Karanlık Madde ve Dinozorlar [1 ed.] 9786051716053

Citation preview

DA

K i t l e s e l Yok O l u ş l a r d a E v r e n i n Şaşırtıcı Bağlantıları

ALFAI BİLİM

3275 | ALFA |BİLİM | 138

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

USA RANDALL Harvard Üniversitesinde kuramsal parçacık fiziği ve kozmoloji öğrenimi gören Dr. Randall halen aynı üniversitede profesör ola­ rak görev yapmaktadır. Parçacık fiziği alanında iz bırakan bilimsel çalışmaları dünyanın en iyi fizik dergilerinde yayımlanmıştır ve Discover, The Eccmomist, Newsu>eek ile Scientifıc American gibi ünlü dergilerde yazılar yazmıştır. Time dergisinin “ 100 Etkin İnsan” listesinde olan Dr. Randall’ın Bükülmüş Geçitler (Alfa, 2016) ve Cennetin Kapısını Çalmak (Alfa, 2016) adlı kitapları New York Times’ın en çok satan ve 100 tanınmış kitabından ikisidir. Dr. Randall Amerikan Ulusal Dilim Akademisi ve Amerikan Felse­ fe Derneği üyesidir. Kendi deyişiyle, “evrenin sırlarını çözmekle uğraşmadığı zamanlar kaya tırmanışı, kayak ve sanatla ilgilen­ mekten zevk almaktadır.” ZEKERİYA AYDIN 1964 yılında Ankara Üniversitesi Fen Fakültesi Fizik Bölü­ münden mezun olup aynı bölümde akademik hayatına başlayan Zekeriya Aydın, 2008 yılında oradan emekli olmuştur. Çeşit­ li zamanlarda Colorado Üniversitesi, Hamburg Üniversitesi ile DESY Hızlandırıcı Merkezi ve Trieste Teorik Fizik Merkezi gibi yerlerde çalışmıştır. Kuramsal parçacık fiziği alanında çok sayıda araştırma makalesinin yanında, lisans ve lisansüstü düzeyde telif ve çeviri fizik ders kitapları vardır. Çevirdiği popüler bilim kitap­ ları arasındaysa Weinberg’in İlk Üç Dakika ve Atomalli Parçacıklar, Christiansoıı’ın Isaac Neıvton: Bilimsel Devrim, Gordon Kane’in Süpcrsimetri, Goodstein’ın Teynman’ın Kayıp Dersi (Alfa, 2013) ve Feynman’ın Altı Kolay Parça (Alfa, 2013), Altı Zor Parça (Alfa, 2014) ve Fizik Dersleri I (Alfa, 2017) kitapları sayılabilir.

Karanlık Madde ve Dinozorlar © 2016, ALFA Basım Yayım D ağıtım San. veT ic. Ltd. Şti.

Dark Matter and The Dinosaurs © 2015, Lisa Randall. Kitabın Türkçe yayın hakları Alfa Basım Yayını Dağıtım Ltd. Şti.’ne aittir. Tanıtım amacıyla, kaynak göstermek şartıyla yapılacak kısa alıntılar dışında, yayıncının yazılı izni olmaksızın hiçbir elektronik veya mekanik araçla çoğaltılamaz. Eser sahiplerinin manevi ve mali hakları saklıdır. Y ayıncı ve G e n e l Y ayın Y ö n e tm e n i M. Faruk Bayrak G en el M ü d ü r Vedat Bayrak Y ayın Y ö n e tm e n i Mustafa Küpüşoğlu D iz i E d itö r ü Kerem Cankoçak Ç e v iri Zekeriya Aydın R e d a k siy o n M ehm et Ata Arslan K a p a k T a s a rım ı Füsun Turcan Elmasoğlu Sayfa T a sa rım ı M ürüvet D u m a

ISBN 978-605-171 -605-3 1. Basım: Aralık 2017

Baskı ve C ilt M elisa M a tb a a c ılık ÇiftehavuzlarYolu Acar Sanayi Sitesi N o: 8 Bayrampaşa-Istanbul Tel: 0(212) 674 97 23 Faks: 0(212) 674 97 29 Sertifika no: 12088

A lfa B a sım Y ay ım D a ğ ıtım S an . ve T ic . L td . Ş ti. Alemdar Mahallesi Ticarethane Sokak N o: 15 34110 Cağaloğlu-Istanbul Tel: 0(212) 511 53 03 Faks: 0(212) 519 33 00 www.alfakitap.com - info@ alfakitap.com Sertifika no: 10905

USA PANDALL KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

K i t l e s e l Yok Ol u ş la r d a E v r e n in Şaşırtıcı Bağlantıları

Çeviri Zekeriya Aydın

A L F A IB İL İM

İÇ İN D EK İLER

Teşekkürler, 7 Şekil Listesi, 10 Giriş, 13 I. Kısım

EVRENİN GELİŞİMİ 1. 2. 3. 4.

GİZLİ KARANLIK MADDE CEMİYETİ KARANLIK MADDENİN KEŞFİ BÜYÜK SORULAR NEREDEYSE EN BAŞI: BAŞLAMAK ÎÇİN ÇOK GÜZEL BlR YER 5. BÎR GÖKADA DOĞUYOR

25 34 47 55 73

II. Kısım

F A A L BİR GÜNEŞ SİSTEMİ 6. GÖKTAŞLARI, KAYAN YILDIZLAR VE METEORİTLER 91 7. KUYRUKLUYILDIZLARIN KISA, GÖRKEMLİ YAŞAMLARI 111 8. GÜNEŞ SİSTEMİNİN KIYISI 9. TEHLİKE İÇİNDE YAŞAMAK 10. ŞOK VE KORKU 11. SOY TÜKENİŞLERİ

133 137 160 177

12. DİNOZORLARIN SONU 13. YAŞANABİLİR BÖLGEDE HAYAT 14. NE EKERSEN ONU BİÇERSİN 15. KUYRUKLUYILDIZLARIN OORT BULUTUNDAN FIRLATILIP ATILMASI

201 229 246 260

III.

Kısım

K A R A N L IK MADDENİN KİMLİĞİNİ ÇÖZME 16. GÖRÜNMEZ DÜNYANIN MADDESİ 17. KARANLIKTA NASIL GÖRÜRÜZ? 18. SOSYAL BAĞLANTILI KARANLIK MADDE 19. KARANLIĞIN HIZI 20. KARANLIK DtSKÎN ARANMASI 21. KARANLIK MADDE VE KUYRUKLUYILDIZ ÇARPMALARI

281 299 313 325 341 356

22. SONUÇ: IYÎYE GİDİŞ

372 Ek Okuma, 381 Dizin, 399

Ş E K İL LİSTESİ

1. Işığın kütleçekimsel merceklemesi. 2. Mermi kümesi. 3. Kozmik pasta. 4. Şişen evren. 5. Evrenin evrimi. 6. Evrende yapının oluşması. 7. Kozmik ağ. 8. Samanyolu gökadası. 9. Gezegenler, küçük-gezegenler kuşağı ve Kuiper kuşağı. 10. Uzay aracı tarafından ziyaret edilen küçük-gezegenler ve kuyrukluyıldızlar. 11. Küçük-gezegenlerin dağılımları. 12. Küçük-gezegenlerin ad lan ve simgeleri. 13. Giotto'nun Magi’nin Tapınması tablosu. 14. Kuiper kuşağı. 15. Oort bulutu. 16. Yeryüzüne Yakın Küçük-gezegenlerin sınıflam alan. 17. Çeşitli nedenlerle, yıl başına düşen ölümler. 18. Göktaşı boyutunun fonksiyonu olarak, çarpm alardan ileri gelen ölüm tehditleri. 19. Yeryüzüne-yakın cisim lerin tahm ini dağılım lan. 20. Çeşitli boyutlardaki cisimlerin Yeryüzüne çarpm alan arasındaki ortalam a yıl sayısı. 21. Ortalama çarpm a aralığı ve çarpm a eneıjisi. 22. Kayan yıldız krateri. 23. Zumaia yakınındaki Itzurun Plajı. 24. Şoklanmış kuartz. 25. Parçalanma konileri. 26. Basit krater. 27. Karmaşık krater. 28. Krater listesi. 29. Zaman dilimleri ve soy tükenişleri. 30. İspanya, Itzurun Plajındaki K-Pg sınırında. 31. Kiral molekül. 7

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

32. Küçük-gezegenlerin kuyrukluyıldızlara karşı akı ve hızlan. 33. Samanyolunun spiral kollan. 34. Gökada boyunca Güneşin hareketi. 35. Büyük Patlama Kuramı setinin yemek salonu. 36. Karanlık madde saptam asının üç yolu. 37. Doruğa karşı çekirdekli m adde yoğunluk dağılımları. 38. Samanyolunun orta-düzlem inde karanlık disk.

8

TEŞEKK Ü R LER

Bu kitap benim fizikteki araştırm alarından ve ayrıca beni burada sunduğum özel araştırm aya götüren astronom i, jeoloji ve biyo­ lojideki birçok fikirden esinlenm işti. Birçok bilim insanı bu ko­ n ulara dalm am a katkılarda bulunm uştu; bu ve diğer araştırm a­ lar esnasında benim le bilgilerini paylaşm ış olan tüm fizikçilere ve gökbilim cilerine teşekkür etmek isterim . Karanlık Madde ve Dinozorlar hem dünyamıza düşkünlüğüm ü ve dünya hakkındaki heyecanımı hem de onun bazı gidişatları hakkındaki kaygılarımı yansıtm aktadır. Bu fikirlerin şekillenm esini, yıllardır aydınlatıcı sohbetler yaptığım birçok arkadaşa borçluyum. Bu yolda yardım eden herkese teşekkür etmek isterim . Özellikle benim bilim sel merakımı paylaşan birçok m eslektaşa ve karanlık m adde diski araştırm alarının çeşitli yanlarına katkıda bulunm uş olan çalışm a arkadaşlarım J iJ i Fan, Andrey Katz, Eric Kramer, Matthevv McCullough, Matthevv Reece ve Jakub Scholtz'a teşekkür etmek istiyorum. Teşekkürlerim ayrıca bu kitaptaki fikir­ lere yol açan bağlantıyı öneren Paul Davies'e ve bu konudaki iş­ birliği nedeniyle Matthevv Reece'edir. tik taslağı okuyan Matthevv ve Lubos Motl gibi dostlara sahip olduğum için şanslıyım; ikisine de fikirleri ve teşvikleri nedeniyle teşekkür ederim (Lubos’un bazı tartışm alı konular hakkındaki fikirleri, onun teşvikini biraz seçici yaptıysa da...) Çeşitli bölüm leri inceleyen fizik ve astronom ideki m eslektaş­ lara da, Laura Baudis, Jam es Bullock, Bogdan Dobrescu, Doug Finkbeiner, Richard Gaitskell, Jakub Scholtz, ve Tim Tait dahil, teşekkür ederim. Adam Brovvn'ın kitap son haline gelmeden önce yaptığı kontroller de çok değerliydi. Jo Bovi, Matthevv Buckley, Sean Carroll, Chris Flynn, Lars Bergstrum, Ken Farley, Lars H em quist, Johan Holmberg, Avi Loeb, Jonathan McDovvell, Scott Trem aine'm ve M att VValker'ın bilim üzerine yorum lan da aynca kitabın içeriklerini yansıtm aktadır; olgulan gözden geçiren ve iç-

