Genişleme
Kozmologlar evrenin genişlemesinden söz ettiği zaman uzayın genişlemesinden
bahsederler, uzay – zamanın değil. Evrenin (yani uzayın) genişlemesi ışık
hızından daha hızlı olabilir ancak bu görelilik; “hiçbir şey ışık hızından
hızlı gidemez” ilkesini ihlal etmez. Bu ilke uzay – zaman içerisinde hareket
eden cisimlerin uzayda (uzay – zamanda değil) yaptığı harekete getirilen
kısıtlamadır, uzayın kendisi için geçerli değildir. Uzayın kendisi ışık
hızından daha hızlı hareket edebilir, yani genişleyebilir.
Evrenin genişlemesini, üzerine galaksi resimleri çizilmiş bir balonun şişmesi
gibi hayal edin. Balon şiştikçe, galaksiler birbirinden uzaklaşırlar. Oysa,
aslında hepsi olduğu yerde duruyorlar.
Düz ya da Eğri
Einstein’ın ortaya attığı genel görelilik teorisi, kütlenin uzay – zamanın
yapısını eğdiğini söyler. Bu eğrilik kütle – çekim dediğimiz şeyi oluşturur.
Genel göreliliğin bu öngörüsü deneylerle pek çok kez kanıtlanmıştır. Genel
görelilik aynı zamanda içinde bulunduğumuz evrenin yapısı hakkında da öngörü
verebilir. Evrenin yapısı için üç seçenek vardır:
• Evren pozitif eğriye sahiptir, bir küre gibi.
• Evren negatif eğriye sahiptir, bir eğer gibi.
• Evrenin düzdür, bir kağıt gibi.
Geometrinin yapısı evrenin şekline bağlıdır. Mesela pozitif eğriliğe sahip bir
evrende üçgenin iç açıları toplamı 180 dereceden büyüktür. Aynı şekilde
negatif eğriliğe sahip bir evrende üçgenin iç açıları toplamı 180 dereceden
küçüktür, düz bir evrende ise üçgenin iç açıları 180 derecedir.
2000’li yıllarda süpernova patlamalarından gelen ışıklar üzerine yapılan
deneylerden elde edilen sonuçlara göre, evrenin düz ya da düze çok yakın
olduğu tahmin ediliyor. Burada evrenden kastedilen uzaydır, uzay – zaman
değildir. Uzay – zaman düz olsaydı, kütle – çekim olmazdı.
Şunu da bilmek gerekir ki, kozmologlar uzayın düzlüğünden bahsettiklerinde
uzayın geniş ölçüdeki halini ele alırlar. Eğer küçük düzeylerde uzayı
incelersek uzay kesinlikle düz değildir çünkü her kütle uzayı ve zamanı eğer.
Sonlu mu Sonsuz mu?
Uzayı x, y ve z koordinatları olarak düşünürsek, bu uzay içerisindeki bir
nesneyi, bu koordinat düzleminde sonsuza götürebiliriz gibi gelir. Bir uzay
gemisi x yönünde sonsuza kadar gitmek isterse onu kim durdurabilir ki? Fakat
sonsuza kadar gidebilmek, uzayın sonsuz olduğu anlamına gelmez. Bir küre
düşünün, bu kürenin yüzeyi iki boyutlu uzayımız olsun. Bu küre üzerinde
yaşayan iki boyutlu bir cisim hangi yöne giderse gitsin asla bir “son”a
ulaşamaz. Tek bir yöne giderse, bir süre sonra başladığı yere geri döner. Buna
benzer bir kavram, içinde yaşadığımız uzay için de geçerli olabilir. Böyle bir
uzaya sonlu fakat sınırsız uzay denir.
Üzerinde yürüyerek Dünya’nın sonuna ulaşabilir misiniz?
Kozmologlar uzayımızın sınırsız olduğunu düşünüyorlar (yani bir yönde geri
gelmeden sonsuza kadar gidebiliriz). Henüz evrenimizin sonlu mu yoksa sonsuz
mu olduğuna dair bir kanıt yok. Einstein kendi kütle – çekim kuramını ortaya
attığında, evrenin sonlu olduğunu ve mükemmel bir üç boyutlu küre
olabileceğini söylemiştir. Bazı yazarlar Einstein’ın bu fikri, üç boyutlu bir
kürenin mükemmel bir simetriğe ve estetiğe sahip oluşundan ötürü ortaya
attığını yazmıştır.
