Evrenin İlk Zamanlarında Zaman Daha mı Yavaş Akıyordu?
Kuasar tik taklarının evrenin erken dönemlerinde zamanın daha yavaş aktığını doğruladığına dair manşetler havada uçuşuyor. Ama öyle değil.
Yeni bir çalışma 190 kuasarı analiz ederek ve kuasarın ışığı yayılmadan önceki periyodik ‘tik-tak’ın bize daha yavaş göründüğünü göstererek heyecan yarattı. Mantıklı ve oldukça yanlış bir şekilde, birçok haber kuruluşu bunun ‘evrenin erken dönemlerinde zamanın daha yavaş geçtiği’ anlamına geldiğini bildirmiştir ki bu doğru değildir. Bu doğru değildir ve evren genişledikçe, evrende seyahat eden sinyaller zaman genişlemesi yaşayacaktır: genel göreliliğin bir sonucu. Bu genel göreliliğin bir sonucudur. Bu etkiyi daha önce birçok kez gördük.
Uzay-zamanın neresinde olursanız olun ya da ne zaman orada olursanız olun fizik yasaları aynıdır. Temel sabitler uzay-zaman boyunca sabittir ve kütle, mesafe ve zaman kavramları aynıdır. Bir cetvel ya da atomlardan yapılmış bir ölçüm çubuğu her zaman aynı uzunluğa sahiptir ve bir saat ya da zamanı ölçmek için tasarlanmış bir cihaz her zaman zamanın tüm gözlemciler için aynı evrensel hızda (saniyede bir saniye) geçtiğini gösterir. Kuantum teorisinin yasalarında ya da Einstein’ın genel görelilik teorisinde bunun hiçbir istisnası yoktur.
Evrenin İlk Zamanlarında Zaman Daha mı Yavaş Akıyordu?
Ancak haberlere dikkat ettiyseniz, yakın zamanda okuduğunuz makale ile aynı olmayabilir. Dikkatimizi çeken 3 Temmuz 2023 tarihli bir haber bülteninde ‘evrenin Büyük Patlama’dan hemen sonra beş kat daha yavaş olduğu’ iddia ediliyordu. Bu iddia Howard Vernon ve Ellis Stanley de dahil olmak üzere pek çok kişi tarafından sorgulanmıştır:
“Evrenin erken dönemlerinde zamanın daha yavaş geçtiği daha yeni keşfedildiğine göre”.
“Son keşiflerle birlikte (yavaş, uzak kuasar tik takları), zaman genişlemesi üzerine bir makale yazmanın zamanı gelmiş olabilir.”
Ve bence tek seçenek, gerçeği kurgudan ayırmaktır. Saatler, zaman ve genişleyen evren ile ilgili gerçekte neler olup bittiğini açıklayayım.
Evrende Zaman
Fizik anlayışımızdaki en önemli gelişmelerden biri Einstein’ın görelilik teorisini ortaya atmasıdır. Görelilik, zaman ve uzay gibi niceliklerin hiçbir anlamda mutlak olmadığı, aksine bireysel gözlemcilere özgü olduğu fikridir. Nerede ve ne zaman olduğunuza ve nasıl hareket ettiğinize bağlı olarak, iki nesnenin birbirinden ne kadar uzak olduğuna (mesafe) veya iki farklı sinyalin ulaşmasının ne kadar sürdüğüne (zaman) dair farklı algılara sahip olabilirsiniz. Uzayın Kartezyen bir kafes gibi ve zamanın mutlak olduğu şeklindeki Newtoncu görüşün aksine, Einstein’ın çalışması her gözlemcinin kendi uzay ve zaman deneyimine sahip olduğunu göstermiştir.
Bununla birlikte, görelilik yasalarının doğru anlaşılmasıyla, evrenin herhangi bir yerindeki herhangi bir gözlemci, deneyimlediklerini diğer gözlemcilerin deneyimlediği mesafe ve zaman görünümüne ‘çevirebilir’. Sizin için, nerede olursanız olun, ne zaman olursanız olun, eylemsiz referans çerçevesi dediğimiz çerçevede olduğunuz sürece (yani itme, dış kuvvetler ya da uzay-zamanın eğriliği dışında herhangi bir şey tarafından ivmelendirilmediğiniz sürece), uygun mesafeyi (atomlardan yapılmış bir metrelik bir çubuk herhangi bir yönde bir metreyi ölçer), uygun zaman (saatinizdeki bir saniye, deneyimlenen gerçekliğin bir saniyesinin geçtiği anlamına gelir).
