Genişleyen Evren ve Evrenin Genişlemesinin İspatı

Stephen Hawking; evrenin genişlemesinin keşfi yirminci yüzyılın en büyük düşünsel devrimlerinden biridir, der. Bugünkü modern anlamda evrenin ne olduğuna dair kafamızda oluşan fikir, tamamen bu keşfin sonucudur. İnsanoğlu iki bin yılı aşkın bir süredir evrenin ne olduğunu anlamaya çalışıyor. Ancak 1924 yılında Edwin Hubble’ın keşfiyle genişleyen evren teorisi ve daha da ötesi evrenin genişlemesinin ispatı ortaya atıldı. Böylece evrenin sınırları ve evrenin başlangıcı hakkında ilk defa bir fikir sahibi olabildik.

Kısaca Evren Hakkındaki Bilgimiz

İlk olarak kısaca Evren Nedir? Hakkında Bildiklerimizin Kısa Tarihi‘ne bir bakalım. M.Ö. 3. yüzyılda Aristoteles evrenin merkezini dünya sanıyordu. Ona göre dünya sabit olarak yerinde duruyor ve her şey onun etrafında hareket ediyordu. 16. yüzyılda Kopernik evrenin merkezinin dünya değil de güneş olduğunu fark etti. Ona göre güneş sabitti ve bütün gezegenler onun etrafında dönüyordu. 17. yüzyılda Newton evrene farklı bir bakış açısı getirmeyi başardı. Buna göre her gezegen kütlesine bağlı olarak diğerlerini çekiyordu.

1929’da ise evren hakkındaki görüşlerimize bambaşka bir boyut kazandıracak olan Hubble’ın keşfi gerçekleşti. Hubble keşfiyle önce evrenin insanlığın hayal ettiğinden çok daha büyük olduğunu, sayamayacağı kadar çok galaksinin olduğunu keşfetti. Ama asıl önemli keşfi bu galaksilerin bizden hızla uzaklaştığını anlamasıyla olmuştu. Bu evrenin genişlemesi manasına geliyordu!

Big Bang Teorisinin Kanıtı: Genişleyen Evren

Edwin Hubble’ın 1929’daki büyük keşfi evrenin genişlemesi teorisini ileri sürmek olmuştu. Öyle ki Hubble’ın gözlemlerine göre bizden uzak olan galaksiler, bizden hızla daha da uzaklaşıyordu. Yani evren büyüyordu. Daha önce Rus matematikçi ve fizikçi Friedmann haricinde hiç kimse ciddi bir şekilde evrenin başlangıcını veya evrenin boyutunu tartışmamıştı. Bunun için ellerinde bir veri yoktu. Sadece Friedmann, Hubble’ın keşfinden birkaç sene önce evrenin böyle olabileceğini öngördü. Ancak Hubble’ın 1929’daki evrenin genişlemesine dair sunduğu kanıtlar, ilk defa bu konuda ciddi bir veriyi ortaya çıkarmış oldu.

Evrenin genişlemesi doğruysa ve evren büyüyorsa, daha önceki bir zamanda -mesela 1 milyar yıl önce- daha küçük olmalıydı. İki milyar yıl önce ise daha da küçük olmalıydı. Hatta evrenin neredeyse küçük bir nokta kadar olduğu bir başlangıç noktası olmalıydı. İşte biz buna zamanın ve evrenin başlangıcı olarak görülen Big Bang Teorisi adını veriyoruz. Her ne kadar Big Bang Teorisini ortaya atan isim Hubble’ın keşfinden birkaç sene önce Rus matematikçi ve fizikçi Alexander Friedman olsa da bu teoriye en büyük kanıtı sunan, evrenin genişlemesini keşfeden Hubble olmuştu.

