Evrenin Genişlediği Nasıl Keşfedildi?

Evren'in genişlediği olgusu, bugün çoğumuz tarafından az ya da çok bilinen bir gerçektir. Neden ve neyin içine genişlediği gibi sorular günümüzde hala tartışılmakta olsa da öyle veya böyle, Evren genişlemektedir. Bu, insanlık için o kadar önemli bir keşifti ki insanlık tarihi boyunca Evren hakkında sahip olduğumuz algılarımızı, inançlarımızı derinden etkilemişti. Çünkü Evren'in genişleyen bir yapıda olduğunun keşfedilmesi, bilimsel olmanın yanı sıra dini ve felsefi birtakım tartışmalara da sahne olmuştu. Bu tartışmalar günümüzde de devam etmektedir.

Evren'in genişlediğinin keşfedilmesi kendi başına muhteşem bir bilimsel keşifken, keşif sürecinde tarihte yapılan çalışmalar da bir o kadar hayret vericidir. Bu keşif yolculuğu uzun ve zorlu bir süreçti. Aynı zamanda da birçok farklı disiplinden, onlarca bilim insanının dahil olarak gerçekleştirdiği çalışmalarla mümkün olmuştu.

1915 yılında Albert Einstein, Evren'in dokusunu ve kütleçekimi kuvvetinin gerçek doğasını ortaya koyan Genel Görelilik Teorisi'ni geliştirdiğinde, yazdığı denklemler Evren'in genişliyor olabileceğine işaret ediyordu. Ancak Einstein bile kendi denklemlerinin söylediği şeye inanmamıştı. Yani evrenin genişleme ihtimalini düşünmek bile istemiyordu. Çünkü bu, insanoğlunun Evren hakkındaki sağduyusuna ve felsefi görüşlerine ters bir olguydu.

Aslında bu keşif, insanın Evren hakkındaki sağduyularını derinden sarsan ilk keşif de değildi. 16. yüzyılda yaşamış olan Galileo Galilei, Dünya'nın kendi ekseni etrafında ve Güneş'in çevresinde döndüğünü kanıtladığında da dini ve felsefi sebeplerden dolayı kendisine karşı çıkan birçok insan olmuştu.

Fakat Galileo, insanlar istese de istemese de bilimin doğruyu söylediğini, önyargılardan ve kabullerden bağımsız olarak yalın bir gerçekliği ortaya koyduğunu şu sözlerle ifade ediyordu: "(Dünya) yine de dönüyor."

Einstein da kendi önyargılarının ve görüşlerinin bir kurbanı olarak, ilk başta Evren'in genişlediğini kabul etmemişti. Hatta denklemlerinin durağan bir evren modeli vermesini sağlamak için denklemlerinde birtakım değişiklikler bile yapmıştı. Evren nasıl olur da genişleyebilirdi? Ona göre Evren dediğimiz varlık sahnesi, durağan bir yapıda olmak zorundaydı. Ancak ünlü bir astrofizikçinin "Evrenin size anlamlı gelmek gibi bir yükümlülüğü yoktur." sözünde olduğu gibi, insanlar kabul etse de etmese de evren genişlemekteydi.

20. Yüzyıldan Önce İnsanların Sahip Olduğu Evren Anlayışı

İnsanların tarih boyunca merak ettiği sorulardan birisi, Evren'in ne kadar büyük olduğuydu. İşte Evren'in genişlediğinin keşfedilmesi de aslında bu soruyu cevaplamaya yönelik ortaya çıkmıştı. Bir diğer ifadeyle bu keşif süreci, "Evren ne kadar büyük?" sorusunu cevaplamak üzere gerçekleştirilen çalışmaların bir sonucu olacaktı.

1840 yılında Friedrich Bessel, paralaks yöntemini kullanarak bir yıldızın Dünya'ya olan uzaklığını ölçmeyi başaran ilk insan olmuştu. Bessel'in ölçümlerine göre "61 Cygni" isimli yıldız, Dünya'ya yaklaşık 10 ışık yılı uzaklığındaydı. Bu ölçüm ile tarihte ilk defa, Evren'in ne kadar büyük olabileceğine ilişkin somut bir çalışmanın gerçekleştiğini söyleyebiliriz. Daha öncesinde bu alana ilişkin verilen cevaplar daha çok spekülasyon niteliğindeydi.

Forbes

Evren, geçmişte yaşayan insanların sandığı kadar da küçük bir yer değil gibi gözüküyordu. 10 ışık yılı, insanlığın kat edemeyeceği kadar uzun bir mesafe olup, gökyüzünde bazı yıldızların daha uzakta olabileceği de düşünülürse Evren denilen yer, epey büyük bir âlem olmalıydı.

Gökteki Bulutsular ve Galaksilerin Keşfi

Şöyle düşünün: 1900'lü yıllara kadar evrenin sadece Samanyolu Galaksisi'nden ibaret olduğu düşünülmekteydi. Galaksimiz, Evren'in ta kendisiydi. Gökyüzünde görülen bütün yıldızlar ve bulutsu ya da diğer ismiyle nebulalar, Samanyolu'nun içinde bulunuyordu. Günümüzde biliyoruz ki "bulutsu" veya "nebula" dediğimiz yapılar galaksi ve yıldızların oluştuğu devasa gaz ve toz bulutlarıdır. Ancak o dönemde bu gerçek bilinmediği için astronomlar, bulutsuları Samanyolu'nun içinde bulunan birtakım yapılar olarak zannetmekteydi.

