Evrenin yaşını nasıl bilebiliyoruz?

Cevap basit, Hubble Yasası'nı kullanarak. Biz bu gün biliyoruzuki Evren genişliyor ve bu bize şunu gösteriyor: Bir zamanlar bitişik olan galaksiler şimdi ayrı durumda ve bu ayrılık gün geçtikçe artıyor. Şu halde evrenin yaklaşık yaşını hesaplayabilmek için bir zamanlar aynı noktada olan iki cismin şimdiki uzaklıklarını (D), birbirlerinden uzaklaşma hızına (V) bölerek bulabiliriz. Bir başka değişle aynı otogardan kalkıp birbirlerinden saatte 10 km hızla uzaklaşan iki otobüsün şimdiki uzaklıklarının 100 km olduğunu bilerek onların 10 saat önce kalkışa geçtiklerini hesaplayabiliriz. Burada olan basit bi' fizik denklemi (t = D / v) işte evrenin yaşıda yaklaşık olarak böyle hesaplanıyor. Kaynak bölümüne bakarak hesaplanmış örneği görebilirsin. Aynı zamanda Evrim Ağacının bu konu ile makalesinede göz gezdirebilirsin. Sevgilerle Evrim Ağacını takip eden güzel insan.

Popüler bilimle uğraşan herkes Evren'imizin yaklaşık 13.82 milyar yıl yaşında olduğunu bilecektir. Kıyas olması bakımından Güneş Sistemi'nin yaşı 4.6 milyar yıl, Dünya'nın yaşı 4.53 milyar yıl, canlılığın yaşı 3.9 milyar yıl, çok hücreli yaşamın yaşı 1 milyar yıl, ilk karasal omurgalıların yaşı 375 milyon yıl, ilk primatların yaşı 47 milyon yıl, ilk insansının yaşı 6 milyon yıl, ilk insan türünün (Homo sp.) yaşı 2 milyon yıl, türümüzün yaşı ise 200.000 yıldır. 

Ancak Evren'in yaşının nasıl hesaplanabildiği konusu, birçoklarının pek de bilmediği bir konudur. Her ne kadar yine popüler düzeyde fizikle ilgilenen biri, Evren'in yaşının hesabında "kızıla kayma" ve "Evren'in genişleme hızı" gibi kavramlara başvurulduğunu bilecek olsa da, bunların matematiksel olarak yaş hesabında nasıl kullanıldığını birçok kişi bilmeyecektir. Bu yazımızda, söz konusu hesaplamaların çok yüzeysel bir versiyonunu sizlere göstermeye çalışacağız.

İlk olarak, Evren'in yaşını hesaplayabilmek için Evren'imizin genişlemekte olan bir yapı olduğunu kabul etmemiz gerekiyor. Bu, elimizdeki bütün gözlemlerle uyumlu bir iddiadır ve Hubble Yasası gereği galaktik kümelerin birbirinden uzaklaşıyor olması da bunu doğrudan ispatlamamızı sağlamaktadır. Ayrıca bu bilgi parçası, Evren'imizin geçmişte bugün olduğundan çok daha küçük olması gerektiğinin de göstergesidir. Bu önemlidir, çünkü hesaplarımızı buna dayandırmak durumundayız.

Evren'in yaşını hesaplayabilmek için Evren'in görünen genişleme hızının (şu anda galaksi kümelerinin birbirinden uzaklaşma miktarının) Evren'in tarihi boyunca sabit olduğunu varsayabiliriz. Elbette ki aslında bu doğru değildir ve böyle bir varsayım, hesabımıza bir miktar hata payı katacaktır; ancak yine de hesapları kolaylaştırması açısından kullanışlı bir varsayım olduğunu söyleyebiliriz. Zaten göreceğiniz üzere, sonucu da öyle aman aman değiştirmeyecektir. 

Eğer ki galaksi kümelerinin birbirinden uzaklaşma hızını Evren'in genişleme hızı olarak kabul edersek, galaksilerin birbirinden ne kadar süre önce ayrılmaya başladığını da hesaplayabiliriz; zira aralarında mesafeyi de net olarak bilebilmekteyiz. Bu da, "ilk genişleme"nin ne zaman başladığını, dolayısıyla Büyük Patlama'nın ne zaman yaşandığını, dolayısıyla Evren'in yaşını verecektir.

