En gelişmiş teleskoplar ile evrende bize en uzak olan galaksiyi gözlemlediğinizi düşünün. Bir galaksi bize en fazla ne kadar uzaklıkta olabilir? Büyük Ayı takımyıldızı bölgesinde bulunan GN-z11 isimli galaksinin, yaklaşık 32 milyar ışık yılı uzaklığıyla bize en uzak galaksi olduğu bilinmektedir. GN-z11 galaksisinden çıkan ışığın bize ulaşması için 13.4 milyar yılın geçtiği belirtiliyor.
Ancak burada bir sorun var gibi gözüküyor. Bu galaksiden çıkan ışığın bize ulaşması için 13.4 milyar yıl geçerken aynı galaksi nasıl oluyor da 32 milyar ışık yılı uzaklıkta olabiliyor?
Çoğu insan evrenin yaşı ile evrenin büyüklüğü konularını birbirine karıştırmaktadır. “GN-z11 galaksisinden çıkan ışık, Dünya’ya 13.4 milyar yıl sonra ulaşmıştır” dediğimiz zaman, bazılarımız o galaksinin 13.4 milyar ışık yılı uzaklığında olduğunu sanabilir.
Yukarıdaki sorunun detaylı bir cevabını buradaki yazımızda ele almıştık. Ancak kısa cevap verecek olursak bunun sebebi evrenin genişliyor olduğudur. Hatta 1998 yılında iki astronomi ekibinin yaptığı keşfe göre hızlanarak genişliyor. Peki evrenin genişlemesi ne alama gelmektedir?
Örneğin yukarıda örnek olarak verdiğimiz galaksiyi düşünelim. Bu galaksiden yayılan ışığın bize ulaşması için 13.4 milyar yılın geçtiğini biliyoruz. Evrenin yaşının da 13.8 milyar yıl olduğunu göz önünde bulundurursak, Gn-z11 galaksisinin Büyük Patlama’dan sadece 400 bin yıl sonra oluştuğu ortaya çıkıyor.
Yani galaksiden ilk defa çıkan ışığın bize ulaşması için kat etmesi gereken mesafe o zamanlar daha azdı. Çünkü 13.4 milyar yıl önce evren, şimdikine göre çok daha küçük bir yerdi. Ancak zaman geçtikçe evren de genişlemeye devam etti ve bu genişleme nedeniyle ışık, bize ulaşması için normalde kat etmesi gereken mesafeden kat kat fazla bir yol almak zorunda kaldı. Bu esnada galaksinin kendisi de evrenin genişlemesine katıldığı için bizden gittikçe uzaklaştı. Bu uzaklaşma öyle bir noktaya geldi ki ışık, 13.4 milyar yıl sonra bize ulaştığında galaksi, 32 milyar ışık yılı kadar uzaklaşmıştı.
Burada 13.4 milyar yılın, genişleyen bir evrende ışığın kat ettiği mesafe olduğunu söyleyebiliriz. 32 milyar ışık yılı ise evrenin genişlemesinden dolayı o galaksinin bizden uzaklaştığı toplam mesafedir. Yani galaksiden çıkan ışığın bize ulaşması için 13.4 milyar yıl geçtiği için biz o galaksinin 13.4 milyar yıl önceki halini görürüz. Ancak 13.4 milyar yıllık sürede evren genişlediği için günümüzde o galaksi bizden 32 milyar ışık yılı uzakta olacaktır.
Gözlemlenebilir Evren Ne Kadar Büyük?
Görüldüğü gibi evrenin genişlediği olgusu, evrenin yaşı ile ne kadar büyük olduğu arasında bir fark yaratmaktadır. Peki bu genişlemeye bağlı olarak şu soru sorulabilir: Evren ne kadar büyük? Öncelikle astronomlar burada bir ayrım yapıyor: Gözlemlenebilir evren ve evrenin tamamı şeklinde iki tip sınıflandırma karşımıza çıkıyor.
Klasik tanım itibariyle gözlemlenebilir evren, teleskoplarla gözlemleyebileceğimiz bütün maddeleri(galaksileri, yıldızları, elektromanyetik radyasyonu vs.) kapsayan bir evren bölgesidir. Gözlemlenebilir evren diyoruz çünkü bu evren bölgesi içinde olan bütün cisimlerden yayılan ışığın Dünya’ya ulaşabilmesi için yeteri kadar vakti olmuş ya da olacaktır.
