Evren 13.8 Milyar Yıl Değil de 26.7 Milyar Yıl Yaşında Olabilir mi?

Ottawa Üniversitesi fizik profesörlerinden Rajendra Gupta'nın yayınladığı bir makale, Evren'in genel geçer olarak kabul gördüğü üzere 13.8 milyar yıl yaşında değil de, bundan neredeyse 2 kat daha yaşlı, yani yaklaşık 26.7 milyar yıl yaşında olduğunu ileri sürdü.^[1] Bu provokatif iddia, sosyal medyada geniş çapta ilgi gördüyse de akademik camiada aynı şekilde yoğun bir ilgi veya ciddiyetle karşılanmadı.

Bu makalede Evren'in yaşıyla ilgili bilimsel görüş birliğinin nereden geldiğini öğrendikten sonra, Gupta'nın iddiasının neye dayandığını ve ne kadar olası olduğunu (veya olmadığını) analiz edeceğiz.

Bilimsel Görüş Birliği: ΛCDM Kozmolojisi

Astrofiziğin 20. yüzyılın sonları ve 21. yüzyılın başlarındaki belki de en büyük başarısı, Lambda-CDM (ΛCDM) kozmolojisi olarak da bilinen, Evren'in tamamının bir "uzlaşı/konsensüs modeli"ni ortaya çıkarmayı başarmış olmasıdır. Zira sayısız insan nesli boyunca aşağıdaki sorulara ve benzerlerine hayret ettik:

• Evren nedir?
• Evreni ne oluşturur?
• Evren ne kadar uzağa dek devam ediyor?
• Evren nasıl ortaya çıktı ve ne kadar zaman önce?
• Evren nasıl büyüdü ve bugünkü haline geldi?
• Evrenin nihai kaderi ne olacak?

Günümüzde, tüm kozmik tarih boyunca eşi benzeri görülmemiş detaydaki galaksi ölçümleri sayesinde, tüm gökyüzünü dolduran mikrodalga dalga ışıması sayesinde ve Evren'in her yerinde meydana gelen binlerce ve hatta on binlerce süpernova ve benzeri olayı gözlemiş olmamız sayesinde, bu sorulara nihayet cevaplarımızı bulduk: %68'i karanlık enerji, %27'si karanlık madde ve sadece %5'i "normal madde"den oluşan Evrenimiz, yaklaşık 13,8 milyar yıl önce küçük, yoğun, neredeyse mükemmele yakın tekdüze bir halden sıcak bir Büyük Patlama ile başladı ve o zamandan beri genişliyor, soğuyor ve kütleçekiminin etkisi altında şekilleniyor.

En azından, bilim camiasında var olan resmi görüş birliği bu yönde... Fakat başta da belirttiğimiz gibi Ottawa Üniversitesi'nden Rajendra Gupta tarafından yayınlanan bir makalede, Evren'in gerçek yaşının 13,8 milyar değil de 26,7 milyar olduğu iddia edildi. Gelin bu iki teoriye yan yana bakalım ve Evrenin yaşını gerçekten belirlemek için neyin gerçekten doğru olduğunu ve neyin doğru olması gerektiğini netleştirmeye çalışalım.

Farklı Varsayımlar

Biri size ne zaman bir bilimsel teori verecek olursa, kendinize "Bunun arkasında hangi varsayımlar var?" diye sormalısınız. Standart kozmoloji modeli olan ΛCDM örneğinde bu varsayımlar şunlardır:

1. Fizik yasaları, Genel Görelilik (kütleçekimi için) ve parçacık fiziğinin Standart Modeli (diğer üç temel kuvvet için) tarafından tarif edilir.
2. Evren, kabaca tüm yönlerde aynıdır (izotropik) ve en büyük kozmik ölçeklerde incelerseniz tüm konumlarda aynıdır (homojen).
3. Bildiğimiz anlamıyla madde ve radyasyona sebep olan parçacıklara ek olarak, her ikisi de Evren'in genişlemesine ve Evren'deki büyük yapıların oluşumuna katkı sağlayan karanlık madde ve karanlık enerji de vardır.

Bununla birlikte, Genel Görelilik ve parçacık fiziği içinde, bu teoriler için bir o kadar temel olan ve hakkında hiç konuşulmayan bazı ifade edilmemiş varsayımlar vardır:

• Fiziğin temelinde yatan yasalar her yerde ve her zaman aynıdır.
• Temel sabitler her zaman ve gerçekten sabittir.
• Boş uzay-zaman dokusunun, içinden geçen ışık üzerindeki tek etkisi ışığın dalga boyu üzerindedir. Bu etki, üç ayaklıdır:
• Bağıl hızdan kaynaklı Doppler kayması,
• Uzay-zamanın eğriliğinden kaynaklanan kütleçekimsel kırmızıya kayma,
• Evren'in genişlemesinden kaynaklaı kozmolojik kırmızıya kayma.

