Evren
Bütün gökcisimleri, yıldızlar, gökadalar, bulutsular, gezegenler, uydular, yıldızlararası madde, üzerinde yaşadığımız Dünya, insanlar, kısacası var olan her şey evreni oluşturur. Bildiğimiz ve henüz bilmediğimiz bütün madde, enerji ve ışıma biçimleri uçsuz bucaksız evrenin içindedir. Evrenin büyüklüğü ve yapısı nedir, evren nasıl ve ne zaman oluşmuştur, ne zamana kadar var olacaktır, bir gün sonu gelecekse nasıl gelecektir gibi sorular yüzyıllardır astronomların aklını kurcalamıştır. Evrenin fiziksel varlığına ilişkin bu soruların yanı sıra düşünürler de evrenin neden var olduğunu ve insanın evrendeki yerini sorgularlar. Hemen hemen bütün uygarlıklarda evrenin yaratılışına ilişkin çeşitli efsane ve mitler vardır.
Eskiden evren kavramı, Arapça’dan dilimize geçmiş olan ve “yaratılmış şeylerin tümü, bütün varlıklar” anlamına gelen kâinat sözcüğüyle karşılanırdı. “Yaratılmış her şeyi içeren düzenli bütün” anlamında Eski Yunanca kökenli bir sözcük olan kozm os terimi de birçok batı dilinde ve Türkçe’de gene evrenle eşanlamlı olarak kullanılır. Evrene ilişkin anlamındaki ko zm ik , SSCB’de astronot anlamında kullanılan kozm onot ve fiziksel evreni bir bütün olarak inceleyen bilim dalının (evrenbilim) adı olan kozmoloji terimleri hep bu kökenden türetilmiştir. Araştırmalarının temeli fizik ve astronomi olgularına dayanan kozmoloji ya da evrenbilim bu bilimlerle çok yakın bir ilişki içindedir. Kozmologlar, evrende gözledikleri olguları açıklayabilecek “evren modelleri” kurarlar. Ama Eski Yunan’dan başlayarak ortaya atılan bütün evren modelleri sonradan gözlenen yeni olgularla çeliştiği için yüzyıllar boyunca birçok kez değişikliğe uğramış ve benimsenen yeni görüşlerin çoğu ancak 20. yüzyılda biçimlenmiştir.
Evren Konusundaki Görüşlerin Değişmesi
Eskiçağlarda, birkaçı dışında bütün astronom ve düşünürler Dünya’nın evrenin merkezi olduğuna, Güneş, Ay ve yıldızların Dünya’ nin çevresinde döndüğüne inanırlardı. Bu evren görüşüne göre, yıldızlar kristal bir kürenin içine çakılmış gibi durağandı. Buna karşılık Güneş, Ay ve beş “gezgin yıldız” (o zamanlar bilinen beş gezegen) bu durağan yıldızların önünde hareket halindeydi. Bütün gökcisimleri, sanki bir makineyle çalıştırılıyormuşçasma,değişmez bir düzen içinde Dünya’nın çevresinde dolanırdı. Eski astronomlar gezegenlerin bu hareketini, Güneş’in ve yıldızların günlük dolammını açıklayabilmek için karmaşık evren modelleri geliştirdiler.
Bu eski astronomlar içinde etkisi en uzun süreli olan İskenderiyeli Batlamyus’tur (Klaudios Ptolemaios). İS 2. yüzyılda yaşayan bu ünlü bilgin, bugün Almagest adıyla bilinen büyük yapıtında gökcisimlerinin karmaşık hareketini açıklayan evren kuramını ortaya attı ve Dünya’yı evrenin merkezi olarak kabul eden bu kuram 1.400 yıl boyunca hiç tartışmasız benimsendi. Uzayın uçsuz bucaksız ve karanlık boşluğunda, Güneş’e benzer yıldızlardan oluşmuş bir gökadanın ortasında yüzen günmerkezli Güneş Sistemi düşüncesinin yerleşmeye başlaması ancak 16., 17. ve 18. yüzyıllara rastlar. Mikolaj Kopernik, Galileo Galilei ve Johannes Kepler gibi büyük bilginler, Dünya’nın ve öbür gezegenlerin Güneş’in çevresindeki yörüngelerde dolandığını kanıtladılar. Sir Isaac Newton, bu gezegenleri yörüngede tutan evrensel çekim (kütleçekim) kuvvetinin varlığını açıkladı. 18. yüzyılın sonlarında Sir William Herschel ve onu izleyenler de bütün Güneş Sistemi’ni içeren Samanyolu Gökadası’m incelediler; bulutsu denen soluk ışıklı gaz ve toz bulutlarını araştırarak bunlardan çoğunun gerçekte Samanyolu’nun ötesindeki başka gökadalar olduğunu saptadılar.
