
Kas 21, 2014
BIG BANG HAKKINDA GENEL
BIG BANG’A GİRİŞ
BIG BANG BASİT ANLATIMIYLA NEDİR?
Big Bang, yani “Büyük Patlama”… Sonuçta biz de dahil bu Evren’i oluşturan ve yaratılmış her şeyi ortaya çıkaran olay… İnsan aklının alamayacağı ölçek ve nitelikte bir patlama…
“Büyük Patlama, uzayın bir noktasında meydana gelen bir patlama değil, uzayın bir bütün olarak kendisinin patlamasıdır. Patlama, aynı anda uzayın her konumunda meydana gelmiştir. (Einstein denklemlerine göre uzayı enerji belirler).” (Cengiz Yalçın, Evren ve Yaratılış, 144)
“Büyük Patlama’nın nerede gerçekleştiğini bulmak için çok uzaklara gitmenize gerek yoktur çünkü bu olay başka yerlerde olduğu kadar şimdi bulunduğunuz yerde de gerçekleşti. Başlangıçta, bugün birbirinden ayrı gördüğünüz bütün yerler, aynı yerdi.” (BrianGreene, Evrenin Zerafeti, 419)
“Bir patlama, başlangıçta bir patlayıcının varlığını gerektirir. Örneğin belli bir hacimde ve bir yayılma alanı olan bir bomba. Patlama anında yüksek sıcaklıktaki patlayıcı maddeler, içinde bulundukları hacimden uzaklaşıp, belli bir şiddetle çevredeki boşluğa yayılır ki, bu boşlukta öncesinde hiçbir şey yoktur.
Ama bombanın tersine Evren’in belli bir yayılma alanı yoktur, o her yerdedir yani biri patlayıcı dolu, öteki boş olan iki alandan söz edilemez. Tek bir alan vardır ve onda da kozmik madde tek biçimli olarak her yerde aynı anda yayılmaktadır. Patlama benzetmesini ancak Büyük Patlama anında uzayın her noktasının patlamaya girdiğini düşünürsek kabul edebiliriz.” (Hubert Reeves, Atomlara ve Galaksilere İlişkin Yazılar, 25)
“Büyük Patlama, parçalarının uzaya saçıldığı bir bomba infilakına benzer bir patlamayla karıştırılmamalıdır. Büyük Patlama, uzayın kendisinin patlamasıdır.” (Dean L. Overman, Düzen, 135)
BU OLAYI İLK OLARAK KİM TESPİT ETTİ? BIG BANG ADI NASIL KONDU?
“1929’da Amerikalı astronom Edwin Hubble’ın uzayın genişlemekte olduğu keşfinden yaklaşık on yıl önce Einstein’in hesaplamaları genişleyen bir Evren’den söz ediyordu. Denklemlerinden şüphelendiği ve genişleme kavramından gözü korktuğu için Einstein, kendi kozmolojik keyfi unsurunu ilave etti. Yoksa genişleyen Evren buluşu, Einstein’ın hayranlık uyandıran başarı listesine eklenmiş olacaktı. Onun yerine buluştan ötürü gelen övgülerin çoğunu Edwin Hubble aldı. Einstein’ın yanı sıra diğer bir takım fizikçiler de genişleyen Evren fikrini kabullenmekte zorlandılar çünkü bu teori, Evren’in belirli bir zamanda, muazzam derecede sıkışık bir halden sonra başladığı imasını içermektedir. Fred Hoyle, buna “Büyük Patlama” diyerek teoriyle alay etti. Teoriye hem karşı çıkanlar hem de onu savunanlar bu adı sevdiler ve bu adın kullanımı o zamandan beri genişleyen bir Evren başlangıcı kavramına egemen oldu.” (Dean L. Overman, Düzen, 135)
EVREN’İN YOKTAN YARATILDIĞI OLGUSAL OLARAK TA DOĞRULANDI MI?
“Astrofizikçiler, yaptıkları hesaplamalarla, kainatın toplam enerjisinin yaklaşık olarak sıfır olduğunu gösterirler.
Gerçekten de kütle ve hareket enerjilerinden meydana gelen pozitif enerji, çekim gücünün oluşturduğu negatif enerji ile hemen hemen aynı büyüklüğü gösterir. Bu ilginç keşif, muazzam genişlikteki kainatın ‘yoktan’ var edildiğini gözler önüne serer.” (Osman Çakmak, Kainat Kitap Atomlar Harf, 130)
“Büyük Patlama’, teorisinin özü yaratılıştır.” (Joseph Silk, Evren’in Kısa Tarihi, 100)
BIG BANG NE ZAMAN OLDU YA DA EVREN KAÇ YAŞINDA?
“Gökbilim gözlemlerinin son yorumlarına göre Evren’imiz 13.75 milyar yaşındadır.” (Çağlar Sunay, Elli Soruda Evren, 13)
BIG BANG ZAMANIN İÇİNDE Mİ DIŞINDA MI?
“Büyük Patlama sık sık uzay-zamanda bir tekillik (singularity) olarak düşünülür. Bu da onun uzay-zamanın bir noktası olmadığı gerçeğini gözden kaçırmaya neden olur fakat Büyük Patlama uzay-zamanın bütün noktaları için gönderme yapılabilecek, dışarda ve sabit bir noktadır.