Gupta'nın Ek Varsayımları: Yorgun Işık Hipotezi

Öte yandan, tartışmalı bir bilim insanı olan Rajendra Gupta tarafından ortaya atılan yeni fikir, bu saydığımız varsayımların çoğunu sabit tutmakla birlikte, birkaç ufak ama önemli değişikliğe gidiyor.

Birincisi farklılık şu: Gupta, yukarıda saydığımız Doppler kaymasına (yanii ışık yayan kaynak ile ışık soğuran gözlemcinin göreli hareketlerinden kaynaklı frekans değişimine), kütleçekimsel kaymaya (yani ışık yayan kaynak ile ışığı soğuran gözlemci arasındaki uzay-zaman dokusunun eğriliğindeki farktan kaynaklı kaymaya) ve kozmolojik kaymaya (yani hareket halindeki ışığın, içinden geçtiği uzay-zaman dokusunun genişlemesinden ötürü daha uzun dalga boylarına doğru esnemesine) ek olarak, bir de ilk kez 1929'da ünlü astronom Fritz Zwicky tarafından ortaya atılan bir fikir olan yorgun ışık hipotezini varsayıyor. Bu hipotez, ışığın, uzayda seyahat ederken, doğası gereği "ışıdığı"nı ve seyahat boyunca bu nedenle enerji kaybettiğini söylüyor. Bir diğer deyişle fotonlar, gözlemciye varmadan önce "yoruluyorlar" ve bu da onları normalde varsaydığımız 3 kaymadan daha fazla kırmızıya kaydırıyor.

İkinci farklılıksa şu: Fizik yasalarının ve bunların arkasındaki temel sabitlerin zaman içinde hiç değişmediği şeklindeki standart varsayım yerine, Gupta, kendinden önce gelen fizikçilerin de üzerinde durduğu bir ihtimal olan $c$ (ışık hızı), $\hslash$ (Planck sabiti) ) ve $G$ (yerçekimi sabiti) gibi temel sabitlerin aslında zaman içinde değiştiğini varsayıyor. Ama varsayımına göre bunlar, öyle rastgele bir şekilde de değişmiyorlar; hep birlikte, özel bir şekilde değişiyorlar. Bu koordineli değişim sayesinde, daha eski ve dolayısıyla daha uzaktaki galaksilere baktığımızda gördüğümüz emisyon/soğurma çizgileri, standart kozmolojik modelde görmeyi beklediğimiz gibi değişkenlik göstermiyorlar.

Benzerlikler ve Farklılıklar

Bilimin dikkat çekici özelliklerinden biri, altında yatan farklı varsayımlara sahip birden fazla farklı modeliniz varsa, hangisinin daha üstün olduğunu söylemenin objektif bir yolunun olmasıdır. Bunu yaparken kişisel tercihlere, zarafete, estetiğe veya sadeliğe bakılmaz. Bunun yerine, değerlendirmemiz gereken iki anahtar soru vardır:

1. Hangi teorinin daha az serbest parametresi vardır?
2. Evrenle ilgili elimizde var olan veri setinin tamamına hangi teori daha iyi uyuyor?

Serbest parametrelerin sayısına bakmamızın nedeni basittir: Diğeriyle aynı tahminleri yapabilen ancak daha az varsayım veya gerekli girdi ile yapabilen bir teori, daha fazla varsayım, gerekli girdi veya serbest parametre gerektiren bir teoriden daha üstündür. İlk zamanlarda, Güneş Sisteminin Dünya-merkezli ve Güneş-merkezli modelleri aynı sayıda serbest parametreye sahipti, çünkü her iki fikir de her gezegeni tanımlamak için bir dizi yörünge parametresine ihtiyaç duyuyordu. Eğer yeni bir gezegen keşfedilmiş olsaydı, bu yeni parametreleri eklemeden hiçbir model onun hareketini tahmin edemezdi.

Ancak Newton yerçekimi ortaya çıktığında, "serbest parametrelerin" sayısı düştü. Güneş Sistemi'ndeki cisimlerin dinamiklerini yöneten temel bir kuvvet (ki ona kütleçekim kuvveti diyoruz) sayesinde, bir gezegenin yörünge hızı, Güneş'ten uzaklığı ve gökyüzündeki hareketinin birbiriyle ilişkili olduğu gösterildi. Daha az serbest parametre ile öngörü gücündeki bu artış, her zaman doğru yolda olduğumuzun bilimsel bir göstergesidir.