Son yıllarda, bazı kozmologlar bu ihtimalin olabilirliğini test etmeye
çalışmışlardır. Her ne kadar gözlemler evrenin düz ya da düze çok yakın
olduğunu gösterse de, eğer yeterince geniş ölçekle bakılabilirse evrenimizin
de küre gibi kapalı olduğunu gözlemleyebiliriz belki; tıpkı Dünya’nın bize
düzmüş gibi gelmesi ama uzaydan baktığımızda kutuplardan hafif basık bir küre
olduğunu görmemiz gibi.
Tıpkı Dünya üzerinde ufuk çizgisinden ötesini göremeyişimiz gibi, evrende de
bir “ışık ufkumuz” vardır ve ötesini göremeyiz.
Uzayın sonlu mu sonsuz mu olduğunu kesin olarak bilemememizin sebebi
gözlemlenebilir evrenin ötesini göremememizdir. Evrenimizin 13,7 milyar yıl
önce genişlemeye başlaması ve hiçbir şeyin ışıktan hızlı gidememesi sebebiyle,
gözlemlenebilir evrenin ötesindeki olaylar hakkında bir fikrimiz yok çünkü
daha uzak galaksilerden (veya başka cisimlerden) gelen ışığın bize ulaşması
için gereken yeterli süre geçmedi.
Gözlemlenebilir evrenin yarıçapı yaklaşık 46 milyar ışık yılıdır ve merkezinde
biz varız. Bize gelen ışık gözlemlenebilir evreni belirliyor. Eğer başka bir
gezegende, mesela 10 milyar ışık yılı ötede bir yerde yaşıyor olsaydık
gözlemlenebilir evrenimizin merkezi orası olurdu.
Büyük patlamadan 13,7 milyar yıl geçmesine rağmen gözlemlenebilir evrenin
çapının neden 46 milyar ışık yılı olduğunu şu şekilde anlayabiliriz: Diyelim
ki iki milyar ışık yılı uzaklıktaki bir yıldız süpernova patlaması yapsın.
Süpernovanın ışığı bize ancak iki milyar yıl sonra ulaşır; ne var ki, bu süre
zarfında evrenin genişlemesinden dolayı süpernova patlaması yapan yıldızdan
arta kalanlar, bizim gördüğümüz iki milyar ışık yıllık patlamadan çok daha
uzaktadır artık.
Ege Özmeral
----------------------------------------------------------------------
Evren Işık Hızından Hızlı Mı Genişliyor?
Ögetay Kayalı
Kozmoloji ile ilgili en popüler duyumlardan bir tanesi de evrenin ışık
hızından daha hızlı genişlediğidir. Fakat bu cümle bir hayli eksiktir.
Akıllarda cevaplanmamış, yarım yamalak cevaplanmış bir çok soru ve düşünce
bırakır. Evren nasıl genişlemektedir? Nasıl olur da ışık hızını aşabilir? Bu
yazımızda bu konuyu ele alacağız.
Bilmemiz gereken en temel kavramlardan biri, evrenin her noktadan
genişlediğidir. Yani parfüm gibi tek bir noktadan dışa doğru saçılarak
genişlemez. Her noktadan genişler. Bunu izah etmek için biraz matematikten
faydalanmalıyız. Çünkü bazen sözcükler yerine sayılar çok daha anlamlıdır.
Evren, bir şişeden sıkılan parfüm damlacıkları gibi belli bir merkezden
yayılarak genişlemez. Evrenin bir genişleme merkezi yoktur. Hatta evrenin bir
merkezi de yoktur. Büyük patlama evrenin her yerinde aynı anda gerçekleşmiş,
genişleme evrenin her yanında her yöne doğru olmuştur.
Evrenin genişlemesinden söz ederken Hubble sabiti adını verdiğimiz bir sayıdan
faydalanırız. Bu bize evrenin genişleme hızını verir ve sanılan gibi ışık
hızından büyük bir sayı değildir. Hatta çok küçük bir sayıdır. Ama nasıl
baktığınıza bağlı!
Hubble sabiti bize 1 megaparsek uzaklıktaki herhangi bir gök cisminin evrenin
genişlemesinden ötürü bizden saniyede 68 kilometre hızla uzaklaşacağını
söyler. (1 megaparsek yaklaşık 3.26 milyon ışık yılıdır) Bir örnekle
inceleyecek olursak; bizden 3.26 milyon ışık yılı uzaktaki bir gökada hiçbir
harekete sahip değilse, yani bize ne yaklaşıyor ne uzaklaşıyorsa, sırf evren
genişlediği için bizden saniyede 68 kilometre hızla uzaklaşmalıdır. Aslında
herhangi bir hızı yoktur, olabilir de fakat yoksa dahi aramızdaki evren
genişlediği için bizden saniyede 68 kilometre hızla uzaklaşacaktır.
