Evrende dönen karanlık işler-4
Genel Görelilik Teorisi enerji ve basıncı olan her varlığın uzay-zamanın yapısını etkilediğini söyler. Mesela ağır cisimlerin etrafında uzay-zaman bükülür ve bunu ışığın izlediği yola bakarak gözlemleyebiliriz. Enerjinin uzay-zamana bir diğer etkisi de onu genişletmesi ya da daraltması. Bu Einstein’ın da fark ettiği bir olaydı. Fakat Einstein 1900’lerin başında bu teorisini geliştirirken önde giden düşünce evrenin durağan olduğu, yani genişlemediği veya daralmadığıydı.
Bu yüzden Einstein, durağan bir evren elde edebilmek için, denklemlerine kozmolojik sabit denilen bir sayı ekledi. Bu sabit evrenin içindeki diğer enerji kaynaklarına zıt bir şekilde çalışacak ve onların kütle çekimsel etkilerini dengeleyerek evrenin durağan kalmasını sağlayacaktı. Fakat evdeki hesap çarşıya uymadı. Diğer fizikçiler hemen fark ettiler ki Einstein’ın elde etmeye çalıştığı bu “denge” çok kırılgandı. Bir piramidin en tepe noktasına konmuş bir top düşünün. En küçük bir rüzgârda bile top hemen bir yönde yuvarlanmaya başlar. İşte bunun gibi, eğer evrendeki enerji miktarında küçücük bir değişim olursa, kozmolojik sabit ipin ucunun kaçmasına yol açıyordu denklemlerde.
Hubble 1929 yılında evrenin genişlediğini gösterdikten sonra Einstein kozmolojik sabit fikrini tamamen çöpe attı. “En büyük hatam” dediği kozmolojik sabit genişleyen bir evrenin gitgide daha çok genişlemesine sebep olacaktı ve Einstein evrenimiz için böyle bir kadere inanmıyordu. Yaklaşık 70 yıl sonra öğrendik ki Einstein farkında olmadan haklıydı, çünkü evrenimiz gittikçe hızlanan bir şekilde genişliyor! Önceki yazımda belirttiğim gibi bu ivmeli genişlemeye sebep olan enerji türüne karanlık enerji diyoruz. Peki, karanlık enerji nedir?
Karanlık enerjiye dair spekülasyonlar daha az
Hakkında yüzlerce hipotez olan karanlık maddeye kıyasla karanlık enerji hakkındaki spekülasyonlar daha az. En popüler karanlık enerji adayı Einstein’ın kozmolojik sabiti. Bu sabite vakum, yani boşluk, enerjisi de deniyor. Bu sabit boş uzay-zamana atanan bir enerji miktarı. Burada “boş” demek diğer tür enerji kaynaklarının olmaması demek, mesela ışık ya da elektronların olmaması. Uzay-zaman genişledikçe evrendeki toplam boşluk enerjisi artıyor, çünkü “boşluk” artıyor. Bu enerjinin yoğunluğu çok az, metreküp başına neredeyse 1 proton kütlesi kadar karanlık enerji düşüyor. Fakat uzay-zaman çok geniş. Böylece toplam karanlık enerji miktarı diğer enerji çeşitlerinden çok daha fazla.
Boşluğun bir enerjiye sahip olması aslında fizikte bilinen ve anlaşılan bir durum. Elektronlar, protonlar gibi parçacıkların etkileşimlerini anlamak için de kullandığımız kuantum alan teorilerine göre parçacıklar fiziki olarak var olabilirken sanal olarak da varlar. Bu sanal parçacıklar boşluk enerjisine katkıda bulunuyor. Bildiğimiz etkileşimlerden gelen boşluk enerjisinin miktarını hesaplayabiliyoruz. Bu hesabı yaptığımızda ortaya çıkan bir sorun var. Beklenen boşluk enerjisi ölçülenden trilyonlarca kat daha fazla! Evrenin ivmelenerek genişlemesine çözüm olarak getirilen kozmolojik sabit birdenbire probleme dönüşüyor bu enerji fazlalığı yüzünden.
Kozmolojik sabit ya da vakum enerjisi, problemi parçacık fizikçilerin ince ayar problemi dedikleri bir problem tipi. Bu problemi çözmenin bir yolu iki çok büyük enerji kaynağının birbirinin uzay-zamana olan etkilerini yok ettiğini varsaymak. Ama tamamen yok etmiyorlar, küçücük bir miktar karanlık enerji kalıyor geride. Bu iki çok büyük miktardan küçücük bir miktara ulaşma oyunu çok dikkatli ince ayar gerektiriyor. Fizikçiler arasında beğenilmese de çok kullanılan bir oyun bu. Yine de tam bir fiziksel model değil, çünkü bildiğimiz fizikten gelen vakum enerjisini neredeyse tamamen yok eden diğer zıt enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz.
Kısacası, karanlık enerji ve kozmolojik sabit yüzyılı aşkın bir süredir evreni anlamamıza açıklık getirmek yerine birçok sürpriz ve problem sundu bizlere. Einstein’ı bile kendinden şüpheye düşüren bu olay fizikçileri de çok meşgul ediyor.