

Evren'in yaşı, oluşumu, kökeni.. Evren hakkında merak edilen HERŞEY!!
EVRENİMiZiN KÖKENİ
Evrenin Kısa Tarihi adlı eserin yazarı Joseph Silkin çok tatlı bir sözü var: Büyük Patlama, hem bilimadamları hem de teologlar için yutulması zor bir ilaçtır. (EKT,TÜBİTAK yya, s: 2) Evet yutulması zor bir ilaç çünkü Evrenin Kökeni, yaratılış kuramıyla yüzleşmeyi gerektiriyor. Yani dinsel yaratılış öyküleriyle bilimsel kozmoloji karşı karşıya geliyor. Evrenin bir başlangıcı var mıdır? Yoksa evren, ezeli ve ebedi bir varlık mıdır? Soruları düşünün.
Bu bölümde bilimin en büyüleyici kuramlarından birini anlatacağım. Kozmolojinin (evrenbilimin) bu kuramı, ne diyor? Evren,bir başlangıca sahipti ve bu başlangıç çok karmaşıktı; öyle ki yaratılıştan ötesine bakmak olanaksızdı. Kurama göre,evren, yaklaşık 15-20 milyar yıl önce noktasal bir tekillikten doğdu. Büyük patlamadan sonraki ilk birkaç dakikada enerji çok büyük bir değerde idi.Fiziğin dört etkileşim kuvveti bileşik durumdaydı ve tüm maddeler ayırt edilemez bir kuark çorbası durumunda idi.İlk 10 43 saniye boyunca ,elektrozayıf ve gravitasyonun komple birleşmiş bir kuvvet oluşturmak için birleştiği sanılmaktadır. Büyük patlamayı izleyen ilk 10 32 saniyede şiddetli ve elektrozayıf kuvvetler bir olarak kalırken gravitasyon bu birleşimden ayrılır. Bu dönem,parçacık enerjilerinin çok büyük olduğu kuarklar, leptonlar ve bunların ve bunların antiparçacıkları gibi ağır parçacıkların oluştuğu periyot idi. Sonra evren aniden genişledi ve sıcaklığın 10 29dan 10 15 Kelvine indiği ılık dönem süresince soğudu. Bu dönem süresince şiddetli ve elektrozayıf kuvvetler ayrıldı ve büyük birleştirme şeması bozuldu. Evren soğumaya devam ettiği için büyük patlamadan sonra 1010 saniye cıvarında elektrozayıf kuvvet ikiye bölünmüştür. Bugün bizim de sınıflandırdığımız gibi,evrendeki döt temel kuvvet doğmuştur.
Einsteinın Evreni
-
Einstein evreni sonsuz değildir; fakat herbiri yüz milyonlarca ateş halinde yıldızı ve hesaplanamayacak ölçüde seyrek gaz,soğuk demir,taş ve kozmik toz sistemlerini tutan milyarlarca galaksiyi içine alacak büyüklüktedir. Bu evrende,saniyede 297.600 km hızla uzayda yola çıkan bir güneş ışını büyük bir kozmik çember çizecek ve 200 milyar yer yılından biraz sonra kaynağına dönecektir!
Bununla birlikte Einstein, kendi evrenbilimini geliştirirken,yıllarca sonra açıklanan garip bir astronomik olayı bilmiyordu. Gaz moleküllerinin amaçsız akıntısı gibi,yıldızların ve galaksilerin hareketlerinin de rastgele olduğunu varsayıyordu. Bu hareketlerde görünüşte hiçbir birlik olmadığından Einstein onları bir yana itti ve evreni durgun saydı. Oysa astronomi bilginleri teleskop görüş alanının uzaklıklarındaki galaksiler arasında düzenli hareket belirtileri görmeye başlamışlardı. Belli ki bütün bu uzak galaksiler ya da evren adaları güneş sistemimizden ve birbirlerinden uzaklaşıyorlar. En ötekileri 500 milyon ışık yılı kadar uzakta olan dış galaksilerin bu düzenli uçuşu,daha yakındaki çekim sistemlerinin dönüşünden tümüyle ayrı bir durumdur. Böyle düzenli bir (s: 118) hareket,bir bütün olarak evrenin eğrisine etki ederdi. Bu nedenle evren durgun değildir.
Evrenin durgun olmadığı açık. Genişlediği de. Bir sabun köpüğü kabarcığının ya da balonun açılışına benzer bir biçimde açılmaktadır. Bununla birlikte bu benzetme tümüyle doğru değildir. Çünkü evreni benekli bir balon gibi düşünürsek, benekler maddeyi gösteriyor,bu beneklerin de açılıp genişlemesi beklenir. Oysa durum böyle değil, çünkü o durumda genişlemeyi biz sezemezdik. Harikalar Ülkesinde Alisin çevresi de onunla birlikte büyüyüp küçülse, Alisin kendi boyundaki apansız değişiklikleri anlayamayacağı gibi. Uzay, balonun benekler arasındaki bölgesi gibi genişlerken cisimler boyutlarını korur.
Uzaklığa göre hızı ışık yılı kadar olan yakın galaksiler,ancak saniyede 160 km hızla yol alırken, 250 milyon ışık yılı kadar olan yakın galaksiler,saniyede 40.000 km gibi ışık hızının yedide birine yakın bir hızla bizden ötelere doğru uçuyorlar. Ayrıcasız,bütün bu uzak galaksiler bizden ve birbirlerinden öteye gittiklerine göre,kozmik zamanın bir çağında hepsinin ateşli bir başlangıç kütlesi halinde toplu oldukları sonucuna varmak gerekir. Uzayın geometrisine biçim veren de içindeki madde ise bu galaksi öncesi çağında evren, aşırı bir eğrisi ve tasarımlanamaz yoğunluğu olan sıkışık bir kap durumunda olmalı. Uzaklaşan galaksilerin hızlarına göre yapılan hesaplamalar, galaksilerin bu büzülmüş evrenin merkezinden 5 milyar yıl önce koptuklarını ve uçmaya başladıklarını gösteriyor.
Genişleyen evren bilmecesini açıklamak için astronomi bilginleri ve evrenbilimciler bir çok kuram ortaya attılar. Belçikalı evrenbilimci Abbe Lemaitrein öne sürdüğü kuram,evrenin ilk ve büyük bir atomla başladığı,bu atomun patlayarak bugün bile gördüğümüz açılmayı başlattığı yönündedir. Dr. George Gamowun tanıttığı benzer bir kuram, evren genişlemeye başlamadan önce yoğun ateşli özde elementlerin nasıl oluşmuş olabileceğini ayrıntıları ile yeniden kuruyor. Başlangıçta diyor Gamow,evrenin çekirdeği,bugün yıldızların içinde bile bulunmayan tasarımlanamaz sıcaklıklarda kaynayan bir tip ilk buhar halindeydi. (Orta bir yıldız olan Güneşin yüzey sıcaklığı 5500 derece iken iç sıcaklığının 40 milyon dereceye vardığı biliniyor)
O koşullarda hiç bir atom ya da molekül yoktu;yalnız karışıklık içinde nötronlar,protonlar oluşmaya başlayınca sıcaklık düşmeye başladı. Sıcaklık 1 milyar derece dolaylarına düşünce,nötronlar ve protonlar toplu olarak yoğunlaştılar. Elektronlar yayıldı ve ve çekirdeklere bağlandılar,atomlar oluştu. Böylece evrendeki bütün elementler kozmik doğuşun dönüm noktasına rastlayan anlarda oluştu ve bunu izleyen 5 milyar yıllık sürekli açılma içindeki görevleri belirledi.
- Gezegenlerin Oluşumu
Dünyamızın yedi bucağında yaşayan biz insanlar için sağlam toprak tanımı,uygulamada, kararlılık ve süreklilik düşüncesiyle anlamdaştır. Bize ilişkin oldukları kadarıyla,Yeryüzünün bilinen bütün özellikleri, anakaraları ve okyanusları,dağları ve ırmakları zamanın başlangıcından bu yana varolabilirdi. Gerçekten de, tarihsel jeoloji verileri, Dünya yüzeyinin yavaş yavaş değiştiğini,su altındaki alanlar yüzeye çıkarken anakaraların büyük bölgelerinin okyanus (s: 275) suları altında kalmaya başladığını gösteriyor.
- Eski dağların yağmurlarla yavaş yavaş sürüklenip gittiğini ve tektonik etkinlik sonucu zaman zaman kimi yeni dağların oluştuğunu ama bütün bu değişmelerin yerkürenin katı dış kabuğunda yer aldığını da biliyoruz.
Ama bir zamanlar bu katı kabuğun hiç bulunmadığını ve Dünyamızı erimiş kayaların büyüttüğü bir küre olduğunu düşünüp anlamak zor değildir. Gerçekten, Yerkürenin içine ilişkin incelemeler,kütlesinin büyük bölümünün hala erimişi durumda bulunduğunu,ara sıra sağlam torak dediğimiz şeyin aslında yalnızca erimiş magma yüzeyinde yüzen oldukça ince bir tabaka olduğunu gösteriyor. Yeryüzünün altında değişik deriliklerde ölçülen sıcaklıkların kilometre başına 30 santigrat arttığını,sözgelişi dünyanın en derin madeninde (Günye Afrikada Robinson Deepteki altın madeni) duvarların,madencilerin kavrulmalarını önlemek için soğuk hava düzeni kurmak zorunda kalınacak kadar sıcak olduğunu anımsamak bu kanıya varmanın en kestirme yoludur.
Böyle bir artış hızıyla yüzeyin yalnızca 50 km altında Dünyanın sıcaklığı kayaların erime noktasına (1200-1800 °C arasında) varmak zorundadır ki bu, merkezden toplam uzaklığın yüzde birinden azdır. Dünya kütlesinin yüzde 97'sindaen çoğunu oluşturan, daha alttaki maddeni hepsi tümüyle erimiş durumda olmak zorundadır.
