Evrenin Kaderi

Kozmoloji, belki de yerleşik kuramların hiçbir yerde görülmediği sıklıkta yıkıldığı bir bilim dalı. Çağlar boyu, dünyamızda gezginlerin ayaklarının bastığı  yerle sınırlı olan evren, düz bir tepsi olarak betimlenmiş. Zamanın tartışmaları , tepsinin genişliği ya da nerede, dev bir kaplumbağanın mı yoksa güçlü bir yarı  tanrının sırtında mı durduğu üzerinde odaklanmış. Gözlemler için optik ve mekanik, sonuçlarının yorumlanması için de matematiksel araçlar geliştikçe kuramlarda ilerlemiş. Bir türlü rahat durmayan tepsinin yerini, değişik hızlarda Dünya’nın çevresinde dönen, iç içe geçmiş küreler almış. Daha sonra küreler durmuş , gezegenimiz ve kardeşleri hareketlenmiş. Sürekli gelişen, yenilenen teknoloji, evrenin sınırlarını da genişletmiş. Önce ufuk çizgisi, sonra okyanus, sonra yerküremiz, daha sonra bir takım küreleri çevreleyen ve üzerindeki deliklerden ışık sızdıran  daha büyük bir küre olarak canlandırılan evrenin boyutları, 20. yüzyıla gelindiğinde  bir gökadamın (Samanyolu) boyutlarına kadar genişlemiş.

Teknolojik ilerlemelerin baş döndürücü bir hız kazandığı 20. yüzyıllda evren modellerinin değişimide benzer bir hız kazanmış. Ahenkli, uyumlu bir evren düşüncesi terk  edilmiş, çalkantılı  bir kaos kuramlara egemen olmuş. Değişmeyen boyutlarda, hareketsiz bir evren düşüncesi de yerini giderek genişleyen bir evrene bırakmış. Önceleri bir başlangıç ve son gerekmeyen, kendiliğinden ortaya çıkan parçacıkların  katılımıyla  sürekli olarak  genişleyen bir evren düşüncesi modayken, sonra insan aklının  canlandırmakta  güçlük çektiği şiddette bir patlamayla, sonsuz yoğunlukta ve sıcaklıkta  bir enerji zerreciğinden ortaya çıkan  yaklaşık  12 milyar ışıkyılı çapında bir küre düşlüncesine gelinmiş. Günümüzün gözlem araçları  artık neredeyse evrenin sınırlarına  varan uzaklıkları görebiliyor. Hem yerde, hem uzayda gelişkin teknolojide ve yaratıcı  tasarımda gözlem araçları, ufkumuzu sürekli genişletiyor.  Üstelik artık evrende yalnızca görmeye alıştığımız  cisimleri görmekle kalmıyoruz. Yerdeki, uzaydaki teleskoplar, gözlerimizin algılayabildiği optik  ışıkta  seçilebilen gökcisimlerinin üzerine, x-ışınlarıyla, gama ışınlarıyla  görülebilen cisimleri de ekliyor. Ortaya çıkan tablo çok daha zengin, hareketli ve karmaşık  bir tablo. O derece de yanıltıcı. Ufkumuz genişledikçe evren yeni boyutlar kazanıyor.  Gerçeği görebildiğimizle tanımlamaya alışmışız.  Bu nedenle çoğumuz için evren deyince aklımıza gelen, bir büyük boşluk içinde görebildiğimiz,  ışık  saçan cisimlerin oluşturduğu  bir yapı. İçinde parçacık çiftlerinin sürekli olarak ortaya çıkıp yok olduğu boşluğun da evrenin bir parçası, hatta daha önemli bir parçası olduğu, yeni farkına varılmaya başlanan  ve kavranması çok da kolay olmayan bir gerçek.

Sistemli gözlemler, kendi çevrelerinde dönerken en dışl konumlardaki yıldızların uzaya fırlamaması için gökadaların ışıma yapmadığı  için görünmeyen bir karanlık madde ile çevrili olduklarını  ortaya koydu. Bu karanlık maddenin ölü yıldızlar, yıldız olabilecek kadar büyüyememiş gaz küreleri, irili ufaklı  gezegenler ve karadelikler gibi tanıdığımız  (baryonik) maddeden mi oluştuğunu , yoksa bilmediğimiz, tanımadığımız  madde ile de çok zayıf biçimde etkilendiği için farkına varamadığımız gizemli parçacıklardan  mı  oluştuğu hala tartışmalı. Kesin olansa, tanıdığımız (baryonik) maddenin, evrendeki tüm maddenin yalnızca yüzde dördünü oluşturduğu , karanlık maddeninse bunun sekiz katı  olduğu. (Bkz: TÜBİTAK Bilim ve Teknik Dergisi, Sayı 403, Haziran 2001, S.14).

