Anasayfa Makaleler Fiziki Büyük Patlama

Büyük Patlama

512
0
PAYLAŞ

Büyük Patlama Kuramı evrenin kaynağına ilişkin günümüzdeki en büyük kuramdır. Kurama göre başlangıçta evren tek bir nokta durumundayken milyonlarca yıl boyunca genişleyerek şu anki biçimine ulaşmıştır(hala da genişlemektedir). Evrenin yaklaşık 13,8 milyar yıl önce aşırı yoğun ve sıcak bir noktadan oluştuğunu savunan Evrenin Evrimi Kuramı ve geniş biçimde varsayılan uzay bilimsel tasarım. Kuramın ana düşüncesi, hala genişlemeyi sürdüren evrenin geçmişteki belirli bir dönemde sıcak ve yoğun bir başlangıç durumundan sonra genişlemiş olduğudur. Georges Lemaitre’in önceleri “ilk atom varsayımı” olarak adlandırdığı bu varsayım günümüzde “Büyük Patlama Kuramı” adıyla yerleşmiş durumdadır. Tasarımın ana çatısı, Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’na dayanmakta olup, ilk Büyük Patlama tasarımı Alexander Friedmann tarafından hazırlanmıştır. Tasarım daha sonra George Gamow ve çalışma arkadaşlarınca savunulmuş ve ilk nükleosentez olayı eklenmek koşuluyla geliştirilerek sunulmuştur.

Genişleyen Evrene İlişkin İlk Bulgular

1922’de Rus uzay bilimci Alexander Friedman, Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı denklemleri üzerinde çözümlemeler yaparak, evrenin genişlemekte olduğu sonucuna vardı.

Durağan ve sonsuz evren görüşünü savunan Einstein, yanlış bir biçimde, genişleyen evren kuramını eleyerek denklemlerine uzay bilimsel bir değişmeyen eklemiştir. Daha sonraları Einstein bunu yaşamının en büyük yanlışı olarak nitelendirecektir.

Gerçekte daha önceden evrenin genişlediğine ilişkin gözleme dayalı anlamlı izler vardı. O dönemler evrende yalnızca bir gök ada olduğu düşünülüyordu(Samanyolu adında tek bir gök ada). 1912’de Amerikalı gök bilimci Vestra Slipher sarmal biçimli bir bulutsu gözlemledi ve yaydığı dalga boyu değişimini belirledi. Bu gibi bulutsuların git gide uzaklaştığına ilişkin bir takım anlamlı iz ve bulgular olmasına karşın o dönem kimse bunları yorumlayamıyordu. 1924’de gök bilimci Edwin Hubble bu bulutsunun uzaklığını ölçerek Samanyolu Gök Adası’ndan olmadığını, ayrı bir gök ada olduğunu ve evrende bunun gibi bir çok gök adanın var olduğunu keşfetti.

Genişleyen evreni gösteren bir çizge(grafik)

Büyük Patlama’nın Doğuşu

1927’de fizikçi Geeorges Lemaitre, Friedmann’ın çözümleri üzerinde yeniden hesaplamalar yapıp evrenin genişlemekte olduğunu öne sürdü. Bu kuram 1929’da Hubble tarafından desteklendi. Hubble, gök adaların uzaklıkları arasında bir bağıntı olduğunu ve gök adaların yaydıkları ışığın dalga boyunda değişmeler olduğunu gözlemlemiştir. Lemaitre’nin çözümünde belirtildiği gibi gerçekten de gök adalar hızla uzaklaşıyordu.

1931’de Lemaitre, çalışmalarını daha da genişleterek evrenin başlangıçlarda kısa süre için sonsuz yoğunlukta ve sıcaklıkta olduğu sonucuna vardı. Bu da evrenin ilk dönemler inanılmaz düzeyde küçük ve yoğun bir nokta olduğunu ortaya koymuştur.

Evren başladıktan sonra ilk saniyede, çevredeki sıcaklık NASA’ya göre, yaklaşık 10 milyar °F(5,5 milyar °C) idi. Evren, nötronlar, elektronlar ve protonlar gibi ana parçacıklardan oluşan geniş bir dizi içeriyordu.

Evrenin daha ilk saniyelerinde kuantum dalgalanmalarından ana parçacıklar olan kuarklar oluşmaya başlamış ve kuarklar da proton ve nötronları oluşturmuştu. Bu oluşum sırasında hem protonlar hem de bunların karşı madde çifti olan antiprotonlar oluşmuştu ve ilk saniyelerde oluşan bu proton-antiproton ve elektron-antielektron çiftlerinin karşılıklı yok olması sonucu 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 donuk bir görünümdeydi. Ancak evren yavaşlayarak da olsa genişlemeyi sürdürüyordu, bu da evrenin gittikçe soğumasına neden oluyordu. Patlamadan 380.000 yıl sonra erişilen sıcaklık elektronların atom çekirdeklerine tutunabilmelerine artık uygundu ve ışınların önündeki perde böylece kalkmış oldu. Bunun sonucunda evrenin geçmişine ilişkin 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 yağmakta.

