Fizikte Bunalım: Karanlık Madde ve Karanlık Enerji

'Bilim & Teknoloji' forumunda Dine tarafından 4 Ekim 2009 tarihinde açılan konu

  1. Dine

    Dine Özel Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    Fizikte Bunalım: Karanlık Madde ve Karanlık Enerji konusu [​IMG]

    [​IMG]

    [​IMG]

    Fizikte Bunalım: Karanlık Madde ve Karanlık Enerji

    Demir Küçükaydın


    On dokuzuncu yüzyılın sonuna doğru bazı fizik bilginleri, fizik biliminin yakında biteceğini, keşfedecek bir şey kalmayacağını söylemişlerdi. Ama daha bu kehanetlerin mürekkebi kurumadan, öyle olaylar gözlemlenmeye başlanmıştı ki, fiziğin sonuna gelmesi ne kelime, var olan fiziğin temelleri bile sarsılmıştı.

    Bu gözlemlenen olaylarla Fizik, bir bunalım dönemine girdi. Önce eski teorik yapı bazı reformlarla, payandalarla ayakta tutulmaya çalışıldı, ama sonunda İzafiyet ve Kuantum teorileriyle bir devrim gerçekleşti. Ve bu yeni teorilere dayanan fizik, yuvarlak hesap yirminci yüzyıl boyunca, mikro ve makro kozmostaki olayları açıklamak için mükemmel bir teorik temel sağladı. Ama şimdi, yirmi birinci yüzyılın başında, tıpkı yirminci yüzyılın başında olduğu gibi, fizik tekrar bir bunalıma girmiş bulunuyor. Bu yazıda kısaca bu bunalımı açıklamayı deneyelim.

    On dokuzuncu yüzyıl sonu ve yirminci yüzyılın başındaki bunalıma yol açan gözlemler, eğer aşırı bir basitleştirme yapılırsa, Işık ile ilgiliydi.

    Newton fiziğine göre ışık, doğru boyunca yayılıyordu ve parçacıklardan oluştuğu düşünülüyordu. Ama daha sonra ışığın dalga özellikleri gösterdiği de gözlemlendi. Bu ortaya bir çok soru çıkarıyordu. Eğer dalga ise, bu parçacık anlayışıyla nasıl bir arada bulunabilirdi? Eğer ışık dalga ise, evrendeki boşlukta nasıl yol alıyordu? Bunun için içinde yol alacağı bir “ortam”, bir “şey” gerekirdi. Bunun için, sistemi kurtarmak üzere “Esir” ya da “Eter” denen bir “şey”in var olduğu düşünülerek bu soruna bir çözüm arandı.

    Ama ışık ikinci bir azizlik daha yaptı. O zamana kadar, Newton fiziğinin mantığına göre, hereket halindeki maddeye bir güç uygulanırsa, sürtünme de yoksa, onun hızı sonsuza doğru artmalıydı. Yani hızın bir sınırı olmaması gerekiyordu. Ama deneyler, ışık söz konusu olduğunda, durumun bu kabule hiç de uymadığını gösteriyordu. Işık, kaynağının hızı ne olursa olsun, ister bize yaklaşsın, ister bizden uzaklaşsın, hep aynı hızla gidiyordu boşlukta. Önce ölçümler mi yanlış diye bakıldı. Sonra böyle olmadığı kesinlik kazanınca, var olan fiziğin temelleri sarsılmaya başladı.
    İşte ışığın bu iki azizliği, yine biraz basitleştirilmiş bir ifadeyle, yirminci yüzyıl fiziğine damgasını vuran ve Fizikte bir devrim anlamına gelen iki büyük teorik sistemin kurulmasıyla aşıldı.

    Aşırı bir basitleştirmeyle denebilir ki, Kuantum Teorisi ile, ışığın ve diğer parçacıkların garip, örneğin hem dalga hem parçacık olma gibi davranışlarını anlama ve hesaplamanın yolu açıldı.İzafiyet teorisi ile de, ışığın hızının yol açtığı sorun çözüldü. Newton fiziğinde Hız değişken, Kütle ve Zaman sabit iken, bu sefer, hız değişmez sabit olarak alınıyor (Işık hızı), ama bu sefer Kütle ve Zaman değişiyordu. Örneğin kütle artıyor saatler yavaşlayabiliyordu. Aslında çözüm çok sadeydi. Sabit ve değişkenlerin yeri değiştirilmiş, her şey başka bir ışık altında görülmüştü. Sağ duyuya aykırı gelse de, büyük hızlar ve uzaklıklarda deneyler bu yeni teoriyi doğruluyordu.

