Zamanda Geriye Gitmek İçin Gökyüzüne Bakmanız Yeterli!

Hepimiz geçmişte yaşadığımız güzel anılara ya da olaylara geri dönmek istemişizdir. Geçmişte yaptığımız hataları ya da olguları değiştirmek gibi düşünceler de zamanda geriye gitme isteğini doğurmuştur. Bu yazımızda zamanda geçmişe gitmenin fiziksel açıdan bir analizini yapacağız.

Pixabay

Zamanda yolculuk fikri Albert Einstein’ın 1905 ve 1916 yıllarında yayımladığı “Özel Görelilik” ve “Genel Görelilik” kuramları ile bilimsel anlamda gündeme gelmiştir. Bu iki devrim niteliğindeki kuram, mutlak zaman ve mutlak referans sistemi hakkındaki düşüncelerimizi doğrudan değiştirmiştir. Özel Görelilik kuramı kısaca ışığın hızıyla ilgili bir kuramdır. Bu kuramın sonuçlarından bazıları şunlardır:

• Zaman, mekan ve hareket kavramları birbirinden ayrı olgular değillerdir. Hepsi birbirleriyle iç içedir.
• Işık hızı tüm gözlemciler için aynıdır (c=299.792.458 m/s).
• Bir cisim hızlandıkça onun için zaman yavaşlar. Eğer cisim ışık hızına ulaşırsa zaman durur. Fakat kütlesi olan hiçbir cisim ışık hızına ulaşamaz.

pixabay

Devrim niteliğindeki bu sonuçlar gündelik anlayışımızdaki mutlak zaman ve mutlak referans sistemi gibi kavramların gerçekte daha farklı olduğunu gözler önüne serdi. Ama bu durum, Klasik Newton fiziğinin yanlış olduğu anlamına gelmez. İki fizik de aynı fizik olup, limit durumlarında aynı sonucu verirler. Kaldı ki uydu fırlatmadan tutun uzay uçuşlarına kadar hala Newton fiziği kullanmaktayız. Aralarındaki tek fark ise hassasiyet. Einstein’in ileri sürdüğü kuram, ölçüm bakımından daha hassastır ve hata payı bakımından Newton yasalarına oranla daha düşüktür.

Gelelim diğer kuram olan Genel Görelilik Kuramı’na... Bu kuram ise evrendeki kütleçekim ile uzay-zaman arasındaki ilişkiyi ortaya koyan bir kuramdır. Einstein, yüksek kütleçekimine sahip yerlerde zamanın yavaşladığını söylemiştir. Bu etkiyi günümüzde popüler olan kara delik etrafındaki ışığın ve uzay-zamanın davranışını açıklamada ayrıca küresel konumlandırma sistemi olan GPS uydularının senkronizasyonunda görüyoruz.

Pixabay

Bu yazımızda, Einstein’ın ilk kuramı olan Özel Görelilik Kuramı’nın sonuçları dahilinde zamanda yolculuk fikrinden yola çıkacağız. Zamanda ileriye gitmek mümkündür. Bunu, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden atom altı parçacıklar hakkında deneyler yapılan CERN’de defalarca gözlemlemiş bulunuyoruz. Kararsız olan bu parçacıkların hızları ışık hızına yakın hızlara çıkarıldığında yarı ömür süreleri, düşük hızlardaki yarı ömür sürelerine göre artış göstermektedir.

Peki bu durum, ışık hızına yakın hızda hareket eden parçacığın davranışında ekstra bir değişikliğe sebep oluyor mu? Hayır, yani parçacık için geçen zaman algısı tıpkı düşük hızlardaki zaman algısı gibi, yani ona ekstra bir zaman kazandırmıyor fakat o parçacığı gözlemleyen bizler için şu durum ortaya çıkıyor: Onu ağır çekimde hareket ediyormuş gibi görüyoruz. Evet oldukça garip sonuçlar fakat gerçek!

CERN

Peki gelelim şimdi ışığa! Işık dediğimiz olgu, elektromanyetik alanın kuvvet taşıyıcı parçacığı olan, durağan kütleleri 0 olan “foton”lardan meydana gelir. Bu fotonlar enerji paketçikleri olup evrende ışık hızında (c=299.792.458 m/s, yani 300.000 km/saniye hızda) hareket ederler. Evrende bu hızı aşabilecek herhangi bir şey yoktur. Çünkü Einstein’ın meşhur $E=m{c}^2$ bağıntısı olan kütle-enerji eşdeğerliği bunun için sonsuz enerji gerektiğini ve bunun da evrende mümkün olmadığını göstermektedir. Yani ışık hızı, evrendeki her şey için limit hızdır.

Işık hızı limit hız ise bunun sonuçlarına bir göz atalım: Yaşadığımız evrendeki bazı gök cisimlerinin bizlere olan uzaklığı ve ışık hızının sabitliği nedeniyle bu durum aslında bizleri birer sanal zaman yolcusu yapmakta. Yani gökyüzüne baktığımızda evrende geçmişe bakıyoruz. O gördüğümüz gök cisimlerinden gelen ışık, aslında o cismin o anki görüntüsüne ait değil, geçmişteki görüntüsüne ait. Muhteşem değil mi?

Şimdi geçmişe olan yolculuğumuza Samanyolu Galaksisi’ndeki 200 milyar yıldızdan biri olan Güneş Sistemi’mizin yıldızı olan Güneş’le başlayalım. Güneş’in bizim yaşadığımız gezegen olan Dünya’ya uzaklığı 149.600.000 km’dir. Biz bu uzaklığa "1 Astronomik Birim" (1 AU) diyoruz. Diğer gökcisimlerinin uzaklığını da bu birim üzerinden hesaplıyoruz. Peki, Güneş’e baktığımız anda Güneş’in ne kadar önceki halini görüyoruz?

