Evren, bugün bildiğimiz haliyle 13,7 milyar yıl yaşında ve yaklaşık 94 milyar ışıkyılı çapında. Evren, yaklaşık %72’si karanlık enerji adını verdiğimiz, ivmelenerek genişlemesine neden olan bir çeşit enerjiyle dolu. Geriye kalan %24 oranında normal maddeyle neredeyse etkileşime geçmeyen ancak diğer maddeler üzerindeki kütleçekimsel etkileri bulunan karanlık madde ve %4 civarında normal maddedir.
Karanlık madde ve karanlık enerji, evrende gördüğümüz tuhaflıkları adlandırdığımız bir çeşit kurtarıcı rolü gördü. Çünkü evrene kütleçekim hakim olsaydı, evren genişlemez aksine içe doğru büzüşürdü.
Dolayısıyla karanlık enerjinin keşfi önemli bir sorunun kısmen cevabı oldu; evren neden genişliyordu? Evet karanlık enerji, kütleçekime karşı geliyor ve evrenin genişlemesini sağlıyordu. Karanlık madde ise galaksilerin dönüş hızlarındaki garipliklere cevap olarak düşünüldü.
Hatta neredeyse tamamı karanlık maddeden oluşan bir galaksi bile vardır; Dragonfly 44. Karanlık maddenin ne olduğuna dair birçok tezler bulunmakta ancak bunlara girmek istemiyorum çünkü bu başka bir makalenin konusu. Karanlık madde halen CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda yürütülen deneylerde doğrulanmayı ve Dünya’nın içinden geçerken yeraltı dedektörleriyle yakalanmayı bekliyor.
Bu yazımızda Antik Çağ evren modellerinden Yakın Çağ yani günümüz çağına kadar ki bazı evren modellerini inceleyeceğiz.
Bir önceki makalemizde evren hakkında genel bir yazı yayınlamıştık. Şimdi ise geçmişten günümüze ışık tutan evren modellerini inceleyeceğiz.
Giriş
Tabii ki de geçmişte evren modelleri mitolojik yorumlardan oluşmaktaydı. Modern bilimin gelişmesiyle ve teleskop gibi aletler sayesinde evrene dair yorumlar mitolojiden çok bilimsel olmaya başladı. Artık evrenin durağan değil genişlemekte olduğunu biliyoruz.
Peki Dünya merkezli evren modellerinden merkeziyetsiz evren modellerine nasıl geldik?
İşte, geçmişte geçmişten günümüze evren modellerinin tarihi.
Aristo’nun Evren Modeli
İlk olarak Aristoteles‘in evren modeli karşımıza çıkıyor. Aristo’ya göre, dünya geçmişte ortaya çıkmamıştı, her zaman vardı ve ebediyen de varlığını sürdürecekti. Aristo simetriye büyük önem veriyordu, kürenin biçim olarak en mükemmel olduğuna inanıyordu. Pekala Aristo’ya göre evrende mükemmel olduğundan küre biçiminde olmalıydı.
Aristoteles, evreni soğan zarları gibi iç içe yerleştirilmiş saydam kristal bir küreden oluşan karmaşık bir yapı zannediyordu. Ona göre kürelerin merkezinde Dünya vardı ve Dünya da Aristo’ya göre küre şeklindeydi. Aristo’ya göre en dıştaki yıldız küresi maddi şeylerin var olamayacağı manevi bir yerdi.
Yine Aristo’ya göre en dış kürenin dönmesini başlatan bir Baş Hareketçi vardı. Baş Hareketçi’nin başlattığı bu dönüş daha sonra iç kürelere aktarılıyordu; ta ki evren mükemmel bir döngü hareketi yakalayana kadar. Daha sonraları Aristo’nun evren modelini, ortaçağ Hristiyan düşünürleri, Baş Hareketçi yerine Eski Ahit’teki Tanrı’yla, en dıştaki küreyi ise Hristiyan cennetiyle değiştirdiler.