Friedmann hakkında şu yazıyı okuyabilirsiniz: Big Bang Büyük Patlama Teorisi ve Evrenin Sonu

Big Bang’e göre 13,8 milyar kadar önce aşırı bir yoğunlukta evrenin başlangıcını oluşturan büyük patlama meydana geldi. Bu patlamayla evren oluştu. Daha sonra bu evren tıpkı bir balonun şişmesi gibi her tarafından büyümeye başladı. Bizden uzak galaksilerin, hızla bizden uzaklaşması da evrenin genişlemesine, giderek büyümesine kanıt oluşturdu.

Evrenin Genişlemesinin İspatı Nasıl Yapıldı?

Evren hakkındaki kafamızda oluşan modern şekil, Amerikalı gök bilimci Edwin Hubble’ın galaksimizin evrendeki yegane galaksi olmadığını gösterdiği 1924 tarihinde oluştu. Buna göre aralarında muazzam büyüklükte boş uzay olacak şekilde, bizimki dışında pek çok galaksi daha bulunmaktaydı. Bunu kanıtlamak için yakınlardaki yıldızlardan farklı olarak, gerçekten sabit görünen bu galaksilere olan uzaklıkları belirlemek zorundaydı. Böylece Hubble, söz konusu uzaklıkları ölçmek için dolaylı yöntemleri kullanmak zorunda kaldı.

Hubble belirli bir türde yıldızların, ölçebileceğimiz kadar yakın olduklarında, hep aynı parlaklığa sahip olduğunu söyledi. Ona göre bu türden yıldızları diğer galaksilerde de bulduğumuz takdirde aynı parlaklığa sahip olduğunu varsayabilir ve söz konusu galaksiye olan uzaklıklarını hesaplayabilirdik. Bunu aynı galaksideki bir dizi yıldız için yapabilirsek ve hesaplarımız her zaman aynı uzaklığı verdiyse, tahminimizden oldukça emin olabilirdik.

Edwin Hubble bu yolla dokuz farklı galaksinin uzaklığını hesapladı. Artık modern teleskoplar kullanarak galaksimizin görülebilen yüz milyarlarca galaksiden biri olduğunu biliyoruz; ki bu galaksilerin her biri de yüz milyarlarca yıldıza sahip…

Kırmızı Işık Evrenin Genişlediğinin İspatı!

Yıldızlar öylesine uzaktadır ki bize ışık noktaları gibi görünürler. Onların ne büyüklüklerini ne de biçimlerini görebiliyoruz. Ancak yıldızların ortak bir karakteristik özelliği vardır: Bu da yaydıkları ışığın rengidir!

Newton, güneşten gelen ışığın bir prizmadan geçirilmesi halinde bir gökkuşağındaki gibi renk tayflarına ayrıldığını keşfetmişti. Tek bir yıldıza veya bir galaksiye bir teleskopla odaklanarak, o yıldız veya galaksiden gelen ışığın tayfını söz konusu şekilde gözlemleyebiliriz. Farklı yıldızların farklı tayfları vardır. Fakat farklı renklerin göreli parlaklığı, akkor(ışık saçacak bir aklığa varıncaya değin ısıtılmış olan) bir nesneden yayılan ışıkta bulmayı beklediğimiz şeyle tamamıyla aynıdır. Ayrıca oldukça spesifik belirli renkler yıldızların tayflarında yoktur ve bu kayıp renkler yıldızdan yıldıza değişebilir. Her kimyasal elementin karakteristik bir dizi çok özel rengi emdiği bilindiğinden, bunları yıldızın tayfından eksik olanlarla eşleştirerek, yıldızın atmosferinde hangi elementlerin bulunduğunu tam olarak belirleyebiliriz.

1920’lere gelince gök bilimciler diğer galaksilerdeki yıldızların tayflarına bakmaya başladığında son derece alışılmadık bir şey fark ettiler. Kendi galaksimizdeki yıldızlarla aynı karaktere sahip kayıp renk takımları bulunmaktaydı. Ancak hepsi aynı göreceli miktarda tayfın kırmızı ucuna doğru kaymıştı. Bunun Türkçesi; uzak galaksilerdeki yıldızların, giderek bizden uzaklaştığı anlamına gelmektedir. Bunu anlamak için Dopler etkisini bilmek gerekir. Ama diğer galaksilerin bizden uzaklaşması demek, evrenin genişlemesi demektir.

