Evrenin Yaşı Neden Göreli Değildir? Zaman Göreliyse Evrenin Yaşını Nasıl Ölçebiliyoruz?

Görelilik teorilerine aşinaysanız, zamanın farklı hızlara sahip gözlemciler için farklı aktığını da muhakkak duymuşsunuzdur. Üstelik göreliliğin iki postulatından birine göre, eylemsiz (ivmesiz) gözlem çerçevesinde aynı fizik yasalarının geçerli olmasından dolayı mutlak bir referans sistemi de yoktur. Bu nedenle mutlak bir zaman anlayışından da söz edemeyiz. O halde aklınıza şöyle bir soru gelmiş olabilir: Bu durumda evrenin yaşı da göreli olmaz mı? Eğer öyleyse neden her yerde evrenin 13.8 milyar yaşında olduğu yazıyor?

Bu yazımızı okumadan önce Özel Görelilik hakkında bilgi edinmek isterseniz buradaki yazımıza bakabilirsiniz.

Göreliliğin Kaynağı

Yukarıda bahsettiğimiz postulat aynı zamanda Newton fiziği için de geçerlidir ve bu nedenle konuyu iyi irdelemek gerekir. Daha iyi anlamak için bir düşünce deneyi kurgulayalım: İki senaryo hayal edelim ve iki kişiyi ayrı araçlara bindirelim. Her iki aracın da camlarını siyah bir perde ile kapatalım ve araçlardan biri dururken diğeri sabit hızla yola çıksın. Yola çıkan arabanın motorunun ve tekerlerinin çıkardığı sesi, rüzgârı, arabanın sallanmasını, yola çıkarken hızlanmak için gereken ivmeyi ve bunun gibi diğer etmenleri ihmal edelim ve sonra şunu soralım: Araçtaki kişiler duran arabada mı yoksa hareket eden arabada mı olduklarını nasıl anlayabilirler?

İşte postulat bu soruya "Anlayamazlar." diye yanıt verir, çünkü her iki gözlemci için de fizik yasaları aynıdır. Örneğin arabalardaki her iki kişi de yukarı doğru dik şekilde bir top atarsa her iki arabada da top atıldığı yerin dibine düşer. Benzer şekilde başka deneyler de yapılabilir, fakat her iki araç için de sonuç aynı olacaktır.

Postulatı anlamak için yapabileceğimiz başka bir düşünce deneyine geçelim. Diyelim ki, uzayda hareketsiz bir şekilde duruyorsunuz; fakat çevrenizde hiçbir gezegen, yıldız veya herhangi bir nesne yok. Bir süre sonra ileriden hızla size doğru gelen birini görüyorsunuz ve bu kişi yanınızdan geçip gidiyor. Şimdi, olayı bir de size doğru gelen kişiden inceleyelim. Tıpkı sizin gibi o da uzayda hareketsiz duruyor ve sonra kendisine ileriden hızla gelen birini (sizi) görüyor ve ardından da siz onun yanından geçip gidiyorsunuz. Burada şunu soralım: Her ikiniz de kendinizin durduğunu, fakat diğer kişinin bir hıza sahip olduğunu iddia edebilirsiniz, peki hanginiz haklısınız? Hanginiz gerçekten duruyor ve hanginiz gerçekten bir hıza sahip?

Bu soruların cevapları gözlemciye göre değişir ve mutlak bir cevabı yoktur. Sizin gözlem çerçevenizden siz durağan ve o kişi hıza sahip iken; o kişinin gözlem çerçevesinden de o kişi durağan ve siz hıza sahipsinizdir. İşte bahsedilen postulat bu tarz ivmelenmeyen gözlemciler için fizik yasalarında hiçbir farklılık olmayacağını söyler.

Klasik fiziğin de bu postulatı kabul ettiğini söylemiştik, fakat göreliliği farklı kılan diğer postulatıdır. Yani ışık hızının her referans sistemi için sabit olması durumudur. Bu postulatın sonucu olarak gözlemcilerin farklı uzay ve zaman gözlemine sahip olduğu çıkarımını yaparız. İlk postulat gereği mutlak bir referans sistemi olmadığından mutlak uzay ve zaman kavramından da söz edemeyiz.

