Eğer karanlık madde evrenin en büyük gizemlerinden biriyse, karanlık enerji muhtemelen ondan bile daha büyük bir bilmecedir. Kozmolojik hesaplamalara göre evrenin yaklaşık %68'i, hakkında neredeyse hiçbir şey bilmediğimiz, ama evrenin kaderini doğrudan belirleyen bir "şey" tarafından oluşuyor: karanlık enerji.
1998'İN ŞAŞIRTICI KEŞFİ
1990'ların sonlarına kadar, kozmologların çoğu evrenin genişlemesinin, yerçekiminin etkisiyle zamanla yavaşlaması gerektiğini varsayıyordu - sonuçta madde birbirini yerçekimiyle çeker, bu da genişlemeyi frenlemelidir. 1998 yılında, iki bağımsız araştırma ekibi (Saul Perlmutter'ın liderliğindeki Supernova Cosmology Project ve Brian Schmidt ile Adam Riess'in liderliğindeki High-Z Supernova Search Team), Tip Ia süpernovalarını (bilinen, standart bir parlaklığa sahip oldukları için "standart mumlar" olarak kullanılan patlayan yıldızlar) inceleyerek şok edici bir sonuca ulaştı: Evrenin genişlemesi yavaşlamıyor, aksine hızlanıyordu!
Bu keşif o kadar devrimseldi ki, üç bilim insanı 2011 yılında Nobel Fizik Ödülü'nü kazandı. Bu hızlanmayı açıklamak için, uzayın kendisine içkin, itici bir "karanlık enerji" kavramı öne sürüldü.
KARANLIK ENERJİ NASIL ÇALIŞIYOR?
Karanlık enerjinin en basit ve en yaygın kabul gören açıklaması, Einstein'ın genel görelilik denklemlerine eklediği (ve sonradan "hayatımın en büyük hatası" dediği, ama şimdi belki de haklı çıktığı) "kozmolojik sabit" (Λ, lambda) kavramıdır. Einstein alan denklemleri şöyle genişletilir:
G_μν + Λg_μν = (8πG/c⁴)T_μν
Kozmolojik sabit, boş uzayın kendisinin bir enerji yoğunluğuna sahip olduğunu ima eder. Normal madde ve karanlık madde, evren genişledikçe seyrelir (birim hacimdeki miktarları azalır), ama eğer karanlık enerji uzayın kendisinin bir özelliğiyse, evren genişledikçe daha fazla "boş uzay" oluşur ve dolayısıyla toplam karanlık enerji miktarı da artar. Bu, neden karanlık enerjinin zamanla evrenin toplam enerji bütçesinde giderek daha baskın hale geldiğini açıklar - erken evrende madde yoğunluğu çok daha yüksekti, ama zamanla evren genişledikçe karanlık enerji baskın hale geldi.
VAKUM ENERJİSİ SORUNU
Kuantum alan teorisi açısından, boş uzayın (vakumun) sıfır olmayan bir enerjiye sahip olması aslında beklenen bir şeydir - kuantum dalgalanmaları sürekli olarak sanal parçacık çiftleri oluşturup yok eder ve bu, vakuma bir enerji yoğunluğu kazandırır. Ancak burada ciddi bir problem var: Kuantum alan teorisinin teorik olarak öngördüğü vakum enerjisi yoğunluğu, gözlemlenen karanlık enerji yoğunluğundan yaklaşık 10¹²⁰ kat (evet, yüz yirmi sıfırlı bir sayı kadar) daha büyüktür. Bu devasa uyuşmazlık, teorik fizikteki en büyük çözülmemiş problemlerden biri olarak "kozmolojik sabit problemi" adını taşır.
KARANLIK ENERJİ NEDEN ÖNEMLİ? EVRENİN KADERİ
Karanlık enerjinin doğası, evrenin uzun vadeli kaderini doğrudan belirler:
E er karanlık enerji gerçekten sabitse (kozmolojik sabit): Evren sonsuza kadar hızlanarak genişlemeye devam edecek, galaksiler birbirinden giderek uzaklaşacak ve sonunda gözlemlenebilir evrende sadece kendi galaksimizi göreceğimiz, soğuk ve karanlık bir "Büyük Donma" (Big Freeze) senaryosuyla karşılaşabiliriz.
E er karanlık enerji zamanla değişen bir "quintessence" alanıysa: Gelecekteki davranışı farklı olabilir - hatta bazı teorik senaryolarda, karanlık enerjinin yoğunluğu artarak evrenin atomik ölçekte bile parçalanmasına yol açan bir "Büyük Yırtılma" (Big Rip) senaryosuna yol açabilir.
GÜNCEL ARAŞTIRMALAR
DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) gibi son yıllardaki büyük gözlem projeleri, milyonlarca galaksinin ve kuazarın konumunu haritalandırarak, karanlık enerjinin zamanla gerçekten sabit mi kaldığını yoksa hafifçe değişip değişmediğini araştırıyor. Bazı ön sonuçlar, karanlık enerjinin basit bir kozmolojik sabitten biraz farklı davranabileceğine dair ipuçları sunsa da, bu bulgular henüz kesinleşmiş değil ve bilim camiası bu konuda dikkatli bir şekilde daha fazla veri bekliyor.
Karanlık enerji, evrenin çoğunluğunu oluşturmasına rağmen, doğrudan hiçbir deneyle tespit edilemeyen, sadece kozmik ölçekteki dolaylı etkileriyle bildiğimiz, modern kozmolojinin en büyük ve en derin gizemi olmaya devam ediyor.