GECE NEDEN KARANLIK ?

Bundan  yaklaşık 100 yıl kadar önce bilim adamları gökyüzünün gündüz neden mavi olduğunu buldular. Ancak, bundan çok daha basitmiş gibi görünen “ Gökyüzü gece neden karanlık ? ” sorusunun yanıtı, 20. yüzyılın ortalarına kadar gizemli kaldı. Artık bildiğimiz bu yanıtın ortaya çıkarılmasının uzunca bir öyküsü var.

Daha çok bir çocuğun aklına gelebilecek böyle bir soruyla karşılaştığınızda hemen “ Güneş gökyüzünde olmadığı için” gibi bir yanıt aklınıza gelebilir. Ancak, biraz daha ayrıntıya indiğinizde bu sorunun yanıtı vermenin hiç de o kadar  kolay olmadığı ortaya çıkıyor.

Eğer evren sonsuz genişlikte olsaydı ve sonsuz sayıda yıldız içeriyor olsaydı, gece gökyüzü göz alıcı derecede parlak olurdu. Gökyüzününü neden karanlık olduğu sorusunun ilk ortaya çıkışı eskiye, 1500’ lü yıllara dayansa da unun üzerinde ciddi anlamda ilk düşünen kişi Heinrich Wilhelm Olbers oldu. İşte kuramla gözlemsel verilerin bu denli farklı oluşu nedeniyle bu içinden bir türlü çıkılamayan duruma Olbers Paradoksu dendi.

Olbers’ in asıl mesleği doktorluktu. O, birçok kuyrukluyıldız ve asteroidin  keşfine de imza attı. 1823 yılında evrenle ilgili bir makale yazdı. Bu makalesinde, yıldızların evrenin her yerine dağılmış olduğunu varsayıyordu. Dünya’ ya yakın olanların daha parlak görünmelerine karşılık bunların sayısı azdı. Çok daha uzakta bulunan yıldızlarsa daha sönük görünüyorlar fakat, aynı alana çok daha fazla yıldız düşüyordu. Bu çok mantıklı bir yaklaşım. Yıldızlara belirli bir görüş açısıyla baktığınızda, aynı görüş alanına  uzakta çok daha fazla yıldız düşer. Eğer evren sonsuzsa, gökyüzündeki her noktada bir yıldız olması ve gökyüzünün her yerinin Güneş’ in yüzeyi kadar parlak olması gerekirdi. Olbers, makalesinde şunları yazmış:

“ Dünya ne kadar şanslı ki gökyüzünün her yanından yıldız ışığı gelmiyor. Eğer öyle olsaydı, gökbilim pek az gelişecekti. Yıldızları tek tek gözlemleyemeyecek, Güneş’ i sadece üzerindeki lekeler sayesinde tanıyabilecektik. Gezegenler ve Ay ise, Güneş kadar parlak bir fondaki karanlık diskler olarak görülecekti.”

O zamanlar, Olbers’ in makalesi pek ilgi görmedi. Zaten, gökyüzünün geceleri karanlık oluşunu irdeleyen tek kişi o değildi. Bu konuda ilk olma onuru, bilindiği kadarıyla İngiliz Tomas Digges’ e ait. Digges, uzaktaki yıldızların çok sönük oldukları için görülemediklerini öne sürdü.

Açıklaması anlamlı görünmekle birlikte yalnıştı. Her bir atomu, göremeyeceğimiz kadar küçük olduğu halde bu yazıyı nasıl görebiliyorsak, yıldızların toplam ışığı da ne kadar uzak olurlarsa olsunlar görünür olacaktır. Benzer biçimde, hiçbir yıldızını çıplak gözle ayırt edemediğimiz halde, 2 milyon ışık yılı uzaklıktaki Andromeda galaksisini rahatlıkla görebiliyoruz.

Digges’ in sonsuz bir evreni benimsemiş olmasına karşın, aynı zamanda yaşamış olan ünlü Alman gökbilimci Kepler, onun düşüncesine karşı çıktı. Kepler, sonsuz bir evrende, Güneş’ in öteki yıldızların ışığında kaybolacağını düşündü ve bu yıldızlarla aramızda onların ışığını engelleyen duvar gibi bir şey bulunabileceğini öne sürdü.

Yaklaşık 100 yıl kadar sonra, Edmond Halley de bu konuyu ele aldı. 1721’ de İngiltere Kraliyet Topluluğunun önünde konuşan Halley, bu konudaki iki ayrı olasılığı dile getirdi. İlk olarak, bir hesap hatası yaptı ve uzaktaki çok sayıda yıldızın toplam ışığının, daha az sayıda ancak yakında bulunan yıldızların ışığından çok daha az olduğunu öne sürdü. İkinci bir olasılık ise, Digges’ in düşündüğünün aynısı.