Bu durum 1 megaparsek uzaklıktaki bir cisim için geçerli. Peki 2 megaparsek
uzaklıktaki bir cisim için ne oluyor? Bu değerin tam iki katı hızla
uzaklaşıyor, yani 136 kilometre saniye. 3 megaparsek için saniyede 204
kilometre. Bu değer bu şekilde katlanarak gidiyor. Yani ne kadar uzak, o kadar
hızlı uzaklaşma.
Her yerde verile verile artık iyice nefret ettiğimiz şişirilen balon örneğini
malesef yine vermek zorundayız, çünkü en iyi örnek hala o. Eğer bir balonun
üzerine çok sayıda nokta çizer ve balonu şişirmeye başlarsanız, noktalar
birbirinden uzaklaşmaya başlayacaktır. Oysa noktaların gerçekte hepsi
hareketsizdir, sadece üzerinde durdukları balon şiştiği için baktığınızda
hareket ediyormuş gibi görülür. Ayrıca, birbirine yakın noktalar arasındaki
mesafe daha yavaş artarken, uzak noktalar daha hızlı birbirinden uzaklaşır.
Aynı evrende olduğu gibi.
Farkettiyseniz, evren genişlerken aslında gökadalar (gökada kümeleri) hareket
etmiyorlar. Balon örneğinde olduğu gibi, aslında hepsi sabit biçimde duruyor
olsa bile, aralarında bulunan uzay-zaman dokusu genişlediği için hareket
ediyormuş gibi görünüyorlar. Dolayısıyla, “hiçbir şey ışık hızını aşamıyorsa,
nasıl oluyor da galaksiler ışık hızından hızlı uzaklaşıyor?” sorusu
geçerliliğini yitiriyor. Çünkü, galaksiler hareket etmiyor, “balon şişiyor”…
Einstein hala haklı yani, heveslenmeyin.
Hal böyle olunca öyle bir noktaya geliyorsunuz ki artık, o noktadaki uzaklaşma
hızınız ışık hızına eşit oluyor. İşte biz bu sınırı Hubble Küresi adı altında
tanımlıyoruz. Bu noktadan ötesinde uzaklaşma hızı ışık hızını geçtiği için, o
noktadan bize gelmeye çalışan bir ışık bize ulaşamıyor. Bu tıpkı koşu bandı
üzerinde ilerlemeye çalışmak gibi. Aslında ışık yol alıyor, fakat bant sürekli
onu geri atıyor. İşte bu noktadan sonrası için evrenin genişleme hızından
kaynaklanan uzaklaşma, ışık hızından büyüktür diyebiliriz. Fakat evrenin
genişleme hızı 1 megaparsek (3.26 milyon ışık yılı) başına yalnızca 68
kilometredir.
--------------------------------------------------------
Büyük Patlama’dan günümüze Evren’in genişlemesi
Özge Yazıcı - 01 Şubat 2014
Evren: Genel Bakış
Evren, aşırı yoğun ve sıcak bir nokta olarak kabul edilen Büyük Patlama
sonucunda oluştu. Patlama’dan 10-35 saniye sonra uzay genişlemeye başladı.
Uzayın ışık hızından daha hızlı genişlemesi esnasında evren, atom altı
parçacıklardan daha da küçük olan halinden golf topu büyüklüğüne ulaştı.
Büyük Patlama’dan sonra evrenin genişlemesi daha yavaş ilerledi. Uzayın
genişlemesiyle birlikte evren soğudu ve madde oluşmaya başladı. Büyük
Patlama’dan yalnızca birkaç saniye sonra evren; nötron, proton, elektron,
anti-elektron, foton ve nötrinolar ile doldu.
Büyük Patlama’nın nükleosentez aşaması olarak adlandırılan evren oluşumunun
ilk üç dakikasında hafif elementler oluştu. Uzayın genişlemesinden dolayı
soğuyan evrende bulunan proton ve nötronlar nükleer tepkime sonucunda
döteryumların meydana gelmesini sağladı. Nötron ve protonlar çiftler halinde
birleşmesi ve bu çiftler de birleşerek helyum elementinin çekirdeğini
oluşturdu. Nükleosentez aşamasında kabul edilebilir oranda lityum da oluştu.
Evren, oluşumunun ilk 380.000 yılında ışığın parlaması için çok sıcaktı. Büyük
Patlama esnasındaki aşırı sıcak, dağınık halde bulunan proton, nötron ve
elektronların bir araya gelmesini sağladı.
Büyük Patlama’dan 380.000 yıl sonra, şeffaf ve elektriksel nötr gazların
oluşması ile sonuçlanan yeniden birleşme döneminde madde atomların
şekillenmesi için yeterince soğuktu. Her ne kadar Büyük Patlama esnasında
büyük bir ışık oluştuğu öne sürülse de Büyük Patlama’dan sonra henüz yıldızlar
ve parlak gökyüzü cisimleri oluşmadığı için evren karanlıktı.
