Evrenin Oluşumu-1

Bu makalede, evrenin oluşumuna dair günümüzde kabul gören Büyük Patlama Teorisi ve alternatif teoriler (Sabit Durum Teorisi ve Salınımlı Evren Teorisi) incelenmiştir. Ayrıca evrenin oluşum sürecinde kritik rol oynayan karanlık madde, karanlık enerji ve Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı gibi kavramlar da ele alınmıştır.

Giriş

Günümüzde evrenin oluşumunu açıklayan teoriler arasında en kabul göreni Büyük Patlama Teorisi’dir. Diğer teoriler bilimsel verilere ters düşen iddialar içermektedir. Ayrıca, bilimde bir olayı açıklarken en az varsayıma dayanan yol tercih edilmelidir ancak diğer teoriler varsayımlar üzerine kurulmuştur.

Evrenin oluşumunu açıklayan diğer teorilere göre en az varsayım içeren, gözlemsel kanıtlara uygun, en kapsamlı teori Büyük Patlama Teorisi’dir.

Sabit Durum Teorisi

Sabit Durum Teorisi, evrenin ezelden beri var olduğunu ve genişlemeye devam ederek sonsuza kadar varlığını sürdüreceğini savunur.

İlk olarak 1948’de Fred Hoyle, Thomas Gold ve Hermann Bondi tarafından geliştirilen bu teoriye göre, evren sürekli genişlediği için yeni galaksilerin oluşması evrenin yoğunluğunu arttırmaz, dolayısıyla evrenin ortalama madde yoğunluğu hep sabit kalır.

Oysa elimizdeki gözlemsel veriler, evrenin geçmişte daha yoğun olduğunu göstermektedir. Ayrıca Sabit Durum Teorisi, Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı’nın varlığını açıklayamamaktadır.

Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işınımı

İngilizcesiyle Cosmic Microwave Background Radiation (CMB) yani Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı 1964 yılında Arno Penzias ve Robert Wilson tarafından keşfedilmiştir. Bu ışıma tüm evreni doldurur ve yaklaşık 2.7 Kelvin sıcaklığa sahiptir.

Tüplü televizyon denilen katot ışın tüpü prensibiyle çalışan eski teknolojili televizyonlar, Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı’nı gözlemlememizi sağlayabiliyor.

Bu eski teknolojili televizyonlarda kanallar arası geçiş yaparken veya hiçbir kanal çekmediği anlarda karıncalanma dediğimiz bir görüntüyle karşılaşıyoruz. Bu görüntünün %99 kadarı ortamdaki sinyal gürültüsü sebebiyle oluşuyor. Kalan yaklaşık %1’lik karıncalı görüntü Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı sebebiyle oluşuyor.

CMB, insanlığın evren hakkındaki en önemli bulgularından biridir. Evrenin oluşumu, yaşı, bileşenleri ve genişleme hızı gibi çeşitli konuların araştırılmasında CMB kullanılmıştır ve CMB hakkında keşfedilecek yeni bilgiler evreni anlamamıza yardımcı olacaktır.

Salınımlı Evren Teorisi

Salınımlı Evren Teorisi, evrenin sürekli genişleyip büzüldüğü bir döngüsel süreçte olduğunu savunur. Antik çağlardan beri felsefi tartışmalarda yer alan ama 1930’larda Richard Tolman tarafından geliştirilen bu teoriye göre her döngünün başlangıcı (bir önceki döngünün sonu) Büyük Patlama ile başlar.

Evren bir noktaya kadar genişledikten sonra büzülmeye başlar ve çok yoğun bir noktaya sıkıştıktan sonra tekrar Büyük Patlama ile genişlemeye başlar. Bu süreç döngüsel olarak devam eder.

Salınımlı Evren Teorisi, kuantum kozmoloji ve sicim teorisi gibi modern fizik teorileri ile de desteklenmiştir ama bu teoriyi destekleyen gözlemsel kanıtlar bulunmamaktadır. (Sicim teorisi çoklu evrenler olabileceğini savunur bu durum salınımlı model için teorik bir temel sağlar.)