20. yy. Evrenbilimi, Evren’in biçimini belirlemeye çalışırken genellikle uzayın, Büyük Patlama’dan başlayarak zaman içinde evrilmesi fikrine dayalı, dört boyutlu uzay-zamanlar şeklinde Evren modelleri kurmaya ağırlık verdi. Bu modellerde ‘zaman’ iyi tanımlanmıştır: Büyük Patlama’dan başlayan zaman. Burada yine Büyük Patlama, uzay-zamanın bir noktası değil, sadece zaman bir sıfır (başlangıç) noktası sağlayan dışarda bir noktadır.” (Robert Osserman, Evren’in Şiiri, 233)
EVREN ÖNCE ENERJİYDİ SONRA MADDEYE DÖNÜŞTÜ
“Hızlandırıcı deneyleri Big Bang’ın ısısına yakın ısılarda sadece enerjinin var olabileceğini akla getirmektedir. O enerji soğumaya başlayınca içinden parçacıklar ve anti-parçacıklar çıkmaktadır. Bu maddenin ve anti-maddenin yaratılışının basit reçetesidir. Dahası, bu Big Bang’ın varlığının bilinen bütün kanıtlarıyla tümüyle uyumlu bir reçetedir.” (David Filkin, Stephen Hawking’in Evreni, 151)
“Evren’in ilk dönemleri de enerji yoğun, maddesel olmayan bir süreçtir. Evren, genişledikçe soğumuş, enerji maddesel formlara dönüşerek Evren’i oluşturmuştur.” (Cengiz Yalçın, Evren ve Yaratılış, 141)
“Büyük Patlama’yı takip eden akıl almaz süper genleşmenin hemen ardından, Evren maddesel oluşum sürecine girmiştir. Bu süreçlerin her biri için ikna edici açıklamalar yapılmıştır. Ancak zamanda geriye gidildikçe bilinmeyenler çoğalır. Bir yanardağ püskürür kızgın küller ve lavlar zamanla soğuyup katılaşarak granite, taşa dönüşür. Büyük Patlama’nın ardından ortaya çıkan enerji de zamanla soğuyup katılaşarak yani cisim haline gelerek kozmik granitleri, yani galaksileri ve kozmik taşları, yani yıldızları meydana getirmiştir. Problem, yanardağdan fışkıran lav ve küllerin karşılığı olan kozmik magmanın nasıl bir şey olduğudur. Jeofizikçiler, yanardağlardan fışkıran ve zamanla kristalleşen nesneleri fiziksel, kimyasal yöntemler ile inceleyerek magmanın nasıl bir şey olduğunu bulurlar. Kozmolojistler ise uzayın derinliklerinde patlamadan arta kalan dumanları inceleyerek kozmik magmanın nasıl bir şey olduğunu bulmaya çalışırlar.” (Cengiz Yalçın, Evren ve Yaratılış, 131)
BIG BANG’IN ESRARENGİZ BOYUTLARI
BIG BANG’IN İLK BİR SANİYESİNDE BİLDİĞİMİZ FİZİK KURALLARI GEÇERLİ DEĞİLDİ
“İlk patlama belli bir noktada değil, aksine her yerde gerçekleşmiştir fakat ilk patlamanın hemen ardından, yaklaşık bir saniye sonra bilindik fizik kuralları geçerli olmuş ve Evren’in diğer davranışları sabit bir standart modelle tanımlanabilmiştir.” (Gerhard Börner, Kozmoloji, 12)
BİLİM BIG BANG’IN NASIL BAŞLADIĞINI AÇIKLAYAMAMAKTADIR
“Neticede Büyük Patlama kuramı evrim kuramıyla aynı soruna sahiptir. İkisi de Evren’in (ya da hayatın) ortaya çıktıktan sonra nasıl değiştiğini açıklarken mükemmele yakın bir iş çıkarır, ama ikisi de işin gerçekten nasıl başladığını açıklayamaz.” (DaveGoldberg-JeffBloMquist, Evren Kullanma Klavuzu, 245)
STEPHEN HAWKING’E GÖRE BIG BANG’IN BİLİNMEYENLERİ
“Çok sıcak başlayan ve genişledikçe soğuyan bu Evren tablosu bugün elimizdeki gözlemsel yanıtlara uyuyor. Yine de bir takım önemli sorular yanıtsız kalıyor.
1. Evren başlangıcında niçin öylesine sıcaktı.
2. Evren büyük ölçekte niye o kadar düzgün? Uzaydaki her noktadan ve her yönde niye aynı görünüyor? Özellikle değişik yönlere baktığımızda, zemindeki mikro dalga ışımasının sıcaklığı niçin yaklaşık aynı? Bu bir sınıftaki öğrencilerin sınav kağıtlarını değerlendirmeye benziyor. Hepsinin yanıtı tıpatıp aynı ise birbirlerinden kopya çektiklerinden emin olabilirsiniz rahatça ama yukarda betimlenen modelde Büyük Patlama’dan sonra ışığın bir yerden ötekine ulaşması için yeterince zaman olmayacaktır, Evren’in ilk evrelerinde bölgeler birbirlerinden çok uzakta değilse de. Görelilik kuramına göre bir bölgeden diğerine ışık gidemiyorsa başka hiçbir bilgi gidemez. Bundan dolayı Evren’in ilk evrelerinde başka başka bölgelerin aynı sıcaklıkta olmalarının, belirsiz herhangi bir nedenle aynı sıcaklıkta başlamaları dışında başka herhangi bir yolu olamaz.
3. Evren, niçin çöken modellerle sonsuza dek genişleyen modelleri ayıran kritik hıza çok yakın bir hızla genişlemeye başladı? Öyle ki, şimdi on milyar yıl sonra bile, hala kritik hıza yakın bir hızla genişlemekte? Büyük Patlama’dan bir saniye sonraki genişleme hızı, yalnızca yüz bin milyarda bir oranında az olsaydı bile, Evren daha bugünkü büyüklüğüne erişmeden çökmüş olurdu.
