Tekillik ve Ötesi

Evrenin genişleme sürecini tersten düşünelim. Evren tek bir taneciğe doğru büzülürken, maddesel içeriği de sıkıştırılmış ve sıcak bir duruma geçer. Aslına bakılacak olursa, bu sürecin bir sınırı yok. Evren, genişlemesinin başladığı an olan doğum anında, sonsuz derecede yoğun ve sıcaktı. Fizikçiler herhangi bir değerin sonsuzluğa doğru fırladığı noktaya tekillik demektedir. Standart Büyük Patlama projeksiyonuna göre, evren bir tekillik içinde doğmuştur.

Einstein’ın kütleçekim teorisinin tekillik öngördüğü diğer yer, bir kara deliğin kalbidir. Bu durumda, düşünülemeyecek bir şekilde büzülen bir yıldızın maddesi, en sonunda sıfır hacme sıkışarak sonsuz yoğun ve sıcak bir hale gelir. Zamanında dendiği gibi, “kara delikler, Tanrı’nın sıfıra bölme işlemini yaptığı yerdir.”

Devamını oku “Tekillik ve Ötesi”

Kara Enerji nedir?

İki ayrı ekip, uzak galaksilerdeki “süpernovaları” gözlemliyordu. Ekiplerden biri Amerikalı Saul Perlmutter, diğeri ise Avusturalyalı Nick Suntzeff ve Brian Schınidt yönetimindeydi. Süpernovalar, içinde bulundukları galaksiden bile daha parlak bir ışık yayarak patlayan yıldızlar olduğundan, çok uzak mesafelerden görülebilirler. İki ekibe ayrılmış astronomların gözlemlediği tür ise “Type la” süpernovaları olarak biliniyordu. Bu türden süpernovaların özelliği, patladıklarında hep aynı parlaklık düzeyine çıkıyor olmalarıdır. Bu yüzden, bir diğerine göre daha soluk olan bir süpernovanın daha uzakta olduğunu saptayabiliriz.

Oysa, astronomların gözlemlediği, daha uzakta olan süpernovaların (Dünyaya olan mesafeleri göz önüne alındığında) olması gerekenden daha soluk olduklarıydı. Bunu açıklamanın tek yolu, yıldızın patlamasından itibaren evrenin genişleme sürecinin hızlandığı ve böylelikle gözlemlenen süpernovanın daha uzakta kalarak beklenenden daha soluk göründüğü olabilirdi.

Bu gözlem bilim dünyasında şok etkisi yarattı. O güne dek, galaksileri etkileyen tek unsurun, ortak kütleçekimsel kuvvet olduğu düşünülüyordu. Bu da genişlemeyi yavaşlatan bir şeydi, hızlandıran değil.

Cisimleri ivmelendiren şey yalnızca uzayın kendisi olabilirdi. Sanılanın aksine, uzay boş olamazdı. Bu durumda uzay, henüz bilimin keşfedemediği, evren üzerinde bir tür kozmik geri tepme gücü uygulayan bir “kara enerji” içermeliydi. Bu kuvvet kütleçekimine karşılık gelerek galaksileri birbirinden uzaklaştırıyordu.

Fizikçiler, iş kara enerjinin ne olabileceğini anlamaya geldiğinde, ciddi bir kafa karışıklığı yaşamaktadır. Çıkarabildikleri en iyi teori olan kuantum mekaniği, boş uzayla bağıntılı bir enerji öngörmekteydi. Fakat bu enerji miktarı, Perlmutter’in gözlemlediğinden, 123 sıfırın takip ettiği 1 kadar daha büyüktü! Nobel ödülü adaylarından Steven Weinberg bu durumu, “bilim tarihindeki en büyük başarısızlık” olarak nitelendirmiştir.

Utanç verici bu duruma rağmen, kara enerjinin olumlu bir çıkanını bulunuyor. Şişme kuramının, evrenin kritik kütlede olmasını gerektirdiğini, ancak evrendeki tüm maddelerin toplamının bu kritik kütlenin ancak üçte birini oluşturabildiğini anımsayın. Diğer taraftan Einstein’ın ortaya koyduğu gibi, tüm enerji türlerinin etkili bir kütlesi vardır. Ve kara enerji de buna dahildir. Aslında bu kütlenin, kritik kütlenin üçte ikisine tekabül etmesi mümkündür. Bu durumda, evren kritik kütleye tam olarak sahip demektir, tıpkı şişme kuramının öngördüğü gibi.

