Soru işaretinin altındaki noktayı göz önünde bulundurun. Eğer siz bir metre daha uzaktan bakıyor olsaydınız ne görürdünüz? Ortalama bir insan gözü en detaylı olarak yaklaşık bir metre uzaklıktaki cisimleri ayırt edebilir. Buna çözünürlük denilmektedir. İnsan gözü gibi optik bir sistem için en iyi çözünürlük kabaca görmek istediğiniz cisimden gelen ışığın dalgaboyu ile ışığın geçtiği diyaframın büyüklüğü arasındaki oran ile verilir. Astronomi için de çözünürlük aynı şekilde çalışır. Bu da neden giderek daha büyük teleskoplar inşa ettiğimizi açıklar aslında. Çünkü büyük teleskoplar daha ilerisini görmek için sadece daha fazla ışık toplamaz aynı zamanda daha iyi görüntü elde etmek için teleskobun diyaframı da büyür.
Fakat yeni bir çalışma gösterdi ki evren aslında temel bir çözünürlük sınırına sahip. Bu çalışmaya göre, ne kadar büyük teleskoplar inşa edersek edelim bize en uzak galaksilerin istediğimiz kadar açık bir şekilde göremeyiz.
Teleskop Sorunu
Çok Büyük Teleskopları (İng. Very Large Telescopes) ve Keck Teleskopları gibi Dünya üzerindeki en büyük görünür ışık teleskopları on metre çapında aynalara sahipler ve şimdi 30-40 metre çaplı teleskopların inşasına ise devam ediliyor. Ancak burada bir problem var. Eğer bir cisimden gelen ışık ki bu cisim bir mum, sokak lambası ya da bir yıldız da olabilir, evet böyle bir cisimden gelen ışık kaynağından algılanmasına dek olan yolculuğu sırasında bozulmak durumunda olacaktır. Yani biz asla teorik en büyük keskinliğe sahip bir görüntü üretemeyebilirz. Yani diyaframın ne kadar büyük olduğunun da bir önemi yok.
James Webb Uzay Teleskobu’nun 2018 yılında uzaya fırlatılması bekleniyor.
Işığın bize oyun oynayabildiğiniz biliyoruz. Bir yüzme havuzunun dibine baktığınızda, fayansları nasıl görürdünüz? Ya da bir bardak suyun içine bir pipet yerleştirin, pipet hava ve su arasında sanki kırılmış gibi görünür değil mi? Dolayısıyla uzaydan bizim teleskoplarımıza doğru gelen ışık bir türbülanslı atmosferden geçmek zorundadır ve bu da gökbilimciler için bir sorun teşkil eder.
Okyanus dalgalarının mükemmel bir paralel grubunun batık bir kayalıkla karşılaşması gibi, atmosfer de dalgaların ilerleyişini bozar. Işık gibi elektromanyetik dalgalar için bu görüntünün bulanıklaşmasına yol açar. Biz bunu telafi etmediğimiz sürece, bir teleskop için teorik en büyük çözünürlüğe ulaşamayız. Teleskopları atmosferin üzerine, uzaya taşımak bir çözümdür ama oldukça maliyetlidir. “Uyarlama optiği” (İng. adaptie optics) ise başka bir seçenektir ama teknik açıdan zor bir meseledir.
Kuantum Köpük Meselesi
Şimdi şu yazının başında belirttiğimiz yeni çalışmaya gelelim. Bu çalışma bu yıl ki Uluslararası Astronomi Birliği’nin Genel Kurulu’nda sunulmuştu ve çalışmanın sonuçları bize uzayın doğası hakkında bir öngörü sunuyor. Bunun için de kuantum fiziğinin tuhaf dünyasından yararlanılmış. Bu çalışma kuantum seviyedeki uzay-zamanın doğasının evrenin temel bir çözünürlük sınırına sebep olacağını savunuyor. Bu sonuç bize göre en uzaktaki galaksileri görmek için inşa edeceğimiz geleceğin teleskopları ile ilgili bazı endişelere neden oldu hâliyle.