Böyle bir durumunu uzun zamandan beri var olamayacağı da açıktır ve bizler hala, dünya kütlesinin tümüyle erimiş bir durumda olduğu zaman başlayıp uzak bir gelecekte, merkezine değin tümüyle katı duruma gelinceye kadar sürecek binr soğuma sürecinin belli bir aşamasını gözlemekteyiz. Soğumaa ve katı kabuğun gelişme hızına dayalı kaba bir tahmin,soğuma sürecinin birkaç milyar yıl önce başlamış oluduğunu gösteriyor. Aynı sayı,dünya kabuğunu oluşturan kayaların yaşını tahmin ederek de elde edilebilir. İlk bakışta, kayalar değişebilir özellikler edinmemiş gibi görünürler ve o yüzden kaya gibi değişmez izlenimi verirlerse de gerçekte çoğu,eski erimiş durularından katı durulma geçişlerinden bu yana geçen zamanın uzunluğunu deneyimli bir jeologun gözleri önüne seriveren doğal bir saat içerirler.
Bu, yaşı açığa vuran jeolojik saat, ye ryüzününü çeşitli derinliklerinden ve yüzeyden alınan çeşitli kayalarda çoğu kez bulunan uranyum ve toryum (s: 276) miktarı dakikasıyla simgelenmiştir. Bu elementlerin atomları,kararlı element kurşunun oluşmasıyla sonuçlanan kendiliğinden olma yavaş bir radyoaktif bozunmaya uğrarlar.
Bu radyoaktif elementleri içeren bir kayanın yaşını saptamak için yalnızca radyoaktif bozunma sonucu yüzyıllar boyunca oluşmuş kurşun miktarını ölçmek yeter.
Aslında, kaya maddesi erimiş durumda bulunduğu sürece, radyoaktif bölünme ürünleri eremiş maddedeki difüzyon(yayım) ve konveksiyon(ısıyayım) süreciyle özgün yerlerinden başka yerlere taşınmış olmalıdırlar. Ama madde, eninde sonunda kaya halinde katılaştığından kurşun birikimi radyoaktif maddenin yanıbaşında olmaya başlayacak ve onun miktarı bize,tıpkı iki Pasifik arasındaki palmiyeler arasında dağılmış boş bira kutularının sayısının bir düşman casusuna her bir adada bir deniz piyadesi bölüğünün ne kadar kaldığı hakkında bir fikir vermesi gibi,bu sürecin ne zaman başladığı hakkında tam bir fikir verebilecektir.
Öyleyse beş milyar yıl önceki Dünyayı,kalın bir hava, su buharı ve herhalde öteki çok uçucu maddelerden oluşan bir atmosferle sarılı, tümüyle çözelti durumunda bir küremsi olarak çizebiliriz.
- Kurşun izotoplarının ve rubityum-87 ve potasyum-40 gibi kararsız öteki izotopların bozunma ürünlerinin, kayalardaki birikimini duyarlı içimde ölçme tekniklerinden yararlanan son zamanlardaki araştırmalarla,bilinen en eski kayaların en büyük yaşlarının yaklaşık 4.5 milyar yıl olduğu tahmin edilmiştir. Bundan dolayı, Dünyanın katı kabuğu yaklaşık beş milyar yıl önce erimişi durumda bulunan maddeden oluşmuştur sonucuna varırız.
Peki bu sıcak kozmik madde kümesi nasıl oluştu,onun oluşmasından hangi tür güçler sorumlu ve yapılanmasına gereken maddeyi kim sağladı? Küremizin kökenine olduğu kadar Güneş sistemimizin öteki gezegenlerinin kökenine de ilişkin bu sorular, gökbilimcilerin yüzyıllardır beyinlerini kaplayan bilmeceler olmuş ve bililmsel kozmogoninin(evrenin oluşum kuramı) temel konusunu oluşturmuştur.
Bu soruları bilimsel anlamda ilk yanıtlama girişimi, Doğa Tarihi (Natural History) adlı yapıtının kırk dört cildinden birinde seçkin Fransız doğacı George Louis Leclerc, Kont de Buffon tarafından 1749'da yapıldı Buffon, gezegen sistemimizin kökenini yıldızlar arası uzayın derinliklerinden gelen bir kuyruklu yıldızla Güneş arasındaki bir çarpışmanın sonucu olarak gördü. İmgelemi, uzun parlak kuyruğuyla (s: 277), o zamanlar yapayalnız sayılan Güneşimizin yüzeyini sıyıran ve onun dev gövdesinden küçük bir takım damlalar kopararak vuruşun etkisiyle onları döne döne uzaya fırlatan canlı bir öldürücü kuyruklu yıldız resmi çiziyordu.
Birkaç yıl sonra ünlü Alman düşünür Immanuel Kant, felsefe sistemimizin kökeniyle ilişkili olarak tümüyle değişik görüşler iler sürdü. O, Güneşin kendi gezgen sistemini başka hiçbir göksel cismi karıştırmadan kendi kendine yaptığını düşünme eğilimdeydi. Kant, Güneşin başlangıçtaki durumunu,bugünkü gezgenler sistemeninin kapladığı hacmin (oylumun) tamamın tek başına kaplayan ve ekseni çevresinde yavaş yavaş dönen,bir oranda soğuk,dev bir gaz kütlesi olarak görüyordu. Kürenin,çevresindeki boş uzaya ışınım yayarak,düzenle soğuması giderek büzülmesine ve bunun sonucu olarak dönme hızının artmasına yol açtı. Bu hızlanan dönme sonucunda artan merkezkaç güçler başlangıçtaki Güneş kütlesinin giderek yassılmasına ve genişleyen ekvatoru boyunca bir dizi gaz halkası fırlatmasına neden oldu.(s:278)
Dönen kütlelerde böyle bir halka oluşumu Plateau tarafından büyük bir yağ kürede (Güneş durumunda olduğu gibi gazda değil) gerçekleştirilen klasik deneyle gösterilebilir; bu deneyde eşit yoğunluktaki başka bir sıvı içinde asılı duran ve mekanik bir hızlandırıcıyla hızlandırılan yağa halkaları oluşmaya başlar. Bu yolla oluşan halkalar daha sonra koparak Güneş çevresinde farklı uzaklıklarda dönen çeşitli gezegenler halinde yoğunlaştıkları düşüncesini destekliyor.
Daha sonra bu görüşler, 1796'da yayımlanan Evrende Sistem Açıklaması (Exposition du systeme du monde) adlı kitabında onları kamuoyuna sunan Laplace markisi Pierre-Simon tarafından benimsendi ve geliştirildi. Büyük matematikçi Laplace bu düşünceyi matematik bakımdan ele almaya girişmediyse de kendisin kuramın yarı-yaygın nitel tartışmasına adadı.
Altmış yıl sonra İngiliz fzikçi Clerk Maxwell, Kant ve Laplaceın evrenle ilgili görüşlerine ilk kez böyle matematiksel bir işlem uygulamaya giriştiği zaman,görünüşte aşılamaz bir karşı çıkış duvarına çarptı. Aslında, şimdi kapladıkları bütün uzaya düzgün biçimde dağılmış durumdaki Güneş sisteminin çeşitli gezegenlerinde yoğunlaşmış maddenin,çekim güçlerinin onları ayrı ayrı gezegenlerde bir arada tutmaya güç yetiremeyeceği kadar ince dağılmış olacakları gerçeği gösterildi. O nedenle, büzülen Güneşten atılan halkalar,Satürnün,bu gezgen çevresinde dairesel yörüngeler üzerinde dönen ve katı bir uydu biçiminde kümeleşme doğrultusunda herhangi bir eğilim göstermeyen, sayısız küçük parçacıktan oluşma halkaları gibi sürekli halkalar halinde kalacaklardı.
Bu güçlükten tek kurtuluş çaresi, başlangıçta var olan Güneş zarfının şimdi gezegenlerde bulduğumuzdan çok daha fazla madde (en az yüz kez daha çok) içerdiğini ve bu maddenin yalnızca yüzde bir kadarının gezegen gövdelerini oluşturduğunu, kalanın Güneşe dönüştüğünü kabul etmektir.
Ne var ki böyle bir kabul,daha az ciddi olmayan bir karşı çıkışa yol açardı. Gerçekten,kökende gezegenlerle aynı hızda dönmekte olan bu denli küçük madde Güneş üzerine düşse gerçekte sahip olduğundan 5 bin kez daha büyük bir açısal hız kaçınılmaz biçimde ona aktarılmış olurdu. Bu durumda Güneş yaklaşık 4 haftada bir dönüş yerine saatte 7 dönüşlük bir hızla fırıl fırıl dönerdi.
Bu söylenenler Kant-Laplace görüşlerinin ölüm fermanı gibi göründü(s: 279) ve gökbilimciler gözlerini umutla başka yöne, Buffonun çarpışma kuramını yeniden yaşama döndüren Amerikalı bilim adamları T. C. Chamberlin ve F.R. Moulton ve ünlü İngiliz bilim adamı Sir James Jeanse çevirdiler. Buffonun özgün görüşleri,doğal olarak oluşturuldukları zamandan bu yana edinilmiş olan kesin temel bilgilerle önemli ölçüde çağdaşlaştırılmıştı. Güneşle kuyrukluyıldız gibi bir gök cisminin çarpıştığı inancı şimdi bırakılıyordu,çünkü sonradan kuyruklu yıldız kütlesinin Ayın kütlesiyle karşılaştırıldığı zaman bile gözardı edilebilecek kadar küçük olduğu öğrenilmişti. Ve böylece saldıran cismin Güneşin büyüklük ve kütlesiyle karşılaştırılabilir başka bir yıldız olduğuna inanıldı.
Ne var ki zamanında Kant-Laplace varsayımlarının temel güçlülerinden tek kurtuluş yolu sayılarak yeniden yaşama geçirilen çarpışma kuramı da kendisini bulanık bir ortamda buldu. Başka bir yıldızın güçlü bir vuruşu sonucu fırlayıp çıkan güneş parçalarının yassılmış eliptik yörüngeler çizmek yerine neden bütün gezegenlerin izlediği hemen hemen dairesel yörüngelerde hareket ettiklerini anlamak zordu.