Öte yandan bu bulutsuların içinde öyle bulutsular vardı ki bunlar, diğer bulutsulara göre "tuhaf" denilebilecek bir yapıdaydı. Teleskop ile bu bulutsuları gözlemleyen astronomlar, içlerinde yıldızların bulunduğunu görebiliyordu. Yıldızları içermesi yönüyle bulutsular, sanki galaksimizi andırıyordu. Acaba onlar da tıpkı Samanyolu gibi bir galaksi olabilir miydi?

Bu düşünceyi belki de ilk dile getiren, 18. yüzyılda yaşamış Alman filozof Immanuel Kant'tı. Kant'tan önce, 1750 yılında Thomas Wright, Samanyolu Galaksisi'nin yıldızlardan, gezegenlerden ve bulutsulardan oluşan devasa, dönen bir disk olduğunu öne sürmüştü. İşte Kant, bu hipotezi okuduktan sonra, gökyüzündeki bazı bulutsuların da galaksimiz gibi ayrı ayrı birer "gökada" olabileceğini iddia etmişti. Ancak bu bulutsuların Samanyolu gibi bir galaksi olup olmadığını kanıtlamak çok da kolay değildi. Eğer gerçekten birer galaksi iseler, oldukça büyük olmaları gerekiyordu. Büyüklüklerini tespit etmek için de ne kadar uzakta oldukları hesaplanmalıydı.

Bugün biliyoruz ki bulutsular dediğimiz yapılar, birer galaksi olup en yakınları bile bize yüzbinlerce ışık yılı uzaklıktadır. 5 - 10 ışık yılı uzaklıkta olan en yakın yıldızların mesafelerinin hesaplanması bile 1800'lü yıllarda mümkün hale gelmişken, yüzbinlerce ışık yılı uzaklıktaki bulutsuların ne kadar uzakta olduğunu hesaplamalarına izin verecek yöntemler henüz daha gelişmemişti.

Flickr

İçinde yaşadığımız Evren'in ne kadar büyük olduğuna ilişkin çalışmalar yapan bir diğer bilim insanı da William Herschel'di. Aynı zamanda Uranüs gezegeninin kaşifi olan Herschel, kendi yöntemleriyle evrenin büyüklüğünü belirlemeye uğraşıyordu. O zamanlar dünyanın en büyük teleskobu unvanına sahip olan teleskobu ile bulutsuları gözlemleyen Herschel, bazı bulutsuların yıldızları içerdiğini fark etti.

Ancak bu alana yönelik ilerlemenin gerçekleşebilmesi için daha büyük teleskopların geliştirilmesi gerekiyordu. 1800'lü yılların ortalarında William Parsons, 182 santimetre çapa sahip teleskobuyla, sözü edilen bulutsuların bazılarının sarmal şekillere sahip olduğunu tespit etmişti. Bu noktadan sonra artık şu netti: Bulutsular, sarmal yapılara sahipti ve yıldızlar içermekteydi.

20. yüzyıla girerken, insanların Evren hakkında en merak ettiği hususun, Evren'in ne kadar büyük olduğu meselesidir diyebiliriz. Ancak gerek Evren'deki mesafeleri ölçüm tekniklerindeki yetersizlikler gerekse teleskoplardan kaynaklanan gözlem alanındaki sınırlılıklar, insanın kozmolojik ölçekte evreni araştırmasına izin vermemişti. Şunu da söyleyebiliriz ki Samanyolu Galaksisi'nin Evren'in kendisi olduğu şeklinde bir görüş hakimken insanların, "Evren acaba genişliyor mu?" sorusunu sormak için biraz daha beklemesi gerekecekti.

Muhteşem Bir Bilim Kadını: Henrietta Swan Leavitt

"Evren'in genişlediğini kim keşfetti?" sorusunu duyar duymaz neredeyse hepimizin aklına ünlü astronom Edwin Hubble'ın gelmesi çok normaldir. Bu hususta Hubble'ın çalışmalarının, bizi Evren'in genişlediği sonucuna ulaşmamızda kilit bir rol oynadığı doğrudur. Ancak Hubble'ın keşfinden önce yaptığı çalışmalarla, Evren'in genişlediğinin keşfedilmesinde büyük bir payı olan insanlardan birisi de Henrietta Swan Leavitt'dir.

Leavitt, 1868 yılında Amerika'da doğmuş kadın bir astronomdur. Harvard Üniversitesi'nde lisans öğrenimine başlayıp orada felsefe, analitik geometri, Latin ve Antik Yunan dilleri, matematik ve astronomi eğitimi aldıktan sonra Harvard Gözlemevi'nde çalışmaya başladı. Gözlemevindeki görevi aslında yıldızların parlaklıklarını belirlemek ve onları parlaklıklarına göre sınıflandırmaktı. Leavitt, bir bilgisayardı. Evet, mekanik bilgisayarların yaygınlaşmasından önce, zorlu ve uzun matematiksel işlemleri yapıp, bu işlemlerin doğruluğunu kontrol eden kişilere "bilgisayar" deniyordu. Bu "insan bilgisayarlar", birçok bilimsel keşfi mümkün kılmanın ötesinde, çoğu zaman çok düşük ücretle çalıştırılan kadınlardan oluşuyordu.