E. Siegel

Ancak, yalnızca modelinize veya tercih ettiğiniz teoriye kolayca uyan veri parçalarının aksine, verilerin tamamına bakmak da hayati önem taşır. Evrenin nasıl çalıştığına ilişkin teorinizin başarılı olduğu sonucuna varmak için, atom altı ölçeklerden kozmik ölçeklere kadar tüm ölçeklerde gözlemlediğimiz her şeyin teorinizle tutarlı olduğunu (ve onunla çelişmediğini) göstermelisiniz.

Hakkını vermek gerekir ki Gupta, makalesinde gerçekten de yapbozun birkaç önemli parçasına bakıyor. Çok çeşitli kozmik mesafelerde görülen süpernovalara olan çıkarımsal mesafeye bakıyor ve bunların yalnızca standart kozmolojik modelle (ΛCDM) değil, aynı zamanda "yorgun ışık" (ΛCDM+TL olarak adlandırdığı) içeren bir ΛCDM versiyonuyla, birlikte değişen eşleşme sabitlerine sahip bir modelle (Gupta'nın CCC dediği şey) ve birlikte değişen eşleşme sabitleri ve yorgun ışığın dahil olduğu bir modelle (CCC+TL) tutarlı olduklarını gösteriyor.

Ve evet, Gupta teorisine standart ΛCDM'nin aksine, Evrenin "yorgun ışık" bileşeni biçiminde ve ayrıca bir dizi birlikte değişen eşleşme sabiti biçiminde iki ekstra serbest parametre dahil ediyor olsa da, bu, genişleyen Evrende mesafelerin, kırmızıya kaymaların ve parlaklıkların nasıl göründüğüne dair gözlemlediklerimizle tutarlı olmaya devam ediyor.

R. Gupta

Buna ek olarak Gupta, bir ΛCDM kozmolojisindeki standart bileşenlere ek olarak yorgun ışığı kendi başına getirerek, çok yüksek kırmızıya kaymalarda (ki bu, uzun mesafelere karşılık gelen) çok daha yavaş yaşlanan bir Evrene ulaştığını da belirtiyor. Standart bir ΛCDM evreni sıcak Büyük Patlama'dan bu yana yalnızca 13,8 milyar yıl yaşamışken, yorgun ışığa sahip bir ΛCDM evreni yaklaşık 6 milyar yıl daha yaşlı olurdu: yani yaklaşık 19 milyar yıl. Ek olarak, bu yaşlanmanın çoğu, erken dönemde yaşanırdı. Hubble sınırında ve JWST'nin yeteneklerinin sınırında, z = 10'luk bir kırmızıya kaymada görülen galaksiler, ΛCDM'de sadece ~400 milyon yaşında olurken, yorgun ışıkla ΛCDM'de yaklaşık 2 milyar yaşında olacaklardır.

Ayrıca, hem birlikte değişen eşleşme sabitlerini hem de yorgun ışığı modele dahil ederek, Evrenin toplam yaşını 26,7 milyar yıl gibi muazzam bir düzeye çıkarabilmiştir. z = 10'luk bir kırmızıya kayma durumunda Evren, ~400 milyon ve hatta ~2 milyar yıl değil, yaklaşık ~6 milyar yaşında olacaktır: Bu, etkileyici derecede büyük bir sayıdır.

James Webb Uzay Teleskobu bize erken dönemde olması gerekenden daha parlak, daha büyük kütleli ve çok daha gelişmiş gibi görünen galaksileri göstermiş olmasına rağmen, Gupta'nın yorgun ışık ve birlikte değişen eşleşme sabitleri içeren değiştirilmiş kozmolojisi sayesinde bu galaksiler birdenbire açıklanabilir hale gelmektedir.

R. Gupta

Gupta'nın Modeli Neden Doğru Değil?

Ancak daha önce de söylediğimiz gibi bilim, yalnızca açıklamanızı destekleyen veri noktalarına bakmakla ilgili değildir. Bu sorunlu davranışa "cımbızlama" denmektedir ve bu, bizi önyargılı sonuçlara götürmenin kesin bir yoludur.

Evrende seyahat ederken "ışığın yorulması" ve/veya Evren geliştikçe "temel sabitlerin değişmesi" durumunda ortaya çıkması gereken bazı yan etkiler vardır. Bunlar, son derece belirgin şekillerde ortaya çıkacaklardır ve bunları görmemek, Gupta'nın modelinin hatalı olmasına işaret edecektir. Aşağıda, bu sorunlardan 4 tanesi listelenmiştir.