Başka bir deyişle, herkes kendisi için aynı fiziksel yasaları deneyimler, ancak uzay-zamanın eğriliği ve evrimi ile gözlemcinin ve gözlemlenenin göreceli hareketi, diğer gözlemcilere uzunluğun ‘küçülmüş’ veya zamanın ‘genişlemiş’ görünmesine neden olabilir. Genişleyen bir evrenin sinyalleri
Son 100 yılın en şaşırtıcı keşiflerinden biri 1920’lerde ve 1930’ların başında yapıldı. Kozmik nesneler bizden uzaklaştıkça, ışıklarının daha yoğun bir şekilde daha uzun dalga boylarına kaydığı keşfedildi. Einstein’ın genel görelilik teorisi ışığında, eğer uzay-zaman madde ve enerji ile eşit bir şekilde doluysa, o zaman uzay-zaman statik bir yapı olamaz ve ya genişler ya da daralır. Veriler genişleme gösterdiği sürece, sorun genişlemedir.
Bu algı sonunda Büyük Patlama olarak bilinen modern evren resmine yol açmıştır. Zaman ilerledikçe aşağıdakiler meydana gelir
Evren genişler,
kütle çekilir,
Evren genişler, kütleler birbirini çeker ve (sınırsız) nesneler arasındaki mesafeler artar,
Radyasyonun dalga boyu kırmızıdan uzun dalga boyu tarafına kayar,
Bu da evrenin soğumasına neden olur,
Ve nihayetinde, uzun bir zaman dilimi içinde, bugün gözlemlediğimiz karmaşık kozmik yapılar ağına yol açmıştır.
Ancak, daha uzağa baktığımızda, çok daha eski bir evrene baktığımızı belirtmek gerekir. Daha önceki zamanlarda, temel sabitler hala aynı değerlere sahipti, kuvvetler ve etkileşimler hala aynı güce sahipti, temel ve bileşik parçacıklar hala aynı özelliklere sahipti ve bir metre uzunluğunda birbirine bağlı atomlar hala bir metre boyutundaydı. Zaman da eskisi gibi aynı hızda akmaya devam ediyordu.
Ancak bu nesnelerden gelen ışık gözlerimize ulaştığında, genişleyen evrende çok uzun bir süre yol almış oluyordu. Gördüğümüz ışık artık nesnelerin uzun zaman önce yaydığı ışıkla aynı değildir. Evren genişledikçe, sadece uzayın dokusu değil, aynı zamanda içinden geçen sinyaller de belirli bir şekilde ‘esner’. Bu, ışık, yerçekimi dalgaları ve hatta daha büyük kütleli parçacıklar gibi uzayda seyahat eden herhangi bir enerji kuantumundan gelen sinyalleri içermelidir.
Genişleyen evren tarafından ‘gerilmiş’ olanlar.
Birçok açıdan gördüğümüz sinyaller artık uzun zaman önce uzak evrende yayılanlarla aynı değildir. Genişleyen evrenin gözlemcinin nihai olarak gördüklerini etkilediği bir dizi yol vardır.
Işık kaynağı ve gözlemci göreceli hareket halindeyken görülen Doppler kaymasının yanı sıra, evrenin genişlemesinden kaynaklanan kozmolojik bir kırmızıya kayma da vardır. Işık yayılırken belirli bir dalga boyuna sahiptir. Ancak, evrende ilerlerken
Evrenin İlk Zamanlarında Zaman Daha mı Yavaş Akıyordu?
Ya yerçekimsel potansiyel kuyusunun derinliklerine batabilir ve daha enerjik ve maviye kaymış hale gelebilir ya da yerçekimsel potansiyel kuyusunu terk edebilir ve daha az enerjik ve kırmızıya kaymış hale gelebilir.
Işık, ışığı yayan ışık kaynağına doğru hareket eden bir kişi tarafından gözlemlendiğinde daha enerjik ve maviye kaymış görünebilir veya ışık kaynağından uzaklaşan bir kişi tarafından gözlemlendiğinde daha az enerjik ve kırmızıya kaymış görünebilir.
