Kozmolojik Sabit nedir, neyi ifade eder? Kozmolojik sabitin karanlık enerji ile ilişkisi, evrenin genişlemesindeki etkisi ve açıklaması.
Kozmolojik Sabit
Einstein bulduğu kozmolojik sabitini genel görelilik denklemlerine eklemenin hayatının en büyük hatası olduğunu söylemiştir. Bu sabit, kütleçekimi dengeleyecek şekilde Evren’in genişleme hızını arttırıp yavaşlatabiliyordu. Einstein’m bu sayıya gereksinimi yoktu ve onu terk etti. Ne var ki 1990’lı yıllarda ortaya çıkan yeni kanıtlar bu sabitin yeniden oyuna girmesini gerektiriyor. Gökbilimciler gizemli karanlık enerjinin Evren’in genişleme hızını arttırdığını keşfettiler ki bu da modern kozmolojinin baştan yazılması anlamına geliyor.
Albert Einstein Büyük Patlamalı bir evrende değil de durağan bir evrende yaşadığını düşünüyordu. Ona yönelik denklemler üretmeye çalışırken bir sorunla karşılaştı. Kütleçekim olduğu için Evren’deki her şey en sonunda tek bir noktaya, belki bir kara deliğe çökmek zorundaydı. Ama gerçek Evren apaçık bir şekilde böyle değildi ve oldukça kararlı gözüküyordu. Bunun üzerine Einstein da kuramına kütleçekimi dengeleyen bir terim (bir tür itici “karşı-kütleçekim” terimi) ekleyiverdi. Bunu böyle bir kuvvetin varlığını bildiğinden değil de yalnızca denklemleri doğru görünsün diye yaptı. Ama böyle bir formülasyonun sorunlu olduğu hemen ortaya çıktı.
Eğer kütleçekime karşı bir kuvvet olsaydı, tıpkı engellenemez kütleçekimin çökmeye yol açacağı gibi, bu karşı-kütleçekimin de Evren’in kütleçekim yapıştırıcısıyla sıkıca bir arada tutulmayan tenha bölgelerinde büyük parçalanmalara, boşlukların oluşmasına yol açması gerekirdi. Einstein, Evren’in böyle parçalanmasına izin vermektense, eklediği itici terimi kaldırmayı ve onu dahil etmekle hata yaptığını kabul etmeyi tercih etti. Diğer fizikçiler de onu çıkarma taraftarıydı. Ya da öyle olması gerektiğini sanıyorlardı. Terim unutulmadı — görelilik denklemlerinde korundu ama değerini (kozmolojik sabiti) yok saymak için hep sıfır kabul edildi.
İvmelenen Evren
1990’lı yılların sonunda iki ayrı gökbilim ekibi uzayın geometrisini ölçmek için uzak galaksilerdeki süpernovalarm haritasını çıkarıyordu. Süpernovalarm gerçekte görünmeleri gerektiğinden daha sönük olduğunu fark ettiler. Süpernovalar, yani ölmekte olan yıldızların görkemli patlamaları birkaç şekilde gerçekleşebilir. Tip la süpernovalarm öngörülebilir bir parlaklıkları olur ve bu nedenle de uzaklık ölçümlerinde kullanılırlar. Hubble yasasını oluşturmak için yakın galaksilerin uzaklıklarını ölçerken Sefeid değişken yıldızlarından yararlanılması gibi, Tip la süpernovalardan gelen ışıkların tayfları üzerine çalışarak bizden ne kadar uzakta oldukları anlaşılır. Bu yöntem yakındaki galaksiler için çok iyi işliyordu. Ancak süpernovalar uzaklaştıkça gereğinden fazla sönükleşiyorlardı. Sanki olmaları gerektiği yerlerden daha uzaktaymış gibi görünüyorlardı.
Giderek daha çok süpernova keşfedildikçe uzaklıkla birlikte sönükleş-menin örüntüsü Evren’in, Hubble yasasının söylediği gibi, sabit bir hızla ilerlemiyor olduğunu, aslında hızının arttığını ortaya çıkarmaya başladı. Bu kozmoloji camiasında büyük bir şok etkisi yarattı ve bugün bile bu şoktan çıkılabilmiş değil.