9

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

görüler tem in eden gökbilim cilerin -özellikle Francesca DeMeo, D m itar Sasselov, ve M aria Zuber'in- katkıları da öyle. Zaman ve girdileriyle b aştan sona çok cöm ert olan M artin Elvis ve Chris Flynn'e özel teşekkürler. Jerry Coyne, N athan Mhyrvhold ve bil­ h assa VValter Alvarez, Andy Knoll ve David Kring soy tükenişleri, özellikle K-Pg soy tükenişi üzerine içerden b iri olarak değerli gö­ rü şler tem in etm işlerdi ve onların önerileri ve düzeltm eleri paha biçilmezdi. Jose Ju an Blanco, Asier Hilario, M iren Mendea ve Jon U rrestilla'ya da Ispanya'daki K-Pg sınırına ziyareti düzenledikleri için müteşekkirim. Bilimi bilmek ile b ir kitap yazmak a y n şeylerdir. Pozitif bilim m eslektaşlarım ın kavrayışlı yorum lan ve dikkatli okuyuşlanna ilaveten, diğer ilgi alan la n n d an birçok arkadaşın desteği ve bil­ geliğinden yararlanm a açısından a ş ın derecede şanslıydım . Andi M achl'a zam anı, desteği ve güvenirliği nedeniyle ve çok fazla ya da çok az söylediklerimle ilgili onun sam im i değerlendirm eleri için teşekkür ederim. Cormac M cCarthy'nin dikkatli incelem esin­ deki yüksek stan d ard ı (ve onun itirazını sessizce ifade etme tavn) da projeye ilerlem e kattı. A rkadaşlanm Ju d ith Donaugh, Maya Jasanoff ve Jen Sacks'ın bilgi, öğüt ve teşvikleri bu kitaptaki fikir­ lerin ve sözcüklerin şekillenm esinde çok yararlı oldu; Jen 'in sez­ gileri de birçok kısım lanyla işe yaradı. David Lewis'in İngilizce dil kontrolü ve Anna C hristina B uchm ann'ın redaksiyon bilgisi son biçime büyük k atkılar sağladı. Jim Brooks, R ichard Engel, Tim othy Ferris, Milo Goodell, Tom Levenson, Hovvard Lutnick, Dana R andall ve M ichael Snediker'a katkı sağlayan güzel noktalara de­ ğindikleri için ayrıca teşekkür ederim. E ditör Hilary R edm an'a bu kitabın tam am lanm ası süresin­ deki öğütleri, teşvikleri ve sabrı için ve onun yardım cısı Emma Janaskie’ye p a rç a la n b ir araya getirm edeki yardım lan nedeniyle m üteşekkirim . Random House UK'deki S tuart VVilliams aynca çok değerli yayıncı fikirleri verm işti. Dan H alpem 'e ve Ecco'daki per­ sonele yard ım lan için ve Alison Saltzberg'e de kapak konusunda benim le cana yakın çalışm ası nedeniyle teşekkür ederim. Yetenek­ li ve düşünceli Rosa Lincoln b ir portre fotoğrafına yardım etti, Gary Pikovski yeni çizim ler sağladı; E lisabeth Cheries, Robin Green, Emma Janaskie, Eric Kaplan, David Kring, Emily Lakdavvalla, Tommy McCall ve Bili Prady resim lerin birkaçında yardım da bu-

ıo

TEŞEKKÜRLER

lundu; Kathleen Rocheleau kaynakçada çok becerikliydi ve Elisabeth Cheries düzeltm elere yardım etti. Yaddo'ya ve orada birlikteoturduklanm a zevkli ve üretken ikam et edişim nedeniyle, M arty ve Sarah Flug'a bazı önemli bağlantılardaki konukseverlikleri için ve H arvard'a bunun üzerinde çalıştığım zam an ve üretken fizik ortam ı için teşekkür ederim. Temsilcim Andrevv VVylie'ye bu pro­ jeyi lanse etmedeki yardım ı için ve Andrevv ve Sarah C halfant'm ikisine de taslak üzerindeki teşvik nedeniyle ayrıca teşekkür ede­ rim. Ayrıca Wylie Acentası takım ının kalanlarına da, Jam es Pullen ve Kristina Moore dahil, yol boyunca pürüzleri giderdikleri için müteşekkirim. Özel gönül borcu Jeff Goodell'edir, o durm aksızın iyi bir öy­ künün m om entum unu anlayan ve onun nasıl iletileceğini bilen becerikli b ir yazarın sezgilerini paylaşm ıştı; onun m erakına ka­ tılm aktan m utluluk duydum. Teşekkürlerim ayrıca onun ailesine ve benim aileme ve arkadaşlarım a, onların paha biçilmez merakı, ilgisi ve teşviki içindir. Son olarak, anneme ve babam a teşekkür etmeyi arzularım ; on­ lar ne yazık ki bu kitabı paylaşam ayacaklar, fakat inanıyorum ki onların etkisi kitabı yönlendiren bakış açısında hep m evcuttur. Bana, bunun gibi tutkulu girişim ler dahil, ulaşılabilir am açlara inanm a esini verdikleri için onlara teşekkür etmek isterim .

ıı

G İR İŞ

"Karanlık madde" ve "dinozorlar," belki de çocuk oyun sahaları, fantezi oyun kulüpleri ya da henüz-piyasaya-sürülm em iş Spielberg filmleri dışında, birlikte çok seyrek duyduğunuz sözcük­ lerdir. Karanlık m adde,' Evrende sıradan m adde gibi kütleçekim aracılığıyla etkileşen, fakat ışık yaymayan ya da soğurmayan, an ­ laşılm ası zor b ir nesnedir. Gökbilimciler onun kütleçekimsel etki­ sini algılarlar, fakat kelim enin tam anlam ıyla onu görmezler. Di­ ğer tara ftan dinozorlar... Dinozorları açıklamak zorunda olduğum hususunda kuşkuluyum. Onlar 231 milyon yıldan 66 milyon yıl öncesine kadar yeryüzünde yaşam ış baskın türden om urgalılardı. Karanlık m adde ve dinozorlar, ikisi de, bağım sız olarak b ü ­ yüleyici olsalar da, bu görülmeyen fiziksel cevher ile söz konusu popüler biyolojik ikonların tam am ıyla ilişkisiz olduklarını akla uygun varsayardınız. Gerçek durum da bu olabilirdi. Fakat Ev­ ren tanım olarak b ir tek varlıktır ve ilke olarak onun bileşenleri birbirleriyle etkileşir. Bu kitap kuram sal b ir senaryoyu soruştur­ m aktadır; bu senaryoda iş arkadaşlarım ve ben, karanlık m adde­ nin en sonunda (ve dolaylı olarak) dinozor soyunun tükenm esin­ den sorum lu olmuş olabileceğini önermekteyiz. Paleontolojistler, jeologlar ve fizikçiler, 66 milyon yıl önce en azından onlarca kilom etre genişliğinde bir cism in uzaydan Dünya'ya dik olarak düştüğünü ve gezegenimiz üzerindeki diğer türlerin üçte-ikisinin yanı sıra, yeryüzündeki dinozorları yok e tti­ ğini gösterm işlerdi. Bu cisim Güneş Sistem inin dış bölgelerinden gelen b ir kuyrukluyıldız olmuş olabilirdi, fakat bu kuyrukluyıldı­ zın zayıf bağlı, ama kararlı yörüngesinden neden tedirgin edildi­ ğini hiç kimse bilmiyor. tng. D ark m atter. K a ra n lığ ın İn g iliz c e k a r ş ılığ ı d a h a çok d a rkn ess o lm a sın a k a rş ın , d a rk m a tte r ve d a rk energy T ürkçeye çoğu z a m a n "k a ra n lık m ad d e" ve "k a ra n lık en erji" o la ra k çev rilm ek ted ir. A ncak k im i ç e v irm e n le r (ve T ürkçe y a z a n b a z ı fizik çiler) "k ara m ad d e" ve "k ara enerji" te rim le rin i te r c ih e tm e k ­ teler. Bu k ita p ta ç e v irm e n in te rc ih in e u y u lm u ş tu r -y n . 13

