Sonsuza Kadar Düz Bir Çizgide Seyahat Etseydiniz Ne Olurdu?
Evren sonlu mu yoksa sonsuz mu? Sonsuza kadar devam eder mi yoksa kendi etrafında mı döner? İşte sonsuza kadar seyahat ederseniz olacaklar.
Evren uçsuz bucaksız, harikulade ve tuhaf bir yerdir. İçinde bulunduğumuz perspektiften her yöne doğru yaklaşık 46 milyar ışık yılı uzağı görebiliyoruz. Baktığımız her yerde yıldızlar ve galaksilerle dolu bir Evren görüyoruz, ancak bunların hepsi benzersiz mi? Bir yönde yeterince uzağa bakıp bir galaksi gördüğünüzde, aynı galaksiyi farklı bir perspektiften ters yönde de görmeniz mümkün olabilir mi? Evren aslında kendi etrafında dönüyor olabilir mi? Eğer düz bir çizgide yeterince uzağa seyahat ederseniz, tıpkı Dünya yüzeyinde herhangi bir yönde yeterince uzun süre seyahat ettiğinizde olduğu gibi, sonunda başlangıç noktanıza geri döner miydiniz? Yoksa bir şey sizi durdurur muydu?
Bu, üzerinde düşünülmesi gereken büyüleyici bir soru ve Bill Powers bu soruyu sorarak araştırmamızı istiyor:
“Uzay ve zaman benim için akıl almaz. Sanki düz bir çizgide seyahat etseniz sonsuza kadar gidebilirmişsiniz gibi geliyor. Sizi ne durdurabilir ki? Bir duvar mı? [Ve eğer öyleyse,] duvarın diğer tarafında ne var?”
Kulağa saçma gelse de, cevap her ikisi de. Sonsuza kadar seyahat edebilirsiniz ve ayrıca bir şey sizi durduracaktır. Anahtar, genişleyen Evren’i anlamakta yatıyor ki bu da en akıl almaz kavramlardan biri.
Evrenimizin biraz kozmik üç boyutlu bir asteroit oyununa benzediğini hayal edebilirsiniz; Evrenin bir tarafından çıkıp diğer tarafında yeniden belirebilirsiniz. Eğer Evren yeterince yavaş genişliyorsa ve/veya yeterince hızlı ve uzun süre seyahat edebiliyorsak, sonunda başlangıç noktamıza geri dönebiliriz ve hiçbir şey bizi rotamızı belirlediğimiz herhangi bir hedefe ulaşmaktan alıkoyamaz. (Kredi: NASA, ESA ve E. Hallman (Colorado Üniversitesi, Boulder)
Evrene baktığımızda, nesneleri şu anda var oldukları halleriyle görmüyoruz. Bizim bakış açımıza göre Büyük Patlama’dan bu yana 13,8 milyar yıl geçti, ancak gördüğümüz diğer her şey bundan daha genç.
Peki neden böyle?
Büyük Patlama her yerde aynı anda meydana geldi ve eğer biz Evren’de başka bir yerde olsaydık, aynı 13,8 milyar yıl geçmiş olacaktı. Ancak bu konumdan Dünya gezegenine bakacak olursak, Dünya’yı bugünkü haliyle görmediğimizi hesaba katmamız gerekir. Bunun yerine, Dünya’yı şu anda gelen ışığın ondan yayıldığı zamanki haliyle görürdük. Dünya’nın geçmişini göreceğiz.
Eğer Ay’da olsaydık, bu ışık ~1.3 saniye yaşında olurdu. Alpha Centauri’nin yörüngesindeki bir gezegende olsaydık, bu ışık 4,3 yıl yaşında olurdu. Andromeda galaksisinde olsaydık, bu ışık 2,5 milyon yıl yaşında olurdu.
Bu resimde gösterilen galaksilerin hepsi Yerel Grup’un ötesinde yer almaktadır ve bu nedenle bizden kütleçekimsel olarak bağımsızdırlar. Sonuç olarak, Evren genişledikçe, onlardan gelen ışık daha uzun, daha kırmızı dalga boylarına doğru kayar ve bu nesneler, ışık yılı cinsinden, ışığın onlardan gözlerimize ulaşması için geçen yıl sayısından daha uzakta olurlar. Genişleme durmaksızın devam ettikçe, giderek daha da uzaklaşacaklardır. (Kredi: ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Teşekkür: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Enstitüsü).
