Evrenin Genişleme Hızı Işık Hızını Aşabilir Mi?

Kısaca: Evet, ama bu görelilik kuramını çiğnemez. Işık hızı sınırı, uzayın içinde hareket eden cisimler için geçerlidir; uzayın kendisinin genişlemesi için böyle bir sınır yoktur. Hubble yasasına göre bir galaksinin bizden uzaklaşma hızı uzaklığıyla orantılıdır (v = H₀ × d). H₀ yaklaşık 70 km/s/Mpc alındığında, yaklaşık 14 milyar ışık yılından daha uzaktaki galaksiler bizden ışıktan hızlı uzaklaşır.

Evrenin genişlemesinden bahsederken insanlar genellikle ışık hızı kavramını kullanırlar. Çünkü ışık hızı evrende bildiğimiz en üst hızdır ve eğer evren süper bir hızla genişliyorsa bu değerin mutlaka ışık hızı olması gerekir.

Evrenin genişleme hızından bahsettiğimizde aslında bildiğimiz hız kavramından bahsetmiyoruz. Hız dediğimiz şey, bir noktadan diğerine gitmek için geçen zamanın bir ölçüsüdür. Ancak evren hareket etmiyor, sadece genişliyor ve bu genişleme bir noktadan değil her noktadan gerçekleşiyor. Bu nedenle, bir seferde göreceğiniz genişleme hızı, başka bir zamanda göreceğinizden farklı olacaktır.

Evrenin ışık hızından daha hızlı genişlemesi mümkün mü?

Hızı genellikle km/s cinsinden ifade ederiz. Bu tanım bize bir cismin bir saniyede kaç kilometre yol kat ettiğini söyler. Ama evrenin genişlemesi söz konusu olduğunda bu birim km/s yerine Mpc/s’dir. Başka bir deyişle, bize bir megaparsek (Mpc) (3,26 milyon ışıkyılı) mesafedeki bir nesnenin saniyede kaç kilometre yol kat ettiğini söyler. Aramızdaki evren genişlediğinden, bizden bir Mpc uzaktaki bir cisim bizden yaklaşık 70 km/s hızla uzaklaşıyor. 2 Mpc mesafeden bakarsanız 140 km/s, 3 Mpc mesafeden bakarsanız 210 km/s olur. Bu değerin eninde sonunda bir noktada ışık hızına ulaşacağı açıktır. (Bu durum, cismin kendi hızıyla hiçbir ilgisi olmadığı için özel göreliliği ihlal etmez.)

Bu değerin ışık hızına ulaştığı nokta, Hubble hacmi dediğimiz hayali bir kürenin sınırına karşılık gelir. Bu noktanın ötesindeki nesneler ışık hızından daha hızlıdır. Bir süre sonra kozmik olay ufku kavramı devreye girer. Hubble sabiti aslında bir sabit olmadığı için geçmişte Hubble sabitinin farklı olduğu dönemleri görüyoruz. Bu nedenle, Hubble hacmi ve kozmik olay ufku örtüşmeyebilir. Gözlemlenebilir evrenin sınırları, kozmik olay ufku ile sınırlıdır.

Bu noktadan sonra ışık, kaynağı terk eder ama aramızdaki evren bu süre zarfında sürekli genişlediği için ışık yoluna devam etse de bize ulaşamaz. Başka bir deyişle, ışığın önündeki yolun sonu yoktur. Koşu bandında koşmak gibidir. Sabit bir hızınız var ama altınızdaki kemer kaydığı için asla hedefi erişemiyorsunuz. Bu durumu açıklamak için güzel bir benzetme olmasının yanı sıra ana olay, evren genişlerken gelen fotonun kırmızıya kaymasıdır. Bu nedenle sürekli enerji kaybeder. Dolayısıyla evrenin genişleme hızı aslında hız olmadığı için, onu ışık hızıyla kıyaslamak fiziksel olarak anlamsızdır. Bir arabanın hızını santigrat derece cinsinden ifade etmeye benzer, birimler birbiriyle uyumlu olmadığı için kesin olmayan bir karşılaştırmadır bu.

Dikkat ederseniz, megaparsek ve kilometre mesafe birimleridir. Böylece gerekli matematiği yaparak km/Mpc ifadesinden sabit bir sayı geldiğini görebilirsiniz. Bu durumda, evrenin genişlemesinin, tamamen bağımsız bir hız birimi olan, aslında bildiğimiz hertz birimine benzeyen 2,2 × 10-18 s-1 değerine sahip olduğunu göreceksiniz. Artık işler biraz daha tuhaflaşıyor, değil mi?

