Büyük Patlama’dan Hemen Sonra Evren Işık Hızından Hızlı mı Genişledi?

Popüler bilimdeki bazı yayın kaynakları, Evren ve Büyük Patlama ile ilgili olarak belki bilerek, belki habersiz olarak birçok hatalı bilgi yaymaktadır. Bunlardan en büyüğü, evrenin bu erken genişleme döneminde ışık hızından daha hızlı genişlediği yönündeki iddiadır. Bu, birçok uzmanın dahi hataya düştüğü bir nokta. Üstelik öylesine yaygın bir yanlış anlama ki, sadece bu yanlış anlamayı hedef alan bir Arxiv makalesi bile yayımlandı!

Aslında bu hatanın nasıl ortaya çıktığını anlamak kolay: Sonuçta genişleme sırasında bir an önce aralarında 1 metre olan iki atom parçası, saniyenin milyar çarpı milyar çarpı milyar çarpı milyonda birinde, kendilerini birbirinden yaklaşık 1 ışık yılı, yani 9.460.000.000.000.000 metre uzakta buldular. İyi de bu nasıl “ışıktan daha hızlı genişleme” değildir?

Hayır. Bu, Genel Görelilik ile alakalı bir durumdur.

Kozmik Genişleme

Genişlemeyi anlatmadan önce, bugünkü evrenimizde gördüğümüz benzer bir etkiyi, kozmik genişlemeyi anlatalım. Uzak galaksilere baktığımızda, daha uzakta olan galaksilerden gelen ışıkların, daha yakındaki galaksilerden gelen ışıklara oranla daha fazla kırmızıya kaymış olarak (gelen ışıkta kırmızı rengin daha yoğun olması gibi düşünebilirsiniz) bize ulaştığını görürüz. Günümüzde, cisimler bizden uzaklaşıyorlarsa, onlardan gelen ışığın da Doppler Etkisi‘nden ötürü kırmızıya kayabileceğini biliriz. Bu sebeple, galaksilerden gelen ışığın kırmızıya kaymasına bakarak, bu galaksilerin bizden uzaklaştığını ileri süreriz.

Ancak kırmızıya kayma, uzayın kendi genişlemesinden de kaynaklanabilir! Yani aslında uzay genişler, galaksiler uzay içerisinde hareket ederek bizden uzaklaşmazlar. İlk tür kırmızıya kayma Özel Görelilik Teorisi‘nin bir özelliğidir ve uzaydaki cisimlerin hareketinden kaynaklanır. İkinci tür ise Genel Görelilik Teorisi‘nin bir özelliğidir, uzayın genişlemesinden kaynaklanır. İki etki de uzak galaksilerden gelen ışığın kırmızıya kaymasına neden olduğundan, bir kırmızıya kayma olayının relatif hareketten değil de, kozmik genişlemeden kaynaklandığını nereden bileceğiz?

Eğer ki kırmızıya kayma, cisimlerin birbirine göre hareketinden kaynaklanıyorsa, uzak galaksilerden gelen ışık, galaksiyi terk ederken kırmızıya kayar; dolayısıyla ışık bize ulaştığında aynı zamanda soluk da olur. Eğer ki kırmızıya kayma kozmik genişlemeden kaynaklanıyorsa, ışık o uzak galaksiyi kırmızıya kayma gerçekleşmeden terk eder, dolayısıyla soluklaşmaz. Ancak sonradan, uzayın genişlemesinden ötürü kırmızıya kayarak bize ulaşır. Bu da, uzaktaki süpernovalardan gelen ışıkların parlaklığını birbiriyle kıyaslayarak şiddet-kırmızıya kayma ilişkisi olarak bilinen değeri hesaplayabilirsiniz. Araştırdığımız zaman gördüğümüz şey, bu ilişkinin kozmik genişlemeyle harika bir şekilde uyumlu olduğudur. Bu değer, göreceli hareket modeliyle tamamen uyumsuzdur. Dolayısıyla biliyoruz ki uzay sürekli genişlemektedir. İyi ama bu ne anlama gelir?

