Büyük Patlama Teorisi (Big Bang) Nedir?

2007 yılında yayınlanmaya başlayan TV dizisi ile sadece astrofizikçilerin değil artık herkesin bildiği bir teori haline gelen “Büyük Patlama Teorisi” yüzyıllık bir mevzu. Bilim dünyasında bilinmezlikler ve kesinleştirilemeyen teoriler her zaman ilgi odağı olmuştur. Kesinliğini kazanan bilgiler ise çekiciliklerini yitirirler.

Bu yazımızda, ilk kez ortaya çıkışından yaklaşık bir asır sonra (1920’lerde ortaya çıkıyor) hala büyük bir soru işareti olan Büyük Patlama Teorisi’ne değineceğiz. “Her şeyin teorisi” ile ömrünü geçiren Stephen Hawking ve daha nicelerinin en yakın tarifiyle: Evrenin aslında küçük bir nokta halinden meydana gelip 13,8 milyar yıldır şişerek büyüdüğünü ve bildiğimiz evrenin bu birbirinden uzaklaşarak dağılan parçacıkların eseri olduğunu savunan fikre Büyük Patlama Teorisi diyoruz.

Bu arada, evet halen şişmeye ve büyümeye devam ediyor. Evren, sadece kozmik takvim bazında ele alınırsa, hesaplanan bu şişmeyi fark edebilmek içinse milyarlarca yıl geçmesi gerekiyor. İnsan ömrü bunu gözlemlemek için elbette yeterli değil. Şanslıyız ki bilimsel hesaplamalar var.

Hesaplamalar elbette matematik formüllerine dayanıyor. Gökbilimciler ve fizikçilerin çoğu için “kozmik mikrodalga arka plan” (CMB – Cosmic Microwave Background) denilen izler Büyük Patlama için ispat niteliğinde. Kısaca bahsetmek gerekirse, fon ışıması ismiyle de karşınıza çıkabilecek bu izler evrenin her yerine yayıldığı düşünülen bir dalga biçimi aslında.

Bu konu yazının ilerleyen kısımlarında daha anlaşılır bir hal alacak. Elbette evrenin oluşumuna dair teoriler Büyük Patlama ile sınırlı değildir. Hatta bu konuda yüzlerce teori var. Aralarından göze çarpanların başında ise evrenin sonsuz kez kendi kendini tekrarlamakta olduğunu söyleyen Einstein’ın Döngüsel Modeli gelir, fakat o başka bir yazının konusu.

Başlangıç ve ışığın doğuşu

Konumuza geri dönecek olursak, patlamanın ilk anlarında sıcaklık yaklaşık 5 buçuk milyar dereceydi (5,500,000,000 °C). Ve inanılmaz yoğun miktarlarda nötron, elektron ve proton gibi temel parçacıklarla kaplıydı.

Zamanla, evren soğudukça bu elementler ya birleştiler ya da yok oldular. Bilim adamlarına göre bu ilk evrelere gözle bakabilmenin yolu yoktu. İnanılmaz güçlü olan bu ışıltı NASA’ya göre Büyük Patlamanın başladığı ilk andan sonraki 380 bin yıl boyunca parlamaya ve ışımaya devam etti. Daha sonra kararmış olsa da bu ilk ışımanın izleri hala var. Bazı kaynaklarda “afterglow” yani kalıcı iz olarak bahsedilse de bu izler aslında az önce bahsettiğimiz “kozmik mikrodalga arka planın” ta kendisi.

CMB diyerek kısaltacağımız bu izler, ilk kez 1948 yılında Ralph Alpher ve arkadaşları tarafından sadece varsayım halinde öne sürülürken, gerçek keşfi 1965 yılında tamamen kaza eseri gerçekleşmiş. Günümüzde varlığını devam ettiren Bell şirketinin New Jersey’deki telefon geliştirme laboratuvarlarında çalışan Arno Penzias ve Robert Wilson isimli mühendislerin 1965 yılında geliştirdikleri radyo alıcısı tahminlerinin ötesinde frekansları algılayabilmişti.

