Evrenin Yaşı Neden Göreli Değildir?

Görelilik teorilerine aşinaysanız, zamanın farklı hızlara sahip gözlemciler için farklı aktığını da muhakkak duymuşsunuzdur. Üstelik göreliliğin iki postulatından birine göre, her eylemsiz (ivmesiz) gözlem çerçevesinde aynı fizik yasalarının geçerli olmasından dolayı mutlak bir referans sistemi de yoktur. Bu nedenle mutlak bir zaman anlayışından da söz edemiyoruz (diğer postülat ise ışık hızının her eylemsiz gözlem çerçevesinde sabit olduğudur). O halde aklınıza şöyle bir soru gelmiş olabilir: Bu durumda evrenin yaşı da göreli olmaz mı? Eğer öyleyse neden her yerde evrenin 13.8 milyar yaşında olduğu yazıyor?

Yazımızda bu soruyu cevaplandırmaya çalışacağız fakat yazıyı anlamak için önce göreliliğe biraz aşina olmanız gerekir, o nedenle yazıya devam etmeden önce şu yazımıza göz atmanızda fayda var: Özel Görelilik - Göreli Olma Durumu ve Özel Görelilik - Göreliliğin Yorumlanması

Göreliliğin Kaynağı

Yukarıda bahsettiğimiz postulat aynı zamanda Newton fiziği için de geçerlidir ve bu nedenle konuyu iyi irdelemek gerekir. Daha iyi anlamak için bir düşünce deneyi kurgulayalım; iki senaryo hayal edelim ve iki kişiyi ayrı araçlara bindirelim. Her iki aracın da camlarını siyah bir perde ile kapatalım (böylece dışarıyı göremezler) ve araçlardan biri dururken diğeri sabit hızla yola çıksın. Yola çıkan arabanın motorunun ve tekerlerinin çıkardığı sesi, rüzgarı, arabanın sallanmasını, yola çıkarken hızlanmak için gereken ivmeyi ve bunun gibi diğer etmenleri ihmal edelim ve sonra şunu soralım: Araçtaki kişiler duran arabada mı olduklarını yoksa hareket eden arabada mı olduklarını nasıl anlayabilirler? İşte postulat bu soruya “anlayamazlar” diye yanıt verir çünkü her iki gözlemci için de fizik yasaları aynıdır. Örneğin arabalardaki her iki kişi de yukarı doğru dik şekilde top atsın, her iki arabada da top atıldığı yerin dibine düşer (arabanın tavanı çok daha yüksek ve bu nedenle top çok daha yükseğe atılsaydı yine aynı şey geçerli olurdu) veya başka deneyler de yapabiliriz fakat her iki araç için de sonuç aynı olacaktır.

Postulatı anlamak için yapabileceğimiz başka bir düşünce deneyine geçelim. Diyelim ki, uzayda hareketsiz bir şekilde duruyorsunuz fakat çevrenizde hiçbir gezegen, yıldız veya herhangi bir nesne yok. Bir süre sonra ileriden hızla size doğru gelen birini görüyorsunuz ve bu kişi yanınızdan geçip gidiyor. Buraya kadar anladıysanız, olayı bir de size doğru gelen kişiden inceleyelim. Tıpkı sizin gibi o da uzayda hareketsiz duruyor ve sonra kendisine ileriden hızla gelen birini (sizi) görüyor ve ardından da siz onun yanından geçip gidiyorsunuz. Burada şunu soralım: Her ikiniz de kendinizin durduğunu fakat diğer kişinin bir hıza sahip olduğunu iddia edebilirsiniz, peki hanginiz haklısınız? Hanginiz gerçekten duruyor ve hanginiz gerçekten bir hıza sahip?

Bu soruların cevapları gözlemciye göre değişir ve mutlak bir cevabı yoktur. Sizin gözlem çerçevenizden siz durağan ve o kişi hıza sahip iken; o kişinin gözlem çerçevesinden de o kişi durağan ve siz hıza sahipsinizdir. İşte bahsedilen postülat bu tarz ivmelenmeyen gözlemciler için fizik yasalarında hiçbir farklılık olmayacağını söyler.

Klasik fiziğin de bu postulatı kabul ettiğini söylemiştik fakat göreliliği esas farklı kılan diğer postulatıdır. Yani ışık hızının her referans sistemi için sabit olması durumudur. Bu postulatın sonucu olarak gözlemcilerin farklı uzay ve zaman gözlemine sahip olduğu çıkarımını yaparız. İlk postulat gereği mutlak bir referans sistemi olmadığından mutlak uzay ve zaman kavramından da söz edemeyiz.

Evrenin Yaşı Göreli Midir?