    Kuantum ve İzafiyet teorileri her ne kadar ortak bir kavram sistemi içinde birleşmiş değilseler de, esas olarak, yine yuvarlak olarak söylersek, Kuantum, atom altı alemde; İzafiyet Astronomik alemde, harika bir tutarlılıkla olguları açıklamayı mümkün kıldılar. Ve birkaç yıl öncesine kadar gelindi.

    Hatta son yıllarda, bu iki alanı ve teorik inşayı bir tek teoride birleştirecek, “Evren Formülü” ya da “Birleşik Alanlar Kuramı” denen alanda büyük ve umut verici atılımlar yapıldı. Atom çekirdeğindeki Zayıf ve Kuvvetli kuvvetlerin birliği gösterildi. Geriye elektromanyetik kuvvetin ve çekim kuvvetinin de bu çekirdek kuvvetleriyle birliğinin gösterilmesi kalıyordu. Ayrıca matematik modeller kullanarak on veya daha çok boyutlu ipliksilerden oluşan bir evren modeliyle dört temel kuvveti bir tek teoride birleştirme yönünde umut verici teorik ilerlemeler kaydedilmişti. Hasılı, yine fiziğin “sonuna” gelinmiş gibi görünüyordu.

    Tam bu sırada, on dokuzuncu yüzyılın sonunda, var olan fiziğe, ışığın yaptığı azizliği bu sefer yirminci yüzyılın sonunda çekim gücü yapıyor ve bütün teorik sistemi tehdit eden yeni gözlemler yapılıyordu.

    Bu gözlemlere bağlı olarak, nasıl on dokuzuncu yüzyılın sonunda, hiçbir şekilde varlığı kanıtlanamayan ama dalganın boşlukta gidemeyeceği var sayımıyla bir “Esir” denen şeyin varlığını kabul ederek sorun çözülmeye çalışılmışsa, bu sefer de benzer şekilde “Karanlık Madde” ve “Karanlık Enerji” denen şeyler ile sorun çözülmeye çalışılmaktadır.

    Şimdi, önce bu Karanlık Madde ve Karanlık Enerji’nin var sayılmasına yol açan gözlemleri anlatalım. Önce Karanlık Maddeden başlayalım:

    Gezegenlerin yörüngelerini ve hareketlerini tanımlayan “Rotasyon eğrisi” vardır. Bunun esası Kepler yasasıdır. Bu yasa en kabaca şöyle ifade edilebilir. Bir gezegenin Güneş’e olan uzaklığı arttıkça hızı azalır. Yani örneğin güneşe yakın olan Merkür, çok uzak olan Neptün’den çok daha hızlı döner. Dış sferdeki gezegenler, daha yavaş dönerler.

    Fizik yasaları her yerde aynıdır. Yani bu yasa sadece Güneş sistemi için değil, bütün başka sistemler, hatta galaksiler için de geçerli olmalıdır.

    Dolayısıyla galaksilerin spiral kollarında da aynı yasaya uygun olarak, dışa doğru gittikçe, merkez etrafındaki dönüş hızının yavaşladığı düşünülüyordu. Ne var ki, gözlemler sonunda galaksiyerin kenarlarının hareketinin hiç de bu beklentiye uygun olmadığı görüldü. Rotasyon eğrisi uzaklıkla azalmıyor, sabit kalıyordu. Yani galaksinin merkezinden madde de daha içte olanlarla aynı hızla hareket ediyorlardı. Uzaklık arttıkça hızın azalması görülmüyordu. Öyle hızlıydılar ki, normal olarak, merkezkaç kuvvetinin etkisiyle galaksinin çekim alanından fırlayıp gitmeleri gerekiyordu. Ne var ki, hiç biri bu davranışı da göstermiyordu.

