Astrofizikte bilinen paradokslar (ya da çelişkiler) aslında fizikle ilgili paradokslardır. Açıklaması yapılmış bir paradoks bilimsel çevrelerde açıkça görülebilmektedir, çünkü çelişki kendi başına ilgi çekicidir. Herkes tavuk mu yumurtadan çıkar, yoksa yumurta mı tavuktan sorusunu hayatının bir döneminde muhakkak düşünmüştür.
Çelişkili bir olayın nasıl ve neden başladığı ile ilgili bir açıklama vardır. Çünkü herhangi bir olayın da bir açıklaması bulunur. Bir çelişkinin, o çelişkinin ortaya çıkış biçimi ile ilgili tanımlanmış bir yapısı vardır. Astrofizikteki çelişkilerin açıklamaları ya yapılmıştır ya da kuramsal olarak çözüm yolları vardır. Çözümlemeye iki farklı yollar ulaşılabilir: Paradigmayı değiştirerek ya da çözümle sonuçlanan hiyerarşik bir dizilim izleyerek.
Fizik, biyoloji, astrofizik ve diğer bilim dallarında sıklıkla çelişki (ya da paradoks) olarak adlandırılan durumlarla karşılaşılır. Günümüzün çağdaş fizikçileri, çelişki yerine bilmece terimini yeğlemektedirler. Aslında durum bilmeceden çok, çözülmesi gereken (kafa karıştırıcı) bir sorunla ilgili olduğundan, çelişki terimi yine de daha uygundur. Çelişki yalnızca çözülmesi gereken bir sorun değildir. İçinde, bilinen açıklamalarla ters düşen bir unsur içermektedir ki bu da onun temelini oluşturmaktadır.
Bu yazımızda, bilinen bazı astrofiziksel çelişkiler ve onlarla ilgili önerilmiş çözümleri anlatacağız. Böylece, bilinen çelişkileri sınıflandırmış ve varsa çözümlerini aktarmış olacağız.
Paradokslar (Çelişkiler)
Çelişki olgusu üzerine çalışmalar, ciddi olarak geçen yüzyılın başında başlamıştır. Ancak bazıları eski Yunan yazarların çalışmalarına kadar uzanmaktadır. Literatürde bu konuda pek çok farklı tanımlama bulunabilir.
Çelişkiler üzerine çalışmaları olan yazar Richard Mark Sainsbury çelişkiyi, kabul edilebilir ilk ön varsayımlara dayalı olan kabul edilebilir bir çıkarsama modelinden kaynaklanan kabul edilemez bir sonuç olarak tanımlamaktadır. Çelişki uyuşmamaya dayalı bir yaklaşımdır. Bakış açıları çok yönlüdür: Teorik, deneysel, görsel (gözlemsel). Doğruluğu önceki geçerli bilgilere dayanan doğru olarak oluşturulmuş olan bir ikilemdir.
Oluşturulma biçimine ve fizikteki belirli olayların çelişkisel olarak adlandırılma nedenlerine göre, aşağıdaki astrofiziksel (fiziksel) çelişkiler farklılık gösterir:
- Sanal çelişki: Gerçek bir çelişki değildir. Duyarlı bir çözümleme, gerçek bir fiziksel uyuşmazlık olmadığını ortaya koyabilir. “Sözde uyuşmazlık” tanımlaması yüzeysel inceleme nedeniyledir.
- Kusursuzlaştırma çelişkisi: Fiziksel bir süreç kusursuzlaştırıldığında ve fiziksel bir olayın gerçekleşme olasılığı son derece düşük olduğunda ortaya çıkar.
- Aşamalı (hiyrarşik) çelişki: Bu tür çelişki, farklı aşamalı fiziksel durumlarda prensip değişiminin neden ortaya çıktığı ile ilgili açıklamanın yokluğuyla tanımlanır.
- Geçiş çelişkisi: Formüle edilmiş bir fikri çözme sürecinde ortaya çıkar. Kuramsal veya fiziksel olarak olabilen bir olayın açıklanmasında sorunlu olan adımdır.
- Varsayım çelişkisi: Fiziksel bir olayın açıklamasındaki süreçlerde yapılmış ilk varsayımın duyarlı olmayışı nedeniyle görülen çelişkidir. Kötümser analiz, fiziksel sistemin gerçek durumuyla ters düşen bir sonuca varan varsayıma dayanır.
- Paradigma çelişkisi: Bu tür çelişkiler, paradigma içinde ortaya çıkar. Paradigma değiştiğinde çelişki de yok olur.