Dopler Etkisi

Işık elektromanyetik alandaki dalgalanmalardan veya dalgalardan meydana gelir. Işığın dalga boyu olağanüstü küçüktür.(Bir santimetrenin kırk ile yetmiş milyonda biri kadar.) Işığın farklı dalga boylarında insan gözü farklı renkler görür. En uzun dalga boyu tayfın kırmızı ucunda görülürken, en kısa dalga boyu da tayfın mavi ucunda görülür. Bize sabit bir uzaklıktaki bir ışık kaynağından, diyelim ki bir yıldızdan, sabit bir dalga boyunda ışık dalgaları yayıldığını hayal edin. Açık olarak bize ulaşan dalgaların dalga boyları, yıldızdan yayılan dalga boylarıyla(galaksinin kütle çekimsel alanı kayda değer bir etki gösterecek kadar büyük olmadığında) aynı olacaktır.

Şimdi kaynağın(yıldızın) bize doğru hareket etmeye başladığını varsayalım. Böylece kaynak bir sonraki dalga tepesi çıktığında bize daha yakın konuma gelecek ve dolayısıyla dalga tepeleri arasındaki uzaklık, yıldızın hareketsiz olduğu duruma göre daha küçük olacaktır. Bu da bize ulaşan dalgaların dalga boylarının yıldızın hareketsiz olduğu zaman ki dalga boylarından daha küçük olacağı anlamına gelir. Aynı şekilde kaynak bizden uzaklaştığında bize ulaşan dalgaların dalga boyları daha uzun olacaktır.

Dolayısıyla ışık söz konusu olduğunda, bizden uzaklaşan yıldızların tayflarında, tayfın kırmızı ucuna doğru kayma(kırmızıya kayma) ve bize yaklaşanların tayflarında ise maviye kayma görülür. Dopler etkisi dediğimiz dalga boyu ile hız arasındaki bu ilişki, her gün karşılaştığımız bir deneyimdir. Yoldan geçen bir aracın sesini dinleyin: Araç size yaklaşırken (ses dalgalarının daha kısa ve dalga boyu ve yüksek frekans olacağı için) motorun sesi daha yüksek bir perdeden çıkacak ve sizi geçip uzaklaşmaya başladığındaysa ses daha alçak perdeden çıkmaya başlayacaktır. Işığın yada radyo dalgalarının davranışı da bununla aynıdır.

Hubble, bizimkinden başka galaksilerinde var olduğunu kanıtlamasının ardından, zamanını bu galaksilerin uzaklıklarını kataloglayarak ve onların tayflarını gözlemleyerek geçirdi. O zamana kadar pek çok insan galaksilerin oldukça rastlantısal hareket ettiğini düşünüyordu. Dolayısıyla tayfları maviye kaymış galaksi sayısı kadar, kırmızıya kaymış galaksi de bulmayı beklemekteydi. Bu yüzden galaksilerin çoğunun tayfının kırmızıya kaydığının görülmesi büyük bir şaşkınlık yaratmıştı. Buna göre galaksilerin neredeyse tamamı bizden uzaklaşıyordu! Bu da evrenin genişlemesi manasına geliyordu!

Hubble’ın daha büyük bir keşfi ise galaksilerin kırmızıya kayma büyüklüğünün, bizden uzaklığı ile doğru orantılı olmasıydı. Diğer bir deyişle bir galaksi ne kadar uzaktaysa, bizden de o kadar hızlı uzaklaşmaktaydı.

4,5 milyar yıl önce Ay’ın oluşumunu açıklayan video için buraya tıklayabilirsiniz.

 

Kaynak: Evrenin genişlemesi hakkındaki bu yazıda Stephen Hawking’in Zamanın Kısa Tarihi adlı kitabının Genişleyen Evren adlı bölümünden faydalanılmıştır.