Durumu kurtarmak için geçmekte olan bir yıldızın çarpmasıyla gezgenler oluştuğu sırada,Güneşin aslında yassı gezgen yörüngelerinin düzgün dairelere dönüşmelerine yardımcı olan,düzenle dönen bir gaz zarfla sarılmış olduğunu kabul etmek gerekiyordu. Gezegenlerin kapladığı bölgede varlığı bilinen böyle bir ortam olmadığına göre onun daha sonra yavaş yavaş yıldızlar arası uzaya dağıldığı ve tutulmalar düzlemi içinde Güneşten yayılan ve Zodiyak ışığı olarak bilinen donuk aydınlığın hep o eski görkemin kalıntısı olduğu kabul edilmişti. Ama Güneş çevresinde özgün gaz zarfı olduğunu kabul eden,kant-Laplace ile Buffonun çarpışma varsayımı arasında bir melezi simgeleyen bu resim hiç doyurucu değildi. Ama yine de atasözünün dediği gibi,iki şeytandan daha az kötü olanı seçilmeliydi,gezgenler sisteminin doğuşunda çarpışma kuramı doğru kabul edildi ve son zamanlara kadar bütün bilimsel yapıtlarda,el kitapları ve halka dönük yapıtlarda (yazarın iki kitabı: Güneşin Doğumu ve Ölümü ve Yeryüzünün Yaşamöyküsü ) kullanıldı. Gezegenler kuramı kördüğümünü ancak 1943 sonbaharında genç Alman fizikçi C. Weizäcker kesip attı. O, astrofizik araştırmalarla toplanan yeni bilglieri kullanarak Kant-Laplace varsayımlarına karşı bütün karşı çıkışların (s:280) kolayca yok edilebileceğini ve bu çizgide ilerleyerek gezegenlerin kökeni konusunda eski kuramlardan hiçbirinin değinmiş bile olmadığı çok önemli gezgen sistemi özelliklerini açıklayan ayrıntılı bir kuram kurulabileceğini gösterebildi.
Weizäckerin çalışmasındaki en önemli nokta, son iki on yılda astrofizikçilerin evrendik maddenin kimyasal yapısı hakkındaki düşüncelerinin tümüyle değişmiş olması gerçeğidir. Önceleri Güneş ve bütün öteki yıldızların Dünyamızdan öğrendiğimiz kimyasal elementlerin aynı yüzdeleriyle bulunduklarına inanılıyordu. Yerkimyası(Jeokimya) çözümlemeleri bize,yeryüzü kütlesinin başlıca oksijen( çeşitli oksitler halinde) silisyum, demir ve daha küçük miktarlarda daha hafif elementlerden oluştuğunu gösterdi. Hidrojen ve helyum gibi hafif gazlar (neon, argon gibi asal denen ötekiler yanında) Dünyada çok az miktarda bulunmaktaydı.(Gezegenimizde hidrojen en çok oksijenle birlikte suda bulunmaktadır; ama herkes bilir ki her ne denli Dünya yüzeyinin dörtte üçü sularla kaplıysa da toplu su kütlesi bütün Yeryüzü kütlesinin ancak çok küçük bir bölümüdür.)
Daha iyi bir kanıt yokluğunda, gökbilimciler bu gazların Güneşte ve öteki yıldızlarda da çok az bulunduğunu varsayıyorlardı. Ne var ki, yıldız yapısının çok daha ayrıntılı incelenmesi Danimarkalı astrofizikçi B. Stromgrenin böyle bir kabulün tümüyle yanlış olduğu ve aslında,Güneşimizin maddesinin en az yüzde 35inin saf hidrojen olması gerektiği kanısına varmasına yol açtı. Daha sonra bu tahmin yüzde elliye çıkarılmış ve öteki Güneş bileşenlerinden önemli bir bölümünün saf helyum olduğu bulunmuştur. Güneşin içeriği üzerine kuramsal incelemelerin ikisi de (son zamanlarda M.Schwartzschildin önemli çalışmasıyla doruğa eren) ve çok daha incelikli yüzey tayfı çözümlemeleri (spektroskopik analiz) astrofizikçileri şu çarpıcı sonuca götürdü: Dünya kütlesini oluşturan genel kimyasal elementler Güneş kütlesinin yalnızca yüzde birini oluşturmakta,geriye kalan hidrojenle helyum arasında birincinin hafifçe daha çok olması koşuluyla paylaşılmaktadır. Görünen o ki, bu çözümlemeler öteki yıldızların yapılarına da uyuyor.
Dahası yıldızlararası uzayın tümüyle boş olmadığı,ortalama yoğunluğu 1 milyon mil küp uzayda 1 mg madde olan bir gaz ve ince toz karışımıyla dolu olduğu ve bu son derece az bulunur biçimde dağınık maddenin Güneş ve öteki yıldızların sahip olduğu aynı kimyasal yapıya sahip gibi görüngü de biliniyor.(s: 281)
Yoğunluğu onca düşük olmasına karşın,bu yıldızlar arası maddenin varlığı,teleskoplarımıza girmeden önce uzayda yüz binlerce ışık yılı yolculuk yapmayı gerektiren uzaklıktaki yıldızlardan gelen ışık dikkate değer bir seçimli soğurma ürettiği için kolayca kanıtlanabilir. Bu yıldızlar arası soğurma çizgilerinin yeri ve yoğunluğu,bu dağınık maddenin yoğunluğunu daha iyi tahmin etmemize olanak sağlar ve bunun hemen hemen yalnızca hidrojen ve belki biraz helyum içerdiğini de gösterir. Gerçekten toz, çeşitlidünyasal maddelerin,toplu kütlenin yüzde 1inden çok olmadığı, çok küçük parçacıklardan (yaklaşık 0.001 mm çapında) oluşur.
Yine Weizsacker kuramının ana düşüncesine dönersek,evrendeki maddenin kimyasal yapısına ilişkin bu yeni bilginin Kant-Laplace kuramının ekmeğine yağ sürdüğünü söyleyebiliriz. Güneşin ilk gaz zarfı gerçekten böyle bir maddeden oluşuyorduysa, onun dünyasal elementleri simgeleyen yalnızca küçük bir bölümü dünyamızın ve öteki gezegenlerin oluşmasında kullanılmış olabilirdi. Kalanı, yoğunlaşmayan hidrojen ve helyum gazlarıyla simgelenen kısmıysa ya Güneşin üzerine düşerek ya da yıldızlararası uzaya dağılarak bir biçimde yok olmuş olabilir. Yukarıda açıklandığı gibi,bunlardan birinci olasılık Güneşin eksenel dönüşünün daha çok hızlanmasıyla sonuçlanacağından,öteki seçeneği,yani dünyasal bileşimden gezegenlerin oluşmasından hemen sonra artık maddenin uzaya dağıldığını kabul etmeliyiz.
Bu bizi gezgenler sistemi oluşumunun aşağıdaki resmini izlemeye götürüyor. Güneşimiz yıldızlar arası maddenin yoğunlaşmasıyla ilk oluştuğu zaman onun büyük bir bölümü,belki de gezegenlerin şimdiki birleşik kütlelerinin yüz katı, dev bir döner zarf halinde dışarıda kaldı. (Böyle davranmasının nedeni,ilkel Güneş içinde yoğunlaşan yıldızlar arası gazın çeşitli kısımlarının dönüş durumlarındaki çeşitlilikte kolayca bulunabilir). Bu hızla dönen zarfın,yoğunlaşmayan gazlardan (hidrojen, helyum ve öteki gazların daha küçük miktarları) ve gaz içinde yüzen ve onun dönme hareketi boyunca taşınan çeşitli dünyasal maddenin (demir oksitler, silisyum bileşikleri,su damlacıkları ve buz kristalleri(toz parçacıklarından oluştuğu düşünülmelidir. Dünyasal maddenin,şimdi gezegenler dediğimiz büyük kümeler oluşturması toz parçacıklarının çarpışmaları ve giderek daha çok büyüyen kümeler oluşturmalarının sonucu olsa gerektir.
Mantıksal bir düşünüşle,kütleleri hemen hemen eşit iki parçacığın,bu hızlarda çarpışmalarının bu büyüme sürecine yol açmaktan çok, büyük madde parçalarının dağılması ve karşılıklı olarak toz haline dönüşmeyle sonuçlanacağı kararına varılabilir. Öte yandan,küçük bir parçacık daha büyük biriyle çarpıştığı zaman onun içine gömüleceği ve böylece biraz daha büyük bir kütle oluşacağı da açık görünmektedir.
Bu iki sürecin,daha küçük parçacıkların giderek yok olmaları onların maddelerinin daha büyük kütlelerde toplanmalarıyla sonuçlanacağı apaçıktır. Daha sonraki aşamalarda maddenin büyük kümelerinin geçen daha küçük parçacıkları çekim gücüyle çekecekleri ve onları kendi büyüyen kütlelerine katacakları gerçeğine dayalı olarak süreç hızlanacaktır. Bu, bu durumda,büyük madde kütlelerinin kapma etkinliğinin önemli ölçüde daha büyük olacağını göstermektedir.
Weizsacker,aslında,şimdi gezgenler sisteminin kapladığı bütün bölgede, o zamanlar asılı duran ince tozun gezegenleri oluşturan birkaç büyük kütle içinde kümelenmesinin yaklaşık yüz milyon yıllık bir dönemde olması gerektiğini gösterebildi.
Gezgenler Güneş çevresindeki yolları üzerinde çeşitli boylardaki kozmik madde parçacıkları eklenmesiyle büyürlerken yeni yapıcı maddelerin yaptığı sürekli bombardıman yüzeylerini çok sıcak tutuyor olmalıydı. Bununla birlikte,toz,çakıl taşı ve daha büyük kaya desteği tükenir tükenmez,büyüme sürecinin durması ve yıldızlar arası uzayda ışınım nedeniyle yeni oluşmuş göksel cisimlerin dış tabakalarının soğuması ve içteki soğuma çok yavaş olduğu için kalınlaşarak büyümesi bugün bile süren katı çubuk oluşumuna yol açtı.(s: 283).