Büyük Patlama’dan 400 milyon yıl sonra, ilk yıldız ve kasarlar yerçekiminin
çöküşüyle şekillendi. Sahip oldukları yoğun radyasyon, evrenin çevresinde
yeniden iyonlaşmaya yol açtı.
Evrenin genişlemesi Büyük Patlama’dan 5-6 milyar yıl sonra yavaşlamış olsa da,
bugün karanlık enerji olarak adlandırılan bir güç evrenin genişlemesini
hızlandırmaya başladı.
Büyük Patlama’dan 9 milyar yıl sonra, Güneş Sistemi oluştu.
Büyük Patlama
Büyük Patlama, olağan patlamalardan farklıdır. Evren, uzaya doğru genişlemedi;
çünkü evrenden önce uzay yoktu. Büyük Patlama, herhangi "bir yer"de olmuş bir
patlama değildir. Yani Big Bang (Büyük Patlama), adının böyle olmasına karşın,
konuya aşina olmayan kimilerinin adını ilk duyduğunda hayal ettiği gibi,
günümüzdeki galaksileri oluşturan maddeyi dışarı fırlatıp atan, herhangi bir
noktada meydana gelmiş bir patlama değildir.
Evren’in Yaşı
Evren’in yaşı 13.7 milyar olarak hesaplanmaktadır. Güneş Sistemi'nin yaşı ise
4.6 milyar olarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar evrendeki madde oluşumu ve
enerji yoğunluğunun ölçümüne göre yapılmıştır. Yapılan bu hesaplamalar
sayesinde araştırmacılar, evrenin geçmişte ne kadar hızlı genişlediğini
hesaplayabilmiştir. Bu bilgiler ışığında, Büyük Patlama’nın ne zaman olduğu
hesaplanarak evrenin yaşı bulunmuştur.
Evren’in Yapısı
Bilim adamları, erken evren döneminde üzerine konuşulabilecek herhangi bir
madde olmaması nedeniyle bir yapının da olmadığını düşünüyor. Maddenin
yoğunluğunda yer çekimi ile meydana gelen küçük dalgalanmalar, bugün görülen
gök cisimlerini ve boşlukları oluşturdu. Ama yine de evrenin bir kısmında gök
cisimleri varken çok büyük bir bölümü boştur.
Evren’in İçeriği
Yaklaşık 30 yıl öncesine kadar astronomlar, evrenin tamamen sıradan atomlardan
ya da “baryonik maddelerden” oluştuğunu düşünüyordu. Ancak, son zamanlarda
yapılan araştırmalar, evrenin bizim gözlemleyemediğimiz maddelerden oluştuğunu
kanıtlamıştır.
Araştırmalar, evrenin yalnızca %4.6’sının atomlardan oluştuğunu
göstermektedir. Geriye kalan %23 gözlemlenemeyen karanlık maddelerden
oluşurken %72 ise evrenin genişleme hızının yavaşlaması gerekirken
hızlanmasına neden olduğu düşünülen karanlık enerjiden oluşmaktadır.
Evrenin %75’i hidrojen, %25’i ise helyumdan oluşur.
Evren’in Şekli
Evren’in şekli ve sonlu olup olmaması yer çekimi ile genişleme hızının
mücadelesine bağlıdır. Söz konusu yer çekiminin şiddeti ise evrendeki maddenin
yoğunluğuna bağlıdır.
Evren’in yoğunluğu kritik yoğunluktan fazla olursa, kapalı (sonlu) ve küresel
bir evren modeli oluşur. Evren’in genişlemesi durursa, evren küçülür ve
galaksiler birbirlerine daha yakın hareket etmeye başlar. Bu durum
gerçekleşirse “Büyük Patlama’nın” tam tersi olan “Büyük Çöküş” başlar.
Evren'in gerçek yoğunluğu kritik yoğunluktan daha az olursa, evrenin
genişlemesini durdurmak mümkün olmaz, evren sonsuza kadar genişler. Bunun
sonucunda da eyer şeklinde açık bir evren modeli oluşur.
Evren’in yoğunluğu kritik yoğunluğa eşit olursa, evren bir kağıt gibi düz ve
sonsuz olur. Bu durumda, evrenin herhangi bir sınırı yoktur ve sonsuza kadar
genişlemeye devam eder. Ancak genişleme oranı giderek sıfıra ulaşacaktır. Yeni
ölçümler evrenin %2 hata oranıyla düz olduğunu göstermektedir.
