Gece gökyüzü neden karanlıktır?

0
152

• Eğer evren sonsuzsa, yıldızlar arasında hiçbir karanlık yer görülmemesi gerekir. Zira uzaya baktığımızda gök kubbenin her noktasını ışıklı yüzleriyle kapayan uzak ya da yakın bir yıldız bulunmalıdır. Bu çelişki şimdi açıklanmaktadır.

Gece niçin karanlıktır?” eski bir soru olup, cevabı verildikten sonra bile gizemini korumakta, mantığa olduğu kadar duyguya da hitap etmektedir. Sanki bir çocuk sormaktadır: Gece niçin aydınlık değildir? Gün batınca gökyüzü niçin kararır? Aynı zamanda şiirsel bir konu olan sorunun cevabını da ilk önce bir şair vermiştir: Kesin olarak (daha doğrusu gene de geçici bir kesinlikle) ancak 130 yıl sonra cevabı bulunacak olan bu kozmolojik bilmecenin çözümüne 1845 yılında “Eureka” dergisinde Edgar Allan Poe adlı şair bir başlangıç yapmıştır. Bunda şaşılacak bir şey yoktur, çünkü Poe’nin yazdığına göre “şiir ve gerçek birleşik bir bütündür”.
Mitolojik açıklamaları geçelim. Zaten yeterince efsane taşıyan bilime bir yenisini eklemeyelim. Gökyüzü gece karanlıktır, zira güneş batmıştır ve yıldızların -gece hırsızlarını ve uyurgezerleri-aydınlatmak için ışıklan çok zayıf gelmektedir. Bu söz saçma değildir, ama bir açıklama da sayılmaz. Bir ormanı gözümüzde canlandıralım: ağaçlar çok seyrek değilse ormanda bulunan bir kişinin bütün görüş ufku ağaç gövdeleri ile kapanmış olacaktır Eğer uzaydaki yıldızlar ormanı sonsuza dek uzanıyorsa, bakış alanımıza giren her yerde mutlaka bu gökyüzü ağaçlarının ışıltısına rastlamamız gerekmektedir. İşık saçan yıldızlarla dopdolu sınırsız bir evrende, gökyüzünün tamamı güneşimizin yüzeyi gibi parlak görünmelidir.
Halbuki gerçek böyle değildir. Niçin? Bu orman benzetmemizde hatalı olan nedir? Belki bu biçimde değil, fakat kozmolojik mantığı bilerek meseleyi ortaya koymak için dahası gerekir: Evren sonsuz mudur, sonlu mudur? İmparator II. Radolphe’un matematikçisi olan Kepler bu paradoks üzerine ilk eğilenlerdendir. Fakat ileri sürdüğü çözüm yanlıştır. Galile ye yazdığı bir mektupta bu konuda geliştirdiği açıklamalardan şöyle söz etmektedir. “Tereddütsüz olarak kabul ettiğiniz gibi gibi 10.000’den fazla gözle görünen yıldız vardır. Yıldızlar sayıca ne kadar fazla ve yakın kabul edilirse sonsuz bir evrene karşı kanıtlarım o kadar güç kazanacaktır. Eğer güneşimize benzer yıldızlarla dopdolu olan evren sonsuza kadar uzansaydı gök kubbenin güneşin yüzü gibi ışıklı görünmesi gerekirdi.” Şu halde seçeneğimiz açıktır: Sonlu bir evren içinde yıldızlı bir gök kubbe, ya da sonsuz bir evren içinde kesiksiz ve sürekli bir ışıklılık. Kepler tezinin karşıtlarını savunmasız bıraktığını düşünüyordu. Fakat bu tezin hemen sonrasında Newton bilim dünyasında sonsuz bir evren kavramına arka çıkmıştır. Böylece çözülmüş gibi görünen paradoks yeniden ortaya çıkmıştır.
Kendi adıyla anılan kuyruklu yıldızın kaşifi Edmund Hal-ley de bir çözüm ileri sürme girişiminde bulunmuştur. Royal Society ve henüz hayatta olan Newton’un bizzat önünde, uzak yıldızların ışıldarının çıplak gözle algılanabilmesi için çok zayıf olduğunu açıklamıştır. Newton bu açıklama karşısında sessiz kalmıştı. Ama yine de Halley’in muhakemesi yanlıştı. Bugünkü bilgilerimizle biliyoruz ki, örneğin bir atomun yaydığı ışık görülmüyorsa bu durum, bir çok atomun ışıklarının da görülmez olmasını gerektirmez Yıldızlar bu kuralın dışında tutulamaz.
Bu olaydan birkaç yıl sonra genç bir İsviçreli astronom olan Jean Philippe Loys de Chesseaux gece karanlığının, yıldızların ışığının uzayda yayılan bir “flüid” tarafından soğulmasından ileri geldiğini öne sürmüştür. 1823’de Alman fizikçi Heinrich Olbers benzeri bir çözüm önermiştir: Yıldızlar ormanı yalnız yakın yıldızlan belli eden bir sis tarafından karartılmıştır. (Olbers paradoksu).