Güncel tahminlere göre gözlemlenebilir evrenin, Büyük Patlama’dan bu yana devam eden genişleme sebebiyle yaklaşık 46 milyar ışık yılı uzunluğunda bir yarıçapa sahip olduğu düşünülüyor. Bu da 92 milyar ışık yılı çapında gözlemlenebilir bir evren demektir. Gözlemlenebilir evrenin 92 milyar ışık yılı çapında olduğunun anlaşılması biraz zor olabilir. Örnek olarak Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması’nı verelim.
2013 yılında Avrupa Uzay Ajansı’nın Planck uydusu, evrendeki en “eski” ışığın şimdiye kadarki en hassas ve detaylı haritasını ortaya çıkarmıştı. Bu ışıma Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması olarak bilinmektedir. Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması kısaca, evrenin başlangıç anı olarak kabul edilen Büyük Patlama ortaya çıktıktan yaklaşık 380.000 yıl sonra, evrendeki bütün yönlere dağılmak üzere yayılan bir ışımadır.
Günümüzde mikrodalga boyunda tespit edildiği için Mikrodalga Arkaplan Işıması olarak adlandırılır. Planck Uydusu bu ışımayı inceleyerek evrenin 13.8 milyar yaşında olduğunu bizlere bildiriyor.
13.8 milyar yıl önce Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması ilk yayılmaya başladığında evrenin her bölgesine doğru yol almaya başlamıştı. Tabiri caizse evrende hem “sağ” tarafa hem “sol” tarafa, hem “yukarıya hem de “aşağıya” doğru yol aldığını söyleyebiliriz. 13.8 milyar yıl sonra bir yönde 13.8 milyar ışık yılı yol kat ederken diğer yönde de 13.8 milyar ışık yılı yol almıştı. Baktığımız zaman bir uçtan bir uca toplam yaklaşık 28 milyar ışık yılı uzunluğunda bir evren bölgesine yayılmış olması lazımdı.
Ancak bu 13.8 milyar yıllık sürede evren de genişlediği için ışımanın kat ettiği mesafenin kendisi de genişledi ve Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması’nın bir uçtan bir uca olan mesafesi toplamda 92 milyar ışık yılı uzunluğuna erişmiş oldu. Bu da gözlemlenebilir evrenin çapının 92 milyar ışık yılı olduğu anlamına geliyor.
Netice itibariyle gözlemlenebilir evren dediğimiz zaman herhangi bir cisimden yayılan ışığın görebileceğimiz en uzak mesafesini kast etmeyiz. Daha ziyade şu anda ışığının bize ulaşması için en fazla zamanın geçtiği cisimlerin(galaksiler, radyasyon vs.) günümüzde vardıkları uzaklığı kast ederiz.
Gözlemlenebilir Evrenin Sınırındaki Galaksiler:
1998 yılında evrenin hızlanarak genişlediğinin keşfedildiğini söylemiştik. Ancak günümüzde yapılan ölçümlere göre evrenin hızlanarak genişleme oranının yavaşladığını gösteren bazı çalışmalar mevcuttur. Peki evrenin genişleme hızı nasıl yavaşlayabilir?
Evren genişledikçe, genişlemeden sorumlu olan karanlık enerjinin yoğunluğu o bölgede sabit kalırken, normal madde ve enerji yoğunluğu o bölgede otomatik olarak azalır. Madde ve enerjinin yoğunluğunun azalmasına bağlı olarak da evrenin genişleme hızının azalmış olabileceği iddia ediliyor.
Peki bu ne demek oluyor? Şöyle ki gözlemlenebilir evrenin sınırında olan galaksiler, yani ışığının henüz bize ulaşamadığı galaksiler, yakın gelecekte görüş alanımıza girebilir. Yani gelecekte bir zamanda, gözlemlenebilir evrenin sınırında olan bazı galaksilerin ışığı, bize ulaşabilecek yeteri kadar zamana sahip olacak ve böylece biz bu galaksileri de görebileceğiz. Dolayısıyla gözlemlenebilir evrenin kapsamı, şu an görebildiğimiz bölgenin dışındaki bir bölgeyi de kapsamaktadır diyebiliriz.
