Başlangıcı belirsiz, sonu muğlak bir hikâye bu. Evrenin bir tarihinin var olmasının tek sebebi bizlerin onu anlatmak için burada olmasıdır.
Anahtar Çıkarımlar
- Evrenin ve onun tarihinin incelenmesi olan modern kozmoloji, teori ve gözlemin olağanüstü bir birleşimi olan büyük bir bilim başarısıdır.
- Güçlü teleskopların kullanılabilirliği Edwin Hubble’ın Samanyolumuzun dışarıdaki birçok galaksiden biri olduğunu ve galaksilerin birbirlerinden uzaklaştığını göstermesini sağladı.
- Kozmik genişlemenin keşfedilmesi, evrenin belirsiz bir başlangıcı olan ve sonu belli olmayan bir hikayesi olduğunu açıkça ortaya koymuştur.
Uzaydaki Gözlerimiz
Evrenin hikayesi elbette atalarımız Dünyaya ayak basmadan çok önce başladı. Evrenin 13,8 milyar yılını 24 saatlik tek bir zaman dilimine sıkıştırırsak, Homo sapiens 300.000 yıl önce gece yarısından yaklaşık 1,88 saniye önce geldi. Bizim öykülerimizden önce var olan evren sessizdi. Büyük Patlama’dan sonraki evrimini, ilk maddenin yıldızlara ve gezegenlere nasıl dönüştüğünü yeniden inşa edebilecek canlılar olmadan sürdürdü. Dışarıda kozmik tarihi anlatabilecek ve anlatmakla ilgilenen başka akıllı varlıklar olsa bile onlar bunu kendi yöntemleriyle yapacaklardır. Anlatacakları evrensel hikâye bizimkine benzemeyecektir.
20. yüzyılda modern kozmoloji, kuramsal matematikten çıkıp veri açısından zengin bir bilime dönüştü. Evreni anlamamızdaki bu devrim, olağanüstü teorik ve teknolojik ilerlemelerin bir birleşimini içeriyordu. Bu olağanüstü bir şey olmaktan başka bir şey değildir. Optik teleskoplarda ışığı yakalayan aynalar büyüdü. Wilson Dağı’ndaki 100 inçlik (2,54 metre) teleskoptan (Edwin Hubble’ın 1929’da Evrenin genişlemesini keşfetmek için kullandığı teleskop) 36 metrelik Güney Afrika Büyük Teleskobu gibi devasa teleskopları kullanmaya başladık. Çalıştığım üniversite olan Dartmouth’tan pek çok öğrenci şu anda orada, evreni öğreniyor ve keşfediyor.
Şili’deki Atacama çölünde bulunan Extremely Large Telescope ya da ELT gibi daha büyük dev teleskoplar da yakında çalışmaya başlayacaktır. ELT’nin 128 feet, yani yaklaşık 39 metre çapında bir aynası vardır ve bu da bu tür birçok teleskoptan yalnızca biridir. ELT, insan gözünden 100 milyon kat daha fazla ışık toplayabilecek ve 6,000 ton ağırlığında bir kubbeye sahip olabilecektir.
Yerdeki teleskoplarımızla yetinmeyerek, 1990’dan beri faaliyette olan Hubble Uzay Teleskobu gibi uydu gözlemevlerine yerleştirilmiş teleskoplar ve geçtiğimiz yıl fırlatılan olağanüstü James Webb Uzay Teleskobu ile araştırmacı bakış açımızı uzaya da taşıdık. Bu yer tabanlı ve uzay teleskoplarına, radyodan mikrodalgaya, kızılötesinden gama ışınlarına hatta kütleçekimi dalgalarına kadar insan gözüyle görünmeyen ışıkları araştıran uzay teleskoplarını da eklediğimizde, evrene bakışımız binlerce kat büyüyor.
