Kopernik Prensibi Testi: Evren'in Özel Bir Yerinde Olmadığımızı Kanıtlayabilir miyiz?

Kopernik Prensibi, Dünya’nın evrenin merkezinde olmadığını, dolayısıyla evrende özel bir yer kaplamadığımızı belirtir. İlk kez 16. yüzyılda Kopernik tarafından ileri sürülen bu teori, günümüzde bilim insanlarının çoğu tarafından kabul görmektedir ve birçok astronomik teorinin temelinde doğru varsayılan bir konsepttir.

Fakat Hanover, New Hampshire’daki Dartmouth Üniversitesi‘nden Robert Caldwell ve Batavia, Illinois’deki Fermilab’dan Albert Stebbins isimli iki fizikçi, Kopernik prensibinin hiç bir zaman tamamen doğrulanmamış olduğuna dikkat çekiyor. Physical Review Letters dergisinde yayınlanan "A Test of Copernician Principle" isimli makalede, bu iki bilim insanı kozmik mikrodalga arka plan ışımalarını (Cosmic Microwave Background, kısaca CMB) gözlemleyerek 500 yıllık bu teoriyi kanıtlamak için kolları sıvadı.

Kopernik Prensibi, astronominin büyük bir kısmının temelini oluşturuyor, sorgulanmadan doğru olduğu kabul ediliyor ve kozmolojik modellerin devamlılığını sürdürebilmesinde önemli bir rol oynuyor. Ayrıca kozmolojik prensibe dayanarak evrende bizim özel bir yere sahip olmamamızla beraber, evrende özel bir yer bulunmadığı sonucuna da rahatlıkla varabiliriz. İstatiksel sapmalar haricinde, her şey, her yerde aynı.

Oldukça da kullanışlı bir ilke. Burada ve şimdinin, orada ve şimdi ile aynı olduğunu; burada ve sonranın, orada ve sonra ile aynı olduğunu belirttiği için geçmişte bulunduğumuz konumda evrenin nasıl olduğunu görebilmek için geriye bakmamıza gerek kalmıyor. Gerçekten çok uzağa bakmamız yeterli olacaktır. Eğer yeterince ışık yılı uzaklığa bakarsak; evrenin uzak bir köşesinin, geçmişteki uzak bir zaman dilimini görebiliriz. Çünkü kozmolojik prensibe göre, onların geçmişi bizim geçmişimizle aynı.

Kozmik Bükülme (Uzay Zaman Bükülmesi)

Evren sadece 400.000 yaşlarındayken, madde ve (elektromanyetik) dalga radyasyon birbirinden ayrıldı ve günümüzde hala evrenin tamamına yayılan elektromanyetik dalga kalıntıları bıraktı. Bu CMB ışımalarındaki ufak değişimleri ölçerek; bilim insanları evrenin şekli, boyutu ve genişleme oranı gibi bazı bilgilere ulaşabiliyor. Evrenin sürekli artan bir ivmeyle genişlemeye devam etmesi, bilim insanlarını karanlık enerji, yeni yerçekimi yasaları ve diğer çoğunlukla egzotik olan diğer muhtemel teoriler üzerine düşünmeye itiyor.

Peki ya evrenin ivme kazanan genişlemesi sadece bir yanılsamaysa? Caldwell ve Stebbins’in de belirttiği üzere, Kopernik Prensibi üzerinde biraz oynamalar yapılırsa bu gayet muhtemel bir senaryoya dönüşüyor. Evren; Kopernik Prensibinin söylediği gibi homojen ve izotropik, yani eşyönlü olmak yerine, bizim konumumuzun çevresinde şekillenmiş, kendine has bir maddesel dağılıma sahip olsaydı; o zaman evrenin merkezinde az yoğunluklu, madde ağırlıklı bir boşluk olurdu. Böyle bir evren ivme kazanarak genişliyor olmazdı ve karanlık enerji ve benzeri teorilere ihtiyacımız kalmazdı.

Kopernik Prensibinin doğru olup olmadığını bilmek önemli; çünkü CMB gözlemlerinin evren genişlemediği halde genişlediğini söylediği şeklinde yanlış yorumlanmadığından emin olacağız. Prensibi test etmek için, Caldwell ve Stabbins bir CMB-sapma testi hazırladılar: İdeal bir kara cisimden yayılan CMB spektrumunu inceleyip büyük, yerel bir deliğin meydana getirebileceği sapmaları aradılar. Bir delik veya diğer ’Koperniğimsi olmayan yapı‘, iyonize olan gazın CMB dalgasına göre göreceli olarak hareket etmesini sağlayacaktır. Bize doğru saçılan, Doppler etkisiyle dalga boyu değişmiş CMB dalgaları da bir kara cisime ait tespit edilebilir sapmalar taşıyabilir. Araştırmacılar çalışmalarını şu şekilde açıklıyor:

Aslında, yeniden iyonize olmuş evreni, kendimize CMB ışığı altında bakmak için kullanıyoruz. Eğer aynada kendimizi görürsek, evrende özel bir konumda bulunduğumuz içindir. Eğer hiçbir şey görmezsek, o zaman Kopernik Prensibi doğrulanmış olur.

