Popüler Bilim Tüm Yazılar

Evrende Ne Kadar Işık Var?

Hazırlayan: Ece Özen

Çok fazla ışık var… Evet, okumayı bırakabilirsiniz!

Hayır tamam, durun bekleyin. Bizce devamını da okumalısınız çünkü yazımız dehşet derecede eğlenceli.

Binlerce Işık Noktasından Daha Fazlası

İlk önce “ne kadar” sorusunun tam olarak olarak neyi kastettiğini, neyi tanımladığını kararlaştırmamız gerekiyor. Işığı saymanın en kullanışlı yolu fotonları kullanmaktır. Eğer fotonun ne olduğunu bilmek istiyorsanız çok şanslısınız: Foton, küçük ışık parçacıklarıdır. Buradaki “küçük”ün anlamı, “esas birim” veya “quanta”dır.

Işık fotonlardan oluşur. Radyo dalgaları fotonlardan oluşur. X-Işınları fotonlardan oluşur. Eğer bir demet ışığınız varsa, çok fazla fotonunuz var demektir. Dilediğinizi yapabilirsiniz. Ancak eğer tek bir fotonunuz varsa pek bir şey yapamazsınız. Bu bir parça fotonu etrafa saçamaz, ayıramaz ya da fotonun kalbini kıramazsınız. Çünkü bir foton sahip olabileceğiniz en küçük ışık miktarıdır. Değerini bilin.

art_gallery

Fotonlar sonsuza kadar hayatta kalabilir. (Bu bilgi bu hikayenin devamında bizim için çok önemli olacak.)

Evrendeki tüm ışığı hesaplamada fotonlar bize çok kullanışlı bir yol sunuyor. Fotonları sayarsanız ışığı da saymış olursunuz. Fotonları sayabiliriz çünkü her bir fotonun içinde ne kadar enerji olduğunu biliyoruz ve bir ışık kaynağı için tüm enerjileri kolayca toplayabiliriz. Evet, enerjileri sıkışmış şekilde, kendi hallerinde de bırakabiliriz ama bunu yapmak daha eğlenceli. O halde fotonları saymaya başlayalım; 1, 2, 3, 4… Galiba bu zannettiğimiz kadar kolay olmayacak.

Milyarlarca ve Milyarlarca

Belki de daha tanıdık bir şeylerle başlamalıyız. Her gün kullandığımız, zararsız, normal bir ampul mesela. Ampul sıradan görünebilir ama bu ufacık şey etrafa saniyede 10^20 foton saçıyor. Yalnızca bir fotonun pek de fazla ışık vermediğinden bahsetmemiş miydik? Hayır mı? Peki, bu fotonlar çok küçük. O yüzden küçük bir ampul bile etrafı aydınlatmak için 10^20 kadar fotona ihtiyaç duyuyor.

Eğer evrendeki bilinen tüm ampulleri toplarsak, biraz ışık elde edebiliriz. Ancak isterseniz bunu yapmayalım çünkü bütün bu ampuller bile Güneş gibi diğer ışık kaynakları tarafından kolayca gölgede bırakılabilir. Güneş, esasında dev bir ampuldür. Tam anlamıyla bir ampul gibi çalışmasa da bu yazıda konumuz fotonları saymak olduğundan, fotonların nasıl üretildiğini pek de önemsemize gerek yok. Müthiş derecede kuvvetli bir ampulü hesaba katsanız bile, hiç bir zaman yeteri kadar parlak olamayacaktır. Çünkü Güneş her saniye, her gün, her yıl ve hatta bir kaç milyar yıldır 10^45 (1’den sonra 45 tane sıfır) fotonu etrafa saçıyor.

Ancak elbette sadece bir ampul-Güneş kıyaslamasıyla yetinmeyeceğiz. Samanyolu Galaksi’sinde birkaç yüz milyar Güneş var ve gözlemlenebilir evrende de birkaç yüz milyar galaksi bulunuyor. Tahminen bundan daha fazlası gözlemlenemez evrenin içinde var ama tabii ki onlar sayılmayacak. Çünkü onlar gözlemlenemiyor. Önemli olan nokta da bu.

supernova

Her neyse bir kaç milyar burada, bir kaç milyar orada ve hemen hemen 10^60 gibi bir foton aralığı içindeyiz. Aşağı yukarı bu ölçümün bir kaç katını elde edersiniz ama, fotonlar an be an oluşup yok olduğundan hiç bir zaman mükemmel bir sayım elde edemeyiz.