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

Bizim önerimiz şu: Samanyolunun orta düzlemi -açık b ir ge­ cede gökyüzünde gözleyebileceğiniz çeşitli yıldızlar ve parlak to zlar- içinden Güneşin geçişi esnasında, Güneş Sistemi uzaktaki cismi yerinden oynatan bir karanlık m adde diskine rastlam ıştı, dolayısıyla bu dehşet verici çarpm a tetiklenm işti. Gökadamız ci­ varında, b ir karanlık m adde yığını devasa düzgün ve yaygın bir küresel hale halinde bizi sarm alar. Dinozorların ölüm ünü tetikleyen karanlık m addenin türü, Ev­ rendeki ele geçmez karanlık m addenin çoğundan iyice farklı olaruk dağılm ış olabilir. Karanlık m addenin ek tü rü haleyi bozulm a­ mış bırakm ış olabilirdi, fakat onun çok farklı etkileşm eleri onu Samanyolu düzlem inin tam ortasında b ir disk içine yoğunlaştır­ m ıştı. Bu ince bölge o denli yoğun olabilm işti ki Güneş Sistemi onun içinden geçtiğinde, Güneş, gökadamızın içindeki yörünge­ sinde aşağı yukarı salınırken, diskin kütleçekim sel etkisi aşırı de­ recede kuvvetli olm uştu. Onun kütlesel çekmesi, Güneş Sisteminin dış ucunda kuyrukluyıldızları yerinden oynatmaya yetecek kadar güçlü olabilm işti; orada Güneşin çekişi onları tekrar geri dizgin­ lemek için aşırı zayıf kalabilm işti. Yoldan çıkan kuyrukluyıldızlar Güneş Sisteminden dışarı atılm ışlardı ya da -d ah a ciddi şekildeGüneş Sistem inin içlerine doğru gitmek üzere yönlendirilm işler­ di. O ralarda Dünya'ya çarpm a potansiyeline sahip olabilirlerdi. Bu fikrin doğru olup olm adığını henüz bilmediğimi size daha b aştan söyleyeceğim. Ancak beklenm edik tipteki b ir karanlık m adde canlı varlıklar üzerinde (aslında, teknik olarak artık yaşa­ mayan) ölçülebilir etkiler yaratabilir. Bu kitap tam da böyle bek­ lenmedik etkili karanlık m adde hakkında alışılm am ış önerim izin öyküsüdür. Bu kurgusal fikirler -olabilecekleri k adar kışkırtıcı olsalar d abu kitabın birincil odağı değildir. Onu kuşatan bağlam ve bilim, en azından içerikçe dinozorları yok eden kuyrukluyıldızın öyküsü kadar önemli olup, kozmolojinin ve Güneş Sistemi bilim inin faz­ lasıyla oturm uş çerçevelerini içine alır. Çalıştığım konular, benim araştırm am ı sık sık, m addenin nelerden yapıldığı, uzay ve zam a­ nın doğası ve Evrendeki her şeyin bugün gördüğümüz dünyaya nasıl evrildiği gibi büyük sorulara yönelttiği için kendimi şa n s­ lı hissediyorum . Bu kitapta, bunların çoğunu da paylaşacağım ı üm it ederim. 14

GİRİŞ

Betimleyeceğim araştırm ada, çalışm alarım beni kozmoloji, astrofizik, jeoloji ve h atta biyoloji hakkında daha geniş olarak düşünmeye başladığım b ir yola soktu. Odak hâlâ tem el fizik üze­ rindedir. Tüm yaşam ım da, daha geleneksel parçacık fiziği yapmış, örneğin, üzerinde bu yazdıklarım ı okuduğunuz kâğıt ya da ekra­ nın m alzemesini oluşturan sıradan m addenin yapı taşların ı çalış­ mış birisi olsam da, Güneş Sistemi ve Yeryüzü için temel fiziksel süreçlerin olası sonuçlarının yanı sıra, bilinen -ve çok yakında bilinecek o lan - karanlık dünyayı da derinlem esine incelemeyi canlandırıcı buldum. Karanlık M adde ve Dinozorlar kitabım , Yeryüzünün neyin so­ nucunda hayat için yaşanabilir b ir bölge haline geldiğinin yanı sıra, Evren, Samanyolu, Güneş Sistemi hakkında bizim şu anki bilgimizi açıklar. Karanlık m adde ve kâinatı tartışacağım , fakat kuyrukluyıldızları, küçük-gezegenleri (asteroidleri) ve yaşam ın ortaya çıkışını ve yok oluşunu -özel olarak yeryüzü dinozorlarını öldürm ek üzere Yeryüzüne düşen cisim üzerine odaklanarak- ve nihayet buradaki yaşam ın geri kalanında pek çok şeyi derinle­ m esine araştıracağım . Bu kitap size bizleri buraya getiren birçok inanılm az ilişkinin bilgisini aktarsın istiyorum; böylece şim di olanları bü tü n anlam larıyla anlayabilelim. Bugün gezegenimiz hakkında düşündüğüm üzde, kuşkusuz orada gelişm iş olan içeriği de daha iyi şekilde anlam ak isteriz. Bu kitaptaki fikirlerin altında yatan kavram lar üzerine odak­ lanmaya başladığım zam an dehşete kapılm ıştım . Sadece şu anki yerel-çevre. Güneşe dair-çevre, gökadaya dair-çevre ve evrene dair-çevreyle ilgili bilgimiz konusunda değil, ayrıca burada Yeryüzü üzerinde bizim ra stlan tısal küçücük tünem e yerim izden bunları eninde sonunda ne kadar anlam ayı üm it ettiğim iz konusunda da büyülenm iştim . En sonunda bizim var olmamızı sağlayan olaylar arasındaki pek çok ilişkiyle de boğulm uştum . Açık olmak gere­ kirse, dinsel b ir bakış açısı değildir benimki. Bir amaç ya da an ­ lam yükleme gereği hissetm iyorum . Yine de, evrenin sınırsızlığını, geçmişimizi ve tüm bunların nasıl uygun geldiğini anladığım ızda, elimde olm adan dinsel demeye m eylettiğimiz duygular hissede­ rim. Bu, günlük yaşam ın aptallığıyla m uhatap olunduğunda, her­ kese b ir görüş açısı sunar. Bu yeni araştırm alar, gerçekte beni dünyaya ve bizi yaratan Ev­ 15

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

renin birçok p arçasına farklı açıdan bakmaya yöneltti, ûueens'de büyüyen ben New York kentinin etkileyici binalarını gördüm, fa­ kat doğayı o kadar çok değil. Gördüğüm küçük doğa, yetiştirilip ıslah edilm iş p ark lar ya da çim enlerden ibaretti; insanların u laş­ m asından önce olan yapıdan çok az şey kalm ıştı. Buna karşın, b ir kum salda gezindiğinizde, b aştan b aşa yaratıklar ya da en azından onların kabuklan üzerinde yürürsünüz. Bir kum salda ya da kırda görebileceğiniz kireçtaşı falezleri m ilyonlarca yıl önce yaşam ış olan yaratıklardan oluşm uştur. Dağlar çarpışan tektonik ta b a ­ kalardan yükselm iştir ve bu hareketleri süren sıcak magma Yer­ yüzünün çekirdeği civarında gömülü radyoaktif malzemenin b ir sonucudur. Enerjimiz Güneşin nükleer süreçlerinden gelmektedir; başlangıçta bu nükleer tepkim eler m eydana geldiğinden beri bu enerji dönüşm üş ve farklı şekillerde depolanm ıştır. Kullandığımız kaynakların birçoğu dış uzaydan gelmiş ve küçük-gezegenler ile kuyrukluyıldızlar tarafından Yeryüzünün yüzeyine depolanm ış ağır elem entlerdir. Bazı am inoasitler de göktaşları vasıtasıyla -belki de yaşamı ya da yaşam tohum larını getirerek- Yeryüzüne depo edilm iştir. Ve bunlar m eydana gelmeden önce, karanlık m adde topaklar halinde çökmüş, onların kütleçekimi daha fazla m adde çekmiş­ ti; en sonunda b u n lar gökadalara, gökada küm elerine ve Güneş benzeri yıldızlara dönüşm üştü. Sıradan m adde -b u şekliyle bizim için önemli olmakla b irlikte- tüm hikâyeyi anlatam az. Kendi kendine yeten bir çevrenin yanlış izlenim ine kapılm ış olabilsek de, Güneşin doğduğu her gün ve Ay ile uzak yıldızla­ rın görünmeye başladığı her gece, gezegenimizin yalnız olm adı­ ğını hatırlarız. Yıldızlar ve bulutsular, aşırı büyük bir Evrenin içerisindeki b ir gökadada bulunduğum uzun başka kanıtlarıdır. Bir Güneş Sistemi içinde dolanırız; orada m evsim ler ayrıca onun içerisindeki yönelişimizi ve yerleşimimizi h a tırla tır bize. Zamanı günler ve yıllar cinsinden ölçmemiz bile çevremizin uygunluğunu gösterir. Paylaşmak istediğim dört esinlendirici ders, bu kitaba yol açan araştırm a ve yorum lardan karşım a çıkmıştır. Benim en çok hoşlandığım , Evrenin parçalarının nasıl da bu denli olağanüstü yollarla birbirlerine bağlandığını anlam a zevkidir. En temel dü­ zeydeki büyük ders, tem el parçacıklar fiziğinin, evren fiziğinin ve 16

GİRİŞ

yaşam ın kendisinin biyolojisinin birbirlerine bağlantılı oluşları­ dır; b ir Yeni-Çağ anlam ında değil, fakat anlam aya değecek kadar olağanüstü şekillerde. Dış uzaydan gelen m adde Yeryüzüne sürekli çarpıp durur. Yer­ yüzü yine de çevresiyle sevgi-nefret ilişkisi içindedir. Gezegen çevremizdeki bazı şeylerden yararlanır, fakat bunun çoğu da öl­ dürücü olabilir. Gezegenimizin konum u doğru sıcaklığa izin ve­ rir; daha dıştaki gezegenler gelen küçük-gezegenleri (asteroidleri) ve kuyrukluyıldızları Yeryüzüne çarpm adan önce yollarından saptırır, Ay ve Yeryüzü arasındaki m esafe etkili sıcaklık dalga­ lan m alarından korunm ak üzere yörüngemizi yeterince dayanıklı hale g etirir ve dış Güneş Sistemi tehlikeli kozmik ışınlara karşı bize sip er olur. Yeryüzüne çarpan göktaşları yaşam için kritik olan kaynakları depolam ış olabilirler, fakat gezegendeki yaşa­ mın yörüngesini çok daha zararlı şekillerde de etkilem işlerdi. En azından böyle b ir cisim 66 milyon yıl önce m ahvedici b ir soy tü ­ kenişine yol açm ıştı. Bu cisim karada yaşayan dinozorları silip süpürm üşse de, bizler de dahil, büyük m em elilerin var olm aları­ na zemin hazırlam ıştı. İkinci ders -b u da etkileyici-, tartışacağım bilim sel gelişm e­ lerin ne kadar yeni olduklarıdır. Belki de insanlık tarihinin her­ hangi bir noktasında aşağıdaki beyanda bulunulabilir, fakat bu onun geçerliliğini azaltmaz: Bilgimizi son [buraya konuya bağlı b ir sayı koyun] yılda m uazzam b ir şekilde geliştirdik. Betimleye­ ceğim araştırm a için, bu sayı elliden daha azdır. Kendi araştır­ m alarım ı yaparken ve diğerlerininkileri okurken, bu kadar çok yakın keşfin ne denli yeni ve alabildiğine devrim sel olduklarına m üthiş vurulm uştum . Bilim insanları kendilerini dünya hakkında öğrendiğimiz çoğu kez şaşırtıcı, her zaman için eğlenceli ve bazen de korkutucu şeylere alıştırm aya çalıştıkça, insan zekâsı ve azmi tu tarlı şekilde ortaya çıkmıştı. Bu kitabın sunduğu bilim, Evren üzerine mi yoksa Güneş Sistemi üzerine mi odaklandığınıza bağlı olarak, 13,8 ya da 4,6 m ilyar yıllık geniş b ir tarihin bir parçasıdır. Bununla birlikte, bu düşünceleri açığa çıkaran insanoğlunun ta ­ rihi ancak b ir asırdan biraz daha fazladır. Dinozorların 66 milyon yıl önce soyları tükenm işti, fakat paleontologlar ve jeologlar bu tükenişin doğasını ancak 1970'lerde ve 1980'lerde ortaya çıkardılar. İlgili fikirler ortaya atılınca, b ir 17