Her ne kadar bu modeller verilmiş olsa da evrenin daha karmaşık şekillerde
olması mümkündür.
Genişleyen Evren
1920’li yıllarda astronom Edwin Hubble, evrenin durağan olmadığını keşfetti.
Büyük Patlama’dan sonra evrenin genişlemesinin hiç durmadığı fikrini ortaya
attı.
Bir süre, genişlemenin madde çekimi nedeniyle yavaşladığı düşünüldü. 1998
yılında Hubble Uzay Teleskobu’ndan elde edilen veriler, uzun zaman önce
evrenin bugünkünden daha yavaş genişlediğini ortaya koydu. Bilim dünyasında
büyük bir sır olan karanlık enerji, evrenin daha hızlı genişlemesine neden
oluyor.
--------------------------------------------------------
Evrenin Sırları
Selin Kandiyoti - 22 Ekim 2014
Big Bang’den saliseler sonra neler oldu? ‘Tanrı parçacığı’ hayatımıza nasıl
girdi? Evrende yalnızca hidrojen ve helyum var idiyse, 200.000 yıldır hayatta
olan biz homosapienler nasıl oluştuk? İşte evrenin sırlarına eğlenceli bir
yolculuk.
Bu iddialı başlık bana ait değil aslında, geçen haftalarda Boğaziçi
Üniversitesi’nde herkese açık olan ve Fizik Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Alpar
Sevgen tarafından verilen seminerin adı. Seminer boyunca tuttuğum notlar ve
sonrasında izlediğim Universe for Dummies tarzı onlarca videoyu kaynak alarak
sizlere iki hafta boyunca bilim dünyasının evrenle ilgili son keşiflerinden
söz etmek istiyorum. Küçükken astronot olmak istemem dışında konuyla ilgili
hiçbir hâkimiyetim yok, fakat içiniz rahat olsun yazımı Profesör’e onaylattım,
yine de bu işin sonunda soru-cevap kısmı olmadığına memnunum.
Konu, evrenin nasıl oluştuğu, boyutu, sınırları ya da kaderi olunca tüm gözler
yine o adama çevriliyor; 20. yüzyılın gerçek dâhisi Albert Einstein’a.
Öncelikle Einstein’in 1917 tarihli ‘Genel Görelilik’ kuramını ele almalıyız:
Enerji yoğunluğu uzay-zamanı büker. ‘Bu cümledeki tüm kelimelerin anlamını tek
tek bilsem de bir araya geldiklerinde bir şey ifade etmiyor’ diyenlerdenseniz
henüz sayfayı terk etmeyin. Bir şans tanıyın lütfen. Konuyu “Bir üçgenin iç
açıları toplamı 180 derecedir” diye de açabilir, size olayı hemen
kavrayacakmışsınız hissi de verebilirdim. Söz veriyorum; konu ilkokul
çocuklarının bile bildiği bu kurala gelecek, ama bir sonraki hafta, hem de bir
üçgenin iç açılarının toplamının pekâlâ 180’den farklı olabileceğini
göstererek. Başlayalım mı?
Einstein’ı anlamak
Big Bang’i hepiniz duymuşsunuzdur: Evrenimizin 13,8 milyar yıl evvel, bir
noktadan genişleyerek ve soğuyarak bugünlere nasıl geldiğimizin genel kabul
görmüş teorisi. Big Bang yani genişleyen evren teorisi ilk olarak Einstein’in
Genel Görelilik kuramından yola çıkar. Kuram ‘eğrilik=enerji’ der. Evrende
dört boyut vardır: En, boy, yükseklik ve zaman. Olayların hakiki arenası zaman
veya uzay değil, birleşimidir: uzayzamandır. Yani dört boyutlu bir koordinat
bize bir olayın nerede ve ne zaman olduğunu verir. Formülde ‘eğrilik’ derken
evrenin yani uzayzamanın şeklinden bahsediyoruz. Teori, enerjinin diğer bir
deyişle kütlenin (çünkü fizikçi olmasak da hepimizin bildiği gibi, E=MC²,
enerji kütlenin ışık hızının karesiyle çarpımına eşittir. Yani biri bir
diğerine dönüşebilir) içinde bulundukları uzayzamanı eğdiklerini söylüyor. O
zaman bükülmüş bu uzayzamanda hareket eden cisimler düz gidecekken adeta bir
enerji tarafından itilmiş veya çekilmiş gibi aşağıdaki karıncalar gibi
yollarından sapar. Bahsettiğimiz enerjiyi çıkarabildiniz mi? Evet,
yerçekiminden bahsediyorum. Kütleçekim de diyebiliriz. Evrenin eğriliği yani
şekli, içinde bulunan kütlenin yoğunluğuna yani yarattığı yerçekimine veya
kısaca toplam enerjiye bağlıdır. Kavramanız için son bir cümle, bir de
benzetme: Kütle uzaya nasıl büküleceğini söyler, uzay da kütleye nasıl hareket
edeceğini. Çok gergin bir şekilde tuttuğunuz çarşafın üzerine bowling topu
attığınızı düşünün, çarşaf içeri doğru bükülecektir. Daha sonra bir bilyeyi
attığınızda ise bowling topunun bilyeyi yanına çektiğini görürsünüz.
