Kozmolojinin Öyküsü

Kozmolojinin izleri İshango kemiğindeki ay takvimine kadar geri gidiyor. Buna rağmen ay, güneş, gezegenler ve yıldızlar hakkında şu anda bildiklerimize gelmemiz kolay olmamış.

Antik Yunan bilim ve felsefesinin en etkili isimlerinden olan Aristo dünya üzerindeki maddeleri hava, toprak, ateş, su olarak sınıflandırırken, gökcisimlerini de eter (aether) olarak sınıflandırmış. Her bir maddenin “doğal hareketi” olduğunu iddia etmiş. Eterin hareketleri de mükemmel dairesel formlardadır ve sonsuza kadar sürer diyormuş Aristo.

O dönemler genel kabul gören dünya merkezli ve gözlemlenebilir uzay cisimlerini (Güneş, Ay, Merkür, Venüs, Mars, Jüpiter, Saturn) dünyanın etrafında dairesel yörüngelere oturtan “gökyüzü küresi” bu fikre dayanıyor.

Dünyanın kendi ekseninde döndüğünü ilk iddia eden (Karadeniz Ereğli doğumlu) M.Ö. 4. yüzyılda Heraklitos. Merkezde Dünya değil de Güneş’in olduğunu düşünmüş diye iddia edenler var, ama Heraklitos da eterin dairesel hareketine bağlı kalmış.

Merkeze Güneş’i alan ilk kozmoloji modeli M.Ö. 2. yüzyılda Aristarkus tarafından öne sürülmüş. Buna fikre dayanarak Güneş, Dünya ve Ay’ın birbirine oranla boyutlarını hesaplamaya çalışmış. Fakat o da eterin dairesel hareketinden şaşmamış.

Aristarkus’un modeli o dönem insanlara inandırıcı gelmemiş. Mesela “Dünya hareket ediyorsa biz neden bu hareketi hissetmiyoruz?” sorusu çok uzun süre kafamızı karıştırmış¹.

Eter dairesel hareket eder diye tutturduğumuz için her iki model de gözlemlerle uyuşmayan sonuçlar veriyor. O dönemlerde (M.Ö. 200-300) gözlemleyebildiğimiz Merkür’ün gökyüzündeki hareketleri sürekli aynı yöne değil. Aşağıda gördüğünüz gibi rotası üzerinde bir gerileme (retro) hareketi yapıyor. Dairesel hareket üzerine kurulu bu modeller Merkür retrosunu açıklayamıyor.

Gözlemlerle uyuşmayan bu modelleri M.Ö. 200’lerde Ptolemy kurtarıyor. Ptolemy de dünyanın merkezde olduğunu ve Aristo’nun ileri sürdüğü gibi eterdeki (aether) bütün hareketlerin dairesel olduğunu kabul ediyor. Bu kabulleri gözlemlerle uyuşturmak için gökcisimlerinin büyük dairesel yörüngeleri üzerinde bir tane de küçük daire (epicycle) üzerinde hareket ettiğini öne sürüyor.

Şemada da gördüğümüz gibi büyük dairesel yörünge üzerinde bir de küçük dairesel yörünge olursa gezegenlerin retro hareketleriyle uyumlu bir model ediyoruz. Güneş, Ay, Merkür, Venüs, Mars, Jüpiter, Satürn için detaylı tablolar oluşturuyor Ptolemy. Bu tabloları kullanarak ikili dairesel hareket üzerine kurulu modelinin gözlemlerle uyuştuğunu gösteriyor. Ptolemy’nin modeli doğru değil ama modern anlamda da bilimsel diyebileceğimiz bir yaklaşımla geliştirilmiş, en önemlisi gözlemlerle uyumlu.

Gözlem gücümüz ve anlayışımız geliştikçe bu modelin bütünüyle yanlış olduğunu anladık ama Kopernik’e kadar (16. yüzyıl) kadar gökcisimlerinin hareketlerini Ptolemy’nin modeli üzerinden değerlendirdik.

Ptolemy’nin kozmoloji modelini kullanarak yaptığımız tahminlerin başarısını insanlığın bilimle olan ilişkisinde bir dönüm noktası olarak görmek mümkün. O dönemlerde “tanrı katı”na ait olduğunu düşündüğümüz gökcisimlerinin hareketlerini bile matematiksel bir kesinlik içerisinde tarif edebilmişiz. Gökleri bilinmezlikten kurtaran bir yaklaşımın baştacı edilmesi normal.

Doğal fenomenlere (sosyal bilimler dahil) bilimsel açıklama getirmenin günümüzde de en kabul gören yolu matematiksel modelleme. Bu nesnelerin özelliklerini ve aralarındaki ilişkileri matematiksel bir modelle ifade etmek ve sonra da gözlemlerin bu modelle uyuştuğunu ispatlamaktan geçiyor. Galileo “Evrenin dili matematiktir” diyerek matematiği övmüyor, evreni anlamak için kullanılması gereken yöntemin matematiksel modelleme olduğunu söylüyor.

Bu kısa kozmoloji öyküsünde önemli bir ders var. Gökleri anlamak için ortaya attığımız bilimsel kuramlar öncelikle neye inandığımızla şekillenmiş. Aristo’nun “eterin hareketi daireseldir” ilkesini gözlemlerle uyuşmasa da yüzlerce yıl terketmemişiz. İnandığımız şeyin yanlış olabileceğini düşünmektense, gerçek inançlarımızla uyumlu hale gelene kadar daha karmaşık modeller kullanarak (dairesel hareket içinde ikincil başka bir dairesel hareket) yolumuza devam etmişiz.

Artık çok daha gelişmiş gözlem araçlarımız, deney imkanlarımız var ama bu aynı hataları yapmayacağımız anlamına gelmez. Bugün bilim dünyasının genel olarak doğru saydığı kozmoloji modeline (Lambda-CDM) göre evrenin %68’i karanlık enerji, %27’si karanlık madde, %5’i de bildiğimiz madde. Karanlık madde ve enerji nedir diyecek olursanız temelde bunlar kozmoloji modelimizin gözlemlerle uyuşmayan kısımlarını yamamak için icat ettiğimiz kavramlar. Doğru bildiğimiz modele göre evrenin genişleşmesi yavaşlıyor olmalı, ama bakıyoruz yavaşlamıyor hatta tersine hızlanıyor. Doğru bildiğimiz modele göre galaksiler böyle hareket etmiyor olmalı ama ediyor. Gözlemle modelimiz arasındaki bu boşluklara karanlık enerji ve karanlık madde demişiz. Küçük bir boşluk da değil, evrenin enerji-kütle yoğunluğunun %95’i karanlık enerji ve maddeden oluşuyor. 1970’lerden beri yana yakıla karanlık madde, karanlık enerji arıyoruz ama henüz bulmuş değiliz.

Belki karanlık madde yoktur da gökler bizim bildiğimiz gibi hareket etmiyordur. Sanırım bu ihtimali ciddiye almak fazlaca gurur kırıcı. Yıllar öncesinin ilkel koşullarında böyle hatalar olmasını anlayışla karşılayabiliyoruz ama bugün uzay araçlarının, hadron çarpıştırıcılarının devrinde “meğer konuyu tamamen yanlış anlamışız” demek zor.

1. 1632’de Galileo’nun ortaya attığı görelilik anlayışı ile sorun çözüme ulaşmıştır. Durgun sularda sabit hızla giden bir geminin içinde fizik kurallarının karadakiyle birebir aynı çalıştığını söyler. ↩︎