Dün paylaştığımız yazıda astrofizikte bilinen ve aslında fizikle ilgili olan paradokslardan (çelişkilerden) söz etmeye başlamıştık. Bugünkü yazımızda da bu konuya devam edeceğiz.
Olbers Paradoksu (Işık Ölçümsel Çelişki)
Olbers paradoksu astronomide oldukça popüler bir paradokstur. Evrenin klasik modeli uyarınca, durağan ve sonsuz, eşit olarak dağılmış yıldızlarla dolu bir evrende, yıldızların parlaklığı tüm evreni eşit dağılımlı biçimde aydınlatmalıdır. Ancak hepimiz gece gökyüzüne baktığımızda gökyüzünün karanlık olduğunu görürüz. Klasik modele göre, gördüğümüz gökyüzü parlaklığı, eşit dağılımlı yıldızların parlaklığından daha az parlak olmamalıdır.
Bu çelişkili durumu inceleyen ilk kişi 1610 yılında Alman Friedrich Johannes Kepler’dir (1571-1630). Aynı zamanlarda, İngiliz Edmund Halley (1656-1742), sonsuz sayıda yıldızla dolu bir durağan evren düşüncesine karşı karanlık gökyüzü olgusunu bir argüman olarak öne süren ilk kişidir. Çelişkiyi 1823 yılında formüle ederek bilim dünyasına sunan Alman astronom Heinrich Olbers’dir (1758-1840). Onun onuruna, çelişki Olbers Çelişkisi olarak adlandırılmıştır. Bu çelişki ayrıca Karanlık Gökyüzü Çelişkisi olarak da bilinir.
Çelişki, klasik modele dayanan, evrenin tümüyle yıldızlar tarafından aydınlatılmış olması varsayımın bir sonucudur. Bu varsayımın gerçekte doğru olmadığını hepimiz gözlemekteyiz. Evren sonsuz olsaydı, bu durumda yıldızlar gökyüzünü tümüyle kapardı ve gece gökyüzü karanlık olmazdı.
Astrofiziksel olarak sınıflandırdığımız bu çelişki, astronominin karmaşıklığı nedeniyle, termodinamik ve hatta elektrodinamik bir çelişki olarak sınıflandırılabilir.
Çelişki kuramsal bir bakış açısına dayanır ve bir paradigma çelişkisi örneğidir. Bunu çözmek için, Olbers çelişkisini ortaya çıkaran modelin temel ilkelerini değiştirmek gerekir. Bu çelişki çözülmüştür ve bu nedenle eski bir çelişki olarak sınıflandırılabilir.
Bu çelişki, insan duyu algısıyla algılanabilen gerçek bir olaydan kaynaklanır ve bir düşünce deneyi değil, gerçek bir algısal gözlemdir.
Olbers Paradoksunun Çözümü
Evrendeki uzak cisimlere ilişkin Doppler Etkisini bulan ve bunu Doppler Kayması olarak adlandıran İngiliz astronom William Huggins (1824-1910) tarafından kırmızıya kaymanın 1868 yılında bulunması, yeni bir kuramın yolunu açtı. Günümüzde evrenin durağan ve sonsuz olmadığı açıktır ve yıldızlararası uzay boş değildir. Galaksi veya yıldız ne kadar uzaksa, uzaktaki yıldızlardan gözlemciye o kadar daha az enerji geldiği kanıtlanmıştır. Bu enerji kaybının nedenleri şunlardır:
- Yıldızlararası madde nedeniyle ışığın ortamdan geçerken soğurulması. Bu ortam termodinamik denge durumunda değildir. Denge durumuna ulaşıldığında, yıldızlararası madde, soğurduğu kadar enerji yayar.
- Evrenin genişlemesinden dolayı uzaktaki galaksilerden yola çıkan ışık kırmızıya kayar, yani enerjilerini kaybederek sönükleşir (bkz. Hubble sabiti).
Olbers başlangıçta çelişki için, enerjinin yıldızlararası madde tarafından soğurulduğu sonsuz ve durağan bir model için çözüm önermiştir. Bununla birlikte, sonsuz evren termodinamik dengeye ulaşıldığını gösterdiğinden çözüm yetersiz kalmıştır. Klasik, durağan model çerçevesinde çelişkinin çözümü için başka girişimler de olmuştur. 1908 yılında İsveçli astronom Carl Wilhelm Ludwig Charlier (1862-1934) ve yakın zamanlarda, Rus Kosinov, Garbaruk ve Polyakov’un önerdiği hiyerarşik yapı modeli buna örnektir. Rus bilim insanları evrenin durağan olmayan doğasını inkar etmemektedir. Bu, sonsuz, durağan model yaklaşımıyla sorunun çözümü için bir öneridir.
Sönük Genç Güneş Paradoksu
Bir zamanlar Güneş’in hacmi bugünkü değerinden daha küçüktü. Bu nedenle yüzeyi daha küçüktü ve daha az ışık yaymaktaydı. Araştırmalar o zaman, Dünya’nın yüzeyininn bugünküne göre daha sıcak olduğunu göstermiştir. Bu durumda daha az enerji yayan Güneş, nasıl olur da Dünya’yı daha fazla ısıtabilir?
