Evren Ne Kadar Büyük?

Bu evrende, büyük bir okyanusta amaçsızca yüzen küçük planktonlar gibi yaşıyoruz; asla ötesine geçemeyeceğiz.
Deniz Kulağı Bulutsusu

Evren tam olarak ne kadar büyük? Ona bir sayı biçebilir miyiz? Gerçekten evrenin sınırları var mı? Modern bilimin hala çözemediği pek çok gizem var. Dünya'nın etrafında döndüğü Güneş, Samanyolu Galaksisi'ndeki 200 milyar yıldızından yalnızca biridir. Ayrıca Samanyolu, evrenimizi oluşturan 100 milyar galaksiden yalnızca bir tanesidir. "Gözlemlenebilir evren" tüm kozmosun yalnızca küçük bir bölümüdür. Bu, içinde yaşadığımız küçük bir alemdir. Bilim bu gerçeklikte çoğu zaman hayal gücünün sınırlarını aşmaktadır.

Evreni düşünürken akla hemen gelen birkaç soru var: Nereden geliyoruz? Nereye gidiyoruz? Yalnız mıyız? Bilim insanları aynı derecede merak ettikleri bir başka konu daha var: Evren ne kadar büyük? Bu soru da diğer üçü gibi sonsuza kadar cevapsız kalabilir, en azından bizim neslimiz için. Ancak bu, şu anda bildiklerimize dayanarak spekülasyon yapmamızı engellemez.

Evrenimiz Pek Çok Evrenden Yalnızca Biri

Evrende sınırlı miktarda uzayzaman mı yoksa sonsuz miktarda madde mi var? Şaşırtıcı gelebilir, ancak henüz bu konuyu ele almak için yeterli bilimsel gerçek yok. Evrende hem sonsuzluk hem de sonluluk için yer vardır.

Ancak görünen evren, bu engin bilinmezliğin ortasında var olmaktadır. Gökyüzüne baktığımızda görebildiğimiz şey budur. Uzayzamandaki tüm konumları içeren bu evren, ışıkları gezegenimize ulaşacak kadar bize "yakındır".

Bu ufkun ötesinde ne olduğuna gelince, bunu söylemek zor. Yoksa alternatif boyutlar mı? Pek çok bilim insanı, bilim kurgunun popülerleştirdiği bu yol üzerinde kafa yoruyor. Hatta 14 Mart 2018'de 76 yaşında hayata veda eden ünlü astronom Stephen Hawking bile ölümüne kadar bu hipotez üzerinde çalıştı.

Gerçekten de evren, Belçika'daki KU Leuven Üniversitesi'nde kozmolog olan ve Stephen Hawking'in son makalesinin ortak yazarı Thomas Hertog tarafından "her bir cebin diğerlerinden farklı olduğu mikroskobik cep evrenlerden oluşan bir mozaik" olarak tanımlanmaktadır. Var olan evren anlayışımız kökten gözden geçirilmelidir.

"Çoklu evren" ya da bir dizi paralel dünya kavramı yeni olmamakla birlikte (MÖ 6. yüzyıla ve Yunan filozof Anaksimandros'a kadar geri götürülebilir), yakın zamana kadar felsefe alanında kalmıştır.

Çoklu evren kavramı felsefenin başlangıcından beri var olmakla birlikte, teorik fizik alanına ancak yakın zamanda girmiştir. Artık çok çeşitli paralel dünyalar hayal edebiliyoruz.

Büyük Patlama yaklaşık 13,8 milyar yıl önce meydana geldi. O zamanlar Evren son derece yoğun ve sıcaktı; madde, antimadde ve radyasyondan oluşuyordu. Genişlemeyi takip eden enflasyon (evrensel şişme), sıcaklığı düşürürken hacmini de önemli ölçüde arttırdı. Bugün, gözlemlenebilir Evren yaklaşık 46 milyar ışık yılı yarıçapa (ya da 92 milyar ışık yılı çapa) sahiptir.

Gözlemlenebilir evrenin bu sınırı kozmolojik ufka, yani evrenin ve içindeki nesnelerin artık nedensel olarak bizimle bağlantılı olmadığı ve dolayısıyla gözlemlerimiz için sonsuza kadar erişilemez kaldığı sınıra karşılık gelir. Ayrıca bu mesafede son saçılma yüzeyi bulunur – kozmik mikrodalga arka planının fotonlarının yayıldığı Evren bölgesi.

Gözlemlenebilir Evrenin Anlaşılması

Tüm evrenin büyüklüğü hakkında spekülasyon yapabilmek için, gözlemlenebilir evrende, özellikle de evrenin tarihi ve dinamikleri hakkında toplanan bilgilere dayanmamız gerekir. Bugün gözlemlediğimiz Evren soğuk ve karmaşık yapılarla dolu olsa da, geçmişte çok daha sıcak ve tekdüze idi ve büyük kozmik yapıları oluşturmaya yetecek kadar zamanı yoktu.

