Kozmologlar entelektüel zaman gezginleridir. Milyarlarca yıl geriye baktığımızda, bu bilim adamları Evrenimizin evrimini şaşırtıcı bir ayrıntıda izleyebiliyorlar. Sonraki eonslar üzerinde, kozmosumuz o kadar büyük bir boyuta ulaştı ki artık diğer tarafını göremeyiz.
Ama bu nasıl olabilir? Işığın hızı kozmik bir hız sınırına işaret ediyorsa, fotonları sonsuza dek ulaşamayacağı uzay-zaman bölgeleri nasıl olabilir? Ve olsa bile, onların var olduklarını nasıl bilebiliriz?
Genişleyen Evren
Fizikteki diğer her şey gibi, Evrenimiz de mümkün olan en düşük enerji durumunda var olmaya çalışır. Ama yaklaşık 10-36 Büyük Patlama'dan saniyeler sonra, enflasyonist kozmologlar kozmosun kendisini “sahte vakum enerjisinde” dinlendiğine inanıyorlar - bu gerçekten düşük bir nokta değil. Vakum enerjisinin gerçek nadirini arayan, bir anın bir dakikasının üzerinde, Evrenin 10 faktörle balonlandığı düşünülmektedir.50.
O zamandan beri, Evrenimiz genişlemeye devam etti, ancak çok daha yavaş bir hızda. Bu genişlemenin kanıtlarını uzak nesnelerden gelen ışıkta görüyoruz. Bir yıldızın veya galaksinin yaydığı fotonlar Evrende yayıldıkça, uzayın gerilmesi enerji kaybetmelerine neden olur. Fotonlar bize ulaştıktan sonra, dalga boyları kat ettikleri mesafeye göre yeniden kaydırılmıştır.
Bu yüzden kozmologlar kırmızıya kaymadan hem uzay hem de zamana mesafenin bir fonksiyonu olarak bahsederler. Bu uzak nesnelerden gelen ışık o kadar uzun süre seyahat ediyor ki, sonunda onu gördüğümüzde, milyarlarca yıl önce nesneleri görüyoruz.
Hubble Hacmi
Kırmızıya kaymış ışık, uzak geçmişte olduğu gibi galaksiler gibi nesneleri görmemizi sağlar; ama göremiyoruz herşey Tarihimiz boyunca Evrenimizde meydana gelen olaylar. Kozmosumuz genişlediğinden, bazı nesnelerden gelen ışık göremeyeceğimiz kadar uzaktır.
Bu sınırın fiziği, kısmen, Hubble hacmi adı verilen çevreleyen uzay-zaman dilimine dayanır. Burada, Hubble parametresi (H0), uzaktaki nesnelerin görünür durgunluk hızlarını kırmızıya kaymalarıyla ilişkilendiren bir değer. İlk olarak 1929'da Edwin Hubble uzak galaksilerin ışıklarının kırmızıya kaymasıyla orantılı bir oranda bizden uzaklaştıklarını keşfettiklerinde hesaplandı.
Işık hızını H ile bölme0, Hubble hacmini alıyoruz. Bu küresel kabarcık, tüm nesnelerin merkezi bir gözlemciden ışık hızından daha düşük hızlarda uzaklaştığı bir bölgeyi çevreler. Buna uygun olarak, Hubble biriminin dışındaki tüm nesneler merkezden uzaklaşırDaha hızlı ışık hızından daha fazla.
Evet, “ışık hızından daha hızlı.” Bu nasıl mümkün olabilir?
Görelilik Büyüsü
Cevap, özel görelilik ve genel görelilik arasındaki farkla ilgilidir. Özel görelilik, “ataletsel referans çerçevesi” olarak adlandırılan şeyi gerektirir - daha basit bir arka plan. Bu teoriye göre, tüm atalet referans çerçevelerinde karşılaştırıldığında ışık hızı aynıdır. Bir gözlemci hala Dünya gezegenindeki bir park bankında oturuyor ya da fütüristik bir yüksek hızlı roket gemisinde Neptün'ü geçiyor olsun, ışığın hızı her zaman aynıdır. Bir foton her zaman gözlemciden saniyede 300.000.000 metre hızla uzaklaşır ve asla yakalanmaz.
Bununla birlikte, genel görelilik, uzay-zamanın dokusunu tanımlar. Bu teoride ataletsel referans çerçevesi yoktur. Spacetime, kendisinin dışındaki herhangi bir şeyle ilgili olarak genişlemiyor, bu nedenle ışığın hızı üzerinde bir sınır olarak hızı uygulanmaz. Evet, Hubble küremizin dışındaki gökadalar bizden ışık hızından daha hızlı geri çekiliyor. Ancak galaksilerin kendileri herhangi bir kozmik hız sınırını kırmıyor. Bu galaksilerden birinde bulunan bir gözlemci için hiçbir şey özel göreliliği ihlal etmez. Aramızdaki gökadalar arasında hızla çoğalan ve katlanarak uzanan boşluktur.