4. Evren’in büyük ölçekte çok düzgün ve tekdüze olduğu gerçeğine karşın, yıldızlar ve yıldız kümeleri gibi yerel düzensizlikler var. Bunların ilk zamanlarda bir bölgeden ötekine yoğunluğun biraz farklı oluşundan kaynaklandığı düşünülüyor. Peki, yoğunluğun bu düzensiz değişiminin kaynağı neydi?” (Stephen Hawkıng, Zamanın Kısa Tarihi, 158)
EN ÜNLÜ KOZMOLOG BİLE “BÜYÜ” DİYOR
“En ünlü astronomi uzmanlarından birisi olan Allan Sandage’a göre Büyük Patlama sırasında ve sonrasında yaşananlar öylesine büyüleyicidir ki, olup biten ancak ‘büyü’ şeklinde değerlendirildiğinde anlaşılabilir.” (Russell Stannard, Yeni Bin Yılda Tanrı, 41)
YARATILIŞ HER DAİM DEVAM ETMEKTEDİR
“Küçücük bir ışık kaynağını karanlık bir odada hızla çevirsek ışıktan bir çember oluştururuz. Bu ışık kaynağına İkincisini, üçüncüsünü hatta bir dördüncüsünü ilave edip, bunları ışıktan küreler oluşturacak şekilde hareket ettirsek uzaktan bakan birisi karanlık içinde ışıktan bir çember değil, bir küre görecektir. Bu kürelerin sayısını artıracak olduğumuzda üç boyutlu bir madde modeli oluşturmuş oluruz, işte kuantum fiziğine göre yaşadığımız kâinattaki madde, kabaca bu örnekteki gibidir. Kısaca madde, bilardo topları gibi katı taneciklerin bir araya gelmesinden oluşmamakta- dır. Bizim temel yapı taşımızın televizyondaki bir insan imajından pek farkı yoktur aslında ve denebilir ki elektrikler kesilince nasıl bir televizyon yayını yok oluveriyorsa, bize çok sağlam görünen bu evrenin de bir anda yok oluvermesi gayet mümkündür.
Bu televizyon benzetmesi şu soruyu da akla getirir: Televizyon yayını ve evrenin temel yapı taşları aynı olduğuna ve televizyon âlemi her an yeni yayınla tazelendiğine göre, acaba evren de daimi olarak her an yenileniyor mu? Evet, ışık hızındaki fotonlardan örülen tanecik yavaşlar; onlardan örülen atom daha da yavaşlar. Böylece örgü, elementlere, kayalara, kıtalara, yıldız ve gezegenlere, galaksilere ulaşır. Yerinde duruyor gibi görünen her madde, bedeninin derinlerinde baş döndürücü titreşimleri, kaynama ve köpürmeden, dalgalanmaları gizler.
Gözlerimizin gördüğü her şey, ağaçlar, kuşlar, bulutlar, çiçekler, başka insanlar; varlıklarını, maddenin -bizim muhatap olduğumuz- katı gerçekliğinden almadığına göre, onları “yok”tan var edenin ve her an hareket halinde tutan Yaratıcı’nın kudretinden ve isimlerinden alır. Görünenler, varlıkların kendileri değil, Kudret ve İlâhi isimlerin somutlaşmış şeklidir. Görünen her şey O değildir; O’ndandır ve her an yaratılmakta ve yenilenmektedir; görünen aslında varlıkların kendileri değil, Yaratan’ın Kayyumiyetidir. Tıpkı yüksek watt ve voltajlı bir ampulü olan lamba gözümüze tutulduğunda, lambayı değil, sadece ışığı görmemiz gibi.
Kısaca varlık, yoktan var edilmiş olmakla birlikte, her an var edilmeye devam etmektedir. Kâinatta, her an devam ede gelen mucizevî bir yaratılış söz konusudur.”(Osman Çakmak, Kâinat, Kitap, Atomlar Harf, 64)
BIG BANG’IN KANITLARI
KANITLARA TOPLU BAKIŞ
“Teorinin Kanıtları
Günümüz astrofiziğinin ve fiziksel kozmolojisinin evren anlayışı, büyük ölçüde Friedmann-Lemaitre modeli diye bilinen genişleyen evren modeline dayanmaktadır. Stephen Hawking, “Evrenin genişlemekte olduğunun ortaya çıkarılışı yirminci yüzyılın en büyük düşünsel devrimlerinden biridir” der fakat büyük patlama teorisini anlamak için Einstein’a ve onun meşhur Genel Görelilik teorisine kadar geri gitmek gerekir. Bu teoriyle ilgili ikinci bölümde daha ayrıntılı açıklamalar yaptığım için burada büyük patlamayla olan ilgisine kısaca değineceğim.
1. Kanıt: Genel Görelilik
Genel görelilik, büyük patlamanın teorik dayanaklarının başında yer alır. Einstein, evrenin yapısını, büyüklüğünü ve şeklini belirleyen şeyin kütle çekimi olduğunu ilk fark eden kişi olmuştur. Onun genel görelilik teorisi, kütle çekim kuvvetinin nasıl iş gördüğünü açıklar.
Bununla birlikte Einstein, genel göreliliği evrenin genişlemeyip sabit olduğu varsayımı üzerine inşa etmişti fakat genel göreliliğinin evrenin genişlemiyor olması fikriyle beraber kabulü, beraberinde ciddi bir sorun getiriyordu eğer evren durağan bir yapıdaysa içindeki tüm madde, en büyük gök cisminin uzayda oluşturduğu çukura düşerek zamanla çukurun dibinde üst üste yığılmalıydı. Einstein’ın teoriyi ileri sürdüğü 1910’lu ve 20’li yıllardaki evrenin başlangıçsız olduğu fikri eklendiğinde söz konusu çökmenin, sonsuzdan beri var olan evrende şimdiye kadar çoktan gerçekleşmesi gerekiyordu. Einstein, bu sorunun farkındaydı fakat evrenin durağan olduğundan o kadar emindi ki sorunu çözmek için ‘karşı çekim kuvveti’ diye adlandırdığı diğer kuvvetlere benzemeyen, belli bir kaynağı olmayan, yapay bir kuvvet ortaya attı. Bu kuvvet, tüm maddenin birbiri üzerine çökmesini engelleyen karşı itici bir etki yaparak evreni sabit bir dengede tutuyordu. Einstein, bunu denklemlerinde, sonradan “hayatımın en büyük hatası” diye niteleyeceği, ‘kozmolojik sabit’ olarak adlandırdığı bir sayıyla gösterdi.
1922’de genel göreliliği daha ayrıntılı değerlendiren Rus bilim insanı, Alexander Friedmann, teorinin evrenin genişlediğini öngördüğünü ortaya çıkardı. Daha sonra Einstein da bunu kabul etti ve büyük patlama modelini benimsedi.