Karalık gökyüzü nü aydınlığa kavuşturma yolunda çaba gösteren bir başka isim de İsviçreli gökbilimci Jean Philippe Loys de Cheseaux oldu. Digges ve Halley’ den farklı olarak, görülemeyecek kadar uzaktaki yıldızların da evrene ışık saçtığı gerçeğini atlamadı. Gökyüzünün karanlık oluşunu, uzayın saydam olmayışına bağladı.

Cheseaux ve Olbers yanılmışlardı. Uzayın tam anlamıyla saydam olmadığı doğru, ancak ışığı soğuran maddenin varlığı gecemizin karanlık olması için yeterli değil. Işığı soğuran madde de ısınarak aldığı enerji kadar ışıma yapar. Bu durumda ışığı soğuran madde de yıldızlar kadar parlak olacaktır.
 

İŞTE ÇÖZÜM

Şaşırtıcı ama Olbers paradoksuna ilk doğru yaklaşım bir gökbilimciden değil, Amerikalı bir şair ve yazardan geldi. Bu kişi, eserlerinde korku ve doğaüstü konuları işlemesiyle tanınmış Edgar Allan Poe’ ydu. Karanlık, Poe’nun çalışmalarının ana konusuydu. Evrenbilimci Edward Harrison, Poe’ nun Olbers paradoksunu ölümünden bir yıl önce, 1848 yılında yazdığı ” Eureka “ adlı bir denemesinde çözdüğünü fark eden ilk kişi oldu. Olbers paradoksu denemede şöyle anlatılıyor:

“ Yıldızların sayısı sonsuz olsaydı, gökyüzünün her yanı eşit derecede parlak, yani gökyüzünün her noktasında bir yıldız olurdu. Oysa, gökyüzüne teleskoplarla baktığımızda, hiçbir ışığın gelmediği boş bölgeler görebiliyoruz. Bu bölgeler, henüz ışığın bize ulaşamadığı yerlerdir. ”

Kısacası, Poe’ nun söylemek istediği, uzaktaki yıldızların gecemizi aydınlatamayışının nedeninin, ışıklarının henüz bize ulaşacak kadar zaman geçmemiş olmasıydı. Evrenin yaşından daha uzak mesafeleri göremeyiz. Yani, evrenin yaşının yaklaşık 13 milyar yıl olduğunu varsayarsak, 13 miyar ışık yılından daha uzaktaki yıldızları göremeyiz. Karanlık gökyüzü, bir bakıma evrenin belli bir süre önce doğduğuna kanıt oluşturuyor. Eureka’ da bir Alman gökbilimci olan Johann Madler adı sıkça geçer. 1858’ de Eureka’ dan 10 yıl sonra basılan kitapta, Madler’ in açıklaması Poe’ nunkini temel alıyordu. Madler’ in açıklaması şöyle:

“ Işığın hızı sınırlıdır. Yaradılıştan bu yana geçen süre de sınırlıdır ve biz ancak bu sınırlı süre içinde ışığın ulaşabileceği kadar uzağı görebiliriz. Uzaktaki yıldızların ışıklarının bize ‘ ulaşamadığı ‘ değil, ‘ henüz ulaşmadığı ‘ şeklinde bir açıklama daha doğru olur. “

İskoç matematikçi ve fizikçi Lord Kelvin, 1901’ de bu tezin biraz daha ayrıntılı bir uyarlamasını yaptı. Kelvin’ e göre, gecenin aydınlık olabilmesi için, yüzlerce trilyon ışık yılı öteyi görebiliyor olmamız gerekir. Ancak, evren bundan çok daha genç olduğundan gece karanlıktır.
 

PARADOKSUN YENİDEN KEŞFİ

Olbers paradoksu, yüzyıllar süren uzun bir öykü olsa da 1950’ li yıllara değin ünlü olamadı. Olbers’ in dönemindeki gökbilimcilere bu konudan söz etseydiniz muhtemelen neden bahsettiğinizi anlamayacaklardı bile.

Uzuca bir aradan sonra Olbers paradoksu1952’ de Hermann Bondi’  nin “ Evrenbilim “ adlı kitabında yer aldı. Bondi, durağan evren savunucularından biriydi. Bu model, büyük patlamayı reddediyor, evrenin her zaman var olduğunu kabul ediyordu. Evrenin yapısı gerçekten böyle olsaydı, Poe’ nun uzaktaki yıldızların ışığının bize ulaşacak zamanının olmadığı düşüncesi yalnış olurdu. Evren sonsuz yaşında olsaydı  gökbilimciler sonsuz sayıda yıldız görürlerdi.

