Büyük Patlama Nedir ve Nasıl Gerçekleşti

Büyük Patlama Nedir ve Nasıl Gerçekleşti

İnsanoğlunun en çok merak ettiği konuların başında gelmektedir yaradılış ve varoluş konusu Acaba evren nasıl var oldu, gezegenler, güneş, ilk canlılar ve tabiki ilk insan nasıl meydana geldi? Bu ve buna benzer sorular tarih boyunca ünlü filizoflar tarafından hep tartışılmıştır ama özellikle 1800′lu yılların ortalarından günümüze tartışmanın dozu ve yönü çok daha ateşli ve değişik yönde olmuştur Çünkü artık işin içinde Darwin ve ünlü teorisi vardır! Darvin’inin teorileri ortaya atıldıktan 150 sene sonra bile hala tartışılmaktadır Destekleyenler olduğu kadar sert bir şekilde karşı çıkanlar da olmuştur İşte bu insanoğlu ve evren yaratılışı hakkındaki tartışmaya çok büyük bir gelişme denilecek bir teori ortaya atıldı! Nedir mi bu teori? BÜYÜK PATLAMA!!!! İşte tüm detaylarıyla Büyük Patlama hakkındaki herşey!

Big bang ya da Büyük Patlama, evrenin yaklaşık 13,7 milyar yıl önce çok yoğun ve sıcak bir noktadan meydana geldiğini savunan bir bilimsel teoridir Galaksiler nebulözler ve yıldızlararası plazmanın bu şekilde meydana geldiğini savunur Bu ilk infilaktan bu yana çok daha küçük patlamalar halen devam etmekte (süpernovalar) ve evren, genişleyip büyümeye devam etmektedir


Büyük Patlama evrenin oluşumunu açıklamada kullanılan bir teori türü Teoriye göre,
Olgulardan hareketle, şeylerin birbirleriyle olan evrensel ve ideal ilişkileri içinde kavramanın ürünü olan kapsayıcı görüş; bilimsel bir bilgi sistemi içinde, konusunun bir bölümüne ya da tamamına ilişkin olarak sistematik bir görüş geliştiren soyut, genel ve açıklayıcı ilke; doğa veya toplumdaki düzenlilikleri ifade eden, kendisine dayanılarak fenomenlerin açıklandığı, fenomenlere dair öndeyilerde bulunulduğu, doğru kabul edilen hipotez veya yorum

evren günümüzden en az on milyar yıl önce, çok yüksek sıcaklık ve yoğunluktaki bir yapıdan büyük bir patlama sonucu oluşmuş olup, bu yapıdan, söz konusu patlama ve genişleme sonucunda, en hızlı hareket eden kütleler en dışta, daha yavaş hareket edenler ise en içte olmak üzere, bir yayılım başlamıştır Söz konusu evren modeline göre, patlama ve genişleme süreci 1020 milyar yıl kadar sürmüştür ve hala sürmektedir
Büyük patlama teorisi, evrenin, ilk çağlarında, çok yoğun, çapı Güneşin çapından 30 kat fazla, küre biçiminde bir hacim içine sıkışmış olarak bulunduğunu söyler Patlama modeline göre, ısı çok yüksek olup, bir milyar derecenin üstündeydi ve evren, sonsuz uzamda bulunan tüm madde ve enerji biçimlerini içeren bütünün adıdır Yani “evren” astronominin, astrofiziğin konu edindiği şeylerin tümüdür



İçinde “her şey” olan bu dev çorba, sonsuzluk veya hiçlik olarak tanımlanabilecek uzayın içinde yer alır Daha doğrusu, uzaya FON olan siyah hiçliğin içindeki her şeydir evren… Dolayısıyla aslında sonsuz uzayın-hiçliğin içinde de değildir Zira “hiçliğin” içi olmaz
Antik çağda yetişen pek çok düşünürle birlikte, maddenin yapısı sorgulanmaya başlamıştır İlk kez Thales evreni anlamanın yolunun maddeyi anlamaktan geçtiğini ifade ederek, materyalist felsefeye ilk adımı atmıştır Daha sonra Anaximander, evreni oluşturan apeiron denen bitmez, değişmez, görünmez bir maddeden bahsetmiştir



Atomların çekirdeğini meydana getiren iki temel tânecikten biri Çekirdeği meydana getiren diğer tânecik nötron olup, elektrik yükü yoktur Fakat proton artı (+) yüklü tâneciktir Nötron ve elektronlarından tümüyle soyulmuş halde bulunuyorlardı Bu ilk devirde, en büyük rolü, bütün uzayı doldurmuş olan ışınım oynamaktaydı