Gerçekten de genel göreliliğin söz konusu sorunları, ancak evrenin durağan olmayıp sürekli genişlediği kabul edilirse çözümlenebilmektedir. Genişleyen evren resmi, genel göreliliğin durağan evren modelinde yol açtığı çökme sorununu kökten çözer. Evrenin genişlemesine sebep olan itici kuvvet, kütle-çekim kuvvetinin çekim etkisine galip gelerek evrenin çökmesini engellemekle kalmamış onun günümüze dek sürekli genişlemesine de yol açmıştır. Bu genişleme bugün de devam etmektedir. Bu, her yeni günün sabahında bir önceki güne göre daha geniş bir evrene gözümüzü açtığımız anlamına geliyor. Fakat genişleme etkisi günlere bölündüğünde galaksiler arası boyutlardan bizim günlük yaşantımız ölçeğine indirgendiğinde, çıplak algılarımız tarafından hissedilmesi veya fark edilmesi imkânsız olacak kadar azdır. İronik biçimde evrenin genişlemesine yol açan bu itici güç, günümüz astronomisinde de kozmolojik sabit olarak anılmaya devam etmektedir. Einstein’ın Kozmolojik sabit hakkında “hayatımın en büyük hatası” nitelemesi neticede hayatının en büyük hatası oluştur.
2. Kanıt: Evrenin Genişlemesinin Gözlemi
Friedmann’dan birkaç yıl sonra bir gökbilimci olan Edwin Hubble, evrenin genişlediğini gözlemledi. Hubble, Doppler etkisi olarak adlandırılan yöntemden yararlanarak hangi yöne bakarsak bakalım tüm yıldızların bizden uzaklaştıklarını fark etti. Bu ise bir tek şeyle açıklanabilirdi: Evrenin genişliyor olması.
Evrenin genişlemesi, bir başlangıcı olduğunun açık bir delili olarak görüldü çünkü evren sonsuzdan beri genişliyor olsaydı, tamamen soğuyacağından ve madde yoğunluğu iyice seyrelerek maddesi uzaya yayılacağından şimdi gözlemlediğimizden tamamen farklı bir görünümde olurdu. Sonsuzdan beri genişleyen bir evren, içinde galaksilerin, yıldız ve gezegenlerin bulunmadığı, ısısı mutlak sıfıra ulaşmış (-273° C), hayata elverişsiz bir evren olurdu. Bunun nedenlerini entropi ile ilgili aşağıdaki kanıtta daha ayrıntılı açıklayacağız.
3. Kanıt: Entropideki Artış
Termodinamiğin ikinci yasası, entropi ilkesi evrenin ezelî olamayacağının, muhakkak geçmişte bir noktadan başlaması gerektiğinin dolaylı bir kanıtıdır. Entropi ilkesi şu şekilde ortaya konabilir: Evrendeki tüm sistemlerde düzenli durumdan daha az düzenli duruma doğru bir geçiş eğilimi vardır.” Entropi, evrenin ısı ve düzen açısından termodinamik bir dengeye doğru gittiğini ifade eder. Evren içinde yer yer bulunan sınırlı sayıdaki düzenli yapılar, tüm evrende homojen bir durum oluşturmaya doğru, diğer bir deyişle düzensizliğe doğru tersinemez bir biçimde bozulmaktadır. Bundan iki sonuç çıkar: Birincisi; evren, en sonunda ağır ağır yuvarlanarak kendi entropisi içinde ölecektir. Bu ölüm, fizikçiler arasında ısı ölümü diye bilinir. İkincisi, evrenin entropik dengeye ulaşması sınırlı bir zamanı gerektirdiğinden, evrenin sınırlı bir zaman önce başlamış olması gerekir. Başka bir ifadeyle evrenimiz, daima var olmuş olamaz.”
4. Kanıt: Kararlı Durum Modelinin Çökmesi
Yukarıdaki kanıtlarına rağmen genişleyen evren modeli (büyük patlama teorisi), 1940’larda önemli bir takım sorulara henüz cevap verebilmiş değildi. Bunların başında büyük patlama teorisinin evrenin yaşıyla ilgili öngörüleri gelmekteydi. Doppler etkisine dayalı, sonradan yanlış olduğu anlaşılacak olan hesaplamalar, evrenin yaşının içindeki yıldızların yaşından daha genç olduğunu ifade ediyordu. Bir başka sorun, büyük patlama modelinin hidrojen ve helyum dışında kalan ağır elementlerin ve ayrıca galaksilerin nasıl oluştuğunu açıklayamamasıydı. En önemlisi de henüz büyük patlamayı destekleyecek doğrudan bir kanıt bulunamamıştı. O zamana kadar elde edilen ve yukarıda saydığımız kanıtlar, dolaylı ve bu sebeple farklı yorumlamalara açık gözüküyordu.
Bu sebeple 1940’larda pek çok kozmolog büyük patlama teorisine kuşkuyla bakıyorlar ve evrenin yapısını açıklamak için, o güne kadar astrofizikçiler arasında kabul görmüş olan sonsuzdan beri var olan evren anlayışı çerçevesinde evrenin genişlemesini ele almaya çalışıyorlardı. Bunların başında İngiliz astrofizikçileri Fred Hoyle, HermannBondi ve Thomas Gold’un geldiğini görmekteyiz. Bu üç bilim insanı, ‘kararlı durum modeli’ (steadystate model) adını verdikleri, genişleyen evren modeliyle uyumlu olan fakat evrenin başlangıcı olduğunu kabul etmeyen bir teori ileri sürdüler. Amaçları, büyük patlama modelinin sorunlarını aşmaktı.
Hoyle ve arkadaşlarının teorisi, evrenin sonsuzdan beri genişlediği halde nasıl olup da şimdi göründüğü gibi -yani yıldız ve galaksilerin karşılıklı konumlarının, sonsuz bir genişlemeye kıyasla, oldukça birbirine yakın olması- olduğunu açıklayabilmek için yıldızlarda sürekli olarak madde yaratılışını öngörüyordu. Böylece evrenin genişlemesinin yol açtığı madde seyrelmesi, yıldızlarda yaratılan aynı miktarda maddeyle dengelenmekte ve evren sürekli olarak kararlı bir durumda kalmaktaydı fakat 1960’lardan itibaren geliştirilen radyo teleskoplar aracılığıyla uzak galaksiler ve yıldızlar üzerine yapılan incelemelerde böyle bir madde artışı gözlenmemiştir. Durağan durum modelinin söz konusu en temel öngörüsünün yanlışlanması, teoriyi bilim çevrelerinde tamamen gözden düşürmüştür.