Hiç kimse kara enerjinin ne olduğunu bilmese de, olasılıklardan biri, Einstein tarafından öne sürülen boş uzayın geri tepme gücüdür. Bilim dünyasında her şey Einstein’la başlayıp Einstein’la bitiyormuş gibi görünüyor. Ve Einstein’ın en büyük hatasının, aslında en büyük başarısı olduğu anlaşılıyor.

Getirdiği bütün başarılı çıkarım ve açıklamalarına rağmen, Büyük Patlama’nın yalnızca, evrenin süper-yoğun ve süper-sıcak ilk halinden, galaksiler, yıldızlar ve gezegenlerin var olduğu şu anki haline nasıl geldiğinin bir açıklaması olduğunu belirtmekte fayda var. Her şeyin nasıl başladığı ise halen gizemini koruyor.

Şişme Kuramı Nedir?

Standart Büyük Patlama resminin, madde öbeklerinin galaksilere dönüşmesi için yeterli zamanı s ağlayamadığı gerçeği, bu senaryoya yönelik tek problem değil. Daha ciddi bir sorun daha söz konusu. Bu sorun, ardalan ışımasının düzgünlüğüyle ilgili.

Isı, sıcak bir cisimden soğuk bir cisme geçerek cisimleri aynı sıcaklığa getirir. örneğin elinizi sıcak su dolu bir şişenin üzerine koyacak olursanız, eliniz suyla aynı dereceye çıkana dek ısı şişeden size doğru akmaya devam edecektir. Kozmik ardalan ışıması temel olarak aynı sıcaklıktadır.

Bunun anlamı, evren ilk zamanlarında boyut olarak genişlerken, bazı parçalar diğerlerine göre daha soğuk olsa da, her zaman daha sıcak olan parçalardaki ısının diğerlerine geçerek, ısı düzeyini eşitlemesi gerektiğidir.

Devamını oku “Şişme Kuramı Nedir?”

Karanlık Madde nedir?

Büyük Patlama kendisiyle birlikte, evren üzerine inanılmaz düzeyde bir kavrayışı da getirdi. Ancak bunun yanı sıra, çok ciddi soruları da önümüze koydu. Örneğin Samanyolu gibi galaksilerin nereden geldiği gibi soruları.

Büyük Patlama’nın neden olduğu ateş topu, madde ve ışık parçacıklarının bir karışımıdır. Madde, ışığı etkilemiş olmalıdır. Örneğin madde öbeklere ayrılmış olsaydı, bu durum kendisini Büyük Patlama’dan geriye kalan ışıkta yansıtırdı. Bir diğer ifadeyle, bu ışık gökyüzünün her yerinde aynı olmaz, bazı noktalarda diğer noktalara nazaran daha parlak olurdu. Patlamadan geriye kalan ısı ve ışığın tüm gökyüzüne eşit dağılmış olduğu gerçeği, ateş topundaki maddenin aşırı düzenli bir şekilde dağılmış olduğu anlamına gelmektedir. Fakat tümüyle eşit bir şekilde dağılmış olamayacağını da biliyoruz. Sonuçta, yıldızlardan oluşan galaksiler, galaksi kümeleri ve aralarındaki büyük uzay boşluğuyla, bugünün evreni madde öbeklerinden oluşmaktadır. Dolayısıyla bir noktada, evrendeki madde, uzayda eşit bir şekilde dağılmaktan çıkarak kümelenmeye başlamıştır. Ve bu sürecin başlangıcı, kozmik ardalan ışımasında görülebilir olmalıdır.

Gerçekten de, 1992 yılında, Büyük Patlama’ dan geriye kalan ışığın parlaklığındaki çok ufak farklar, NASA’nın COBE uydusu tarafından saptandı. Bu kozmik dalgalar (hatta araştırmaya katılan bilim adamlarından biri, bu dalgaları “Tanrı’nın yüzü”ne benzetecek kadar canlı bir hayal gücüne sahipti), Büyük Patlama’nın 450.000 yıl sonrasında, evrenin bazı kısımlarının diğer kısımlarına nazaran biraz daha yoğun olduğunu gösterdi. Ve fark edilen bu madde öbeklerinin, yani yapının tohumlarının, bugün evrende gördüğümüz galaksi kümelerini oluşturacak şekilde büyümüş olması gerektiği düşünüldü. Ancak burada bir sorun söz konusu.

