Kozmosun gerçek doğasına ilişkin anlayışımız onun genişlemesinin ölçümlerine dayanır, ancak kozmologlar 100 yılı aşkın bir süredir bu konuda ileri geri tartışıyorlar.
Harlow Shapley ve Heber Curtis, 1920’de Andromeda gibi galaksilerin doğasını tartıştılar.
Gökbilimciler ve kozmologların sıfatlar konusunda inanılmaz oldukları bilinmiyor. Çok Büyük Teleskobu, Avrupa’nın Aşırı Büyük Teleskobunu, hatta büyük patlamayı ele alalım. Ancak şimdi Büyük Tartışma olarak anılan 1920 olayı konusunda yanılmış değillerdi.
Washington DC’deki ABD Ulusal Bilimler Akademisi’nde bahar mevsimiydi ve iki büyük gökbilimci, Evrenin Ölçeği olarak adlandırdıkları şey hakkında karşıt görüşlerle bu alandaki en tartışmalı konulardan birini başlattılar. Bakın evren genişliyor. Zamanın her anında yıldızlar arasında daha fazla boşluk beliriyor ve her şey giderek uzaklaşıyor. Ve artık bildiğimiz gibi, bu giderek daha hızlı oluyor.
Bu genişleme, astronomik hesaplamalarda, gökbilimci Edwin Hubble’ın 1929’da ortaya attığı Hubble sabiti adı verilen bir sayıyla açıklanıyor. Ancak bu sayının tam olarak ne olduğu, yani evrenin ne kadar hızlı yeni evren oluşturduğu konusundaki tartışma o yıldan çok önce başladı. 1900’lerin başında pek çok bilim insanı Samanyolu galaksisinin tüm evren olduğunu düşünüyordu; sonuçta kendi galaksimizin ötesini görecek teknolojiye henüz sahip değildik. Birkaç tuhaf leke her şeyi değiştirdi. İlk başta bu lekelere sarmal bulutsular adı verildi ve dünyanın dört bir yanındaki kozmologlar, bunların bizim galaksimizde mi yoksa gerçekten galaksilerin kendileri mi olduğu konusunda tartışmalarla meşguldü.
1920’de tüm bu tartışmalar Büyük Tartışma’yla sonuçlandı. İki ünlü araştırmacı, Harlow Shapley ve Heber Curtis, şu anda Andromeda dediğimiz sarmal bulutsuların galaksimizin kenarındaki küçük bulutlar olup olmadığı (bu da bizim galaksimizin oradaki tek şey olduğu anlamına gelir) ya da bulutsuların aslında bizimkinin ötesinde galaksiler olup olmadığı ve çok daha büyük ve daha vahşi bir evreni ima edip etmediği konusunda kamuoyuna hazırlıklı konuşmalar yaptılar.
Shapley’in argümanı Sefeid değişkenleri olarak bilinen yıldızlara olan uzaklık ölçümlerine dayanıyordu ve bu da onu yaklaşık 300.000 ışıkyılı genişliğinde geniş bir galakside yaşadığımıza inandırdı. Bu, daha önce düşünülenden 10 kat daha büyük ve Shapley’e göre sarmal bulutsuların bundan daha uzakta olmasının imkânı yoktu.
Öte yandan Curtis, bu tuhaf bulutsuların sözde evren adaları, yani aslında başka galaksiler olduğunu savundu. Nova adı verilen yıldız patlamalarına bakmış ve Andromeda’nın Samanyolu’nun geri kalanından daha fazla sayıda patlamaya sahip olduğunu bulmuştu. Eğer galaksimizin sadece küçük bir kısmı olsaydı, neden diğer kısımlardan daha fazla patlamaya sahip olsun ki diye düşündü. Ayrıca sarmal bulutsular galaksinin etrafında son derece hızlı hareket ediyormuş gibi görünüyordu. Eğer gerçekten bu kadar hızlı hareket ediyor olsalardı, galaksimize kütleçekimsel olarak bağlı olmalarının ve o dönemde geçerli olan astrofizik modellerine hâlâ uymalarının imkânı yoktu.
İkili, argümanlarını bir çift konferansta ve ardından bir dizi makalede sundular, ancak hiçbir sonuca ulaşılamadı ve derslerin metni kalmadı. Bana göre bu sadece Büyük Tartışma değil, İlk Büyük Tartışmaydı. Sonunda Curtis’in haklı olduğu kanıtlansa da, Hubble sabiti ve dolayısıyla evrenimizin büyüklüğü ve yaşı hakkındaki tartışma tüm hızıyla sürüyor. Bugünün argümanları 1920’de sahip olduğumuzdan daha yeni ve daha iyi verilere dayansa da, Shapley ve Curtis’in attığı temeller üzerine inşa ediliyorlar.
Hubble sabiti megaparsek başına saniye başına kilometre olarak adlandırılan birimlerle ölçülür. Bir megaparsek 3,25 milyon ışıkyılının biraz üzerindedir ve bu da onu gökbilimcilerin özellikle büyük mesafeler için kullandığı bir birim haline getirir. Hubble sabitinin 1 olması, Dünya üzerindeki konumumuzdan uzaklaştığımız her megaparsek için nesnelerin bizden saniyede 1 kilometre daha hızlı uzaklaştığı anlamına gelir. Şöyle düşünün: Uzayın her metresi 1 santimetre uzarsa, daha önce 1 metre uzakta olan bir şey biraz uzaklaşıyor, ama daha önce 1700 kilometre uzakta olan bir şey çok uzaklaşıyor. Hubble sabitinin 1929’da bizzat Hubble tarafından hesaplanan orijinal değeri, megaparsek başına saniyede yaklaşık 500 kilometreydi; bu nedenle, Dünya’dan uzaklaştığımız her megaparsek için galaksilerin saniyede 500 kilometre daha hızlı uzaklaştığını düşünüyordu.
