2011 Nobel Fizik Ödülleri ve Evren'in Kaderi*

Özetleyerek Çeviren: Elif Ersoy

“Kimileri dünyanın ateşle sona ereceğini söylüyor,

Kimileri ise buzla.”
(Robert Frost, Fire and Ice, 1920)

Evrenin kaderi nedir? Bu yılki Nobel fizik ödülü sahipleri Saul Perlmutter, Brian Schmidt ve Adam Riess’in teorilerine göre Evren buzlar içerisinde sona erecek. Nobel ödüllü araştırmacılar, Süpernovalar^[1] üzerinde yaptıkları araştırmalarda, Evren’in hızla genişlediği sonucuna vardılar. 1998 yılında, iki ekibin –başkanlığını Saul Perlmutter’ın yürüttüğü Süpernova Kozmoloji Projesi ekibi ile başkanlığını Brian Schmidt’in yürüttüğü ve Adam Riess’ın da önemli görevler üstlendiği Yüksek-z Süpernova Araştırma ekibinin– yaptıkları çalışmalarda vardıkları benzer sonuçlar kozmolojinin temellerini sarstı. Bu iki araştırma ekibi, yıllardır en uzaktaki süpernovaları tespit ederek Evren’in haritasını çıkarabilme amacıyla birbirleriyle rekabet içinde çalışmaktaydı. İkisi de Evren’in genişlemesinin hızını kestiğine dair delillere ulaşacaklarını umuyorlardı, fakat buldukları umduklarının tam tersi oldu: Evren’in genişlemesi hızlanıyordu.

Kozmolojik Sabit’in Keşfi ve Yadsınması

Uzayda gözlenenler aslında çok önceleri teorik hesaplamalarda ileri sürülmüştü.^[2] Bugün inanılan bütün kozmolojik teoriler Albert Einstein’ın 1915’te yayınladığı Genel İzafiyet kuramına bağlıdır ve bu teoriye göre Evren büzülmek ya da genişlemek zorundadır.

Evren’in statik olduğunu düşünen Einstein, Evren’i ifade eden denklemlerine “kozmolojik sabit^[3]” terimini eklemiş ve “kozmolojik sabit”in maddenin kütleçekim gücüne karşı koyan kütleçekim karşıtı bir güç olduğunu, bunun da statik bir Evren oluşumuna sebebiyet verdiğini ifade etmiştir. Fakat Einstein daha sonraki yıllarında kozmolojik sabit için “hayatımda yaptığım en büyük hata” ifadesini kullanmıştır.

Permutter, Schmidt ve Piess’in Nobel ödüllü çalışmalarına baktığımızda “kozmolojik sabit”in dahice bir fikir olduğunu söyleyebiliriz.^[4]

Evren, 14 milyar yıl önce gerçekleşen Büyük Patlama olayından beri genişlemektedir. Galaksiler kozmik genişlemeyle birbirlerinden uzaklaşmaktadırlar. Peki ya nereye gitmektedirler?

Süpernovalar: Evrenin Yeni Ölçüleri

Einstein, “kozmolojik sabit”i bir kenara koyup statik olmayan bir Evren fikrine teslim olunca, Evren’in geometrik şekli ile kaderi arasında bir ilişki kurmuştur. ^[5]

Genel Göreliliğe göre Evren “açık”, “kapalı” ya da “düz”dür.

Açık Evren: Açık bir Evren’de maddenin kütleçekim gücü Evren’in genişlemesini önleyecek derecede kuvvetli değildir. Genişleme hiçbir zaman durdurulamaz ve sonsuza kadar sürer. Birkaç on milyar yıl içinde de böyle bir Evren soğuk bir yer haline gelir.

Kapalı Evren: Kapalı bir Evren’de kütleçekim gücü Evren’in genişlemesini durduracak ve tersine çevirecek kadar güçlüdür. Böylece Evren’in genişlemesi zamanla durur ve Evren çökmeye başlar. Bu çökme Evren yeniden tekilliğe ulaşana kadar sürer, neticede ise yüksek sıcaklıkta yaşanan şiddetli bir “Büyük Çöküş” ile Evren sona erer.

Düz Evren: Çoğu kozmolojist bu modele inanır. Bu modele göre Evren’in sonu ne soğumaktır ne de yanmak. Fakat eğer kozmolojik sabit varsa Evren düz olsa bile genişleme hızlanarak devam edecektir.