1917’de Einstein, Genel Görelilik teorisi ile evrendeki madde yoğunluğuna
bağlı olarak evrenin önce genişleyeceğini sonra da çökeceğini ama asla sabit
kalmayacağını öngörür. Einstein evrenin genişleyip genişlemediğini
astronomlara sorar. Gözlemciler o günün teleskoplarıyla evrenin durağan
olduğuna, her gezegenin olduğu yerde kaldığına kanaat getirirler. Einstein da,
her ne kadar teorisi evrenin sınırlarının değişken olduğunu öngörse de, içine
hiç sinmeyerek evreni sabitlemek için, evrenin şeklini yerçekimine bağlayan
denkleminde, sol taraftan bir kozmolojik sabit çıkarır. Galaksilerin madde
yoğunluğu yüzünden birbirlerine yakınlaşmalarını veya birbirlerinden
uzaklaşmalarını engelleyecek, sabit bir karşı kuvvet. Fizikçilerin hep yaptığı
gibi Einstein da sabitine havalı olması açısından Yunan alfabesinden bir harf
atar: Lambda. Eğrilik-lambda = enerji.
Sürpriz bir şekilde 1929'da Edwin Hubble, evrenin durağan olmadığı,
genişlediği şeklinde bir gözlem yapar. Hubble’ın aslında astrofiziğe meraklı
bir avukat olduğunu ve ABD’nin milyarlarca dolara mal olan 1990’da uzaya
yolladığı teleskoba adını verdiğini söylememe izin verin. Hubble net bir
şekilde galaksilerin birbirinden zamanla uzaklaştığını gözlemlemiştir. Dahası,
uzakta olan bir galaksi uzaklığı ile aynı oranda daha hızlı hareket ediyordur,
yani genişleme homojendir. Bir üzümlü ekmek hamuru düşünün. 4 cm’lik bir
yarıçapı olan top şeklinde bir ekmek. Merkezinden 1 cm, 2cm ve 3cm uzaklıkta
üzümler olsun. Şimdi bu ekmeği pişirelim, içine tam da ekmeği iki katına
büyütecek maya koymuş olalım. Pişmiş ekmeğin yarıçapı 8 cm oluyor. Üzümler ise
merkezden 2cm, 4cm ve 6cm uzaklıkta olacaktır. En yakındaki üzümün eski yerine
göre 1 cm, en uzaktaki üzümün ise 3 cm yol aldığının farkındasınız. Örnekte
üzümler galaksi, hamur da uzayın boşluğu. Mayanın ne ihtiva ettiği ise haftaya
kalsın. Uzayın boşluğu genişliyor. Daha uzaktaki galaksinin arkasında daha çok
uzay boşluğu olduğundan o daha uzağa gidiyor. Hubble’ın vardığı sonuçlardan
biri de yıldızların her birinin birbirinden uzaklaştığı yani evrenin bir
merkezinin bulunmadığıydı. Bu bulgu da kendini kâinatın merkezinde sanan
insanlara gelsin.
Hubble’ın buluşundan sonra Einstein, Lambda’sının hayatının en büyük hatası
olduğunu söyler ve onu siler. Aşağıdaki resim tam da o pişmanlığını
psikoloğuna anlattığı an çekilmiş olabilir mi acaba? Fakat aslında Einstein
90’larda aramızda olsa Lambda’sını geri getirirdi. Cevap mayada gizli.
Gök cisimlerinin birbirinden uzaklaşması buluşu bir yandan da zamanda geriye
gidersek galaksilerin birbirine yakınlaşacağını öngörür. Demek ki başlangıçta
tüm galaksiler birbirine yapışık, hatta bir bütündü. Hubble Big Bang’i
doğrulayan bir gözlem yapmış oldu.
Einstein ve Hubble’dan gelen bu veriler iki öngörüyü beraberinde getirdi.
1- Evrenin herhangi bir yönünden çevrene baktığında hep aynı miktarda gökcismi
görürsün.