Gezegenlerin kökeni hakkındaki herhangi bir kuramın değinmesi gereken bir sonraki önemli nokta çeşitli gezegenlerin Güneşten uzaklıklarını düzenleyen özel kuralın( Titus-Bode kuralı olarak bilinir) açıklanmasıdır. Aşağıdaki tabloda,Güneş sisteminin dokuz gezegeniyle birlikte,kendilerini tek bir büyük parçada toplamayı başaramamış ayrı ayrı parçaların ayrıksılıksı durumunu karşılıyor görünümündeki,gezegenimsiler kuşağının da uzaklıkları sıralanmıştır.
-
Son sütundaki sayılar özellikle ilginçtir. Ufak tefek sapmalara karşın hiçbirinin 2den çok farklı olmadığı açıktır ve bu bize şu yaklaşma kuralını oluşturma olanağı sağlar: Her gezegen yörüngesinin yarıçapı, güneş doğrultusunda kendisine en yakın gezgenin yörünge yarıçapının iki katı kadardır.
-
Bireysel olarak gezegenlerin uyduları için de benzer bir kuralın bulunduğunu ayrımsamak ilginçtir,bu gerçek, örneğin Satürnün dokuz uydusunun aşağıda verilen göreli uzaklıklarıyla gösterilebilir.
-
Gezegenlerin kendi durumlarında olduğu gibi,oldukça büyük (özellikle Phoebe için!) sapmalarla karşılaşıyoruz ama yine de aynı türden belirli bir düzenlilik eğilimi bulunduğundan zor kuşku duyulabilir.
-
Güneşin çevresindeki toz bulutu içinde yer alan toplaşma sürecinin neden bir tek büyük gezegenle değil de Güneşten bu özel uzaklıklarda oluşmuş birkaç büyük cisimle sonuçlandığını nasıl açıklayabiliriz?
Bu soruyu yanıtlamak için özgün toz bulutunda yer alan hareketin biraz daha ayrıntılı incelenmesine girişiyoruz. Her şeyden önce, Newton çekim yasasına uygun biçimde Güneş çevresinde hareket eden her maddesel cismin-ister küçük toz parçacığı,ister küçük bir göktaşı,isterse büyük bir gezgen olsun-Güneşi odak alan bir yörünge çizmekle sınırlı olduğunu anımsamalıyız. Gezegenleri oluşturan madde,başlangıçta çapı 0.0001 cm olan ayrı ayrı parçacıklar halinde idiyse çeşitli büyüklük ve yassılıktaki eliptik yörüngeler üzerinde hareket eden 10 üzeri 45 kadar parçacık olmalıydı. Böylesine yoğun bir trafiğin parçacıkları arasında yer alan sayısız çarpışmanın,bütün bu arıkovanı hareketinin belli bir büyüklükte düzenli olması gerektiği açıktır. Gerçekten de böyle çarpışmaların ya "trafik canavarlarını" toz etmeye ya da onları daha az kalabalık "trafik yolları"na,"yan yollar"a geçmeye zorlamaya yardım edeceğini anlamak zor değildir. Bu "düzenli" ya en azından bir oranda düzenli "trafik"e egemen olan yasalar nelerdir?
Büyük Patlamanın Kanıtları
Büyük Patlama kozmolojisinin dayandığı iki deneysel kanıt parçası vardır:
İlki 1929-31 yıllarında Edvin Hubbleun evrenin genişlemesini keşfetmesidir. Hubble, uzak galaksilerden gelen ışığın kırmızıya kaymasının onların bizden uzaklığı ile orantılı olduğunu gözlemledi. Hubbleun vardığı sonuç,uzak bir galaksideki gibi yüksek hızla bizden uzaklaşan bir atomun spektral çizgilerinin hızıyla orantılı olarak kırmızıya kaydığı-bir tren uzaklaştıkça düdüğünün sesinin frekansındaki kayma gibi bir Doppler kayması- gerçeğine dayanıyordu. Kırmızıya kayma hızla orantılı olduğu için,uzak bir galaksinin hızının ve bizden uzaklığının da birbiriyle orantılı olduğu sonucu çıkar. Evrenin tek biçimli genişlemesi şüphesiz Hubbleun verilerinden çıkarılabilecek en basit sonuçtur. Tüm diğer yorumlar, şimdi hiçbir kanıt bulunmayan yeni bir ekzotik etki gerektirir. İkinci de,iki genç radyoastronom Arno A.penzias ve Robert W. Wilsonun 1964te keşfettikleri mikrodalga kozmik zemin ışımasıdır. Bu iki genç radyoastronom, New Jerseydeki Bell Laboratuvarlarındaki çalışmalarında uzaydan gelen Dünya dışı) bir radyo parazıti saptadı. Parazit, yalnızca Güneşin ve Samanyolunun konumlarından bağımsız olmakla kalmıyor,her yönden eşit olarak geliyordu. Yani parezit, bilimsel deyimle izotropikti. Parazit,aletin kendisinden kaynaklanabilir mi? Penzias ve Wilson, teleskopu böylesi bir parazitin kaynağı olabilecek kuş pisliği gibi kirlerden çok dikkatli bir biçimde temizlediler. Ölçümleri sonucu bu parazitin elektromanyetik tayfın mikrodalga bölümüne giren 7 cm dalgaboylu bir ışınım olduğuortaya çıktı. Bu ışınım kolayca saptanabiliyordu. Herhangi bir kanala ayarlanmamış televizyon ekranlarındaki parazitin yaklaşık yüzde biri aynı Dünya dışı ışınımdan kaynaklanmaktadır.
Çok geçmeden bu mikrodalga ışınımının evrenin en uzak bölgelerinden kaynaklandığı ortaya çıktı. Işınımın çok büyük ölçüde izotropik olması onun-örneğin Güneş sistemindeki toz gibi- yakın bölgelerden değil,çok uzaklardan kaynaklandığının kantıdır. Hemen hemen aynı zamanlarda Princeton Üniversitesinde çalışmalarını yoğunlaştıran bir grup kozmoloji uzmanı,büyük patlamadan kalmış olmasını bekledikleri kozmik mikrodalga ışınımını araştırmaktaydılar. Robert Dicke ve çalışma arkadaşları evrendeki,Güneş ve diğer yıldızlardaki helyumun çoğunluğunun,evrenin başlangıç dönemlerinde termonükleer füzyon yoluyla ortaya çıkmış olması gerektiğini iddia ediyorlardı. Bunun olabilmesi için başlangıç dönemlerinde evrenin son derece sıcak olması gerekiyordu. Bu durumda evren, sıcak elektron ve protonların yaydığı yüksek enerjili fotonlarla dolu olacaktı. Evren genişledikçe bu ışınım soğuyacak ve günümüzde de elektromanyetik tayfın mikrodalga bölgesinde gözlenebilmesi gerekecekti. Princeton astronomları,20 yıl önce benzer bir düşünce biçiminin George Gamow tarafından ortaya atıldığından ve benzer öngrülere yolaçtığından habersizdiler.Gamowun eski öğrencileri olan Ralph Alpher ve Robert Herman 1949 yılında bu antik ışınım nedeniyle gaünümüzde evrenin sıcaklığının 5 Kelvin cıvarında olması gerektiğini hesaplamışlardı. Bununla birlikte mikrodalga ışınımının deneysel olarak araştırılmasını önermemişlerdi. 1963 yılında iki Rus bilimadamı, Andrei Doroskhevich ve İgor Novikov mikrodalga ölçümlerinin kozmik fon ışınımına herhangi bir sınır getirip getirmediğini öğreenmek için Bell Laboratuvarları Teknik Bültenlerine başvurdular. 1961 yılından kalma Ed Ohmun bir araştırmasına rastlayınca altın bulmuş gibi sevindiler. Ohm, bu araştırmada Bell Labıratuvarlarının 6 m çapındaki anteni ile gökyüzünü tararken 3 K dolayındaki sıcaklıklarda ışınımda bir fazlalık saptadığını belirtiyordu. Ne yazık ki Ohm aletlerden kaynaklanan gürültüyü bu parazitten ayıramamıştı.
Böylece Princeton araştırmacıları boş yere fazla çalışıp çabalamaktan kurtulmuş oldular. Kozmik mikrodalga tayfını ikinci bir dalga boyunda ölçmeyi başardıkları zaman da Bell Laboratuvarlarının keşfini sonuçlandırmış oldular. Işınımın da çoğunlukla kara cisim ışınımı biçiminde olması gerektiği sonucuna vardılar.
- Bu araştırmacılar evrenin siyah boş uzayının mutlak şekilde soğuk olmadığını; mutlak sıfırın üzerinde üç Kelvinlik az bir sıcaklığı olduğunu buldular. Bu sıcaklık fotonların uzayın tamamından geçen ışıma banyosunun sonucudur. Bu fotonların frekanslarının ya da renklerinin dağılımı ölçülmüştür ve bunun tam üç kelvin sıcaklıkta bir kara nokta için Planckın kara nokta radyasyon eğirsininki ile aynı olduğu bulunmuştur. Bu durumda kara nokta tüm evrendir.
Bu ışıma banyosunun yorumu,onun büyük patlamadan kalan sıcaklık olduğu şeklindedir- bu durum bir kamp ateşi çevresindeki kayaların sıcaklığını gözlemleyip,fazla uzun olmayan bir süre önce orada ateş yanmış olduğu sonucuna varmaya benzer. Bir zamanlar evren milyarlarca derece sıcaklıkta son derece yoğun bir madde çorbası idi. Sonra patladı,bugüne kadar,genişlemenin sonucu olarak birkaç derece sıcaklığa kadar soğudu. Sıcaklığı hala düşmektedir,fakat şimdi çok yavaş şekilde. Bu mikrodalga zemin ışıması kanıtı büyük patlama modelinin doğruluğu jürisinde oturan bilim adamlarının çoğunu ikna etti. Evren bir patlamadan yaratılmıştı-her zaman var değildi.