    O zaman, onları orada tutan bir çekim gücü olmalıydı. Galaksinin bütün görünür maddesi toplandığında ise, fırlamayı engellemek için gerekli olan kütlenin sadece yüzde onunun var olduğu görülüyordu. Yani galaksilerdeki kara delikler, pulsarlar, beyaz ve kahverengi cüceler, yıldızlar, gezegenler, tozlar, gazlar, hasılı bilinen her şey toplandığında ortaya çıkan değer, gerekli olan kütlenin ancak yüzde onu kadar çıkıyordu. Peki bu galaksilerin dağılmasını engelleyen çekim gücü nereden geliyordu? Bu kendi varlığını sadece çekim gücüyle göstermekte olan, elektromanyetik ışımalarla hiçbir iletişim içinde bulunmayan şeye “Karanlık Madde” denildi.

    Kaldı ki “Karanlık Madde” varsayımını gerektiren gözlemler sadece galaksilerin dönüşünde görülmüyordu, başka gözlemler de bu var sayımı zorunlu kılıyordu.

    Einstein’den beri, çekim gücünün etkisiyle uzayın veya ışığın yolunun eğrildiği önce ön görülmüş sonra da kanıtlanmıştı. Tabii burada hemen şöyle bir olanak ortaya çıkar, madem ki büyük kütleler, daha arkadaki bir cisimden gelen ışığı eğmektedir, galaksier veya galaksi yığınlarının çekim gücü, tıpkı bir mercek gibi kullanılabilir ve çok daha uzaklardaki galaksiler gözlemlenebilir.

    Bir mercekte ışığın ne kadar eğildiğinden, örneğin gözlük caminde numarasından hareketle, gözlenen cismin gerçek yeri hesaplanabilir. Ya da tersinden bu gerçek yer biliniyorsa, göründüğü yer de biliniyorsa, gözlük camının kaç numara olduğu da hesaplanabilir. Burada çok açık bağıntılar vardır. Aynı şekilde, galaksi veya galaksi yığını bir ışığı eğiyor ve mercek etkisi yaratıyorsa, biz arkadaki cismin gerçek yeri ve göründüğü yer hakkında bir bilgiye sahipsek, gözlüğün numarasına karşılık düşen ne kadar büyük bir çekim gücü dolayısıyla kütlenin bu etkiyi yaptığını hesaplayabiliriz.

    Bu mercek etkileri incelendiğinde de şu görülüyordu, o çapta bir ışık eğilim veya kırılması için, galaksilerin görünebilir kitlesi yetmemektedir. Var olan kütle gerekli olanın yüzde onu kadardır. Bu çekimi ve ışığın eğrilmesini yaratan bir çekim gücü gereklidir. Böylece Karanlık Madde, birbirinden bağımsız başka fenomen ve gözlemleri (Hız nedeniyle fırlamama ve mercek etkisinin gücü) açıklayabilmek için biricik kabul edilebilir var sayım olarak ortaya çıkmaktadır.

    Var olan teorik sistem, ancak “Karanlık Madde” ya da “Hayalet Madde” denen, varlığı hakkında hiçbir şey bilmediğimiz bir madde türünün varlığını kabul ederek ayakta tutulabilmektedir.

    Ve daha da ilginci, hesaplara göre, görünebilir madde, (ya da Baryonlardan oluşan madde de denebilir; Kara delikler gibi “görünmez” olanlar da bu görünebilire dahildir) evrende var olması gereken maddenin ancak yüzde onunu meydana getirmektedir. Gerisi, yani yüzde doksanı, “Karanlık Madde”dir. Bu karanlık madde olmadığı takdirde, galaksiler, yıldızlar, dolayısıyla gezegenler ve bizlerin var olması mümkün değildir.

    Böylece fizik öyle bir noktaya gelmiştir ki artık bize şunu demektedir: “bütün bu galaksiler, yıldızlar, kara delikler vs., yani gözlemlediğiniz evren, gerçekte evrende olması gereken maddenin yüzde onudur. Bu evren yüzde doksan, ne olduğunu bilmediğiniz, hakkında hiçbir fikrimiz olamayan “Karanlık Madde”den oluşmaktadır.”

    Bu aslında tam anlamıyla bir aczin ve iflasın ilanından başka bir şey değildir. Varlığımızı borçlu olduğumuz şeyin ne olduğunu bilmiyoruz demektedir.

    Bu kadar olsa yine de iyi, daha kötüsü geliyordu. bir süre sonra, başka gözlemler de yapılmaya başlandı.