19. yüzyılın ortalarına doğru astronomları, insanın düş gücünün çok ötesinde, tasarlanamayacak kadar engin bir evren düşüncesine götüren önemli gelişmeler oldu. Evrenin sınırsız boyutlarının ilk somut göstergesi, büyük Alman astronomi bilgini Friedrich Wilhelm Bessel’in (1784-1846) o güne kadar denenmemiş bir yönteme başvurarak 1838’de yaptığı bir uzaklık ölçümüdür. Bessel, ilk kez ıraklık açısından yararlanarak, Güneş ile yakınındaki Kuğu 61 yıldızı arasındaki uzaklığı kesin değerleriyle ölçtü ve inanılması güç bir sonuç buldu. Bu ölçüme göre Kuğu 61 Güneş’e 97 trilyon kilometreden daha uzaktaydı (tam olarak 97.432.493.000.000 km). Yakın bir yıldızın bile böylesine şaşırtıcı bir uzaklıkta olması, uzayda yapılacak ölçümlerde kilometre ve mil gibi geleneksel ölçü birimlerini kullanmanın ne kadar anlamsız olduğunu açıkça ortaya koymuştu. Bunun üzerine astronomlar, çok hızlı bir maddenin bu uzaklığı ne kadar zamanda alacağını belirtmenin çok daha kolay ve anlamlı bir ölçü birimi olacağına karar verdiler. Bilinen en büyük hız ışığın hızıdır. Saniyede yaklaşık 300.000 km hızla hareket eden bir ışık ışını bir yılda yaklaşık 9,5-10 trilyon kilometre yol alır. “Işık yılı” denen bu uzaklık bugün astronominin temel uzunluk ölçüsü birimidir. Demek ki bu birime göre Kuğu 61 Güneş’ten 10,3 ışık yılı uzaklıktadır. (Günümüzde yapılan daha duyarlı ölçümler bu uzaklığın 11,2 ışık yılı olduğunu ortaya koymuştur.) Güneş’e en yakın yıldız ise yalnızca 4,3 ışık yılı uzaklıktaki Proxima Centauri'dir (Erboğa takımyıldızından bir yıldız).
1912’de, Sefeitler adıyla bilinen değişen yıldızların mutlak parlaklıklarının devirleriyle bağlantılı olarak değiştiğinin bulunması, bu yıldızların ve çevrelerindeki öbür gökcisimlerinin uzaklıklarını belirleme olanağı verdi. 1914’te Samanyolu Gökadası’nın haritasını çıkarmaya koyulan ABD’li astronom Harlow Shapley, Güneş Sistemi’nin bu gökadanın merkezinden yaklaşık 30.000 ışık yılı uzakta olduğu sonucuna vardı. Günümüzde Samanyolu Gökadası’nın 100.000 ışık yılı çapında, ortası şişkince yassı bir disk biçiminde olduğu biliniyor. Diskin ortası, daha yaşlı yıldızlardan oluşan ve hem altta, hem üstte kabarıklık yapan bir haleyle çevrilidir; diskin kenarlarında da toz ve gaz bulutları ile genç yıldızların oluşturduğu sarmal kollar uzanır.
Çağdaş Evren Modelleri
Gökadalar uzayda belirli bir düzene göre dağılmış değildir. Tıpkı Samanyolu Gökadası gibi öbür gökadaların çoğu da kümeler halinde bulunur ve bu kümeler uzayda birbirine göre yer değiştirir. 1929’da ABD’li astronom Edwin Hubble (1889-1953), uzayın derinliklerindeki gökadaların Güneş Sistemi’nden ve birbirlerinden giderek uzaklaştıklarını saptadı. Hubble’ın bulgularına göre, uzaklaşma hızları bulundukları uzaklıkla doğru orantılıydı; başka bir deyişle, bir gökada bizden ne kadar uzaktaysa kaçış hızı da o kadar fazlaydı.
Gökadaların gerilemesi denen bu olay ancak evrenin her yöne doğru genişlediğini kabul etmekle açıklanabilir. Evrenin genişlediği savını, o tarihten yedi yıl önce Rus matematikçi Aleksandr Friedmann, Albert Einstein’ın genel görelilik kuramına dayanarak ortaya atmıştı. Hubble’ın bulguları genişleyen evren kuramını destekleyen ilk veriler oldu.
