Karanlık enerji

Karanlık madde ve karanlık enerjinin evrendeki tahmini dağılımı. Grafiğe göre evrenin %74'ünü karanlık enerji, %22'sini karanlık madde, %3,6'sını bildiğimiz anlamda atomlardan oluşan ve galaksiler arasında bulunan gazlar, %0,4'ünü ise yine bildiğimiz anlamda atomlardan oluşan yıldızlar, gezegenler vb. oluşturmaktadır.

Karanlık enerji, fiziksel evrenbilimde, astronomide, astrofizikte ve gök mekaniğinde, evreni sürekli genişlettiği ve galaksileri birbirlerinden uzaklaştırdığı varsayılan bir enerji türüdür.

Bilinen fizik kurallarına göre, herhangi bir şekilde hareketlendirilen bir cisim ya zamanla hızı azalarak durur ya da hiçbir enerji kaybı yoksa aynı hızla hareketine devam eder. Örneğin Dünya'da fırlatılan bir cismin hızı azalır ve bir süre sonra durur. Bunun nedeni Dünya'da sürtünmeden ve yer çekiminden dolayı enerji kaybına uğramasıdır. Eğer yer çekimi ve havanın bulunmadığı bir ortamda (uzayda) aynı cismi fırlatırsak karşısına bir engel çıkana kadar hareket eder. Evren ölçeğinde bu engel kütleçekim gücüdür. Evren'in kendisi ise bahsedilen fizik kuralları aksine Büyük Patlama'dan beri genişlemektedir ve zamanla evrenin genişleme hızı da artmaktadır.

Bilim insanları bunu keşfettiklerinde bu hızı artıran bir enerji olması gerektiğine karar vermişlerdir. Bu varsayılan enerji, karanlık enerji olarak adlandırılmıştır.

Tarihi

Karanlık enerji kavramını ilk kez Albert Einstein ortaya çıkarmıştır. Bulmuş olduğu görelilik teorisine göre formüllerini kullanarak, evrenin asla sabit hacimde kalamayacağını, genişleyeceğini ve/veya çökeceğini hesaplamıştır. Ancak Edwin Hubble'ın evrenin hep genişlediğini kanıtlamasıyla bulmuş olduğu bu yeni enerjiye saçma sapan enerji demiş, kendi de aslında formülleriyle kanıtladığı karanlık enerjiyi önemsememiştir.

Alan Guth ve Alexei Starobinsky, 1981 yılında karanlık enerjiye benzer bir negatif basınç alanının, evrenin Büyük Patlama'dan sonraki ani genişlemesini tetiklediğini öne sürmüşlerdir. 1998'de yapılan Tip Ia süpernova araştırması sırasında Saul Perlmutter ve Brian Schmidt, gözlemleri sonucu evrenin genişleme hızının arttığını ve bunun uzayın bir tür içsel gerilimi diyebileceğimiz karanlık enerji olduğundan söz etmişlerdir. Sonraki süreçte yapılan gözlemlerle evrendeki madde ve enerjinin toplamının kritik yoğunlukla uyuştuğu kanıtlanmış, madde yoğunluğunun kritik değerin yaklaşık %30'unu oluşturduğu tespit edilmiştir. 2003'ten itibaren WMAP'ten alınan veriler, daha hassas ölçümlerin yapılmasına katkı sağlamıştır.

Tam olarak çözülemeyen karanlık enerji hakkında araştırmalar halen sürmektedir.

Varlığının kanıtı

Karanlık enerjiye ait kanıtlar dolaylıdır ancak temel olarak üç bağımsız kaynaktan gelmektedir:

• Evrenin genişlemesinin ömrünün ikinci yarısında daha fazla olduğunu gösteren mesafe ölçümleri ve bunların kırmızıya kayma ile ilişkisi.
• Gözlemlenebilir olarak düz evreni oluşturmak için madde ve karanlık madde dışında bir enerji türüne duyulan teorik ihtiyaç (herhangi bir küresel eğimin bulunmaması).
• Evrendeki kütle yoğunluğunun büyük ölçekli dalga modellerinin ölçüleri.