1848 yılında John Herschel, yıldızların ışığını soğuran bir flüidin ışığı daha da artıracağını kanıtlamıştır. Paradoksun çözümü için bir bin içindeki evrenler halinde tasarlanan “Kant” düşüncesini önermiştir. Bu varsayımı anlamak için bir an orman örneğine dönelim. Ormanın merkezinde iken bütün ağaçları görmek olanaksızdır. Bize en yakın olanlar görüş alanımızı kapatır. Görüş sının ortalama olarak ağaç başına düşen arazi yüzeyi ve bir gövdenin ortalama kalınlığı arasındaki oranla belirlenir. İki ağaç arasındaki uzaklık on metre ise her ağaç ortalama olarak 100 m2(10×10) lik bir yer işgal eder. Her ağaç gövdesi için 50 cm lik bir çap kabul edilirse 10 m lik kenarını kapatmak için yan yana yirmi ağaç gereklidir. Ağaç dağılımı her yönde rastgele olduğundan yirminci kareye kadar yani 200 m lik bir uzaklık görülebilir. 200 metre yarıçapındaki bir yerin toplam alanı |pi x(200)2] ağaç başına düşen alana (100 m2) bölünürse ağaç sayısı 1257 bulunur. Yıldızlar için de aynı hesap yapılabilir. Bu durumda yıldız başına düşen uzaysal hacminin bir yıldızın yüzeyine oranına göre sınır belirlenir.
Herschel göstermiştir ki, iç içe olduğu varsayılan evrenlerden, içten dışa gidildikçe yıldız sıklığı hızlı bir biçimde azalırsa, görüş alanı sınırı sonsuz olur ve gecenin niçin karanlık olduğu anlaşılmış olur. Orman örneğinde bu durum merkezden dışa doğru gidildikçe ağaçların seyrekleşmesi yani ağaç başına düşen alanın gitgide hızlanarak artmasına eşdeğer olacaktır. Fakat yine de temel aldığı ilke tatmin edici değildir.
Herschel’in çalışmalarını açıkladığı sırada Edgar Allan Poe da Eureka’da bu konuda yayınladığı bir makalede tutkulu bir anlatımla çerçeve içine alarak tasarladığı bir evren kavramını şöyle anlatmıştır: “Sayılarının çokluğu yüzünden tek bir bütün halinde birleşmiş görünen milyarlarca ışıklı cisimden oluşan, altın sansı parıldayan bir gökyüzü çeperi”. Olbers paradoksu için ise şunları not etmiştir: Eğer yıldızların ard arda sıralanmaları sınırsızsa, galaksinin sergilediği gibi, gökyüzünün arka düzleminin bütün ve tekdüze bir ışıklılık arzetmesi gerekir, çünkü bütün bu görünen arka uzay düzleminde yıldız bulunmayan kesinlikle hiç bir nokta bulunmayacaktır. Bu durumda teleskoplarımız tarafından her yönde algılanan boş bölgeleri açıklamanın tek yolu, söz konusu izafi arka düzlemi, bize hiç bir ışığının ulaşamayacağı kadar olağanüstü uzak varsaymaktan ibarettir.” Sezgileri dahice olmakla birlikte açıklamasına kendisi de tam olarak inanmıyor ve sözlerini şöyle bitiriyordu. “Eğer konu böylece açıklanabiliyorsa inkar etmeye kim cüret edebilir?” Ve devam ediyordu. “Ben şahsen bunun böyle olduğuna inanmak için en küçük bir neden olmadığını savunuyorum.” Şu halde Poe’ye göre uzayın karanlığı ışıklan henüz bize ulaşmaya yeterli zaman bulamayacak kadar uzak bir görüş alanı sınırı ile açıklanabiliyordu. Bütün konu şu idi: Sınırlı bir ışık hızı ve yıldızların yaşı.