Astrofizikçiler ve kozmologlar evrenin yaratılışının kuramsal bir modelini kurmuşlardır. Saatlerini yaratılıştan sonra yaklaşık olarak saniyenin ilk yüzde birinde başlatıyorlar,çünkü saniyenin ilk yüzde birinden önce sıcaklıklar o kadar yüksük ve enerjiler o kadar büyüktü ki,bu günün yüksek enerji fiziği kuramının ötesine uzanmalıydılar- bu çok spekülatiftir. Fizikçiler,bir saniyenin ilk yüzde birinden sonraki genişlemeyi tanımlayan fiziği,durumun nasıl olduğunu belli bir kesinlikle söyleyebilmelerine yetecek kadar iyi anladıklarını düşünüyorlar.
Bir saniyenin ilk yüzde birinde,başlangıç anı çorbasının sıcaklığı yüz milyar kelvin derecesi idi,bu gerçekten çok socak bir çorba idi. Çorba esas olarak elektronlar,pozitronlar,fotonlar, nötrinolar ve antinötrinolardan oluşuyordu. Bu parçacıklar karşılıklı etkileşimde bulundukça sürekli yaratılıyor ve yok ediliyorlardı. Bu çorbanın yoğunluğu ve sıcaklığı o kadar büyüktü ki,bir elektron ve pozitronun fotonlar şeklinde yok olması,fotonların bir elektron pozitron çifti yaratmak üzere çarpışması kadar olasıydı. Bu elektronlar,nötrinolar ve fotonlara ek olarak,başlangıç anı çorbasında fotonların sayısının milyarda bir kadar küçük bir proton ve nötron kirliliği vardı. Çorbadaki bu küçük beneğin üzerinde durmak gerekiyor,çünkü bu beneklerden tüm galaksiler ve yıldızlar ve nihayet yeryüzü yapılacaktır.
Bir saniyenin ilk onda biri geçtikten sonra,evren yaklaşık olarak on milyar dereceye kadar soğudu. Bu sıcaklık elektron ve pozitronları,fotonlar ve nötrinolarla dengeden çıkarmaya yetecek kadar soğuktu ve şimdi eğer pozitronlar yok edilirse yeniden yaratılmayacaklardı-tüm geri kalan şey elektronlar(s:134), nötrinolar ve fotonlardı. Üç dakika gerçekten sonra,evrenin sıcaklığı küçük protonlar ve nötronlar kirliliğinin çekirdek halinde birleşmesine yetecek kadar düştü- parçacıklar daha az harekete geçiriliyordu. İlk oluşan çekirdekmer en hafif olanlar,döteryum ve helyumdu. Fizikçiler nükleer fiziğin yasalarını kullanarak bu şekilde yapılmış helyum ve diğer hafif elementlerin miktarını hesaplayabilirler ve büyük patlamada yapılmış olan helyum miktarının evrendeki tüm maddenin yaklaşık yüzde 27sini oluşturduğunu bulurlar,bu da,gözlem sonuçları ile uyum halindedir. Bu hesaplamalar ve gözlemlerle uyum büyük patlama modeline büyük inanılırlık vermektedir.
Ancak yaklaşık yüz bin yıl geçtikten sonra-evren oldukça soğuk hale geliyordu- sıcaklık elektronların atomları oluşturmak üzere çekirdekle birleşmesine yetecek kadar düştü. Patlamadan çıkan büyük atomik madde bulutları galaksiler ve yıldızlar halinde yoğunlaşmaya başladılar. Yıldızların içinde,hidrojen ve helyumdan çekirdek senteziyle karbon ve demir gibi ağır elementler oluştu. Birkaç milyar yıl sonra,evren bugün göründüğü gibi görünmeye başladı. Bugün evren, on ile yirmi milyar yıl arası bir yaşa sahiptir. Tersine Dünyamız,yaklaşık dört beş milyar yıl yaşındadır ve dünya üzerinde yaşam ise yaklaşık iki buçuk milyar yıl yaşındadır.
Çevrenizde gördüğünüz her şey bir fosildir. Tıpkı derin kayaların gezegenimizin yaratılışının fosilleri olması gibi,çekirdekler ve atomlar da büyük patlamanın fosilleridir. Onların yaratıldıkları bir zaman vardı,her zaman var değildiler. Biz, her şeyi doğuran başlangıç anı çorbasına kıyasla çok düşük sıcaklıklarda donmuş fosil bir dünyayız.
Evrenin bu görüşüne karşı bazı ciddi eleştiriler vardır, fakat bu eleştiriler esas olarak ayrıntılar üzerindedir,fikrin kendisi üzerinde değildir. Yüzyıllar önce verilen Kopernikin Güneş merkezli sistemi gibi,büyük patlama modeli de esas olarak doğru görünmektedir. Hazırlanmakta olan yeni deneysel teknoloji new mexicoda çok büyük radyo anteni dizisi ve uzay teleskopu- ile standart büyük patlama modeli üzerinde yeni testler yapılabilir. Bazı sürprizlerle karşılaşabiliriz,fakat eğer bu yaratılış öyküsünün belli başlı özellikleri değişirse, bu çok önemli bir durum olacaktır.(Pagels,bunları 1993te yazıyor) (s: 135)
Uzayın Eğriliği
Einsteinin denklemlerini izotrop bir Evren örneği için çözebiliriz. Bulunan sonuçlar kuşkusuz verilere,özellikle, belli bir anda Evrende bulunan enerji yoğunluğuna bağlıdır. Şimdi,tanımlanmış olan uzayın geometrisine gelince,genel olarak üç halin mümkün olduğu görülür (Bu sonuçlar 1930 yıllarında elde edilmiştir. Bunları, Einstein, Lemaitre, Eddington, Tolman, Robertson,Walker ve Friedmanın araştırmalarına borçluyuz.
Birinci durum: En basit durum, uzayın üç boyutlu bir Eukleides uzayı olması durumudur. Genel görelilik bu durumu saf dışı etmiyor,uzay-zaman eğri olduğu halde uzay eğri olmayabilir.
İkinci durum: Küre durumunda olduğu gibi ve daha önce anlatılan eğriliğe sahip uzay örneğinde görüldüğü gibi uzay, eğri ama sonlu olabilir. Boyutların sayısını azaltarak,bunun, daha sade bir görüntüsü verilebilir: yıldızların,galaksilerin ve bizim, iki boyutlu yamyassı varlıklar olduğumuzu varsayalım. Bu koşullar altında öğreneceğimiz geometri, çevremizin geometisi,yani düzlem geometri ya da başka bir deyişle iki boyutlu Eukleides uzayı geometrisi olacaktır. Evrenimizin kendisi ise iki boyutlu ve eğri bir uzay oluşturabilecektir. Onun izotrop olması,eğriliğin her yerde aynı olduğu anlamına gelir. Bu da Evrenin,üzerinde galaksilerin, Dünyanın ve bizim sığıştiğimiz bir küre yüzeyinden başka bir şey olmadığı sonucunu verir. Bu kürenin yarı çapı birkaç milyar ışık yılı ya da daha fazla olacaktır ve bunun eğriliğini doğrudan doğruya saptayabilmemiz için,kısa ömrümüzün olanak vermediği aynı mertebeden uzaklıkları aşmamız gerekecektir. Nasıl uzay bize üç boyutlu bir Eukleides uzayı olarak görünüyorsa,yassı insanlar için de gerçek, bir düzlemde yer almış gibi görünecektir. Böyle bir uzay, Riemann uzayı adını alır(Aslında Riemann çok daha genel uzaylar üzerinde çalışmıştır.)
Üçüncü durum: Geometrinin Eukleides uzayı olmadığı ama uzayın Eukleides uzayı gibi sonsuz olduğu,üçüncü bir uzay sınıfı vardır. 19. Yy matematikçileri,Eukleides geometrisini ve beşinci postülayı bir sorun olarak ele aldıkları zaman,önce Eukleides uzayı olmayan iki uzay sınıfını inceleme yoluna gittiler. Birincisi, üç boyutlu küreden başka bir şey değildir. Böyle bir uzayda,iki doğru daima birbirini keser ve sonuç olarak paralel yoktur. İlk olarak Rus Lobatçevskinin ileri sürdüğü ikinci öneri öyle bir uzaydır ki,burada, verilen bir doğruya bir noktadan sonsuz sayıda paraleller çizilebilir.Bununla birlikte bu,birçok bakımdan Riemann uzayına benzer: özellikle izotroptur. Teknik bir dil kullanırsak,kürede olduğu gibi pozitif değil negatif ve sabit bir eğriliği olan bir uzay sözkonusudur. İki boyutlu Lobatçevski uzayının tamamıyla sadık bir görünümünü,üç boyutlu Eukleides uzayında yer alan bir yüzeyle göstermek olanaklı değildir. Böyle olunca, bunu, Riemann uzayı için yaptığımız gibi,yassa kişilerle görünür bir hale getirmek olanak dışıdır.
- İzotrop bir evrende olanaklı üçüncü uzay sınıfı,üç boyutlu Lobatçevski tipinde bir uzaydır.
Birbirinden bu kadar açımça ayrı olan olanaklı bu üç uzay sınıfını görünce, hemen şu soru ortaya çıkıyor: içinde yaşadğımız uzayın gerçek yapısı nedir? Eukleides uzayı mıdır, Riemann tipinde midir ya da Lobatçevski tipinde midir?
Bu soruya ilke olarak deney yolu ile karşılık verilebilir. Gerçekten uzay-zaman geometrisinin içeriği,Einstein denklemleri kullanılarak belirlenmiştir. Uygulamada izotrop bir uzay için Einstein denklemleri,Evrenin tüm genişlemesini,ondaki enerji yoğunluğuna bağlamaktadır. Bu yoğunluk ise kütlelerin ve özellikle uzaydaki galaksi kütlelerinin dağılmasından başlayarak hesaplanabilir. Bu iki tür nicelik arasında,yani kütle ve dağılma arasında bulunan bağlantı,açıkça uzayın geometrisine bağlı olduğundan,sağlanan oranlara göre bundan uzayın biçimi çıkarılabilir.