Bu endişelerin nasıl oluştuğunu gelin biraz irdeleyelim. Kuantum mekaniğine göre ölçeklerin en küçüğü Planck ölçeği olarak bilinir. Bir metrenin 10 üzeri 35’de biri (10-35 m) kadar küçük diyebiliriz, yani ondalık olarak düşündüğümüzde virgülden sonra 34 sıfır. İşte bu ölçekte uzay “köpüklü” olarak ifade ediliyor. Böylesine küçük ölçekler üzerinde kuantum fiziği evrenin “sanal parçacıklar” olarak adlandırılan parçacıklarla dolup taştığını öngörmektedir. Bu parçacıklar parçacık fiziği deneylerinde sürekli olarak görülmektedir ve bunlar hızlıca var olup hızlıca birbirlerini yok eden parçacıklardır. Ancak, bu parçacıkların kısacık ömürleri için enerjiye sahiptirler, ünlü E=mc2 denkliğine göre aynı şekilde kütleye de sahiptirler.
Kütlenin küçük olup olmaması önemli değildir, herhangi bir kütlenin uzay-zamanın eğmesi beklenir. Bu Einstein’ın tanımladığı kütleçekiminin bir sonucudur. Doğadaki bu olgunun en çarpıcı örneği ise büyük kütleli kümeler tarafından uzak galaksilerin kütleçekimsel merceklenme etkisidir. Bu tür bir köpüklü uzay-zaman boyunca hareketli olan ışığın parçacıkları olan fotonlar bizim kalın ve türbülanslı atmosferden geçen ışığın etkilenmesine benzer bir şekilde bu tür “kuantum dalgalanmalarından” etkilenecektir.
Elbette ki, bu etki küçüktür. Neredeyse ihmal bile edilir. Ama uzak bir galaksiden yayılan bir foton evren boyunca yapacağı yolculuk oldukça uzun bir yolculuk demektir. Bu yolculuk üzerinde, uzay-zamanın köpüklü doğasının neden olduğu sayısız “faz tedirginlikleri”ni de eklemek gerekecek. Şimdi, bu öngörü bizim günümüzde kullandığımız en iyi teleskoplarla elde edilen en iyi görüntülerde görülemeyecek kadar küçüktür. Eğer bu teori doğru ise, bu kozmik bulanıklık yeni nesil teleskoplar tarafından elde edilen uzak galaksilerin görüntülerinde görülebilir. Bu yeni nesil teleskopların ilki aslında Hubble Uzay Teleskobu’nun yerini alacak olan James Webb Uzay Teleskobu olacak ve 2018 yılında uzaya fırlatılması bekleniyor. Dolayısıyla bu teorinin sonuçlarına dair daha iyi yorumlar yapabilme imkânımız çok da uzak bir gelecekte değil.
Ancak, Moden fiziğin anahtar amaçlarından biri olan kuantum mekaniği ile Einstein’ın kütleçekimi tanımını birleştirebilen bir teori ortada yok. Bu öngörü belki de bu amaca bir tutam tuz da olsa katkıda bulunmuş olacak. Ancak, tuhaf olan, eğer bu teori doğruysa en uzak galaksilerin detaylı yapısını inceleyen bir grup astrofizikçi için sinir bozucu olacağı ortadadır.
Uzayda veya Dünya üzerinde ne kadar büyük teleskoplar yaparsak yapalım, evrenin çok uzaklarına ulaşamayacağımızı söyleyen temel bir doğal çözünürlük sınırının kuantum süreçlerden meydana gelip kozmolojik ölçeklerde kendini göstermesi, tam da bir kozmik komplo teorisi gibi doğanın bazı sırlarının sonsuza dek gizli kalabileceği anlamına gelebilir.
Bu makale, TheConversation’da yayınlanan ve Hertfordshire Üniversitesi’nde araştırmacı olan James Geach tarafından hazırlanan “The universe’s resolution limit: why we may never have a perfect view of distant galaxies” başlıklı makale baz alınarak hazırlanmıştır.
Gökhan Atmaca, MSc.
Takip: twitter.com/kuarkatmaca
İletişim: facebook.com/anadoluca
