Evrenin Şekli Nedir? Evrenin Şekli Hakkında Her Şey

Kısaca: Ölçümler, evrenin gözlemleyebildiğimiz bölümünün düz olduğunu gösteriyor. NASA’nın WMAP uydusu uzayın eğriliğini “düz” Öklid geometrisinden en fazla %0,4 sapacak şekilde belirledi; Planck uydusunun 2018 verileri baryon akustik salınımı ölçümleriyle birleştirildiğinde eğrilik parametresi Ω_K = 0,001 ± 0,002, yani sıfırla uyumlu çıkıyor. Bu, evrenin bir küre ya da eyer gibi değil, düz bir uzay gibi davrandığı anlamına gelir; evrenin sonlu mu sonsuz mu olduğu ise hâlâ bilinmiyor.

“Evrenin şekli” ne demek?

Gökbilimciler evrenin şeklinden söz ettiğinde dışarıdan bakılan bir nesnenin biçimini değil, uzayın kendi geometrisini kastederler: Uzayda çizilen dev bir üçgenin iç açıları toplamı 180 derece mi, paralel ışık ışınları hep paralel mi kalır? Einstein’ın genel görelilik kuramına göre bu geometriyi evrendeki toplam madde ve enerji yoğunluğu belirler. Büyük ölçekte homojen ve her yöne aynı görünen bir evreni tanımlayan Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) çözümleri yalnızca üç olasılığa izin verir.

Üç olası geometri: düz, kapalı ve açık evren

Buradaki kritik yoğunluk, bugünkü genişleme hızına göre evrenin tam düz olması için gereken yoğunluktur ve metreküp başına yalnızca birkaç hidrojen atomu kütlesine karşılık gelir. Ω ise gerçek yoğunluğun bu değere oranıdır.

Evrenin şekli nasıl ölçülür?

En güçlü yöntem, Büyük Patlama’dan yaklaşık 380 bin yıl sonra serbest kalan ilk ışık olan kozmik mikrodalga arka plan ışınımına (KMA) bakmaktır. Bu ışınımdaki sıcak ve soğuk lekelerin gerçek boyutu fizik yasalarından hesaplanabilir; gökyüzünde ne kadar büyük göründükleri ise ışığın bize gelirken izlediği geometriye bağlıdır. Kapalı bir evrende lekeler büyüteçten bakılmış gibi büyük, açık bir evrende küçük görünürdü. Ölçülen boyut, düz bir evrenin öngörüsüyle neredeyse tam olarak örtüşüyor.

Bu sonuç ilk kez 2000 yılında BOOMERanG balon deneyiyle güçlü biçimde ortaya kondu; ardından WMAP (2001–2010) ve Planck (2009–2013) uyduları ölçümü çok daha hassas hâle getirdi. Galaksilerin uzaydaki dağılımında izi kalan baryon akustik salınımları da bir “standart cetvel” işlevi görür; Planck verileriyle birleştirildiğinde eğrilik sıfırla uyumlu kalır.

Planck verileri tek başına kullanıldığında hafif bir kapalı evren eğilimi gösterdiğini öne süren çalışmalar da yayımlandı (Di Valentino ve ark., 2019). Ancak bu eğilim diğer bağımsız ölçümlerle birleştirildiğinde ortadan kalkıyor; bugünkü genel kanı evrenin düz ya da düzden ayırt edilemeyecek kadar az eğri olduğudur.

Düz evren sonsuz mu demek?

Şart değil. Ölçümler yalnızca gözlemleyebildiğimiz bölgenin, yani yaklaşık 93 milyar ışık yılı çapındaki gözlemlenebilir evrenin geometrisini sınayabilir. Evren bu bölgenin çok ötesine uzanıyorsa, yeryüzünün küçük bir bölümünün düz görünmesi gibi, çok hafif eğri bir evren de bize düz görünür. Ayrıca düz bir uzay da bir video oyunundaki ekran gibi kendi üzerine kapanan sonlu bir yapıya (topolojiye) sahip olabilir. Gökbilimciler KMA’da bu tür tekrar eden desenler aradı, ancak şimdiye kadar bulamadı. Bu yüzden evrenin sonlu mu sonsuz mu olduğu hâlâ yanıtı bilinmeyen sorulardan biridir.

Evrenin şekli geleceğini belirler mi?

Karanlık enerji keşfedilmeden önce bu soruya “evet” deniyordu: Kapalı bir evrenin genişlemesinin bir gün durup tersine döneceği (Büyük Çöküş), açık ve düz evrenlerin ise sonsuza dek genişleyeceği düşünülüyordu. 1998’de evrenin genişlemesinin hızlandığının keşfedilmesiyle bu basit bağ koptu. Bugün evrenin geleceğini geometrisinden çok karanlık enerjinin doğası belirliyor; karanlık enerji zamanla değişmiyorsa evren sonsuza dek ve giderek hızlanarak genişlemeyi sürdürecek.

Neden düz? Şişme kuramı

Evrenin bu kadar hassas biçimde düz olması bir rastlantı gibi görünür; çünkü ilk anlardaki en küçük sapma bile zamanla büyümeliydi. 1981’de Alan Guth’un önerdiği şişme (enflasyon) kuramına göre evren, ilk saniyenin çok küçük bir kesrinde muazzam bir hızla genişledi. Şişirilen bir balonun yüzeyinin giderek düz görünmesi gibi, bu genişleme de başlangıçtaki eğriliği ölçülemeyecek kadar küçülttü. Şişme kuramı evrenin düzlüğünü ve KMA’daki lekelerin özelliklerini başarıyla açıklıyor; ancak doğrudan kanıtı hâlâ aranıyor.

Sık sorulan sorular

Evrenin bir kenarı ya da merkezi var mı?

Hayır. Kozmolojinin temel varsayımına göre evren büyük ölçekte her yerde ve her yönde aynı görünür; ne bir merkezi ne de bir kenarı vardır. Büyük Patlama da uzayda bir noktada gerçekleşen bir patlama değil, uzayın her yerde birden genişlemeye başlamasıdır.

Evren düzse neden “evren genişliyor” diyoruz?

Düzlük uzayın geometrisini, genişleme ise galaksiler arasındaki uzaklıkların zamanla artmasını anlatır. Düz bir uzay da genişleyebilir; tıpkı sonsuz bir kareli kâğıdın karelerinin büyüdüğünü düşünmek gibi.

Kaynaklar

• WMAP genel bakış, NASA.
• Planck Collaboration (2020). Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters. Astronomy & Astrophysics, 641, A6.
• de Bernardis, P. ve ark. (2000). A flat Universe from high-resolution maps of the cosmic microwave background radiation. Nature, 404, 955–959.
• Di Valentino, E., Melchiorri, A. ve Silk, J. (2019). Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology. Nature Astronomy, 4, 196–203.
• Guth, A. H. (1981). Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems. Physical Review D, 23, 347.

Bunlar da ilginizi çekebilir

• Evrenin Genişleme Hızı Işık Hızını Aşabilir Mi?
• Samanyolu Galaksisi Ne Kadar Büyük?
• Einstein Halkası Nedir?
• Astrofizik Nedir: Evrenin Gizemli Dili
• Evrende Kaç Galaksi Var?