Ayrıca Salınımlı Evren Teorisi, karanlık enerjinin doğası ve davranışlarıyla uyuşmuyor. Evrenin genişleme hızının giderek arttığını gösteren karanlık enerji, bu teoriyi zorlamaktadır. Karanlık enerji, evrenin genişlemesini durdurmadan sonsuza dek hızlandırabilir ve bir Büyük Çöküş’ü engelleyebilir.

Karanlık Madde ve Karanlık Enerji

Tüm evrenin yaklaşık %94.1’i karanlık madde ve karanlık enerjiden oluşur. Gözlemleyebildiğimiz sıradan maddeler evrenin sadece %4.9 kadarlık kısmına aittir.

Karanlık maddeyi gözlemleyemiyoruz ama var olduğunu kütleçekimsel etkileri sebebiyle biliyoruz. Örneğin galaksilerin tüm kütlesinin gözlemleyebildiğimiz kadar olması halinde çok daha hızlı dönmeleri gerekirdi.

Hatta galaksi kümeleri sadece gözlemleyebildiğimiz kadar kütleye sahip olsaydı, içindeki galaksiler bir arada kalamaz birbirinden uzaklaşırlardı.

Galaksiler beklenenden çok daha yavaş döndüğüne ve galaksi kümelerindeki galaksiler bir arada kalabildiğine göre bizim göremediğimiz ama var olan başka bir madde daha barındırıyor olmalıdır. Kütleçekimsel sebepler karanlık maddenin en büyük kanıtlarındandır.

Evrenin giderek hızlanarak genişlemesine sebep olan enerjiyi karanlık enerji olarak adlandırıyoruz. Albert Einstein karanlık enerji düşüncesini ilk defa düşünen bilim insanıdır.

Evrenin sürekli olarak genişlediğini yaptığı hesaplama ve gözlemlerle tespit eden Edwin Hubble ise karanlık enerjiyi formüllerle kanıtlamıştır.

Teorik fizikçi Alan Guth ve kozmolog Alexei Starobinsky de 1980 yılında, karanlık enerjiye benzeyen negatif bir basınç alanının Büyük Patlama’dan sonraki ani genişlemeye sebep olduğunu savunmuştur.

1998’de Saul Perlmutter ve Brian Schmidt yaptıkları süpernova gözlemi sonucunda, karanlık enerji kavramından söz etmiştir. Karanlık enerjinin doğasını anlamak için yapılan bilimsel çalışmalar hala devam etmektedir.

Büyük Patlama Teorisi

Edwin Hubble’ın galaksilerin kırmızıya kayması gözlemleri, evrenin genişlediğini ve geçmişte daha yoğun bir durumda olduğunu öne sürmesi üzerine 1927’de Georges Lemaitre tarafından temelleri atılan daha sonra 1940’larda George Gamow, Ralph Alpher ve Robert Herman tarafından geliştirilen Büyük Patlama Teorisi’ne göre evren; 13.8 milyar yıl önce tekillik adı verilen bir noktada başlar.

Bu noktada, fizik yasaları çöker, uzay ve zaman sonsuz yoğunluğa ulaşır, her şey aşırı derecede sıcak ve küçüktür. Aniden, büyük bir patlama meydana gelir ve evren varoluşuna başlar.

Evrenin ilk 10^-43 saniyesine Planck Zamanı adı verilir. Bu ufacık zaman aralığında hala birçok fizik yasası geçerli değildi. Kuantum Kütleçekim Teorisi bu evreyi açıklamak için gereklidir ancak bu teori henüz geliştirilme aşamasındadır.

10^-43 ve 10^-36 saniye aralığını ise Kuantum Dönemi olarak adlandırıyoruz. Evrenin bu döneminde, temel kuvvetler (kütleçekim kuvveti, elektromanyetik kuvvet, zayıf nükleer kuvvet ve güçlü nükleer kuvvet) birleşik bir kuvvet olarak var olmuştur. Bu dönemin sonunda kütleçekim kuvveti diğer kuvvetlerden ayrılmıştır.

Büyük Birleşme Dönemi olarak adlandırılan 10^-36 ve 10^-32 saniye aralığında güçlü nükleer kuvvet ve elektrozayıf kuvvet (elektromanyetik ve zayıf nükleer kuvvetin birleşimi) tek bir kuvvet olarak davranır. Bu dönemde evren hızla genişlemektedir ve yoğunluk azalmaktadır.