Bu saptama ortaya yeni bir sorun çıkartıyor. Işıklı  ya da karanlık, toplam madde evrendeki  enerjinin üçte birinden biraz  daha fazlasını oluşturuyorsa, evrenin geri kalanı neden oluşuyor. Bunun enerji olduğu konusunda kuşku yok. Bu kez tartışlmalı olansa, ne tür bir enerji olduğu ve ne gibi özelliklere sahip olduğu. O halde şimdi nerede duruyoruz?  Gördük ki atalarımızın  başlarının üzerindeki ışıklı  kubbenin gizlerini çözmeye, kaderini öğrenmeye çalışmalarından bu yana evren kavrayışımızda köklü değifliklikler meydana geldi. Kuramlarımız, deneylerin ve gözlemlerin sınavıyla evrim geçirdi. Bugün elbette geçmişe göre çok daha fazla bilgiye sahibiz . Ama bilinçli ilk insanların sordukları temel sorulara hala yanıt verebilmiş değiliz: Evren neden ve nasıl ortaya çıktı, neden yapılı  ve sonu nasıl  olacak? Bunun nedeni erimleri ve güçleri giderek geliflen teknoloji harikası gözlem araçlarının , bazı sorulara yanıt getirirken, yanıtlanması gereken pek çok başka soruyu da ortaya çıkartmaları. Ancak öyle görünüyor ki, bugün en azından bazı önemli yanıtlara, her zaman olduğundan daha yakın duruyoruz.

MAP’ın oluşturulması beklenen kozmik fon ışınımının haritası , COBE’ninharitalarından  1000 kat daha ayrıntılı  olacak.

Son derece duyarlı algılayıcılarla donatılmış  yeni araçlar, evrenin göğe yazdığı  mesajı okuyup bize iletmek üzere uzayın derinliklerinde yol alırken, daha da gelişkin yenileri büyük laboratuvarlarda ya da tasarımcıların kafalarında biçimleniyor.  Bilim dünyasında bir heyecan fırtınası  esiyor.  Genel beklenti, evrenin geçmişi, bugünü ve geleceği konusundaki   tartışmlara son noktayı koyacak bilgilerin 5-10 sene içinde elimize ulaşacağı merkezinde.  Bu araçlardan biri yola çıktı bile. Geçtiğimiz 30 Haziran günü, ABD’nin Kennedy Uzay Üssü’nden havalanan bir roket, üçüncü kademesindeki  değerli kargoyu gezegenimizin kütleçekiminin yakın erimi dışında , aracın bundan sonra kendi başına katedeceği yolun başındaki  bir noktaya bıraktı.  Fırlatılış , kozmologlar topluluğuyla bilimsel gelişmeleri izleyen sınırlı  bir aydın kitlesinin dışında  ne ülkemizde  ne de dünyada hak ettiği ilgiyi uyandıramadı . Aracın yolu uzun ve işi kolay değill. Ama görevini tamamlayıp derlediği bilgileri ilettiğinde, daha doğrusu bu bilgilerin yeryüzündeki araştırmacılarca  değerlendirilmesi tamamlandığında , evren sırlarının  büyükçe bir bölümünü, bunları öğrenmek için binyıllarca çaba gösteren akıllı  varlıklara teslim etmiş olacak. Bilim adamlarına göre insanlık  bu sırlara hiç bu kadar yakın olmamıştı.

Ve şimdiye kadar hiçbir araç evrenin mesajını okuma sorumluluğunu tek başına  üstlenmemişti. Aracın adı, Mikrodalga Anisotropi Sondası (Microwave Anisotropy Probe – MAP). Görevi, mikrodalga fon ışınımındaki  düzensizlikleri olabildiğince duyarlı bir biçimde belirlemek. Mikrodalga Fon ışınımı  (Cosmic Microwave Background Radiation – CMBR) evrenin “gözünü açtığı ” anın bir fotoğrafı. Bundan yaklaşık  15 milyar yıl öncesinde evrende varolan koşulları gösteren bir fosil ışınım. Büyük Patlama’dan 300 000 yıl sonra sıcak madde ve ışınım  çorbası yeterince soğuyunca atom çekirdekleri o zamana kadar serbest dolaşan elektronları yakalayıp yörüngeye hapsettiler. Böylelikle ışık  fotonları yollarına çıkıp  saçılmalarına yol açan elektronlardan kurtuldukları için evren ilk kez ışığa  geçirgen hale geldi ve giderek yıldız  ve gökadalarla dolarak bugünkü görünümünü aldı. İşte mikrodalga fon Işınımı , bu şeffaflaşma anının, daha doğrusu evrenin perdelerini açmasından hemen öncesindeki  durumunun bir fotoğrafı. Evren Büyük Patlama’nın verdiği itmeyle genişlemesini sürdürdükçe, “kozmik kırmızıya kayma” denen bir süreçle gama ışınımı  zamanla elektromanyetik tayfın mikrodalga bölgesine kadar kayıyor ve uzayın her yanını dolduran ve 2.7 kelvin  (Yaklaşık – 270°C) sıcaklığa  karşılık  gelen zayıf bir ışınım olarak kendini belli ediyor. Bu ışınımın  farkına ilk olarak, 1963 yılında yeni bir radyoteleskopu denerken sürekli ortaya çıkan bir parazitin ne olabileceğini araştıran Arno Penzias ve Robert Wilson adlı iki fizikçi vardı. Bu ışınımın , Büyük Patlama’nın geçerliliği konusundaki tartışmalara son noktayı koymakla birlikte, verdiği asıl mesajın anlaşılabilmesi için çeyrek yüzyıl daha geçmesi gerekti. 1989 yılında  COBE uydusunun, evrenin her yanını dolduran ve son derece düzgün görünen bu ışınım içinde, son derece küçük ısı farklılıkları belirlemesiyle bilim dünyas›nda yer yerinden oynadı . Böylelikle Büyük Patlama’nın geçerliliği kanıtlanmış oluyordu.  Çünkü her tarafı aynı yoğunlukta olan bir evrende bugün gördüğümüz yıldızlar, gökadalar ve gökada kümeleri olamayacağına  göre, bunların varlığı , evrenin ilk anlarındaki bu çok küçük yoğunluk farklarıyla açıklanabiliyordu.

