Kozmik ardalan ışıması veya bir diğer ismiyle, kozmik fon ışıması, tesadüf eseri keşfedilmesinin ardında fizik dünyasında oldukça önemli bir bilgi kaynağı haline gelmiştir. Peki, kozmik ardalan ışıması nedir, nasıl keşfedilmiştir veya bize evrenle ilgili neler anlatmaktadır? Daha da önemlisi Riemann’ın ölümünden 100 yıl sonra varlığı keşfedilen bu önemli ışımanın, Riemann geometrisi ile ilişkisi nedir?
1964 yılında, iki Amerikalı araştırmacı Arno penzias ve Robert WİLSON radyo dalgaları ve antenleriyle ilgili bir araştırma yürütmekteydiler. Yürüttükleri araştırma, Büyük bir alıcı anten ile radyo sinyallerini toplamayı içermekteydi ve çalıştıkları konunun evrenin başlangıcıyla pek de alakası yoktu. Fakat beklenmedik bir tesadüf ile karşılaştılar: Toplamaya çalıştıkları radyo sinyallerinde anlamlandıramadıkları bir parazit vardı. Nereden ve hatta hangi yönden geldiği bile belirli olmayan, ve hiç kesintisiz devam eden bu parazit sinyal, toplamaya çalıştıkları radyo dalgalarını bozmaktaydı. Üstelik bu sinyaller 2.7 Kelvin sıcaklığındaki bir siyah cisim ışımasına tekabül edecek nitelikte sinyallerdi. Üzerinde çalıştıkları alıcı radyo antenini ne tarafa çevirirlerse çevirsinler sürekli devam eden bu parazit sinyal yüzünden çalışmalarına ara vermek zorunda bile kaldılar. Peki her yönden ve kesintisiz gelen bu dalgalar da neydi? İşin aslında 1950 yıllarında yapılan teorik çalışmalar, Büyük Patlama Teorisi’nin doğruluğu kabul edildiğinde, evrenin başlangıcından itibaren, sürekli genişleyen evrenin madde sınırından başlayan ve her yöne yayılan bir ışımanın var olması gerektiğini ortaya koymuştu. Radyo sinyallerini bozan bu anlamsız dalga ise, zamanla evrenin soğumasıyla birlikte şiddeti azalan Kozmik Ardalan Işıması’ndan başka bir şey değildi. Tesadüfen saptanan bu dalgalar sayesinde, Büyük Patlama Teorisi için deneysel bir kanıt oluşmuş oldu.
Tarihçesi hakkında konuştuğumuz bu ışımanın bir de bilim adına önemini inceleyelim. Kozmik Ardalan Işımasının keşfedildiği ilk zamanlarda, en çok dikkat çeken yönü, Büyük Patlama Teorisi’ne olan katkısıydı. Fakat ilerleyen dönemlerde, bilim dünyasına getirileri, Büyük Patlama Teorisini doğrulamaktan öteye geçerek evrenin ilk zamanları ile ilgili bilgi edinmeye kadar uzandı. Kozmik Ardalan ışıması, neredeyse mükemmele yakın bir siyah cisim ışımasıdır. Öncelikle, siyah cisim ışımasının özelliklerinden kısaca bahsetmek gerekirse, siyah cisim ışıması, yüksek ve sabit sıcaklıkta bir cisim tarafından üretilen ve her yöne istatistiksel olarak mükemmel dağılım gösteren bir ışıma türüdür. Kozmik Ardalan ışımasının siyah cisim ışımasından en temel farkı ise daha küçük ölçeklerle detaylı bir şekilde incelendiğinde, dağılımındaki salınımlar fark edilebilir düzeydedir. Ardalan ışımasının kaynağının evrenin başlangıcındaki maddeler olduğu düşünüldüğünde, siyah cisim ışımasıyla arasında bu farkın sebebinin, evrenin başlangıcındaki madde dağılımının siyah cisim örneğindeki kadar kusursuz olmaması olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu sebeple, kozmik ardalan ışımasının bilim dünyasına en büyük katkısı, salınımlarındaki düzensizliklerdir (anzitropi) ve bu düzensizlikler sayesinde, Büyük patlamadan sonraki madde dağılımıyla ilgili fikirler yürütülebilmektedir. Büyük patlamadan sonraki madde dağılımı, günümüzdeki gök cisimlerinin oluşumunu etkilediği için anlamlandırılması bilim için oldukça büyük bir gelişmedir. Fakat tabii ki kozmik ardalan ışımasının araladığı sır perdeleri bununla sınırlı değildir. Kozmik ardalan ışımasının araladığı ikinci büyük sır perdesi ise Özel görelilik kuramı ve Riemann geometrisi ile ilişkilidir.