Ptolemaios’un Evren Modeli
Aristo’nun modelinde bazı hatalar vardı ve bunları çözüme kavuşturacak kişi İskenderiyeli matematikçi ve astronom Claduius Ptolemaios idi. Ptolemaios’un modeli, Antik Çağ’da ‘Her Şeyin Kuramı’ olmaya layık olarak görülüyordu ve 1000 yıldan uzun süre ayakta kalmayı başardı.
Ptolemaios’un yapması gereken, gezegenlerin karmaşık hareketlerini ve tüm bu dönüşleri, Aristo’nun modelindeki gibi Dünya’nın evrenin merkezinde bulunduğu, tüm öteki cisimlerin Dünya’nın etrafında düzgün yörüngelerde değişik hızlarda döndüğü ve evrendeki hiçbir cismin parlaklığını ve taşıdığı diğer özelliklerini değiştiremeyeceği şeklindeki katı varsayımlarıyla uyumlu hale getirmekti.
Ptolemaios bu problemi Almagest (En Büyük) adını verdiği eserinde bir gezegenin ya da Güneş’in, Dünya çevresindeki yörüngesini, bir noktanın izlediği dairesel hareket olarak düşünerek çözdü.
Kopernik’in Evren Modeli
Ptolemaios’un modeli bazı hataları olsa da uzun yıllar boyunca ayakta kalmayı başardı, çünkü karmaşık hareketleri bile açıklayabilecek kadar bol ayar mekanizması vardı. Ancak bu serüveni Mikolaj Kopernik, 1543 yılında, ölümünden kısa bir süre önce matbaaya verilmiş olan ünlü kitabı De Revolutionibus Orbium Coelestium (Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine) ile bozdu. Kitap ilk çıktığı yıllarda pek yankı uyandırmamıştı, çünkü az sayıda basılmış ve basılan kitapların bir kısmı okunmuştu.
Fakat zaman geçtikçe bu kitap evrene dair bakışın değişmesine neden oldu. Sonunda Ptolemaios’un Dünya merkezli evreni yerine Güneş merkezli evren modeli kabul edilecekti. 16. yüzyılın başlangıcında matbaacılıkta kaydedilen ilerlemeler, Kopernik’in meşhur kitabını, sözünü geçirecek seviyeye getirdi.
Bu modele göre Güneş Sistemi‘nin merkezinde Ptolemaious’un modelinin aksine Dünya yerine Güneş vardı. En dıştaki daire, güneş sistemimiz dışındaki “sabit yıldızların hareketsiz küresi”nin sınırlarını gösteriyordu. Dıştan içe doğru Satürn, Jupiter, Mars, Dünya (bitişiğinde hilal şeklindeki Ay ile birlikte), Venüs ve Merkür sıralanıyor. Hepsi, merkezdeki Güneş (Sol) çevresinde dairesel yörüngeler izliyorlar.
Thomas Wright’ın Evren Modeli
Thomas Wright’ın yıldızların disk biçimli bir uzay levhası üzerinde düzgün bir dağılımla yerleşmiş oldukları Samanyolu modeli. Wright, Samanyolu’nda 3.888.000’den fazla yıldız ve Dünya’ya benzeyen 60.000.000 gezegen olduğunu tahmin ediyordu.
Kant’ın Evren Modeli
Alman filozof Immanuel Kant‘a göre, Wright’ın modelindeki yıldız halkalarının çevresinde dönmekte olan bir yıldız diski vardı ve bu disk, kütleçekimin içe doğru olan baskısını, diskin merkezi çevresinde dönüşünün doğurduğu merkezkaç kuvvetince dengeliyordu. Kütleçekim olmadan yıldız diski dağılacak, merkez çevresinde dönüş olmazsa da tüm yıldızılar içe doğru çökeceklerdi. Kant, astronomların teleskoplarıyla gördükleri tüm nebulaların (bulutsu) dönen yıldız diskleri olduğunu iddia ediyordu.
