Kevin Hainline, Amerika’da astro-fizik departmanıyla çok ünlü Arizona Devlet Üniversitesi’nden bir evren bilimci.

Geçen hafta bilgisayarını açtı ve masasında oturduğu yerde sadece ekranına bakarak çok ama çok uzun bir zaman yolculuğuna çıktı. 

Ekranda incelediği, NASA’nın uzaya gönderdiği James Webb Uzay Teleskopu’nun (JWST) son verileriydi. Gördüğü minik ışık 13,5 milyar yıl önceden, yani evrenimizin ortaya çıktığını düşündüğümüz zamanın sadece 280 milyon yıl sonrasından geliyordu. Karşısında kocaman bir galaksi vardı, ona JADES-GS-z14-0 adı verildi.

Bu, bugüne kadar keşfedilmiş en eski galaksiydi.

Zaten JWST uzayda çalışmaya başladığı daha ilk günden itibaren böyle ‘en eski’ler bulmaya başladı. Önce bugüne kadar gözlediğimiz en eski yıldızı buldu, sonra ondan da eskisini buldu. Derken eski galaksiler sökün etti. Bir önceki en eski galaksiyi sadece iki yıl önce görüntülemişti JWST ve bugün gözlenenden 35 milyon yıl daha yakındı bize.

Teori gözlemle uyuşmuyorsa teoriyi değiştir… Tamam da hangisini?

Bu buluşların hepsi iyi güzel ama bizim evreni kavrayışımızla ilgili, daha doğrusu modern evren bilimin son 40-50 yıldır kullanageldiği evren modeliyle de uyumsuz. Çünkü bu modele göre Büyük Patlamadan 300 milyon yıl sonra henüz galaksilerin oluşmamış olması lazım. Ama işte fotoğrafını bu yazının üstüne koydum, koca galaksi orada duruyor.

Bilim, ‘Teori gözlemle uyuşmuyorsa teoriyi değiştir’ der. Peki ama hangi teoriyi değiştirecek fizikçiler? Bütün mesele zaten burada ve bu JWST daha gözlemlerine başlamamışken de büyük bir meseleydi, şimdi ise artık gözardı edilemeyecek kadar ciddi bir kriz.

Einstein’ın 110 yıl önce yazdığı milyon kez kanıtlanan teori

İşin aslına bakacak olursanız, biz bugün evrenimizin bir Büyük Patlama ile başladığını da, evrenimizin yaşını, yani o Büyük Patlamanın ne zaman gerçekleştiğini de, bugün evrenimizin genişleme hızını da, evrenimizin kaç kilo ağırlığında olduğunu da ve JWST’nin uzayda sabit bir noktada durup evrenin derinliklerine bakmasını da tek bir teoriye ve onun alan denklemlerine borçluyuz: Albert Einstein’ın meşhur genel görelilik teorisine.

Teori bize evrendeki en temel mekanizmanın kütle çekim gücü olduğunu söyler. Einstein’ın denklemleri bize ‘uzay-zaman’ adı verilen bir ‘alan’ olduğunu ve kütlenin bu ‘alan’ı eğip büktüğünü anlatır. Kütle büyüdükçe alandaki bükülme artar, bu da kütle çekim gücünün etkisini arttırır.

O kadar ki, uzay-zamandaki bu bükülme ışık hızında hareket eden ışığın bile bükülmesine neden olurdu.

Bu teori ortaya atıldığı 1915 yılından itibaren sayısız defalar test edildi. İlk büyük ve önemli test 1919 yılında bir güneş tutulması sırasında yapıldı ve teori doğrulandı. Gerçekten de ışık büyük kütleli nesnelerin yanından geçerken bükülüyor ve yön değiştiriyordu.

Evren durağan değil, genişliyor

Einstein teorisinin denklemlerini yazarken buraya bir ‘kozmolojik sabit’ koymuş ve rakamı da 0 olarak belirlemişti. Çünkü henüz kendi denklemlerinin ne anlama geldiğini tam olarak kavramıyordu; evrenin durağan, hep o günkü gibi bir yer olduğunu düşünüyordu.

Oysa değildi. Nitekim Einstein’ın kendi alan denklemleri evrenin bir başlangıcı olduğu sonucunu yaratıyordu. Bunu kendisine ilk söyleyen isim olan Belçikalı fizikçi ve aynı zamanda katolik rahip Georges Lemaître’e ‘Matematiğine diyeceğim bir şey yok ama fizik açısından baktığında kabul edilebilir bir şey değil’ cevabını verecekti. 

Oysa Georges Lemaître haklıydı ve o bu görüşünü Amerikalı astrofizikçi Edwin Hubble’ın gözlemlerine dayandırıyordu. Hubble son derece dikkatli gözlemleriyle galaksilerin bizden uzaklaşmakta olduğunu, zaten uzakta olan galaksilerin daha hızlı uzaklaştığını saptamıştı.

Yani Einstein’ın denklemine koyduğu kozmolojik sabit rakamı 0 değildi, 0’dan büyük bir rakamdı. Einstein evrenin bir başlangıcı olduğu fikrine bir süre dirense bile evrenin genişlediğini kabul etti, yani gözleme bakıp teorisini değiştirdi.