Riemann geometrisi, basitçe eliptik veya küresel geometri olarak bilinmektedir. 1854 yılında riemann tarafından ortaya atılan, Öklid dışı geometri sistemlerinden biridir ve genel anlamda Öklid geometrisi düzlemler için iken Riemann geometrisi, eğri düzeyleri anlamaya ilişkindir. Öklid ve Riemann geometrisi arasındaki farkı anlamak için basit bir doğru ve nokta kullanılabilir. Bir doğru, ve bu doğru üzerinde olmayan bir noktayı ele aldığımızda, Öklid geometrisinde, yani eğriltisi olmayan bir düzlemde, bu noktadan geçen ve doğruya paralel olan sadece tek bir nokta vardır. Riemann geometrisinde ise, küresel ve hiperbolik düzlemler de ele alınır ve küresel bir düzlemde istenilen gibi bir doğrunun bulunmadığı, hiperbolik bir düzlemde ise sonsuz adet bulunabildiği görülmektedir. Riemann geometrisi herhangi bir sebepten dolayı eğri olan düzlemleri ele aldığı için, Einstein, Özel görelilik postulatlarını ortaya atarken matematik temelinde riemann geometrisini kullanmıştır. Daha ayrıntıya girmek gerekirse, Einstein’ın kuramlarına göre, uzaydaki kütleler uzay zamanın dokusunu bükmektedir ve bu sebeple zaman her yerde sabit değildir ve tüm bunları matematiksel olarak analiz edebilmek için Riemann geometirisinin postulatlarına ihtiyaç vardır. Tam bu noktada, Kozmik ardalan ışıması, Özel görelilik teorisinin matematiksel temellerindeki hesaplamalarda yardımcı olarak devreye girer. Evrenin her yerinden ve her yöne doğru devam eden bu ışıma, doppler etkisi kullanılarak evrenin uzay zamandaki eğriliğini hesaplamada kullanılmaktadır. Hesaplamada nasıl kullanıldığını ise kısaca anlatalım. genel görelilik kuramına göre, kütleçekim alanlarından uzaklaşan fotonların dalga boyu uzar ve enerjileri azalır; kütle çekim alanına yaklaşan fotonlarınsa dalga boyu kısalır ve enerjileri artar. Dolayısıyla daha güçlü kütleçekim alanlarından uzaklaşarak gelen kozmik ardalan ışıması daha soğuk, daha zayıf kütleçekim alanlarından uzaklaşarak gelen kozmik ardalan ışıması ise daha sıcaktır. Ve bu sayede Kozmik ardalan ışıması kullanılarak, evrendeki eğrilikler hesaplanabilmektediri ve Özel Görelilik teorisine deneysel katkıda bulunabilmektedir. Peki; Kozmik Ardalan Işıması zannedildiği kadar düzenli değilse ve ulaşamadığı yerler varsa bunun sebepleri neler olabilir? Kozmik Soğuk bölgeler mümkün mü veya daha da ötesi, henüz keşfedildiler mi? Bir sonraki yazımda ele alacağımız bu konuyu sakın kaçırmayın!
Kaynakça:
https://www.matematiksel.org/riemann-geometrisini-anlamak/
https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_microwave_background
ur-Rahman, Syed Faisal, “The enduring enigma of cosmic cold spot”, Physics World, https://physicsworld.com/a/the-enduring-enigma-of-the-cosmic-cold-spot/, 2020