Yeni gelişmeler ışığında yine 1960’larda yapılan daha hassas hesaplamalar, evrenin yaşının yıldızların yaşından daha genç olmadığını ortaya koyarak bu konudaki büyük patlama teorisi ile ilgili sorunu da çözmüştür. Ayrıca büyük patlama teorisinin zayıflığının göstergesi olarak kabul edilen teorinin açıklayamadığı galaksilerin oluşumu ve ağır elementlerin sentezlenmesi gibi hususlar da teori çerçevesinde gözlem ve deneylerin öngörüleriyle uyumlu bir şekilde açıklanabilmiştir.
Fakat en önemlisi, kozmik mikrodalga arka alan ışınımının keşfidir. Bu ışınım, büyük patlamanın fosili olarak görüldüğü için durağan durum modelini savunanlar da dâhil herkes için büyük patlamanın doğrudan bir kanıtı sayılmıştır.
5. Kanıt: Kozmik Mikrodalga Arka Alan Işınımı
On yedinci yüzyılda ışığın sonlu bir hızla hareket ettiğinin keşfi astronominin en önemli keşiflerinden biridir. Işığın sonlu bir hızla hareket etmesi demek, biz uzak bir galaksiyi teleskop aracılığıyla şu anda ‘gördüğümüzde’, aslında onu ışığın terk etmiş olduğu andaki haliyle görüyoruz demektir; şu anki haliyle değil. Bu sebeple uzayda daha uzağı görmek, daha eskiyi görmek anlamına gelir. Gelişen radyo teleskoplar aracılığıyla günümüzde evrenin çok uzak noktalarını görebilmekteyiz. Görebildiğimiz en uzak galaksiler, bize milyarlarca ışık yılı mesafededir. Diğer bir ifadeyle biz onların (ya da evrenin) milyarlarca yıl önceki halini görüyoruz. Söz konusu olguya dayanarak John Barrow, “Bazı kişiler evrenin milyarlarca yıl önce neye benzediğini nasıl bilebildiğimiz konusunda kuşku duyarlar. Aslında gerçek sorun, onun şimdi nasıl olduğunu bilmektir.” der.
İşte kozmik mikrodalga arka alan ışınımının keşfi, ışığın sonlu hızla hareket etmesi olgusuyla ilgilidir. Eğer başlangıçta büyük bir patlama olduysa, o esnada evrene yayılan ışınım o kadar güçlü olmalıdır ki günümüzde evren soğumuş olmasına rağmen o ışınımın izlerini uzayın her tarafında gözlemleyebilmemiz gereklidir. Bu ışınıma, uzayın her tarafında bulunduğu için arka alan ışınımı,günümüze ulaşıncaya kadar geçen süre içinde çok zayıfladığı (dalga boyu büyüdüğü) için de mikrodalga ışınımı denmiştir.
1948 yılında Amerikalı astrofizikçi George Gamow ve öğrencileri Ralph Alpher ve Robert Herman, yüksek sıcaklık fiziğine göre yaptıkları hesaplamalarla söz konusu ışınımın büyük patlamadan sonraki ilk anlarda evrende düzgün olarak üretilmiş olması gerektiğini teorik olarak öngördüler. Yine aynı öngörü çerçevesinde bu ışınımın, evren üç yüz bin yıl yaşına ulaşıp da atom çekirdekleri bir araya gelerek atomları oluşturuncaya kadar atom altı parçacıklar tarafından saçılmaya devam etmiş olması gerektiğini ileri sürdüler.
Bu noktadan sonra söz konusu ışınım, maddeyle hiç etkileşime girmeden evrende yayılmasını sürdürmüş olmalıdır. Gamow ve öğrencileri, evren genişledikçe ışınımın dalga boyunun büyüyerek günümüzde radyo dalgalarına karşılık gelen bir değere ulaşmış olması gerektiğini ve sıcaklığının da mutlak sıfırın üstünde yaklaşık 3 Kelvine (-270° C’a) kadar düşmüş olması gerektiğini öngördüler.
Evrenin genişlemesine bağlı olan ışınımla ilgili bu değerler, aynı zamanda astronomide Olbers paradoksu olarak bilinen bir soruna da çözüm getirmektedir. 1826’da Alman astronom Wilhelm Olbers, eğer evren sonsuzdan beri varsa yıldızların yaydıkları ışınımların evreni tamamen aydınlık hale getirmesi gerektiğini ileri sürerek, o zaman geceleri bile gökyüzünün aydınlık olması gerektiğini iddia etmiştir. Uzayın neden karanlık ve soğuk olduğu ancak evrenin sonlu ve genişlemekte olduğunun ortaya çıkmasıyla açıklanabilmiştir. Bir başlangıç noktasından itibaren genişleyen evren, uzaya yayılan ışınımların dalga boylarını büyüteceğinden, belli zaman sonra evren, karanlık ve soğuk olacaktır. Aynı zamanda bu ışınımın dalga boyunun ve ısısının ölçümü bize evrenin yaşını verecektir.
1965 yılında bir Amerikan kuruluşu olan Bell Telefon’a ait bir laboratuvarda çalışan iki mühendis, Arno Penzias ve Robert Wilson, radyo dalgaları ölçümleri yaparken tesadüfen sözü edilen özelliklerdeki radyo dalgasını keşfettiler. Bu keşif, kendilerine Nobel ödülü kazandırdı. Daha yakınlarda 1992’de COBE uydusu, sağladığı verileri aracılığıyla kozmik mikrodalga arka alan ışınımı son derece hassas bir şekilde ölçülmüş ve sonuçlar büyük patlama teorisinin öngörülerini doğrulamıştır.