2-Bir diğer öngörü de evrenin, patlamanın ilk evrelerinde aşırı derecede sıcak
olduğuydu. Bu dönemde ortaya çıkan ışımanın kanıtlarından geriye bir şeyler
kalmış olmalıydı. Birinci öngörüye göre, söz konusu ışımanın kanıtı da evren
boyunca eşit bir şekilde dağılmış olmalıydı. Bu öngörü ispatlanırsa Big Bang
kanıtlanmış olacaktı. Öyle de oldu.
BIG BANG
Evrenin tarihine girmeden evvel birçoğunuzun zaten bildiği bir bilgimizi
tazeleyelim. Uzayın büyüklüğünden dolayı, mesafeleri bildiğimiz km ölçütüyle
değil de, ışık yılı ölçütüyle hesaplıyoruz. Işık bir saniyede 300.000 km yol
kat edebilir. Bir yıldızın orada olduğu bilgisine sahip olmamız için yıldızın
ışığının gözümüze gelmesi gerekiyor. Bir yıldızın 1 milyar ışık yılı uzakta
olması demek, o yıldızın gözümüze görüntüsünün gelmesi 1 milyar yıl aldı
demek, kısaca 1 milyar evvelki haline bakıyoruz demek. Bu ay için 1,5 saniye,
güneş için ise 8 dakika olarak hesaplandı. Bir başka deyişle güneş bir anda
yok olsa, dünya olarak biz bu bilgiye 8 dakika sonra sahip olacağız, yerçekimi
de bundan habersiz olduğu için 8 dakika olmayan güneşin etrafında dönmeye
devam edeceğiz.
13,8 milyar yıl önceki Big Bang’den, bir müddet sonra mevcut sis dağıldı ve
ışık serbest kalarak evrenin her yanına dağıldı. Bu ışımanın izinin bulunması
1964’te gökyüzünü dinlemek için yapılan bir antendeki parazitin varlığı ile
ortaya çıktı. Sıkı durun evrenin oluştuğu zamanlardan gelen bu ışığa hepiniz
rastladınız. TV’de kanal değiştirirken ekranın karıncalanmasının yüzde 1’lik
sebebi bu parazit.
Tam başlangıç anını ise en gelişmiş teleskoplarımız bile inceleyemiyor çünkü
başlangıç ile 380.000 sene sonrası arasından gelen bir ışık yok. Neden? Çünkü
evren plazma durumunda, aşırı yoğun ve opak. Sisli havada su zerreciklerinin
ışığı saçtığı gibi, boşta gezen elektrik yüklü protonlar(+) ve elektronlar(-)
da ışığı saçıyor. Derken 380.000’inci yıla geldiğimizde, evren genişlemiş ve
ısı başlangıçtaki sonsuz sıcaklıktan tam olarak 3.000 Kelvin’e (2.700
santigrat) düşmüş oluyor. Sonunda elektron protona tutunabiliyor ve elektrik
yükü nette sıfır olan hidrojen ve helyum atomu oluşuyor. Artık ışık
saçılmıyor, ona buna çarpmadan yol alabilmesi de ortamı transparan yapıyor,
yani sis perdesi kalkıyor. Çok gelişmiş teleskoplarımız sayesinde evrenin tam
380.000 yıl boyunca oluşturduğu kozmik mikrodalga arka plan ışımasının (CMB)
dağılmadan son anda yaydığı ısı aşırı hassas bir şekilde uydular tarafından
ölçülüyor. Ölçümler evrenin her tarafının aynı sıcaklıkta olduğunu gösteriyor.
Ancak 1/100.000 oranında dalgalanmalar var. Bazı yerlerde 3000 Kelvin’den
biraz fazla bazı yerlerde biraz az. Aşağıda evrenin 380.000 yaşındaykenki ısı
dalgalanmalarının haritasını görüyoruz. (Işıma dünyamızın her yönünden
gözlemlendi. Elips şekli sizi yanıltmasın, bu yalnızca küreyi haritalama
tekniği) Sıcaklığın biraz fazla olduğu yerlerde gaz yoğunlaşmış, biraz az
olduğu yerlerde ise gaz yoğunlaşmamış. Dalgalanmalar tamamen rastgele.
Yerçekimi kuvveti evrenin 380.000’inci yılında mimari görevini yerine
getirmeye başlıyor ve daha büyük yoğunluklar, daha az yoğunlukları çekerek
ileride yıldızlar, galaksiler ve boşluklara dönüşüyor. İlk yıldızlar 200
milyon yıl sonra, ilk galaksiler ise 1 milyar yıl sonra oluşuyor.