Başlangıçta  kütleçekiminin etkisiyle çok küçük topaklanmalar halinde kendini gösteren bu eflitsizlik, evren genişledikçe gördüğümüz büyük ölçeklere taşınmıştı. COBE önemli bir soruyu yanıtlanmış oluyordu, ama önemli bazı başka  sorular da askıda kalmıştı . Çünkü Büyük Patlama tek başına  evrenin bugünkü  görünümünü açıklamakta yetersiz kalıyordu. Başlıca sorun şuydu: Fon ışımının  içinde COBE’nin bulduğu ,derecenin yüz binde biri ölçeğindeki farklılıklara karşın evren her yanında büyük ölçüde homojen. Yani içeriği harmanlanmış  gibi aşağı  yukarı aynı bileşim ve yapıda. Bunu açıklamaksa Büyük Patlama’yla mümkün değil. Büyük Patlama’nın ne zaman meydana geldiği konusunda tam bir düşünce birliğide yok.  Ama evrenin yaşının 15 milyar yıl olduğunu düşünen kozmologlar çoğunlukta. Bu durumda, kütleçekimin genişlemeyi bir ölçüde frenlediğini de varsayarak, evrenin bir uçtan ötekine en az 24 milyar ışıkyılı  olması gerek (bir ışıkyılı , boşluktaki hız saniyede  300 000 km olan ışığın  bir yılda aldığı yol, yaklaşık  10 trilyon km). O halde maddenin, ısının ya da ışığın  evrenin birer ucunda bulunan gökadalara ulaşıp  onları “harmanlamak” yani benzer yapı ve yoğunluğa kavuşturmaya yetecek vakti olmamış  demektir. Büyük Patlama modeli, evrenin ilk anlarında ortaya çıkan ve daha sonra gökada kümeleri gibi yapılara kadar büyüyecek olan yoğunluk dalgalamalarını açıklamakta da zorlanıyordu. Bir başka  sorun, evrenin kritik geniflleme hızını, bir başka deyişle kütleçekiminin etkisini ancak geçebilecek bir genişleme hızını nasıl tutturduğuydu. Çünkü bu duyarlı dengenin daha altında bir genişleme hız, evrenin hemen tekrar kendi üzerine çökmesine yol açacak, daha hızlı bir genişleme de evrenin bugün tümüyle maddeden yoksun görünmesine  yol açacaktı. Aslında son derece başarılı  bir kuram olan Büyük Patlama’nın bu eksiklikleri, 1980’li yılların başlarında  Alan Guth, Katsuhiko Sato, Andrei Linde, Andreas Albrecht ve Paul Steinhardt’ın ortaya attıkları   “Şişme” kuramıyla bir ölçüde giderildi. Bu kuram, evrenin Büyük Patlama’dan çok kısa bir süre, 10-38 saniye geçmişken, gene saniyenin çok kısa kesirleri süresince muazzam bir genişleme geçirdiğini kabul eder. Şişme, bu çok kısa süre içinde giderek hızlanarak ışıkhızın da  geçen bir genişleme. Şişme,  evrenin düz (flat) görünümünü de başarıyla açıklayan bir kuram. Evrenin başlangıçtaki biçimi ne olursa olsun, Şişme evrene  çok büyük bir genişlik  sağlıyor ve büyük kısmını gözlem alanının dışına taşıyor.

Görebildiğimiz küçük bölümü de bize son derece düz görünüyor. Tıpkı kısa uzaklıklarda Dünya’nın da tepsiyi andırır  bir düzlükte görülebilmesi gibi. Burada vurgulanması  gereken bir nokta, sınırları Şişme  süreciyle çok ötelere taşınmış  olan “gerçek evren” ile, Şişmenin  durmasından sonra, yeniden baskınlık kazanan, ama ancak ışık  hızında (aslında kütleçekim etkisiyle biraz daha yavaş) genişleyen bir “görünür evren” in var olduğu. Görünür evren denmesinin nedeni, ışığın henüz varabilmiş olduğu noktalarla sınırlı olması.