Astrofiziksel çelişkiler, astronomik olayları çözmek ve formüle etmekte kullanılan fiziksel yollara ilişkin geniş bir yelpazeyi kapsar. İnceleyeceğimiz paradokslar aşağıdakilerdir:
- GZK paradoksu, (Kozmik ışın paradoksu)
- Seeliger paradoksu
- Olbers paradoksu (Işık ölçüm paradoksu)
- Wheeler kara delik entropi paradoksu
- Karadelik bilgi paradoksu (Hawking paradoksu)
- Eddington paradoksu
- Sönük genç Güneş paradoksu
- Isı ölümü paradoksu (Clausius paradoksu)
Bu çelişkilerin hepsinin ortak yanı, hepsinin farklı fiziksel teorilere dayalı problemlerin çözümünde yapılan genel yaklaşımların başlangıç noktası olan astrofiziksel olaylarla ilgilenmeleri ve bir zamanlar ya da halen geçerli olmalarıdır.
1) GZK Paradoksu
Evrendeki uzak cisimlerden kaynaklanan ışınımın ölçümü için hesaplanmış bir enerji üst sınırı vardır. Kozmik ışın enerjisi bu sınırın üzerindeyse, uzak cisimden kaynaklanan elektromanyetik ışınımla kozmik mikrodalga arkaplan ışınımının fotonları arasında hiçbir etkileşim yoktur. Buradaki çelişki, uzak kaynaklardan kaynaklanan ve enerjisi bu belirlenmiş sınırdan yüksek olan kozmik ışınlara ilişkin kanıtın olmasıdır.
Bu çelişki, birbirinden bağımsız olarak 1966 yılında Cornell Üniversitesinden Kenneth Griesen ve Rus Vadim A. Kuzmi ile Georgiy T. Zatsepin tarafından hesaplanan sınır değere dayanmakadır. Bu konuda yapılan hesaplamalar da, Einstein’ın tanımladığı özel görelilik teorisine ve parçacık fiziğine dayanır.
Burada, tanımlamada söz ettiğimiz etkileşimin olmaması nedeniyle, şu anda yeryüzünde bu sınırın üzerinde enerjiye sahip kozmik ışınların gözlenememesi gerekir. Çelişkiye göre ise, gözlemler bu sınırın üzerinde enerjilere sahip kozmik ışınların bulunduğu yönünde. Bunlara ultra yüksek enerjili kozmik ışınlar adı veriliyor. Bu çelişki, teorik varsayımların gerçek gözlemlerle çelişkili olması nedeniyle ortaya çıktığı için, teorik yaklaşımların iyileştirilmesini gerektirir.
Bu çelişkinin henüz belirli bir çözümü yoktur ve şu anda astrofizikçilerin ve fizikçilerin çözmesi gereken sorunlardan biridir.
2) Seeliger Paradoksu
Avusturyalı ve Alman astronom Hugo Hans Ritter von Seeliger, kendi adıyla anılan bu çelişkiyi ortaya atan kişidir.
Klasik durgun evren modeline göre yıldızlar evrene eşit olarak (uniform) dağılmışlardır. Yıldızların bu eşit dağılımına göre, kütle çekimi potansiyelinin belirsiz bir ifade olduğu sonucuna varılabilir. Bu nedenle evrendeki herhangi bir cisim belirsiz kütle çekim potansiyeline sahip olacaktır. Yani evrende eşit olarak dağılmış diğer kütlelerden kaynaklanan belirsiz bir kütle çekimi kuvvetine maruz kalacaktır.
19. yüzyılda temel prensiplere dayanan klasik durgun evren modeli revaçtaydı. Bu prensipler uzayın eş dağılımlı (homojen), eş yönlü olması (izotropik) ve Öklid uzay-zaman sonsuzluğuna sahip olmasıydı. Evrenin bu çok eş dağılımlı ve eş yönlülüğü Siiliger paradoksunun nedenidir.
Çelişkinin çözümü, evrenin klasik modeline relativistik fiziğin uyarlanması ve bunun için dayalı olduğu temel prensiplerde değişiklik yapılmasıyla olmuştur. Bu nedenle bu çelişki paradigma çelişkisidir. Çelişki çözülebildiği için artık çelişki değildir. Bu çelişki gerçek bir durumdan ortaya çıkmıştır ve gerçek gözlemlere dayandırılarak çözülmüştür.
Çözümde, Friedman Modeli olarak bilinen, maddenin eş dağılımlılığını ve durağan dağılıma sahip olduğunu redddeden model kullanılmıştır. Başlangıştaki varsayımlar değiştirilirken, relativistik fiziğin gelişimi ve Hubble’ın evrendeki galaksilerin uzaklıklarını belirlemek için ölçtüğü kırmızıya kayma keşfi önemli rol oynamıştır. Bu da aslında bilimde gözlenen bir gelişmeye iyi bir örnektir.
Yarın diğer paradokslarla devam edeceğiz…
Hazırlayan: Prof. Dr. Varol Keskin
Editör: Ögetay Kayalı
Kapak Görseli: Paradox of the Chicken and the Egg by aetb <https://elements.envato.com/paradox-of-the-chicken-and-the-egg-PJSYY95>