Pixabay

Aramızdaki uzaklık yaklaşık 150.000.000 km ve ışık saniyede yaklaşık 300.000 km yol alır. Bu da dakikada 18.000.000 km yapar. Uzaklığı bu hıza bölersek 8.3 dakika yapar. Yani bunun anlamı şudur: Biz Güneş’e baktığımızda aslında onun yaklaşık 8 dakika önceki halini görüyoruz.

O halde bu işlemi diğer gökcisimlerinden bazılarına da yapalım. Mesafeler oldukça büyük olduğu için km yerine AU (astronomik birim cinsinden uzaklık) ve ışık yılı kullanacağız. Işık, 1 AU mesafeyi yaklaşık 8 dakikada almaktadır.

Dünya’mıza en yakın mesafede ve çıplak gözle de gözlemlenen gezegen olan Venüs’e bir bakalım. Venüs bizden 0.28 AU uzaklıkta olup bu da yaklaşık 2.3 dakika yapar. Yani Venüs’e baktığımızda 2.3 dakika önceki halini görmüş oluruz.

NASA/Bill Dunford

Diğer en yakın gezegen olan kızıl gezegen Mars bizden 0.52 AU uzaklıkta olup onun yaklaşık 4.2 dakika önceki halini görmekteyiz.

Mars: NASA/JPL-Caltech/MSSS/TAMU | Earth: Bill Dunford

Merkür ise 0.61 AU uzaklıkta olup onun yaklaşık 5 dakika önceki halini görürüz.

NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington

Jüpiter 4.2 AU uzaklığa sahip olup biz onun 33.6 dakika önceki halini görmekteyiz.

NASA/Bill Dunford

O halde Güneş’ten sonraki en yakın yıldız olan Proxima Centauri’yi ele alalım. Yaklaşık olarak bu yıldız, Güneş’in kütlesinin 1/8’ine sahip olup 33 kat daha yoğundur. Kırmızı cüce sınıfında yer alır ve sönük olduğundan çıplak gözle görmek mümkün değildir. Güneşten uzaklığı ise 4.25 ışık yılıdır. Yani biz teleskopla bu yıldıza baktığımızda aslında yaklaşık 4 yıl önceki halini görmüş oluyoruz, yani 4 yıl öncesine bakıyoruz.

Popular Science

Diğer yakın bir yıldız olan ve gece Ay’dan sonraki en parlak gökcismi olan Sirius-A yıldızı, Güneş’ten 8.47 ışık yılı uzaklıktadır. Eğer gece bu yıldıza bakıyorsanız, yaklaşık 8.5 yıl öncesine bakıyorsunuz demektir.

Wikipedia

Diğer bir yıldız olan Procyon yıldızı, Küçük Köpek Takımyıldızı’nın en parlak olanıdır. Gece gözlem yapıldığında gökyüzündeki en parlak 8. yıldız olan bu yıldızın Güneş’imizden uzaklığı ise yaklaşık 11,4 ışık yılıdır. Yani eğer bu yıldıza bakıyorsanız yaklaşık olarak 11 yıl öncesine bakıyorsunuzdur.

cs.astronomy.com

Peki ölçeğimizi biraz daha da büyütelim ve çıplak gözle Dünya’dan görülebilen en uzak gök cismi ve aynı zamanda Samanyolu Galaksisi’ne, yani bize en yakın büyük galaksi olan Andromeda Galaksisi’ne bakalım. Bu durumda ne kadar geçmişe bakmış oluruz? Cevap 2.2 milyon yıl! Çünkü bu galaksi bizden yaklaşık 2.2 milyon ışık yılı uzaklıktadır, yani bize ışığının ulaşması bu kadar yıl sürmektedir. 2 milyon yıl öncesine bakmak oldukça inanılmaz değil mi?

Wikipedia

Bulutsu.org

Yukarıdaki görsel şimdiye kadar ölçülen en uzak patlamaya aittir. Swift Gözlemevi’nden yapılan bu gözlem, gama ışını patlaması yapan, evrendeki ilk yıldızlardan biri olan GRB 090423 yıldızının patlamadan sonraki görüntüsüdür. Bu yıldızın kütlesi Güneş’imizin kütlesinden yaklaşık 40-50 kat daha da fazlaydı. Ayrıca Güneş’imizden 10.000 kat daha parlak olan bu yıldızın ölümü de muazzam oldu. İşte bu patlama bu görselle kaydedildi. Peki bu görsele baktığımızda ne kadar geçmişe bakmış oluyoruz? Cevap, yaklaşık 13 milyar yıl öncesine! Yani evrenimizin başlangıcı olan Büyük Patlama’dan 630 milyon yıl sonrasına! Neredeyse evrenimizin başlangıcı olan ana bakıyoruz... Harika değil mi?

Sonuç olarak ışık sayesinde evrenimizin geçmişine gözatmış olduk. Büyük Patlama'dan günümüze gökyüzündeki yıldızların ölüm ve doğumlarına tanıklık etmenin aslında bizim geçmişimize de tanıklık etmek olduğunu gördük.

Işık sayesinde evrenin geçmişine bir yolculuğa çıkabilir ve herşeyin nasıl başladığını keşfedebiliriz. Evrenimizin hikayesi aslında bizim hikayemiz. - Prof. Brian Cox