Süpernovaların ortaya koyduğu yeni sonuçlar, Einstein’ın denklemleriyle çok iyi örtüştü ama bu örtüşme, kozmolojik sabiti sıfırdan 0,7’ye yükselterek denkleme eksi bir terim eklenmesiyle oldu. Süpernova sonuçlan kozmik mikrodalga arkaplan ışıması gibi bazı başka kozmoloji verileriyle birlikte değerlendirildiğinde kütleçekime karşı işleyen yeni bir itici kuvvete gerek olduğu ortaya çıktı. Bu çok zayıf bir kuvvetti. Bunun neden bu denli zayıf olduğu bugün bile akıl karıştırıcı bir durumdur; çünkü daha büyük bir değerde, kütleçekimi bastırıp uzaya egemen olacak bir değerde olmaması için hiçbir neden yoktur. Bunun yerine kütleçekimin gücüne çok yakındır; bu nedenle şu an gördüğümüz gibi uzay-zaman üzerinde pek fark edilmeyen bir etkisi vardır. Bu eksi enerji terimine “karanlık enerji” adı verilmiştir.
Karanlık enerji
Karanlık enerjinin kökeni hâlâ bilinemiyor. Bütün bildiğimiz onun uzayın boşluğuyla ilgili bir enerji türü olduğu ve uzayın kütleçekim oluşturacak maddeden yoksun bölgelerinde negatif bir basınç yarattığıdır. Yani boş uzay bölgelerinin genişlemesine yol açar. Süpernova gözlemlerinden gücünü kabaca biliyoruz ama daha fazla şey de bilmiyoruz. Tam olarak sabit olduğundan emin değiliz. Yani Evren’in her yanında ve her zaman aynı değeri mi aldığını (kütleçekim ve ışık hızı gibi) yoksa değerinin zamanla değişiyor mu olduğunu (yani bugünkü değeri ile Büyük Patlama’dan sonraki ya da gelecekteki değerinin farklı olup olmadığını) bilmiyoruz. Daha genel biçimiyle (ve gücünün zaman içinde değişebileceği bütün olası yolları kapsadığı için) beşinci kuvvet diye de adlandırılmıştır. Ama bu gizli kuvvetin kendini nasıl ortaya koyduğu ya da Büyük Patlama fiziği içinde nasıl ortaya çıktığı hâlâ bilinmiyor. Fizikçilerin üzerinde çalışacağı sıcak bir gündem maddesidir.
Bugünlerde Evren’in geometrisini ve içeriğini çok daha iyi anlıyoruz: karanlık enerjinin keşfi, bütün Evren’in enerji bütçesindeki açığı kapatarak kozmolojinin hesap dengelerini sağlamıştır. Yani artık bu bütçenin %4’ünün normal maddeden (baryonlardan), %23’ünün baryonlardan meydana gelmeyen egzotik bir maddeden ve %73’ünün de karanlık enerjiden oluştuğunu biliyoruz. Bu sayıların toplamı, Evren’i açık ya da kapalı yapacak olan kritik kütleye yakın, dengeli bir “olması gereken Evren” için gereken değer civarında çıkıyor.
Evrenin Geleceği
Bununla birlikte karanlık enerjinin gizemli özellikleri yüzünden Evren’in toplam kütlesini bilsek dahi geleceğini tahmin etmemiz zordur. Çünkü her şey karanlık enerjinin etkisinin gelecekte artmasına ya da azalmasına bağlıdır. Eğer Evren’in genişleme hızı artarsa, günümüzde Evren’e egemen olma açısından ancak kütleçekim kadar etkili olan karanlık enerji ileride belli bir noktada etkisini arttıracaktır; hızlanacak olan genişleme kütleçekime baskın gelecektir. Böylece Evren’in kaderi, gittikçe hızlanarak sonsuza kadar genişlemek olabilir. Bu yönde birtakım korkunç senaryolar da üretilmiştir: Kütleçekim yenildiğinde zayıf bir biçimde bir arada duran büyük kütleli yapılar dağılıp parçalanacaklardır. Bir süre sonra galaksiler çözülecek ardından yıldızlar buharlaşıp bir atom sisi oluşturacaktır. En sonunda negatif basınç atomları da parçalayacak ve geride yalnızca atomaltı parçacıklardan oluşan sıkıcı bir deniz kalacaktır.
Her ne kadar kozmoloji yapbozunun parçaları artık yerine oturmuş olsa ve Evren’in geometrisini tanımlayan sayılardan çoğunu ortaya çıkarmış olsak da hâlâ yanıtlanamamış bazı büyük sorular vardır. Evren’i oluşturan şeylerin %95’ini bilmiyoruz. Ayrıca bu yeni beşinci kuvvetin ne olduğu hakkında da bir fikrimiz yok. Yani zaman, arkamıza yaslanıp oturma ve elimizdekilerle yetinme zamanı değildir. Evren gizemini korumayı sürdürmektedir.