Sorun 1: Yorgun Işık, Uzak Galaksilerde Bir "Buzlama Etkisi" Yaratırdı!

Zwicky'nin 1929 yılında önerdiği yorgun ışık fikri, daha önerildiği anda bile uygulanabilir olmayan az sayıdaki astronomik fikirden biriydi. Çünkü Zwicky, fikri yayınlamadan önce bile, ışığın yorulmasına neden olan bir şey varsa (yani ışıkla etkileşime girecek ve enerji kaybetmesine neden olacak bir şey varsa) o zaman daha uzaktaki nesnelerin sadece daha kırmızı görünmekle kalmayacağını, aynı zamanda daha bulanık görüneceğini de fark etti. Gerçekten de daha uzaktaki nesneler, gözlemlerin izin verdiğinden daha fazla miktarda bulanıklaşacaktır.

ESA/Hubble & NASA

Örneğin yukarıdaki fotoğrafta iki önemli nesne vardır: Biri nispeten sığ bir kırmızıya kaymaya sahip büyük bir ön plan nesnesi ve diğeri çok daha yüksek bir kırmızıya kaymaya sahip ve dolayısıyla çok daha uzak olan bir arka plan nesnesi. "Yorgun ışık" senaryosu bu nesnelerin kırmızıya kaymasında herhangi bir rol oynasaydı, daha uzaktaki nesneler daha ciddi şekilde bulanıklaşırdı. Ancak bunda ve yakınlardaki yüksek kırmızıya kaymalı nesneleri bir arada gösteren diğer görüntülerde olduğu gibi, şimdiye kadar böyle bir bulanıklık gözlemlenmedi. Evren, biz uzaklaştıkça "bulanık" olmuyor; teleskoplarımızın ve gözlemevlerimizin optik limitleri, gözlemlenen kırmızıya kaymanın ~%100'ünün kozmik olduğunu gösteriyor.

Sorun 2: Yorgun Işık, Kozmolojik Zaman Daralmasını Yok Ederdi!

İşte size üzerine sık düşünmediğimiz bir gerçek: Bir nesnenin ışığı ne kadar kırmızıya kayarsa, aynı sayıda yayılan dalga boyunun uzaktaki gözlemci tarafından görülmesi o kadar uzun sürer. Kırmızıya kayması z = 1 olan bir nesnenin dalga boyu, kırmızıya kayması z = 0 olan, yani şimdi ve burada olan bir nesneye göre %100 uzundur. Bir dalganın aynı sayıda "zirve" ve "çukur"larının yanımızdan geçmesi için iki kat fazla beklememiz gerekir, çünkü bunlar yarı sıklıkta gelirler. Bu, çok ilginç bir çıkarımla sonuçlanır: Uzak, yani daha fazla kırmızıya kaymış Evrene baktığımızda, bu uzak nesnelerin kozmolojik bir zaman genişlemesi sergilediğini görmeliyiz: Yani oradaki saatler, bizim saatlerimize göre daha yavaş çalışmalıdır.

Larry McNish/RASC Calgary Centre

Bunu, bir süpernova ne kadar kırmızıya kayarsa, ışık eğrisinin zaman içinde o kadar "uzadığı" uzak süpernovalar da dahil olmak üzere çeşitli kozmik nesneler için gördük. Yakın geçmişte, düzenli bir periyodiklikle "tıklıyor" gibi görünen bir nesne sınıfı olan kuasarlara bakarak da gerçekten daha büyük kırmızıya kaymalar olduğu doğrulandı. Evrenin 1 milyar yaşın altında olduğu zamana kadar gidersek, kırmızıya kaymanın %100'ü yine kozmolojik görünüyor ve bu kuasarlar tam olarak standart ΛCDM kozmolojimiz tarafından tahmin edilen miktarda bir zaman genişlemesi gösteriyor. Hiçbir fark gözlemlenmeden, kırmızıya kaymanın hiçbiri "yorgun ışık" olarak değerlendirilemez.

Sorun 3: Yorgun Işık, Kozmik Mikrodalga Artalan Işımasının Termal/Kara Cisim Spektrumunu Değiştirirdi!