Uzaktaki bir nesneye kendi perspektifimizden baktığımızda da aynı prensip geçerlidir: bu nesneleri, şu anda gelen ışığın yayıldığı zamanki halleriyle görürüz. Ancak, Yerel Grubumuzdaki uydulardan, gezegenlerden, yıldızlardan ve galaksilerden daha uzağa bakarsak, oyunda ek bir faktör vardır: ışığın seyahat ettiği uzay genişlemektedir.
20. yüzyılda Evren’in genişlediğinin keşfedilmesi, kozmos anlayışımızdaki en büyük devrimlerden biriydi. Uzak bir galaksi ne kadar uzaksa – bizim galaksimize kütleçekimsel olarak bağlı olmadığını varsayarsak – ışığı o kadar fazla kırmızıya kayar ya da daha uzun dalga boylarına gerilir.
Evrende genellikle kırmızıya kaymaya neden olabilecek üç şey vardır:
Bir kaynak ve gözlemci birbirinden nispeten uzaklaştığında,
yayılan ışığın büyük bir kütleçekimsel potansiyel kuyusundan çıkması gerektiğinde,
ya da ışığın yolculuğu sırasında iki nesne arasındaki boşluk genişlediğinde.
İlk iki etki kısa mesafelerde önemli olabilse de, en büyük kozmik ölçeklerde yalnızca Evrenin genişlemesi önemlidir.
Yeterli zaman verildiğinde, uzaktaki bir nesne tarafından yayılan ışık, genişleyen bir evrende bile gözlerimize ulaşacaktır. Evrenin genişlemesiyle sadece fotonların dalga boyu değil, aynı zamanda madde parçacıklarının de Broglie dalga boyu da gerilir. Işığın Evren’de geçirdiği süre arttıkça, dalga boyu kozmik genişleme nedeniyle daha fazla gerilir. (Kredi: Larry McNish/RASC Calgary)
Evrenin genişlemekte olduğu gerçeği, özellikle kozmik bir perspektiften bakıldığında, bir dizi nedenden ötürü önemlidir. Kozmik tarihimizi ve daha sıcak, daha yoğun, daha tekdüze, daha hızlı genişleyen bir durumdan ortaya çıkışımızı çıkarmamızı sağlar. Genişleme oranının zaman içinde nasıl değiştiğini ölçebilirsek, Evreni oluşturan çeşitli enerji türleri ve oranları hakkında çıkarım yapmamızı sağlar.
Ve eğer Evren’in hem nasıl genişlediğini hem de içinde ne olduğunu bilebilirsek, uzak gelecekte nasıl genişleyeceğini ve nihai kozmik kaderimizin ne olacağını tahmin edebiliriz.
“Evet, evet, tamam,” diye homurdandığınızı duyar gibiyim. “Peki ama bunun Evren’de sonsuza kadar düz bir çizgi üzerinde seyahat etseydiniz başınıza ne geleceği sorusuyla ne ilgisi var?”
Oraya varmaya neredeyse hazırız, ama önce, genişlemeyen, aksine durağan ve değişmeyen bir Evrende sonsuza kadar düz bir çizgide seyahat etseydiniz seçeneklerinizin ne olacağını düşünmenizi istiyorum.
Bir üçgenin açıları, mevcut uzaysal eğriliğe bağlı olarak farklı miktarlarda toplanır. Pozitif eğri (üstte), negatif eğri (ortada) veya düz (altta) bir evrende üçgenin iç açılarının toplamı sırasıyla 180 dereceden fazla, az veya tam olarak eşit olacaktır. Pozitif eğriliğe sahip bir yüzeyin (üstte) nasıl sonlu olabileceğini ve kendi etrafında nasıl dönebileceğini görselleştirmek kolay olsa da, pozitif eğriliğe sahip olmayan yüzeyler de sonlu olabilir. (Kredi: NASA/WMAP Bilim Ekibi)
Statik, değişmeyen bir Evren söz konusu olduğunda, her şey matematiksel olarak Evren’in topolojisi olarak bildiğimiz şeye bağlı olacaktır. Einstein’ın Genel Göreliliğinin getirdiği büyük devrimlerden biri, uzayın kendisinin düz çizgilerden oluşan katı, mutlak, üç boyutlu bir ızgara ile basitçe tanımlanamayacağının farkına varılmasıydı. Bunun yerine uzayın kendisi, madde ve enerjinin varlığı (ya da yokluğu) nedeniyle zorunlu olarak kavislidir. Büyük, aşırı yoğun bir madde ve/veya enerji topluluğuna sahip olduğunuz yerde, daha fazla miktarda (pozitif) uzaysal eğriliğe sahip olursunuz ve ortalamanın altında veya hatta negatif bir miktarın olduğu her yerde, negatif eğrilik elde edersiniz.