EVRENİN GENİŞLEMESİ VE GENEL GÖRELİLİK
Olaylar dünyası,dinamik olarak üç boyutlu uzayda bir dönüşüm süreci gibi tanımlanabilir. Ama statik olarak dört boyutlu bir uzay-zaman süreklisi gibi de tanımlanabilir. Klasik fizik bakımından biri dinamik ve öbürü statik olan bu iki tanım eşdeğerdir. Oysa görelilik kuramı bakımından statik olanı daha kullanışlı ve daha nesneldir. Bununla birlikte,istersek, görelilik kuramında da dinamik tanımı kullanabiliriz. Yalnız zaman artık mutlak olmadığı için bu uzaya ve zamana ayırma işleminin nesnel anlamı olmadığını unutmamalıyız. Bundan sonraki sayfalarda statik anlatımı değil,gene dinamik anlatımı kullanacağız. Ama bunun sınırlarını hep göz önünde tutmalıyız.
Hala aydınlatılması gereken bir nokta var. En önemli sorunlardan biri daha çözülmedi: Eylemsiz (süredurumlu) bir sistem var mıdır? Doğa yasaları üzerine onları Lorentz dönüşümüne göre değişmezliği ve birbirine göre düzgün doğrusal hareket eden bütün eylemsizlik sistemlerinde geçerliği üzerine bazı şeyler öğrendik. Yasaları biliyoruz;ama onlara hangi sınırlar içinde başvurmamız gerektiğini bilmiyoruz.
Bu güçlüğü anlamak için klasik fizikçi ile bir görüşme yapalım ve ona bazı sorular yöneltelim:
Süredurumlu sistem nedir?
Mekanik yasalarının geçerli olduğu bir koordinat sistemi(KS)dir.
Einstein- L.Infeld,Fiziğin Evrimi, Onur yay s: 180-181
..)
Genel göreliliğin, zorunlu olarak,uzay-zamanı kendi bütünlüğü içerisinde ele aldığını ve buna göre uzayın evrimini de kapsadığını belirtmiştik.
Bu gelişmenin ne demek olduğunu bilmek için en kolay yol galaksileri, esas olarak, uzayda bir takım noktalar gibi düşünmektir. Bir galakside bulunan gözlemciler için, atom fiziğini nicelik bakımından tanımlamaya yarayan temel sabitlerin değişmez olduklarını kabul edeceğiz. Bu, Planck sabitini, elektronun kütlesi ile yükünü ve ışığın hızını kapsar. Galaksiler arasındaki uzaklıkları ölçtükleri zaman, bu gözlemciler,elde ettikleri sonuçları atomik birimlere bağlarlar... Böylece gökbilimsel uzaklıkları atomik birimlerle karşılaştırarak gözlemciler değişiklikleri yakalayabilirler. Başka bir görüş, doğrudan doğruya deney sonuçlarına dayanmak ve genel görelilik modellerinin galaksiler tayfının kırmızıyla doğru sistemli bir yer değiştirmesi öngörüp görmediğine bakmaktan ve olayın pratikte ne anlama gelebileceğini düşünmekten ibarettir.
Kuramsal olarak, Evrenin bütün modellerinde, gelişmelerinin (s: 66) bir devresi boyunca,galaksilerin tayflarının kırmızıya doğru sistemli olarak yer değiştirdikleri bulunmaktadır, bu da ancak her durumda Evrenin bir genişleme halinde olmasına bağlanabilir. Başka bir deyişle atomik birimlerle ölçüldüklerinde, galaksiler arasındaki uzaklıklar zamanla artmaktadır.
Öyleyse genişleme, gerçekten uzayın bir büyümesine, yani atomik birimlerle ölçülen bir bölgenin boyutlarının sistemli olarak artmasına karşılıktır.
Einstein denklemleri, şimdiki durumu hesaba katarak,ilke olarak Evrenin gelecekteki gelişmesinin ne olması gerektiğini önceden söylemeye olanak sağlamaktadır. Bununla birlikte, şimdiki durumu belirleyen ölçülerdeki önlenmez yanlışlar,Einstein denklemlerinin çözümünün özelliğini önemli ölçüde etkilemektedir. Özellikle denklemlerin ifadelerine giren ve burada Newtonun evrensel çekim sabitinin (s: 67) oynadığı role oldukça yakın bir rol oynayan ve kozmolojik sabit adını alan bir büyüklük vardır. Uygulamada bu büyüklük birbirine çok uzak iki kütlenin karşılıklı etki yasaların belirtirken,Newton sabiti bu yasayı küçük uzaklıklar için belirlemektedir. Kozmolojik sabit hakkındaki bilgimiz hiç de kesin değildir,çünkü bunu hesaplamak için büyük uzaklıklarla ilgili ve önemli derecede yanlışları bulunan pek çok gözlemi işe karıştırmak gerekmektedir. Toplam olarak bu yaklaşıklıklar hesaba katıldıkları zaman, tahminler yapmanın ve özellikle, gelecekte Evrenin bir büzülme devresinin beklenip beklenmeyeceğini bilmenin olanaksız olduğu görülür. Ne olursa olsun,şilmdiki genişleme aşamasının daha birçok onlarca milyon yıl süreceğini beklemek uygun olur.
Buna karşılık Einstein denklemleri, geçmiş hakkında çok kesin sonuçlar elde etmeye olanak sağlar. Bunun nedeni şudur: Evrende şimdiki kütle yoğunluğuna,kozmolojik sabite ve hatta uzayın geometrisine ait kesinsizlikler, geçmişe doğru gittikçe daha az önemli bir rol oynamaktadırlar. Gözlemin getirdiği bütün bilgiler hesaba katıldığı ve bunlar, genişlemenin (s: 68) geçmişteki akışını belirtecek biçimde Einstein denklemlerine eklendiğinde, görünüşte önlenemez olduğu kadar olağan dışı bir sonuca varılır. Geçmişin uzak bir devresinde, maddeni yoğunluğu ile uzay-zamanın eğriliği sonsuzdu. Bu anın zamanını tam bir kesinlikle söyleyemeyiz;ama bunun geçmişte altı ile on beş milyar yıl arasında bulunduğu, en olası değirin on milyar yıl olduğu söylenebilir.
-
Olayı en iyi canlandırabilecek olan yine Riemann Evreninin durumudur. Zaman içerisinde geriye doğru gidildikçe,iki boyutlu modelimizde, uzay küresinin yarıçapı gittikçe küçülmektedir,burada madde sürekli olarak darlaşan bir hacme sıkışmaktadır; sonunda tarihin sıfır zamanına varılır ki, bu anda bütün Evren bir toplu iğne başı kadardır. Bir Labatçevski uzayında, böyle göze çarpan bir görüntü yoktur;ama sonuç aynıdır. Gerçekte çok küçük zamanlar için uzayın geometrisi pek önemsiz bir rol oynar.
Bu sonucun, bazı sadeleştirici varsayımların yanıltıcı bir sonucu olup olmadığını kendi kendimize sorabiliriz. Sonunda evrensel bir zamanın varlığı, tam olamayan bir izotropluk özelliğinden geliyordu. Bununla birlikte durum böyle görünmüyor. Temel bir araştırmada, İngiliz Penrose ve Hawking, Evrenin gelişmesi, kendi bütünlüğü içinde incelendiği zaman, tekilliklerin varlığının önüne geçilmez bir olay olduğunu kesin bir şekilde göstermişlerdir. Genel halde bu tekilliklerin alabilecekleri biçimler çok çeşitlidir ve kurgubilim yazarlarına yeni konular verebilir: izotrop modelin gösterdiği gibi sonsuz eğrilik ve yoğunluk halleri dışında, Evrenin, zaman çizgilerinin kapandığı ve böylelikle aynı olayların sonsuz defa yinelenmesine yol açtığı ve bir başka uzay-zaman ile çakıştığı durumlarla karşılaşılabilir. toplam olarak izotroplik bir yana bırakılsa bile bir ya da birçok başlangıç tekilliklerinin varlığına ait sonuçlardan kuşku duyulması olanaksız görünüyor.
Daha Augustinus o zaman bile soruyu ortaya (s: 69) atmıştı: Yaratmadan önce Tanrının ne yaptığını soranlara ne karşılık vermeli? Evrenin sıfır zamanından önce ne olduğunu soranlara ne diyeceğiz? Genişlemeden önce sonsuz olarak büzüldü mü? Hiçbir şey bilmiyoruz? Gerçekte sıfır zamanından önce yer alan olayın, bu devrenin koşullarına dayanabilecek hiç bir izi kalmadığına göre, büyük bir olasılıkla hiçbir zaman bile bilemeyeceğiz.
-
Her yanlış anlamayı önlemek için,zamanın bir başlangıcının varlığını söyleyebileceğimiz koşulları iyice belirtelim: her şeyden önce genel göreliliğin, kendi bütünlüğü içerisinde, evreni tanımına gerçekten uygulanabileceğini kabul etmek gerekir. (Bir sıfır zamanı olanağına karşı düşünen bazı yazarlar, genel rölativiteyi yadsımayı ya da değiştirmeyi yeğlediler). Sonra uzayın izotrop olduğunu kabul etmek gerekir, aksi halde, başlangıç zamanı, uzayın bölgelerine göre değişebilir görünür. Burada temel bir sorunun söz konusu olduğunu ve bir sürü olanakların karşısında bulunduğumuzu gizlememeliyiz. Bununla birlikte bilgilerimizin şimdiki çerçevesi içinde zamanların bir başlangıcını varlığı, olsa olsa en sade ve en doğal varsayım olarak kalmaktadır. Kaldı ki, bunun dikkate değer deneysel doğrulanmalarının bulunduğunu göreceğiz.