Bu ışık, daralan bir evren tarafından maviye ya da genişleyen bir evren tarafından kırmızıya kaydırılmış olabilir.
Evrenimizin genişlediği doğrulanmıştır, bu nedenle evren genişledikçe ışık kırmızıya kayacaktır, yani daha uzun dalga boyuna ve daha düşük enerjiye doğru kayacaktır. Dahası, ışık radyatörden gözlemciye doğru uzayda yayılırken evren kümülatif olarak ne kadar genişlerse, gözlemlenen kırmızıya kaymanın büyüklüğü de o kadar artar.
Bu sadece ışık için geçerli değildir. Birleşen kara deliklerden yıldızların yörüngesindeki gezegenlere ve başka bir kütle tarafından bükülen uzaya yakın seyahat eden kütlelere kadar tüm kaynaklardan yayılan kütleçekim dalgaları da evren genişledikçe kırmızıya kayar ve daha uzun dalga boylarına gerilir.
Yüklü ya da nötr olsun, büyük kütleli parçacıklar da evren genişledikçe kinetik enerji kaybederler. Bir parçacığın ne kadar enerji kullandığına dair aynı tahmin, genişlemeyi parçacıkların göreceli hızını etkiliyormuş gibi ele alarak ya da dalga boylarının da genişleyen evren tarafından kırmızıya kaydırıldığına dikkat çekerek, hareketli bir parçacığın dalgalarının ve parçacıklarının ikili doğasını hesaba katarak elde edilebilir. Nereden bakarsanız bakın, genişleyen bir evrende yayılan dalgaların dalga boyları, uzayın dokusu genişledikçe gerilir ve bu dalgalar yayılırken evren ne kadar genişlerse, bu etki o kadar büyük olur.
Eğer bu sinyaller kırmızıya kayıyorsa, sinyallere ne oluyor?
Eğer bu sinyaller kırmızıya kayıyorsa, onlara ne oluyor?
Fiziksel olarak, sanki sinyaller ‘geriliyor’ gibidir. Her ışık kuantumunun belirli bir dalga boyu vardır ve geçen her saniye için o dalga boyunda belirli sayıda mükemmel dalga yayılır.
Evrenin boyutu iki katına çıktıkça, bu dalgaların birbirini izleyen ‘tepe noktaları’ ya da ‘vadileri’ arasındaki mesafe de iki katına çıkar. Bu, gözlemlediğimiz her bir ışık kuantumunun dalga boyunun orijinal dalga boyuyla aynı miktarda gerildiği ‘z=1 kırmızıya kayma’ durumundaki bir nesne olarak gözlemlediğimiz şeye karşılık gelir.
Bu ışığı yayan ışık kaynağı her saniye içinden geçen 600.000.000.000.000 (600 trilyon) dalga boyunda ışık görürken (500 nanometre dalga boyundaki ışık için), bu ışığın gözlemcisi her saniye içinden geçen dalga boylarının sadece yarısını (300 trilyon) görecektir. Aslında ışığın dalga boyu daha uzundur (1000 nanometre), ancak bir saniyede yayılan aynı bilginin gözlemciye ulaşması iki saniye sürer.
Başka bir deyişle, genişleyen evren kozmolojik bir kırmızıya kaymaya neden olur, bu da sadece yayılan sinyalin dalga boyunu “uzatmakla” kalmaz, aynı zamanda kozmolojik bir zaman genişlemesine de neden olur, yani yayılan sinyalin zamanı “gerilir”. Bu da çok uzaktaki bir nesneye baktığımızda onu ‘gerçek zamanda’ değil, bu kozmolojik zaman genişlemesi nedeniyle yavaş hareket halinde gözlemlediğimiz anlamına gelir. Formül çok basittir: bir sinyalin kırmızıya kaymasına neden olan aynı ‘katsayı’, sinyali gördüğümüzde yavaşlamış gibi görünmesine neden olan ‘katsayı’dır.
Evrenin ilk zamanlarında saatler daha yavaş çalışmıyordu. Bunun yerine doğru olan, gözlemlediğimiz sinyallerin genişleyen evren tarafından zaman içinde ‘gerilmiş’ gibi görünmesidir.