Evren hakkında ne kadar çok şey öğrenirsek, o kadar şaşırtıcı ve büyüleyici hale geliyor. Modern yaratılış öyküsü (kozmoloji bununla ilgilidir) en basit bileşenleri olan temel parçacıklardan atomlara, yıldızlara, galaksilere, gezegenlere ve yaşama doğru karmaşıklık içinde büyüyen maddenin öyküsüdür. Her yeni keşif yeni soruları da beraberinde getirerek sonsuz bir heyecan yaratıyor. Bilim bilinmeyenle bir ilişki içinde olduğundan, evrene bakışımızı genişletirken ne bulacağımızı genellikle tahmin edemeyiz. Kozmik tarihin hikayesini anlatmaya nasıl geldiğimiz, kendi içinde basit bir hikaye değildir. A’dan B’ye düz bir çizgide ilerlemez. Sürprizlerle ve cevabı açık olmayan sorularla doludur, bazıları bilimin sınırlarını ve sınır ötesini zorlar. Belirsiz bir başlangıcı olan ve bilmediğimiz şeylerden asla emin olamayacağımız için heyecan verici bir şekilde sonu olmayan bir hikayedir.
Kozmik genişlemenin keşfedilmesi
1924 yılında Amerikalı bir gökbilimci olan Hubble, Kaliforniya’daki Wilson Dağı’nın tepesindeki teleskobuyla gökbilimciler arasında ateşli tartışmalara yol açan bir soruya yanıt aradı: Bu Samanyolu evrendeki tek galaksi mi, yoksa başka galaksiler de var mı? İnanmayacaksınız ama uzaya dağılmış çok sayıda galaksi olduğunu ancak o yıl öğrenebildik. O zamana kadar teleskoplar tarafından tespit edilen bulanık nebulaların hepsi Samanyolu’nun parçaları olarak kabul ediliyordu. Hubble, çoğunun kendi “ada evrenleri” olduğunu, kendi galaksimizin sınırları dışındaki yıldız kümeleri olduğunu gösterdi. Bu keşif sayesinde evrenin boyutu ve olanakları beklenmedik şekilde büyüdü.
Hubble 1929’da ikinci şaşırtıcı keşfini açıkladı. Galaksilerin orada öylece durmadıklarını, birbirlerinden gittikçe uzaklaştıklarını keşfetti. Üstelik Hubble, elindeki seyrek verileri ve bazı yaklaşımları kullanarak, galaksilerin uzaklıklarıyla orantılı hızlarla birbirlerinden uzaklaştıkları sonucuna da ulaştı. Bizden iki kat uzakta olan bir galaksi bizden iki kat daha hızlı uzaklaşacaktı. Bu da evrenin genişlemesi olarak bilinmeye başladı. O andan itibaren evren bir tarih kazanmış oldu. Sadece uzayda değil, zamanda da var olan bir varlık haline geldi. Eğer galaksiler uzaklaşıyorsa, bu geçmişte daha yakın oldukları anlamına geliyordu. Bu görüntüyü sonuna kadar götürürsek, çok eskiden hepsinin uzayın çok küçük bir bölgesine sıkışmış olduğu bir zaman vardı. Tahminlere göre bu zaman kozmik tarihin başlangıcıydı, daha sonra Büyük Patlama olarak bilinen ve bilimsel mantığın bulanıklaştığı zaman anıydı.
Kendi kozmolojik yasasını oluşturan Hubble
Evrenin genişlediği sonucuna varmak için Hubble’ın iki veriye ihtiyacı vardı: yakın galaksilere olan uzaklık ve onların uzaklaşma hızı. Her ikisini de elde etmek gözlem gücünün sınırlarını zorluyordu. Mesafeyi elde etmek için Hubble önce galaksilerde bulunan ve Cepheid değişkenleri olarak bilinen özel yıldız türlerini bulmaya çalıştı. Bunlar periyodik olarak titreşen, çapları ve sıcaklıkları değişen yıldızlardır. Gökbilimciler bunlara standart mum adını verirler; son derece düzenli özelliklere sahip olan ve bu nedenle mesafeleri hesaplamak için kullanılabilen cisimlerdir. Söz gelimi, aynı fenerleri açık bir alan boyunca sıralayacak olsaydınız, her bir fenerin uzaklığını ölçmek için parlaklığın uzaklığın karesiyle düştüğü olgusundan hareket edebilirdiniz. Hubble farklı galaksilerdeki birkaç Cepheid’i bu galaksilere olan uzaklığı hesaplamak için kullandı. Daha uzaktaki galaksilere giderek, her birindeki en parlak yıldızları aradı ve bunların aynı içsel parlaklığa sahip olduğunu farz etti. Hubble’ın yaklaşımı muhteşem olduğu kadar cesurca bir yaklaşımdı.