Science Photo Library

Değişken Yıldızlarda Dönem-Parlaklık İlişkisi

Harvard Gözlemevi'nin müdürü Edward Charles Pickering, Büyük ve Küçük Macellan Bulutsuları olarak bilinen bulutsulardaki yıldızları gözlemlemek ve onları fotoğraf levhalarında kaydedilen parlaklıklarıyla kıyaslamak üzere Leavitt'i görevlendirmişti. Leavitt bunun üzerine adı geçen bulutsularda diğer yıldızlardan farklı birtakım yıldızlar tespit etti. Bu yıldızlar, günümüzde Sefe Değişen Yıldızları (İng: "Cepheid Variable Stars") olarak bilinmektedir.

Sefe Değişen Yıldızları, adından da anlaşılabileceği üzere diğer yıldızların aksine parlaklıklarında değişim görülebilen yıldızlardır. Bu yıldızların büyüklükleri ve sıcaklıkları, belirli zaman aralıkları süresince değişim geçirir ve bunun sonucu olarak da parlaklıklarında bir artış ya da azalış gözlemlenir. Yıldızın büyüklüğü ve sıcaklığı artarsa parlak gözükürken, küçüldükçe ve sıcaklığı azaldıkça parlaklığı da azalır. "Değişen yıldız" denmesinin sebebi de aslında budur.

Leavitt, Macellan Bulutsuları'nda toplamda 1777 tane Sefe Değişen Yıldızı tespit etmişti. Bu sonuçları, Macellan Bulutsularında 1777 Değişen Yıldız (İng: "1777 Variables in the Magellanic Clouds") isimli makalesinde Edward Pickering'in adı ile yayınladı.^[1] Leavitt, bulgularını makalesinde şöyle dile getirmekteydi:

Parlak yıldızların değişim dönemlerinin uzun olması dikkate değerdir.

Leavitt'in bulduğu şey aslında Sefe Değişen Yıldızları'nın parlaklığı ile değişim dönemleri arasındaki ilişkiydi. Buna göre parlaklığı daha az olan Sefe Yıldızları'nın parlaklığındaki değişim daha kısa sürede, parlaklığı fazla olanlarının parlaklığındaki değişim ise daha uzun sürede gerçekleşiyordu. Bu fenomen, günümüzde dönem-parlaklık ilişkisi (İng : "period-luminosity") olarak bilinir.

ResearchGate

Hertzsprung: Macellan Bulutsuları ve "Standart Mum"

O dönemde Macellan Bulutsuları'nın mesafesi bilinmemekle birlikte, içlerindeki yıldızların Dünya'ya yaklaşık aynı mesafede olduğu kabul edilebilirdi. Bu ön kabule dayanarak Leavitt'in şöyle bir mantık yürüttüğünü söyleyebiliriz: Eğer Sefe Yıldızları'nın hepsi bize aynı mesafede ise ve parlaklık-dönem ilişkilerine bakarak hangisinin daha parlak olduğu da biliniyorsa, o halde yıldızların birbirlerine kıyasla görünür parlaklıkları arasındaki fark, aynı zamanda onların gerçek parlaklıkları arasındaki fark ile aynı olmalıdır. Macellan Bulutsuları'nın ne kadar uzakta olduğu ölçülebilirse, içlerindeki Sefe Değişen Yıldızları'nın mutlak parlaklığı belirlenebilecekti. Sonuç olarak ise bu yıldızlar, Evren'deki mesafeleri parlaklıklar üzerinden ölçmede adeta bir "standart mum" işlevi görecekti.

Leavitt bu tespiti yaptıktan sonra diğer astronomların Macellan Bulutsuları'nın bize olan uzaklığını ölçmelerini beklemeye koyuldu. Mesafe ölçümünü gerçekleştirecek kişi ise Danimarkalı astronom Ejnar Hertzsprung olacaktı. Hertzsprung, "istatistiksel paralaks" denen bir yöntemle, Güneş Sistemi'nin uzaydaki hareketinden faydalanmıştı. O dönemde yapılan hesaplara göre Güneş Sistemi, uzayda saniyede 20 kilometre hızla ilerliyordu. Bu, yılda 4 Astronomik Birim, 10 yılda ise 40 Astronomik Birim yol almak demekti (1 Astronomik Birim, Dünya ile Güneş arasındaki mesafeye denmektedir).

Paralaks yöntemine göre, gözlemcinin, gözlem yaptığı iki nokta arasındaki mesafe ne kadar büyük olursa, uzaklığı ölçülecek cismin konumundaki görünür kayma miktarı da o kadar artmaktadır. Böylelikle Güneş Sistemi uzayda ne kadar fazla yol alırsa, Bulutsular'ın görünen konumu da o kadar kaymalıydı.

Hertzsprung bu yöntem ile Bulutsular'ın 0,0001 yay saniyelik bir paralaksa sahip olduğunu hesapladı. Bir diğer ifadeyle Macellan Bulutsuları'nın gökyüzündeki konumu, bir derecenin otuz altı milyonda biri kadar değişmişti! Bu, o dönem için ölçülmesi neredeyse imkansız olan çok küçük bir değerdi. ama Hertzsprung, bunu ölçmeyi başarmıştı.

ThoughtCo

Yapılan ölçüm sonuçlarına göre Küçük Macellan Bulutsusu'nun 10 kiloparsek mesafede, yani 33.000 ışık yılı uzaklıkta olduğu ortaya çıktı. O zamana kadar gökyüzünde en uzak olduğu bilinen cismin, yaklaşık 130 ışık yılı uzaklıktaki Boğa Yıldız Kümesi olduğu düşünülürse, Hertzsprung bilinen evrenin boyutunu tek bir ölçümle neredeyse 250 katına çıkarmıştı!

