Bilimin Cevap Aradığı 9 Gizem

Güneş Sistemi’mizin arka bahçesinden kozmik okyanusun uzak kıyılarına kadar evren gizemlerle dolu. Her zaman da böyle olmuştu. Yüzyıllar önce, antik gökbilimciler kuyruklu yıldızların doğası karşısında şaşkına dönmüş ve yıldızların kimyasal yapısını merak etmişti. Bu eski bilmeceler artık çözüldü, ancak daha büyük teleskoplarla ve daha hassas aletlerle uzayın derinliklerine baktıkça, bunların yerini yeni bilmeceler aldı. Şimdi kara delikler, fizik yasalarının doğası ve evrendeki yerimiz hakkında sorular soruyoruz.

En büyük 9 kozmik gizemi okuduğunuzda (ne yazık ki çözüm garantili değil!) bir şeyin çok net olduğunu fark edeceksiniz: en büyük gizem evrenin ta kendisi. Kozmologlar çaresizce onun doğuşunu, bileşimini ve kaderini anlamaya çalışıyor. Kesinlikle henüz oraya varmış değiller, ancak belki de cevaplara önümüzdeki on yıllarda ulaşılabilir. Ve muhtemelen o zamana kadar çözmeye çalışacağımız yeni gizemler ortaya çıkacak.

Galaksiler Nasıl Oluşur?

Basit cevap: Kütle çekimi sayesinde. Yeni doğan evrendeki ilkel “ilk madde” eşit şekilde yayılmamıştı. Azıcık daha fazla yoğunluğa sahip alanlar daha fazla maddeyi kendine çekti ve zamanla büyüdü; boş alanlar daha da boş hâle geldi. Bu nedenle evren genişlese bile madde sonunda Samanyolu gibi galaksilere dönüşen yığınlara çekildi. Kozmologlar, Durham Üniversitesi bilim insanları tarafından gerçekleştirilen dev ‘Millennium Run’ gibi devasa bilgisayar simülasyonları çalıştırarak genişleyen bir evrendeki galaksilerin doğuşunu inceliyor.

Evet, bu doğru: Gökbilimciler bilgisayarda bir evren inşa edebilir.

Ortaya çıkan galaksi dağılımının istatistikleri daha sonra evrenin gözlemlenen büyük ölçekli yapısıyla karşılaştırılır. İyi haber şu ki, kullanılan model bir gerçekle çok iyi uyuşuyor: Maddenin çoğu, normal atomlarla neredeyse hiç etkileşime girmeyen karanlık parçacıklardan oluşuyor. Bu modele göre, galaksiler ve galaksi kümeleri ipliksi yapılarla birbirine bağlı olmalı ve bazı gözlemler de bu görüşü destekliyor gibi görünüyor. Ancak bir sorun var. Modeller ayrıca büyük galaksilerin yüzlerce küçük galaksiyle çevrili olduğunu öngörüyor ancak bunlar gözlemlenmiyor. Ayrıca, ilk büyük galaksilerin Büyük Patlama’dan sonra nasıl bu kadar erken bir şekilde oluşabildiği de belirsiz. Bu yüzden mevcut resim hâlâ eksik.

Güneş Sistemi’miz Benzersiz mi?

Bu sorunun sorulabilmesi dahi büyüleyici. 1990’ların ortalarına kadar gökbilimciler diğer yıldız sistemlerinin varlığı hakkında hiçbir fikre sahip değildi. Doğru, bir avuç sterilize gezegen pulsarların – bol miktarda öldürücü X-ışını yayan yoğun yıldız cesetleri – yörüngesinde keşfedilmişti, ancak Güneş benzeri yıldızların gezegen yoldaşları hakkında kimse bir şey bilmiyordu. Peki Güneş Sistemi’mizin benzersizliği hakkındaki soru çözüldü mü? Bir bakıma, evet: artık onun tek olmadığını biliyoruz. Gökbilimciler artık bir veya daha fazla gezegenin eşlik ettiği diğer Güneş benzeri yıldızları biliyor.