NASA kaynaklarına göre ilk başta güvercinlerin pisliğinden ortaya çıkan bir sorun olduğunu düşünen mühendisler ortalığı temizledikten (antenlere giren güvercinleri öldürüp anteni iyice temizlemişler) sonra sorunun hala devam ettiğini görmüşler. Bu 2 mühendisin ayaklarına takılan şey aslında CMB sinyallerinden başka bir şey değilmiş.

İkili, frekanslarla ilgili bir rapor yayınladılar. Aynı yıl Princeton Üniversitesi’ndeki Robert Dicke önderliğindeki bir ekip CMB’nin varlığını ispatlamaya çalışıyordu. Neticede iki tarafın da çalışmaları ortak bir noktada buluştu. Ve 1965 yılında makaleler yayınlandı, CMB ispat edilmişti. Sonrasında Büyük Patlama Teorisi büyük oranda bilim dünyasınca kabul edilir oldu.

Peki evren kaç yaşında?

Keşfinin ardından ilk CMB gözlemleri gerçek anlamda çeyrek asır sonra başladı. NASA, 1990 yılında gökyüzü haritasını çıkartmak için kullandığı COBE (Cosmic Background Explorer) “kozmik arka plan ışıması kâşifi” tasarımıyla CMB’yi resmen uzayda arayıp anlamaya çalıştı. 18 Kasım 1989’da fırlatılan COBE’nin o yıllardaki maliyeti ise 160 milyon dolardı. COBE’nin ardından çeşitli deneyler ve çalışmalarla CMB iyice önem kazandı.

4 yılın ardından 2013 yılında gözlemleri paylaşılan Planck uydusu aralarındaki en önemli ve güncel verileri ile bazı saptamaları güncelledi. Mesela, evrenin yaşının 13,7 milyar yıl değil 13,82 milyar yıl olduğunu hesapladı. Elbette bu çalışmalar halen devam ediyor ve düzenli aralıklarla güncelleniyor olsa da bazı çelişkiler halen çözülmüş değil.

Örneğin, Büyük Patlama Teorisi CMB için ne yana bakarsak bakalım değişmez ve aynı kalır derken, Güney Yarımkürenin Kuzey Yarımküreye göre neden daha kırmızı olduğunu açıklamaya yetmiyor. Bu gibi bazı çelişkiler hala gizemini korumakta. Bu çelişkilerin bir diğeri de evreni oluşturan materyallerle ilgili.

CMB evrendeki maddelere dair çok fazla ipucu sunsa da bizim göremediğimiz, algılayamadığımız ve henüz teknolojimizin yetmediği çok daha fazla enerji ve maddenin (karanlık enerji, karanlık madde) varlığına da işaret ediyor.

Şimdilik eldeki veriler, evrendeki somut maddeden oluşan gezegenlerin, yıldızların ve galaksilerin evrenin yalnızca yüzde %5’ini oluşturduğunu gösteriyor. Geri kalan karanlık kısımda nelerin gizlendiği ise halen gizemini koruyor. Çelişkiler, kaçınılmaz olarak beraberinde tartışmaları da getiriyor.

Kütle çekimsel dalga tartışması

Gökbilimcilere göre evren patlamanın ilk saniyesinde ışık hızından daha hızlı bir şekilde şişmeye yani dağılmaya başladı. Einstein’ın, evrendeki en yüksek hızın ışık hızı olduğunu ve limitin ışık hızından öteye geçemeyeceğini söylediğini düşünürsek (bu durum evrenin içindeki nesneler için geçerlidir) patlamanın kendisi için geçerli değildi diyebiliriz.

Yine de gökbilimciler bu konuyu da ispatlamak için halen uğraşmaktalar. Tabi burada küteleçekimsel dalgaların varlığını ispata en çok yaklaşmış olan BICEP2 Antarktik teleskopuyla (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization) yapılan çalışmalar öne çıkıyor.

Galaksiler arası kozmik kutuplaşmayı inceleyen teleskopla çalışmalar yapan ekibin lideri astrofizikçi John Kovac, 2014 Mart ayında “bulduğumuz sinyal kesin olarak gerçek ve bu sinyaller gökyüzünde” şeklinde açıklama yapmıştı. Haziran ayında ise elde edilen sonuçların teleskopun açısına giren kozmik toz yüzünden yanıltıcı olabileceğini söylemişti.