20. yüzyılın şafağında, Hollandalı astronom Jacobus Kapteyn, dönemin en güncel verileriyle Samanyolu Galaksisi için, dolayısıyla evrenin tamamı için bir model öneriyordu. Bu modele göre Samanyolu Galaksisi ya da Evren, çap olarak 33.000 ışık yılı büyüklüğünde, en olarak da 6.000 ışık yılı genişliğinde bir yıldız adasıydı. Güneş'i Evreni'n merkezinin yakınlarına yerleştiren Kapteyn'in bu modeli, "Kapteyn'in Evreni" olarak da bilinir.

Mount Wilson Gözlemevi'ndeki Keşifler

Amerika Birleşik Devletleri'nin California eyaletinde 1904 yılında kurulan Mount Wilson Gözlemevi, 2,5 metrelik ayna çapına sahip Hooker Teleskobu ile 1949 yılına kadar dönemin en büyük gözlemevi olarak faaliyet göstermeye başlamıştı.

Zamanın en seçkin astronomları, gözlemlerini ve çalışmalarını gerçekleştirmek üzere Mount Wilson Gözlemevi'ne geliyordu. Bunlardan birisi de Amerikan astronom Harlew Shapley'di. Shapley'in görevi, Samanyolu Galaksisi'nde bulunan küresel yıldız kümelerinin mesafelerini, Leavitt'in Sefe Değişen Yıldızlar için bulduğu parlaklık-dönem ilişkisini kullanarak hesaplamaktı.

Harlew Shapley'in küresel yıldız kümelerinin ne kadar uzakta olduğuna ilişkin yaptığı çalışmalar, insanların evren algısında büyük bir değişim daha yaratmak üzereydi. İlk olarak, Herkül Kümesi'nin bize olan uzaklığını belirleme işine başladı. Hesaplarına göre Herkül Kümesi'nin 100.000 ışık yılı uzakta olduğu ortaya çıkmıştı.

Pbs

Harlew'in bu çalışmasının küçük çaplı bir şaşkınlık yarattığını söyleyebiliriz. Çünkü o güne kadar yapılan ölçümler, Evren'in en fazla 33.000 ışık yılı büyüklüğünde olduğunu gösteriyordu. Harlew'in Herkül Kümesi'nin uzaklığına ilişkin bulduğu değer ise 100.000 ışık yılıydı. Bu değer, evrenin o günkü bilinen büyüklüğünden daha büyük bir mesafeydi (sonradan daha gelişmiş tekniklerle yapılan ölçümler neticesinde Harlew'in bulduğu değerin aslında 36.000 ışık yılı olduğu anlaşılacaktı).

Astronomi, artık yeni bir tartışmaya gebeydi. Uzayda bu kadar büyük mesafelerin ölçüldüğü ortaya çıkıyorsa, o zaman Evren, sanıldığından da büyük bir yer olmalıydı. Galaksimiz, evrende var olan tek galaksi miydi yoksa evren, başka galaksileri de içinde barındırabilecek kadar büyük bir yer miydi?

"Büyük Tartışma": Evren'in Büyüklüğü Kavgası

Astronomi tarihindeki "Büyük Tartışma", ikisi de Amerikalı astronom olan Harlew Shapley ve Heber Doust Curtis arasında geçen, Evren'in büyüklüğüne ilişkin fikir ayrılıklarının meydana getirdiği tartışmalar olarak bilinir. Bu fikir ayrılığı ise Samanyolu'nun dışında başka galaksilerin olup olmadığına ilişkindi.

Shapley, Samanyolu'nun evrendeki tek galaksi ve dolayısıyla evrenin kendisi olduğunu söylerken Curtis, gökyüzündeki sarmal bulutsuların aslında Samanyolu gibi başlı başına birer galaksi olduğunu ifade ediyordu.

1919 yılında Shapley, Samanyolu Galaksisi için yeni modelini açıkladığı makalesini de yayınlamıştı. Modelini, küresel kümelerin gökyüzündeki asimetrik dağılımına dayandırarak Samanyolu'nun çapının 100 kiloparsek (yaklaşık 330.000 ışık yılı) olduğunu, yani Kapteyn'in bulduğu değerin 10 katı kadar büyük olduğunu söylemekteydi. Ayrıca sarmal bulutsuların da Samanyolu içinde olduğunu düşünüyordu.

EarthSky

Öte yandan Shapley, galaksimizdeki küresel kümelerin dağılımını incelediği zaman bu dağılımın, Güneş Sistemi'nin Evren'in merkezinde olmadığı izlenimini verdiğini fark etmişti. Böylelikle Shapley, Güneş'in galaksimizin merkezinde bulunmadığı sonucuna vardı.

Heber Doust Curtis ise yayınladığı bir makalede Shapley'in görüşünden oldukça ayrı bir fikir öne sürüyordu. Samanyolu'nun, tıpkı Kapteyn'in belirttiği gibi yaklaşık 30.000 ışık yılı genişliğinde olduğunu söyleyerek Shapley'e göre düşük bir değer vermekteydi. Sarmal bulutsuların ise aslında birere gökada yani Samanyolu gibi başlı başına birer galaksi olduklarını iddia ediyordu.