Şimdiden Sonsuza

Peki Evren’i hızlandıran nedir? Fiziğin henüz sırrına vakıf olamadığı “kara enerji”dir. Konuyla ilgili öne sürülen çeşitli görüşlerden en basiti Einstein’ın “kozmolojik sabit” ile ilgili olanıdır: “Kozmolojik sabit”in Evren’in genişlemesini hızlandırdığı öne sürülmektedir.

“Kozmolojik sabit” adı üstünde “sabit”tir ve zamanla bir değişim göstermez. Madde –ve yerçekimi– Evren’in milyarlarca yıldır devam eden genişlemesi sebebiyle etkisini kaybettikçe “kara enerji” güç kazanmakta, baskın hale gelmektedir.

“Kozmolojik sabit” kaynağını, kuantum fiziğine göre hiç de “boş” olmayan “boşluk”tan alıyor olabilir. Aslında “boşluk”, maddenin ve karşıt maddenin sanal parçalarının, bir an varlık kazanıp bir an yok olduğu ve böylece enerjinin meydana çıktığı, fokurdayan bir kuantum çorbasıdır. Belki de “kara enerji” tamamıyla sabit değildir, zamanla değişim gösterir. Belki de bilinmeyen başka bir güç alanı, ara sıra “kara enerji” üretmektedir.

Günümüzde Evren’in %75’inin “kara enerji”den oluştuğu konusunda hemfikir olunmuştur. Geri kalanı maddedir. Fakat galaksileri, yıldızları, insanları ve çiçekleri oluşturan “normal madde” oranı Evren’in yalnızca %5’idir. Geri kalan madde “kara madde” olarak adlandırılır ve henüz bizim için gizemini korumaktadır. Uzayın yapısında gömülü olduğu ve evrenin genişlemesinden sorumlu olduğu düşünülen “kara enerji” evrenin büyük çoğunluğunu kaplamaktadır.

“Kara enerji” gibi “kara madde” de görünmezdir. İkisini de yalnızca tesirleriyle bilebilir, fark edebiliriz.

Evren’in %95’i bilim dünyasına örtülüdür ve 2011 Nobel fizik ödüllü araştırmacıların elde ettiği bulgular, bilim dünyasına, Evren’in nikabını aralamalarında yardımcı olmuştur.

* The Royal Swedish Academy of Sciences (2011) The Nobel Prize in Physics 2011 Information for the Public, Ekim 2011, http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/info_publ_phy_11_en.pdf

KAYNAKÇA:

^[1]  Süpernova: enerjisi biten büyük yıldızların şiddetle patlaması (ç.n.)

^[2]   “Einstein, çalışmalarının başında Evren’in denklemsel ifadelerini ortaya koymaya çalışırken Evren’in genişleyerek büyüdüğü sonucuna varmıştır, fakat vardığı bu sonuç kendisinin “sabit Evren” modeline ters düştüğü için formülasyonuna sabit bir terim eklemiş ve denklemlerini tekrar oluşturmuştur.” (Metin Arık, Teorik Kozmoloji ders notları) (ç.n.)

^[3]  “Kozmolojik Sabit: Genel Görecelik denklemleri, Evren’in zamanla kendi üzerine çökmesini önleyecek ve kütle çekiminden sonuçlanmayan bir sabit içerir.” (http://tr.wikipedia.org/wiki/Kozmolojik_sabit) (ç.n.)

^[4]  “Einstein denklemlerine kozmolojik sabit’i evrenin statik olması gerektiğini düşündüğü için eklemişti. Evren’in genişlediğinin görülmesiyle “kozmolojik sabit”in gereksiz olduğu düşünüldü. Oysa bugün evrenin genişlemesinden sorumlu olduğu düşünülen kara enerjiyi açıklayabilmek için kozmolojik sabit’e ihtiyaç duyulduğu ileri sürülmektedir.” (Metin Arık, Teorik Kozmoloji ders notları) (ç.n.)

^[5]  “Evren’in kaderini belirleyen en önemli etken, içerdiği madde yoğunluğudur. Evren’in geometrisini ve kaderini madde yoğunluğu belirler çünkü genişlemeyi durduracak başlıca etken kütleçekimidir. Bu da, birim hacminde ne kadar madde bulunduğuyla ilgilidir.” (http://www.biltek.tubitak.gov.tr/bilgipaket/evren/01.html) (ç.n.)