Hesaplanması

NASA verilerine göre evrenin %5'inin madde, %27'sinin karanlık madde ve %68'inin karanlık enerjiden oluştuğu düşünülmektedir. Planck uydusu detaylı karanlık enerji oranını %68,3 olarak ölçerken, popüler bilim yayınlarında farklı veriler de mevcuttur. Evrendeki karanlık enerji oranı, Büyük Patlama'dan beri artmaya devam etmektedir.

Karanlık enerji, diğer enerji formlarından çok kozmolojik sabitle benzerlik göstermektedir. $w$ = basınca bağlı kozmolojik yoğunluk parametresi olmak üzere, madde ve karanlık madde için $w=0$, enerji formları için $w={\frac {1}{3}}$ ve kozmolojik sabit için $w=-1$ olarak kabul edilmektedir. Karanlık enerji için yapılan matematiksel hesaplamalar ise, $w=-1$'e çok yakın bir değerdir. Bu durumda karanlık enerjinin sabit negatif basıncı, evrenin genişlemesinin giderek hızlanmasını sağlayan temel etken olmaktadır.

Karanlık madde ve karanlık enerji

Bu iki kavramdaki karanlık ibaresi, bunların; bırakın maddeyle, ışıkla bile herhangi bir etkileşime girmemelerinden ileri gelir. Işık, görmenin anahtarıdır ama bu iki kavram ışıkla etkileşimi olmadığı için görünmezler. Büyük Patlama'dan sonra muhtemelen ilk 5 milyar yıl karanlık maddenin çekim gücü evrenin hakimiyken, sonrasında karanlık enerji evrenin mutlak hakimi konumuna yükselmiştir. Bunun sonucu olarak evren her geçen gün artan bir hızla büyümektedir. Kabul ettiğimiz anlamdaki maddesel yasalar, bilinen evrenin sadece kabaca %5'i ile ilgilidir. Geriye kalan %95 hala bizler için bilinmemektedir.

Fizik ve kozmoloji bilim insanları karanlık enerji ve karanlık maddeyi incelemek için uzay teleskopları ve elektron hızlandırıcılarından faydalanmaktadırlar. CERN fizik koordinatörü Luca Malgeri, Büyük Hadron Çarpıştırıcısının ilk kez tam güçle çalıştırılacağı zaman enerjisinin ikiye katlanacağını ve bize karanlık madde parçacıklarını keşfetmemize olanak sağlayacağını söylemektedir. Gezegen, yıldız ve galaksilerin karanlık madde ve karanlık enerjinin etkisi altında bulunduğunu ifade eden Malgeri, bu keşfin evrensel sonuçları olacağını iddia etmektedir.

Alternatif görüşler

Bazı görüşlere göre evrenin genişlemesine karanlık enerjinin etkisi düşünülenden daha azdır. Sınırsız patlama teorisi olarak adlandırılan bir teoriye göre sürekli olarak yeni Büyük Patlama'lar ile evreni genişleten bir sistem bulunmaktadır. Buna göre, evren ne kadar genişlerse galaksiler evrene homojen dağılmak isteyecektir. Bunun nedeni fizik kanunları ve kütleçekim teorisidir. Evren bir başka patlamayla genişledikçe galaksilerde homojen dağılmak için birbirinden uzaklaşır. Özetle, galaksilerin birbirinden uzaklaşmasında karanlık enerjinin etkisinden çok bu genişleme olayının etkisi vardır. CERN fizikçilerinden Dragan Hajdukovic hem karanlık maddeye hem de karanlık enerjiye açıklama getiren yeni bir yaklaşım sundu. Fizikçiler, öncesinde uzay boşluğu olarak tanımlanan dokuya kuantum vakum diyorlar. Çünkü artık onun boş olmadığını, parçacıklar ve bunların karşıt eşleriyle dolu, yani madde ile antimadde bir araya geldiğinde birbirlerini yok ediyorlar. Hajdukovic, madde ve antimaddenin sadece zıt yüke sahip olmadığını, kütleçekimsel olarak da zıt özellikler taşıyabileceklerini söylüyor. Hajdukovic'e göre madde pozitif, antimadde ise negatif kütleçekimine sahip. Madde yoğunsa çekme, antimadde yoğunsa itme kuvveti oluşuyor.

Ayrıca bakınız

• Karanlık madde