Kozmik genişleme, Hubble Sabiti olarak bilinen bir değer ile ifade edilir. Bugüne kadar bu sabitle ilgili yapılan en isabetli ölçüm, 1 milyon ışık yılı başına saniyede 20 kilometredir. Bu şu anlama gelir: Uzayda birbirinden 1 milyon ışık yılı uzaktaki iki nokta, uzayın genişlemesinden ötürü birbirinden saniyede 20 kilometre hızla uzaklaşır. Tüm uzay genişliyor olduğundan, noktalar arasındaki mesafe arttıkça, birbirinden uzaklaşma hızı da artmaktadır. Yani birbirinden 10 milyon ışık yılı uzaktaki iki nokta, birbirinden saniyede 200 kilometre uzaklaşmaktadır ve bu böyle devam eder. Bu sebeple, eğer ki birbirinden yeterince uzak iki noktayı ele alacak olursanız, nihayetinde birbirlerinden ışık hızında uzaklaştıklarını görürsünüz. Işık hızı saniyede sadece 300.000 kilometredir; dolayısıyla elimizdeki Hubble Sabiti’ne göre, birbirinden 15 milyar ışık yılı uzaktaki iki nokta, birbirinden ışık hızında uzaklaşmaktadır (şu anda gözlenebilir evrenin çapının 93 milyar ışık yılı olduğu hesaplanmaktadır; konuyla ilgili bilgileri buradaki yazımızdan alabilirsiniz).

Işık Hızından Hızlı Uzaklaşmak Mümkün mü?

Bu durumda şunu düşünebilirsiniz: Öyleyse örneğin 16 milyar ışık yılı uzaktaki cisimler, birbirlerinden ışık hızından daha hızlı uzaklaşmaktadır. Yani bir galaksinin ışıktan daha hızlı hareket ettiğini iddia edebilirsiniz. Ancak gerçekte olan, galaksinin değil, galaksinin içerisinde bulunduğu uzayın bu hızda genişliyor olduğudur. Aslında galaksi pek de hareket etmez bile! Yani ortada olan olay, galaksinin Görelilik Teorisi’nin kurallarını yıkması değildir. Sonuçta düşünecek olursanız, o galaksiye göre de biz ışık hızından hızlı gitmekteyiz; ancak durumun bu olmadığının herkes farkındadır.

Burada hatırlanması gereken anahtar nokta, söz konusu olan genişlemenin kozmik bir genişleme olmasıdır, galaktik bir hareket değil! Ve kozmik genişlemenin kendisi ışıktan hızlı değildir, her ne kadar yeterince uzak galaksileri ele aldığınızda, söz konusu hızın ışıktan hızlı olduğu düşünülebilecek olsa da…

Enflasyon Teorisi ve Işık Hızında Genişleme

İşte bu bizi enflasyona (erken genişlemeye) getirir. Birçok popüler makale, ne yazık ki bu erken genişleme sırasında Evren’in ışık hızından hızlı genişlediğini yazmaktadır. Bu doğru değildir. Doğru olan şudur: Erken genişleme sırasında uzaysal genişlemenin oranı bugünkünden daha fazladır. Yani birbirinden ışık hızından daha hızlı uzaklaşıyormuş gibi görünen cisimler arasındaki mesafe, bugünkünden çok daha azdır. Ancak bu, Evren’in ışık hızından daha hızlı genişlediği anlamına gelmez.

Bu erken genişlemeyi tetikleyen mekanizmayı halen keşfedemedik. Ancak bildiğimiz, erken genişlemenin ışık hızını aşamayacağımız gerçeğini değiştirmediğidir. Erken genişleme sırasında genişleme oranı akıl almaz düzeydedir ve uzay bugün de genişlemeyi sürdürmektedir. Sadece çok daha küçük bir oranla…