Geri çekilme hızını tahmin etmek için Hubble, çoğu insanın ses dalgalarındaki etkisinden tanıdığı Doppler etkisini kullandı. Siren ya da korna gibi bir kaynak yaklaştığında, ses perdesinin ya da frekansının yükseldiğini duyarız. Uzaklaştıklarında ise ses perdesi azalır. Dolayısıyla, ses dalgalarının frekansı kaynak yaklaştıkça artar ve uzaklaştıkça azalır. Aynı şey ışık dalgaları için de geçerlidir. Yaklaşan bir ışık kaynağı daha yüksek frekanslara, tayfın mavi ucuna doğru kayarken, uzaklaşan bir kaynak daha düşük frekanslara, kırmızıya doğru kayar. Bu astronomide kırmızıya kayma olarak bilinir. Hubble, dev komşumuz Andromeda gibi birkaç galaksinin bize yaklaşırken, büyük bir çoğunluğunun Samanyolu’ndan uzaklaştığını gözlemledi.
Mesafe ve hız sayesinde Hubble genişlemenin hızını tahmin edebildi ve bunu şimdi Hubble yasası olarak adlandırdığımız şekilde ifade etti: V = HD, burada V galaksinin uzaklaşan hızı, D mesafe ve H hızdır, bize ters zaman boyutlarını verir. (Hızın mesafe/zaman olduğunu hatırlayın.) Şimdi Hubble sabiti olarak adlandırılan H sabiti kozmolojide önemli bir sayıdır. Bunun tersi, bize evrenin yaşı hakkında bir tahminde bulunma şansı verir. H’yi ölçmek oldukça zordur ve tarih boyunca pek çok tartışmanın merkezi olmuştur, bu tartışmalar bugün de devam etmektedir ve başka bir makalenin konusudur.
Uzay, uzayıp gidiyor
Hubble, verilerini kullanarak evrenin yaşını yaklaşık 2 milyar yıl olarak tahmin etti. Bu bir sorun teşkil ediyordu, çünkü o dönemde Dünya’nın bundan daha yaşlı olduğu biliniyordu ve bir kız çocuğu annesinden daha yaşlı olamazdı. Bu sorunun çözümü ancak yıllar sonra, daha güçlü bir teleskopla bulunabilecekti. Ne var ki Hubble daha büyük bir anlatının ortaya konmasına yardımcı olmuştu. Evrenin başlangıcı geçmişte bir zamana dayanıyordu ve o zamandan beri de genişlemeye devam ediyordu.
Her ne kadar 1920’lerde kuramcılar evrenin genişlediğine dair tahminlerde bulunmuş olsalar bile pek çok kişi bunların hiçbirine inanmamayı seçti. Tartışmalar oldukça şiddetliydi. Genişlemenin ne anlama geldiği konusunda insanların kafası karışıktı (hala daha karışıktır). İnsanlar evrenin merkezini bir noktada patlayan bir bomba ve galaksileri de o noktadan uzaklaşan şarapnel parçaları olarak hayal ediyorlardı.
Gerçek elbette çok daha ilginçtir. Uzayda Büyük Patlama’nın gerçekleştiği bir nokta yoktur. Evrenin genişlemesi tüm uzayın gerilmesidir ve galaksiler bir nehirde yüzen odunlar gibi dört bir yana doğru sürüklenirler. Bu kozmik akıştır. Andromeda’nın durumunda olduğu gibi, galaksiler arasındaki çekim gücü kozmik genişlemenin önüne geçtiğinde yerel değişimler olur. Kozmik akıştaki bu bozulma kendine özgü hareket olarak bilinir. Ne var ki bir bütün olarak bakıldığında, evren kaçınılmaz bir şekilde dışa doğru uzanmaktadır. Einstein’ın görelilik teorisini ve bunun Evreni anlamamız üzerindeki etkilerini keşfederken, bunun çözülmemiş gizemlerle dolu bir hikaye olduğunu göreceğiz.
Orijinal Başlık: Edwin Hubble and a really big telescope: How cosmology was born
Yazar: Marcelo Gleiser
Türkçeye Çeviren: Özlem Kırtay
Editör: Bekir Demir