Şişme  kuramına göre başlangıçta  varolan çok küçük enerji      topaklanmaları,   ya da  “gökada çekirdekleri” ani şişme süreci içinde ışığı geride bırakarak birbirlerinden hızla uzaklaştıkları  için teması yitirmiş oluyorlar.  Ama bundan önce birbirleriyle temas haline oldukları için harmanlama ifllemi gerçekleflmifl durumda. Şişme durduktan sonra geride kalmış olan ışık  yavaş yavaş gökadaları yakalayıp geçmeye başlıyor. Dolayısıyla uzak gökadalar arasındaki temas yeniden kuruluyor. “Görünür evren” genişlemesini sürdürdükçe bundan milyarlarca yıl sonra, şişmeylebirbirinden ayrılıp  “gerçek evren”in sınırlarına dağılmış  olan gökadalar da birbirleriyle yeniden temasa geçecekler; yani birbirlerini görmeye başlayacaklar. Evrenin kaderiyle ilgili hayati bir parametre, kozmologlarca Ω (omega) diye adlandırılan parametre. Bu, kütleçekim enerjisinin kinetik enerjiye, yani evren genişledikçe maddenin hareketinde saklanan enerjiye olan oranı. Bu da evrendeki madde yoğunluğuyla yakından ilgili. Madde ne kadar yoğunsa bu kütleçekimin o ölçüde yüksek değerde olmasını  sağladığından , daha yüksek değerde bir Ω anlamına geliyor.  Bu değer 1’de sabitlenir. Aksi taktirde, potansiyel ya da kinetik enerjiden birinin üstün gelmesi durumuna bağlı olarak hızla azalır, ya da çoğalır. Oysa bakıyoruz başlangıçtan  15 milyar yıl sonra bile Ω’nın değeri 0 ya da sonsuz değil. O halde başlangıçta  1 ya da buna çok yakın olmalıydı. Yani evrenin genişlemesi kritik hızda gerçekleşmiş olmalıydı.

Evrende şişmeden kaynaklanan kütleçekim dalgaları

Kuram ve evrenin düz geometrisi 20 yıl kadar büyük bir uyum içinde gitti.Ancak son birkaç yıl içinde uzak bazı süpernovalar üzerinde yürütülen çokdikkatli gözlemler, evrenin giderek hızlanan bir biçimde genifllediğini gösteriyor. Bu da kütleçekiminin genişlemeyi frenleyebilecek bir değerin çok altında kaldığının  işareti. Bu durumda, maddenin yoğunluğu sanılanın epey altında. Aslında yeni hesaplar, nötrinoların sanılanın tersine kütle sahibi olmalarının anlaşılmasına karşın , Ω değerinin yaklaşık  0.3 olması gerektiğini ortaya koyuyor. Bu ise evrenin düz değil, bükülmüş hatta açık olması anlamını taşıyor. O halde bu çelişki  nasıl giderilecek. Şişme kuramı geçersiz mi?  Değil! Bu olasılığı  araştıran  kozmolog ve gökbilimciler, geçtiğimiz yıllarda Antarktika ve ABD üzerinde kuru, bulutsuz bölgelerde balonlarla atmosferin üst tabakalarına çıkardıkları teleskoplarla evrenin mesajındaki küçük yazıları da okumaya çalıştılar. Gerçi COBE uydusunun ışınım üzerinde okuduğu sıcaklık farkları kesindi, ama COBE, bir anlamda miyoptu. Fon ışınımı  üzerinde ancak çok büyük yapıları görebiliyordu. BOOMERANG ve MAXIMA balon teleskoplarıyla, ve daha sonra gene Antarktika’daki DASI deneyiyle çok daha duyarlı ölçümler yapıldı. Fon ışınımı  içinde bir derecenin bir milyonda biri mertebesinde yoğunluk farkları belirlendi. Bu yoğunluk farkları, şişmenin  doğrudan bir kanıtı. Kendini basınç (yani ses dalgaları biçiminde ortaya koyan) bu yoğunluk farkları, Büyük Patlama’nın hemen ardından saniyenin son derece küçük kesirleri içinde gerçekleşip sone erenşişme  sürecinin ortamdaki kuantumdalgalanmalarını büyük ölçeklere taşımasıyla  oluşmuşl. Ancak şişme kuramının kesin olarak kanıtlanabilmesi için, ses dalgalarının tepe noktaları nın harmonik bir biçimde dizilmesi ve önce büyük, sonra küçük ve dahasonra ikinciden az daha büyük tepe noktalarının sıralanması gerekiyor. Bu tepe noktaları nasıl ortaya çıkıyor? Büyük Patlama’nın hemen ardından,daha şişme  başlamadan önce evreni dolduran parçacık ve radyasyonçorbası  içinde kuantum dalgalanmalar, sanal parçacık çiftleri yaratıyor. Buparçacık ve anti-parçacıklardan oluşan bu çiftler ancak çok kısa bir süre varolduktan sonra birbirlerini yok ediyorlar. Ancak şişme ile birlikte evreninmuazzam bir hızla genişlemesi, bu çiftlerdeki parçacıkların birbirlerini yok edemeyecek kadar uzaklaşmalarına neden oluyor. Birbirlerinden ayrılan sanal parçacıklar, gerçek parçacıklar haline dönüşmüş oluyorlar. Şişme kuramına göre parçacıkların bu yolla kararlı hale dönüşmesi büyük bir enerjinin serbest kalmasını sağlıyor. Buenerji evreni dolduran madde ve ışınım  çorbası içinde basınç dalgaları oluşmasına yol açıyor. Madde, kütleçekimin sıkıştırması ve ışınımın  itmesiarasında salınıyor. BOOMERANG, MAXIMA ve DASI deneylerinin sağladığıverilerin dikkatle incelenmesi, kuramcı ların öngördüğü birinci ve ikincitepe noktalarının varlığını kesine yakın biçimde ortaya koyduysa da üçüncünoktanın varlığı  konusunda tereddütler var. Deney sonuçları her ne kadarönemliyse de, tam olarak aranan kesinlikte değil. Teleskoplarım kozmikmikrodalga fonda belirlediği sıcaklık farkları, aslında fon üzerindeki yapıların büyüklüklerine karşılık  geliyor. Ancak, 37 kilometre yükseklikteki bir balondan sarkan bir teleskopun tam olarak nereye baktığını  yeterli kesinlikte belirleyebilmek güç.