Bütün atomların çekirdeğini meydana getiren iki temel tanecikten biri Bu iki temel tanecikten proton artı yüklü olduğu halde, nötron yüksüzdür Hidrojenin dışında, bütün elementlerin çekirdeğinde nötron ve proton bulunur Bir elementin çekirdeğinin nötron sayısı, ya protona eşit veya proton sayısından fazladır 1920 yılında Rutherford ve 1931′de Heisenberg nötrondan bahsetmişlerdir




Işık insanların nasıl görüyoruz konusunu araştırmalarıyla ortaya çıkmıştır Önceleri, antik çağda, Yunanlılar zamanında gözün bakılan cisme doğru ışınlar yaydığı düşünülürdü Epikür görüntünün gözden kaynaklanan resimlerden oluştuğunu iddia etmiş, Platon, ışığın bakılan cisimlerden göze geldiğini ileri sürmüştü Daha garip düşünceler de mevcuttu; bunlar arasında, gözden fırlayan parçacıklar ile görme sağlandığı düşüncesi de mevcuttu Bu düşünceler antik çağdan 17 yy’a kadar uzanmıştır


Evrenin oluşumunu açıklayan bu modele göre, patlamanın ilk saniyelerinde sıcak gazlar oluşmaya başlamış olmakla birlikte, otuz milyon yıl içinde, belli bir atom partikülü oluşmamıştı Bu gaz-kütle soğumasını sürdürdü ve birkaç bin dereceye düştü İşte bu sırada atomlar oluşmaya başladı Duman halinin bu anında, toz gaz bulutları içinde ilk olarak hidrojen ve helyum bulunmaktaydı Sonra çekim kuvvetinin etkisiyle, belirli toplanımlar oluşmaya başlamıştır ki, bunlar galaksileri meydana getirecek olan gaz kütleleridir

Bigbang (Büyük Patlama)

Uzayın oluşumu ilgili olarak astronom 6 Lemaitre tarafından ortaya atılan bir teori
Zamanla teoriyi benimseyen bilim adamlarının sayısı arttı Bu nazariyeye göre uzay 15-20 milyar yıl önce tek bir dev atomun infilak etmesiyle meydana geldi Patlayan bu dev atom, içindeki maddeleri boşluğa savurdu

Galaksiler nebulözler ve yıldızlararası plazma bu şekilde meydana geldi Bu ilk infilaktan bu yana çok daha küçük patlamalar halen devam etmekte (süpernovalar) ve uzay, genişleyip büyümeye devam etmektedir

Gerçekten de dünyamızdaki gözlem evlerinden izlenen uzak galaksilerin ışığındaki kırmızıya kayış, bunun ispatı olarak kabul edilmektedir
Büyük patlama (Bigbang)dan gelen radyasyon, ilk defa 1964′te tesbit edilmiştir New Jersey’deki Bell Laboratuvarlarından Arno Penzias ve Robert Wilson, Samanyolunun dış kısımlarından gelen belirsiz radyo dalgalarını ölçmeye çalışıyorlardı Fakat bunun yerine gökyüzünün her tarafından gelen bir radyasyon buldular Bu ışınımın bütün yönlerdeki parlaklığı aynı idi ve yaklaşık 3° Kelvin sıcaklığında bir ortamdan geldiği anlaşılıyordu Daha sonra Penzias ve Wilson, bu buluşları için bir Nobel ödülü kazandılar


Bu kozmik fon radyasyonunun, büyük patlamadan hemen sonra kainatı dolduran sıcak gazdan geldiği tahmin edilmektedir Astronomlar, 1920′lerden beri kainatın genişlediğini biliyorlardı Bu genişlemenin hızı da, 15 milyar yıl kadar önce bütün maddenin tek bir anda aynı noktada bulunması gerektiğini gösteriyor İşte tam bu ilk zamana büyük patlama deniyor O zamandan beri de kainat sürekli olarak genişlemektedir


Büyük patlamadan sonra kainat radyasyondan yayılan çık sıcak gazla dolmuştur İlk önce gaz, temel parçacıklardan meydana gelmişti: Önce kuarklar oluştu ve bunlar bir araya gelerek protonları ve nötronları meydana getirdi; daha sonra da elektronlar ortaya çıktı Büyük patlamadan 300000 yıl sonra, sıcaklık 3000 °K’ye düşünce bu parçacıklar birleştiler ve atomlar oluştu