Genişlemenin etkisiyle fotonların dalga boyu uzar (kırmızıya kayma), bu da enerjide bir azalmaya karşılık gelir ve böylece evrenin sıcaklığında giderek artan bir düşüşe yol açar. Bu, foton dalga boyu çok az genişleme geçirdiği için genç evrenin daha sıcak olduğu anlamına gelir. Bu gerçek çeşitli uzaysal gözlemler tarafından da doğrulanmıştır.

Gözlemlenebilir evrenin mevcut sıcaklığı, Büyük Patlama'dan 380.000 yıl sonra yayılan kozmik mikrodalga geçmişi incelenerek ölçülebilir. Bu fotonlar artık elektromanyetik spektrumun mikrodalga aralığında bulunmaktadır. Bir kara cismin özelliklerini gösteren bu fotonların sıcaklığı -270,425°C'dir ve Büyük Patlama modelinde yapılan tahminlere son derece hassas bir şekilde karşılık gelmektedir.

Dahası, bu radyasyonun enerjisinin evrenin dinamikleri ile nasıl geliştiğini biliyoruz. Bir fotonun enerjisi dalga boyu ile ters orantılıdır. Evren şu anki boyutunun yarısı kadarken, Büyük Patlama'dan sonra yayılan fotonların enerjisi iki katına çıkmıştır. Evren şu anki boyutunun %10'u kadar olduğunda, fotonların enerjisi 10 ile çarpılmaktadır. Ve Evren bugünkü boyutunun %0,092'si kadar olduğunda, yaklaşık 2700°C ile bugünkünden 1089 kat daha sıcaktı.

Gözlemlenebilir evrenin boyutunu tahmin etmek için üç parametrenin dikkate alınması gerekir: Evrenin mevcut genişleme hızı (Planck sabitinin ölçülmesiyle elde edilir); Evrenin mevcut sıcaklığı (kozmik mikrodalga arka planından elde edilir); Evrenin bileşimi (madde, antimadde, radyasyon, nötrinolar, karanlık madde, karanlık enerji, vb.)

Bu bilgiler sayesinde, Büyük Patlama'dan bu yana gözlemlenebilir evrenin büyüklüğünün evrimini belirlemek mümkündür. Süpernova gözlemleri, büyük yapılar ve baryonların akustik osilasyonu ile birlikte, gözlemlenebilir evrenin yarıçapının 46,1 milyar ışık yılı olduğu tahmin edilmektedir.

Evrenin Toplam Büyüklüğünde Enflasyonun İlksel Rolü

Tüm Evren hakkındaki hipotezler ancak gözlemlenebilir evrende bildiğimiz kozmolojik modellere ve fiziksel yasalara ve bu yasaların küresel olduğu kadar yerel olarak da geçerli olduğu varsayımına dayandırılabilir.

Örneğin, en son gözlemsel görevler, evrenin sadece %0,4'lük bir hata payı ile büyük mesafelerde uzamsal olarak düz olduğunu göstermiştir. Standart Kozmolojik Model'e dayanarak, evrenin kavisli hale gelmeden önceki boyutuna bir sınır belirlemek mümkündür.

Planck misyonu ve Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması, eğer Evren kavisli ise, gözlemlediğimizden 250 kat daha büyük bir eğrilik yarıçapına sahip olduğunu göstermiştir. Topolojik anomalilerin olmadığını varsayarsak, bu durum tüm evrenin çapının en az 23 trilyon ışık yılı olmasına ve gözlemlenebilir evrenden 15 milyon kat daha büyük bir uzay hacmi içermesine yol açar.

Evren, sonunda evrenin bizim bölgemizde sona eren bir enflasyon döneminden (evrensel şişme) geçmiştir. Bununla birlikte, bazı kilit sorular cevapsız kalmaktadır: Enflasyondan sonra evrenin nihai boyutu nedir? Sonsuz enflasyon hipotezi doğru mudur? Enflasyon tam olarak ne kadar sürdü? Sadece bu soruların yanıtları evrenin toplam büyüklüğü hakkında net bir açıklama yapmamızı sağlayacaktır.

Enflasyondan sonra tüm evrenin gözlemlenebilir evrenden çok az daha büyük olması mümkündür. Ancak orantısız bir şekilde daha büyük olması da mümkündür. Eğer sonsuz enflasyon modeli doğruysa, evrenin çeşitli bölgeleri enflasyona girmiş ve evrenin tamamını temsil eden küresel bir uzay-zaman içinde yer alan "evren baloncukları" oluşturmuştur.

Ancak enflasyon sınırsız bir zaman diliminde sürmediyse ya da evrenin kendisi sonsuz büyüklükte doğmadıysa, sonlu bir boyuta sahip olmalıdır.