Bu çok, çok büyük bir sorun. Baktığımız galaksiler "mütevazı" bir kırmızıya kayma olan z = 13'e kadar çıkarken (ki bu, şu anki kozmik rekor sahibinin şu anda bulunduğu yerdir), Kozmik Mikrodalga Arka Planı, Evren yalnızca 380.000 yaşındayken (standart ΛCDM'ye göre) z = 1089 gibi müthiş bir kırmızıya kayma sırasında yayılmıştır. Kozmolojik genişleme nedeniyle ışık kırmızıya kayarken, kara cisim karakterini korur. Yani fotonların nasıl dağıldığına ilişkin spektrum termal dengede kalır. Bununla birlikte, fotonların sayı yoğunluğunun "soğuk" bir kara cismin yoğunluğuna uyması için azalması gerekir - ki ΛCDM'de gerçekten de bu düşme yaşanır.

Ned Wright

Ancak bunun yerine ışık yorulsaydı, Kozmik Mikrodalga Arka Planını oluşturan tek tek fotonların enerjisi yine düşerdi ama sayı yoğunluğu değişmezdi. Sonuç olarak, kozmik bir arka plan olarak görünen "yorgun ışık" tayfı, kara cisim tayfına uymayacaktır.

Ve yine de, yukarıdaki görselde görülen ve NASA'nın eski COsmic Background Explorer görevinden alınan verilerin gösterdiği gibi, Kozmik Mikrodalga Arka Plan şimdiye kadar ölçülen en mükemmel kara cisimdir! "Yorgun ışık" kozmolojisinin bu yönünü kurtarmanın tek yolu, Kozmik Mikrodalga Arka Planında bir tür kara cisim olmayan bileşen gözlemlemek olabilir, ancak bugüne kadar hiçbiri gözlemlenmemiştir.

Sorun 4: Birlikte Değişen Eşleşme Sabitleri Sadece Uzak Evren'i Değil, Dünya'daki Deneyleri de Etkilerdi!

Ancak Gupta'nın, eşleşme sabitlerinin zaman içinde değiştiğine yönelik ikinci fikrine de koyabileceğimiz bağımsız bir dizi kısıtlama mevcuttur. Atomik geçişler, temel sabitlerden ikisi olan c (ışık hızı) ve ℏ (Planck sabiti) değişiklikleri tarafından yönetilirken, kozmolojik değişiklikler G (yerçekimi sabiti) ile c ve ℏ'ye duyarlıdır. Ancak Dünya'da, zaman içinde nasıl geliştikleri de dahil olmak üzere, bu sabitleri bağımsız olarak kontrol etmenin bağımsız yollarına sahibiz. Elektron manyetik momentinin laboratuvar ölçümleri, hidrojenin spin-flip geçişi ve eylemsizliğin yerçekimi kütlesine denkliği iyi kısıtlamalar sağlarken, bu temel sabitlerin zaman içinde değişmezliğini kanıtlayan çok daha güçlü bir taneye sahibiz: Dünya'nın tek doğal nükleer reaktörü.

Robert D. Loss (Curtin U.); US Dept. of Energy

1.7 milyar yıl önce Dünya'da var olan doğal koşullar altında nükleer reaksiyonların nasıl gerçekleştiğine bakarak, elektron yüküne, ışık hızına ve Planck sabitine bağlı olan ince yapı sabitinin yılda 10 katrilyonda (10¹⁶) yaklaşık 0,3 parçadan daha az değiştiğini belirleyebiliriz. Bu kısıtlama, Gupta'nın "değişen temel sabit" açıklamasının gerektirdiğinden milyarlarca kat daha güçlüdür.

Sonuç: Evren, Muhtemelen 26.7 Milyar Yaşında Değil!

Gupta'nın oyuncak evreniyle oynamak eğlenceli olsa da, diğer birçok nedene ek olarak, burada saydığımız 4 sebepten ötürü "yorgun ışık" veya "değişen temel sabitler" fikirlerinin gerçekte hiçbir temeli olmadığı sonucuna varabiliriz. Odaklanmış uzak galaksilerden kozmolojik olarak zaman-genişletilmiş olaylara, bir kara cisim Kozmik Mikrodalga Arka plan spektrumuna ve Dünya'daki nükleer reaktörlere kadar Evren'e dair gözlemlerimizin tümü, bu fikirlerin bizim gerçek gerçekliğimize karşılık gelmediğini net bir şekilde göstermektedir.

Keşfetmek veya Evren hakkında teoriler geliştirmek eğlenceli olabilir. Ancak günün sonunda Evren bizim laboratuvarımızdır ve o, gerçekte nasıl davrandığına dair bize her ne gösteriyorsa, biz bu gerçekleri kabul etmek ve onlarla çalışmak zorundayız.

Evren, henüz tam olarak anlaşılamamış olabilir; ama yaşı kesinlikle 13,8 milyar yıl ve eldeki kanıtlara göre kesinlikle 26,7 milyar yaşında olamaz.