Otegezegen avcıları, bu süreçte Jüpiter benzerleri de dâhil olmak üzere birçok garip gezegenle karşılaştı. Böyle bir sistemdeki küçük, Dünya benzeri bir gezegen muhtemelen bu bilardo oyununda hayatta kalamazdı. Bu nedenle, yaşama elverişli gezegenler bazı insanların hayal ettiğinden daha az olabilir. Öte yandan, mevcut teleskoplar bizimki gibi bir yıldız sistemini doğrudan tespit edemiyor, ancak gelecekteki teleskoplar bunu yapabilir. Yani aslında Güneş benzeri sistemler oldukça fazla sayıda bulunabilir. Sonuçta, doğa hiçbir şeyin yalnızca bir kopyasını yapmaz. Güneş Sistemi’miz nadir olabilir, ancak muhtemelen benzersiz değildir. Yine de benzer bir yıldız sistemi bulunana kadar bu sorunun cevabını kesin olarak bilemeyeceğiz.

Büyük Patlama’ya Ne Sebep Oldu?

Bu, çağrışımlara fazlasıyla açık bir soru. Büyük Patlama’nın sebebini bulmak için evreni doğuran bir etkiye sahip olabilecek önceki bir olayı varsaymalısınız. Ancak burada ‘önceki‘ kelimesinin herhangi bir anlamı olup olmadığı tamamen net değil. Belki de Büyük Patlama sadece madde ve enerjinin ortaya çıkışının değil, aynı zamanda uzay ve zamanın da kökeniydi. Bu durumda, mantıksal anlamda bir sebepten bahsetmek zor. Bu ağır felsefi bir tartışmadan dolayı, kozmologların yokluktan kendiliğinden ortaya çıkan bir evren fikrini engellemeye çalışmaları pek de şaşırtıcı değil.

Yakın zamana kadar, bazı bilim insanları evrenin bir gün tekrar çökeceği ve bununda başka bir patlamaya yol açacağı görüşünü savunuyordu. Ancak o zamandan beri evrenin şu anki genişlemesinin muhtemelen asla durmayacağını öğrendik, bu yüzden bu fikir gözden düştü. Bunun yerine, bazı fizikçiler Büyük Patlama’nın boş dört boyutlu uzay-zamanımızın, daha yüksek boyutlu bir ‘toplu uzay’da yüzerken bizimkinin yakınındaki başka bir evrenle çarpışmasından kaynaklandığını öne sürüyor. Daha da akıl almaz olan soru ise şu: Eğer Büyük Patlama’ya bir şey neden olduysa, o zaman bu nedene ne neden oldu?

Evren Nasıl Sona Erecek?

Belki de sona ermeyecek. İnsanlar ölür, gezegenler aşınır, yıldızlar patlar ve hatta kara delikler buharlaşır, ancak evren sonsuza dek yaşayabilir. Zaten, evrendeki yıldız doğum oranının zirvede olduğu kozmik bebek patlaması uzak bir geçmişte kaldı. Peki ya bütün olarak, evrenin tamamı? 1998’de evrenin genişleme oranındaki gizemli bir hızlanmanın -karanlık enerji olarak bilinir- keşfedilmesinden bu yana, birçok gökbilimci bunun asla yavaşlamayacağına, hatta büzülme aşamasına geri dönmeyeceğine inanıyor.

Yani uzak gelecekte, galaksiler birbirlerinden giderek uzaklaşacak. Sonunda, birbirlerinin kozmik ufkunun ötesinde kaybolacaklar ve evren karanlık ve yalnız bir yer olacak. Gizem, olayların kesin diziliminde. Belki de tüm temel parçacıklar çok çok uzun vadede kararsızdır ve madde tamamen var olmaktan çıkacak. Ayrıca, evrenin genişlemesindeki hızlanmayı sağlayan gizemli karanlık enerji zamanla daha da güçlenebilir ve uzayın kendisini parçalayarak ‘Büyük Yırtılma’ya yol açabilir.

Einstein Yanılıyor muydu?