Peki ama başlangıçta ne vardı?

Evren bugün genişliyorsa başlangıçta bugünkü kadar büyük değildi demek ki. Dolayısıyla bu genişlemenin bir başlangıcı vardı. İşte ona ‘Büyük Patlama’ diyoruz.

Yalnız bir büyük problemimiz var: Albert Einstein’ın denklemleri o patlama anından itibaren geçerli. 

Peki patlama öncesinde hangi fizik kanunları geçerliydi? 

Patlayan ‘şey’ neydi?

O patlama ile ne kadar enerji açığa çıktı?

Patlamaya ne sebep oldu?

Bu soruların hiçbirine tatmin edici bir cevabımız yok. O yüzden fizikçiler patlama öncesi döneme ve patlayan şeye ‘singularity’ (tekillik) adını veriyor.

Büyük Patlama’nın kanıtı bize ne diyor?

Yaşı yetip televizyonunu antene bağladıktan sonra kanallarını ayarlamaya çalışanlar hatırlayacak. Kanalınız henüz ayarlı değilken ekranda siyah beyaz renkli bir karmaşık karıncalanma görürdünüz. İşte o gördüğünüz, evrenin ta başlangıcından, Büyük Patlamadan kalma ‘kozmik arka plan ışıması.’

Az önce adını verdiğim Georges Lemaître evrenin bir başlangıcı olduğuna dair teorisini 1927’de yayınladı, ama bu teorinin genel kabul görmesi ve ardından da teoriyi kanıtlamak için fizikçiler arasında bir yarış başlaması ancak 1960’ları buldu.

1964’te Arno Allan Penzias ve Robert Woodrow Wilson adlı iki kişi biraz da tesadüfen bu kanıtı buldu. Bugün adına ‘kozmik arka plan ışıması’ dediğimiz şey üzerinde yıllardır son derece titiz çalışmalar yapılıyor, her detay bir bir gözden geçiriliyor.

Bu ışımanın bu kadar titizlikle inceleniyor olmasının sebebi ışımanın gerçekleştiği andaki evren haritasını çıkarma arayışı. Böylece o ışımada gördüklerimizle JWST gibi teleskopların gözlemlerinin birbirine örtüşüp örtüşmeyeceğini anlamaya çalışıyoruz.

Büyük patlamadaki enerji miktarı

Büyük Patlamanın varlığı 1964’te kanıtlandığından beri fizikçiler bu patlama anında ortaya çıkmış toplam enerjiyi hesaplamaya çalışıyor.

Tabii yardıma yeniden Einstein’ın bir denklemi, bu kez 1905 tarihli Özel Görelilik teorisinden kalma meşhur E=MC2 denklemi koşuyor. Bu denklem kütle ile ışık hızının çarpımının enerjiye eşit olduğunu söyler. Denklemi tersten yazmak da mümkün elbette: Enerji bölü ışık hızının karesi de bize kütleyi verir. Kısacası kütle ile enerji birbirine dönüşebilen şeylerdir.

Büyük Patlama anındaki enerji miktarını hesaplamaya çalışan fizikçiler elbette muazzam bir rakam buluyor. Bu rakama bakınca da o zamanki haliyle evrenin yeterince soğumadan enerjiden kütle yaratamayacağını görüyor.

Yani, Büyük Patlama sonrası evren (uzay-zaman) yeterince genişlemeli ki, yüksek enerjili kütlesiz parçacıklar soğuyup kütleye dönüşebilsin, ilk atomları yani hidrojeni ortaya çıkarabilsin.

Yine aynı hesaplara göre aradan hem yeterince uzun zaman (milyonlarca yıl) geçsin hem de yeterince hidrojen atomu bir arada olsun ki ilk yıldızlar, ardından ilk galaksiler oluşsun vs vs.

Bütün bu hesaplar yanlış mı?

Tekrar en başa dönelim, Kevin Hainline’ın keşfettiği evrenimiz henüz sadece 280 milyon yaşındayken gözlemlediği galaksiye bakalım.

Bugüne kadar yapılan bütün hesaplar, evren henüz bu denli ‘genç’ken ortada bir galaksi olmaması gerektiğini, milyarlarca yıldızdan oluşan devasa yapılar olan galaksilerin henüz ortaya çıkmaması gerektiğini söylüyor.

İki ihtimal var: 1. Ya evrenimiz bizim sandığımızdan daha yaşlı, yani kozmik arka plan ışımasıyla ilgili hesaplarımız da, evrenin genişleme hızıyla ilgili hesaplarımız da hep yanlıştı; veya 2. Büyük Patlamayla ortaya çıkan enerji miktarıyla ilgili hesaplarımız, yani bugün evrenin sahip olduğu kütleye ilişkin hesaplarımız yanlış.

Burada basit bir hesaplama hatasından değil, evrenle ilgili bütün kavrayışımızı başından sonuna değiştirme ihtimali olan bir büyük krizden söz ediyorum.

Eğer bu konu ilginizi çektiyse, gelin Kurban Bayramını fırsat görelim, evren bilimin krizini anlamaya çalışalım.

Hepinizin bayramını kutlarım.