Bir sorun da, yerden gözlem yapan araçlar için söz konusu. Bunlar yalnızca atmosfer örtüsünün altından bakmak zorunda kalmıyorlar. Aynı zamanda gözlemlerini, ölçmeye çalıştıkları  0.0001-kelvin mertebesindeki ısı  farklarından yüzlerce kez daha sıcak bir gezegen üzerinde yapmak zorundalar.

Olası evren geometrileri . ivmelenmiş genişleme, her noktası eyer biçimli karmaşık bir matematik manifoldunu gerektiriyor. Hiperbolik uzay, karşı kenarları birbiriyle ilintili bir sekizgen tarafından oluşturulur. Topolojik olarak açık uzay çift delikli bir çöreğe benzer. Sonlu evren modelleri,
küre yerine üç boyutlu bir torus biçimi alabilir. Kırmızı gökadadaki insanlar için uzay sonsuz görünür. Çünkü, görüş hatları hiçbir zaman kesilmez

İşte MAP uzay aracının misyonu, bu sınırlamaların üzerine çıkıp deney sonuçları ve doğrulanan kuram üzerindeki kuşkuları ortadan kaldırmak.Yaklaşık 95 milyon dolar değerinde ve 800 kg ağırlığındaki  aracın biravantajı da dünyanın gürültüsünden patırtısından  uzak bir köşede gözlemlerini gerçekleştirme olanağı. Bunun için araç, ay çevresinde bir iki elips çizdikten sonra aldığı  kütleçekim ivmesiyle Güneş’in ters tarafında Dünya’ya 1.5 milyon km uzaklıkta bulunan ve 2. Lagrange noktası (L2) diye tanımlanan bir noktaya gidecek. Burada Güneş ile Dünya’nın çekim güçlerinin toplamı, Dünya ile birlikte Güneş çevresinde dolanmak için gereken kuvvete eşit. Bu nedenle araç, 2 yıllık görevi sırasında yakıta hemen hemen hiç gereksinme duymadan L2 noktası çevresinde dolanıp gözlem yapacak. Bir Güneş kalkanı  aracı  Güneş, Dünya ve Ay’dan koruyacak. Aracın Güneş’le olan açısı sabit kalacağından ısınması da söz konusu olmayacak. MAP’ ın gözlemlerinin çok önemli bir özelliği de , kendisinden önceki gözlemler gibi göğün küçük bölgelerini değil, L2 çevresinde 6 ay sürecek her turu boyunca tüm gökyüzünü tarayacak olması. Araç, Samanyolu’ndan gelen ve manyetik alanlar, gaz ve toz bulutları içinde dönen elektronlardan kaynaklanan “yerel mikrodalga ışınımı”nı süzecek aygıtlarla da donatılmış durumda. Sonuçta, mikrodalga fon ışınımında bir derecenin 20 milyonda biri hassaslıkta ölçümler yapabilecek olan MAP,evrenin geçmişi ve geleceği konusundaki öngörüleri sağlamlaştıracak ya daçürütecek. Ama şişme kuramının nihai sınavı, 2007 yılında Avrupa Uzay Ajansı’ nca hazırlanmakta olan Planck uydusunun fırlatılmasıyla  gerçekleflecek. Çünkü Planck’ta kozmik fon ışınımının kutuplanmasını ölçecek aygıtlar bulunacak. Planck’ın arayacağı  sinyal, fon ışınımındaki fotonların bazılarında görülebilecek özel bir sarmal kutuplanma biçimi olacak. Bu, şişme kuramının öngördüğü kütleçekim dalgalarının bir imzası demek. Kütleçekim dalgalarıda şişmenin kuantum dalgalanmalarını büyük ölçeğe taşımasının bir ürünü. Tıpkı  öteki sanal parçacık  çiftlerine yaptığı  gibi şişmenin muazzam hızı, kütleçekim kuvvetini taşıdığına  inanılan gravitonları ve karşı parçacıkları olan antigravitonları birbirinden ayırıyor ve bunları gerçek parçacıklara dönüştürüyor. Ortaya çıkanenerji, çok geniş bir yelpazede yer alan ve en şiddetlilerinin dalga boyları, evrenin çapına eşit olan kütleçekim dalgaları yaratıyor. Kozmik fondaki mikrodalga ışımının  dalga boyları, genellikle 2 mm ile 5mm arasındadeğişiyor. Buna karşılık şişmeden kaynaklanan gravitonların dalga boyları çok daha geniş bir aralığı  kapsıyor: 1cm ile 1023 km. Yani 100 milyarkere trilyon km. kadar!…Bu kütleçekim dalgaları nasıl bulunacak? Bunlar, içinden geçtikleri uzay zamanda sündürme ve büzme biçiminde ortaya çıkan salınımlar yaratırlar. Bu salımım da uzay araçlarına yerleştirilmiş ve ağırlıksız ortamda boşlukta asılı  duran bir dizi ağırlıkta küçük hareketlereyol açabilir. (Kütleçekim dalgalar için bkz: TÜBİTAK Bilim ve Teknik, Kütleçekim Dalgas› Peflinde, Sayı 395, Ekim 200 s.20-23).  