Başka bir soruyla başlayalım: Isaac Newton yanılıyor muydu? Newton’un kütle çekimi teorisi bir uzay aracını Ay’a uçurmaya yetecek kadar doğru, ancak son derece yüksek hızlarda veya çok güçlü kütle çekimi alanlarında bozuluyor. Einstein’ın Genel Görelilik teorisinin daha iyi bir alternatif olduğu yer de burası. Yıldız ışığının kütle çekimi tarafından bükülmesini, ikili pulsarların yörüngesel bozunmasını ve bir kara delik etrafındaki uzay-zamanın bükülmesini doğru bir şekilde açıklıyor. Bu nedenle Genel Görelilik şu anda fizikçilerin elindeki en iyi kütle çekimi teorisi.

Peki neden bu soruyu soruyoruz? Çünkü tarih kendini tekrar edebilir. Fizikçiler daha iyi bir kütle çekimi teorisine işaret edecek küçük etkiler keşfedebilirler. Hatta, Güneş ve gezegenlerin birleşik kütle çekiminden dolayı beklenenden daha fazla yavaşlayan Pioneer 10 ve 11 gibi uzay araçlarının bu açıklanamayan yavaşlaması, yeni bir fiziğe dair kanıt olarak yorumlanıyor. Uzay aracı telemetrisi ve astronomik gözlemler kullanılarak son on yıllarda Genel Görelilik üzerine birçok hassas test gerçekleştirildi.

Einstein bu testlerin hepsini başarıyla geçti, ancak fizikçiler teorisini test etmeye devam ediyor. Bir gün, Einstein’ın Genel Görelilik teorisi de yanılabilir ve yanlış olmadığı, sadece eksik olduğu anlaşılabilir.

Evren Farklı Olabilir miydi?

Maddi evrenimiz, doğanın dört kuvveti tarafından yönetilen temel parçacıklardan oluşur. Fizikçiler, protonlar ve elektronlar arasındaki kütle oranı gibi parçacık özelliklerini ölçebilir; kütle çekiminin, elektromanyetizmanın ve iki nükleer kuvvetin gücünü ve davranışını inceleyebilir; ve ışık hızı gibi bir dizi fiziksel sabiti belirleyebilir. Ancak hiç kimse tüm bu değerlerin neden böyle olduğunu bilmiyor. Peki evren neden böyle, ve böyle olduğu gibi de farklı olabilir miydi? Bir şey açık: Kozmosun düğmeleri ve kadranlarıyla çok fazla oynamamalısınız. Belirli bir parçacığın kütlesinde veya yükünde sadece ufak bir değişiklik veya doğanın kuvvetlerinden birinin gücünde ufak bir artış, evreni yıldızlardan, gezegenlerden ve yaşamdan yoksun hâle getirir.

Doğa, sanki karmaşıklık üretmek için ayarlanmış gibi görünüyor. Bu da ilginç bir bulmacayı gündeme getiriyor. Evrenin temel özellikleri rastgele bir sürecin sonucuysa, sonucun bu kadar özel olması tuhaf bir tesadüf gibi görünüyor. Sonuçta, sadece bir piyango bileti satın alırsanız, kazananın bu bilet olması çok düşük bir ihtimal. Öte yandan, henüz keşfedilmemiş Her Şeyin Teorisi sadece bir olası evrene izin veriyor ise bu benzersiz çözümün neden yaşam üreten bir çözüm olması gerektiği de belirsiz.

Çoklu evren, bu gizemin olası bir çözümü olabilir. Çoklu evren teorisinde, evrenimiz birçok olası evrenin sadece bir tanesidir. Eğer zilyonlarca evren varsa, doğal sabitlerin, parçacık özelliklerinin ve doğal kuvvetlerin tüm olası kombinasyonları bir yerde illaki doğru şekilde buluşabilir ve o yer de işte bizim evrenimiz olabilir. Belki de tüm bu koşullar bir araya geldiği için varız ve şu an bu soruları sorabiliyoruz.

Yine de, çoklu evren fikrinden rahatsızsanız iyi bir arkadaş grubundasınız. Bazı gökbilimciler, test edilemeyen bir fikir olduğu için bunun bilim dahi sayılamayacağı fikrinde.

Kozmik Genişleme Gerçekleşti mi?

