki boşlukta -tam orta noktada- asılı duran bir astronot var. Astronotun, iki yıldızın aynı anda patlamasına tanık olduğunu düşünelim. Yani her iki tarafında da kör edici bir ışık çakması olduğunu. Şimdi de iki yıldızı birbirine bağlayan hat üzerinde muazzam bir hızla ilerleyen bir uzay mekiği olduğunu ve mekiğin, astronotun yanından, yıldızların patladığını gördüğü anda geçtiğini düşünelim. Peki bu durumda uzay mekiğinin pilotu ne görür?

Mekik bir yıldıza doğru ilerlerken diğer yıldızdan uzaklaşacağından ötürü, yaklaşmakta olduğu yıldızdan gelen ışık, uzaklaşmakta olduğu yıldızdan gelen ışıktan daha önce kendisine ulaşır. Dolayısıyla da, iki patlama aynı anda gerçekleşmemiş gibi görünür. Bu bağlamda, eşzamanlılık kavramı da ışık hızının değişmezliğinin gazabına uğramaktadır. Bir gözlemci için eşzamanlı olan bir olay, hareket halindeki bir başka gözlemci için eşzamanlı değildir.

Devamını oku “Uzay-Zaman nedir?”