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

bilim insanları topluluğunun onları tam anlam ıyla geliştirm esi yirm i otuz yıllık meseleydi. Zamanlama da tam olarak ra stla n tı­ sal değildi. Tükenişin dünya dışından gelen b ir cisme bağlanm ası, astro n o tların Aya ayak basm ası ve Güneş Sistem inin dinam ik ya­ pısının ayrıntılı kanıtını sunan kraterleri yakından görmeleriyle daha inanılır hale gelmişti. Son elli yılda, parçacık fiziği ve kozmolojideki önemli ilerlem e­ ler, bugün onları anladığım ız kadarıyla, m addenin temel öğelerini betim leyen S tandart Modeli düşündürdü bize. Evrendeki karanlık m adde ve karanlık enerji m iktarı da ancak yirm inci yüzyılın son on yıllarında açık şekilde tanım landı. Güneş Sistemi bilgimiz de aynı zaman çerçevesinde değişti. Bilim insanları ancak 1990'larda P lüton'un yörüngesinde tek başına dönm ediğini göstererek, P lüton'un civarındaki Kuiper kuşağı cisim lerini keşfettiler. Sade­ ce ilkokulda öğrenebileceğiniz bilim nedeniyle azaltılm ış olan ge­ zegenlerin sayısı şim di daha zengin ve daha karm aşıktır. Üçüncü önemli ders değişme hızı üzerine merkezileşir. Türler evrimleşecek zam anı bulduklarında, doğal ayıklanm a çevre ko­ şulların a uymaya izin verir. Fakat bu uyum köklü değişiklikleri kapsam ayacaktır. O a ş ın yavaştır. Dinozorlar Yeryüzüne çarpan 10 kilometre genişliğindeki b ir göktaşına hazırlanacak konum ­ da değildiler. Buna uyum gösterem ezlerdi. Kendilerini gizlemek için a ş ın büyük olan bu yaratık lan n toprağa batm ış o lanlannın gidecekleri uygun herhangi b ir yer yoktu. Yeni fikirler ya da teknolojiler ortaya çıkınca, "yavaş değişme mi, yoksa felaket mi" ta rtışm a la n büyük b ir rol oynam ıştı. En yeni gelişm elerin anla­ şılm asına giden yol -bilim sel ya da değil- betim lenen süreçlerin ilerlem e tem posudur. Sık sık şunun önerildiğini duyuyorum; ge­ netikteki çalışm alar ya da internetten çıkanlan ilerlem eler gibi belirli gelişm eler hiç görülm em iş derecede dram atiktir. Fakat bu tam am ıyla doğru değildir. H astalıklann ya da dolaşım sistem inin yüzlerce yıl önceye giden ileri düzeyde anlaşılm ası, en azından bugün genetiğin yaptığı kadar derin değişim lere neden olm uştu. Yazı dilinin ortaya çıkarılm ası ve daha sonrasında gelen m atbua, insanların bilgi kazanm a ve düşünm e yollarını en azından inter­ netin hızlandırdığı k adar önemli derecede etkilem işti. Bu gelişm elerle birlikte, geçerli değişme için çok önemli bir faktör onun hızlılığıdır; bu sadece bilim sel süreçlerle ilgili olm a­ 18

GİRİŞ

yıp çevresel ve sosyolojik değişm elerle de ilgili olabilir. Göktaşı vasıtasıyla ölüm bugün bizim için önemli b ir m esele gibi görün­ mese de, çevredeki ve soy tükenişlerindeki değişim lerin hızını çabuklaştırm ası olasıdır ve çarpm a birçok açıdan kıyaslanabilir. Belki de bu kitabın pek gizlenmeyen gündemi, buraya nasıl geldi­ ğimizin şaşırtıcı öyküsünü daha iyi anlam am ıza yardım etmek ve bu bilgiyi akıllıca kullanm am ızı yüreklendirm ektir. öyle olsa da, dördüncü önemli ders, dünyam ızın ve onun geliş­ m esinin genelde gizli öğelerini betimleyen dikkate değer bilim dir ve Evrenin ne kadarını anlam ayı üm it edebileceğimizdir. Pek çok kişi çoklu evren fikriyle -ulaşm a alanım ız dışındaki diğer evren­ le r- büyülenm iş durum dadır. Fakat araştırm a ve haklarında daha çok şey öğrenme şansına sahip olduğumuz -hem biyolojik hem de fiziksel- birçok gizli dünya en azından büyüleyicidir. Karanlık M adde ve Dinozorlar'da, neler bildiğim izi derin derin düşünm e­ nin ne k adar esinlendirici olabileceğini, ayrıca gelecekte neleri kavramayı bekleyebileceğimizi ya da umabileceğim izi iletmek is­ tiyorum. Bu kitap kozmolojiyi -yani. Evrenin bugünkü durum una nasıl evrildiğinin b ilim ini- açıklayarak başlam aktadır. Birinci kısmı. Büyük Patlam a kuram ını, kozmolojik şişmeyi ve Evrenin oluşm a­ sını sunm aktadır. Ayrıca bu kısım karanlık m addenin ne olduğu­ nu, onun varlığını nasıl anladığım ızı ve Evrenin yapısıyla niçin ilgili olduğunu da açıklam aktadır. Olağan m adde -yıldızlarda, gazda ve insanlarda içerilenler gib i- Evrende bulunan m addenin sadece yüzde 15'ini oluşturur­ ken, karanlık m adde Evrendeki m addenin yüzde 85'ini oluştur­ m aktadır. Yine de in san lar esas itibariyle olağan m addenin var­ lığına ve ilgisine -haklı olarak, olağan m adde çok daha kuvvetli etkileşim e girdiği için - kafa yorm uşlardı. Bununla birlikte, hüm anizm de olduğu gibi, tüm dikkatimizi orantısız biçim de m üthiş etkili küçük yüzdeli kısım üzerine odak­ lam anın anlam ı yoktur. M addenin gördüğüm üz ve hissedebildiği­ miz baskın olan yüzde 15'i hikâyenin sadece b ir kısmıdır. Karan­ lık m addenin Evrendeki kritik rolünü -erken Evrendeki yapışız kozmik plazm adan hem gökadaların hem de gökada küm elerinin oluşm alarını- ve bu yapıların bugünkü dayanıklılıklarını sürdür­ m elerindeki rolünü açıklayacağım. 19

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

Kitabın ikinci kısmı, Güneş Sistemine odaklanır. Güneş Sistemi kuşkusuz tek b aşın a bütün b ir kitabın konusu olabilirdi; bir an ­ siklopedinin bile. Dolayısıyla dinozorlarla ilişkili olabilecek u n ­ su rlar -göktaşları, küçük-gezegenler ve kuyrukluyıldızlar- üzeri­ ne odaklanacağım . Bu kısım Yeryüzüne çarptıklarını bildiğim iz ve gelecekte çarpabileceklerini tahm in ettiğim iz cisim leri betimleyecektir; ayrıca soy tükenişleri için seyrek, fakat -a çık ça- reddedi­ lemez k anıttan ya da yaklaşık 30 milyon yıllık düzgün aralıklarla m eydana gelen göktaşı çarpm alarından söz edilecektir. Bu kesim yaşam ın oluşum unu da tartışır; dinozorları öldüren o mahvedici olay dahil, beş büyük toplu tükeniş hakkında bilinenleri gözden geçirerek yaşam ın yok oluşunu da. Kitabın üçüncü ve son kısmı, karanlık m adde m odellerinin b ir tartışm asıy la başlayarak, ilk iki bölüm den fikirleri birleştirir. Ka­ ranlık m addenin ne olabileceğine dair çok daha bildik m odelleri ve yukarıda çıtlatılan karanlık m adde etkileşm eleri için en yeni önerileri açıklar. Bu noktada, karanlık m adde ve olağan m addenin sadece kütleçekim aracılığıyla etkileştiğini biliriz. Kütleçekimin so n u çlan genelde öylesine küçüktür ki ancak devasa kütlelerin Yeryüzü ve Güneş g ib i- etkisini kaydederiz ve bunlar bile oldukça zayıftır. Ne de olsa, b ir kâğıt kıskacını ufacık bir m ıknatısla kal­ dırabiliriz; buradaki kuvvet tüm Yeryüzünün kütleçekim etkisiyle başarıyla yanşır. Bununla birlikte, karanlık m adde diğer kuvvetleri de hissede­ bilir. Yeni modelimiz in sanların "bilinen m adde tek ve biriciktir; çünkü elektromanyetik, zayıf ve yeğin çekirdek kuvvetleriyle etki­ leşir" şeklindeki varsayım ına -ve peşin hükm üne- m eydan okur. Kütleçekimden çok daha güçlü olan bu geleneksel m adde kuvvet­ leri, bizim dünyam ızın ilginç özelliklerinin pek çoğundan sorum ­ ludur. Fakat karanlık m addenin b ir kısmı ayrıca etkili kütleçekimdışı etkileşm eler de hissediyorsa, ne olur? Bu doğruysa, karanlık m adde kuvvetleri, tem el m adde ile m akroskobik olaylar arasında -zaten var olduğunu bildiğim iz birçok ilişkiden daha da derinilişkilerin dram atik kanıtına yol açabilir. Evrende her şey ilke olarak etkileşse de, böyle etkileşm elerin çoğu kolayca kaydedilmek için aşırı derecede küçüktür. Ancak bizi algılanacak şekilde etkileyecek şeyler gözlenebilir. Sizi iyice az e t­ kileyen b ir şey, hemen burnunuzun dibinde olabilir am a yine de 20