Gravitonlar datıpkı öteki parçacıklar gibi bilgi ve enerji taşıyabildiklerinden, kütleçekimdalgalarının belirlenmesi, Büyük Patlama’nın ilk anını görebileceğimiz anlamına geliyor. Oysa Büyük Patlama fotonları, evreni 300 000 yıl süreyle dolduran madde ışınım  plazması tarafından sürekli saçıldığından, evrenin şeffaf hale gelmesinden önceki tarihi konusunda doğrudan veri elde etmekmümkün olamıyordu. Önümüzdeki on yıl içinde evrenin ilk anlarının resmini de çekme olasılığı , bilim topluluğunda kendi kütleçekim dalgalarını yaymaya başlamış  bulunuyor. Şişme kuramının, oluşturması gerekenkritik yoğunlukta düz evren ile, kritik yoğunluğun ancak üçte birine sahip olduğunu gördüğümüz , dolayısıyla da bükülmüş, hatta açık olması gereken evren arasındaki tutarsızlığa az önce değinilmişti. Ama şişme kuramının da bu gözlem kuram tutarsızlığını  açıklamak için feda edilebilecek, geçersizsayılabilecek bir şey olmadığının gördük. Zaten bu, Büyük Patlama’nın değinilen eksikliklerini giderebilecek bir başka kuram gerektirir ki, böyle birkurama şimdilik sahip değiliz. Ama burada imdada başka bir gözlem yetişiyor: Uzak süpernova gözlemlerinin ortaya koyduğu, evrenin giderek ivmelenen genişlemesi. Böyle bir genişleme, kütleçekime baskın çıkacak itici bir kozmolojik sabit ya da değişik türden bir boşluk enerjisinin varl›¤›n› gerektiriyor. Kuramcılar bu boşluk enerjisinin, kütleçekimine ters bir kuvvet etkisi yapıyor gibi davransa da aslında bir tür madde gibi davranarak evreni sıradan maddenin yaptığı  gibi bükme eğilimi taşıdığını  öne sürüyorlar. Böyle olunca birbirine ters iki eğilimin etkileşmesi sonucu evren yeniden düzleşiyor ve şişme kuramıyla gözlemler arasındaki uyumsuzluk ortadan kalkıyor. Gariptir ki, kuramın tam da gereksinim duyduğu anda gözlemler imdada yetişiyor. Geçtiğimiz Nisan ayında Hubble Uzay Teleskopu’nun 11 milyar ışık  yılı  uzaklıkta bir gökadada meydana gelen bir Tip Ia süpernova patlamasının solgun ışığı, evrenin hızlanan bir biçimde genişlediğini ortaya koydu. Tip1a süpernovaları , dev yıldızların ömrünü noktalayan öteki türden süpernovaların tersine, yaklaşık Güneş kütlesindeki yıldızların bir ürünü. Güneş benzeri yıldızlar, ömürlerini daha sakin bir biçimde sona erdiriyorlar. Merkezdeki yakıtı tükenince şişip kırmızı dev haline gelen yıldız, dış katmanlarını yavaşça uzaya salıyor ve yıldızın sıkışmış , sıcak merkezi ortaya çıkıyor. Yaklaşık Dünya büyüklüğündeki bu “beyaz cüce” giderek soğuyor ve gözden kayboluyor. Ancak ikili sistemlerde beyaz cüceler bazen eşlerinden gaz çalıyorlar. Üzerine çöken gaz nedeniyle kütlesi 1.4 Güneş kütlesini aşan bir beyaz cüce, Tip Ia süpernova patlamasıyla yok oluyor. Bu tür süpernovanın özelliği, muazzam şiddetinin yanı sıra uzaya yalnızca sonunda demire dönüşecek olan radyoaktif nikel ve kobalt saçmaları. . Bu tür süpernovaların hepsi 1.4 Güneş kütlesinin “standart” bir ürünü olduğundan, yaydıkları ışık da standart. Dolayısıyla parlaklık derecesi, patlamanın yakınlığının  ya da uzaklığının  bir göstergesi oluyor. Nisan ayında keşfedilen bir süpernovayı inceleyen gökbilimciler ışık şiddetinden yola çıkarak mesafesini hesapladıktan sonra, incelemelerin yalnızca evrenin genişlemesinin hızlandığını kanıtlamakla kalmadğını , bu hızlanmanın görece yakın bir zamanda başladığını  da ortaya koyduğunu açıkladılar. Bu durumda ani şişmeyle başlayan genişlemenin daha sonra kütleçekiminin etkisiyle bir süre yavaşladığını , ancak daha sonra “karanlık enerji” ya da “boşluk enerjisi” denen bir itici enerjinin etkisiyle hız kazandığını  öngören model gerçeklik kazanmış oluyor. Daha önce de 9.3 milyar ışık yılı uzaklıkta meydana gelen bir dizi süpernova patlamasından da aynı sonuç çıkartılmışl, ancak başka bazı gökbilimciler süpernova patlamalarının renginin ve şiddetinin arada bulunan büyük gaz ve toz bulutlarının etkisiyle olduğundan soğuk görünebileceği itirazını yapmışlardı. Kuramla gözlemin barışmasıyla rahat bir nefes alan kozmologlar, artık çabalarını  bu boşluk enerjisinin özelliklerini saptamaya yöneltmiş bulunuyorlar. Bunun için de iki aday şimdiden hazır. Bunlardan bir tanesi, Einstein’ın eskiden genel görelilik denklemlerine göre dinamik olması gereken evreni zamanın egemen anlayışı olan statik evrene uydurmak için koyduğu, ancak evrenin genişlediğinin kanıtlanması üzerine “en büyük yanılgım” diyerek geri çektiği itici etki yapan “kozmolojik sabit” düşüncesi.