Madde öbekleri, kütle çekimi nedeniyle daha büyük öbekler meydana getirecek şekilde büyür. Temel olarak, bir kesim diğer bir kesme göre daha fazla maddeye sahipse, daha büyük olan kütle çekimiyle komşusu olan kesimden madde çalmaya devam eder. Bu bağlamda, tıpkı günümüz dünyasında zenginlerin zenginleştikçe fakirlerin daha da fakirleşmesi gibi, evrenin yoğun kesimleri daha da yoğunlaşmayı sürdürmüş ve en sonunda etrafımızdaki galaksileri oluşturmuşlardır. Ancak teorisyenlerin aklına takılan problem, kütle çekim kuvveti için 13,7 milyar yılın, COBE uydusu tarafından saptanan küçük madde öbeklerinden galaksilerin oluşmasına izin verecek kadar uzun bir süre olmamasıydı. Bunun tek yolu, evrende, yıldızlara bağlı görünebilir durumdaki maddeden çok daha fazla madde bulunması olasılığıydı.

Aslına bakılacak olursa, çok daha yakınımızda da kayıp maddeye dair güçlü göstergeler bulunuyor. Samanyolu gibi sarmal galaksiler yıldızlardan oluşan dev anaforlardır. Ancak yıldızların, galaksilerin merkezi etrafında aşırı hızlı bir şekilde döndüğü anlaşılmıştır. Bu yıldızların en sonunda yörüngelerinden fırlayarak galaksiler arası uzaya uçmaları gerekirdi, tıpkı aşırı hızlanan bir atlıkarıncadan fırlayıp düşmeniz gibi. Astronomların getirdiği olağandışı açıklama ise Samanyolu gibi galaksilerin yıldızlarda görünenden 10 kat daha fazla madde içerdiği oldu ve bu görünmez durumdaki maddeye “kara madde” dendi. Kimse kara maddenin ne olduğunu bilmiyor. Tek bildiğimiz, kara maddenin getirdiği ilave kütleçekiminin yıldızları yörüngelerinde tutarak galaksiler arası uzaya fırlamalarını engellediği.

Eğer evren, normal maddenin 10 katı kadar kara madde içeriyorsa, bu kara maddenin getireceği ilave kütleçekimi, 13,7 milyar yılda, COBE tarafından saptanan madde öbeklerinin günümüzün galaksilerine dönüşmesi için yeterlidir. Böylece Büyük Patlama fikri de korunmuş olur. Bunun bedeli ise nereden geldiği hiç kimse tarafından bilinmeyen çok fazla kara maddenin resme eklenmiş olmasıdır. Hiç kimse tarafından bilinmeyen mi? Neredeyse, hiç kimse tarafından desek daha doğru olacak sanırım. Çoğunlukla Zararsız (Mostly Harmless) kitabında Douglas Adams’ın söylediklerine kulak verelim: “Uzun bir zaman boyunca, evrenin şu kayıp maddesinin nerede olabileceğine dair çok fazla spekülasyon ve tartışma çıktı. Galaksinin her noktasında, belli başlı tüm üniversitelerin bilim kürsüleri, uzaklardaki galaksilerin kalbini, ardından da tüm evrenin merkezini ve en uç noktalarını araştırmak için, sürekli olarak daha çok ve daha karmaşık teçhizatlar satın alıyordu. Fakat en sonunda sondaj tamamlandığında, kayıp maddenin, teçhizatların içinde geldiği paketleme malzemesinden başka bir şey olmadığı ortaya çıktı!”

Sıcak Büyük Patlama Sonrası

Bir şeyi daha küçük bir hacmin içine (örneğin havayı bisiklet pompasının içine) sıkıştırdığınızda madde ısınır. Dolayısıyla Büyük Patlama da sıcak bir olaydır. Bunu ilk fark eden kişi Ukrayna kökenli Amerikalı fizikçi George Gamow oldu. Gamow’a göre, Büyük Patlama’nın sonrasındaki ilk anlarda evren, nükleer bir patlamanın yarattığı kor halindeki ateş topuna benzeyen bir şeydi.