Işık eğrileriyle ölçülen uzak süpernovalarda bu, ilk patlamadan en yüksek parlaklıklarına yükselmeleri ve sonra tekrar düşüp kaybolmaları için geçen süre ile gösterilir. Bu durum, daha uzak kara deliklerin birleşmesinden kaynaklanan ve evren genişledikçe dalga sürelerini ‘uzatan’ kütleçekim dalgalarında da görülür.
Ayrıca, bu olgu kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun göstergesi olan sıcaklık dalgalanmalarında da görülebilir. Bu dalgalanmanın zamana göre değişmesi gerekir, ancak bu dalgalanma zamanla 1000 kattan daha fazla “gerilir”.
Yeni ‘kuasartik’ bulguları bize ne söylüyor?
3 Temmuz 2023’te bilim insanları Geraint Lewis ve Brendon Brewer Nature Astronomy’de, kuasar ‘tik-tak’larında kırmızıya kayma nedeniyle zaman genişlemesi tespit ettiklerini iddia eden bir makale yayınladılar. Kuasarlar milisaniye pulsarları kadar iyi kozmik saatler olmasalar da, yeterince büyük bir kuasar örneği verildiğinde kırmızıya kayma kaynaklı sinyal değişikliklerini tespit etmek için yeterince iyidirler.
Bu tür sinyallerin görünmez olduğunu iddia eden ve kuasarların genişleyen bir evrendeki kozmik nesneler olduğu yorumuna şüphe düşüren önceki çalışmaların aksine, bu çalışma kuasarların gerçekten de bu kozmik zaman genişlemesini sergilediğini ve böylece önceki iddiaları tersine çevirdiğini göstermektedir. Başka bir deyişle, bu çalışmanın bize söylediği şeylerden biri, kuasarların gerçekten kozmik nesneler olduğu ve gerçekten de diğer nesnelerle aynı kozmik zaman genişlemesini sergiledikleridir.
Bununla birlikte, kuasarları tek bir süpernova gözlemlediğimiz maksimum mesafenin ötesinde gözlemleyebildiğimiz için, bu aynı zamanda herhangi bir nesne için gözlemlenen kozmolojik zaman genişlemesi kozmolojik mesafesi için yeni bir rekor oluşturmaktadır.
Ne yazık ki, bu çalışmayı okuyan pek çok kişi tamamen yanlış bir mesaj aldı. Onlar (yanlış bir şekilde) evrenin erken dönemlerinde zamanın bugünkünden daha yavaş aktığına inandılar. Bu doğru değildir. Evrenin tarihi boyunca zaman her zaman aynı hızda akmıştır (ve akmaktadır), ancak evren genişledikçe, yaratılan sinyaller ‘gerilir’. Bu ‘esneme’ sadece dalga boyu ve (kinetik) enerjide değil, zamanda da meydana gelir.
Evrenin İlk Zamanlarında Zaman Daha mı Yavaş Akıyordu?
Zaman genişlemesinin üç durumda geçerli olduğu gösterilmiştir.
1. İki nesne birbirini yüksek hızda geçtiğinde, her saat diğer saatin uzadığını görür.
2. İki nesne farklı yerçekimi alanlarında olduğunda, daha derin olan yerçekimi alanı zamanın akışını daha sığ olandan daha fazla yavaşlatır, bu da Dünya üzerinde dururken başın ayaklardan daha hızlı yaşlanmasına neden olur.
3.Ayrıca, kozmolojik bir bakış açısından, yerel bir gözlemci uzak evrendeki bir nesneden yayılan bir sinyal gördüğünde, evrenin genişlemesi bu sinyalin dalga boyunu ve onu gözlemlememiz için gereken süreyi arttırır.
Bu, uzak kuasarlardan gelen sinyali uzatan zaman genişlemesidir, başka bir şey değil. Ancak evrenin herhangi bir yerindeki gözlemciler için zamanın kendisi her zaman aynı hızda akar: şimdi ve sonra.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: Evrenin İlk Zamanlarında Zaman Daha mı Yavaş Akıyordu?
James Webb Teleskobu, Evren’in İlk Işıklarını İnceleyerek Büyük Keşiflere Yol Açıyor