GİRİŞ

dikkatinizden kaçar. Tek tek karanlık m adde parçacıklarının -b e l­ ki de tam am en çevremizde oldukları h ald e- bugüne kadar keşfe­ dilememiş olm alarının nedeni budur. Kitabın üçüncü kısmı, karanlık m adde hakkında çok daha ge­ niş düşünm enin -bizim evrenimiz böylesine karm aşık olduğunda, karanlık evren niçin bu denli b asit olm alıdır diye so rarak - bizi nasıl yeni olasılıklara yönelttiğini gösterir. Karanlık m adde dene­ yim lerinin b ir bölümü, kendi kuvveti olabilir; isterseniz ona ka­ ranlık ışık deyin. Eğer karanlık m addenin çoğu genelde pek sözü geçmeyen yüzde 85'e sürülm üşse, o zam an karanlık m addenin yeni önerilen b ir tü rü nü düşünebiliriz, bilinen m addeninkileri taklit eden etkileşm elerle yükselen b ir orta sınıf gibi. Ek etkileş­ m eler gökadaların oluşm asını etkileyebilir ve karanlık m addenin bu bölüm ü sıradan m adde bölgesindeki yıldızların ve diğer cisim ­ lerin hareketinin etkilenm esine izin verir. Gelecek beş yıl içinde, uydu gözlemleri gökadanın biçimini, yapısını ve özelliklerini öncekinden çok daha ayrıntılı olarak öl­ çecek; böylece bizim gökadasal çevremiz hakkında bize çok şey söyleyerek varsayım ım ızın doğru olup olm adığını sınayacaktır. Böylesi gözlenebilir çıkarımlar, karanlık m addeyi ve bizim m o­ delimizi keşfe değer geçerli bilim haline getirir; karanlık m adde sizin ve benim yapı-taşım ız olm asa bile. Bunun sonuçları göktaşı çarpm alarını içerebilirdi; onlardan biri, kitabın adını anıştıran karanlık m adde ile dinozorların yok oluşu arasındaki bağlantı olabilirdi. Bu olayları birbirine bağlayan genel bilgi ve kavram lar bize Evrenin 3-boyutlu geniş b ir resm ini verir. Bu kitabı yazmak­ taki amacım, bu düşünceleri paylaşm ak ve dünyam ızın olağanüs­ tü zenginliğini araştırm anız, değerini bilmeniz ve desteklemeniz için sizi yüreklendirm ektir.

21

I. Kısım

EVRENİN GELİŞİMİ

1

G İZ Lİ K A R A N L IK MADDE CEM İYETİ

Genelde beklemediğimiz şeyleri gözden kaçırırız. Aysız geceler­ de gökyüzünde m eteorlar kayar geçer, orm anlık alanda yürüyüşe çıktığım ızda bilmediğim iz hayvanlar gizlice izler bizi, bir kentte yürürken etrafım ızı görkemli m im ari ayrıntılar sarar. Buna kar­ şın, onlar doğrudan doğruya bizim görüş alanım ız içinde olsalar da, çoğu kez bu olağanüstü ilginç şeylerin farkına bile varmayız. Bizim gerçek vücutlarım ız bakteri kolonilerine ev sahipliği yap­ m aktadır. İçimizde insan hücrelerinden on kat daha fazla bakteri hücresi yaşar ve hayatta kalm am ıza yardım cı olurlar. Yine, bizde yaşayan, besinleri yakan ve sindirim sistem im ize yardım cı olan bu m ikroskobik yaratıklardan neredeyse haberdar bile değilizdir. Ancak bakteriler kötü davranıp bizi h asta ettiklerinde, çoğumuz ancak o zaman onların varlığını kabul ederiz. Nesneleri görmek için, bakmalıyız. Ve nasıl bakacağım ızı da bilmeliyiz. Fakat en azından biraz önce değindiğim olaylar ilke olarak görülebilir. Genel anlam ıyla göremeyeceğiniz şeyleri an ­ lam akta daha fazla ısrarcı olduğum uzu hayal edin. Bu, karanlık m adde olabilir: Evrendeki anlaşılm ası güç zım bırtı, anladığım ız sırad an m addeyle sadece çok küçük etkileşm esi olan nesne. Ge­ len bölümde, astronom ların ve fizikçilerin karanlık m addenin varlığını saptadıkları birçok deneyi açıklayacağım. Bu bölümde, ele avuca sığmayan bu m addeyi tanıtacağım : Neyin nesidir? Niçin bu denli şaşırtıcı görünm ektedir? Bazı açılardan bakıldığında da, neden öyle değildir? ARAMIZDA GÖRÜNMEYEN İnternet, m ilyarlarca insanın çevrim-içi birbirine bağlandığı tek devasa iletişim ağı olsa da, sosyal ağlar üzerinden haberleşen bu insan ların çoğu birbirleriyle doğrudan doğruya -y a da dolaylı

25

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

o larak - etkileşmez. K atılanlar benzer düşüncelere sahip insan­ larla arkadaş olm a eğilimindedir, diğerlerini benzer ilgi alanları doğrultusunda izlerler ve dikkatlerini kendi özel dünya görüşleri­ ni tem sil eden h ab e r kaynaklarına çevirirler. Böylesi sınırlı etki­ leşm elerle, pek çok kişi çevrim-içi parçayı belirgin, etkileşmeyen kitlelere geçirirler; b unların araların d a nadiren itiraz edilebilen görüşlerle karşılaşılır. H atta kişilerin arkadaşlarının arkadaşları genelde bağım sız grupların çelişkili görüşleriyle karşılaşm azlar; böylece in tern et k u l l a n ı c ı l a r ın ın çoğu, farklı, uyuşm az fikirlere sahip bilinm edik toplulukların varlığım önemsemezler. Hepimiz kendi dünyam ızın dışındakilere böylesine kapalı de­ ğiliz. Fakat karanlık maddeye gelince, hepim izin suçu sabittir. Ka­ ranlık m adde sadece sırad an m a d d e n in sosyal iletişim ağı değil­ dir. O, henüz n asıl gireceğimizi bilmediğim iz b ir in tern et sohbet odasında yaşam aktadır. G örünür m addeyle aynı E vrendedir ve h a tta onunla aynı uzay bölgesini doldurm aktadır. Fakat karanlık m adde parçacıkları bildiğim iz sırad an m addeyle sadece sezilemez b ir şekilde etkileşir. İnternet topluluklarınca önem senm edi­ ğimiz gibi, bize karanlık m addeden bahsedilm edikçe, günlük ya­ şam larım ızda onun varlığının farkında değiliz. Bizim içim izdeki b ak teriler gibi, karanlık m adde de tam bur­ num uzun dibindeki başka birçok "evren'den biridir. Ve şu m ik­ roskobik yaratık lar gibi, o da bizim tam am en çevremizdedir. Karanlık m adde tam vücutlarım ızın içinden geçm ektedir ve dış dünyada oturm aktadır. Yine de, onun sonuçlarından hiçbirini fark etmiyoruz; çünkü o denli zayıf etkileşiyor ki; h a tta o k adar ki ayrı b ir topluluk oluşturur. Bildiğimiz m addeden tam am en ayrı bir topluluktur. Fakat önemli b ir topluluk. Bakteri hücreleri -sayıca çok olsa d a - ağırlığım ızın sadece yüzde b ir ya da ikisine karşılık geldiği halde, karanlık m adde —vücudum uzun önemsiz b ir kesri olsa d a - Evrendeki m addenin yüzde 85 kadarım oluşturm aktadır. Çevrenizdeki h er santim etre küp b ir proton kütlesi kadar m adde içerir. Bu, onu n asıl gördüğüm üze bağlı olarak, çok ya da az gibi görünebilir. Fakat eğer karanlık m adde bildiğim iz parçacıklarla k arşılaştırılab ilir kütleli parçacıklardan oluşm uşsa ve eğer bu parçacıklar anladığım ız dinam iğe dayah hızlarla hareket ediyor­ larsa, h er saniyede h er birim izden m ilyarlarca karanlık m adde parçacığı geçmektedir. 26

GİZLİ KARANLIK MAODE CEMİYETİ

Yine de onların orada olduklarına hiç kim se dikkat etmiyor. M ilyarlarca karanlık m adde parçacığının bile etkisi miniciktir. Karanlık m addeyi hissetm ediğim izden bu böyledir. Karanlık m ad­ de ışıkla etkileşmez; en azından insanların bugüne kadar araştırabildiği kadarıyla. Karanlık m adde sırad an m addeyle aynı m al­ zemeden yapılm am ıştır; gördüğüm üz h er şeyin tem eli olan ışıkla etkileşen atom lardan ya da bilinen tem el parçacıklardan oluşm a­ m ıştır. A rkadaşlarım ın ve benim çözmeyi üm it ettiğim , karanlık m ad­ denin nelerden oluştuğudur. Yeni tü r b ir parçacıktan mı oluşm ak­ tadır? öyleyse, onun nitelikleri nelerdir? Kütleçekim etkileşm ele­ rinden başka, hiç başka etkileşm esi v ar m ıdır? Güncel deneyler açısından şanslıysak, karanlık m adde parçacıkları iyice küçük elektrom anyetik etkileşm elere uğrarlar; bu n lar bugüne dek saptanam ayacak k adar küçüktüler. Özel am açh sondalar bunu a ra ş ­ tırıyor; nasıl olduğunu kitabın üçüncü bölüm ünde açıklayacağım. Fakat şimdiye dek karanlık m adde görünemedi. Onun etkileri, al­ gılayıcıların güncel duyarlılık düzeyinde, algılayıcıları etkileyemedi. Bununla birlikte, büyük m iktarlarda karanlık m adde yoğun bölgelerde küm elendiğinde, onun net kütleçekim etkisi önemli olur ve yıldızlarda ve yakındaki gökadalar üzerinde ölçülebilir etkilere yol açar. Karanhk m adde Evrenin genişlem esini, bizden uzak yıldızlara giden ışık ışınlarının yolunu, gökadaların mer­ kezleri civarındaki yıldızların yörüngelerini ve başka birçok öl­ çülebilir olayı onun varlığına bizi inandıracak şekillerde etkiler. Bu ölçülebilen kütleçekim sel etkiler nedeniyle, karanlık maddeyi biliyoruz ve o gerçekten de var. Üstelik, görülm ese ve hissedilm ede bile. Evrenin yapısının oluşm asında karanlık m adde merkezi b ir rol oynam ıştı. Karanhk m adde, toplum un tak d ir edilm em iş aşağı tabakasıyla k arşılaştı­ rılabilir. Seçkin k arar alıcılara görünm ediklerinde bile, p iram it­ leri veya otoyolları inşa eden ya da elektronik p arçalan b ir araya getiren birçok işçi, ait olduklan uygarlıklann gelişm esinde çok önemliydiler. Aramızdaki diğer unutulm uş topluluklar gibi, k a­ ranlık m adde de dünyamız için yaşam saldı. Erken Evrende karanlık m adde var olm asaydı. Evrenin evrim i­ nin uyum lu b ir resm ini b ir araya getirm ek şöyle dursun, b u n lan n 27