New York Times’a verdiği demeçte “yine de elde ettikleri verilere güvendiklerini” belirtmişti. Kovac, “Planck uydusundan önceki verilere göre tahmin edilen toz oranının güncellenen verilerdeki toz oranına göre çok daha düşük olduğunu” da sözlerine eklemişti. Zaten çok geçmeden 2015 Ocak ayında yayınlanan bira araştırmada iki ekibin ortak çalışmaları sonucu Bicep sinyallerinin neredeyse tamamen yıldız tozundan ibaret olduğu açıklanmıştı.

2016 yılından beri çalışmalarını yürüten LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) kütleçekimsel dalga gözlemleriyle, güneşin onlarca katı büyüklüğe sahip kara deliklerin hareketi ve çarpışmasında bahsi geçen kütleçekimsel dalgaların varlığı doğrulandı. LIGO halen çalışmalarına devam ediyor ve yakın tarihte daha fazla kara delik kaynaklı dalganın keşfedileceği tahmin ediliyor.

Çoklu evren ve patlamanın şu anki durumu

13,8 milyar yıldır şişmeye ve dağılmaya devam eden evren, kabaca düşündüğümüzde gittikçe soğur. Yavaşlar gibi gelse de aslında şişmesi arttıkça hızı da artıyor. Bu da kozmik takvimde milyarlarca yıl sonra Dünya’dan bakıldığında hiçbir gezegen veya yıldızın görünemeyecek olması anlamına geliyor. Çünkü hepsi birbirinden uzaklaşmış olacak.

Harvard Üniversitesi gökbilimcilerinden Avi Loeb, 2014 Mart ayında kaleme aldığı yazısında “Uzak gezegenlerin bizden uzaklaştığını gözlemleyeceğiz. Bu uzaklaşmanın hızı zamanla artacak. Yani, eğer yeterince beklersek (milyarlarca yıl), zamanla, uzaklardaki bir galaksinin ışık hızına ulaştığını göreceğiz. Bu da ışık hızında bile ilerlesek uzaklaşan galaksilere ulaşabilmemiz asla mümkün olmayacak demek oluyor. Dünya dışı varlıkların keşfi, onlarla iletişim gibi konular söz konusu olmayacak” diyerek bu durumu örneklendirmişti.

Bazı fizikçilere göre ise içinde bulunduğumuz bu evren onlarcasından sadece birisi. Yan yana duran balonlar gibi birçok evren yan yana duruyor olabilir diyen bu fizikçilerin savunduğu model ise “Çoklu Evren” modeli. Buna göre patlamayla birlikte farklı uzay zaman parçaları farklı hızlarda meydana geldiler. Bu da farklı kısımlar farklı evrenler ve potansiyel olarak farklı fizik kurallarına sebep olmuş olabilir.

2014 yılındaki kütleçekimsel dalgaların konuşulduğu bir konferansta konuşan MIT teorik fizikçisi Alan Guth: “Çoklu evrenlere tasarlayamayacağımız büyüme ve genişleme modelleri düşünebilmek çok da mümkün değil. Çoklu evren imkânsız diyemeyiz, araştırmalara devam etmek gerekiyor. Çoğu model zaten çoklu evrenlere çıkıyor. Ve büyümenin kanıtları keşfedildikçe çoklu evren teorilerini ciddiye almak zorunda kalacağız” diyerek çoklu evrenlerin gerçek dışı olmadığından bahsetmişti.

Evrenin meydana gelişini anlamaya çalıştığımız en geçerli teori olan Büyük Patlama, kimilerine göre evrenin başına gelen tek büyüme (şişme) veya daralma (sönme) olayı değil. Bazı bilim insanlarına göre evren çeşitli büyüme veya daralma evrelerinden çok kereler geçti. Ve bizler bu evrelerden sadece birisine denk geldik. Neticede milyarlarca yıl süren süreçlerden bahsediyoruz.

Kim bilir belki de evren insan bedeni gibi çok daha büyük bir yapının içinde kalp gibi büyüyüp küçülen bir yapıdır…

Ceyhun Tokmak

Louis Pasteur Kimdir? Louis Pasteur’un Eserleri ve Hayatı

Güneş Tutulmasi Nedir? Güneş Tutulması Türleri Hakkında Detaylı Bilgi