Evren düz! Evet evet düz! Öyle düz dünya gibi binlerce yıllık antik düşüncelerden de bahsetmiyorum. Bugün bilim insanları, evrenin düz olduğunu biliyor. Nasıl mı?
İşte böyle. Bu masanın üzeri gibi düz. Burada bir galaksi, içinde de şurada bir güneş sistemi, belki şurada ufak mutlu bir gezegencik de vardır… 🙂 E her şey bir düzlükteyse, o zaman masanın üzerinde, havada ne var? Ya da masanın altında? Sonuçta evren üç boyutlu değil mi? Orada da tatlı, mutlu bir yıldız sistemi olabilir, belki o da şöyle bir galaksinin içerisindedir… Dalga geçiyorum sanabilirsiniz ama geçmiyorum. Evren gerçekten düz, ama sandığınız gibi değil.
Kozmologlar uzun yıllardır teleskoplarıyla evrendeki galaksileri izliyorlar. Onların uzaklıklarını, birbirlerine olan yakınlıklarını, nasıl gruplandıklarını araştırıyorlar. Fakat evren çok büyük bir yer. Onun büyüklüğünü tam olarak anlamanın pek mümkün olduğunu düşünmüyorum açıkçası. Baksanıza daha dünyanın ne kadar büyük olduğunu bile anlayamıyoruz. Kendimizi çok büyük bir şey sanıyoruz. Biz değiliz belki ama, evren hakikaten çok büyük. Güneş sisteminin henüz dışına bile çıkmadan, koskoca Dünya gözden kayboluyor. Soluk mavi bir nokta, galaksinin içerisinde kaybolup gidiyor. Sadece içerisinde yer aldığımız Samanyolu galaksisinde yüz milyarca yıldız var. Bakın bin değil, milyon değil, milyar değil. 100 milyar. Gökyüzüne baktığımızda gördüğümüz onca yıldız, Samanyolu’nun sadece şu kadarcık bir kısmına ait. Geri kalanları gözlerimizle göremiyoruz bile. Onları ancak teleskoplarla izleyebiliyoruz.
Bu büyüklüğü hayal etmek için ben şöyle düşünmeyi seviyorum. Eğer her saniye bir yıldızı sayacak olsaydınız, Samanyolu’ndaki tüm yıldızları saymanız 3000 yıl sürerdi. O kadar yaşayamayacağımıza göre yaşadığımız süreye indirgemeye çalışalım. Tek işimiz yıldız saymak olsa, günde 8 saat mesai yapıp, aralıksız çalışsak ve her saniye 1 değil 100 yıldız saysak bile yine de ömrümüz yetmezdi, hepsini saymaya. İşte bu öylesine bir büyüklük. Fakat evrendeki tüm yıldızlar bile değil, sadece bizim galaksimizdeki yıldızları saymaya ömrümüz yetmiyor. Samanyolu evren için sadece bir başlangıç. Evrende onun gibi en az 2 trilyon daha galaksi olduğu tahmin ediliyor. Bu noktada bende kayışlar kopuyor açıkçası 🙂 Bunu zihnimizde idrak edemiyoruz belki ama çok olduğunu anlıyoruz. Fakat evreni anlamak, galaksilerin dağılımını ve yapısını anlamaktan geçiyor. Çünkü bu 2 trilyon, öylesine rastgele dağılmış değil. Ne kadar çok oldukları, dağılımları bize bir şeyler anlatıyor.
Bu yüzden kozmologlar uzun yıllardır evrenin geometrisini anlamaya çalışıyor. Çünkü düşünsenize… Bir boşluğun içerisinde dağılmış bir sürü şey var. O boşluğun ne olduğunu da bilmiyoruz, bomboş bir şey. Adına uzay-zaman demişiz. Ne elle tutuluyor, ne dokunuluyor, ne de görünüyor. Boşluk dediğimiz şey bu. Sadece maddenin onun içerisinde yer aldığını ve maddenin onu büktüğünü biliyoruz. Sınırı nerede ya da bir sınırı var mı? Küreye mi benziyor, masaya mı, yoksa Pringles’a mı? 🙂 Öylesine seçmedim bu örneği, bir ara ciddi anlamda böyle patates cipsi gibi olabileceğini düşünüyorduk. Bunun nasıl mümkün olduğuna da geleceğim.