Evren Durağan (Statik) mi Yoksa Genişliyor mu?

Albert Einstein, 1915 yılının Kasım ayında Genel Görelilik Teorisi'ni yayınlamıştı. Teori, uzay ve zamanın doğası hakkında daha önceden söylenmemiş bir şeyi dile getiriyordu: Kütleçekimi kuvveti dediğimiz fenomen, aslında uzay-zaman dokusunun, kütlenin varlığında bükülmesinin bir sonucuydu. Fiziksel nesneler, Isaac Newton'ın söylediği gibi bir çekim kuvveti hissetmiyor, daha büyük kütleli cisimlerin yarattığı bükülü uzay-zamanda hareket ediyordu.

Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'ni ortaya attığı bu dönemde Evren'in durağan, statik bir yapıda olduğuna ilişkin bir inanca sahip olduğundan yazının başında söz etmiştik. Çünkü gökyüzündeki yıldız, bulutsu gibi gök cisimlerine bakıldığı zaman hiçbirinin uzaklaşır vaziyette bir hareketi olduğu görülmüyordu. Böylelikle sadece Einstein değil, bilim insanlarının büyük çoğunluğu, Evren'in hareketsiz, durağan bir yapıda olduğunu düşünmekteydi.

ScienceNews

Ancak Einstein'in formüle ettiği denklemler tam aksini söylüyordu. Denklemlerden çıkan sonuç, Evren'in hareketsiz bir yapıda olamayacağı yönündeydi. Bir diğer ifadeyle Evren ya genişleyip büyüyor ya da daralarak gittikçe küçülüyordu. Einstein'ın Evren hakkındaki tasavvuruna ve felsefi görüşüne aykırı olan bu sonuç, onun kendi denklemlerine inanmamasına neden olmuştu.

Bunun üzerine Einstein, "kozmolojik sabit" olarak bilinen bir unsuru denklemlerine ekleyerek, Evren'in durağan bir yapıda olmasını ifade edecek biçimde değiştirmişti. Böylelikle problem ortadan kalkmış gözüküyordu. Einstein'a göre Evren'in durağan halde kalmasını mümkün kılan şey ise, madde ve enerjinin yarattığı "kütleçekimi fenomeni" ve uzayın sahip olduğu doğal itici kuvvet arasındaki dengeydi.

Ancak yazının ilerleyen kısımlarında da göreceğimiz üzere, galaksilerin uzaklıkları ve bizden uzaklaşma hızları belirlendiğinde, bu cisimlerin uzaklaşmalarına neden olan fenomenin aslında evrenin genişlemesi olduğu ortaya çıkacaktı. Bu gerçek gün yüzüne çıktıktan sonra Einstein, "kozmolojik sabit" unsurunu denklemlerine eklemesinin hayatının en büyük gafı olduğunu bizzat kendisi söylemiştir.

Friedmann Evren Modeli

Einstein'ın formüle ettiği denklemlerinden türettiği durağan evren modelinden iki yıl sonra, Hollandalı fizikçi Willem De Sitter, madde ve radyasyondan yoksun, genişleyen bir evren modelini ortaya atmıştı. Ancak bu iki evren modeli de birçok açıdan sorunlu gibiydi. Örneğin Sitter'in Evren modeli, boş bir Evren'e işaret ediyordu. Halbuki içinde yaşadığımız Evren, madde ve elektromanyetik radyasyonla dolu bir evrendi.

1922 yılına geldiğimizde Rus fizikçi ve aynı zamanda matematikçisi olan Alexander Friedmann, Einstein'in "kozmolojik sabit" unsurunu eklediği denklemlerinin bir çözümü olarak, içinde madde ve enerjinin de bulunduğu genişleyen bir evren modeli ortaya atmıştı. Bu model, De Sitter'in madde ve enerjiden yoksun, genişleyen evren modelinden daha gerçekçiydi. Friedmann, bulduğu sonuçları Einstein ile de paylaşmıştı. Ancak Einstein, genişleyen bir evren modeline pek sıcak bakmıyordu. Ona göre evren, statik (durağan) bir yapıda olmalıydı.

Einstein inanmasa bile Friedmann'ın genişleyen evren hipotezinin birçok bakımdan devrimsel bir düşünce olduğunu söyleyebiliriz. Çünkü geliştirdiği denklemler, günümüzde modern kozmolojinin temellerini oluşturmaktadır. Nitekim yazının ilerleyen kısımlarında da göreceğimiz üzere Edwin Hubble, galaksilerin bizden uzaklığı ile uzaklaşma hızları arasındaki ilişkiyi veren ünlü "Hubble Kanunu'nu" keşfettiğinde, genişleyen bir evrende yaşadığımız anlaşıldığı zaman Friedmann'ın deney ve gözlem yapmadan sadece matematiksel yolla ulaştığı genişleyen evren sonucunun ne kadar doğru olduğu ortaya çıkacaktı.

Space

Vesto Slipher, Bulutsuların Hızını Ölçüyor

Amerikalı astronom Vesto Slipher, uzak galaksilerden yayılan ışığın Doppler Etkisi sonucu "kırmızıya kaydığını" keşfeden ilk bilim insanı olmuştu. Bu keşif, galaksilerin bizden ne kadar hızlı uzaklaştığını tespit edebilmeyi mümkün kılıyordu. Çünkü galaksilerden yayılan ışığın kırmızıya kayma oranı ile onların uzaklaşma hızları arasında bir ilişki bulunmaktadır: Kırmızıya kayma oranı ne kadar yüksekse galaksi o kadar hızlı uzaklaşmaktadır.