Teoriye göre genişleme, evrenin başlangıcında son derece kısa bir üstel büyüme patlamasıydı. Evren, saniyenin çok küçük bir kesri içinde, o zamandan beri deneyimlediği çok daha sakin genişlemeye yerleşmeden önce, boyutunu art arda yüz kez ikiye katladı. Peki bu gerçekten oldu mu? Genişleme, kozmologlar tarafından can sıkıcı bir soruna hoş bir çözüm olarak karşılandı: Uzak parçalar birbirleriyle hiçbir zaman temas hâlinde değilse, evren nasıl bu kadar homojen olabilirdi?

Cevap: Bir alt atomik parçacık boyutundan bir greyfurt boyutuna patlamadan önce, gözlemlenebilir evrenimiz -şimdi yaklaşık 27 milyar ışık yılı genişliğinde- herhangi bir homojensizliğin giderilebileceği kadar küçüktü. Dahası, genişleme evrenimizin büyük ölçekli eğriliğinin neden sıfır gibi göründüğünü açıklıyordu. Bu teoriye rağmen, genişleme için çok az doğrudan kanıt var.

Dünya Dışında Yaşam Var mı?

Dünya’daki yaşamın kökeni gizemini korusa da, teorik olarak evrende birçok başka ‘canlı’ gezegen olmalı. Bu argüman şu şekilde: Gözlemlenebilir evrende her biri on milyarlarca yıldız içeren yaklaşık yüz milyar galaksi var. Bu yıldızların birçoğu gezegenlere de sahip, bu nedenle yaşam her trilyondan yalnızca birinde oluşsa bile, evrendeki yaşam barındıran gezegenlerin sayısı bir milyar mertebesinde olmalı. Elbette, Dünya dışında yaşam olup olmadığı gibi kışkırtıcı bir soru ancak onu bulduğumuzda cevaplanacak.

Kendi Güneş Sistemi’mizde, birkaç yer mikrobiyal yaşama elverişli görünüyor: Mars gezegeni, Jüpiter’in Galileo uydularından biri olan Europa’nın yer altı okyanusu ve belki de Satürn’ün uydusu Enceladus’un sıcak iç kısmı. Mars bakterilerinin keşfi, ister şimdi var olsun isterse yok olmuş olsun, astrobiyologlara evrende yaşamın son derece yaygın olduğunu hemen söyleyecek. Ancak şimdiye kadar hiçbir şey bulamadık, ancak Mars’ın uzak geçmişinde daha sıcak ve nemli olduğuna dair bolca kanıt var.

Ağlarını biraz daha geniş atan gökbilimciler, ötegezegenlerin atmosferlerini koklamaya yeni başlıyor. Bir gezegenin atmosferinin önemli miktarda oksijen ve metan içerdiği ortaya çıkarsa, yüzeyinde canlı organizmalar olması neredeyse kesin. Dünya’da, yaşamın tek hücreli organizmalardan bu cümlenin sonundaki noktadan daha büyük bir şeye evrilmesi milyarlarca yıl sürdü. Bu nedenle mikrobiyal yaşam aramak bize en yüksek başarı şansını verebilir.

Öte yandan bu, aramayı yakın çevremizdeki gezegen sistemleriyle sınırlar. Bu nedenle bazı araştırmacılar uzaylı medeniyetlerinin radyo iletişimlerini dinlemeye çalışıyor. Eğer varsa, Samanyolu’nun diğer tarafından bile gelse algılanabilirler. Ancak, bu Dünya Dışı Zeka Arayışı (SETI), evrimin zorunlu olarak zekaya ve teknolojiye yol açtığını varsayıyor. Bunu bir evrim biyoloğuna sorunca yüzünüze gülebilir, çünkü evrimin yerleşik hedefleri yoktur.

Ayrıca, İtalyan fizikçi Enrico Fermi’nin bir zamanlar söylediği gibi: “Neredeler?“. Buna Fermi Paradoksu denir: Eğer uzaylı medeniyetleri bu kadar bolsa, ET bizi çoktan bulmuş ve ziyaret etmiş olmalıydı. Şimdilik, dünya dışı yaşamın varlığı ne kadar olası görünürse görünsün, hâlâ kanıtlanmamış bir hipotez. Ve bu, muhtemelen yakın zamanda değişmeyecek. Bu, aynı zamanda komik bir soru, çünkü bu fikri çürütmenin de bir yolu yok. Hiçbir şey bulunmadığı sürece, bazı insanlar her zaman yeterince dikkatli bakmadıklarına inanacak.