Evrenin Yaşı Göreli midir?

Artık göreliliğin postulatlarını bildiğimize göre sorumuza geçebiliriz: Evrenin yaşı göreli midir, göreli ise neden her yerde 13.8 milyar yıl yaşında olduğu yazıyor? Cevap evettir; evrenin yaşı görelidir, yani gözlemciye bağlıdır. Bu durumda aklımıza gelen diğer bir soru, nasıl evrenin yaşına 13.8 milyar yıl dediğimizdir. Bu sorunun cevabı ise biraz daha karmaşıktır.

Evrenin yaşının 13.8 milyar yıl değeri, özel bir gözlem çerçevesine göre verilir. Bu tarz gözlem çerçeveleri Robertson-Walker metriğinde beraber hareket eden gözlemci (İng: "comoving observer") olarak isimlendirilir. Fakat mutlak bir gözlemci olmadığını söylememiş miydik? Neden fizikçiler "Evrenin yaşı görelidir." demek yerine bir referans sistemini seçip yaşın 13.8 milyar yıl olduğunu söylemeyi tercih ediyorlar?

Bu soruyu cevaplamadan önce şu soruları düşünelim: Bir yıldızın ömrü ne kadardır? Bir insanın ömrü ne kadardır? Samanyolu galaksisi kaç yaşındadır? Kaç yıl sonra Güneş ömrünü tüketecek?

Tıpkı evrenin yaşı gibi bu soruların cevabı da gözlem çerçevesine bağlıdır, fakat hiçbir yerde "Yıldızın ömrü görelidir.", "İnsanın ömrü görelidir.", "Samanyolu galaksisinin yaşı görelidir." gibi cevaplar görmezsiniz. Bunun sebebi, bu soruların cevaplarını soruda bahsedilen nesnenin gözlem çerçevesinden değerlendiriyor olmamızdır.

Bir nesne ile aynı gözlem çerçevesine sahip olmak demek sizin gözlem çerçevenizde onun durağan olması demektir, aynı şekilde o nesnenin gözlem çerçevesinde de siz durağansınızdır. Yani Güneş'in yaşı veya ne kadar ömrü kaldığı sorulduğunda Güneş'in durağan olduğu gözlem çerçevesine göre belirlenir.

Görelilik bize tıpkı zaman gibi uzunluk dediğimiz kavramın da gözlemciye bağlı olduğunu söyler; ama elinizdeki telefonun modelini internette arattığınızda uzunluğu ve kalınlığı kısmında "görelidir" diye yazmaz, bunun yerine belirli değerler yazar. İşte bu değerler de bu telefonlarla aynı gözlem çerçevesinde iken ölçülen değerlerdir.

Peki evrenin yaşının 13.8 milyar yıl olarak ölçüldüğü söylenen bu gözlem çerçevesinin ne özelliği var? Evren durağan değilken, yani genişliyorken böyle bir gözlem çerçevesinden nasıl bahsedebiliyoruz?

Beraber hareket eden gözlemci olarak bahsettiğimiz gözlem çerçevesi, evrenin izotropik olduğu tek gözlem çerçevesidir. Evrenin izotropik olması demek evrenin her yönde eşit dağılımlı olması demektir ve yalnızca evrenin 13.8 milyar yıl olarak ölçüldüğü bu gözlem çerçevesinde evrenin izotropikliğinden söz edebiliriz. Bu gözlem çerçevesi aynı zamanda kozmik mikrodalga arka plan ışımasının da izotropik olduğu gözlem çerçevesidir. Tabii bahsettiğimiz postulat hala geçerlidir ve bu anlamda fizik yasaları her eylemsiz gözlem çerçevesinde aynı olmaya devam etmektedir, fakat bahsettiğimiz gözlem çerçevesinde evreni bir bütün olarak almak çok daha kolaydır.

Özetle evrenin yaşı gözlem çerçevesine bağlıdır, yani görelidir ama 13.8 milyar yıl değeri özel bir gözlem çerçevesinden ölçülür. Bu gözlem çerçevesini özel kılan şey, evrenin izotropik olduğu tek gözlem çerçevesi olmasıdır ve evren gibi kozmik mikrodalga arka plan ışıması da yine bu gözlem çerçevesinde izotropiktir.