Gözlemlenebilir evrenin sınırında ya da biraz ötesinde bulunan galaksiler, “şu anda” ışık hızından biraz hızlı uzaklaşıyor. Fakat evrenin genişleme hızındaki birtakım azalmalar dolayısıyla galaksilerden yayılan ışık, evrenin genişleme hızını “aşabilecek” ve bize kadar ulaşabilecek. Ancak görüş alanımıza girecek olan ışık, o galaksilerin çok uzun zaman önceki hallerini yansıtacağı için galaksilerin günümüzdeki görüntülerini değil, geçmişteki görüntülerini görebileceğiz. Yani yakın gelecekte gözlemlenebilir evrende daha fazla galaksi görmeye başlayabiliriz.
Bir de ışık hızından çok daha hızlı uzaklaşan ve tıpkı yukarıda bahsedilen galaksiler gibi şu an teleskoplarla göremediğimiz galaksiler vardır. Bu galaksilerin de geçmişteki görüntülerini görürüz. Diyelim ki 13 milyar ışık yılı uzaklıkta bir galaksiyi gözlemliyoruz. 13 milyar ışık yılı demek o galaksinin 13 milyar yıl önceki halini görüyoruz demektir. Ancak bu galaksi halihazırda çok uzakta olduğundan, 13 milyar yıllık sürede o kadar çok uzaklaşmış olacaktır ki ondan yayılan ışık, genişleyen evren bölgesini artık aşamayacak duruma gelecektir.
Bu tıpkı dalgaya karşı yüzmek gibidir. Dalganın aksi yönüne yüzmeye çalıştıkça dalga sizi geriye atarak her seferinde daha çok yüzmenize sebep olur. İşte evren de genişlemeye devam ettikçe ışığın önüne daha fazla evren bölgesi çıkararak onun bize ulaşmasını engeller. Böylelikle bir süre sonra artık o galaksiden herhangi bir ışığın geldiğini göremeyeceğiz ve artık bize, zamanda donmuş bir galaksi olarak gözükecektir.
Hatta öyle ki yeteri kadar zaman geçtikten sonra o galaksinin görüntüsünün artık gelmemeye başladığına bile şahit olacağız. Çünkü evrenin genişlemesi zaman ilerledikçe daha fazla evren bölgeleri yaratacak ve o galaksiden yayılan herhangi ışığın bize ulaşabilmesi için yeteri kadar zaman olmayacaktır. Böylelikle uzak gelecekte çoğu galaksinin gözden kaybolduğunu görmeye başlayacağız.
Kozmik Olay Ufku – Gözlemlenebilir Evrenin Dışında Ne Var?
Gözlemlenebilir evrenin sınırındaki galaksilerin akıbetine ilişkin bu durum, “kozmik olay ufku” denilen bir kavramı ortaya çıkarıyor. Kozmik olay ufku, evrende görebileceğimiz en uzak bölgeyi tanımlamak için kullanılır. Kozmik olay ufkunun sınırını belirleyen şey ise tabi ki ışık hızıdır. Örneğin evrendeki kozmik olay ufkumuzun yaklaşık 16 milyar ışık yılı olduğu hesaplanmaktadır.
Bu şu anlama geliyor: Günümüzde evrende meydana gelen bir olay(galaksi oluşumu vs.), eğer bize 16 milyar ışık yılından daha yakınsa, gelecekte o olayı görebiliriz. Yani evrende şu an bir galaksi oluşursa ve eğer o galaksi diyelim ki bize 15 milyar ışık yılı uzaklıktaysa, o zaman 15 milyar yıl sonra bu galaksinin oluşumuna şahit olabiliriz.
Eğer bu galaksi oluşumu 16 milyar ışık yılından daha uzak bir bölgede gerçekleşiyorsa, kozmik olay ufkuna göre bu galaksiyi sonsuza kadar göremeyeceğiz. Çünkü 16 milyar ışık yılı uzaklıktan yola çıkan bir ışık, evrenin genişlemesi nedeniyle asla bize ulaşamayacaktır.
Gözlemlenemeyen Evren – Evrenin Tamamı
Peki evrenin tamamı 92 milyar ışık yılından mı ibarettir? Cevap hayır. Çünkü evren sürekli genişlemeye devam etmektedir. Evrenin ilk zamanlarında, yani oluşumundan yaklaşık 500 bin yıl sonra evrenin “sınırında” oluşan bir galaksiyi düşünelim. Diğer “sınırında” da başka bir galaksi oluşsun. Bu 500 bin yıllık süre zarfında iki galaksi arasındaki mesafe evrenin genişlemesiyle bir hayli fazla artacaktır.