Gözlemlenebilir Evren
Şimdi bir sonraki bomba için: Hubble hacmi, gözlemlenebilir Evren ile aynı şey değil.
Bunu anlamak için, Evren yaşlandıkça, uzak ışığın Dünya'daki dedektörlerimize ulaşmak için daha fazla zamanı olduğunu düşünün. Mevcut Hubble hacmimizin ötesinde hızlanan nesneleri görebiliriz çünkü bugün gördüğümüz ışık, içinde bulundukları sırada yayılmıştır.
Açıkça söylemek gerekirse, gözlemlenebilir Evrenimiz parçacık ufuk. Parçacık ufku, şu anda görebileceğimiz en uzak ışığa olan mesafeyi işaret ediyor - yavaşça genişleyen Hubble küremizin içinde kalmaya veya yetişmeye yetecek kadar zamanı olan fotonlar.
Ve bu mesafe nedir? Her yönde 46 milyar ışık yılı biraz daha fazla - gözlemlenebilir Evrenimize yaklaşık 93 milyar ışık yılı veya 500 milyar trilyon milden fazla bir çap kazandırıyor.
(Kısa bir not: parçacık ufku, kozmolojik olay ufku. Parçacık ufku, geçmişte şu anda görebildiğimiz tüm olayları kapsar. Diğer yandan kozmolojik olay ufku, gelecekteki bir gözlemcinin bugün uzay-zamanın küçük köşesinin yaydığı eski ışığı görebileceği bir mesafeyi tanımlar.
Başka bir deyişle, parçacık ufku, eski ışığı bugün görebildiğimiz geçmiş nesnelere olan uzaklıkla ilgilenir; kozmolojik olay ufku, Evrenin uzak bölgeleri olarak seyahat edebilecek günümüz ışığımızın bizden uzaklaştığı mesafe ile ilgilidir.)
Karanlık enerji
Evrenin genişlemesi sayesinde, kozmosun, ışıklarının bize ulaşması için sonsuz bir süre bekleyebilsek bile, asla göremeyeceğimiz bölgeler var. Peki ya bugünkü Hubble hacmimizin hemen ötesindeki alanlar? Bu küre de genişliyorsa, bu sınır nesnelerini görebilecek miyiz?
Bu, hangi bölgenin daha hızlı genişlediğine bağlıdır - Hubble hacmi veya Evrenin hemen dışındaki kısımları. Ve bu sorunun cevabı iki şeye bağlıdır: 1) H0 artmakta veya azalmakta ve 2) Evrenin hızlanıp yavaşlanmayacağı. Bu iki oran yakından ilişkilidir, ancak aynı değildir.
Aslında, kozmologlar aslında H'nin0 azalıyor; ama karanlık enerji yüzünden Evrenin genişlemesinin hızı artıyor.
Bu mantıksız gelebilir, ancak H0 daha yavaş azalır oran Evrenin genişleme hızının arttığından daha fazla, gökadaların bizden uzağa genel hareketi hala hızlandırılmış bir hızda gerçekleşiyor. Ve şu anda kozmologlar, Evrenin genişlemesinin Hubble hacminin daha mütevazı büyümesini geride bırakacağına inanıyorlar.
Hubble hacmimiz genişlemesine rağmen, karanlık enerjinin etkisi sürekli artan gözlemlenebilir Evren için zor bir sınır sağlıyor gibi görünüyor.
Dünyevi Sınırlarımız
Kozmologlar, gözlemlenebilir Evrenimizin bir gün nasıl görüneceği ve evrenin genişlemesinin nasıl değişeceği gibi derin sorular üzerinde iyi bir ele sahip gibi görünüyorlar. Ancak nihayetinde, bilim adamları geleceğe dair soruların cevaplarını ancak günümüz Evren anlayışına dayanarak kuramsallaştırırlar. Kozmolojik zaman çizelgeleri o kadar düşünülemez ki, Evrenin gelecekte nasıl davranacağına dair somut bir şey söylemek imkansızdır. Bugünün modelleri mevcut verilere oldukça iyi uyuyor, ancak gerçek şu ki, hiçbirimiz tahminlerin tüm sonuçlara gerçekten uyup uymadığını görmek için yeterince uzun yaşayacağız.
Hayal kırıklığı? Elbette. Ama cılız beyinlerimizin böyle zihin bloglama bilimini düşünmelerine yardımcı olmak için çaba sarf etmeye değer - her zamanki gibi kurgudan sadece yabancı bir gerçek.