Yakından Bakın

Evrende gökteki yıldızların ışığından daha fazlası var. Bulutsular, dev moleküler bulutlar, süpernovalar, atarcalar ve aktif gökada çekirdekleri… Bunlardan bazıları fotonları emiyor ve geri yansıtıyor. Bu yüzden genel toplama dahil edilmiyorlar ancak şüphesiz çoğu yeni fotonlar üretiyorlar.

Dünya’dan açık seçik görülebilecek kadar yakın olan ışık kaynakları, “kaynak” olarak adlandırılıyor. Ancak evren her yönde uzanıyor. Dünya’nın içinde bulunduğu gökadadan daha büyük gökadalara ev sahipliği yapıyor ve  bilim insanlarının henüz yüzde yüzünü bile tanımlayamadığı gözle görünmeyen alanlara sahip. Yani evrende bir çeşit “Arka plan Işığı” var.

Aslında, sizinle bunca zamandır bir karmaşanın içindeydik. Yıldızlar, gökadalar, süpernovalar, tüm bu kaynaklar aslında hiçbir şey. Kovanın içindeki bir damla bile değiller. Uzakta, gerçekten çok uzakta, evrendeki en parlak, gökyüzündeki hemen hemen tüm fotonların kaynağı, şu ana kadar konuştuğumuz her şeyden daha yaşlı bir ışık kaynağı var. Gerçekten evrendeki en yaşlı ışık kaynağından, Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması’ndan söz ediyoruz.

WMAP_skymap

Bilimsel jargonda “CMB” (Cosmic Microwave Background – Kozmik Mikrodalga Arka Planı) olarak adlandırılıyor. “Kozmik” olarak adlandırıyoruz çünkü uzaydan geliyor. Bir mikrodalga radyasyonu ve her şeyin arkasında. Evet, görüp görebileceğiniz her şeyden daha parlak. Bu ışık Dünya da dahil evrenin her santimetresine akın ediyor. Eğer mikrodalga ışınlarını seçebilen gözlere sahip olsaydınız, gökyüzünde her yönden gelen bu ışık sisini görebilirdiniz.

CMB, evren sıcak ve düzensiz plazma halinden soğuk ve birleşmiş yüksüz gaz haline dönmek için yeteri kadar soğuduğunda, yani evren tarihinin 300 milyon yılının içinde doğdu. Plazma halinde fotonlar uzun süre yaşayamaz; doğdukları gibi alelacele yakın parçacıklara dönüştürülürler. Yüksüz gaz halinde ise, fotonlar evrenin bir ucundan diğer ucuna kesintisiz bir şekilde gezinmekte özgür olurlar. CMB’nin ışıması ilk zamanlarda kaynağı kadar sıcaktı ve yüksek enerjili gama ışınları olarak salınırdı. Ancak evren yaşlandı, soğudu ve bugüne kadarki evrenin genişlemesi bu ilkel ışığı değiştirdi. Böylece, onu şu an bulunduğu mikrodalga seviyesine indirmiş oldu.

CMB tembellik etmez. 10^90 gibi muazzam bir sayıda foton üretir. Tek bir dönüşümlü olayda çevreye 13 milyar yıldan fazladır yanan her yıldızın saldığından daha fazla foton salar.

Yıldızlar tarafından üretilen her bir foton için ilkel evrenden gelen yaklaşık 100,000,000,000,000,000,000,000,000,000 (yüz oktilyon) kalıntı foton vardır. Belki bir sıfırı atlamışızdır ama, zaten fark etmeyecektiniz.

Sonuçta vardığımız nokta şu: Tüm evren bir ampul gibi hareket eder. CMB’ye kadar olan her şey henüz küçük değişikliklerdir. Yazı boyunca yaptığımız gibi evrendeki tüm ışığı hesaplamak istiyorsanız, CMB ile başlamalı ve işi CMB ile bitirmelisiniz.

Çeviren: Ece Özen

Kaynak

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Ece Özen

Marmara Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği öğrencisi. Kendisi hakkında bütün bildiği bu kadar. Hayat zor, hayat acımasız, bir de sıkıcı…