Hubble Kanunu’na göre bir cisim ne kadar uzaktaysa o kadar hızlı bir şekilde uzaklaşacağından, her iki galaksinin de bulunduğu uç bölgeler birbirinden gitgide daha hızlı uzaklaşacaktır. Bu artık öyle bir noktaya gelecektir ki iki uç arasındaki evren bölgesi artık ışık hızından daha hızlı bir şekilde genişleyecektir. Bu şekilde 13.8 milyar yıl sonra galaksiden çıkan ışık diğerine hiç ulaşamamış olacaktır. Bir diğer ifadeyle o galaksi, gözlemlenebilir evrenin dışında kalacaktır.
Buradan şunu anlıyoruz ki gözlemlenebilir evrenin boyutu, ışık hızının sınırı tarafından belirlenmektedir. İki cisim arasındaki uzaklık yeteri kadar fazla olursa, evrenin genişlemesine ve aralarındaki mesafeye bağlı olarak birbirlerinden ışık hızından daha hızlı uzaklaşacağı için ışık, aralarındaki genişleyen uzayı aşamayacaktır. Böylece her iki cisim de birbirini asla göremeyecektir. Bu da demek oluyor ki her iki cisme göre bir diğeri, kendi gözlemlenebilir evreninin dışında kalacaktır.
Evren Ne Kadar Büyük?
Şu ana kadar Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması, süpernova patlamaları, baryon akustik salınımları vb. veriler incelenerek yapılan hesaplamalara göre gözlemlenebilir evrenin çapı 92 milyar ışık yılıdır. Ancak adı üstünde bu, gözlemlenebilir evrenin çapıdır.
Bu bölgenin ötesinde olan hiçbir ışığın, ne günümüzde ne de gelecekte görülmesi mümkün olmayacaktır. Peki, gözlemlenebilir evren bölgesinin dışında kalan evren bölgesi de dahil olmak üzere, bütün evren ne kadar büyüktür?
Günümüzde evrenin ne kadar büyük olduğuna ilişkin elimizde herhangi bir somut kanıt bulunmamaktadır. Sadece bildiğimiz fizik kanunlarına ve gözlemlere dayanarak evrenin ne kadar büyük olduğuna ilişkin çıkarımlar yapabiliriz. Örneğin Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması ve Planck Uydusu‘ndan alınan verilere göre evrenin tamamı, gözlemlenebilir evrenin çapından 250 kat büyük olabilir!
Bunun anlamı, bütün evrenin çapı yaklaşık 23 trilyon ışık yılına denk geliyor demektir. Ayrıca bütün evren, gözlemleyebildiğimiz evrenin 15 milyon katı kadar bir hacme de sahip olabilir. Ancak spekülasyonlar burada da son bulmuyor. Evrenin 23 trilyon ışık yılından çok daha büyük olabileceğine dair bazı öngörüler bulunmaktadır. Bu öngörüler, “Kozmik Enflasyon” olarak bilinen teoriye dayanıyor.
Kozmik Enflasyon Teorisi : Evren Çok Kısa Bir Zamanda Işık Hızından Daha Hızlı Genişledi
1980 yılında fizikçi Alan Guth, standart Büyük Patlama Teorisi’ne radikal sayılabilecek bir öneri getirmişti. O zamana kadar evrenin genişliyor olduğu herkes tarafından biliniyordu. Ancak genişleme hızına yönelik yapılan gözlemler, Büyük Patlama Teorisi’nin gerektirdiği hızın biraz altında gözüküyordu.
Teori ile gözlem arasındaki uyuşmazlık, 3 farklı sebepten kaynaklanıyordu. Bunlar şu şekilde sıralanabilir:
- Evren farklı yönlerde farklı sıcaklıklara sahip değildi.
- Evrenin ölçülebilir bir eğimi olmadığı gözüküyordu.
- Ayrıca evrende, Büyük Patlama’dan arta kalan ultra yüksek enerjili ışınlar da görülüyor değildi.
Gözlemlenmesi gereken ama görülmeyen bu üç olgunun yarattığı problemi çözmeye çalışan teorisyenlerden biri olan Alan Guth, 1979 yılında bir çözüme ulaşmıştı. Guth, evrenin başlangıç anından hemen sonraki saniyenin çok küçük bir kısmında(yani 10 üzeri eksi 36 saniye sonra), evrenin ışık hızından hızlı genişlediğini öne sürmüştü.