Bu görüşü bugünkü bilgilerimizle açıklayalım. Durumu ilk önce enerji yönünden ele alalım. Evrendeki ortalama madde yoğunluğu aşağı yukarı bir cm3flik bir hacimde bir hidrojen atomu bulunması gibidir. Einstein’nın çalışmalarından beri kütle-enerji arasındaki eşdeğerlliliği ve birbirlerine çevrilme biçimlerini biliyoruz. Bir an için evrendeki tüm kütle varlığının ışık enerjisine dönüştüğünü (kütle-enerji eşdeğerliliğine (E=mc2) göre kütle bir enerji biçimi olan ışık enerjisine çevrilebilir) tasarlayalım. Hesaplar gösteriyor ki böyle bir durumda ortaya çıkacak ışınım enerjisi 20°K(-253°C) sıcaklık derecesine eşdeğer olacaktır. Elbette bu düzeydeki bir sıcaklık derecesinin yıldızların yüzeyinde bulunan sıcaklık dereceleri ile hiç bir yakınlığı yoktur. Gerçekten de bir benzerlik sağlanabilmesi için 6000°C lik bir sıcaklık gereklidir. Bu nedenle de gökyüzünün sürekli ışıklı görülebilmesi için evrende bulunandan 10.000 milyar kat daha fazla madde ışık enerjisine dönüşmelidir. İşte, gece uzayın karanlık görülmesinin gerekçelerinden birisi budur. Ama bu durum daha önce söylenen kanıtların niçin yanlış olduğunu göstermez. Sonsuz ve durağan (bugün düşünüldüğü gibi genişleme halinde olmayan) Newton tasarımı evrene geri dönelim. İşık, sınırlı bir hızla (300.000 km/s) yol aldığına göre, bir yıldızın bize ulaşan ışıkları, söz konusu yıldız ne denli uzaksa o kadar eskiye ait ola çaktır. Evrendeki madde yoğunluğunu bildiğimizden, maddenin yalnız yıldızlarda toplandığını kabul edersek, görüş alanımızın 1023 ışık yılı mesafeye kadar uzanacağı tahmin edilebilir. Ama güneşimize benzer bir yıldızın ömrü ortalama olarak 10’0 yılı geçmemektedir. Şu halde 1010 ışık yılından daha uzak olan tüm yıldızlar görünmez durumdadır. Parlıyorlar, fakat ışıkları henüz bize ulaşmamıştır. Gördüğümüz semayı kaplamak için varlıktan yeterince uzun sürmemiştir.
Paradoks, Newton’un tasarladığı evrenin tarihsel çizgisi içinde çözümlenmiştir. Bugünkü tasarlandığı biçimde genişleme halindeki bir evrenin çerçevesi içinde durum ne olacaktır? Deyim uygunsa daha da iyi çözümlenmiş olacaktır Çünkü, eğer yıldızlar değişmeyen bir evren hacminin içini aydınlatmıyorsa, şişen bir balon gibi genişleme durumundaki bir evreni aydınlatmak için daha da yetersiz kalacaklardır.
Sonuç çok basittir; Evren karanlığı gidermek için yeterli enerji içermemektedir. Gökyüzünün her zaman Broadway’a benzer biçimde parlaması için, ne yıldızların ne de evrenin yaşının olanak vermeyeceği kadar çok uzak mesafelere ve çok uzak geçmişlere bakabilmek gerekmektedir. Özetle, yıldızların parıltısının evreni aydınlatmak için çok zayıf olduğunun ileri sürülmesi tümüyle mantığa uygundur. Ronsard’ın deyimiyle “ilk gecenin çocukları” bize hiç bir zaman gündüz aydınlığı göstermeyeceklerdir.

Science et Vie’den

Kimler Neler Demiş?

Bildir
avatar
wpDiscuz