Evren Neden Oluşmuştur?

Kısa cevap çok basit: Kimse bilmiyor. Bildiğimiz madde -atomlar ve moleküller- devasa buzdağının sadece görünen kısmı. Şimdiye kadarki en büyük madde miktarı karanlık ve bilinmeyen parçacıklardan oluşur. Bu yeterince gizemli değilmiş gibi, boş uzay boşluğu evrenin genişlemesini hızlandıran gizemli bir karanlık enerjiyle dolu. Sadece buzdağının büyük kısmını göremiyor değiliz, aynı zamanda içinde yüzdüğü karanlık okyanusu da anlayamıyoruz. Karanlık madde, varlığını kütle çekim etkisiyle ortaya koyar.

Bu, galaksilerin dönme hızlarının, dev kümelerdeki galaksilerin hareketlerinin ve kümelerin kütle çekiminin arka plandaki nesnelerden gelen ışığı bükme şeklinin (kütle çekimsel mercekleme sırasında gözlemlenmiştir) gözlemlenmesinde görülebilir. Hepsi, evrendeki toplam madde miktarının teleskoplarla görülebilen miktardan yaklaşık 30 kat daha fazla olduğunu göstermektedir. Peki karanlık madde, sönük yıldızlar, soğuk gaz bulutları ve kara deliklerle açıklanabilir mi? Ne yazık ki hayır. Eğer tüm karanlık madde baryonlardan (atom çekirdeklerini oluşturan protonlar ve nötronlar) oluşuyor olsa, evren oldukça farklı görünürdü.

Etrafta bu kadar çok baryon varken, Büyük Patlama sırasında meydana gelen nükleer füzyon reaksiyonları, gözlemlenenlerden çok daha az döteryum (ağır hidrojen) içeren farklı bir element karışımı üretmiş olurdu. Yani Büyük Patlama teorisini kabul ederseniz, çıkış yolu yok. Evrenin maddi içeriğinin büyük çoğunluğu gerçekten de gizemli baryonik olmayan parçacıklardan oluşuyor. Ve sonra karanlık enerji var. Akılda kalıcı bir isim, ancak kimse ne olduğunu bilmiyor. 1998’de gökbilimciler, evrenin mevcut genişleme hızının birkaç milyar yıl öncesine göre daha büyük olduğunu keşfetti. Görünüşe göre evrenin genişlemesi, onu yavaşlatması beklenen galaksilerin karşılıklı kütle çekimine rağmen hızlanıyor. Boş uzayın itici kuvveti gibi düşünülebilecek karanlık enerji, bu ivmelenmeden sorumlu tutuluyor.

İşte karşınızda: kozmolojinin ‘uyum modeli’. Evrenin tüm içeriğinin yaklaşık %70’i karanlık enerjiden oluşuyor; kalan %30 ise madde.

Ancak bu maddenin yalnızca küçük bir kısmı (Evrenin toplam içeriğinin %4’ü) ‘sıradan’ parçacıklardan oluşuyor ve bu baryonik maddenin en fazla dörtte biri (genel toplamın %1’i) yıldızlar ve gaz bulutları olarak bize görünüyor. Bu tuhaf bir hikâye, bu kesin. Yine de çoğu kozmolog uyum modelinden memnun. Evrenin özelliklerinin çoğunu açıklıyor ve kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun (Büyük Patlama’nın ‘son parıltısı’) ayrıntılı sıcaklık haritaları ve galaksilerin uzaysal dağılımının 3B haritaları gibi çok çeşitli gözlemlerle destekleniyor gibi görünüyor.

Bulmacanın tüm parçaları güzelce uyuyor gibi; tek sorun, bulmacanın neyi temsil ettiğini kimsenin bilmemesi. Evrenin yapısı astronominin en büyük gizemlerinden biri. Yani en büyük gizem, yine evrenin ta kendisi olarak karşımızda durmaya devam ediyor.

Kaynak:

• Schilling, Govert. “9 of the biggest mysteries in the Universe”. Sky at Night Magazine, 2024.