Bu durum, kainata büyük bir değişiklik getirdi O zamana kadar elektrik yüklü parçacıklar radyasyonu çok kolay emerlerdi Radyasyon çok uzağa gidemediğinden, gaz da şeffaf değildi Fakat nötr atomlar radyasyonu iyi ememediler Bu durumda hareketine bir engel kalmadığından, radyasyon uzayda yayıldı


Uzay genişledikçe radyasyonun dalga boyu uzadığı için, daha soğuk bir cisimden geliyiormuş kanaatini vermeye başladı Bizim radyasyonu ölçebildiğimiz şimdiki zamana kadar radyasyon, mutulak sıfırın ancak birkaç derece üstündeki sıcaklıklara kadar soğudu
Penzias ve Wilson tarafından bulunan kozmik fon radyasyonu, bu düşünceye mükemmel olarak uymaktadır Hem sıcaklık doğru derecedeydi hem de radyasyon bütün gökyüzünde aynı sıcaklıktaydı; çünkü bütün yönler büyük patlamaya doğru gidiyordu


Fakat bu keşif ortaya çözülmesi gereken bir de bilmece çıkardı Fon radyasyonu, büyük patlamadan 300000 yıl sonra gazın son derece homojen olduğunu göstermektedir Gazın içinde büyük topaklar ve delikler olsaydı, bunlar radyasyonun gökyüzündeki dağılımında sıcak ve soğuk bölgeler olarak gözükecekti Öte yandan bugün çok topaklıdır Kümeler, ince uzun gruplar halinde toplanan galaksiler ve bunların aralarında boşluklar vardı Bu büyük yapıların orijinal gazın içindeki topaklardan çıkmış olması gerekmektedir Tıpkı sütün topaklanarak peynire dönüşmesi gibi


Kozmoloji ile uğraşan bilim adamları, fon radyasyonu iyi incelenirse, bunun sıcaklığında bazı sapmalar bulacaklarına inanıyorlar Astronomlar, kozmik fon radyasyonunun sıcaklığını 1960′lardan beri giderek artan bir dikkatle ölçmektedirler Birkaç yanılmanın dışında, yalnızca ortalama sıcaklıktan sapmalara sınırlamalar koyabilmişlerdir Yerden yapılan son deneyler, bunların da bir Kelvin’in 30 milyonda birinden fazla olamayacağını gösteriyor Yerden gözlem yapan astronomlar, kozmik fon radyasyonunu incelediklerinde iki hususla karşılaşmaktadır: Birkaç santimetre daha uzun dalga boylarında gözlem yaptıkları zaman bizim galaksimiz Samanyolu’ndan gelen radyasyon, zayıf fon radyasyonundan baskın çıkıyor Bizimi galaksimizdeki parlak ve karanlık kısımlar, fon radyasyonundaki herhangi bir sapmayı kolaylıkla maskeliyorlar




Daha kısa dalgaboylarında ise Samanyolu daha zayıftır; fakat bu dalgaboylarındaki radyasyon, Dünyanın atmosferindeki su buharı tarafından emilmektedir Dünyanın her yerinde, çeşitli gruplar, yüksek dağlar, Antarktika ve yüksekte uçan balonlar gibi havanın kuru olduğu yerlerden gözlem yaparak bu problemi çözmeye çalışmışlardır
Buna en iyi çözüm, bir uydudaki kısa dalgaboylu bir radyo alıcısıdır 1970′lerin ortalarında, bu gözlemcilerin çoğu, NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Merkezindeki bilim adamlarıyla işbirliği yaparak Kozmik Fon Keşif Uydusu COBE’nin tasarımına katkıda bulundular


18 Kasım 1989′da COBE, yörüngesine mükemmel bir şekilde oturtuldu COBE’nin taşıdığı üç araçtan iki tanesi gökyüzünü uzun kızılötesi dalgaboylarında gözlemledi Araçlar, uzaydan gelen zayıf sinyallerin uzay aracının kendi sıcaklığından etkilenmemesi için sıvı helyumla soğutulmaktaydı Bu araçlar görevlerini seferin dokuzuncu ayında sıvı helyumun bittiği sırada tamamladılar Araçlardan biri fonun ortalama sıcaklığını görülmemiş bir hassasiyetle ölçerek 2735 °K değerini buldu Diğeri de ilk defa olarak, uzun kızılötesi dalgaboylarında uzayın haritasını çıkardı


Üçüncü ölçüm aleti fon radyasyonunun parlaklığındaki sapmaları aramak için tasarlanmıştı Altı diferansiyel mikrodalga radyometreden oluşan bu düzenek gözlemlerine devam ediyor; çünkü bunların soğutuluması gerekmiyor Bunlarla gökyüzü şimdiye kadar iki kere tarandı ve üçüncü taramaya devam edilmektedir
Radyometreler gökyüzünü 35, 57 ve 95 milimetre olmak üzere üç kısa radyo dalgaboyunda gözlemlemektedir
Halen, Dünyanın çeşitli yerlerinde aynı derecede hassas aletlere sahip ekipler COBE’nin görebileceğinden daha küçük, bir açı dakikası sapmalar bulmak için gözlem yapmaktadır

Büyük Patlama – Patlayan Neydi ?

