Ne kadar büyük teleskoplarımız olursa olsun, çok uzak galaksiler daima bulanık gözükebilir (NASA/Hubble).
Soru işaretinin altındaki noktayı görebiliyor musunuz? Peki birkaç metre uzaktan bakarsanız görebilir miydiniz? Ortalama bir insan gözü, yaklaşık 1 metre uzaklığındaki nesneleri detaylarıyla görebilir. Buna çözünürlük denir. Göz gibi optik bir sistemin çözünürlüğü, gözlemlenen ışığın dalgaboyu ile ışık deliğinin (ışığın geçtiği aralık, yarık genişliği) oranı olarak tanımlanabilir.
Astronomik gözlemler için sürekli daha büyük teleskoplara ihtiyaç duyulmasının sebebi, çözünürlükle doğrudan bağlantılıdır. Daha büyük bir teleskop sadece daha fazla ışık toplayıp daha uzak mesafelerin görünmesini sağlamaz. Aynı zamanda sahip olduğu büyük ışık deliği daha iyi görüntü elde edilmesine olanak verir.
Yeni bir çalışmanın vardığı sonuç ise, evrenin bir çözünürlük limiti olduğu yönünde. Ne kadar büyük teleskoplar yaparsak yapalım en uzaktaki galaksileri istediğimiz temizlikte göremeyebiliriz.
Teleskopların sorunu
Very Large Teleskobu ve Keck Teleskobu gibi Dünya’daki en büyük optik (görünür ışık) teleskopları yaklaşık 10 m çapa sahiptir. Gündemde ise 30-40 m çaplarında teleskoplar yapmak var. Ancak ortada bir sorun var: Kaynaktan çıkıp teleskoplara ulaşan ışık ışınları yolculuğu boyunca etkiye (pertürbasyon, tedirgeme) maruz kalırsa, ne kadar büyük ışık deliği olursa olsun, hiçbir zaman teorik olarak öngörülen net görüntülere ulaşamayabiliriz.
Işığın bazen bize oyun oynadığını biliriz. Örneğin sıvı dolu bir bardağa pipet koyduğumuzda, pipet kırılmış gibi gözükür. Aynı şekilde uzaydan teleskoplara ulaşan ışık da atmosferden geçerken kırılmalara uğrayarak astronomlar için sorun oluşturur.
Kayalıklara çarpan su dalgalarının dağılması gibi, atmosfer de dalgaların dağılımını etkiler. Elektromanyetik dalgalar (ışık, elektromanyetik dalgadır) atmosferden geçerken kırılmalara uğrar ve bulanık bir görüntü meydana gelir. Bu etki göz ardı edildiği sürece, teorik olarak öngörülen azami çözünürlüğe asla ulaşılamaz. Teleskopları uzaya göndermek bir çözüm olsa da, oldukça masraflıdır. “Uyarlamalı optik” ise teknik olarak zorlayıcı bir yöntemdir. Ancak tüm bunların dışında çok daha temel bir problem olabilir.
Devasa aynalara sahip James Webb Teleskobu.
Kuantum köpük
Uluslararası Astronomi Birliği’nin toplantısında sunulan yeni bir çalışma, kuantum fiziğini kullanarak uzayın doğası hakkında bir çıkarım ortaya koyuyor. Uzay-zamanın kuantum ölçekteki yapısının evrenin “temel çözünürlük limiti” olabileceğine yol açtığını savlayan bu görüş, gelecekteki teleskopların uzak galaksileri hangi netlikte görüntüleyebileceği konusunda endişe verici bir çıkarım yapıyor.
Kuantum mekaniğine göre, Planck ölçeği olarak adlandırılan 10-35 metre mesafelerde uzay köpüklü yapıdadır. Bu mesafelerde, çok kısa sürelerde sürekli parçacık çiftleri oluşur ve yine birbirlerini yok eder. Sanal parçacık adı verilen bu parçacıklar, parçacık fiziği deneylerinde daima gözlemlenmektedir.
Sanal parçacıklar her ne kadar kısa sürede oluşup yok olsalar da, bu bu parçacıkların bir enerjisi vardır. Einstein, gravitasyonu kütlenin (veya enerjinin) uzay-zamanı bükmesi şeklinde tanımlar. Sanal parçacıkların sürekli oluşup yok olması da kuantum ölçekteki uzay-zamanı köpüklü bir yapıya büründürür.
Işık parçacığı olan fotonlar köpüklü uzay-zamanda yol alırken, atmosferden geçerken maruz kaldığı etkilere benzer dalgalanmalara maruz kalabilir. Her ne kadar bu etki ihmal edilebilir derecede küçük olsa da, uzak galaksilerden gelen ışığın alacağı yol çok fazladır ve uzay-zamanın köpüklü yapısından kaynaklanan “faz pertürbasyonu”na sayısız kez uğrayabilir. Bu etki günümüz teleskoplarında görülemeyecek kadar küçük olsa da, yeni nesil teleskoplarda uzak galaksilerden gelen ışıktaki bozulmalar gözlenebilir ve hiçbir zaman tam netlikte görüntüler elde edemeyebiliriz.
Uzay-zaman köpüğü illüstrasyonu.
Einstein’in gravitasyon teorisi ile kuantum mekaniği arasında köprü kurabilmiş bir teori henüz elimizde yok. Bahsi geçen öngörüye bu sebepten ötürü biraz kuşkuyla bakılmaktadır. Ayrıca öngörü doğru olsa bile, etkileri ancak uzak galaksilerin detaylı analizlerinin yapıldığı çalışmalarda ortaya çıkacaktır.
Ne kadar büyük teleskoplar yaparsak yapalım, ötesine ulaşamayacağımız bir çözünürlük sınırı olması ve bu sınırın kuantum boyutlarında meydana gelen bir etkinin kozmik ölçeğe yansımasından kaynaklanması, doğanın kendini saklayan şaşırtıcı özelliklerinden biri olabilir.
Çeviren: Hakan Sert
YTÜ Fizik Bölümü Doktora
KAYNAKLAR
http://phys.org/news/2015-11-universe-resolution-limitwhy-view-distant.html#jCp