Ancak patlamanın ardından geçen saatler ve günler içinde, nükleer bir ateştopunun ısı ve ışığı atmosferin içine dağılıp yok olurken, Büyük Patlama’nın neden olduğu ateş topundan kaynaklanan ısı ve ışık için bu durum geçerli değildir. Evren, tanım olarak, var olan her şeyi içerdiğinden, patlamanın sonrasında oluşan ısı ve ışığın gidebileceği hiçbir yer yoktu. Bu yüzden, Büyük Patlama’nın kalıntıları evrenin içine sıkışıp kaldı. Bunun anlamı, Büyük Patlama’dan geriye kalan ısı ve ışığın, görünebilir bir ışık olarak değil (çünkü patlamanın ardından geçen zaman içinde evrenin genişlemesiyle birlikte büyük ölçüde soğumuştur), çok soğuk cisimlerin yaydığı görünmez bir ışık türü olan mikrodalgalar halinde var olması gerektiğidir.

Devamını oku “Sıcak Büyük Patlama Sonrası”

Belirsizlik ve Yıldızlar

Yıldız, kendi kütle çekimsel kuvvetiyle bir arada duran büyük bir gaz topudur. Bu çekim gücü sürekli olarak yıldızı büzmeye çalışır ve kendisine engel olacak bir başka kuvvetle karşılaşmadığı takdirde, yıldızın çok kısa bir sürede kendi içine çökmesini, yani bir kara deliğe dönüşmesini sağlayabilir. Güneş için konuşacak olursak, bunun gerçekleşmesi için yarım saatten kısa bir süre yeterli olacaktır. Öte taraftan güneşin, küçücük bir noktaya dönüşecek şekilde büzülmediği bilindiğinden dolayı, kütle çekimine karşı gelen bir başka kuvvet olmalıdır. Vardır da. Bu kuvvet, çekirdekteki sıcak maddeden gelir. Diğer tüm normal yıldızlar gibi, güneş de çok hassas bir denge durumundadır. Kütle çekiminin içeri doğru yüklenen kuvveti, sıcak maddenin dışa doğru yüklenen kuvvetiyle tam bir denklik içindedir.

Fakat bu denge geçicidir. Dışa doğru yüklenecek kuvvet ancak yanarak yıldızın sıcaklığını korumasını sağlayacak yakıt olduğu sürece sağlanabilir. Ve önünde sonunda bu yakıt bitecektir. Güneş için bu durum beş milyar yıl sonra gerçekleşecek. Bu olduğunda, kütleçekimi güneşin tek hakimi olacak ve artık kendisine karşı koyacak bir kuvvet kalmadığından ötürü, yıldızın sürekli olarak büzülmesini sağlayacak.

Devamını oku “Belirsizlik ve Yıldızlar”

İskenderiyeli Pagan Hypatia

hypatiaofalexandria

Hypatia (370–415), o zamanların üniversitesi kabul edilen İskenderiye’deki Museion’da felsefe, matematik ve astronomi dersleri vermiş, Platon ve Aristoteles’in tanıtılmasında dersleri etkili olmuştur.

O yıllar Antik bilimlerin ve Pagan felsefesinin sona erdiği ve Hiristiyanlaşmanın güçlendiği bir süreçtir. Doğa bilimleri ve matematik gibi alanlarda yoğun bir gerileme dönemi bu tarihlerden itibaren başlamış, yine dinlerin etkisinden kurtulunduğu rönesans dönemine kadar sürmüştür.

Hypatia çağının yegane bilim kadını olarak bilinir. Zeki ve güzel bir kadın olarak zamanındaki erkek dünyasında etkili olmuştur. Aritmetik alanında 13 ciltlik bir yapıtı söz konusudur. Daha sonra Kepler’in bulduğu gezegen hareket yasalarını yüzlerce yıl önce keşfedip açıklamaya çalışan kişidir.

Tarihte sık sık yaşandığı gibi cadılıkla suçlanarak acımacızca taşlanarak katledilmiştir. Etleri ve kemikleri sokaklarda sürüklenmiş, yakılmıştır.

Pagan felsefesinin bitmesi elbette doğa bilimleri ve matematikte yavaşlamanın en büyük sebeplerinden biridir. Hypatia’ya inancının ne olduğu sorulduğunda “Ben felsefeye inanırım” cevabı onun çağında yaşayanlardan ne kadar ileride olduğunun bir ispatıdır. Hatta rahatlıkla diyebiliriz ki çağımızdaki bir çok insandan da ileridedir.