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

hiçbirini düşünm ek için ortalıkta bile olmayabilirdik. Karanlık m adde olmaksızın, şu anda gözlediğimiz yapıyı oluşturm ak için yeterli zam an olmazdı. Karanlık m adde to p ak lan Samanyolu gö­ kadasını döllediler; ayrıca diğer gökadaları ve gökada kümelerini. Gökadalar oluşm asaydı, ne yıldızlar olurdu, ne Güneş Sistemi ne de bildiğim iz yaşam. Bugün bile, karanlık m addenin toplu eyle­ mi gökadaları ve gökada küm elerini bozulm am ış olarak tutuyor. Girişte ü stü kapalı olarak bahsedilen karanlık disk m evcutsa, ka­ ranlık m adde Güneş Sistem inin yörüngesiyle bile ilgili olabilir. Yine de karanlık maddeyi doğrudan gözleyemeyiz. Bilim in­ sanları m addenin birçok biçim ini incelediler, fakat yapısını bildi­ ğimiz onların tüm ü ışığın -ya da, çok daha genel olarak, elektro­ manyetik ışın ım ın - b ir biçimiyle gözlenm işlerdi. Elektrom anyetik ışınım görünür frekanslarda ışık olarak ortaya çıkar; fakat ör­ neğin, görebildiğim iz frekansların sınırlı bölgesi dışında radyo dalgaları ya da m orötesi ışınım olarak da görünebilir. Bu etkiler bir mikroskop altında b ir ra d ar düzeneğiyle ya da bir fotoğraf üzerinde optik görüntülerde gözlenebilir. Fakat elektromanyetik etkiler daim a işin içine girer. Etkileşm elerin hepsi doğrudan etki­ leşme değildir; yüklü öğeler ışıkla tam doğrudan etkileşir. Fakat parçacık fiziğinin S tandart M odelinin öğeleri -m addenin bildiği­ miz en temel elem anları- birbirleriyle yeterince etkileşir; öyle ki ışık, doğrudan b ir dost değilse bile, en azından m addenin görebil­ diğimiz tüm yapılarının bir dostunun dostudur. Sadece görmemiz değil, fakat diğer duyularım ız -dokunm a, koku, ta t ve duym a- atom ik etkileşm elere dayanır; bunlar sırasıy­ la elektrik yüklü parçacıkların etkileşm elerine dayanır. Dokunma duyusu da, çok daha incelikli nedenlere karşın, elektromanyetik titreşim lere ve etkileşm elere bel bağlar. İnsan duyuları tam am en b ir tü r elektrom anyetik etkileşmeye bağlı olduğundan, karanlık m addeyi doğrudan doğruya alışılm ış yollarla algılayanlayız. Ka­ ranlık m adde tam am en etrafım ızda olduğu halde, onu göremeyiz ya da hissedemeyiz. Işık karanlık m adde üzerine düştüğünde, hiç­ bir şey yapmaz. Işık sadece geçip gider. Asla görülmediği (ya da hissedilm ediği veya kokmadığı) farz edildiğinden, konuştuğum pek çok kişi karanlık m addenin varlı­ ğına şaşırır ve onu oldukça gizemli bulur; h atta acaba b ir tü r hata mı diye m eraklanır, in san lar bu kadar çok olan m adde -sıra d an 28

GİZLİ KARANLIK MADDE CEMİYETİ

m addenin beş k atı- nasıl olur da geleneksel teleskoplarla algıla­ nam az diye sorar. Kişisel olarak, ben bunun tam tersini düşünüyo­ rum (kuşkusuz herkes bunu bu şekilde görm ese de). Gözlerimizle görebildiğim iz m addenin var olan tüm m adde olması, bana daha da gizemli gelirdi. Neden her şeyi doğrudan algılayabilen mükem­ mel duyulara sahip olalım ki? Fiziğin yüzlerce yıllık büyük dersi, gözümüzden kaçan ne kadar çok şeyin olduğudur. Bu açıdan soru şudur: Gerçekten de Evrenin mevcut eneıji yoğunluğunun tüm ünü neden bilip hab erd ar olduğumuz m adde oluşturm uş olsun ki? Karanlık m adde bazılarına egzotik b ir öneriym iş gibi gelebi­ lir, fakat onun varlığını önermek, kütleçekim yasalarını gözden geçirmekten çok daha az aceleye getirm ektir işi; karanlık m adde kuşkucularının yeğleyebileceği gibi. Karanlık m adde -gerçekten alışılm adık olsa d a - tüm bilinen fizik yasalarıyla tam olarak tu ­ tarlı olan geleneksel açıklamaya büyük olasılıkla aşağı yukarı sa ­ hiptir. Buna karşın, kütleçekim yasalarıyla uyum içinde hareket eden tüm m adde neden tam olarak alışılm ış m adde gibi davran­ sın? Bunu kısa ve öz biçimde söylersek, tüm m adde neden ışıkla etkileşmek zorunda olsun? Karanlık m adde basitçe farklı temel yüklere sahip olabilir ya da hiç tem el yükü olmayabilir. Elektrik yükü ya da etkileşm eleri olmaksızın, karanlık m adde basitçe ışığı soğuram az ya da yayınlayamaz. Bununla birlikte, karanlık m addenin adı konusunda küçük bir problem im var. “Madde" kısm ında sorun yok. Karanlık madde, gerçekten de b ir m adde şeklidir -d iğ er tüm m adde gibi kütleçekimle etkileşen, kendi kütleçekim sel etkisiyle küm elenen ve kuv­ vet uygulayan özdektir. Fizikçiler ve astronom lar bu etkileşmeye dayanan çeşitli yollarla onun varlığını m eydana çıkarırlar. Adın­ daki "karanlık"tır talihsiz olan; çünkü hem ışığı soğurdukları için karanlık şeyleri görürüz hem de uğursuz-tınılı etiket onu oldu­ ğundan daha kudretli ve negatif gibi gösterir. Karanlık m adde ka­ ranlık değildir, saydamdır. Karanlık nesne ışığı soğurur. Saydam şeylerse, ona karşı ilgisizdir. Işık karanlık maddeye çarpabilir, fa­ kat sonuç olarak ne m adde ne de ışık değişecektir. Çeşitli disiplinlerden insanları b ir araya getiren son konfe­ ransta, m arkalaştırm a işinde uzm anlaşan profesyonel p az arla­ macı M assim o'yu tanım ıştım . Ona araştırm alarım ı söylediğimde, bana kuşkuyla bakm ış ve "Ona neden karanlık m adde deniyor?" 29

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

diye sorm uştu. İtirazı bilim yanına değildi, adının gereksiz yere yaratacağı olum suz çağnşım lannaydı. Her m arkanın, olum suz niteliklerle "karanlık" (dark) ifadesiyle ilişkilendiği her zam an doğru değildir. Sözgelimi "Kara Şövalye" (Dark Knight), karm aşık­ lığına karşın, iyi b ir karakterdi. Gelgelelim Dark Shadows, His Dark Materials, Transformers: Dark o f the Moorı ve D arth Vader için "Gücün karanlık yam"nda kullanılışıyla karşılaştırıldığında -Lego film inden şam atalı karanlık şarkı şöyle d u rsu n - “karanlık m ad d e'n in "karanlık"ı (dark) oldukça uysaldır. Karanlık şeylerle açıkça büyülenmemize karşın, karanlık m adde gerçekten de ad ın ­ daki şöhretin karşılığını vermez. Karanlık madde, bununla birlikte, b ir niteliği şeytani şeylerle paylaşır: görünüşünü gizler. Karanlık m adde şu anlam da uygun adlandırılm ıştır; onu ne kadar ısıtırsanız ısıtın, ışık yayınlamayacaktır. Bu anlam da gerçekten karanlıktır; donuk olmak anlam ında değil, fakat ışık-yayınlayıcı ya da ışık-yansıtıcı olm anın tersi a n ­ lam ında. Hiç kimse karanlık m addeyi doğrudan doğruya göremez; b ir mikroskop ya da b ir teleskopla bile. Filmlerde ve edebiyatta birçok kötücül ru h ta olduğu gibi, onun görünmezliği onun kalka­ nı olarak hizm et görür. Massimo "saydam m adde'nin daha iyi, en azından daha az ürkütücü, bir isim olacağı konusunda fikir bir­ liği içindeydi. Fizik açısından doğru olm akla birlikte, onun haklı olduğu konusunda emin değildim. "Karanlık madde," benim gözde terim im olm asa da, m akul m iktarda dikkat çekici gibi görünüyor. Yine de, karanlık m adde ne kaygı vericidir ne de güçlü; en azından büyük m iktarlarda olmadığı sürece. Normal m addeyle öylesine zayıf şekilde etkileşir ki, keşfedilm esi aşırı derecede uğraş gerek­ tirir. Onu böylesine ilginç kılan tarafı da budur. KARA DELİKLER VE KARANLIK ENERJİ “Karanlık madde" ismi -yukarıda değinilen kaygı verici çıkarım la­ rın da ö tesinde- başka karışıklıklara da yol açar. Örneğin, a ra ştır­ m aları hakkında konuştuğum pek çok kişi karanlık maddeyi kara deliklerden ayırmayı becerememektedir. Ayırımı açıklığa kavuş­ turm ak için, aşırı küçük b ir uzay bölgesine çok fazla m adde ko­ yarak m eydana gelen cisim ler olan kara delikleri tartışm ak üzere 30