Gene 20. yüzyılda, evrenin oluşumunu ve ne gibi değişiklikler geçirdiğini açıklamak üzere iki kuram geliştirildi. Bunlardan “durağan hal” kuramına göre, evren geçmişte ve gelecekte, her an ve her noktasında hep aynı görünümdedir. Evren genişledikçe, aradaki boşlukları doldurmak üzere sürekli yeni maddeler oluşur. “Büyük patlama” adıyla bilinen öbür kurama göre ise, evren başlangıçta son derece yoğun, olağanüstü sıcak ve iyice sıkışmış tek bir kütle halindeydi. Bu kütle bir anda patlayarak çevreye saçıldı ve savrulan parçalar soğudukça kütleçekim etkisiyle bir araya gelerek ilk yıldızları ve gökadaları oluşturdu. Büyük patlama kuramına göre evrenin yaşı 10 milyar ile 20 milyar yıl arasındadır. (Dünya’nın yaşı yaklaşık 4,6 milyar yıldır.) Büyük patlama kuramı bugün kozmoloji bilginlerince doğru olarak kabul edilir; çünkü evrenin geçmişte bugünkünden çok daha sıcak ve yoğun olduğu bilinen bir gerçektir.
Evrenin derinliklerinden gelen ışığın Dünya’ya ulaşması çok uzun zaman aldığı için, evrendeki hiçbir şeyi o andaki durumu ve konumuyla göremeyiz; gördüğümüz her şey geçmişten kalma görüntülerdir. Örneğin Dünya’ya 5 ışık yılı uzaklıktaki bir yıldızı teleskopla izlediğimiz anda, o yıldızın beş yıl önceki görüntüsü bize daha yeni ulaşıyordur. Samanyolu’nun çok ötesindeki en uzak gök adaları ise ancak büyük patlamanın olduğu ve evrenin biçimlenmeye başladığı andaki durumlarıyla görebiliriz. Astronomlar, uzaklaşan gökadaların kaçış hızını ve bulundukları yeri hesaplayarak evrenin yaşını tahmin edebiliyorlar. Ama evrenin başlangıcından önce herhangi bir madde olup olmadığını bilemiyoruz.
Madde ve Enerji
Evren ne kadar karmaşık gözükse de aslında yalnızca iki temel öğeden oluşur: Madde ve enerji. Moleküllerden, atomlardan ya da başka parçacıklardan oluşan her şey maddedir; vücudumuz, üzerinde yaşadığımız gezegen, uzayda gördüğümüz bütün öbür gezegenler, yıldızlar, gökadalar ve bulutsular hepsi birer maddedir. Enerji ise maddede saklı olan ve maddenin hareket, iş ya da eylem yapmasını sağlayan güçtür. Örneğin bir maddenin yer değiştirmesi ya da başka bir madde parçasını kendine doğru çekmesi için enerji gerekir. Kütleçekim kuvveti bile bir enerji biçimi olarak düşünülebilir. Albert Einstein madde ile enerjinin birbirine dönüşebileceğini ve çok küçük bir madde parçasından olağanüstü bir enerji açığa çıkabileceğini buldu. Nükleer tepkimelerin temeli bu dönüşümdür. Madde de bir enerji biçimi olarak kabul edilebilir. Enerjinin korunumu ilkesi gereğince, kapalı bir sistemdeki, örneğin evrendeki toplam enerji miktarı hiçbir zaman değişmez.
Evrendeki enerjinin büyük bölümü elektromagnetik ışınım biçimindedir. Yıldızların en iç bölümlerindeki term onükleer kaynaşma tepkimeleri sonucunda, bu gökcisimlerinin parlaklığının kaynağı olan ısı ve ışık açığa çıkar. Yıldızlar ayrıca kızılötesi (enfraruj) ve morötesi (ültraviyole) ışınlar ile radyo dalgaları da yayar. Özellikle radyo dalgaları astronomlar açısından son derece önemlidir; çünkü bu dalgalar öbür elektromagnetik ışınımların çoğunu soğurarak Dünya’ya ulaşmasını önleyen yıldızlararası toz bulutlarının içinden de hiç engellenmeden geçebilir. Bu nedenle, yoğun toz bulutlarıyla kaplı olduğu için optik teleskoplarla gözlemlenemeyen uzay bölgelerine, örneğin Samanyolu’ nun orta bölümlerine ilişkin bilgileri radyo dalgalarına ve radyo astronomiye borçluyuz. Uzayda yıldızlardan başka radyo dalga kaynakları da vardır. Örneğin bazı bulutsuları oluşturan iyonlaşmış gaz bulutları; yıldızlararası uzayın her yerinde varlığına rastlanan ve ortalama 21 cm dalga boyunda elektromagnetik dalgalar yayan iyonlaşmamış (yüksüz) hidrojen bulutları; evrenin en uzak kıyılarında yer alan ve büyüklüğü bir güneş sistemininkine, enerjisi de bir gökadanınkine denk olan ilginç kuvazarlar da radyo dalgaları yayar.