Kant’ın evren modelinin en sıradışı tarafı ise evrimsel olmasıydı. Yıldızlar gelip gittikçe zamanla değişen bir kozmos söz konusuydu. Kant’a göre evren sonsuz genişlikte olduğu için merkezi yoktu.
Laplace’ın Bulutsu Evren Modeli
Pierre-Simon Laplace, Kant’ın 1755’te yayımlanan kitabı Göklerin Kuramı’nda bahsi geçen, güneş sisteminin dönen bir gaz ve toz bulutundan oluştuğu senaryosunu daha da ileriye götürdü. Laplace’a göre güneş sisteminin ortaya çıkışı, büzüşen ve dönen bir madde bulutundan, hepsi de merkezdeki bir güneş çevresinde dönen bir gezegenler topluluğu senaryosuyla açıklanabilirdi.
Lord Kelvin Evren Modeli
Lord Kelvin, kütleçekimin çok büyük bir madde topağının merkezine doğru çökmesine yol açabileceğini göstermişti. Lord Kelvin’de Kant’a hak vermiş olacak ki o da merkeze düşmekten kaçınmanın tek yolu olarak merkezkaç kuvvetinin etkili olduğunu düşünüyordu.
Kelvin’in modelinde bir milyar kadar yıldız bulunuyordu ve her biri Güneş büyüklüğünde olduğu için kütleçekimleri yakınlarımızdaki yıldızların hareketlerinde gözlemlenen hızları açıklıyordu.
Kelvin’in modelinde madde Samanyolu’nun yer aldığı merkez bölgeye düşüyor ve orada bulunan öteki yıldızlarla beraber ısı oluşturuyor ve bu ısı yıldızların güç üretimini uzun yıllar boyunca sürdürmelerini sağlıyordu.
Einstein’ın Evren Modeli
Albert Einstein kütleçekim kuramını yayımladıktan sonra, kütleyle enerjinin uzayı nasıl bükebileceğini açıklamak için çalışmalara başlamıştı. Einstein’ın evreni sonsuz olduğu takdirde, denklemlerinin onun sonsuz uzaklıkları nasıl betimleyeceğini öngöremiyordu. Ancak sonlu olduğunu varsayacak olursa, bu kez de evrenin bir kenarı olması gerektiğini düşünüyordu.
Einstein, pozitif eğrilikteki bir uzayın önemini fark etti. Ona göre evren sonluydu ancak bir gezegen yüzeyi gibiydi; yani bir kenarı yoktu. Ayrıca Aristo gibi simetriye önem veriyordu, evren her yönde ve her yerde aşağı yukarı aynı olmalıydı.
O halde uzayın eğriliği Dünya’nın yüzeyi gibi küçük ölçeklerle bakıldığında farklılıklar gösterse de büyük ölçeklerle bakıldığında pürüzsüz olacaktı. Evrenin eğriliğinin ilginç sonuçlarından birisi de, her tarafın aynı görünmesi rağmen, bu, sizin evrenin merkezinde olduğunuz anlamına gelmemekteydi.
De Sitter’in Evren Modeli
De Sitter’e göre evren bomboş değildi. Einstein’ın evreninin tersine, de Sitter evreni geometrik olarak Öklitçiydi ve ölçeği de sonsuzdu.
De Sitter’in evreni uzak cisimlerden gelen ışığın dalga boyunun uzamış olacağını, dolayısıyla gerçekte olduğundan daha kırmızı görünecekti ve ışığın geldiği kaynağın gözlemciye olan mesafesi arttıkça bu kırmızıya kaymanın daha da artacağını ima eder gibiydi. Kendisi bu kaymalara bir yorum katmak istiyordu.
De Sitter, Einstein denklemleri için bulduğu çözümün tam da bu etkiyi yaptığını ortaya koydu; De Sitter’in evren modeli göre evren genişliyordu. Yani, bu evrene iki işaret noktası koysaydık, evren genişlediği için bu iki nokta birbirlerinden ivmelenerek uzaklaşacaktı ve aralarındaki mesafe üstsel olarak artacaktı.