Einstein’ın genel görelilik denklemlerine göre kütleçekimi aynı zamanda itici de olabiliyor. Enerjinin çekici mi yoksa itici yönde mi etki yapacağını  belirleyen faktör, basıncı. Işınım ya da sıradan maddede olduğu gibi bu basınç sıfır ya da pozitif olursa, kütleçekim, çekici etki yapar. Eğer basınç negatifse, kütleçekim iticidir.

Işınım  –  Sıradan Madde — Düşük N. Basınç  — Yüksek N. Basınç

Bir enerji topağının  çekici mi yoksa itici mi olacağını  basıncı belirler. Eğer basınç, ışınım ve sıradan madde için olduğu gibi 0 ya da pozitifse kütleçekim kuvveti çekicidir (resimde aşağı sarkmış çukurlar potansiyel enerji kuyularını temsil ediyor). Işınımın basıncı daha fazladır dolayısıyla kütlesi daha çekicidir. 5. kuvvet için basınç negatiftir . Basınç ve kütleçekim iticidir (çukurlar tepelere dönüşüyor).

Evrenin genişlemesinin hızlandığı yolunda inandırıcı işaretler ortaya çıkalı beri kozmologları meşgul eden sorun, bu itici enerjinin Einstein’ın önermiş olduğu kozmolojik sabit mi, yoksa daha sonra ortaya atılan ve “beşinci kuvvet”, “beşinci element” , ya da basitçe “karanlık enerji” diye adlandırılan akrabası mı?

Kavram, adını  eski yunanda temel elementler olarak tanınan toprak, su, ateş ve havanın yanı  sıra “Ay’ın ve gezegenleri taşıyan kürenin Dünya’nın üstüne çökmesini önleyen bir beşinci elementten esinlenmiş. Özelliği kozmolojik sabitin tersine, zaman ve yere göre değerinin değişebilmesi. Kozmolojik sabitse değişmez olduğu için şişme kuramıyla uyumlu değil. Çünkü başlangıçta da pozitif bir değer taşıdığı  için madde yoğun olan ve Ω değeri şişme sürecince sabit 1’e doğru itilen evren düşüncesiyle uyum içinde değil. Oysa beşinci kuvvet, kuramcılarına göre başlangıçta kendini gizliyor ve ancak madde evrende egemenliğini yitirdiğinde devreye giriyor.  Boşluk enerjilerinden hangisinin geçerli olduğunu, ileride yapılacak daha duyarlı gözlemler ve daha ileri kuramsal çalışmalar ortaya koyacak. Bu noktada kesin olan flu.

Evren, Ω değeri 1’in üzerinde olmadığına  göre madde yoğun değil.  Dolayısıyla kendi üzerine çökmeyecek. Yani birbirinden uzaklaşan gökadalar, kütleçekimin üstün gelmesiyle giderek hızlanan bir biçimde yeniden birbirlerine yaklaşıp sonunda üst üste yığılarak, Büyük Patlama öncesindeki gibi sonsuz yoğunlukta ve sıcaklıkta bir “tekillik” içinde son bulmayacaklar. Özetle evrenimizin sonu ateş değil. Ama biliyoruz ki Dünyamızın sonu ateş. Bugün 4.5 milyar yıllık yaşıyla  ömrünü yarılamış  olan Güneş, birkaç milyar yıl sonra giderek şişerek bir kırmızı dev haline gelecek ve Mars’a kadar olan gezegenleri (Dünya dahil) içine alıp buharlaştıracak. Gerçi Frank Drake’in ünlü matematik formülüne göre insanlığın  bırakın milyarlarca yılı, milyonlarca yıl bile varlığını sürdürmesi bir mucize. Evrende akıllı  varlıkların ortaya çıkması olasılığını matematiksel parametrelerle belirlemeye çalışan Drake, insanlığın  yaklaşık 10 000 yıl içinde kendi kendisini yok edeceği görüşünü savunuyor. O zamana kadar torunlarmızı uzayın derinliklerine gönderebilirsek ne âlâ.