Dolayısıyla kozmik mikrodalga arka alan ışınımı büyük patlamanın varlığının en kesin ve doğrudan kanıtı olarak kabul edilir. Bununla birlikte kozmik mikrodalga arka alan ışınımı bize evrenin ancak 300 bin yıllık yaşıyla ilgili bilgi verir. Bundan daha öncesinde evren, ışık (fotonlar) için geçirgen değildi. Diğer bir ifadeyle ışığın, evrenin bundan önceki dönemlerinden bize ulaşabilmesi mümkün değildi. Dolayısıyla evrenin daha öncesini bu yolla doğrudan gözlemlemek mümkün görülmüyor fakat hidrojenin helyuma oranı, bize evrenin ilk saniyesi hakkında bilgi vermektedir.
6. Kanıt: Hidrojen ve Helyumun Oranları
Evrendeki hidrojen ve helyumun mevcut oranları, fizikçiler tarafından evrenin bir başlangıcı olduğunun, sonsuz olmadığının önemli bir kanıtı olarak kabul edilir. Yapılan ölçümler, yıldızların ve gezegenlerin yapısının büyük ölçüde (% 75 oranında) hidrojenden oluştuğunu göstermektedir. Yıldızların yakıtının (ısı ve ışığının) hidrojen elementlerin sentezlenerek helyuma dönüşmesiyle sağlandığı göz önüne alınırsa, eğer evren sonsuzdan beri var olagelseydi hidrojenin tamamen bitmiş olması gerekirdi. Yıldızlarda, bu kadar baskın oranlarda hidrojenin var olması, evrenin sonlu ve başlangıçlı olduğunu göstermektedir. Ayrıca hidrojenin helyuma oranından, evrenin yaşı da hesaplanabilmektedir.
Öte yandan bilim insanlarına göre hidrojenin helyuma oranı, yukarıda ifade ettiğimiz gibi, evrenin patlamadan bir saniye sonrasında nasıl olduğunu güvenilir bir biçimde bilmemize imkân verir. Evrendeki en hafif ve bu sebeple de en erken var olduklarına inanılan elementler hidrojen ve onun izotopları deteryum, helyum ve lityumdur. Büyük patlama teorisi, bu hafif elementlerin evren oluştuktan çok sonra yıldızlarda sentezlenmesinin mümkün olamayacağını, bunların oluşumu için gerekli yüksek sıcaklığın ancak evrenin ilk anlarında var olduğunu ileri sürmektedir. Teoriye göre bu hafif elementler, evrenin ilk saniyesinde başlayan ve o, üç dakika yaşındayken sona eren nükleer reaksiyonlar sonucu oluşmuş olmalıdır. Bu konuda yapılan çok sayıda kimyasal hesaplamalar, evrenin ilk anlarında her üç hidrojen izotopuna karşılık bir helyumun sentezlendiğini öngörmektedir. Büyük patlamanın bu öngörüsünün doğrulanmasını bilim insanları, teorinin başarısı için çok önemli ve kritik bir eşik olarak görüyorlardı. Gerçekten de yapılan gözlemler, günümüzde evrenin içindeki madde yoğunluğunun % 75 hidrojen ve % 25 helyumdan oluştuğunu ve geriye kalan diğer ağır elementlerin çok az bir yüzdeye sahip olduklarını doğrulamıştır.
Bu kanıtlar ışığında günümüzde hemen hemen tüm kozmolog ve fizikçiler, büyük patlamayı kabul eder hale gelmiştir.Büyük patlama teorisi, günümüzde evrenin meydana gelişi ve gelişimi ile ilgili fiziğin standart modeli olarak görülmektedir ve evrenin tarihini, ilk saniyeden itibaren, doğru biçimde bize resmetmektedir.”(Ferit Uslu,Tanrı ve Fizik, 24)
COBE UYDUSU KOZMİK FON RADYASYONU
“Beklenen atılım John Mather tarafından 1989 yılının Kasım ayında fırlatılan Kozmik Fon Kâşifi (COBE) uydusuna bir araç yerleştirilerek gerçekleşti. Mather’in geliştirdiği araç, kozmik fon radyasyonunun sıcaklığını daha önce ulaşılmamış bir duyarlılıkla ölçmeyi başardı. Sıcaklığın kesin değeri yalnızca 0.005 Kelvin belirsizlikte 2.726 Kelvin olarak bulundu.
COBE, uzayda üç yıl kalmıştı ve 1992’de elde ettiği veriler, kozmik fon radyasyonunun varlığını ve uzayın her yönünden geldiğini tespit etmekten de fazlaydı. Beklenen çok küçük dalgalanmalar da tespit edilmişti. COBE’nin gönderdiği verilerden bilgisayarın çizdiği resim, eski evrenin haritasındaki çok küçük dalgalanmaları da gösteriyordu. Resmin daha sıcak ve daha soğuk kısımlarını ayırt edebilmek için bilgisayardaki modele pembe ve mavi renkler katıldı. COBE’nin evrende keşfettiği dalgacıklar yeniden incelenip titizlikle kontrol edildi, gerekli veri elde edilmişti. Big Bang sürecinden çıkan kozmik fon radyasyonunda, çok küçük sıcaklık dalgalanmaları vardı ve bunlar da galaksilerin oluşup bugün gördüğümüz hale gelmeleri için yeterliydi. Big Bang bir kez daha büyük bir zafer kazanmıştı.
George Smoot, bilgisayarının evrendeki dalgacıkları göstermek için çizdiği pembe ve mavi resmi yayınladığında, dünyanın bütün gazetelerinin manşetlerine geçmişti. Kozmolojik bir gözlemin medyada bu kadar ön plana çıkması o güne kadar hiç görülmemişti. Stephan Hawking’in bu bulgu hakkındaki görüşü de meşhur resim ile aynı sayfalarda geçiyordu: “Bu, yüzyılın, hatta belki de tüm zamanların en büyük buluşudur.” COBE uydusunun proje lideri ve California Üniversitesi’nin astronomu George Smoot’un açıklaması ise çok ilginçtir: “Bu buluşumuz evrenin bir başlangıcı olduğunun bir delilidir.” Ve şöyle ekledi: ‘Bu, Tanrıya bakmak gibi bir şey.’ ”(Big Bang ve Tanrı,Caner Taslaman,51)
“Daha evvel de söylediğimiz gibi Big Bang’in öğrettiği en önemli bilgilerden biri evrenin çok sıcak ve çok yoğun ortamda başladığı, sürekli genişlemeyle bu yoğunluğun ve sıcaklığın düştüğüdür. Kozmik fon radyasyonunun sıcaklığı da sürekli düşmektedir ve şu anda 2.7 Kelvin’e eşittir. Uzaktaki galaksilerden gelen ışığa baktığımızda, aslında geçmişe baktığımızı unutmamalıyız. Uzak galaksilerden gelen ışık milyarlarca ışık yılı kadar uzaktan gelmektedir. Belki de şu anda bizim baktığımız o yönde, o galaksi yoktur, fakat biz o galaksinin milyarlarca yıl önce yola çıkmış ışığını seyretmekteyiz. Kısacası, geçmişe bakmaktayız.