Evrenin yaklaşık 14 milyar yıl önce büyük bir “patlama” ile oluştuğu, günümüzde kozmoloji çevrelerinde en çok kabul gören teori olma özelliğini taşıyor Çok yüksek yoğunlukta ve çok sıcak tekillik (singularity) adı verilen noktadan bütün evrenin oluşması doğal olarak akla bir çok sorular da getiriyor Bu sorulardan en can alıcısı: “Sürekli Büyük Patlama‘dan (Big Bang) bahsediliyor fakat patlayan gerçekten neydi”?

Perimeter Teorik Fizik Enstitusu‘ne geçtiğimiz yıl katılan yaptığı çalışmalarla kendini kozmoloji alanında kanıtlamış Neil Turok’un “What Banged”(Patlayan neydi?) seminerini (PIRSA : 08030033 ) izlediğimde kafamda bir süredir cevaplayamadığım sorulara çeşitli matematiksel çözüm önerileri sunduğunu gördüm Bu matematiksel çözümleri önümüzdeki yıllarda gönderilecek uzay labaratuarlarında test etme imkanlarının olduğunu belirttiğinde ise bizleri heyecan verici günlerin beklediğine bir kez daha şahit oluyorum

Açık konuşmak gerekirse, evrenin Büyük Patlama ile oluştuğunu iddia eden teori aslında evrenin nasıl oluştuğunu değil, oluştuktan sonra nasıl evrimleştiğini açıklıyor Oluşumun kendisiyle çok fazla ilgilenmiyor Evrenin ilk zamanında tekillik (singularity) olarak adlandırılan yüksek enerjili noktanın ters bir bozunma etkisiyle (false vacuum decay) oluşturduğu kuantum dalgalanmaları (quantum fluctuations), oluşumdan saniyenin tirilyonda biri kadar süre sonra başlayan devasa bir şişme (infation) ile evrenin tümüne yayılmış ve zamanla bu dalgalanmalardan oluşan madde kütle çekim etkisiyle bir araya gelerek günümüzde gözlediğimiz yapıları, yıldızları, galaksileri ve galaksi kümelerini oluşturmuştu

Genişleyen evreni gösteren bir grafik (Kaynak : NASA)

Evrenin daha ilk saniyelerinde başta belirttiğim kuantum dalgalanmalarından temel parçacıklar olan quarklar oluşmaya başlamış ve quarklar da proton ve nötronları oluşturmuştu Bu oluşum sırasında hem protonlar hem de bunların karşı madde çifti olan anti protonlar oluşmuştu ve ilk saniyelerde oluşan bu proton-anti proton ve elektron-anti elektron çiftlerinin karşlıklı yok olması sonucu (şanslıyız ki proton ve elektronlar bu savaşı kazanmıştır) evren ışıma ile doldu Evrenin o yoğun döneminde bu ışınlar hareket ederken her cm’de bir elektrona çarpıyorlardı ve yol alamıyorlardı Bu yüzden ilk 380 000 yıl boyunca evren ışığın dışarıya çıkamadığı opak bir görünümdeydi Ancak evren yavaşlayarak da olsa genişlemeye devam ediyordu, bu da evrenin gittikçe soğumasına neden oluyordu Patlamadan 380 000 yıl sonra erişilen sıcaklık elektronların atom çekirdeklerine tutunabilmelerine artık müsaitti ve ışınların önündeki perde böylece kalkmış oldu Bunun sonucunda evrenin geçmişine dair bir çok bilgi edinebildiğimiz Kozmik Mikrodalga Fon Işınımı (CMB) evrenin her yönüne yayılmaya başladı Bu ışınım şu anda bile gökyüzünde her noktadan ve sürekli olarak üzerimize yağıyor

Evrenin 137 milyar yıl boyunca evrimini anlatan diyagram

90′lı yılların sonunda NASA tarafından gönderilen WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe )uydusu evrenin ilk zamanlarından gelen bu ışınların haritasını çıkardı ve 70′lerden beri teorisi geliştirilen Büyük Patlama’ya dair bir çok ipucu elde edildi İşin en güzel tarafı teorilerde önerilen çoğu şey, verilerle oluşturulan grafiklere tek tek oturuyordu Bu çok büyük bir başarıydı