Genel Görelilikte, içinde yaşadığınız uzayzamanın küresel bir yapısı da olabilir. Uzayzamanınız (yüksek boyutlu) bir küre gibi pozitif eğri olabilir; (yüksek boyutlu) bir eyer gibi negatif eğri olabilir; ya da en büyük, genel ölçeklerde ne pozitif ne de negatif eğriliğin olmadığı düz olabilir.
Pozitif kavisli bir uzayın nasıl sonlu ve kapalı olabileceğini görmek kolay olsa da, düz bir uzayın da sonlu ve kapalı olabileceğini fark etmek biraz daha az sezgiseldir, ancak durum da budur. Anlamak için, uzun, düz bir silindir hayal edin ve sonra bu silindiri iki ucu birleşene kadar çörek benzeri bir şekle bükün. Torus olarak bilinen bu şekil hem uzaysal olarak düz hem de sonlu ve kapalıdır.
Torusun bu geometrik yapısı, üzerinde ne pozitif ne de negatif eğrilik bulunan, ancak yine de sonlu bir genişliğe sahip, uzamsal olarak düz bir yüzeye örnektir. Eğer uzayınız torus benzeri bir yapıya sahipse, sonsuza kadar düz bir çizgide seyahat etseniz bile sonunda başlangıç noktanıza geri dönebilirsiniz. (Kredi: Bryan Brandenburg/Wikimedia Commons)
Eğer Evren genişlemiyor olsaydı, sadece iki olasılık hayal edebilirdiniz.
Evren, eğriliğinden bağımsız olarak sonlu ve kapalı olabilirdi. Eğer bir yönde yeterince uzağa seyahat ederseniz, ki bu sadece bir yönde yeterince uzun süre seyahat etmek anlamına gelir, sonunda başlangıç noktanıza geri dönersiniz. Uzayın kendisi bir Möbius şeridi ya da Klein şişesi gibi topolojik olarak garip olsa bile, basitçe devam edebilirsiniz ve sonunda yolculuğunuzun başladığı yere geri dönersiniz.
Ya da Evren, eğriliğinden bağımsız olarak yine sonsuz ve açık olabilir. Herhangi bir yönde ne kadar uzağa giderseniz gidin ya da bu yolculukta ne kadar zaman harcarsanız harcayın, her zaman daha önce hiç karşılaşmadığınız “yeni bir alanla” karşılaştığınızı görürdünüz. Sizi durduracak hiçbir şey olmadığı gibi, başladığınız yere geri dönmenizi sağlayacak, geri dönüp yolculuğunuzu tersine çevirmekten başka bir şey de olmazdı.
Evrene bildiğimiz her şekilde baktığımızda – içindeki galaksilere, haritalayabildiğimiz gaz ve plazmaya, yıldızlar, moleküller ve hatta Büyük Patlama’nın kendisi tarafından yayılan radyasyona – Evrenin gözlemleyebildiğimiz ölçeklerde sonlu olabileceğine dair kanıt bulmayı umarak tekrar eden kalıplar aradık.
Evrende gözlemlenebilen en eski ışık olan kozmik mikrodalga arka planının en kapsamlı görünümü, bize sıcak Büyük Patlama’nın başlangıcından sadece 380.000 yıl sonra kozmosun nasıl olduğuna dair bir enstantane göstermektedir. Tekrar eden yapıların ve birbiriyle özdeşleştirilebilecek bölgelerin bulunmaması, Evren’in tekrar eden yapılarının ya da sonlu doğasının boyutunu modern kozmik ufkun boyutundan daha büyük olacak şekilde kısıtlamaktadır. (Kredi: ESA/Planck İşbirliği)
Ama böyle bir şans yok. Aslında, tüm Evren boyunca, tekrar eden hiçbir yapı olmadığını, bir yönde gördüğümüz nesnelerin başka bir yöndeki nesnelerle eşleştiği hiçbir konum olmadığını ve en eski ışıkta bile iki farklı bölgede aynı olduğu tespit edilebilecek hiçbir desen olmadığını güvenle söyleyebildik.