Öncelikle şunu açıklığa kavuşturmamız lazım. Evrenin geometrisiyle, aslında şeklini kast etmiyoruz. Yani bütün galaksilere dışarıdan bakabilseydik, nasıl bir görüntü oluşurdu sorusunun cevabı değil bu. Evrenin geometrisi daha başka bir şey. Uzak iki galaksi arasındaki yol gibi düşünün bunu. Hani göremediğimiz o uzay-zamanı görebilmek gibi…
İşte masayı tam olarak da bu yüzden gösterdim. Mesela şu galaksiden bu galaksiye ışık gidecek olsaydı, nasıl giderdi? Çok bariz bir cevap dümdüz gitmesi 🙂 Ama aradaki uzay-zamanı göremiyoruz ki. Eğer ışık kütleçekimsel bir alanın etrafından geçiyorsa, o yolu takip ediyor. Yani bizim deyişimizle “düz” gitmiyor. Ama bunlar büyük kütleli cisimlerin etrafında olan durumlar. Evrenin genel durumu nedir? Yani bu galaksiler arasındaki yollar hep düz mü? Yoksa ışık farklı şekillerde mi hareket ediyor?
İşte bu soru kozmologların kafasını uzun süre zorladı. Çünkü bu galaksinin size olan uzaklığını ölçmek istiyorsanız, ışığın oradan nasıl bir yoldan geldiğini de hesaba katmalısınız. Eğer ışık dümdüz geliyorsa, yani olası en kısa yolu kat ederek bize ulaşıyorsa, bu durumda evren düz olmalı. Tıpkı bu masanın üzeri gibi. Ama üç boyutta. Yani buradaki bir galaksiden de şuraya düz bir çizgi çizebilirim. İyi ama bu bariz görünen durumdan nasıl emin olacağız? Eğer madde, uzay-zamanı büküyorsa, evren de bükülmüş olabilir. O yüzden bunu bilmek önemli.
Ama ondan önce, eğer evren düz değilse nasıl bir geometriye sahip olabilir ki? Yani insanın aklına doğrudan bir şey gelmiyor. Evet Pringles… Yani aslında hiperbolik bir geometriyi temsil ediyor bu. Tıpkı masa örneğinde olduğu gibi, bu da üç boyutlu geometriyi anlatmak için iki boyutlu bir temsil. Üçüncü alternatif de bu. Küre yani. Ama sakın karıştırmayın, şeklini kast etmiyorum. Yine yüzeyindeki geometrinin davranışını ifade ediyorum. Gelin daha farklı bir şekilde izah edeyim.
Düz bir geometride birbirine paralel iki çizgi çizin. Eğer bunları alıp sonsuza kadar uzatacak olursanız… Bunlar sürekli paralel kalmaya devam ederler. Fakat kürenin yüzeyine bakın. Ekvatordan geçen meridyenleri düşünün. Bunlar ekvatorda birbirlerine paralel olmalarına rağmen, kutuplara doğru gittikçe birleşiyorlar. Birbirlerine yakınsıyorlar, ya da birbirleri üzerine kapanıyorlar da diyebiliriz. Bu yüzden buna kapalı geometri diyoruz. Eğer böyle bir geometride elinize lazer alıp karşıya doğru tutacak olsaydınız, o lazer gelip kafanızın arkasına çarpardı. Tıpkı küresel olan Dünya’da bir uçakla sürekli düz bir şekilde ilerlemek gibi. Bir noktadan sonra aynı noktaya geri dönmeniz gerekir.
Öte yandan Pringles… Yani hiperbolik geometride… Bu arada Pringles bu videonun sponsoru falan değil tabii ki 🙂 Hakikaten şekli hiperbolik geometriyi güzel temsil ettiği için hep bu örnek verilir. Burada birbirine paralel çizeceğiniz iki çizgiyi uzatacak olursanız birbirlerinden ıraksarlar. Bir başka deyişle araları açılır. O yüzden de buna açık geometri diyoruz. Kapalı, düz ve açık. Evrenin geometrisi için olası üç seçenek bunlar…
E iyi ama, evrende böyle birbirine paralel çıkan ışınların yolunu izleme şansımız yok. Işık bize ulaşınca da yoldaki tüm serüvenini anlatmıyor. Bu durumda evrenin geometrisini nasıl bilebiliriz ki?
Hatırlayın. Madde uzay-zamana nasıl büküleceğini söyler. Her madde, uzay-zamanı belirli bir miktarda büküyor. Bunlar yerel etkiler de olsa, hepsi bir araya gelince evren üzerinde bir etkiye sahip. Eğer evrende çok fazla madde olursa, evren çok fazla bükülüyor ve kendi üzerine kapanıyor. Eğer çok az madde olursa da açık bir geometrisi oluyor. İşte arada bir yerde, tam olarak belirli bir miktarda maddeye sahipse de düz bir geometriye sahip oluyor. Dolayısıyla evrenin geometrisini belirleyen şey, aslında evrendeki madde yoğunluğu. Eğer evrendeki madde yoğunluğu kritik madde yoğunluğuna eşitse, eğrilik parametresi k=0 oluyor. Yani k=0 durumunda evren düz, k<0 ise evren açık k>0 ise de evren kapalı.