GİZLİ KARANLIK HADDE CEMİYETİ

kısa b ir yan yola sapacağım . Onların güçlü kütleçekim etkisinden, ışık dahil, h içbir şey kaçamaz. Kara delikler ve karardık m adde, siyah m ürekkep ve siyah film den daha fazla aynı değildir. Karanlık m adde ışıkla etkileş­ mez. Kara deliklerse ışığı soğurur ve başka h er şey aşırı yakınm a gelir. Kara delikler, içine giren tüm ışık içeride kaldığı için ka­ radır. Işım a yapm az ve geriye yansıtm az. M addenin h er şekli bir m adde oluşturm ak üzere çökebileceğinden, karanlık m adde kara deliklerin oluşm asıyla ilgili olabilirdi.* Fakat kara delikler ve ka­ ranlık m adde kesinlikle aynı şey değildir. H içbir şekilde k arıştı­ rılm am alıdır. Bir başka yanlış anlam a karanlık m addenin hoş olmayan adı­ dır. Evrenin b ir diğer bileşeni "karanlık eneıji" olduğundan -b u da sorunlu b ir seçim - in san lar bunu da karanlık m addeyle k arıştı­ rırlar. Bizim asıl konum uzdan b ir sapm a da olsa, karanlık enerji bugün kozmolojinin esas b ir parçasıdır. Dolayısıyla, farkı h er za­ m an bilmenizi sağlam ak için şim di siz aydın okurlarım a bu diğer terim i açıklayacağım. Karanlık enerji m adde değildir; sadece enerjidir. Gerçek par­ çacık ya da diğer özdek biçim i etrafta olm asa da, karanlık enerji vardır. Evrenin içine işler, fakat sıradan m adde gibi kümelenmez. Karanlık enerjinin yoğunluğu h er yerde aynıdır; b ir bölgede diğe­ rinden daha yoğun değildir. Cisimlerde toplanan ve bazı yerlerde diğer yerlerden daha yoğun olabilen karanlık m addeden çok fark­ lıdır. Karanlık m adde, yıldızlar, gökadalar ve gökada küm eleri gibi cisim lere bağlanan bilinen m adde gibi davranır. Diğer taraftan, karanlık enerji dağılımı daim a düzgündür. Karanlık enerji zam an boyunca sab it kalır. M adde ve ışınım ­ dan farklı olarak, karanlık enerji Evren genişlediğinde daha seyreltik hale gelmez. Bu bazı yönlerden onu tanım layan özelliktir. Karanlık eneıji yoğunluğu -parçacıklar ya da m adde tarafından taşınm ayan enerji- zam an boyunca aynı kalır. Bu nedenle, fizik­ çiler genelde bu tü r enerjiye b ir kozmolojik sabit olarak bakarlar. Evrenin erken evrilme döneminde, enerjinin çoğu ışınım la ta ­ şınm ıştı. Fakat ışınım m addeden çok daha hızlı şekilde seyreltik K esin o lm ak g e re k irs e , k a r a d e lik le r m ü m k ü n b i r k a r a n lık m a d d e a d a y ı o la ­ r a k ö n e rilm iş ti; d a h a s o n r a e le a la c a ğ ım b i r k o n u b u . G özlem sel s ın ır la m a ­ l a r ve k u r a m s a l s o r u n la r a r tık b u se n a ry o y u o la s ılık d ış m a çık a rd ı. 31

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

hale geldiğinden, m adde zam anla en büyük enerji dağılımı ola­ rak egemen olm uştu. Evrenin evrim inin çok sonrasında, ışınım ve m adde seyreldiği halde karanlık enerji asla seyrelmediğinden, karanlık enerji baskın hale gelm işti ve şim di Evrenin enerji yo­ ğunluğunun yüzde 70 kadarını karanlık enerji oluşturm aktadır. Einstein özel göreliliğini önermeden önce, insanlar sadece b a ­ ğıl enerjiyi -b ir kurulum ile diğeri arasındaki enerji farkı- düşünü­ yorlardı. Fakat Einstein'ın kuramıyla donanm ış olarak, öğrendik ki enerjinin mutlak m iktan kendi başına anlam lıdır ve Evreni büzen ya da genişleten b ir kütleçekimsel kuvvet doğurur. Karanlık ener­ ji hakkındaki büyük giz, onun neden var olduğu değil -kuantum mekaniği ve kütleçekim kuram ı onun olması gerektiğini öngörür ve Einstein kuram ı bize onun fiziksel sonuçlara sahip olduğunu söyler- fakat yoğunluğunun neden bu denli düşük olduğudur. Onun baskın olduğu dikkate alındığında, bu bir sorun olarak görülmeye­ bilir. Fakat Evrenin enerjisinin büyük çoğunluğunu bugün karanlık enerji oluşturduğu halde, karanlık enerjinin etkisinin diğer enerji türlerininkiyle yarışa girmeye başlam ası ancak son zam anlarda m adde ve ışınım, Evrenin genişlemesiyle aşırı derecede seyreltik hale geldikten so n ra- ortaya çıkmıştır, öncesinde, karanlık enerji yoğunluğu, diğer çok daha büyük ışınım ve m adde katkılarıyla kar­ şılaştırıldığında çok küçüktü. İşin başında yanıtı bilmeden, fizikçi­ ler karanlık enerji yoğunluğunu şaşkınlık içinde 120 m ertebe daha büyük olmalı diye tahm in etmişlerdi. Küçük boyutlu kozmolojik sa­ bit sorunu, yıllarca fizikçilerin kafalarını karıştırm ıştı. Pek çok gökbilimci, artık kozmolojinin rönesans dönemini yaşam akta olduğum uzu söylemektedir; bu dönemde kuram lar ve gözlemler o aşam aya ulaşm ıştır ki h assas şekilde ayarlanm ış testler Evrende hangi fikirlerin gerçekleştiğini saptam aya yardım edecek durum dadır. Yine de, karanlık enerji ve karanlık m adde­ nin baskınlığım ve h atta neden bu kadar çok sıradan m addenin bugüne kaldığı gizemini dikkate alan fizikçiler, herhalde karanlık çağlarda yaşıyoruz esprisini de yapm aktadırlar! Fakat kozmosu inceleyen herkes için, bu dönemi heyecan verici yapan da bu gizemlerdir. Bilim insanları karanlık sektörü an la­ m ada büyük ilerlem e kaydettiler, yine de geliştirmeye hazır oldu­ ğumuz büyük so rular duruyor. Benim gibi b ir araştırm acı için, bu en uygun durum dur. 32

GİZLİ KARANLIK MADDE CEMİYETİ

Belki de "karanlık"ı araştıran fizikçilerin çok daha soyut bir yapıda Kopemik tarzı bir devrime katılm akta oldukları söyle­ nebilir. Dünyamız Evrenin fiziksel olarak merkezi olmadığı gibi, bizim fiziksel yapımız da onun enerji bütçesine -ya da m adde­ sinin çoğuna- merkez oluşturm az. Nasıl ki insanların kozmosta incelediği ve en iyi bildiği ilk cisim Yeryüzüyse, fizikçiler de ilkin kendilerinin yapıldıkları m adde üzerine odaklanm ışlardı; bu on­ ların en kolay ulaşabilecekleri, apaçık ve yaşam ları için esas olan şeydi. Yeryüzünün coğrafi olarak değişen ve m erak uyandıran böl­ gesini keşfetmek her zam an kolay değildi. Fakat Yeryüzünün tam olarak anlaşılm asını istemek, onun çok daha uzaktaki karşıtlarını -Güneş Sistem inin alışılm adık bölgelerini ve dış uzayın öteleriniaraştırm ak tan çok daha kolay ve erişilebilirdi. Benzer şekilde, sıradan m addenin bile en temel öğelerini se­ zinleme işi meydan okuyucuydu; yine de onun incelenmesi, gö­ rünmeyen fakat hep etrafım ızda olan "saydam" karanlık m adde­ nin araştırılm asından çok daha dolam baçsızdı. Bununla birlikte, durum artık dönüm noktasındadır. Karanlık m addenin araştırılm ası bugün çok üm it vericidir; çünkü güncel olarak etkin çok çeşitli deneysel sondaların etkisi altın d ad ır ve artık geleneksel parçacık fiziği ilkeleriyle açıklanmalıdır. Etkileş­ m elerinin zayıflığına karşın, bilim in sanları gelecek on yılda ka­ ranlık m addenin doğasını saptam a ve sonuca ulaştırm a konusun­ da gerçek b ir şansa sahiptir. Karanlık madde, gökadalar ve diğer yapılar şeklinde küm elendiğinden, önümüzdeki gökada ve Evren gözlemleri fizikçileri ve gökbilimcileri onu daha yeni yollardan ölçmeye izin verecektir. Üstelik, göreceğimiz gibi, karanlık m ad­ de Güneş Sistemimizin göktaşı çarpm aları ve Yeryüzü üzerinde yaşam ın gelişme biçimiyle ilgili bazı garipliklerine bile açıklama getirebilir. Karanlık m adde uzayda ayrı ayrı yerlerde değildir (ve o gerçektir), dolayısıyla Yıldız Gemisi Atılgan bizi oraya taşım aya­ caktır. Fakat şu an geçerlikte olan fikirler ve teknolojiyle, karanlık m adde son sın ır -ya da en azından b ir sonraki heyecan verici sı­ n ır- olmaya hazırdır.