Big Bang’den saliseler sonrası
1x10-43 (saniyenin 10 milyon X trilyon X trilyon X trilyonda biri) saniyede,
evren inanılmaz ölçüde küçük, yoğun ve sıcaktı. Kuantumca konuşmaya başlıyoruz
dikkatinizi çekerim. Kuantum fiziği atomaltını inceleyen fizik dalı. Bu evrede
kuantum teorisi ile yerçekimi teorisinin birleştiği düşünülüyor ki bu modern
fiziğin ulaşmaya çalıştığı ‘her şeyin teorisi’ne işaret ediyor. Yalnız henüz
kanıtlanmadığını söyleyelim. Evren ışık hızından hızlı bir şekilde 80 kez
ikiye katlanarak genişledi. Buna enflasyon teorisi deniyor. Enflasyon devresi
Big Bang’in ‘bang’ dediğimiz patlama kısmı. Evren, genişledikçe de soğuyor.
1x10-35 saniyesinde evren yaklaşık birbirine eşit miktarda madde ve anti-madde
ile doldu. Ancak simetri maddenin lehine bozuldu. Madde, anti-maddeden
milyarda bir oranında daha fazlaydı, bu yüzden, çoğu parçacık ve anti-parçacık
birbirlerini yok ederken, kalan sağlar bizim oldu. Tanrı Parçacığı belki
kulağınıza tanıdık gelmiştir. Meşhur kitabın yazarı Nobelli Leon Lederman
aslında “Where is this God Damn Particle” diye bağıra bağıra maddeye kütlesini
kazandıran kuvvet parçacığını -Higgs Bozonu’nu- arıyorken, editörü kitap daha
çok satış yapar diye ‘Damn’ kelimesini çıkarmış adı ‘Tanrı Parçacığı’
kalmıştı. CERN’de inşa edilen ve Big Bang’in canlandırılmaya çalışıldığı
milyarlarca dolarlık Büyük Hadron Çarpıştırıcısı deneyinde 2013 yılında Higgs
Bozonu’nun varlığı resmen ispat edildi.
Yaklaşık 10 saniye geçtiğinde, Higgs Bozonu ile kütle kazanan proton,
elektron, nötron ve tabi ki madde ile anti-maddenin çarpışması sırasında
ortaya çıkan diğerlerinden milyar kere fazla radyasyon parçacığı fotonlar
vardı. Çok önemli başka bir atomaltı parçacığı daha vardı ki adına ‘kara
madde’ deniliyor. Kara madde konusunu gelecek haftaya bırakalım. Fakat evren
henüz elektronların protonlara ve nötronlara bağlanıp kararlı atomlar
oluşturmasına izin vermeyecek kadar yoğun ve sıcaktı.
O meşhur “3. dakikada ne oldu?” sorusuna geliyoruz. 3. dakikada evrenin
sıcaklığı 1 milyar derece Kelvin'e kadar soğudu. Atomaltı parçacıklar
birleşmeyi sürdürdü. Kütle olarak, elementlerin dağılımı yaklaşık yüzde 75
hidrojen çekirdekleri ve yüzde 25 helyum çekirdekleriydi. Bundan 380.000 yıl
sonra demin bahsettiğim gibi ısı 3000 Kelvin’e kadar düştü ve nihayet kararlı
hidrojen atomu oluştu, ışık serbest kaldı.
Bomba sorular
Evrende yalnızca hidrojen ve helyum var idiyse, mesela 200.000 yıldır hayatta
olan biz homosapienler nasıl oluştuk? İçimizdeki karbon, demir, oksijen,
kalsiyum… vs nerden geldi? Hidrojen ve helyum atomlarının örneğin karbonu
oluşturması için 120 milyon Kelvin sıcaklık gerekiyor. Ama artık evren 3
Kelvin (-270 santigrat). Geçmiş olsun. Evrenin 380,000’inci yılında kalmıştık
en son, zamanda seyahatimize devam edelim o halde. 200 milyon yıl geçiyor.
Evren soğuyor. İlk yıldızlar oluşuyor. Bu genç yıldızlar hızlı yaşa genç öl
misali 50 milyon yıl sonra patlıyor. Supernova bildiniz. Bu süpernova,
malzemelerimizin pişerek ağır elementleri oluşturması için gereken muazzam
ısıyı çok şükür sağlıyor. Biz ve dünyamız, güneşimiz ve her şey patlayan
yıldızların külleriyiz. Voila!
Peki gece neden karanlıktır? E güneş gece batıyor da ondan diyorsanız gelecek
hafta bambaşka bir yanıt için misafirim olun. İçinde yüz milyarlarca yıldız
olan 400 milyar galaksi barındıran evrenin hangi noktasına baksak bir yıldıza
denk geliyoruz. Bu kadar çok ışık nasıl olur da dünyayı geceyken de
aydınlatmaz?