Elektromanyetik kuvvet ve zayıf nükleer kuvvet, Elektrozayıf Dönem’de (10^-32 ve 10^-12 saniye aralığı) ayrılmıştır. Hadron Dönemi’nde (10^-12 ve 10^-6 saniye aralığı) kuarklar ve gluonlar birleşerek protonlar ve nötronlar gibi hadronları oluşturmuştur.

Evrenin soğumasıyla birlikte Lepton Dönemi’nde (10^-12 ve 1 saniye aralığı) leptonlar (elektronlar, nötrinolar gibi) ve fotonlar baskın hale gelmiştir. Nötrinolar, evrenin bu dönemdeki yoğunluğunun izlerini taşır.

İlk 20 dakikada protonlar ve nötronlar birleşerek hidrojen, helyum ve lityum gibi hafif elementleri oluşturdu.

İlk 10.000 yıl boyunca evrenin enerjisi çoğunlukla fotonlardan ve diğer radyasyon türlerinden oluşuyordu.

Yaklaşık 380.000 yıl boyunca evren, hiçbir ışık parlamasının mümkün olmadığı karanlık bir yerdi. Rekombinasyon sonrasında fotonlar serbestçe hareket etmeye başladılar ve günümüzde kozmik mikrodalga arka plan ışıması olarak bu durumu gözlemleyebiliyoruz.

Büyük Patlama’dan 100-200 milyon yıl sonra gaz bulutları kütleçekim kuvveti sebebiyle yoğunlaşarak ilk yıldızları oluşturdu. Bu yıldızlar devasa kütlelere sahipti dolayısıyla kısa ömürlü yıldızlardı.

Ölümleri sonucunda oluşan süpernova patlamaları sonucu oksijen, karbon, nitrojen, silikon, magnezyum, demir gibi elementler uzaya saçıldı.

Daha sonra karanlık madde kümeleri galaksileri, galaksiler de galaksi kümelerini oluşturdu. Milyarlarca yıl boyunca evren evrimleşmeye ve karmaşıklaşmaya devam etti. Yeni yıldızlar ve galaksiler oluştu, galaksiler kümeler halinde birleşti ve yıldızların etrafında gezegenler dolanmaya başladı.

Yaklaşık 10 milyar yıl önce bizim galaksimiz Samanyolu Galaksisi oluştu. 4.6 milyar yıl önce (Büyük Patlama’dan 9.22 milyar yıl sonra) Güneş Sistemi oluşmaya başladı.

Güneşimiz 5 milyar yıl daha var olmaya devam edecek. Galaksimiz ise gelecekte Andromeda Galaksisi ile birleşerek eliptik bir galaksi oluşturacak.

Uzak galaksilerden gelen ışığın analiz edilmesi, bu galaksilerin bizden uzaklaştığını gösteriyor. Bu, evrenin Büyük Patlama Teorisi’ne uygun olarak genişlediğinin kanıtlarından biridir.

Evrenin her yerinde zayıf bir mikrodalga radyasyon bulunur. Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı olarak adlandırılan bu durumun sebebi Büyük Patlama Teorisi’nde açıklanır.

Evrendeki hidrojen ve helyum gibi hafif elementlerin bolluğu, Büyük Patlama’nın ilk dakikalarında nükleosentez yoluyla üretilmiş olmaları ile açıklanabilir.

Sonuç

Sonuç olarak, modern kozmolojinin temelini oluşturan Büyük Patlama Teorisi’nin evrenin başlangıcı hakkında en kapsamlı ve gözlemsel kanıtlara uygun açıklamayı sunduğunu söyleyebiliriz.

Sabit Durum Teorisi ve Salınımlı Evren Teorisi ise gözlemsel kanıtlarla çelişmesi ve daha fazla varsayıma dayanması nedeniyle günümüzde pek kabul görmemektedir.

Evrenin oluşumu ve işleyişi hakkındaki bilgilerimiz her geçen gün artmaktadır. Büyük Patlama Teorisi bize evrenin kökenine dair sağlam bir çerçeve sunmaktadır ancak hala birçok cevaplanmayı bekleyen “tekillik öncesi ne vardı, evren sonsuz mu, karanlık madde ve karanlık enerjinin doğası nedir ?” gibi sorular bulunmaktadır.