Diyelim bu işi başardık, ve kardeş gezegenlerimizin insanlı keşfiyle başlayan uzay serüvenimiz, torunlarımızın giderek başka yıldızların çevresindekigezegenlere ulaşmalarıyla noktalandı. (Drake’in hesabına bakacak olursakastronot torunlar yoldayken Dünya’daki uygarlığımız son bulmuş olacak;çünkü bugünün teknolojisiyle , yaklaşık en yakın yıldız olan Alfa Centauri’yebile yolculuk 30-40 bin yıl alır). Varsayalım tüm güçlüklere karşın astronot torunlarımız uzaya yayılmaya başladı ve Güneş yok olduktan sonra daonlarla devam eden soyumuz başka yaşam sığınaklarında gelişmeye çoğalmaya devam etti. Evren bir ateş topu haline gelmeyeceği için bu şanslı torunlar ne görecek?  Güneş’in yaklaşık beş milyar yıl sonra yakıtını tümüyle tüketip öleceğini görmüştük. Ancak evrendeki yıldızların büyük çoğunluğu Güneş’ten daha küçük olduklarından ömürleri de daha uzun. Güneş’ten 10 kat daha küçük olan bir yıldızın ömrü 10 trilyon yıl kadarolabiliyor. Ama sonunda gökadalarda yeni yıldızların doğmasına yol açan gaz rezervi tükenecek ve yıldızlar da teker teker sönecek. Sonra belki birkaç”kahverengi cüce” çarpışıp  birleşerek sonunda bir yıldız olabilecek ve birkaç trilyon yıl da onlar saltanat sürecek. Evren yeniden karanlığa gömülecek. Sonra gökadaların dağılma süreci başlayacak. İçlerindeki ölü ya da canlı yıldızlar arasındaki kütleçekimsel etkileşim, bunları uzaya fırlatacak. Gökadaların bu şekilde yok olmasının 1019 yıl süreceği hesaplanıyor. Evren giderek küçülen gökadalarla, aralarındaki boşlukta dolaşan kovulmuş  yıldızlarla dolacak. Küçülen gökadalarda kütleçekim dalgalar›, kalan yıldızların da merkezdeki karadeliğe çekip yutulmalarına yol açacak. Sonunda evrende olup bitenleri izleyecek torunlarımız, ya da varsa başka canlılar da kalmayacak. Çünkü yıldızların (ve çevrelerindeki olası gezegenlerin) tükendiği evrende yalnızca süperdev kütleli karadelikler vearalarında dolaşan birkaç ölü yıldız kalacak. Sonunda “Hawking radyasyonu süreciyle karadelikler de buharlaflacak. Ancak bunlar soğuk cisimler olduklarından, buharlaşma yavaş. Güneş kütlesinde bir kara deliğin tümüyle yok olması için 1065 yıl gerekiyor. Bir milyon Güneş kütlesindeki kara deliğinse buharlaşma süresi 1083 yıl. Milyarlarca Güneş kütlesindeki karadeliklerin buharlaşma süresi hesaplanmamış. Karadelikler de bitti , sıra geldi protonlara. Bu en kararlı parçacığın  bozunmasının 10100 yıl olduğunu öne süren fizikçiler var. Eğer bir proton bozunuyorsa bu hepsinin de bozunacağı  anlamına geldiğinden evrendeki tüm ölü yıldızlardaki protonlar da zaman içinde pozitron ve fotonlara dönüşecek. Sonunda evrende bir miktar pozitron, bir miktar elektron ve bir miktar da fotonkalacak. Evren çok genişlediği için pozitronlarla elektronlar kolay kolay buluşup birbirlerini yok edemeyecekler ve evrenimizden anı olarak , başka everenlerden gelebilecek ziyaretçileri karşılayacaklar. Gerçi insanlığın şanslı torunları, yaşayacak yer kalmayıncaya kadar giderek genişleyen donuklaşan ve karanlıklaşan bir evren gördüler, ama gene de şişme ve beşinci kuvvet kuramcılarına şükretmeliler. Çünkü başka bazı kuramlar evreni kendi üzerine sararken birazını üst üste koyuyor ve ortaya çıkan sonlu evrende gökadaların hatta kendi gökadanızın seraplarını görebiliyorsunuz. Düşünsenize, onca yıl yolculuk yaptıktan sonra  yaklaştığınız  gökadaya bir türlü varamıyor, yakıtınız tükendiğinde de gökadanın gerçeğinin evrenin öbür ucunda olduğunu anlıyorsunuz. Başka bazı senaryolar daha da radikal  ve de torunlar için tehlikeli. 10 uzay ve 1 zaman boyutu üzerine kurulu sicim teorisinden esinlenmiş evren modelleri de var. Bunlar son derece küçük, görünmez boyutların doldurduğu bir “gövde” içinde yüzen ve yalnızca kütleçekim dışındaki temel doğa kuvvetlerinin üzerinde etkileştiği  üç boyutlu zarlardan oluşan evrenleri de içeriyor. Kütleçekim, zardan, çok boyutlu gövdeye uzanıyor ve ancak o yeni boyutları hissedip onlarla etkileşebiliyor.

Gerçi bir cam üzerinde yaşamak fena olmayabilir ama sorun flu: başka bir cam yaklaşıp da size değdiğinde evreniniz patlıyor. Aslında evrenimize, pek iç açıcı olmasa da, mevcut gözlemlere d a y a n a r a k  “tutucu” sayılabilecek bir kader çizdik. Öteki modeller, çok yabancı , çok uçuk geliyor. Evren deyince aklımızda hep küreler var. Simitler, ikki , üç delikli çöreklerin duvarı içinde biteviye gidip gelmek çok cazip gelmiyor. Hele dörtköşe cam biçiminde evren senaryoları estetik duygularımızı ayağa kaldırıyor. Ama unutmayalım ki, bir zamanların en “uçuk ” düşüncelerinden olan şişme kuramı, şimdilerin en başarılı kuramı mertebesine erişti. O halde hazırlıklı olalım: MAP ve ondan sonraki keşif araçlarımız, bizi yepyeni kaderlere taşıyacak sürprizler de sağlayabilir.

Ağustos 2001 Bilim ve Teknik.

Raşit  Gürdilek