WMAP’in Kozmik Mikrodalga Fon Işınını haritası Hammer projeksiyon tekniği kullanılarak oluşturulan haritada tüm gökyüzü yer alıyor Haritada yerel yoğunluk farklılıkları (renk farklılıkları) göze çarpıyor İşte bu alanlar ilkel evrende maddenin yoğunlaşmaya başladığı bölgeler Şu anda galaksi kümelerinin evrendeki dağılımına baktığımızda bu dağılıma çok benzediğini görüyoruz Yani bu noktalar ilerde oluşacak galaksilerin birer tohumları
Teorilerin verilerle bu denli uyuştuğu bir modelde ne gibi sorun olabilirdi ki? Problem aslında evrenin başlangıcındaki şişmedeydi (inflation) Neil Turok konuşmasında bu problemleri sıralıyor:

• Evrenin başlangıcı – tekil bir noktadan geliyor olması tatmin edici değil
• İlk baştaki şişme, enerjisini nerden alıyordu
• Neden evren başladığı gibi şişmeye (inflation) başladı
• Evrenin başlangıcındaki karanlık enerji günümüzdekinden neden 10^100(on üzeri yüz) mertebesinde daha büyüktü

(Karanlık enerji uzay-zamanın bir özelliği olup evrenin hızlanarak genişlemesine sebep olur 4 milyar yıl önce yoğunluğu maddenin yoğunluğunu geçerek etkisini daha da hissettirmeye başlamıştır Bu enerjinin doğası halen çözülememiş olmasından ötürü “karanlık” olarak adlandırılmıştır)
Turok bu problemleri aşmak için uzun süredir Stephen Hawking ve bir çok kozmoloji uzmanıyla çalışmalar yürütüyor ve “Cyclic Model” (Çevrimsel Model) adında bir evren modeli ortaya atıyor Bu evren modelinde fizikte Süper Sicim Kuramı olarak bilinen kuramın bir parçası olan M Teorisi’nden yararlanıyor Bu kurama göre bizim parçacık olarak belirttiğimiz proton, elektron, kuark ve ya foton’ların herbirinin noktasal parçacıklar değil birer titreşen sicim olduğu belirtiliyor Bu teoride iki boyutlu titreşen sicimler olduğu gibi 3 ve daha fazla boyutlu “brane” adı verilen yüzey yapılar da bulunuyor

Kapalı titreşen sicimler (kırmızı) ve brane (sarı)

Turok teorisinde, 3 boyutlu brane yapıdaki iki evrenin aralarında bir atom büyüklüğünün on üzeri 15′i kadar boşluk (bulk) bulunarak başından beri var olduğunu ve bu evrenlerin birbirlerine yaklaştıklarında çarpışmadan, etkileşerek geri döndüklerini belirtiyor Evren bir şekilde (quantum doğası gereği) çarpıştıklarında oluşacak olan tekillik noktasından haberdar ve çarpışmadan esnek bir şekilde geri dönüyor

Brane yapısındaki iki paralel evren, aralarında küçük bir farklı uzay boyutu ile birbirinden ayrılmış

İki brane evrenin birbirine yaklaşması ve etkileştikten sonra uzaklaşması (Kaynak : Sky&Telescope)
Kuramın teknik tarafında bahsedilecek çok şey var fakat bu modelle Turok evrenin başlangıcındaki şişme kuramına ihtiyaç olmadığını ve karanlık enerjinin pozitif olarak ortaya çıkmasının nedenini açıklıyor Cyclic Evren modelinde bir başlangıç ve ya son yok, sürekli var olan evrenler zaman zaman tekrar yakınlaşarak şişmeye başlıyorlar ve evrimleşiyorlar

Bu teori matematiksel olarak çok güzel görünüyor, ya gözlemsel kanıtlar ? Evrenin başlangıcındaki bu olay sonucu çok büyük kütle çekim dalgaları yayıldığını ve bu dalgaların mirodalga arka fon ışınımı (CMB) üzerinde belirli bir imza bıraktığını belirtiyor Turok Bunların da önümüzdeki yıllarda gönderilecek LISA ve Planck deneyleri ile gözlenebileceğini iddia ediyor Kendi teorisinin karşıtı olan “Büyük Patlama”nın ve şişme kuramının savunucusu olan Stephen Hawking ile Planck uydusunun şişmenin kanıtını bulup bulamayacağına dair iddiaya girmişler bile Bakalım Hawking karadelik konusunda olduğu gibi tekrar kaybedecek mi?