Hubble Balonu

Başlangıç testi olarak, Caldwell ve Stebbins basit, küresel olarak simetrik bir boşluktan oluşan bir evren modeli üzerinde yoğunlaştı. Bu model ‚ "Hubble balonu" olarak da bilinir. Bu boş evren, düz, yani orta yoğunluklu bir evrenin içine gömülmüş açık, yani düşük yoğunluklu bir evren modelini andırıyor. Boşluğun boyutu gazın evrenin içine nasıl dağıldığına göre değişiyor. Temelde gaz, kızıla kaymaya göre değişen, üç farklı bölgede bulunabilir: Nötr, Yansıma ve Doppler. Bu üç bölgenin nasıl örtüştüğüne göre, boşluk; küçükten‚ ufukötesi (İng: "superhorizon") arasında değişen beş farklı boyutta olabilir. Ufukötesi boyutta olduğunda, gözlemlenebilen evrenin tamamını kaplar haldedir.

Araştırmacılar, CMB sapma testlerini kullanarak sadece en küçük boşluk modellerinin Kopernik prensibinin ihlaliyle ilişkilendirilebilecek şekilde sapmaya yol açabileceğini gözlemlediler. Daha sonra CMB spektrumu verilerini inceleyerek, neredeyse bütün Koperniğimsi olmayan boş Hubble balonu evren modellerini elemeyi başardılar. Yani Kopernik prensibi ilk testi başarıyla geçti. Fakat Coldwell ve Stebbins yoğunluğu daha fazla veya çapı daha küçük olan modellerin testten paçayı sıyırabileceklerini ekliyor.

Araştırmacılar, Kopernik prensibinin daha önce kısmen test edildiğini, fakat bu testin kalan dairesel homojensizliği bu kadar büyük ölçekte açıklayabilen ilk testlerden birisi olduğunu ekliyorlar. Caldwell, 1995’te Princeton Üniversitesi’nden Jeremy Goodman’ın da spektrumlardaki sapmalar ile ilgili benzer bir test önerdiğini; fakat bu testin daha kısıtlı sonuçlar verdiğini açıklıyor. Stebbins konu hakkında şunları söylüyor:

Bu büyük ölçekli testi uygulamak kolay değil çünkü uzaklara baktığımızda, zamanda geriye bakmış oluyoruz. Gördüğümüzün, Kopernik Prensibini ihlal etmeyen zamana bağlı değişimlerden mi yoksa prensibi ihlal eden mesafedeki değişimlerden mi kaynaklandığını söylemek zor. Bu nedenle böyle bir test daha önce yapılmamış.

Daha Fazla Test

Gelecekte, bilim insanları yerel Koperniğimsi olmayan yapıların sebep olabileceği CMB sapmalarını net olarak saptamayı ve ayrıca testi diğer daha genel evren modellerine uygulamayı planlıyor. Caldwell’in açıkladığı gibi bu testler alternatif karanlık enerji teorilerini elemeyi sağlamalı. Aslında, bu test ya astronomi alanındaki yüzyıllarca süren çalışmaların temelini doğrulayacak ya da –küçük bir ihtimalle- Kopernik prensibinin bizim sandığımız kadar kesin olmayabileceğini göstermiş olacak. Stebbins:

Eğer testimiz başarısız olursa; muhtemelen kabul edilmeyecektir ve emin olmak için çeşitli başka gözlemler yapılması gerekecektir. Eğer yapılacak bu testler büyük boşluğu doğrularsa; o zaman karanlık enerji hakkındaki fikirlerimizi bir daha düşünmemiz, daha doğrusu sıfırdan başlamamız gerekecek.

Bilim camiasının, düşük yoğunluklu geniş bir bölge fikriyle çok da mutsuz olmayacağını düşünüyorum. Sıcak bir büyük patlama teorisi kapsamında olsa bile, bu alanların nasıl oluşabilecekleri hakkında fikirler üretmek çok zor değil.  

Teşekkür: Bu yazıyı çeviren Yaren Yılmaz'a, düzenleyen Defne Kartal'a teşekkür ederiz.