Big Bang teorisine göre milyarlarca yıl önce evren daha yoğun ve daha sıcaktır, eğer milyarlarca yıl önceki halini gördüğümüz galaksideki kozmik fon radyasyonunun sıcaklığını ölçe-bilirsek, sıcaklığın günümüzdekinden daha yüksek olduğunu bulmamız gerekir. 1994 ilkbaharında, araştırmacılar, bunu gerçekleştirmeyi başardılar. Uzak galaksilerdeki kozmik fon radyasyonunun sıcaklığı 7.4 Kelvin’di ve bu değer şu andaki 2.7 Kelvin’den daha yüksekti.
Bu gözlem Keck teleskobuyla gerçekleşti, bu teleskop, zamanının en büyük optik cihazıydı. 1996 yılında aynı astronom grubu daha da uzaktaki bir galaksinin sıcaklığını ölçtüler, bu sefer 8 Kelvin’in çok az üzerinde bir değer buldular. Daha sonra farklı bir astronom grubunun daha da uzaktaki bölgeleri taramalarıyla 10 Kelvin sıcaklık derecesi saptandı. Tüm bu veriler Big Bang’in doğruluğunu onaylıyordu; ne kadar uzak geçmişimize bakarsak, o kadar yüksek bir sıcaklıkla karşılaşıyorduk. Böylece kozmik fon radyasyonunun geçmişini incelememiz de Big Bang’i destekleyen ilave bir delil oluşturdu.”(Big Bang ve Tanrı, Caner Taslaman,53)
“Büyük Patlama teorisinin doğrulanması, kozmik arka fon ışımasına dair deliller tarafından sağlanmıştır. Büyük Patlama sırasında evren son derece yüksek bir yoğunluğa ve sıcaklığa sahipti. Bütün madde ışımayla termal dengedeydi. Evren genişleyip 3.000°K sıcaklığa kadar soğuyunca madde ve ışıma ayrıldı ve ayrı bir şekilde genişledi. O zamandan bu yana olan ışıma şimdi bize, milyarlarca ışık yılı gibi muazzam bir uzaklıkla ilgisi olan çok büyük bir ‘kırmızıya kayış’la gelir. Bu ışımanın deneysel olarak doğrulanması 1964’te gerçekleşti. Arno Penzias ve Robert Wilson Bell Laboratuarları’nda ultra duyarlı bir radyo teleskopuyla çalışırken, dalga boylarının bir metreden az olduğu radyo tayfının mikrodalga bölgesinde 7 cm.lik uzunlukta arka fon ışıması tespit ettiler. Bu kozmik mikrodalga ışıması, evrendeki en uzak yerlerden daima aynı tarzda geliyor gözüküyordu. Bu ışıma, Büyük Patlama’nın muazzam sıcaklığının 3.000°K’e düştüğünde meydana gelmiş maddenin ayrılması ve ışımasından kalma eski bir kalıntıydı. Evren genişledikçe, bu ışıma bütün yönlere yayıldı ve şu anki sıcaklığı olan 3°K’e kadar soğumaya devam etti. 1949’da, genişleyen evren teorisi üzerine yaptıkları çalışmada George Gamow, Ralph Alpher ve Robert Herman evrenin ilk ateş topu halinin, yaklaşık 5°K sıcaklıkta bir siyah cisim ışıması meydana getireceğini tahmin ettiler. (Siyah cisim ışıması, sadece sıcaklığa dayanan ışımanın özelliklerini taşıyan tamamıyla siyah bir nesneden yayılan varsayımsal ışımadır).
Teorinin doğrulanması, Kozmik Arka Fon Araştırıcısı (COBE) uydusunun Ocak 1990’da yaptığı ölçümlerle çarpıcı bir şekilde yapılmıştır. COBE’ye bağlı bir alet, arka fon ışımasını, siyah cisim eğrisi boyunca mükemmel bir şekilde beliren 2.726°K olarak ölçmüştür. Ölçümler, mükemmel bir siyah cisim ısı yayıcısından, evrendeki bütün noktaların % 1’inden daha az bir şekilde saparak Joseph Silk’in şu yorumda bulunmasına neden olmuştur: “Hiç kimse, siyah bir cismi gökyüzünde belirlendiğinden daha kesin bir şekilde laboratuarda ölçemez.” (Düzen, Dean L. Overman, 135)
EVREN’İN GENİŞLEMESİ
“Gökadalar birbirlerinden kendilerini uzağa iten gizemli bir kuvvet nedeniyle uzaklaşmıyorlar, tıpkı benzetmemizdeki yükselen taşın Dünya tarafından itilmediği gibi. Tersine, gökadalar birbirlerinden uzaklaşıyorlar çünkü geçmişte bir tür patlama onları dağıtmıştı.”(İlk Üç Dakika, Steven Weinberg, 35)
“İlk olarak Hubble’ın keşfettiği üzere, bugün bu patlamanın “kalıntılarının” milyarlarca galaksi olarak hala dışa doğru akmakta olduğunu görebiliyoruz. Evren genişlemektedir.” (Evrenin Zarafeti, BrianGreene, 281)
BIG BANG’I GÖZLEMLEYEMEYİZ. O, ANCAK KURAMSAL OLARAK KANITLANABİLİR
“Çok soğuk derecelerde neleri fark edebileceğimizin bir sınırı –mutlak sıfır- varsa, çok yüksek ısı derecelerinde fark edebileceklerimizin de bir sınırı vardır. Kuram bize aşırı sıcak derecelerde her şeyin mat yani ışık geçirmez olduğunu söylemektedir yani biçim ve yapıyı seçemeyeceğiz. Her şey yoğun bir sis perdesi ardında gibidir. Böylece uzayda kuvazarların da ötesini görecek daha güçlü teleskoplar yapmanın yolunu bulsak da Big Bang zamanını göremeyeceğimizi artık biliyoruz. Uzayda ne kadar uzağa bakarsak gözlemlediğimiz nesnenin ışığının bize ulaşmasının daha uzun süreceğini biliyoruz. Uzak nesnelere olan mesafeden ışık yılı olarak söz ederiz, yani ışığın onlardan bize gelmesi için geçmesi gereken süre. Bu da ışığının bize gelmesi için 15 milyar yıl geçmiş olan bir şeyi görürsek Big Bang anını göreceğiz demektir. Ancak teleskoplarımız ne kadar güçlü olsa da, bunun imkansız olduğunu biliyoruz. Zaman içinde geri giderken Big Bang’e gelmeden 300.000 yıl kadar önce bu yoğun sıcak sisine gireceğiz.
