Büyük Patlama (Big Bang) Teorisi
Evrenin en büyük dans partisini anlatan bu film siyah bir ekran görüntüsüyle başlar. Yavaş yavaş, beyaz noktalar belirir ve daha da artar. Noktalar birbirine doğru çekilir ve bir dış sesle “Büyük Patlama”nın yaklaştığı anlaşılır. Bir evrende sonsuz bir karanlık hakimdir. Aniden, devasa bir beyaz nokta belirir ve etrafına ışık saçmaya başlar. Nokta büyümeye devam eder ve bir anda patlar. Patlamayla birlikte, ekranda müthiş renkler ve ışıklar belirir. Gaz ve toz parçacıkları hızla genişleyerek evreni oluşturur. Kamera, patlamadan yayılan enerji dalgalarını takip eder. Evren genişlemeye başlar. Galaksiler, yıldızlar ve gezegenler oluşmaya başlar. Kamera, galaksiler arasında dolaşırken, uzayın büyüleyici güzelliklerini gösterir. Büyük Patlama Teorisini anlatan bu filmin hikayesini bizden dinlemeye ne dersiniz?
Bu hikayenin sonunda; evrenimiz nasıl oluştu? Sonsuz olarak bildiğimiz uzay nasıl meydana geldi? Peki bundan sonra ne olacak? Sorularına cevap almış olacağız. Hikayemiz 13.8 milyar yıllık o meşhur soruyla başlıyor: Büyük Patlama (Big Bang) nedir?
Büyük patlama teorisi basit bir temele dayanır. Kısaca evrendeki mevcut olan ve geçmiş maddenin tümünün aynı zamanda, kabaca 13.8 milyar yıl önce ortaya çıktığını açıklar. Bu esnada, tüm maddeler yoğunluğu sonsuz olan tekillik adı verilen ve yoğun ısıya sahip çok küçük bir toz tanesine sıkıştırıldı. Bir anda tekillik genişlemeye başladı ve bildiğimiz gibi evren başladı.
Hubble Yasası
Bu soruyu cevaplamak için 1920’lere gidelim. O yılların karanlık bir gecesinde Amerikalı gök bilimci Edwin Hubble gözlem yaparken kendi kendine “bir galaksinin uzaklığı ile hızı ya yaklaşıyor ya da kendimizden uzaklaşıyor” diye düşünmeye başladı.
Hubble aslında o gece mesafe ve hız arasında bir korelasyonun farkına varmıştı. Galaksi ne kadar uzaksa, o kadar büyük bir hıza sahipti. Temelde, bizimkine yakın galaksiler daha yavaş hareket ederken daha uzaktaki galaksiler daha hızlı hareket ediyordu.
İlk başlarda bu fikir bize cazip gelebilir. Sonuçta bizim evrenin merkezinde, ayrıcalıklı bir konuma sahip olduğumuzu, diğer tüm galaksilerin de burada olduğumuzu bildiğini ve bu sebepten bizden uzaklaştığını düşündürebilir. Tabi bunu ilk düşünen kişi elbette Kopernikti.
Düşünce oyunumuzun bu aşamasında insanlığın evrenin merkezinde olduğu inanılıyordu, bu yüzden başka bir açıklamaya daha ihtiyacımız olacak…
Eğer evren için iki boyutlu bir benzetme yaparsak, bu diğer açıklama kolaylıkla anlaşılabilir. Evrenimizi üç boyutlu uzayın terimleri; ileriye, yana yürüyebiliriz ve hatta aşağı yukarı zıplayabiliriz. Bunlara başka bir boyut da ekleyebiliriz: Zaman.
Bunlar dört boyut içinde yaşadığımız uzay-zaman evrenini oluşturur. Diğer evrenleri ise ancak hayal edebiliriz. Matematiksel bir bakış açısıyla, örneğin, çeşitli iki boyutlu evrenleri hayal edelim; bir balonun yüzeyi tablonun yüzeyi gibi iki boyutlu bir varlık. Bunları iki boyutlu olarak çizebiliriz
Bir balonun içinde yaşayan iki boyutlu karıncaların yaşadığı bir galaksi düşünelim. Bu karıncalara da görev olarak diğer galaksileri gözlemlemeyi, mesafelerini ve hızlarını ölçmeleri gerektiğini söyleyelim.
Daha sonra bu balonu üfleyelim. Ne olacak? Balon şişecek. Peki bu gök bilim tutkunu karınca ne görecek? Temel olarak, ona en yakın galaksiler yavaşça geriye çekilirken, daha uzaktakiler ise daha hızlı geriye çekilecek. Bu karınca aslında Hubble Yasasını keşfetmiş olacak.
Eğer tersini hayal edersek genişleme yerine, balon sönmeye başlar, karıncanın göreceği tüm galaksiler birbirine yaklaşır. Hubble Yasası’nın bu nedenle kanıtladığı şey, evrenimizin genişlemesidir.
Zamandan ne kadar geriye giderseniz, evren o kadar küçük olur. Bu mantığı sadece küçük bir balonu küçülterek hayal edebiliriz.