Geçmişi Immanuel Kant'a kadar uzanan, Shapley ve Curtis arasında "Büyük Tartışma" ile zirve yapan, "Sarmal bulutsular galaksimizin içinde bulunan yapılar mı yoksa dışında bulunan ayrı galaksiler mi?" sorunu, Vesto Slipher'ın da dikkatinden kaçmış olamazdı.

Slipher, o dönemde "Andromeda Bulutsusu" olarak bilinen yıldız sisteminin uzaklaşma hızını spektrograf kullanarak ölçmek amacıyla 2 hafta boyunca yoğun bir çalışma gerçekleştirmişti. Bulduğu sonuç ise şaşırtıcıydı: "Andromeda Nebulası", saniyede 300 kilometrelik bir hızla bizden uzaklaşmaktaydı.

Şimdi Slipher dikkatini, NGC 4594 olarak adlandırılan, Virgo Süperkümesi içinde bulunan sarmal yapılı bulutsuya çevirdi. Spektrograf ile yapılan ölçümler, galaksiden yayılan ışığın büyük miktarda kırmızıya doğru kaydığını ortaya çıkarıyordu. Yapılan hesaplar ile NGC 4594 galaksisi, Dünya'dan yaklaşık 1000 kilometre hızla uzaklaşıyordu.

Slipher bu şekilde 25 tane bulutsunun hız ve mesafe ölçümlerini de gerçekleştirince artık bulutsular için hız-mesafe ilişkisinin temellerini bu ölçümleriyle atmış bulunuyordu. Sözgelimi, galaksimize yakın olan bulutsuların uzaklaşma hızları görece az iken, daha uzakta olan sarmal bulutsuların daha büyük hızlarla uzaklaştığını tespit etmişti.

Npr

Vesto Slipher'in bulduğu sonuçlarla yeni bir evren görüşü ortaya çıkıyordu: Evren, gökcisimlerinin bulunduğu durağan bir kozmik sahneden, bir anda hareketli, sürekli uzaklaşma eğilimi gösteren sarmal bulutsular sahnesine dönüşmüştü. Belki de Güneş Sistemi'de bu şekilde hareket eden bulutsulardan birinin içindeydi. Samanyolu Galaksisi de hareket ediyor olabilir miydi?

Edwin Hubble Sahneye Çıkıyor!

Evren'in derinliklerini, bilinmeyenlerini gün yüzüne çıkartmış, uzun yıllar Dünya yörüngesinde gözlem yapan ve yapmaya da devam Hubble Uzay Teleskobu, ismini ünlü astronom Edwin Hubble'dan almıştır. Edwin Hubble, 1889 yılında Amerika'da dünyaya gelmişti. ABD'nin 1917 yılında Almanya'ya savaş ilan etmesinden sonra gönüllü olarak orduya katılan Hubble, 1. Dünya Savaşı sona erdikten sonra Cambridge Üniversitesi'nde astronomi eğitimi almaya karar vermişti.

Mount Wilson Gözlemevi'nin kurucusu George Ellery Hale, 1919 yılında gözlemevinde çalışmak üzere Hubble'ı davet etmişti. Hubble geldiğinde, 2,5 metrelik çapıyla o zamanlar Dünya'nın en büyük teleskobu olarak bilinen Hooker Teleskobu daha henüz yeni faaliyete başlamıştı.

Hooker Teleskobu'nu kullanma ayrıcalığına sahip olan Edwin Hubble, Andromeda Bulutsusu'ndaki Sefe Değişen Yıldızları'nı gözlemlemek üzere çalışmalara başladı. Leavitt'in söz konusu yıldızlar için bulduğu parlaklık-dönem ilişkisini kullanan Hubble'ın, aslında astronomi alanında o ana kadar en devrimsel keşiflerden birini yapmak üzere olduğunu söyleyebiliriz.

Britannica

Yaptığı keşif ise şuydu: Geçen zamana bağlı olarak yıldızların parlaklığındaki değişimleri hesaplayıp, görünür parlaklıklarını belirlemişti. Sonrasında galaksimizin içinde bulunan, uzaklığı, mutlak parlaklığı bilinen ve aynı parlaklık değişim dönemine sahip Sefe Yıldızları ile Andromeda Bulutsusu'ndaki yıldızları kıyaslayan Hubble, bu yıldızların, dolayısıyla Andromeda'nın gerçekte ne kadar uzakta olduklarını hesaplayabildi.

Andromeda, 900.000 ışık yılı uzaklığındaydı. Bu mesafe, Samanyolu'nun genişliğinden çok ama çok daha fazlaydı. "Andromeda Bulutsusu", galaksimizin içinde olamazdı.

Hubble Kanunu

Edwin Hubble, Sefe Yıldızları için parlaklık-dönem ilişkisini kullanarak Andromeda Bulutsusu'nun mesafesini ölçtükten sonra bu sefer 1929 yılında, asistanı Milton Humason ile bu sefer gökyüzündeki diğer sarmal bulutsuların mesafelerini ölçme işine girişti.

