Dünyanın en büyük uzay teleskobu James Webb Uzay Teleskobu, Dünya'dan 1,5 milyon kilometre uzakta çalışmaya başladığında, sonsuz büyüklükle ilgili soru işaretleri ortaya çıkmaya devam etmektedir. Örneğin galaksiler nasıl oluştu? 1920'lerden beri evrenin genişlediğini biliyorsak, bunu nasıl ölçebiliriz ve bu kozmosun sonluluğu hakkında neyi ortaya çıkarır? Evren gerçekten sonsuz mu, yoksa sonlu ama sınırsız mı? Kesin olan bir şey var: Bu soru bilim dünyasında hala tartışılıyor.
Evren yaklaşık 13,8 milyar yıl önce Büyük Patlama ile ortaya çıkmıştır. Teoride, var olan her şeyi ifade eder: Uzay, zaman, enerji ve madde. Bu nedenle evreni kenarlarla sınırlandırılmış fiziksel bir nesne olarak düşünmek zordur, çünkü bir kenarın varlığı evrenin bir dışının var olduğu anlamına gelir ki bu da imkansızdır. Öte yandan, uzay pekala sonlu olabilir, ancak kenarları olmayabilir, uzay kendi üzerinde kapanabilir.
Olber Paradoksu ve Sonsuz Evren Fikri
Olber paradoksu, evren sonsuz ve değişmez ise gece gökyüzünün neden karanlık olduğunu sorgulayan bir paradokstur. Bu paradoks, evrenin sonlu yaşı ve gözlemlenebilir evrenimizin sınırları hakkında tartışmalara yol açmıştır.
Görünen ve Görünmeyen Evren
Evren ister sonlu ister sonsuz olsun, onunla ilgili her şeyi gözlemleyemeyiz. Evrenin yaşı "sonlu" olduğu için, sadece sonlu hacmini gözlemleyebiliyoruz: İşte bu gözlemlenebilir (ya da görülebilir) Evren'dir. Muhtemelen tüm evrenin yalnızca %2'sini temsil eden bu hacim içinde ışık her yönde sonlu ve sabit bir hıza sahiptir. Yani bir olay gözlemciye, ışığın ona ulaşması için geçen süre kadar gecikmeli olarak ulaşır.
Gözlemlenebilir evren için bakıldığında bile sınır kavramı önemini korumaktadır, bu nedenle Büyük Patlama öncesi herhangi bir fenomen göremiyoruz. Gerçekten de, gözlemlenebilir evrenin sınırları, ışığın gözlemciye ulaşmasının 13,8 milyar yıldan daha kısa sürdüğü evrendeki en uzak nokta ile çakışmaktadır. "Kozmolojik ufuk", ötesinde hiçbir şeyin görülemeyeceği bu sınırı belirler.
Astrofizikçiler gözlemlenebilir evrenin çapını 100 milyar ışık yılı olarak tahmin etmektedir. Evren, kendileri de galaksi kümeleri ve süperkümeleri şeklinde organize olmuş 100 milyar galaksiye yayılmış yıldızlar içermektedir. Bu, görünür evrenin doğası gereği sonlu olduğu anlamına mı geliyor? O kadar emin değiliz, çünkü zaman içinde genişliyor ve galaksilerin sayısı daha da fazla olabilir.
Sonsuzluk Teorisi
Günümüzde iki teori gündemde: Sınırları olmayan sonlu uzay ya da sonsuz uzay. İkincisi, Evren'in doğuşundan bu yana sürekli genişlediği fikrine dayanıyor. Bir NASA belgesinde "Evrenin kaderi, genişleme momentumu ile yerçekimi kuvveti arasındaki mücadele tarafından belirlenir" deniyor.
Genişleme hızı Hubble sabiti ile ifade edilirken, yerçekimi kuvveti evrendeki maddenin yoğunluğuna ve basıncına bağlıdır. Maddenin basıncı düşükse, bildiğimiz çoğu madde formunda olduğu gibi, evrenin kaderi yoğunluk tarafından yönetilir. Eğer evrenin yoğunluğu Hubble sabitinin karesiyle orantılı olan 'kritik yoğunluğun' altındaysa, o zaman evren sonsuza kadar genişleyecektir. Aksi takdirde, yerçekimi üstün gelecek ve Evren kendi içine çökecektir.