Bu teoriye göre, evrenin oluşum anındaki ilk saniyenin trilyonda birinin, trilyonda birinin milyonda biri kadarlık bir süre içinde alışık olmadığımız bir kuvvet, evrenin ışık hızından daha hızlı genişlemesine neden olmuştu. Bu kuvveti fizikçiler, “kütleçekimsel itim” olarak adlandırmaktadır.
Yukarıda sözü edilen o çok kısa zaman dilimi esnasında evren, 10 üzeri 26 katlık bir büyüme göstermişti. Bu büyümenin ne kadar fazla olduğunu biraz olsun anlayabilmek adına şu örneği verebiliriz: 10 üzeri 26 katlık bir büyüme, proton boyutundaki bir maddenin, saniyenin çok küçük bir diliminde yaklaşık 100.000 ışık yılı çapı kadar büyümesine denk bir büyümedir.
Evren Sonsuz Mu?
Peki bu ne anlama geliyor? Kozmik Enflasyon olarak adlandırılan bu olaya göre evren, üstel bir hızla her yöne doğru genişlemişti. Evrenin uçlarında bulunan her iki bölge arasındaki mesafe, bir anda devasa boyutlara ulaşmıştı. Öyle ki bu mesafelerin ışık tarafından kat edilmesi o an için bile yüzbinlerce yıl sürecekti.
Eğer bu teori doğruysa evrenin tamamı, gözlemlenebilir evrenden trilyonlarca kat büyük olabilir! Bazı tahminlere göre bu büyüklük öyle seviyelere ulaşmıştır ki evrenin tamamının, gözlemlenebilir evrenin 10 üzeri 10 üzeri 30 katı kadar büyük olabileceği sanılıyor.
Bu sayının ne kadar büyük olduğunu anlamak hepimiz için gerçekten zordur. 10 üzeri 30 sayısını hesaplayacak olursak bu sayı, 1000000000000000000000000000000 sayısına eşit olacaktır. Şimdi bu sayıyı 10 sayısının üssü olarak düşünürsek elde edeceğimiz sayı, evrenin tamamının gözlemlenebilir evrenin tamamına göre büyüklüğü olacaktır.
Burada geçen ifadeler, gerçekten insan aklının sınırlarını zorlayan cinsten kavramlar. Her ne kadar evrenin ne kadar büyük olduğuna ilişkin yukarıdaki öngörüler sadece bir tahminden ibaretse de bu, evrenin akıl almaz bir büyüklükte olduğu gerçeğini değiştirmiyor.
Bizler, ışık hızının evrensel hız sınırı olduğu bir evrende yaşıyoruz. Bu nedenle evrende gördüklerimiz ve gelecekte görebileceklerimiz, ışığın ne kadar hızlı gittiğine bağlıdır. Gözlemlenebilir evren bölgesi olarak adlandırılan bu bölgenin ötesinde ise nelerle karşılaşacağımızı ya da evrenin gerçekte ne kadar büyük olduğunu muhtemelen hiçbir zaman bilemeyeceğiz.
Kaynaklar:
1- Space, “How Big is the Universe?”. <https://www.space.com/24073-how-big-is-the-universe.html>. (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021).
2- Wikipedia, “Observable Universe”. <https://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe>. (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021).
3-Forbes, “How Much Of The Unobservable Universe Will We Someday Be Able To See?”. <https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/03/05/how-much-of-the-unobservable-universe-will-we-someday-be-able-to-see/?sh=4bbb8052f827> (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021)
4-Forbes, “How Large Is The Entire, Unobservable Universe?”. <https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/07/14/ask-ethan-how-large-is-the-entire-unobservable-universe/?sh=450c7adcdf80>. (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021)..
5- Space, “How Did İnflation Happen?”. <https://www.space.com/42261-how-did-inflation-happen-anyway.html> (Erişim Tarihi 12 Temmuz 2021).
6- ScienceBlogs, “How Big is the Unobservable Universe?” <https://scienceblogs.com/startswithabang/2010/10/27/how-big-is-the-unobservable-un> (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021).
7- Forbes, “If The Universe is 13.8 Billion Years Old, How Can We See 46 Billion Light Years Away?” <https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2018/02/23/if-the-universe-is-13-8-billion-years-old-how-can-we-see-46-billion-light-years-away/?sh=2f7c5a1b1303> (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021).
8- Forbes, “How Is The Universe Accelerating If The Expansion Rate Is Dropping?” <https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2021/01/05/how-is-the-universe-accelerating-if-the-expansion-rate-is-dropping/?sh=10ebccec4093> (Erişim Tarihi: 12 Temmuz 2021).