Alexander Friedmann’ın Salınan Evren Modeli
Friedmann, Einstein ve de Sitter evrenlerindeki her yerde ve yönde varsayımını devam ettirerek, aynı zamanda bu evren modellerine yeni çözümler getirerek kendi evren modelini üretmeye girişmişti.
İlk önce geçmişte sonlu bir zamandaki başlangıçtan itibaren genişleyerek maksimum büyüklüğe erişen, ardından da zamanla küçülmeye başlayarak sonlu bir zamanda son bulan, pozitif eğrilikte bir uzaya sahip “kapalı” bir evren modeli inşa etti.
Friedmann’ın evreni hem kütlesel ve hacimsel sonlu olduğu gibi aynı zamanda ömrü de sonluydu; hatta Friedmann, bu döngünün 10 milyar yıl sürmesi sonucunda evrenin kütlesinin, Güneş’in kütlesinin yaklaşık 5 x 1021 katı olacağını hesaplamıştı.
Evren daha sonrasında büyük patlama diye adlandırılacak (ki aslında bir patlama yok) sonsuz bir yoğunlukta başlayacak ve sonrasında yine sıkışmaya başlayacaktı. Friedmann adeta kozmolojide bir devrim yapmıştı. Yıllardır süre gelen bu azılı tartışmalara matematiksel olarak son noktayı koymuştu; evet hesaplarına göre evren sonsuz bir yoğunluktan doğuyordu.
Lemaître Evreni
Lemaître’in evreni, Einstein’ın durağan evrenin karasız olma durumunu incelediği sırada keşfetmiş olduğu evrene benziyordu. Genellikle Lemaître-Eddington evreni diye adlandırılan bu evren, sonsuz bir geçmişte başlayıp sürekli genişlemekte olan, geçmişimizdeki belirli bir zamanda genişlemesinin fark edilebilir hale geldiği bir evrendi.
Genişlemesini devam ettiriyor ve de Sitter’in evreni gibi üstsel olarak genişleyen bir evreni çağrıştırıyordu. Einstein’ın meşhur itici kuvveti olan lamba kuvvetini içeriyordu, pozitif eğrilikte, sonlu ve genişlemesi durmayan Lemaître evreninin, mantıksal olarak başlangıcı da olmamalıydı. Fakat ne Lemaître ne de Eddington bunu umursuyordu.
Tolman’ın “Zıplayan” Evreni
Friedmann genişleyen, daha sonra içe doğru büzüşen, döngüsel bir evren modeli ortaya koymuştu. Ancak Friedmann astronomi ile pek ilgilenmiyordu; asıl amacı Einstein’ın denklemlerine matematiksel cevaplar aramaktı.
Peki ya bu modele göre evren sürekli aynı genlikte mi döngü halinde olacaktı?
Bu soru Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünden matematikçi Richard Tolman tarafından ele alındı. Tolman, salınan döngüsel evren modelininin denklemlerinin çözümlerine termodinamiğin meşhur ikinci yasasını uygulaması halinde ne olacağına dair araştırmalar yapıyordu.
Her döngüden sonraki döngüde düzensizliğin artması, galaksiler gibi düzenli yapılardan düzensiz ısı ışımasına enerji aktarmak gibi olacaktı.
Dolayısıyla her döngü kendisini izleyen her döngüden daha fazla enerji içermesi gerekiyordu. Her salınımın genliği ve yaşı büyür ve evren sonunda genişlemesini durdurup içe doğru çöker.
Paul Dirac’ın Evren Modeli
Şüphesiz Dirac’ın kuantum mekaniğine katkıları çok büyüktür. Dirac Denklemi’ni ortaya koymasıyla bütün dikkatleri üstüne çekmişti. Bunun sonucunda 1933 yılında Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü. Dirac, kütleçekim sabitini zamanla değişen bir büyüklük yapmanın Einstein’ın genel görelilik kuramına uymadığını fark etmişti.