Evrenin ilk anlarını gözlemleme açısından yapabileceğimiz en iyi şey Big Bang’den hemen sonraki koşulların ne olacağını kuramsal olarak görmektir. Şimdiki teknolojimiz sınırları içinde kalarak bu koşulları yeniden yaratabiliriz ama sadece parçacık hızlandırıcıları içinde ve birkaç salise. En hızlı çarpışma anında kısa bir süre için oluşan basınçlar ve ısıların Big Bang’in ilk saniyesindekilere eşit olduğu düşünülmektedir ancak fizikçiler tarafından kimi zaman ‘küçük patlamalar’ olarak tanımlanan bu anlar bize olanlar hakkında pek az ipucu verecek kadar kısadır. Bunlar Big Bang’in oluşunun ilk saliselerinde oluşan koşulları tekrarlıyorsa da, o birkaç saniye öncesindeki çok önemli anda neler olmuş olacağı hakkında fazla bir bilgi vermemektedir. Bize sadece o koşulları değil, onları devam ettiren ve evren kadar muazzam bir şeyin gelişmesine imkan verenin ne olduğu hakkında hiçbir fikir vermemektedir.
Parçacık hızlandırıcılarındaki bu anlar bu aşırı ısı derecelerinde ve basınçlarında sadece saf enerjinin var olabileceğini doğrulamaktadır. Parçacık izleri çarpışma anında başlamazlar bunlar dedektörlerin çarpışma noktasında sezdikleri saliselik saf enerjiden doğarlar. Ancak bu bize bir salise önce ne olmuş olabileceği hakkında hiçbir şey anlatmaz. Big Bang nasıl başlamıştır? Genişlemeyi ve evrenin 15 milyar yıl sonra hâlâ büyümesini sağlayan zincir reaksiyonlarına ne neden olmuştur? ‘Küçük patlamalar’ dan hemen önce var olmuş olması gereken daha aşırı koşullan yaratabilecek parçacık hızlandırıcıları yapabilsek evrenbilim için çok büyük bir başarı olurdu. Belki de o zaman gözlemleyebileceklerimizin de bir sınırı vardır.
Sadece bir metre boyunda olan ilk parçacık hızlandırıcıları, parçacıkları bu kısa mesafeyi bile kat ettikten sonra atomları parçalayacak hıza eriştirebiliyordu. Parçacıkları daha hızlı hareket ettirmek için hızdaki en küçük bir artıştan yararlanmak üzere çok daha uzun mesafeler boyunca göndermeniz gerekir. CERN’deki hızlandırıcıda parçacıkların ‘küçük patlama’ yaratacak kadar hızlı hareket etmeleri için 27 mil yol almaları gerekmektedir. Bir salise öncesinde Big Bang’in başladığı an var olan koşulları taklit etmek için gerekli hızlandırıcı boyu çok büyük farklılıklar göstermektedir. Bazı fizikçiler güneş sistemi boyunda bir makinenin bunu yapacağını iddia etmektedirler. Diğerleri ise evren boyunda bir taneye gerek olduğunu savunmaktadırlar! Kimin haklı olduğu hiç önemli değildir. Her ikisi de imkânsızdır. Böylece yine gözlemin sınırlarına gelmiş olduğumuz anlaşılmaktadır. Bu nedenle evrenin en büyük sırrı ancak sadece kuramla çözülecek gibi görünmektedir.” (Stephen Hawking’in Evreni, David Filkin, 220)
BÜTÜN BİLİM DÜNYASI KABUL EDİYOR
“Bu ilke ışığında ‘büyük patlama’yla ilgili açıklamaları değerlendirirsek, onun çok sayıda veri ile desteklendiği için bilimsel bir hipotez değil bir teori (teorem) olarak değerlendirilmesi gerektiğini söyleyebiliriz. Her ne kadar ayrıntılarda bilim insanları arasında anlaşmazlıklar bulunsa da, teori henüz çözümlenememiş bazı boşluklar içerse de günümüzde bilim dünyasında büyük bir patlamayla başlatılan erken evrenle ilgili açıklamalar, ‘standart model’ adıyla anılmakta ve yaygın olarak kabul görmektedir.
Evrenin başlangıcı, doğrudan gözlemlenmemesine rağmen bu konudaki açıklamalar, doğrudan gözlemlenmeyen atomlardaki elektronlar, atom çekirdeğindeki kuarklar, eski dönemlerinde yaşamış dinozorlar hakkındaki bilimsel açıklamalar gibidir. Bu konularda olduğu gibi standart modelle ilgili olarak gözlem ve deney yapılamasa da bunlar bilimsel olgular olarak kabul edilir çünkü: (1) gözlemlenen başka olgu ve süreçlerle desteklenmişlerdir, (2) gelecekteki doğal olguların ve laboratuvar deneylerinin sonuçlarını hesaplanabilir bir biçimde öngörmeyi sağlarlar ve (3) yanlışlanabilir açıklamalar üzerine kurulmuşlardır.” (Tanrı ve Fizik, Ferit Uslu, 20)