46 tane bulutsunun hızlarını hesaplayan Hubble, Gökada Dışı Bulutsuların Uzaklığı ve Dikey Hızı Arasındaki İlişki (İng: "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae") isimli makalesinde, galaksilerin uzaklığı ile hızları arasında doğrudan bir mesafe olduğunu belirtmişti.^[2]

Eğer bu ilişki doğruysa, evrendeki galaksilerin neredeyse hepsi, Samanyolu Galaksisi'nden uzaklaşıyordu. Dahası, bir galaksi ne kadar uzaktaysa o kadar hızlı uzaklaşıyor görünüyordu. Bu öyle bir hızdı ki Hubble ve asistanı, Doppler Etkisi yöntemiyle galaksilerin saniyede 19,700 kilometreye varan hızlarla uzaklaştıklarını tespit etmişti. Mesafesini hesaplayabildikleri en uzak galaksi ise yaklaşık 110 milyon ışık yılı uzaklığındaydı.

Vox

Hubble'ın, galaksilerin uzaklıkları ve hızları arasında bulduğu bu ilişki, günümüzde "Hubble Kanunu" olarak bilinmektedir. Bu yasaya göre herhangi bir galaksi, Samanyolu'ndan ne kadar uzaktaysa, o kadar hızlı uzaklaşır. Daha öncesinde Vesto Slipher'ın da galaksilerin uzaklaşma hızlarına bakarak bu ilişkiyi fark ettiğini söyleyebiliriz. Ancak mesafe-uzaklık ilişkisini net olarak ifade edip, kanun haline getiren kişi Edwin Hubble olmuştur.

Hubble'ın bir sonraki işi, şimdiye kadar galaksilere yönelik bulduğu mesafe-uzaklık ilişkisinden yola çıkarak Hubble Kanunu için bir değer belirlemekti. Galaksilerin ortalama uzaklaşma hızları için bulduğu değer ise, megaparsek (3,26 milyon ışık yılı) başına saniyede 501 kilometrelik bir hızdı. Bir diğer ifadeyle galaksiler, Samanyolu'ndan her 3,26 milyon ışık yılı mesafesinde saniyede 501 kilometre hızla uzaklaşmaktaydı.

Ne var ki Hubble'ın bulduğu bu değer, günümüzde hesaplanan ve gerçeğe çok daha yakın olan değerden yaklaşık 8 kat büyüktür ve fazlasıyla hatalıdır.

Evrenin Genişlediğini Kim Keşfetti?

Yukarıda, Hubble'ın onlarca galaksiyi gözlemleyerek mesafe-hız ilişkisini bağımsız olarak tespit ettiğini, bu ilişkiden yola çıkarak da galaksilerin uzaklaşma hızlarını veren Hubble Kanunu'nu ortaya attığını söyledik.

Ancak her ne kadar Hubble Kanunu'na dayanarak evrenin genişlediği sonucu çıksa da Hubble'ın, ilk başlarda evrenin genişlediğine ilişkin bir söylem geliştirdiğini bilmiyoruz. Genişleyen evren modelinin ilk olarak Alexander Friedmann tarafından ortaya atıldığını söylemiştik. Friedmann, Hubble'ın tersine herhangi bir gözlemde bulunmayarak, sadece matematiksel denklemlerden yola çıkarak evrenin genişlediği sonucuna varmıştı.

NykDaily

Burada bahsetmemiz gereken başka birisi daha var: George Lemaitre. Belçikalı bir papaz ve aynı zamanda bir astronom olan George Lemaitre, 1927 yılında o zamanlar pek meşhur olmayan bir dergide makale yayınlamıştı. Makalenin başlığı şu şekildeydi: Galaksi Ötesi Bulutsuların Radyal Hızlarını Hesaba Katarak Durağan Kütleli ve Artan Çapıyla Homojen Bir Evren (İng: "A homogeneous universe of constant mass and increasing radius accounting for the radial velocity of extra-galactic nebulae")^[3].

Bu makalesinde Lemaitre, Friedmann'ın genişleyen evren modeline yönelik çözümlerini aslında tekrar keşfetmişti. O, bu genişlemeyi Einstein'in Genel Görelilik Teorisi'nin bir sonucu olarak yorumluyordu.

Lemaitre, uzaklaşan galaksilerin kırmızıya kayma oranlarının, durağan bir Evren'deki galaksilerin uzaklaşma hareketi olmadığını, buna sebep olanın ise aslında genişleyen bir evrenin kendisi olduğu yorumunu yapmıştı. Yani Lemaitre, Evren'in genişlediğini söylüyordu.

Phys

Bu, o kadar çarpıcı bir söylemdi ki sonradan evrenin genişlediğini keşfeden kişi olarak tanınacak olan Hubble bile genişleyen bir evren modelini kabul etmekte çok zorlanmıştı. 1931 yılının Kasım ayında Lemaitre, bulgularını yayınlayarak sonlu, ancak bir sınıra sahip olmayan küresel bir evren modelini tanıtmaktaydı. Bu modele göre de evren sürekli olarak genişliyordu.

Burada bahsetmemiz gereken bir diğer husus ise şudur: Lemaitre, Hubble Kanunu keşfedilmeden 2 yıl önce evrenin genişleme hızına ilişkin bir değer bulmuştu. Fakat Edwin Hubble, Lemaitre'den 2 yıl sonra galaksilerin hangi hızla uzaklaştığına dair daha doğru bir değer bulunca, bu yasa "Hubble Kanunu" olarak bilinmeye başladı. Ancak burada önemli olan, galaksilerin uzaklaşma hızlarına ilişkin doğru bir değer bulmaktan ziyade bu fenomenin, evrenin genişlediği sonucuna götürdüğüne yönelik bir gerçeği keşfetmektir. Daha önce de bahsettiğimiz gibi Hubble, kesin bir dille evrenin genişlediğini söylememişti. Sadece galaksilerin uzaklaşma yönünde bir harekete sahip olduğunu ifade ediyordu.