Big Bang Kuramı
-
-
Evrenimiz epeyce yaşlı. Ne kadar diyorsanız 15 milyar yıl kadar diyeceğim. Evren denen şeyi gökyüzüne gözlerimizi ve aklımızı diktiğimizde anlarız. Evren, illa bir başlangıç ve sona mı sahiptir? Evren' in başlangıcı var mıdır? Bu varsayımdan asla vazgeçemez miyiz? Devam edelim. Evren' in bir sonu var mıdır? Bu son kaçınılmaz mıdır? Hawking, 1992de yaptığı bir konuşmada felsefecilere ve bilim felsefecilerine ve bazı fizikçilere ilginç göndermeler yapmıştı: " Onlar hala görelilik ve kuantum mekaniği gibi bu yüzyılın ilk yıllarının bilimsel kuramlarını tartışıyorlar. Fiziğin şimdiki keşif alanlarıyla bağlantı kurmamışlardır
Tersine Evrim
Bildiğimiz şekilleri ile fizik yasalarını bir izotrop Evren modeline uygularsak,öncelikle fizikçi Gamow tarafından incelenmiş olan bazı temel sonuçları elde ederiz.
Buradaki yöntem,Evrenin geçmişte nasıl davranması gerektiğini incelemekten başka bir şey değildir. Genel Görelilik, bize,zamanın içerisinde,genişlemenin nasıl meydana gelmesi gerektiğini söylemektedir;bunun şimdi galaksilerde bulunan madde üzerindeki tepkilerini inceleyibiliriz. Böylece zaman içerisinde geriye gitmek olanaklı olur. Bu incelemenin sonuçlarının,önerilen çerçeve içerisinde Evrenin tarihini anlatacak olan bir film biçiminde gösterildiğini ve geçmişe gitmek üzere şu andan başlayarak bu filmin gözümüzün önünde,tersine oynatıldığını düşünelim.
Genişleme tersine izlenirse bu, önce bize, birbirine yaklaşan galaksileri gösterir. Zaman içinde gerilere doğru gidildikçe galaksilerin her birindeki yıldızlar,geçmişlerindeki kişiliklerine bürünürler ve bunları meydana getirmiş olan gaza dönerler;daha sonra galaksilerin birbirine değdiği bir an gelir. O zaman ne olur? Evren büzülmeye devam eder,galaksiler birbirine karışarak tek bir gaz haline gelirler. Yalnızca bağlı olduğu galaksinin gravitasyonal çekimi altında bulunan bir gaz molekülü,şimdi komşu galaksilerden gelen gazın da gravitasyonal çekimini duyar. Evren büzüldüğü için moleküller gittikçe birbirine yaklaşır. Sonunda,büzülen bu gaz ısınır ve moleküllerin yer değiştirme hızı artar. Böylece Evren büzüldüğü ölçüde moleküller gittikçe birbirine yaklaşır ve gittikçe hızlanır,birbirine çarpar,yerlerinde duramaz ve onların,yüksek bir sıcaklığın özelliği olan devinim haline ulaştıkları görülür. Evren şimdi sıcak bir gazla,tersine görüşümüzde galaksilerden gelen ilk madde ile, aslında gelecek galaksilerin kalıbı ile doludur.(s:81)
Kuşkusuz,yüksek sıcaklıktaki bu gaz, bir ısı ışıması yayar ve hem gazın hem ışımanın başına neler geldiğini düşünmek yerinde olur. Evren büzülmeye devam ettiği sürece,zaman içindeki bu geri gidiş boyunca sıcaklık yükselir.
Gazın atomları gittikçe daha fazla ışıma yayarlar ve büzülme dolaysıyla kazandıkları enerjinin en büyük bölümünü bu ışımaya harcarlar;öyle ki çok geçmeden ışımada,atomlarda bulunan enerjiden daha çok enerji kullanılmış olur.
Filmi durduralım. Fiziğin olağan yasaları ile genel görelilik kuramının birleşmesinin,Evrenin geçmişte yüksek bir sıcaklık derecesinde bulunması ve şiddetli bir ısı ışımasını kapsaması gerektiğini bundan çıkarmak uygun olacaktır. Bu dersten kuvvet alarak,artık, Evrenin başlangıç devresindeki davranışını incelemeye başlayabiliriz.
Genişleme ve sıcaklık
İzotrop bir Evrenin,başlangıcına yakın devrelerdeki davranışını düşünelim. Görüldüğü gibi evrim tarihi,uzay-zamanın sonsuz bir eğriliğe sahip olduğu ve sıfır zamanı demeyi uygun gördüğümüz bir anda başlamaktadır.
Böylece sıcaklığın zamana bağlı olarak değişmesi konusunda,daha sonra özellikle anlamlı görünecek olan bazı değerler bulunur:
Einstein denklemleri,genişlemeyi Evrenin içeriğindeki enerji yoğunluğuna bağlama olanağını sağlıyor,bu enerji hiç değilse birinci milyon yıl süresince başlıca ısı ışımasından gelen enerjidir. Pratik bakımdan ışıma yasaları sayesinde sıcaklık bilindiği zaman enerji yoğunluğun ne olduğu söylenebilir. Bunun sonucu olarak Einstein denklemleri,uzayın genişleme hızı ile sıcaklık ve zaman arasında çözümleri kolaylıkla bulunabilen bağlantılar verir.
4 saniye sonunda sıcaklık 1012 derecedir.
100 saniye sonunda (bir dakikadan biraz fazla) sıcaklık 10 üzeri 10dur.
Evrenin doğuşundan bir milyon yıl sonra sıcaklık 3.000 derecedir. Evrenin ilk zamanlarının tarihini iyice kavramak için,sıcaklığın 10 üzeri 12 derecenin birçok katı olan bu hayali sayılara ulaştığında,onun görünüşünün ve içeriğinin ne olabileceğini anlamak gerekir.
- Evrenin doğuşundan 10 5 saniye sonra sıcaklık 4x10 12 derecedir.
- 10
En kolay yol, bizim alışık olduğumuz sıcaklıklara dönmek ve sıcaklık arttıkça hangi yeni görüngülerin ortaya çıktığını incelemektir. Biliyoruz ki,sıcaklık binlerce dereceye ulaştığı zaman,bütün cisimler,eridikten sonra buhar haline gelirler ve sonunda ayrı ayrı atomlardan oluşan bir gaz biçimini alırlar. Evren için geçerli olan yoğunluklarda,sıcaklık 3.000 dereceye yaklaşarak bunu aşarsa,atomlar da gitikçe kararsız olurlar ve kendilerini oluşturan elektronlar ile çekirdeklerine ayrılmaya başlar. Bir milyon derecede artık çoktan beri ortada atom kalmamıştır. O zaman elektronlar ve çekirdekler,ısı ışımasını oluşturan ve gittikçe yoğunlaşan bir fotonlar banyosuna dalmışlardır.
Evrenin İlk Saniyeleri
Saniyenin yüzde biri kadar bir zaman sonra (ki bu, hakkında güvenle konuşabileceğimiz en erken zamandır), evrenin sıcaklığı yüz milyar derece santigrat dolayında idi. Bu, en sıcak yıldızın merkezinden de sıcaktır;öyle bir sıcaklık ki olağan maddenin hiçbir bileşeninin,moleküllerin,atomların hatta atom çekirdeklerinin,birarada bağlı kalmasına olanak yoktu. Tersine, bu patlamada birbirinden hızlla uzaklaşan madde, temel parçacıklar denen çeşitli parçacıklardan oluşmuştu(s: 2)
Bol sayıda bulunan bir parçacık çeşiti elektrondu... Erken zamanlarda bol olan bir başka parçacık türü de elektronla tamtamına aynı kütleli fakat artı yüklü bir parçacık olan pozitrondur. Şimdi ki evrende pozitronlar yalnız yüksek enerji laboratuvarlarında, kimi radyoaktiflik türlerinde ve kozmik ışınlarda, süpernovalar gibi şiddetli gök olaylarına görülmektedir. Fakat erken evrende pozitron sayısı elektron sayısına neredeyse tam olarak eşitti. Elektronlardan ve pozitronlardan başka yaklaşık olarak aynı sayıda değişik nötrino türleri vardı(Nötrinolar, hiçbir şekilde yükü ve kütlesi olmayan hayalet gibi parçacıklardır). son olarak evren ışık ile doluydu. Işık parçacıklarından ayrı olarak alınmamalıdır. Kuantum kuramı ışığın sıfır kütleli ve sıfır elektrik yüklü,foton denen enerji paketçiklerinden oluştuğunu söyler... Her foton ışığın dalga boyuna bağlı olarak,belirli miktarda enerji ve momentum taşır. Erken evreni dolduran ışığı betimlemek için diyebiliriz ki,fotonların sayısı ve ortalama enerjisi, elektronlarınki ile pozitronlarınki ile ya da nötrinolarınki ile yaklaşık olarak aynıydı.
Bu parçacıklar(elektronlar, pozitronlar, nötrinolar ve fotonlar) sürekli olarak salt enerjiden yaratılıyorlar, kısa süre yaşadıktan sonrada yine yok oluyorlardı. Dolaysıyla bu parçacıkların sayıları önceden saptanmış değildi;bu sayıyı,yaratılma ve yokedilme süreçleri arasındaki denge belirliyordu. Bu dengeden, yüz milyon derece sıcaklığındaki bu kozmik (s: 3) çorbanın yoğunluğunun, suyun yoğunluğunun dört milyar katı kadar olduğunu çıkarabiliriz. Ayrıca, ağır parçacıklardan, yani şimdiki dünyada atom çekirdeklerinin bileşenlerini oluşturan proton ve nötronlardan da az bir miktar vardı.(Protonlar artı yüklüdür; nötronlar azıcık daha ağırdır ve elektrik yükleri yoktur). Bunlar, kabaca her bir milyar elektrona, bir milyar pozitrona, bir milyar nötrinoya ya da bir milyar fotona karşılık bir proton ve nötron bulunacak oranda mevcutlardı. Bu sayı, yani her çekirdeki parçacığı başına bir milyar foton, evrenin standart modelini hesaplamak için gözlemden alınması zorunlu olan çok önemli bir niceliktir. Bölüm IIIte tartışılan kozmik arkaalan ışımasının keşfi aslında bu sayının ölçümüydü.