Bu yüzden bir sabiti keyfi bir şekilde değişkene çevirmenin mümkün olamayacağı fikrindeydi. Dirac’a göre genişleyen bir evrende çok yoğun ve sıcak olduğu için daha öncesinde yaşam var olmamalıydı. Ancak bir kez ortaya çıktıktan sonra yaşamın evrende sonsuza kadar var olabileceğine inanıyordu.
Yine Dirac’a göre yaşam kozmik tarihin belirli bir döneminde hapsolmuş değildi; Dirac, yaşamın geleceğinin sınırsız olduğuna inanıyordu.
Lemaître’ye göre evren “ilk atom” diye adlandırdığı süper bir yoğunluktan başlamıştı.
Schrödinger’ın Evren Modeli
Schrödinger, Einstein’ın genel görelilik kuramında bahsettiği genişleyen evrenlere ilgi doluydu. Genişleyen bir evrende dalgalara ne olduğunu araştırmaya karar verdi. Araştırmasından çıkan sonuçlar yalnızda sıradan ses dalgaları ve ışık dalgalarının değil, bize belirli olayları gözlemleme olasılığını belirten kuantum dalgalarının yayılması konularında bir sürü ipucu sağladı.
Schrödinger’in keşfi çok sıra dışıydı; evrenin genişlemesi, taşıdığı kuantum vakum (boşluk) enerjisini gerçek, ölçülebilir parçalara dönüştürebilirdi. Genişleme olmadığında, parçacık ve karşı-parçacıklar(anti madde) sürekli ortaya çıkıp sonra tekrar radyasyona dönüşürler. Enerji korunmuş olur ve böylece bu tablo bize kuantum boşluğu betimler.
Ancak vakum yeterli bir hızda genişlerse ya da kısa mesafede değişen kütleçekim kuvvetine tabi tutulursa, vakumdan çıkan bu parçacık ve karşı-parçacıklar çok farklı ölçeklerdeki kuvvetlerin etkisinde kalacakları için birbirlerini yok ederek yeniden radyasyona dönüşemezlerdi.
Sonuç olarak hızlı genişlemeyi sağlayan enerjiden ya da kütleçekimin bir yerden ötekine değişen gücünden beslenen gerçek, saptanabilir parçacık ve karşı-parçacıklar ortaya çıkar.
Kozmik Enflasyon Teorisi
1980’lerde yapılan deneylerle ortaya yeni bir iddia atılmıştı; evren çok kısa bir zamanda çok hızlı (ışık hızından bile hızlı) bir şekilde genişlemişti.
Kulağa çok garip geliyor değil mi, oysa ki evrende ışık hızından daha hızlı bir şey olamazdı; peki ya evrenin kendisi de bu kurala dahil miydi? 30 Haziran 2001 tarihinde kozmik arka plan ışımasının kalıntılarını ölçmek için WMAP adlı uydu uzaya gönderildi. WMAP, evrenin geometrisinin neredeyse düz olduğunu belirledi.
Ancak, Big Bang kozmolojisi altında, eğrilik zamanla büyür. Bugün gördüğümüz kadar düz bir evren, geçmişteki koşulların aşırı derecede ince ayarlanmasını gerektirir ki bu inanılmaz bir tesadüf olurdu.
Peki ya kozmik arka plan ışıması nedir?
Büyük Patlama’dan sonraki yaklaşık 400.000 yıllık sürenin 100.000 yıl kadarlık bir süresi boyunca Evren’in her yanında oluşan ve yayılan radyasyondur. Birçok astronom ve fizikçiye göre kozmik arka plan ışıması Big Bang’in en önemli kanıtıdır.
Enflasyon teorisine göre evren saniyenin küçük bir bölümünde yaklaşık 1026 kat büyümüştür.
Görüşlerinizi ve önerilerinizi yorumlarda bizlerle paylaşmayı unutmayın!
Bu makaleyi yazarken kullandığım kaynaklar: NASA, Scientificamerican, John D. Barrow – Evrenler Kitabı. Alfa Bilim Yayınları
Yazan: Yusuf YILMAZ