33

2

K A R A N LIK M A D D EN İN KEŞFİ

M anhattan'ın kaldırım larında yürürken ya da Hollyvvood cad­ delerinde araba sürerken, bazen ünlü b ir kişinin yakında olduğu hissine kapılırsınız. George Clooney'i doğrudan görmeseniz bile, ellerinde cep telefonları ve kam eralarla bekleşen kalabalığın kes­ tiği trafik, b ir ünlünün yakında olduğu konusunda sizi alarm a ge­ çirmeye yeter. O varlığı sadece dolaylı olarak saptadığınız halde, George'un etraftaki b ir başka kişi üzerine olan güçlü etkisi yoluy­ la, yine de özel birinin yakında olduğundan eminsinizdir. Bazen b ir orm anda yürürken, b ir kuş sürüsü aniden başınızın üstünden çılgınca uçacak ya da bir tavşan yolunuzun üzerinden karşıya geçecektir. Bu hayvanları harekete geçiren yürüyüşçüy­ le ya da avcıyla doğrudan doğruya asla karşılaşm azsınız. Öyle olsa bile, hayvanların hareketi avcıları akla getirir ve onların hikâyelerini anlatm aya yardım eder. Karanlık maddeyi görmeyiz, fakat o -ü n lü kişi ya da avcı gibiçevresini etkiler. Gökbilimciler karanlık m addenin varlığını çıkarsam ak için bu dolaylı etkileri kullanm ışlardı. Bugünün ölçümleri, bize sürekli artan kesinlikle karanlık m addenin dağılımını söyler. Kütleçekim zayıf b ir kuvvet olsa da, yeterince büyük m iktarlarda karanlık m adde ölçülebilir bir etkiye sahiptir ve gerçekten de Ev­ rende ondan çok m iktarda vardır. Henüz karanlık m addenin gerçek doğasını bilmiyoruz, am a şimdi betimleyeceğim ölçümler gösteri­ yor ki karanlık m adde dünyamızın gerçek ve önemli b ir bileşenidir. Karanlık madde, bugüne kadar gözlerimiz ya da doğrudan gözlem­ ler için görünmez kalmış olsa da, tam am en gizlenemez. KARANLIK MADDEYİ SAPTAM ANIN KISA TARİHİ Fritz Zvvicky, b ir kısmı saçm a sapan olan bazı etkileyici sezgilere sahip bağım sız b ir düşünürdü. Tuhaf durum unun iyice ayırdm 34

KARANLIK MADDENİN KEŞFİ

daydı ve Yalnız Kurt Operasyonu [Operation Lone Wolf adlı b ir otobiyografi yazmaya bile niyetlenm işti. Ünü kısm en nedenini açık­ lam aktaydı, 1933'te yirm inci yüzyılın en m uhteşem keşiflerinden birini yaptığı halde, sonraki kırk yıl boyunca ciddiye alınm am ıştı. Oysa Zvvicky'nin 1933 çıkarımı gerçekten dikkat çekiciydi. O, Coma Kümesindeki (bir küme, kütleçekimle bağlı gökadaların büyük b ir topluluğudur) gökadaların hızlarını gözlemlemişti. Bir küme içindeki m addenin kütlesel çekimi, kararlı b ir sistem yarat­ mak için içinde barındırdığı yıldızların kinetik enerjisiyle yarışır. Aşırı düşük b ir kütleyle, küm enin kütlesel çekimi, yıldızların ki­ netik enerjisininin onları uzaklara sürm esinden alıkoyamaz. Yıl­ dızların hız ölçüm lerine dayanarak, Zvvicky küm enin yeterli kütle­ sel çekime sahip olm ası için gerekli kütle m iktarının hesaplam ış ve bu m iktarı, ölçülen ışıldayan -ışık yayınlayan- m addenin kat­ kısından 400 kere daha büyük bulm uştu. Tüm bu fazlalık maddeye bir açıklama getirm ek için, Zvvicky dunkle Materie adını verdiği -ki bu Almanca karanlık m adde dem ektir ve nasıl telaffuz ettiği­ nize bağlı olarak ya çok keyif kaçırıcı ya da çok saçm a sapan gibi tın la r- yeni b ir tü r m addenin varlığım öne sürm üştü. Parlak ve üretken b ir HollandalI gökbilimci olan Jan Oort, Zvvicky'den b ir yıl önce karanlık m adde hakkında benzer bir so­ nuca ulaşm ıştı. Oort bizim yerel gökadamızın kom şuluğundaki yıldızların, sadece ışık-yaymlayan m addenin kütleçekim etkisine dayandırılan hareketleri için hızlarının aşırı derecede yüksek ol­ duklarını fark etm işti. Oort bir şeylerin eksik olduğunu da çıkarsam ıştı. Bununla birlikte, yalnızca ışık-yaymayan sıradan özdek dışında, yeni b ir m adde biçimi varsaym am ıştı; ışık yaymayan sı­ radan m adde önerisi o zam andan beri çeşitli nedenlerle reddedil­ m işti; bunu aşağıda tartışacağım . Fakat Oort da bu keşfi yapan ilk kişi olmayabilirdi. Yakın za­ m anda Stockholm'de katıldığım bir kozmoloji konferansında, is ­ veçli arkadaşım Lars Bergström pek tanınm ayan isveçli gökbilim ­ ci Knut L undm ark'tan bahsederek, onun O ort'tan iki yıl daha önce gökadalarda m adde noksanlığı gözlediğini söylemişti. Lundm ark da, Oort gibi, daha cesurca tam am ıyla yeni bir m adde türü önerisi yapmamıştı; karanlık m addenin görünür maddeye oranı üzerine onun yaptığı ölçümler, şimdi beş olarak bildiğimiz gerçek değere en yakın olandı. 35

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

Yine de bu erken gözlemlere karşın, karanlık m adde uzun süre esas olarak göz ardı edilm işti. Bu fikir ancak 1970'lerde gökbi­ lim cilerin uydu gökadaların hareketlerini gözlemeleri sonucunda tekrar canlanm ıştı; uydu gökadalar, büyük gökadaların yakının­ daki küçük gökadalar olup, onların hareketleri sadece görünm e­ yen fazladan m addenin varlığıyla açıklanabilirdi. Bu ve başka gözlemler, karanlık maddeyi ciddi şekilde sorgulanan b ir konu haline döndürmeye başlam ıştı. Fakat karanlık m addenin durum u, gökbilim ci Kent Ford ile çalışan VVashington Cam egie E nstitüsünden gökbilim ci Vera R ubin'in çalışm alarıyla tam am en pekişti. Georgetovvn Üniver­ sitesinden lisan sü stü derecesi aldıktan sonra, Rubin, kısm en diğer bilim in san ların ın fazlaca koruduğu alan lara girm ekten kaçınarak, Androm eda'yla başlayıp öbür gökadalardaki yıldızla­ rın açısal h areketlerini ölçmeye k arar verm işti. G ökadaların hız­ ların ı ölçtüğü ve gökada küm elerinin varlığını doğruladığı tezi başlan g ıçta bilim topluluğunun çoğu tarafın d an reddedildik­ ten sonra araştırm a yönünü değiştirdi; b ir bakım a diğerlerinin bilim sel bölgesine girdiği gibi nezaketsiz b ir nedenle. Doktora sonrası çalışm a için, Rubin pek kalabalık olmayan b ir araştırm a alanına girmeye k arar verdi, böylece yıldızların yörüngesel h ız­ ların ı çalışm aya girişti. R ubin'in kararı, herhalde zam anının en heyecan uyandıran keşfine yol açtı. 1970'lerde Rubin ve onun çalışm a arkadaşı Kent Ford, yıldızların dönme hızlarının gökadasal m erkezden her m esa­ fede büyük ölçüde aynı olduğunu buldu. Yani, yıldızlar, ışık-yayan m adde içeren bölgeden çok uzaklarda bile, sabit hızla dönm ektey­ diler. Bunun tek olası açıklam ası, b ir m iktar -henüz hesaba katıl­ m am ış- maddeydi; bu m adde beklenenden çok daha hızlı hareket eden daha dıştaki y ıldızlan dizginlemeye yardım ediyordu. Bu fazlalık katkı olmaksızın, Rubin ve Ford'un ölçtüğü hızlara sahip olan yıldızlar gökadanın dışına uçup giderdi. Bu araştırm acıların dikkat çekici çıkarım ına göre, hesaba katılan sıradan m adde on­ ları yörüngede tutm ak için gereken kütlenin sadece altıda biriydi. Rubin ve Ford'un gözlemleri o zam an karanlık m adde için en güç­ lü kanıtı sağladı ve gökada dönüş eğrileri önemli bir ipucu olmayı sürdürdü. 36

KARANLIK MADDENİN KEŞFİ

1970'lerden bu yana, karanlık m addenin k anıtı ve Evrenin ta ­ şıdığı n et enerji yoğunluğunun oranı daha da güçlü hale geldi ve çok daha iyi anlaşıldı. Karanlık m addeyi anlam am ızı sağlayan dinam ik etkiler biraz önce betim lediğim gökadalardaki yıldız­ ların dönm elerini kapsam aktadır. B ununla birlikte, bu ölçüm ler sadece Samanyolu gibi spiral gökadalara uygulanm ıştı; bunlar, dışarıya doğru uzanan spiral kolları olan b ir diskte görünür m addeye sahiptir. Bir başka önemli sın ıf eliptik gökadalardır; bu n lard a ışık-yayan m adde daha soğanım sı biçim dedir. Eliptik gökadalarda, Zwicky'nin gökada küm elerindeki ölçüm lerinde olduğu gibi, hız dağım m lan -yani, gökadaların y ıld ızlan a ra ­ sında h ızların ne k ad ar d eğiştiği- ölçülür. Bu h ızlar b ir gökada­ nın içindeki kütle tarafın d an saptandığından, onlar gökadanın kütlesinin ölçüm ü yerine geçer. Ayrıca eliptik gökadalardaki öl­ çümler, oradaki yıldızların ölçülm üş dinam iğini açıklam ak için ışık-yayan m addenin yeterli olm adığını gösterm işti. Üstelik, yıld ızlararası gazın -y ıld ızlard a bulunm ayan g az- dinam iğinin öl­ çüm leri de karanlık m addeyi istiyordu. Bu özel ölçüm ler gökada­ ların m erkezlerine göre görünür m addenin kapsam ından 10 kat daha ötede yapıldığından, sadece karanlık m addenin gerçekten var olduğunu gösterm ekle kalm am ış, ayrıca karanlık m addenin erim ini b ir gökadanın görünür kısm ının çok ötesine genişletm iş­ ti. Gazın sıcaklık ve yoğunluğunun X-ışını gözlem leri bu sonucu doğrulam ıştı. KÜTLEÇEKİMSEL MERCEKLEME Gökada küm elerinin kütlesi, ışığın kütleçekimsel mercekleme siy­ le de ölçülebilir (bkz. Şekil 1). Bir kez daha hatırlayalım , hiç kim ­ se karanlık m addenin kendisini göremez. Fakat karanlık m adde yine de çevresindeki m addeyi, h a tta ışığı bile, kendi kütleçekim dalgalanm asıyla etkileyebilir. Örneğin, Zvvicky'nin Coma Kümesi gözlem lerine göre, karanlık m adde gökadaların hareketini onun gözleyebildiği şekillerde etkilem işti. Karanlık m adde, bir başına görülm ese de, görünür cisim ler üzerine olan etkisiyle ölçülebi­ lirdi.

37

KARANLIK MADDE VE DİNOZORLAR

Kütleçekimsel mercek gibi davranan gökada

Görüntü

g,

SapWı\m'V

erÇel