İlk Üç Dakika
İlk üç dakikanın sonunda evrenin içeriği çoğunlukla ışık, nötrinolar ve karşı-nötrinolardan ibaretti. Çekirdek maddesi az miktardaydı;bu çekirdek maddesi yüzde 73 hidrojen ve yüzde 27 helyumdan ve elektron-pozitron yok olması döneminden arta kalan yine az sayıda elektrondan oluşuyordu. Bu madde birbirinden hızla uzaklaşmayı sürdürdü, giderek daha soğuk ve daha az yoğun oldu. Evren ancak çok sonra,yani birkaç yüz bin yıl sonra, elektronlar çekirdekle birleşip hidrojen ve helyum atomlarının oluşmasına olanak verecek ölçüde soğumuş olacaktır. Oluşan gaz, kütlesel çekim etkisi altında topaklar oluşturmaya aşlayacak, bunlar da sonunda yoğunulaşarak şimdiki evrenin gökadalarını(galaksileri) ve yıldızlarını oluşturacaklardır. Ne var ki yıldızları yaşama başlatacak yapı taşları, daha ilk üç dakikada hazırlanmış olan parçacıklardır.(İlk Üç Dakika,s:1- 5)
Patlama sürdükçe sıcaklık düştü;onda bir saniye sonra otuz milyar santigrat dereceye, bir saniye kadar sonra on milyar dereceye ve ondört saniye sonra da üç milyar dereceye indi. Bu yeteri kadar soğuk olduğundan,elektronlar ve pozitronlar, fotonlar ve nötrinolardan yeniden yaratılmalarına oranla daha çabuk oykolmaya başladılar. Maddenin bu yok olması sırasında açığa çıkan enerji,evrenin soğuma hızını geçici olarak yavaşlattı. Ancak sıcaklık düşmesi sürdü ve ilk dakikanın sonunda bir milyar dereceye indi. Evren artık protonların ve nötronların karmaşık çekirdekler oluşturmaya başlamaları için yeteri kadar serindi: çekirdeklerin oluşması önce bir proton ve bir nötrondan oluşan ağır hidrojen (yani döteryum) çekirdeği ile başladı. Yoğunluk hâlâ yeteri kadar yüksek ( suyunkinden biraz daha az) olduğundan, bu küçük çekirdekler hızla bir araya gelip en kararlı küçük çekirdeği, yani iki proton ve iki nötrondan oluşan helyum çekirdeğini yapmayı başardılar.
EVRENİN GENİŞLEMESİ VE KANITLARI
1920lerin sonlarında, Edwin P.Hubble, Evrenin bir bütün olarak genişlediğini iddia etti. 1928den 1936ya kadar Milton Humasonla birlikte Wilson çağında 100-inçlik teleskop ile bu iddiayı kanıtlamak için çaba harcadılar. Bu çalışmanın sonuçları ve bunun 1940lardaki 200-inçlik teleskop ile devam eden sonuçları, galaksilerin hızlarının bizden uzaklıkları ile doğru orantılı olarak arttığını gösterdi.
-
Einstein evreninde yüzmilyonlarca ateş halinde yıldızı ve hesaplanamayacak ölçüde seyrek gaz, soğuk demir, taş ve kozmik toz sistemlerini tutan milyarlarca galaksiyi içine alacak büyüklüktedir. Bu evrende, saniyede 300 bin kilometre hızla uzayda yola çıkan bir Güneş ışını, büyük bir kozmik çember çizecek ve 200 milyar yıldan biraz sonra kaynağına dönecektir.(Lincoln Barnett, Evren ve Einstein s:117)
-
Genişleyen evren kuramını ve dolaysıyla büyük patlama kuramını destekleyen önemli keşiflerin çoğu 20. Yyda yapıldı. Amerikalı astronom Vesto Melvin Slipher,birçok galaksinin (veya bulutsunun)saatte birkaç milyon mile varan hızlarda dünyadan uzaklaştığını bildirdi. Slipher,Doppler kayması yöntemini tayf çizgilerindeki hızları ölçmek için ilk kullananlardan biridir.
1950 ve 1960larda Allon R.Sandage, Mount Palomor da 6 milyar ışık yılına kadar uzaklıklarda galaksilerin hızlarını ölçmek için 200-inçlik teleskop kullandı. Bu ölçümler bu çok uzak galaksilerin Hubble kanunun bildirdiğinden daha hızlı, yaklaşık 10 000 km/s hızla hareket ettiğini gösterdi. Bu sonuca göre evren 1 milyar yıl önce daha hızlı genişliyor olmalıydı,sonuç olarak şimdi genişleme yavaşlıyor. Geriye kalan sorun, genişlemedeki yavaşlamanın hangi oranda olduğuyla ilgilidir. Eğer evrenin ortalama kütle yoğunluğu kritik yoğunluktan (3 hidrojen atomu/ metreküp) az ise,galaksilerin dışa doğru hareketi yavaşlayacak,fakat hala sonsuza kaçacaktır. Eğer ortalama yoğunluk kritik değeri aşarsa,genişleme en sonunda duracak ve büzülme başlayacak,olasılıkla süper yoğun bir hale ve diğer genişlemeye ya da salınım yapan bir evrene yol açacaktır.
Galaksilerde görünebilen madde yoğunluğu santimetreküp başına 5x10 33 gramdır. Evrendeki radyasyon bu kütlenin yaklaşık yüzde 2sine eşdeğer bir kütleye sahiptir. Bir salkımda birbiri etrafında dönen galaksilerin hızlarından ışık vermeyen maddeler (yıldızlar arası gaz veya kara delikler gibi) önceden tahmin edilebilir. Daha yüksek galaksi hızları demette daha fazla kütle demektir. Galaksilerin Coma demeti üzerindeki ölçümlerin sonuçları, görünmeyen maddenin yıldızlarda ve ışık veren gaz bulutlarında bulunan miktarın 20-30 katı olduğunu göstermektedir. Fakat yine de bu geniş görünmeyen bileşim maddesi, bütün olarak evrene uygulanmışsa kütle yoğunluğu azalır. Kayıp kütle (ya da karanlık madde) olarak adlandırılan bu olay teorik ve kayıp kütle için numune olarak önerilen aksiyon, fotinolor ve süpersicim ve süperstring parçacıklar gibi egzotik parçacıklarla yapılan deneysel çalışmanın konusu idi. Kayıp kütle ile ilgili daha değişik düşünceler şunlardır: Kayıp kütle kahverengi cüceler,kırmızı cüceler veya nötrinolarda saklıdır. Gerçekte nötrinolar o kadar boldur ki durağan kütleye sahip 20 eV mertebesinde küçük bir nötrino kayıp kütleyi tamamlayabilir ve evreni kapsar.
(Serway, s: 1436-1439)
Evrenin başlangıcı hakkında biraz emin olduğumuz halde sonu hakkında kararsızız. Evren daima genişleyecek mi? Kapanacak ve ossilasyonların sonsuz bir serisinde genişlemesini tekrarlayacak mı? Bu sorulara yanıtlar ve sonuçlar sonuçsuz kalmakta ve heyecan verici tartışma sürmektedir.
Bununla birlikte Einstein, kendi evren bilimini geliştirirken, yıllarca sonra açıklanan astronomi olayını bilmiyordu. Yıldızların ve galaksilerin hareketlerini rasgele sayıyordu. Einstein, evreni durgun saydı. Oysa evren genişliyordu. Bütün galaksiler, sistemli olarak bizimkinden uzaklaşıyor. Bu sonuç o kadar önemlidir ki, bunun nasıl ortaya konulabildiğini göstermek yararlı olacaktır.
Oldukça yakın galaksilerin uzaklığının belirtilebilmesi onların içinde iyi bilinen çeşitli örnek yıldızların tanınması yolu ile olur. Bu yıldızlar için değişme devrelerinin, onların kendi öz aydınlatma miktarı ile belli olduğu bilinmektedir. Bu uzaklıkların, elverişli bir şekilde bulunabildiğini söylememize olanak sağlayan başka yöntemler de vardır ki, bunların sonuçları, oldukça iyi sayılabilecek derecede diğer yöntemlerin sonuçları ile çakışırlar.
Galaksilerin hızlarını, bunların görünür ışıktaki ışımalarını çözümleyerek de belirlemek olanaklıdır. Bu yöntemin ilkesini anlamak için,atomlardan yayılan ışığın yaşamını gözönünde bulundurmak gerekir.
Bir maddeyi çok sıcak bir alevin içine koyduğumuz zaman,alevin rengi,içinde yer alan maddeye özgü bir renk alır. Örneğin sodyumun alev rengi sarıdır. Olayı bir tayfölçerle çözümleyebiliriz. Bu araç, ilke olarak alevden çıkan ışığın içinden geçirildiği bir prizmadan başka bir şey değildir. Prizma farklı renkte,yani farklı frekansta ya da ayrı dalga uzunluğundaki ışıklar,farklı biçimde saptırma özelliğine sahip (s: 29) olduğundan,bir tayfölçerle,ışımada yer alan dalga uzunluklarını iyice ayırma olanağı vardır,(sesi,farklı armoniklerine ayırma işlemi,ilke olarak,bu ayırmaya çok benzer). Dalga uzunluklarını ölçmek için elimizde son derece kesin yollar bulunduğundan, bu ayırma bize,büyük ölçüde değerli bilgiler verir.
Böylece bir alev içine konan sodyumun yaydığı ışık incelendiğinde,bu ışığın,dalga boyları iyi ölçülmüş belli sayıda şeritlerden oluştuğu görülür. Sodyum dalga boyları birbirine yakın iki şerit çıkarır ve bunların her ikisi de sarı renge ait bantın üzerinde bulunur. Dalga boylarını ölçmede ulaşılan kesinlik çok büyüktür,o kadar büyüktür ki, yetkililer,birkaç yıldan bu yana kadmiyumun çıkardığı ışımanın daylga boyunu bir uzunluk birimi olarak almayı kararlaştırdılar. Bir maddenin yaydığı ışık yoluyla çözümlenmesine tayf çözümlemesi (spektrometre) adı verilir.