Bu çelişkinin ortaya çıktığı dönemde ilk gözlemler Carl Sagan (1934-1996) ve George Mullen tarafından 1972 yılında yapılmıştır.
Gözlemler, Güneş benzeri yıldızların gelişimini açıklamakta kullanılan standart Güneş modeline dayanmaktadır. 4,5 milyar yıl önce Güneş bugünküne göre %70 daha az enerji yaymaktaydı ve hacmi yaklaşık %15 daha küçüktü. Bu koşullar altında, Dünya Güneş’ten %30 daha az enerji almaktaydı. Bugün Dünya’da geçerli olan parametrelere göre Dünya tümüyle donmuş olmalıydı. Bilindiği gibi, o zamanlarda gezegenimizin donmuş olmadığı, bugünküne göre daha sıcak olduğu bilinmektedir.
Sönük genç güneş çelişkisi çözülmüş bir çelişkidir ve bu nedenli eski çelişki sınıfına girer. Çelişkinin çözümü, temel olarak atmosferinin ve yüzeyinin oluştuğu zamanlar için yeryüzündeki atmosferik koşullarla ilgili geçerli bir varsayım yapılmasıyla olur. Sagan ve Mullen çelişkiyi daha çok bir bilmece sorusuna dönüştüren bu koşulları bilmekteydi. Bu yüzden bu çelişki yalancı çelişki olarak sınıflandırılır.
Bu çelişki, insan duyularının algılayabildiği gerçek bir olaydan kaynaklanmamaktadır. Söz konusu olay, insanın yeryüzündeki varlığından önce varolan bir olaydır. Bu spekülatif ve düşüncede formüle edilen bir olaydan kaynaklandığından düşünsel bir çelişkidir.
Sönük Genç Güneş Paradoksunun Çözümü
Çelişkinin çözümü Dünya atmosferinin bileşiminde bulunabilir. Uzun zaman önce Dünya’nın atmosferi, sera etkisi yaratan (örneğin günümüzde Venüs gezegeninde olduğu gibi) temel olarak karbondioksit, metan ve sudan oluşmaktaydı. Günümüzde atmosferin yapısı önemli ölçüde farklı olduğu için Dünya’nın yüzeyi şimdi o zamanki kadar sıcak değildir ve bu da etkiyi daha az belirgin hale getirir.
Isı Ölümü Paradoksu (Clausius Çelişkisi)
Evrenin ebedi olduğunu varsayarsak, şöyle bir soru ortaya çıkar: Neden henüz termodinamik dengeye ulaşılmadı?
Isı ölümü çelişkisi, diğer adıyla Clausius çelişkisi ya da termodinamik çelişki, her sistemin termodinamik dengeye ulaşma eğiliminde olduğu temel varsayımı üzerine kurulmuştur. Bu çelişki, evrenin ebedi olduğu klasik evren modeli üzerine kuruludur. Clausius çelişkisi paradigma çelişkisidir. Evren hakkındaki temel fikirler değiştirilerek paradigma değiştirilmiştir ve çelişki, paradigma değiştirildiğinde çözülmüştür. Çelişki evrenin klasik durağan modelinde geçerli iken, Fridman’ın durağan olmayan görelilik modelinde geçerliliğini yitirir. Fridman modelinin tanımlanması çelişkiyi ortadan kaldırmış olduğundan, bu çözülmüş bir çelişkidir.
Çelişki, Alman fizikçi Rudolf Julius Emanuel Clausius (1822-1888) tarafından ortaya atılan termodinamiğin ikinci yasasının katı mekanik bakış açısına dayanmaktaydı ve buna göre cisimlerde sıcaklık yalnızca sıcaktan soğuğa aktarılabilir. Evren iddia edildiği gibi ebedi olsaydı, evrenin klasik durağan modelinde düşünüldüğü gibi zaten soğuk olurdu.
Bu çelişki, insan duyularıyla algılanabilen gerçek bir olaydan kaynaklanır ve bir düşünce deneyi değil, gerçek algılanabilir bir gözlemdir.
Isı Ölümü Çelişkisinin Çözümü
Yakın tarihli kozmolojik kuramlara göre, evren ebedi değildir ve yaklaşık 13.8 milyar yıl önce başlamıştır (bkz. Evrenin yaşı nasıl hesaplanır?). Bu düşünceyle ısı ölümü çelişkisinin çözümü, yeterli zaman geçmediği için termodinamik dengeye ulaşılamamış olduğudur.
Sonuç
Astrofizik çelişkileri çözmek için oldukça kapsamlı bir fizik bilgisi ve çağdaş fizik kuramlarını bilmek gerekir. Çoğu astrofiziksel çelişki çözülmüştür. Pek çok çelişki doğası gereği kuramsaldır ve dolayısıyla belirli temel prensiplere dayanır. Bu prensipler, bunların çözümü sırasında göz önüne alınmalıdır.
Hazırlayan: Prof. Dr. Varol Keskin
Editör: Ögetay Kayalı