Aslında, aynı astronomik kaynağın birden fazla görüntüsünü gördüğümüz tek zaman, uzayda bir yerde büyük bir yerçekimi kütlesi olduğunda ve bir arka plan kaynağından gelen ışık, hepsi de başarılı bir şekilde gözlerimize ulaşabilen birden fazla farklı yola bükülüp bozulduğunda olmuştur. Güçlü yerçekimsel merceklenme olarak bilinen bu olgu hem optik hem de bilimsel açıdan olağanüstü olsa da, gökyüzünde çok dar, yerel açılar ve bölgelerle sınırlıdır.
Uzak, arka plandaki bir galaksi, araya giren galaksi dolu küme tarafından o kadar şiddetli bir şekilde merceklenir ki, arka plandaki galaksinin önemli ölçüde farklı ışık yolculuğu sürelerine sahip üç bağımsız görüntüsü görülebilir. Teorik olarak, yerçekimsel bir mercek, böyle bir mercek olmadan görülebilecek olandan çok daha sönük olan galaksileri ortaya çıkarabilir, ancak tüm yerçekimsel mercekler gökyüzünde yalnızca çok dar bir konum aralığını kaplar ve bireysel kütle kaynakları etrafında lokalize olur. (Kredi: NASA & ESA)
Ama şimdi, durumun aynı anda hem önemli hem de rahatsız edici gerçekliğine geliyoruz: Evren durağan değil, aksine genişliyor. Bununla birlikte, sadece genişlemekle kalmıyor; madde ve enerjiyle dolu olduğu için, genişlerken kütle çekimi de yapıyor. En azından prensipte, bunun uzak geleceğimiz için ne anlama geleceğine dair birkaç olasılık hayal edebilirsiniz.
Çekim etkisi mevcut genişlemeden daha güçlü olabilir, bu da Evren’in bir süre genişleyeceği, maksimum boyuta ulaşacağı ve daha sonra yön değiştirerek daralacağı ve hatta tıpkı “Büyük Patlama” ile başladığımız gibi bir “Büyük Çöküş” ile sona erebileceği anlamına gelir.
Kütleçekim etkisi mevcut genişlemeden daha az güçlü olabilir, bu da genişleme hızı yavaşlamaya devam etse de Evren’in sonsuza kadar genişleyeceği anlamına gelir.
Çekim etkisi ve başlangıçtaki genişleme birbirini mükemmel bir şekilde dengeleyebilir, bu da genişleme hızının sıfıra asimptot olacağı, ancak asla tersine dönmeyeceği veya yeniden çökmeyeceği anlamına gelir.
20. yüzyılın büyük bölümünde kozmologlar tarafından dikkate alınan üç ana olasılık bunlardı ve Evrenin genişleme hızını ve genişleme geçmişini ölçme arayışı bu seçenekler arasında ayrım yapmak içindi.
Evrenin beklenen kaderi (en üstteki üç resim), madde ve enerjinin başlangıçtaki genişleme hızına karşı mücadele ettiği bir Evrene karşılık gelmektedir. Gözlemlenen Evrenimizde kozmik hızlanmaya, şimdiye kadar açıklanamayan bir tür karanlık enerji neden olmaktadır. İlk üç senaryoda olduğu gibi genişleme hızınız düşmeye devam ederse, sonunda her şeye yetişebilirsiniz. Ancak evreniniz karanlık enerji içeriyorsa, artık durum böyle değildir. (Credit: E. Siegel/Beyond the Galaxy)
Eğer ilk seçenek gerçekliğimizi tanımlasaydı, sonsuza kadar düz bir çizgide seyahat edemezdiniz, çünkü Evren sadece sınırlı bir süre için var olurdu, bu yüzden bir tür duvarla karşılaşırdınız: zamanda bir duvar. Bu düz çizgide seyahat ederek Evren tamamen yeniden çökmeden önce başlangıç noktanıza dönebilirsiniz, ancak potansiyel olarak sadece kısa bir süre bunun tadını çıkarabilirsiniz.
Eğer ikinci ya da üçüncü seçenek bizim gerçekliğimizi tanımlıyor olsaydı, bizden son derece hızlı bir şekilde uzaklaşan galaksiler de dahil olmak üzere, dışarıda bulunan herhangi bir galaksi ya da nesneye eninde sonunda “yetişebilirdiniz”. Zamanla, genişleme hızı düşmeye devam eder ve giderek daha uzak galaksiler önce görünür hale gelir ve sonunda aynı düz çizgide yeterince uzun süre ilerlemeye devam eden bir uzay yolcusu tarafından geçilirdi. Eğer Evren sonsuz olsaydı, eninde sonunda her şeye yetişebilirdik; eğer Evren sonlu olsaydı, eninde sonunda başlangıç noktamıza geri dönebilirdik.