Evrenin Büyük Patlama (Big Bang) ile başladığını ve Hubble Yasasın da onayladığı şekliyle genişliyor. Bu açıklamaların ardından akla gelen o kritik soru; evren neyin içinde genişliyor?
Evren Neyin İçinde Genişliyor?
13.7 milyar yıl önce “ilkel bir atom” ile yaşanan büyük patlamanın ardından bu patlamanın uzayın hangi köşesinde ve nerede gerçekleştiği sorusu ilk akla gelen şeydir.
Balon modelimizde (2 boyutlu evren) büyük patlamada balon yüzey değil. Uzay yüzeydir. İç mekân geçmiş ve dış, gelecek. Merkez ise zamanın kaynağıdır.
Patlama uzayda meydana gelmedi, ama zamanın başında uzayın kendisi bu zamansal tekilliğin ürünüydü.
Bu iki boyutu basit model örneği, sezgisel ancak güvenilir bir örnektir. Kozmolojinin temel sorunları arasında üçüncü bir boyut eklemek sadece bir sorudur. Bu temel sorunlardan aşağıdaki soruyu sorarsak eğer…
Büyük Patlamadan Önce Ne Vardı?
Işığın uzay boyunca yolculuk yapması uzun zaman alır. Bu da ne kadar uzağa bakarsak o kadar geçmişi görebildiğimiz anlamına gelir.
Fikir ilginç görünüyor; uzaya ne kadar derin bakarsak, evren o kadar genç olur.
O zaman galaksilerin doğduğu anı gözlemleyebilir miyiz? Evet, eğer yeterli teknolojiye yani 12 milyar ışık yılı boyunca geriye dönüp bakmamızı sağlayan enstrümanlara ihtiyacımız var.
Günümüzde bu teknoloji araçları ve büyük teleskoplar mevcut. Bu araçlar galaksilerin ne zaman, nasıl ve neden doğduğu gibi çağdaş bilimin en heyecan verici sorularına yanıt arıyor.
Asıl sorumuza gelelim şimdi…
İzafiyet teorisi, başlangıç noktasındaki yoğunluğun sonsuz olması gerektiği sonucuna varır. Bu durumla başa çıkmak kuantum gerektirir. Bununla ilgili de mevcut bir teori yoktur.
Belki de tarihinin bu aşamasını anlamak evren ve çağdaş fizikteki en büyük çözülmemiş sorunlardan biridir…
Büyük Patlama Teorisinin Kanıtları
Büyük Patlama Teorisinin kanıtları oldukça fazladır. Bunun için 1940’lı yıllardan başlayalım… Gökbilimci George Gamow, patlamanın hala gözlemlenebilir bazı izler bıraktığının farkına varmıştı.
İlk iz sıcak ve yoğun olan evrenin çok fazla ışık yaymasıydı. Genişleme ile bu ışığın karakteristik sıcaklığı düşecekti. Basit hesaplamalara göre, belki de bugün hala gözlemlenebilirdi.
1965 yılında Arno Penzias ve Robert Wilson isimlerindeki iki mühendis yaklaşık 5 kelvin sıcaklığı ile mikrodalga radyasyon iletim alımını bozan elektromanyetik gürültü test ediyorlardı.
Radyasyonu ölçtüklerinde kozmik arka plan radyasyonu için beklenenden daha yakın bir değer buldu, 2.7 kelvinler (mutlak sıfıra yakın) bu büyük patlama teorisinin kanıtıydı. 1978 yılında bu keşif Penzias ve Wilson’a Nobel Fizik Ödülünü kazandırdı.
Teorinin tek doğrulaması bu değildi. Büyük patlama teorisyenleri ayrıca helyum elementinin üç dakika içinde oluşmasını bekler ve evrendeki malzemenin dörtte birinin bu element, diğer dörtte üçü hidrojen elementi oluşturur. Bilim sonunda helyumun ilkel bolluğunu ölçmeyi başardı, değer aynen tahmin edildiği gibiydi…
Büyük Patlama Teorisinin diğer kanıtlarını da şöyle sıralayabiliriz:
- Uzak galaksilerin kırmızıya kayması, evrenin genişlemekte olduğu anlamına gelir. Zamanda yeterli miktarda geriye gidersek muhtemelen eğer her şeyin küçük bir noktaya sıkıştırılmış olduğunu görürüz.
- Evren genişledikçe ve soğudukça, bugün gördüğümüz bazı unsurlar meydana geldi. Big Bang teorisi, evrenimizin başlangıcından şimdiki sürecine kadar her elementten ne kadar olması gerektiğini doğru tahmin ediyor.
- Işığın evren boyunca yolculuk yapması uzun zaman alır, çok uzak galaksilere baktığımızda zamanda geriye de baktığımız anlamına gelir. Galaksilerin uzun zaman önceki halleri bugünkünden oldukça farklı olduğunu görebiliyoruz, bu da evrenin zaman içinde değiştiğini ve büyük patlamayı doğrular nitelikte.