Elbette ki, Evren'in genişleme hızı, onun yaşına da doğrudan etki etmektedir: Eğer ki Evren çok hızlı bir şekilde genişliyorsa, günümüzdeki genişliğine göreceli olarak kısa bir sürede ulaşabilecek ve daha genç bir Evren'de yaşıyor olmamıza neden olacaktır. Ancak eğer ki genişleme göreceli olarak yavaşsa, muhtemelen çok yaşlı bir Evren içerisinde yaşıyoruz demektir; çünkü günümüzde gözlediğimiz galaksiler arası mesafelerin oluşumu için aşırı uzun bir süre gerekecektir. 

Hubble Teleskobu'ndan elde ettiğimiz görsel veriler ile kozmologlar tarafından yapılan analizler sayesinde Evren'in genişleme hızının Hubble Sabiti (H0) ile ilişkili olduğunu bilmekteyiz. Bu sabit, birbirinden uzaklaşan galaksilerden birinden diğerine gelen ışığın "kırmızıya kayma" miktarına bağlı olarak belirlenmektedir. Bu olay, belli bir dalga boyuna sahip olan ışığın alması gereken yolun Evren'in genişlemesi dolayısıyla "uzaması", dolayısıyla dalganın adeta bir spagetti gibi uzayarak frekansının düşmesi ve bu nedenle daha "kızılımsı" bir dalga boyuna kaymasına verilen isimdir. Bunun ne kadar hızlı yaşandığına bağlı olarak, Evren'in genişleme hızını tespit edebilmekteyiz.

İşte Hubble Yasası'nı kullanarak, Evren'in yaklaşık yaşını hesaplamak mümkündür. Diyelim ki, gözlediğimiz iki galaksi arasındaki mesafe "D" olsun. Bu ikisinin birbirinden görünen uzaklaşma hızı "v" olsun. Bu durumda, bu galaksiler bir zamanlar birbirlerine "değecek kadar" yakın mesafede iken, Evren'in genişlemesi sebebiyle günümüzde birbirlerinden "v" hızıyla, "D" kadar uzaklaşmışlardır. Eğer ki basit bir şekilde D'yi, v'ye bölersek, bu uzaklaşmanın ne kadar sürede yaşandığını belirleyebiliriz - ki bu da bize Evren'in yaşını verecektir!

Bunu anlamanın kolay bir yolu şudur: Eğer ki Ankara ile İstanbul arasındaki 533 kilometrelik mesafeyi saatte 100 kilometre ile aldığınızı biliyorsak, bu durumda 533'ü 100'e bölerek 5.33 saat süresini elde edebiliriz. İşte burada yapacağımız da aynen budur. Şimdi, bildiklerimizi bir araya getirelim:

t = D / v

Bu denklemin bize Evren'in yaşını vereceğini söylemiştik. Bunun yanısıra, Hubble Yasası genişleme hızının Hubble Sabiti ile galaksiler-arası mesafe kadar olduğunu belirtmektedir. Bunu şöyle ifade edebiliriz:

v = H0 * D

Bu durumda, bu ikinci denklemi birinci denkleme yerleştirecek olursak, "D" değişkeninin birbirini sadeleştirdiğini görürüz. Bu durumda geriye kalan şudur:

t = 1 / H0

Günümüzde gözlemsel verilere dayanarak elde ettiğimiz en iyi Hubble Sabiti megaparsek (30.800 katrilyon kilometre) başına ve saniye başına 73 kilometredir (H0 = 73 km/s/Mpc). Burada megaparsek ile kilometreyi sadeleştirecek olursak, Hubble sabitinin aynı zamanda şöyle de ifade edilebileceğihi görürüz:

H0 = 2.37 x 10-18 1/s

Bu durumda, bu sabiti bir önceki denklemde yerine yazıp hesaplamayı yaparsak, karşımıza çıkan süre 421.94 katrilyon saniyedir. Bu zaman miktarını yıla çevirecek olursak:

t = 13.4 milyar yıl

karşımıza çıkmaktadır.

Görülebileceği gibi bu sayının üzerinde 420 milyon yıl civarında hata payı bulunmaktadır; çünkü burada size çok çok basit bir hesaplama sunduk. Lakin eğer ki hem Hubble Sabiti üzerindeki geliştirmeleri hesaba katar, hem de Evren'in genişleme hızının özellikle de ilk başlarda hiç de sabit olmayabileceğini dikkate katacak olursanız, 13.82 milyar yıl sayısını elde etmeniz mümkün olacaktır. Günümüzde Avrupa Uzay Ajansı tarafından yürütülen Planck Görevi'nden gelen veriler kullanılarak art alan mikrodalga ışıması gibi verilere bakarak da daha isabetli hesaplamalar yapılmaktadır.