Ancak – ve bu büyük bir “ancak” – bu senaryoların hiçbiri Evrenimizin gerçekte nasıl genişlediğini yeterince açıklamıyor. Gerçekte, karanlık enerjinin egemen olduğu bir Evrende yaşıyoruz: uzayın dokusuna içkin olan ve her zaman sabit bir enerji yoğunluğunu koruyan bir enerji biçimi. Uzayın kendisi genişlese bile, karanlık enerjinin yoğunluğu asla düşmez ve dolayısıyla genişleme oranı her zaman pozitif ve sonlu kalır. Bu, beklenen kaderimizi dramatik bir şekilde değiştirir ve bize yerçekimsel olarak bağlı olmayan herhangi bir galaksiye parmağınızı koyacak olsanız, bizden belirli bir mesafenin ötesine genişlediğinde, ona asla yetişemeyeceğimiz anlamına gelir. Etkili bir şekilde, ne kadar uzun süre seyahat edersek edelim ve ışık hızına ne kadar yaklaşırsak yaklaşalım, erişim alanımızdan kaybolmuş olacaktır.
The size of our visible Universe (yellow), along with the amount we can reach (magenta). The limit of the visible Universe is 46.1 billion light-years, as that’s the limit of how far away an object that emitted light that would just be reaching us today would be after expanding away from us for 13.8 billion years. However, beyond about 18 billion light-years, we can never access a galaxy even if we traveled towards it at the speed of light. (Credit: Andrew Z. Colvin and Frederic Michel, Wikimedia Commons; Annotations: E. Siegel)
Bu, oldukça üzücü bir şekilde, bize cevabımızı veriyor. Düz bir çizgide seyahat etseydiniz, zamanda sonsuza kadar yolculuk edebilirdiniz, ancak gözlemlenebilir Evren’in bile yalnızca çok küçük bir kısmına ulaşabilirdiniz. Mevcut kozmik ufkumuzun ötesindeki her şey – şu anda görebildiğimiz sınırın ötesinde – sonsuza dek ulaşma yeteneğimizin ötesindedir. Aslında bugün, 18 milyar ışık yılından daha uzakta olan her şeye zaten ulaşılamıyor. Bu da gözlemleyebildiğimiz nesnelerin sadece ~%6’sına potansiyel olarak ulaşabileceğimiz anlamına geliyor. Geçen her bir saniyede, genişleyen Evren’in bu kritik sınırın ötesine ittiği on binlerce yıldız var ve bu yıldızlar, bugün ışık hızıyla onlar için bir yolculuğa çıksak bile, “ulaşılabilir” olmaktan “ulaşılamaz” olmaya geçmelerine neden oluyor.
Evrenin şeklini, eğriliğini ve topolojisini açıklayan tüm olasılıklara rağmen, sonsuza kadar bile düz bir çizgide seyahat etmek sizi asla başlangıç noktanıza geri getiremez. Birleştirilmiş gerçekler:
Evren genişliyor,
Karanlık enerji genişlemenin hızlanmasına neden oluyor,
Büyük Patlama’dan 13.8 milyar yıl sonra,
ve Evren ~46 milyar ışık yılından daha küçük ölçeklerde tekrar etmez ve sonlu değildir,
Karanlık enerji genişlemenin hızlanmasına neden oluyor,
Büyük Patlama’dan 13.8 milyar yıl sonra,
ve Evren ~46 milyar ışık yılından daha küçük ölçeklerde tekrar etmez ve sonlu değildir,
Dünya’nın çevresini dolaştığımız gibi Evren’in çevresini de asla dolaşamayacağımızdan emin olabiliriz. Evren, çok büyük bir kozmik ölçekte, doğası gereği gerçekten sonlu olabilir. Ama öyle olsa bile, bunu asla bilemeyeceğiz. Uzayda istediğimiz kadar uzağa, istediğimiz kadar hızlı ve hayal edebildiğimiz kadar uzun süre seyahat edebilsek de, Evren’deki şeylerin çoğu zaten sonsuza kadar erişimimizin ötesindedir. Genişleyen Evren’de ne kadar uzağa seyahat edebileceğimizi sınırlayan kozmik bir ufuk var ve şu anda ~18 milyar ışık yılından daha uzaktaki nesneler için zaten etkili bir şekilde yok oldular.
Kaynak: https://bigthink.com
Derleyen: Figen Berber
Evrenin Yaşı 13,7 Milyar Değil! Yeni Araştırma Bambaşka Bir Tarih Veriyor