Kozmik Mikrodalga Arkaalan Işımasının Evren Boyutuyla İlişkisi
Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması (CMB) radyasyonu Büyük Patlama'nın bir kalıntısıdır ve evrenin erken dönemlerine dair bilgiler sağlar. Evrenin boyutunu doğrudan ele almasa da, evrenin boyutunu ve evrimini anlamamızla ilgili olan Büyük Patlama teorisini destekler.
Son ölçümler evrenin genişlemesinin hızlandığını ve genişleme hızının sabit olması gerekmediğini ortaya koymuştur: Evrenin genişlemesi tarihi boyunca değişir ve evren her zaman aynı hızda genişlemez. Uzaydaki madde miktarına bağlıdır ve bu ölçülebilir. Böylece tarihi tersine çevirebilir ve çok uzun bir süre boyunca yavaşlayan genişleme evreleri olduğunu gözlemleyebiliriz.
Dikkate alınması gereken bir diğer önemli faktör de, evrenin özellikle yoğunluğu tarafından belirlenen şeklidir. Eğer kritik bir yoğunluğu aşarsa, o zaman evren küresel bir eğriliğe ve sonlu bir hacme sahip olur. Evrenin yoğunluğu kritik yoğunluktan azsa, geometrisi açık (sonsuz) ve negatif eğridir. Son olarak, eğer evrenin yoğunluğu kritik yoğunluğa tam olarak eşitse, o zaman geometrisi düz ve sonsuz boyuttadır.
Evrendeki madde ve enerji yoğunluğu tarafından belirlenen uzamsal eğrilik, evrenin genel geometrisini etkileyebilir. Eğriliğe bağlı olarak evren açık, düz veya kapalı olabilir.
NASA'ya göre, "enflasyonist teorinin (Büyük Patlama teorisinin bir uzantısı) en basit versiyonu, evrenin yoğunluğunun kritik yoğunluğa çok yakın olduğunu ve geometrisinin bir kağıt yaprağı kadar düz olduğunu öngörmektedir".
Aslında WMAP uzay aracı, evrenin geometrisi de dahil olmak üzere teorinin temel parametrelerini ölçebilmektedir. Uzay aracının sonuçlarından önce, bilim insanları yaklaşık %15'lik bir doğrulukla düz bir evreni vurguluyorlardı. Ancak 2013 yılında evrenin sonsuz büyüklükte olduğu ve sadece %0,4'lük bir hata payıyla düz olduğu ortaya çıktı.
Kozmik enflasyon, evrenin Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra hızlı bir üstel genişleme geçirdiğini öne süren bir teoridir. Evrenin sonsuz olduğunu kanıtlamasa da, enflasyonun evrenin büyük ölçekli yapısı üzerinde etkileri vardır.
Sonlu ama Sınırlı Değil mi?
Kasım 2019'da Nature dergisinde yayınlanan ve Planck verilerinin yeni bir yorumuna dayanan bir çalışma, Evrenin eğriliğinin muhtemelen çok küçük olmasına rağmen %99 olasılıkla pozitif olacağını göstermektedir. Araştırmacılar, "Bu nedenle düz bir evren varsayımı, evrenin gözlemlenen farklı özelliklerinin karşılıklı olarak tutarsız göründüğü kozmolojik bir krizi maskeleyebilir" diye belirtiyor.
Gözlemlenen uyumsuzlukların tespit edilmemiş sistematiklerden mi, yeni fizikten mi yoksa sadece istatistiksel dalgalanmadan mı kaynaklandığını açıklığa kavuşturmak için gelecekteki ölçümlere ihtiyaç vardır.
Stephen Hawking ve James Hartle, kenarsız modelleriyle, hiçbir şey kanıtlanmamış olsa bile, sonsuz evrenler yerine kapalı evrenleri düşünmenin daha mantıklı olacağını savunuyorlar. Gerçek şu ki, bu konuda bir fikir birliği yoktur ve sonsuz evren hipotezi, kullanılan teleskop ne kadar güçlü olursa olsun, asla gözlemlenemez ya da kanıtlanamaz.