Evrende varlığı saptanabilen elektromagnetik dalgalardan biri de X ışınlarıdır. Roketler ve yapma uydularla dış uzaya gönderilen araçlar kanalıyla çeşitli X ışını kaynakları saptanmıştır. Bunlar arasında Yengeç bulutsusu ve Koltuk A gibi süpernova kalıntıları ya da Kuğu X-1 ve Akrep X-1 gibi garip cisimler bulunur. Kuğu’dan yayılan bu elektromagnetik enerjinin bir kara delikle bağlantılı olabileceği sanılıyor. Ayrıca, gözlemlenebilen herhangi bir gökcismiyle bağlantısı olup olmadığı, nereden kaynaklandığı ve yapısının ne olduğu henüz anlaşılamayan başka X ışını kaynakları da vardır.
Astronomlar bunların dışında, sanki bir resmin fonu gibi bütün evreni kaplayan zayıf bir elektromagnetik ışımanın varlığını saptamışlardır. Bu fon ışımasının birkaç nedeni olduğu sanılıyor. Belki de bu ışımanın bir bölümü, evrenin başlangıcında açığa çıkan olağanüstü boyutlardaki enerjinin Dünya’ya yeni ulaşan dalgaları ya da başka bir deyişle büyük patlamanın “yankısı”dır. Geri kalan bölümün de büyük ölçüde yıldızlararası ve gökadalararası uzaydan geçen kozmik ışınlardan kaynaklandığı düşünülüyor. Kozmik ışınlar ya da evren ışınları, çok büyük bir hızla yıldızlardan dışarı savrulan, genellikle protonlardan oluşmuş çok küçük parçacıklardır. Dünya’ya her gün pek çok sayıda kozmik ışın parçacığı çarpar; bunların varlığı atmosferde yarattıkları etkilerle ya da duyarlı ölçü aletleri yardımıyla saptanabilir. Örneğin bir Geiger sayacından geçen her parçacık aygıtın içindeki gazla etkileşime girerek hızlı bir elektrik akımı darbesi oluşturduğu için, aygıttan geçen kozmik ışın parçacıkları tek tek sayılabilir. Samanyolu’ndaki ve öbür gökadalardaki süpernovalardan fırlayarak yağmur gibi uzaya boşalan kozmik ışın parçacıkları boşlukta akarken bir magnetik alanla karşılaşırlarsa enerjileri iyice artar ve hızları ışık hızına yaklaşır. Böylece “senkrotron ışıması” denen bir enerji yayılımı başlar. Bu ışımanın dalga boyu radyo dalgaları ile X ışınlarının dalga boylan arasındadır.
Evrenin Sonu
Bugün bilinen fizik yasalarından çıkan sonuca göre evrendeki hareket hiçbir zaman durmayacaktır. Ya bütün yıldızların enerji kaynakları tükenip hepsi birer kara deliğe dönüşünceye kadar evren genişlemesini sürdürecek ya da genişleyebileceği enginliğin sınırına vardığında kütleçekim kuvvetinin etkisiyle daralarak, bütün madde ve enerji başlangıçtaki gibi yoğun ve sıkışık tek bir kütleye dönüşünceye kadar büzülecektir. O andan sonra belki bir büyük patlama daha olacak ve evren yeniden genişlemeye başlayacaktır. Belki de evren bugüne kadar birçok kez büyük patlama evresinden geçmiştir.
Öbür Güneş Sistemleri
Yaşadığımız Güneş Sistemi’ne benzeyen başka gezegen sistemlerinin olup olmadığı sorusu bütün insanların aklını kurcalamıştır. Eskiden gezegen sistemlerinin evrende pek ender olduğuna inanılırdı. Oysa çağdaş kozmoloji bilginlerinin çoğu bu görüşte değildir. Barnard Yıldızı adıyla bilinen ve Dünya’ya oldukça yakın olan bir yıldızın hareketindeki beklenmedik sapmaların, Jüpiter’den daha büyük, dev bir gezegenin varlığıyla açıklanabileceği düşünülüyor. Kızılötesi ışınların incelenmesi de bazı yıldızların çevresinde garip “taneler”in dolandığını göstermiştir. Bunlar henüz oluşma aşamasındaki küçük birer gezegen ya da gezegen sistemi olabilir. Hatta bazı uzmanlar evrende, kendi uygarlıklarını kurmuş akıllı canlıların yaşadığı başka gezegenler de olabileceğini düşünüyorlar.