Bunu ölçebilmek için de daha önce de anlattığım kozmik mikrodalga ışımasından (CMBR) faydalanıyoruz. Bu, evrenin yaklaşık 380 bin yıl yaşındaki zamanından arta kalan ışınım. Yani bebekliğinden kalan… Evrenin her yönünden geliyor. Ve bunu her yerden ölçüp haritalandırdığımızda CMB haritasını elde ediyoruz. Buradaki mavi ve kırmızılıklar nispeten soğuk ve sıcak bölgeleri gösteriyor. Yani evren tamamen aynı sıcaklık dağılımına sahip değil. İşte bu kırmızı ve mavi noktaların büyüklükleri, dağılımları bize evrenin kaderi hakkında çok şey anlatıyor. Anlattığı o şeylerden biri de madde yoğunluğu. Eğer madde yoğunluğu daha farklı olsaydı, CMB haritasının nasıl görünmesi gerektiğini biliyoruz. Bilin bakalım, buradan ölçüm yaptığımız evrenin geometrisini ne buluyoruz? Yaklaşık olarak 0. Yaklaşık diyorum çünkü bu bir ölçüm ve her ölçümün bir hata payı var. Bu ölçüm de bize onun 0.01’den daha büyük olmadığını gösterek, sıfıra çok yakın bir değerlerde olması gerektiğini söylüyor. İşte bu harita, bize evrenin düz olduğunu gösteriyor.
Ama k=0 demek çok spesifik bir değer. k=0.1 olsa bambaşka bir durum var, hatta k=0.01 olsa bile öyle. Yani evrende biraz fazla ya da biraz az madde olsa geometrisi bambaşka olacak. Böyle düşününce önceden kozmologların neden evrenin geometrisine bu kadar taktığını anlayabilirsiniz. Ama esas kaos düz olduğunu keşfetmemizle başlıyor. Ondan önce diğer iki alternatif de ciddi anlamda düşünülüyor. Çünkü geometri aynı zamanda evrenin kaderini de ilgilendiriyor.
Neden evren özellikle bu değere sahip? Sanki bir şeyler bunu özellikle ayarlamış gibi… Bu yüzden buna hassas ayar problemi ya da düzlük problemi deniyor. Büyük patlama teorisinin problemlerinden biri işte bu düzlük problemi. Kimisi ise bunu bir problem olarak görmüyor. Çünkü zaten herhangi bir değer olacaktı. k=0 olması tesadüfen bile olsa diğer seçenekler kadar mümkündür diyorlar. Ama kimisi de bunun özel bir durum olduğunu düşünüyor. Çünkü mesele sadece evrenin ölçtüğümüz yoğunluğunun kritik yoğunluğa çok yakın olması değil. Bugünlerde bu değerde olabilmesi için, geçmişte çok çok daha hassas bir şekilde bu iki değer birbirine yakın olmalıydı. Nasıl olur da evren tam olarak olması gerektiği miktarda bir yoğunluğa sahip olabilir? İşte bu yüzden Büyük Patlama modelinin açık problemlerinden biri de bu düzlük problemi idi. Şu anda Büyük Patlama yerine kabul ettiğimiz Kozmik Enflasyon Teorisi de bu probleme bir çözüm getirme amacıyla geliştirildi. Anlıyoruz ki evrenin başında aniden gerçekleşen bir ivmelenme, bir enflasyon olursa, bu sorunu sorun olmaktan çıkarıyor. Ama yine de bilim dünyasında bunun hala hararetle tartışıldığını duyabilirsiniz.
İşte evrenin geometrisi o yüzden bu kadar önemli. Çünkü onu nasıl gördüğümüz, onun geçmişi ve geleceği hakkında bize hikayesini anlatıyor. Basit görünen bir sıcaklık dağılımı haritasından, neler neler çıkarıyoruz. Hiç göremediğimiz o uzay-zamanda ışığın milyarlarca ışık yılı ötede nasıl bir yoldan geldiğini bile anlayabiliyoruz. Milyarlarca yıl önce daha Dünya, Güneş sistemi bile yokken neler olduğunu… Ve bizden milyarlarca yıl sonra da neler olacağını. Evren çok büyük, ama bizler hakikaten çok küçüğüz.