Durağan modeli benimseyenlere göre genişleme bu sorunu çözüyor. Evrenin genişlemesi, ışık dalgalarının genişlemesine, yani kırmızıya kaymasına yol açar. Evrende ne kadar uzağa bakarsanız, ışığın o kadar kırmızıya kaydığını görürsünüz. Işık kırmızıya kaydığında enerjisi azalır. Uzaklık çok arttığında, örneğin sonsuz bir evrende sonsuz denebilecek uzaklıkta ışığın enerjisi o kadar azalır ki gökyüzü karanlık olur. Durağan evren modelini benimsemiş olan gökbilimci Fred Hoyle, “ Gökbilimin öncüleri ” adlı kitabında, gökyüzünün karanlık oluşunu basitçe şuna bağlıyor:

“ Gökyüzü  gece karanlıktır. Çünkü evren genişliyor. “

Sadece durağan evren için geçerli olan bu açıklama bu modelin geçerliliğini yitirmesiyle anlamsız kalmıştır.
 

EVRENİN ENERJİ SORUNU

Gökyüzünün, evrenin henüz çok genç oluşu sebebiyle karanlık olduğu konusunda gökbilimciler aynı düşünceyi paylaşıyorlar. Harrison, 1964 yılında, görülebilen evrenin gökyüzünü aydınlatması için ne kadar enerji gerekeceğini hesaplamaya çalıştı. Ortaya çıkan sonuç şaşırtıcıydı. Görülebilen evrendeki yıldızların yaydığı enerji çok azdı. Gökyüzünün Güneş’ in yüzeyi kadar parlak olabilmesi için, Harrison’ un hesaplarına göre, evrenin 10 trilyon kat daha fazla enerjiye sahip olması gerekirdi. Yani her bir yıldız olduğundan 10 trilyon kat daha fazla ışık yaymalıydı.

Evren genişledikçe yıldız sayısının artacağını söyleyemeyiz. Buna bağlı olarak, evrendeki enerji miktarının da artması beklenmez. Ayrıca yıldızların sonsuza kadar parlamadığını da unutmamak gerekir. Evrendeki yıldız oluşumu büyük patlamadan yaklaşık 3- 4 milyar yıl sonra en yüksek hızına ulaştı. O zamandan bu yana yıldız oluşum hızı giderek düştü, ilk oluşan yıldızların önemli bir bölümü artık parlamıyor bile.

Evrenin yaşı arttıkça nükleer yakıtını tüketerek sönen yıldızların sayısı da artacaktır. Bununla birlikte yeni oluşacak yıldızların ham maddesi de giderek azalıyor. Eğer evren çok yaşlı olsaydı yıldızlar yakıtlarını tüketmiş, çoktan sönmüş olacaklardı.

Evrenin genişlemekte olduğu artık kesin. Yakın zamana değin bu genişlenmenin yavaşlayarak sürdüğü sanılıyordu. Çünkü, kütleçekiminin genişletmeyi yavaşlatması beklenirdi. Ancak, evrenin görebildiğimiz en uzak bölgelerinde gözlenen süpernovaların, gözlenenden daha parlak olmaları gerekiyordu. Ama, bir şekilde, evrenin bu süpernovaların ışığını “ kırmızıya kaydırmak “ için daha çok zamana sahip olduğu anlaşıldı. Bunun için, artan bir hızda genişlemesi gerekiyordu.

Bu şaşırtıcı gerçek, yani evrenin genişlemesinin hızlanması, görece yakınımızdaki gökadaların da hızlanarak bizden uzaklaştığı anlamına geliyordu. Buna bağlı olarak, milyarlarca yıl sonra gece gökyüzünün giderek daha karanlık olacağını, teleskopların daha boş alanlara bakacağını söyleyebiliriz.

Gökyüzü, karanlık kalabilmesi için iki kez korunuyor: evren henüz çok genç ve yıldızların yaydığı enerji, gökyüzünü aydınlatacak kadar yeterli değil.

Gökbilimciler, gökyüzünün gece neden karanlık olduğunu artık bu şekilde açıklıyorlar. Olbers paradoksunu çözen kişinin bir yazar olması da  amatör bilim adamlarının, bazen profesyonel bilim adamlarının gözünden kaçan gerçekleri bulabileceklerini gösteriyor.

Bilim ve Teknik Dergisi, Subat 2002, sayı 411 Alp Akoğlu’ nun makalesinden aktarılmıştır.