Einstein'ın Genişleyen Evren Modeline Tepkisi

Lemaitre, yukarıda sözü edilen 1931 yılında yayınladığı, evrenin genişlediğini açıkça ifade eden makalesinin bir kopyasını Einstein'a da gönderdi. Makaleyi okuyan Einstein'ın tepkisini Lemaitre bizlere şöyle aktarıyor:

Matematiksel olarak fevkalade, fiziksel bir bakış açısından ise iğrenç.

İşte Einstein'ın evrenin genişlediği bulgusuna verdiği cevap bu şekildeydi. Çünkü Einstein hala Evren'in durağan bir yapıda olduğuna, genişlemediğine inanıyordu. Ayrıca 1917 yılında ortaya attığı durağan evren modelinin de gerçeği yansıttığını ifade etmekteydi. Fakat sonrasında, Hubble'ın gözlemlerini yaptığı Mount Wilson Gözlemevi'ni ziyaret ettiği iki aylık süre boyunca, inandığı evren modelinin yanlış olduğunu anlayacaktı. Şöyle söylüyordu:

Uzak bulutsulardan yayılan ışığın kırmızıya kayma miktarı, sağlam olmayan inanç temelimi bir çekiç darbesi gibi yıkmıştır. Geriye kalan tek olasılık, bir süre durağan kalmaya devam eden ve sonrasında genişlemeye başlayan bir evren modeli ileri sürmektir. Fakat hiç kimse buna inanmayacaktır. Bulutsuların uzaklaşma hızlarından ortaya çıkan değerler, bu büyük Evren için çok küçük bir yaş vermektedir.

Calisphere

Bu sözlere bakılırsa Einstein'ın, genişleyen bir evren modelinin, Evren'imizin gerçekliğini yansıtıp yansıtmadığı konusunda hala bir şüphe içinde göründüğünü söyleyebiliriz. Fakat artık, eskiden olduğu gibi durağan bir Evren modelinin fanatik savunucularından birisi değildi. Evren'in durağan bir yapıda gözükmesini sağlamak adına denklemlerine yerleştirdiği o ünlü "kozmolojik sabit" unsurunun, hayatının en büyük gafı olduğunu söyleyecekti.

Hubble, Yaptığı Keşfi 1929 Yılında İlan Etti!

1929 yılına gelindiğinde Edwin Hubble, galaksiler için bulduğu uzaklık-hız ilişkisini ifade eden makalesini bilim camiasına arz etmişti. Ancak makalesinde ne George Lemaitre'den ne de Vesto Slipher'den bahsetmişti. Lemaitre, Evren'in genişlediğini açık bir dille ortaya koyan ilk kişiyken, çoğu galaksinin hızlarını ölçen kişi ise Vesto Slipher idi. Galaksilerin uzaklıklarını ise Edwin Hubble ve asistanı Milton Humason ölçmüştü.

Daha önce de bahsettiğimiz gibi Hubble'ın, her 3,27 milyon ışık yılı uzaklıkta olan galaksiler için uzaklaşma hızlarının 500 kilometre olduğunu bulduğu değerden yola çıkarak, evrenin sadece iki milyar yaşında olduğu ortaya çıkacaktı. Bunun yanı sıra Hubble, galaksilerin uzaklaşmasına sebep olan fenomenin aslında evrenin genişlemesi olduğu hakkında da bir şey söylememişti.

1930 yılına gelindiğinde Lemaitre, Evren'in genişlediğini ortaya koyduğu makalesini neredeyse hiç kimsenin okumadığını anlamıştı. Bunun üzerine İngiliz astrofizikçi Arthur Eddington'a bir mektup yazarak, makalesindeki sonuçlara dikkat çekmek istiyordu. Eddington, mektubu okur okumaz Lemaitre'nin çalışmasının büyük bir öneme sahip olduğunu anladı ve makalenin İngilizce'ye çevrilmesi gerektiğine karar verdi. Böylelikle makale, Kraliyet Astronomi Topluluğu'nun çıkardığı aylık dergide yayınlanabilecekti. 1931 yılında yayınlanan makale, iyiden iyiye bilim camiasının dikkatini çekmeyi başarmıştı. Bu makaleyle birlikte artık, evrenin genişlemesini keşfeden kişiler arasında George Lemaitre'nin de adı geçmeye başlayacaktı.

Sonuç

Günümüzde, "Evrenin genişlediğini kim keşfetti?" sorusuna insanların çoğu, "Edwin Hubble" cevabını vermektedir. Bu cevap, tamamen yanlış olmamakla birlikte, eksik . Çünkü George Lemaitre, Edwin Hubble'dan bağımsız olarak iki yıl önce, evrenin genişlediğini ortaya koymuştu. Üstelik bunu, Hubble'ın aksine çok fazla gözlemsel veriye dayanmadan matematiksel olarak ifade etmişti. Bu hususta yukarıdaki soruya cevap olarak iki isim verebiliriz: "Edwin Hubble ve George Lemaitre".