    Einstein’in teorisine göre, evrenin genişlemesinin giderek yavaşlaması gerekir. Ne var ki, gözlemler, evrenin giderek artan bir ivmeyle genişlediğini; galaksilerin giderek artan bir hızla uzaklaştıklarını göstermektedir.İlk önceleri yine gözlemlerde ya da hesaplarda yanlışlar yapıldığı düşünüldü ve bu giderek artan bir hızla genişleme kuşku ile karşılandı. Ama bu gün artık, evrinin giderek artan bir hızla genişlediği, bütün astrofizikçiler için kabul edilmiş bulunuyor.

    Zaten 2003 yılında, Science (Bilim) dergisinin yılın en büyük buluşu seçtiği şey, bunun artık kanıtlanmış oluşudur.Evrenin çocukluk döneminin (400.000 yılki hali, evren 13,7 milyar yaşında), arka plan ışımasıyla çıkarılan çok hassas resimleri, evrenin artan bir hızla genişlediğini kanıtlıyor.İşte bu genişlemeyi yaratan bir güç olması gerekiyor.
    Ama bu gücün de, ne olduğu hakkında, en küçük bir fikrimiz yok. İşte, tıpkı Karanlık Madde gibi, hakkında en küçük bir fikrimiz olmayan bu güce de “Karanlık Enerji” deniyor.Ama hesaplamalara göre, Karanlık Enerji, evrenin yüzde yetmiş üçünü oluşturuyor.

    Yani aşağı yukarı karanlık maddeden de üç misli fazla. Yüzde yirmi üçünü de Karanlık madde oluşturuyor. Geriye kalan yüzde dört de bildiğimiz bütün maddeden oluşuyor.

    Yani fiziğin dediği şu oluyor: “yüzde doksan altısının ne olduğu hakkında hiçbir şey bilmediğimiz bir evrende yaşıyoruz.”

    Bu fiziğin iflasının utangaç bir şekilde ilanından başka bir şey değildir.Burada fiziğin karşısında iki yol görünüyor.Bir olasılık, bu karanlık madde ve enerjinin bir şekilde mahiyetinin kavranması olabilir.

    Örneğin, diyelim ki, nötronların kütlesi varsa, bu, en azından karanlık madde için bir açıklama sunabilir.

    Ama diğer bir olasılık da, fizikçilerin tıpkı bir zamanlar var olan teorik sistemi kurtarmak için “Esir” ya da “Eter”i var saymaları gibi; (o da doğrudan gözlemlenemeyen, ışık dalgalarının boşlukta gidemeyeceğinden çıkarılan bir varsayımdı) “Karanlık Madde” ve “Karanlık Enerji”yi var sayma durumunda oluşlarıdır. Belki yapılması gereken, “Esir” benzeri “Karanlık Madde ve Enerji”nin aranması değil, bu varsayımlara ihtiyaç bırakmayacak yeni bir teorik sistemin aranması olmalıdır. Tıpkı bir zamanlar Einstein’in her şeyi bambaşka bir ışık altında görmesi gibi, her şeyi bambaşka bir ışık altında görmektir gereken.

    Kanımızca, “Karanlık Madde” ve “Karanlık Enerji” kavramları, var olan teorik sistemin yıkılışını engellemeye yönelik payandalardan; reform çabalarından başka bir şey değildir. Kanımızca sorun, Karanlık Madde ve Enerji’nin araştırılmasında değil; o kavramları gereksiz kılacak yeni bir teori ve bakış açısındadır. Astronomlar ve fizikçiler kafalarını, Karanlık Enerji veya Karanlık Madde’nin ne olabileceğine yormaktan ziyade, başka bir bakış açısı ve teorik sisteme yorsalar, çok daha iyi ederler. En azından fizik biliminin tarihinin dersleri, bunun daha büyük bir olasılık olduğunu ima ediyor. Bu imayı ciddiye almak gerekir, en azından boşlamamalı.Ama Kantum ve İzafiyet teorileri öyle mükemmel bir sistem sunuyorlar ki, yeni sistemin kesinlikle onları içermesi gerekiyor. Tıpkı, Einstein’in teorisinin, Newton fizigini özel bir hal olarak içermesi gibi.
     

Bu Sayfayı Paylaş