Karanlık madde, karanlık enerji ve modifiye kütleçekim kuramları

By Furkan Semih Dündar on Çar, 12/06/2019

Evrenimizin bileşenleri

Evrenimizi oluşturan bileşenlerin günümüzdeki oranlarıyla başlayalım:

  • %27 karanlık madde
  • %68 karanlık enerji
  • %5 bildiğimiz şekliyle madde (protonlar, elektronlar, nötronlar, nötrinolar vb. parçacıklar)

Şimdi bunlardan ilk ikisini (karanlık madde ve karanlık enerji) ve ilki yerine geçebilecek farklı bir yöntemi (modifiye kütleçekim kuramları) açıklayalım.

Karanlık madde

Bir gökadanın etrafında dolanan cisimlerin hızları Newton mekaniğinin öngördüğünden daha yüksek ölçülebiliyor. Buna göre galakside daha fazla madde olması gerekiyor. Galaksinin yaydığı ışıktan yola çıkarak kütlesi hesaplanabiliyor. Fakat bu hesap ile o “fazladan” kütle bulunamıyor. Bunu açıklamak için bilim insanları karanlık madde olarak adlandırdıkları yeni bir tür maddenin galaksinin merkezi civarlarında olduğunu düşünüyor.

Kuramsal olarak karanlık madde kütleçekimi hariç diğer kuvvetlerle etkileşmiyor. Bunlar da elektromanyetik kuvvet, zayıf ve güçlü etkileşim. Tabi ki gözlemsel olarak karanlık maddenin diğer kuvvetlerle etkileşimi için üst sınırlar mutlaka vardır. Örneğin, teoride kütlesiz olarak kabul edilen foton (ışık parçacığı) için bile kütlesinin bir üst sınırı var (3E-27 eV).

Modifiye kütleçekim kuramları

Galaksilerin etrafında dönen yıldızların hızlarındaki gözlem-teori uyuşmazlığını çözmek için karanlık madde fikrini öne sürmek yerine farklı alternatifler de düşünülebilir. Bunlar gözlemlenen madde miktarının doğru olduğunu fakat kütleçekim kuramımızın (genel görelilik) o ölçekte hatalı sonuçlar verdiğini öne sürüyorlar. Bu kuramlar genel olarak modifiye kütleçekim teorileri olarak adlandırılıyorlar. Bunlara örnek vermek gerekirse, f(R) kütleçekimi, MOND gibi örnekler verilebilir.

Biraz teknik konuşursak f(R) kuramı Einstein-Hilbert eylemindeki Lagranjyenin sadece R’ye (skaler eğrilik) doğrusal olarak bağlı olmasındansa belki R’nin bir fonksiyonu (yani f(R)) şeklinde bir bağlılığı olduğunu öne sürüyor. Öte yandan MOND ise Newton’ın F=ma denklemini düşük ivmelerde değiştirerek karanlık maddeye olan ihtiyacı ortadan kaldırıyor.

Geçtiğimiz sene içerisinde içinde karanlık madde olmayan bir gökada keşfedildi. Buradan yola çıkarak modifiye kütleçekim kuramlarının her zaman karanlık madde etkisi öngördüğü bulununan bu örneğinse bununla çeliştiği düşünülebilir. Fakat sonradan anlaşıldı ki ölçümdeki hata payları modifiye kütleçekim teorilerinin boşa çıkmasını sağlamıyor. Dolayısıyla hala modifiye kütleçekim kuramları için yer var.

Karanlık enerji

Yapılan astronomik gözlemler neticesinde evrenimizin ivmelerek genişlediği ortaya çıktı. Bu genişlemenin sebebini ise uzayı dolduran bir tür bilinmeyen enerji çeşidi olarak adını alan karanlık enerjiye bağladılar bilim insanları. Karanlık enerji genel göreliliğe Einstein’ın zamanında göz ardı ettiği bir kozmolojik sabit terimi ekleyerek mevcut teoriye bağlanabiliyor. Karanlık enerjinin bir özelliği ise uzayın genişlemesiyle seyrelmemesi. Örneğin bir metreküplük hacim (içinde E kadar karanlık enerji olsun) genişleyip iki katına çıktığında 8E kadar bir karanlık enerji barındırıyor.

 

İleri okuma

Etiketler
fizik