Artık göreliliğin postulatlarını bildiğimize göre sorumuza geçebiliriz: Evrenin yaşı göreli midir, göreli ise neden her yerde 13.8 milyar yıl yaşında olduğu yazıyor? Cevap evettir, evrenin yaşı görelidir yani gözlemciye bağlıdır. Bu durumda aklımıza gelen diğer bir soru, nasıl olup da evrenin yaşına 13.8 milyar yıl dediğimizdir. Bu soruya cevap vermek ise biraz daha karmaşıktır.

Evrenin yaşının 13.8 milyar yıl değeri, özel bir gözlem çerçevesine göre verilir. Bu tarz gözlem çerçeveleri Robertson-Walker metriğinde beraber hareket eden gözlemci (comoving observer) olarak isimlendilir. Fakat mutlak bir gözlemci olmadığını söylememiş miydik? Neden fizikçiler “evrenin yaşı görelidir” demek yerine bir referans sistemini seçip 13.8 milyar yıl olduğunu söylemeyi tercih ediyorlar? Bu soruyu cevaplamadan önce şu soruları düşünelim: Bir yıldızın ömrü ne kadardır? Bir insanın ömrü ne kadardır? Samanyolu galaksisi kaç yaşındadır? Kaç yıl sonra Güneş ömrünü tüketecek?

Tıpkı evrenin yaşı gibi bu soruların da cevabı gözlem çerçevesine bağlıdır fakat hiçbir yerde “yıldızın ömrü görelidir, insanın ömrü görelidir, Samanyolu galaksisinin yaşı görelidir” gibi cevaplar görmezsiniz. Bunun sebebi, bu soruların cevaplarını soruda bahsedilen nesnenin gözlem çerçevesinden değerlendiriyor olmamızdır. Bir nesne ile aynı gözlem çerçevesine sahip olmak demek sizin gözlem çerçevenizde onun durağan olması demektir, aynı şekilde o nesnenin gözlem çerçevesinde de siz durağansınızdır. Yani Güneş’in yaşı veya ne kadar ömrü kaldığı sorulduğunda Güneş’in durağan olduğu gözlem çerçevesine göre Güneş’in yaşı veya ne kadar ömrü kaldığı söylenir. Zaten düşünürseniz benzer bir soruyu uzunluk için de söyleyebilirsiniz. Görelilik bize tıpkı zaman gibi uzunluk dediğimiz kavramın da gözlemciye bağlı olduğunu söyler ama elinizdeki telefonun modelini internette arattığınızda uzunluğu, kalınlığı kısmında "görelidir" diye yazmaz, bunun yerine belirli değerler yazar. İşte bu değerler de bu telefonlarla aynı gözlem çerçevesinde iken ölçülen değerlerdir.

Peki evrenin yaşının 13.8 milyar yıl ölçüldüğü söylenen bu gözlem çerçevesinin ne özelliği var? Evren durağan değilken yani genişliyorken böyle bir gözlem çerçevesinden nasıl bahsedebiliyoruz? Beraber hareket eden gözlemci (comoving observer) olarak bahsettiğimiz gözlem çerçevesi evrenin isotropik olduğu tek gözlem çerçevesidir. Evrenin izotropik olması demek evrenin her yönde eşit dağılımlı olması demektir ve yalnızca evrenin 13.8 milyar yıl olarak ölçüldüğü bu gözlem çerçevesinde evrenin izotropik olduğundan söz edebiliriz. Bu gözlem çerçevesi aynı zamanda kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının da izotropik olduğu gözlem çerçevesidir. Tabii bahsettiğimiz postulat hala geçerlidir ve bu anlamda fizik yasaları her eylemsiz gözlem çerçevesinde aynı olmaya devam etmektedir fakat bahsettiğimiz gözlem çerçevesinde evreni bir bütün olarak almak çok daha kolaydır.

Özetle evrenin yaşı gözlem çerçevesine bağlıdır yani görelidir ama 13.8 milyar yıl olarak değeri özel bir gözlem çerçevesinden ölçülür. Bu gözlem çerçevesini özel kılan şey evrenin izotropik olduğu tek gözlem çerçevesi olmasıdır ve evren gibi kozmik mikrodalga arkaplan ışıması da yine bu gözlem çerçevesinde izotropiktir.

Ege Özmeral

Referanslar
1. Liddle, A. (2015). An Introduction to Modern Cosmology. Wiley.
2. <https://www.quora.com/How-can-we-say-the-Universe-is-13-8-billion-years-old-when-time-is-just-relative/answer/Mark-Barton-1>
3. <http://nicadd.niu.edu/~bterzic/PHYS652/Lecture_07.pdf>
4. <https://www.reddit.com/r/askscience/comments/1org9i/if_the_universe_is_138_billion_years_old_but_time/ccuwkya/>
Görsel: <http://wide-wallpapers.net/a-tree-and-the-universe-wide-wallpaper/>