Bu sayı hemen tartışmalıydı. Öncelikle, evrenin başlangıcından bu yana tekdüze bir hızda genişlediğini varsayarsak -ki o zamanlar bunu genel olarak varsayıyorduk, ancak şimdi bunun artık doğru olduğu düşünülmüyor- bu, evrenin yaşının yaklaşık 2 milyar yıl olduğu anlamına gelir. Kayaların radyoaktif tarihlemesinden, 1920’lerde Dünya’nın daha yaşlı olmasa da en az 2 milyar yaşında olduğunu zaten biliyorduk. Yani eğer Hubble sabiti 500 ise bu gezegenimizin evrenden daha yaşlı olduğu anlamına gelebilir ki bu muhtemelen doğru olamaz.
1980’lere gelindiğinde durum o kadar netleşti ki çoğu gökbilimci Hubble sabiti hakkında iki görüşten birini kabul etti. Bu sefer Fransız gökbilimci Gérard de Vaucouleurs ile Amerikalı Allan Sandage arasında yeniden ağır çekimde bir Büyük Tartışma gibiydi. De Vaucouleurs, Hubble sabitinin 100 civarında olduğunu düşünüyordu, Sandage ise bunun daha düşük, yani 50 civarında olduğunu düşünüyordu. Benzer yöntemler kullanıyorlardı ama her biri diğerinin varsayımları ve ölçümleriyle karşı çıkıyordu. On yıldan fazla bir süre boyunca bu konu hakkında ileri geri makaleler yazdılar ve ikisi de kımıldamadı.
90’larda Hubble Uzay Teleskobu’nun fırlatılması ve Wendy Freedman adında genç bir kozmologun gelişiyle teleskoplar bir kez daha büyük ölçüde geliştiğinde işler yeniden değişmeye başladı. Sefeid değişkenleri, süpernovalar ve öngörülebilir parlaklıkları Hubble sabitini anlamak için onları çok önemli kılan diğer sözde standart mumlar da dahil olmak üzere her türlü nesneyi daha önce erişebildiğimizden çok daha fazla hassasiyetle ölçen, Hubble Anahtar Projesi olarak adlandırılan projeye öncülük etti. Bu çaba sonunda Hubble sabiti için yaklaşık 72’lik bir değer elde edilmesini sağladı. Zamanla, mesafeleri ölçmek için standart mumları kullanan diğer tüm yöntemler yavaş yavaş aynı değere yaklaştı. En yeni standart mum ölçümleri bile megaparsek başına saniyede yaklaşık 73 kilometrelik Hubble sabitini tutuyor.
Bu, Hubble sabiti hakkındaki tartışmanın çözüldüğü anlamına geliyor, değil mi? Kesinlikle hayır. 2000’li yılların başında gökbilimciler, evrenin genişlemesini ölçmek için büyük patlamadan kalan ışık kalıntıları olan kozmik mikrodalga arka planını (CMB) kullanmaya başladılar. Diğer tüm doğrudan ölçümlere yerel mesafe merdiveni adı verilirken, bu yöntem erken evrenin durumunun ölçülmesine ve evrene ilişkin en iyi modellerimizi kullanarak bunun ileriye dönük tahmin edilmesine dayanır. CMB yöntemi yaklaşık 67’lik bir Hubble sabiti verir.
Şimdi bir kez daha bir Büyük Tartışmamız var; eğer sayıyorsanız üçüncüsü. Bu sefer 50’ye karşı 100 değil; 67’ye karşı 73, yani yaklaşıyoruz. Ancak her iki taraf da ölçümlerinde herhangi bir sorun olmadığı konusunda aynı şekilde kararlı.
Hangi Hubble sabitinin doğru olduğu tartışmasıyla birlikte ortaya çıkan şey ise daha geniş bir tartışmadır: ikisi birden ölçümler doğru mu? Hubble gerilimi olarak bilinen bu durum, uzaklık merdiveni ölçümleri giderek daha hassas hale geldikçe ve daha fazla olası hata kaynağını eledikçe, her ikisinin de haklı olduğu argümanının giderek güçlendiğini gösteriyor; bu da henüz düşünmediğimiz tamamen yeni bir fiziğe ihtiyacımız olduğu anlamına gelebilir.
Büyük Tartışmanın bu modern versiyonu her zamankinden daha karmaşık, bu nedenle iki taraf birbirine her zamankinden daha yakın olsa bile çözülmesi daha da zor olacak. Nihai bir sonuca varmak için Hubble sabitini ölçmek için daha bağımsız yöntemlere ihtiyacımız olacak. Freedman, farklı türde yıldızlar kullanan birkaç yıldız üzerinde çalışıyor ve diğer gökbilimciler, kozmik genişlemenin tamamen bağımsız ölçümlerine ulaşmak için yerçekiminin evrendeki yayılımını analiz etmeyi içeren daha egzotik yöntemler kullanıyor. Şimdilik tartışmalar sürüyor.