Fizikte sayıların anlamı, değerlerinden daha önemlidir. Burada Hubble sabitinin saniyede birim başına gerçekleşen bir genişlemeyi temsil ettiğini görüyoruz. Örneğin, ışığın frekansı saniyedeki toplam dalga sayısını gösterir. Hubble sabiti, saniyedeki dalga sayısı gibi fiziksel bir durumu mu ima ediyor? Tabii ki değil. Çünkü uzantıyı açıklayan bir tanımın olması gerektiğini biliyoruz. Dolayısıyla bu şekilde yorumlamak doğru olmaz. Aslında Hubble sabitinin bu değeri bize evrende yakaladığımız birim alanın boyutunun bir saniyede %2,2 × %10-16 artacağını söylüyor. Başka bir deyişle, evrenin boyutunun kaç saniye sonra artacağını hesaplayabiliriz.

Kısacası, evrenin belirli bir zamanda genişlemesini bir oran ile karşılaştırmak yanlıştır. Evren gerçekten de şimdiki boyutlarına bir saniyenin çok küçük bir bölümünde geldi. Ancak bu devasa genişlemeyi hız ile anlatmak doğru olmaz.

Not: Evrenin genişlemesi nedeniyle uzak bir gök cisminden ışık alamamamızın nedeni, ışığın yeterli süre boyunca bu yolu izleyememesi değildir. Aynı zamanda evren genişledikçe ışık kırmızıya döner, bu da enerjisini kaybettiği anlamına gelir.

Hubble yasasıyla basit bir hesap

Hubble sabiti, uzaklıktaki her megaparsek (yaklaşık 3,26 milyon ışık yılı) için uzaklaşma hızının ne kadar arttığını söyler. Ölçümler 67 ile 73 km/s/Mpc arasında değer veriyor; bu iki ölçüm arasındaki fark bugün “Hubble gerilimi” adıyla tartışılıyor. 70 km/s/Mpc ile:

• 100 Mpc (yaklaşık 326 milyon ışık yılı) uzaklıktaki bir galaksi saniyede yaklaşık 7.000 km hızla uzaklaşır.
• 1.000 Mpc uzaklıktaki bir galaksi saniyede yaklaşık 70.000 km hızla, yani ışık hızının dörtte biri kadar hızla uzaklaşır.
• Yaklaşık 4.300 Mpc (14 milyar ışık yılı) uzaklıkta uzaklaşma hızı ışık hızına (saniyede yaklaşık 300.000 km) ulaşır. Bunun ötesindeki galaksiler ışıktan hızlı uzaklaşır.

Bu yüzden gözlemlenebilir evrenin yarıçapı (yaklaşık 46 milyar ışık yılı), evrenin yaşı olan 13,8 milyar yıl ile ışık hızının çarpımından çok daha büyüktür. Şaşırtıcı bir sonuç daha var: bugün bizden ışıktan hızlı uzaklaşan bazı galaksilerin geçmişte yola çıkmış ışığını hâlâ görebiliyoruz.

Sık sorulan sorular

Evren neyin içine genişliyor?

Bilinen fizik açısından evrenin “dışında” genişleyeceği bir yer tanımlanmaz. Genişleme, galaksi kümeleri arasındaki mesafelerin zamanla büyümesi demektir; bir patlamanın boş bir odaya yayılması gibi düşünülmemelidir.

Evrenin genişlemesi hızlanıyor mu?

Evet. 1998’de uzak süpernovalar üzerine yapılan gözlemler genişlemenin hızlandığını gösterdi; bu keşif 2011 Nobel Fizik Ödülü’nü getirdi. Hızlanmanın nedeni olarak düşünülen bileşene karanlık enerji deniyor.

Dünya ve Güneş Sistemi de genişliyor mu?

Hayır. Gezegenler, yıldızlar, galaksiler ve galaksi grupları kütle çekimiyle bir arada tutulur; genişleme yalnızca birbirine bağlı olmayan büyük ölçekli yapılar arasındaki mesafeyi büyütür.

Kaynaklar

• Davis & Lineweaver (2004), Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the Universe
• NASA WMAP: Expansion of the Universe
• ESA: Planck

Bunlar da ilginizi çekebilir

• Evrenin Şekli Nedir? Evrenin Şekli Hakkında Her Şey
• Samanyolu Galaksisi Ne Kadar Büyük?
• Einstein Halkası Nedir?
• Astrofizik Nedir: Evrenin Gizemli Dili