90’lı yılların sonunda NASA tarafından gönderilen Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Araştırma(WMAP-Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) uydusu evrenin ilk zamanlarından gelen bu ışınların haritasını çıkardı ve 70’lerden beri kuramı geliştirilen Büyük Patlama’ya ilişkin bir çok ipucu elde edildi. İşin en güzel yanı kuramlarda önerilen çoğu şey, verilerle oluşturulan çizgelere tek tek oturuyordu.

Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Araştırma(WMAP) uydusunun Kozmik Mikrodalga Fon Işınımı haritası. Hammer gösterim yöntemi kullanılarak oluşturulan haritada tüm gökyüzü yer alıyor. Haritada yerel yoğunluk değişiklikleri(renk değişiklikleri) göze çarpıyor. İşte bu alanlar ilkel evrende maddenin yoğunlaşmaya başladığı bölgeler. Şu anda gök ada kümelerinin evrendeki dağılımına baktığımızda bu dağılıma çok benzediğini görüyoruz. Yani bu noktalar ileride oluşacak gök adaların birer tohumları.

Büyük Patlama’nın Kanıtı

Her şeyden önce, evrenin bir başlangıcı olduğu kesindir. Gök adaların uzaklığa orantılı hızlarda bizden uzaklaştığı görülür. Bu gözlem, evrenin genişlemesini destekleyen ve evrenin bir kez sıkıştırıldıktan sonra oluştuğunu göstermektedir. Bu olayı 1929 yılında Edwin Hubble(1889-1953) keşfetmiş ve  adına “Hubble’ın Yasası” denilmiştir.

Zaman geçtikçe, Büyük Patlama’ya karşıt kuramlar çoğalmaya başlamıştı. Bunlar arasında Büyük Patlama’ya en büyük rakip Fred Hoyle’un “Durağan Durum” kuramı idi. Durağan Durum kuramı ana olarak, evrendeki yeni madde oluşumlarının evreni genişliyormuş gibi gösterdiğini öne sürüyordu.

Friedmann’ın öğrencilerinden birisi olan George Gamow meslektaşlarıyla birlikte, evrenin her yerinde bulunması gereken Büyük Patlama kaynaklı bir ışınım olan Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işınımını öne sürdü.

1965’lere dek süren tartışma Arno Penzias ve Robert Woodrow Wilson adındaki iki bilimcinin, Bell, Telefon Laboratuvarı için çalışırken Dicke Işınölçeri’yle(radyometre) yaptıkları bağımsız ölçümlerde öngördükleri değerden değişik değerler almalarına dek sürmüştür. Bu değer sapması tam da Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işınımı’ndan kaynaklanıyordu. Bu da Büyük Patlama kuramını doğruluyordu. Bu buluşları ikiliye 1978 Nobel Fizik Ödülünü kazandırmıştır.

Büyük Patlama için bir diğer önemli kanıt helyum bolluğudur. Gözlemlenebilir evrende bulunan “hafif elementler” hidrojen ve helyum bolluğunun Büyük Patlama kuramını desteklediği düşünülmektedir. Yıldızların ilkel yapıları:

%70-75 Hidrojen

%20-25 Helyum

%1 Ağır elementler

Evrende gözlenen helyum bolluğu yıldızların içinde üretilenden çok daha çoktur.

Büyük Patlama Kuramı’na dayanan evrenin bir zaman çizelgesi

Büyük Patlama Nedir, Ne Değildir?

Büyük Patlama herhangi “bir yer”de olmuş bir patlama değildir. Yani Büyük Patlama, adının böyle olmasına karşın, konuya alışık olmayan kimilerinin adını ilk duyduğunda düşündüğü gibi, günümüzdeki gök adaları oluşturan maddeyi dışarı fırlatıp atan, herhangi bir noktada yaşanmış bir patlama değildir. Büyük Patlama’nın ilk döneminde evrende(en azından gözlemlenebilir evren bölgesinde) egemen olan koşullar her yerde aynıydı. Buna karşılık maddi ögelerin evrenin genişlemesi olgusuyla birbirlerinden hızla uzaklaştıkları doğrudur. Büyük Patlama terimi de işte bu genişleme deviniminin yeğinliğine(şiddet) gönderme yapmak üzere seçilmiş bir terimdir, özel bir yerdeki patlamayı betimlememektedir. Büyük Patlama’nın anladığımız anlamda bir merkezi ya da özel bir yönü yoktur.

Evrenin geçmişte nasıl olduğunu ancak evrenin uzak bölgelerini gözlemleyerek anlayabilmekteyiz, evrende ne kadar uzak bir bölgeyi gözlemleyebilirsek, evrenin geçmişinde de o kadar uzak bir geçmişe gidebilmiş oluruz. Ancak günümüzde görebildiğimiz şey doğrudan doğruya Büyük Patlama’nın ilk döneminin kendisi değil, evrenin geçmişindeki bu sıcak aşamanın ışıklı yansıması diyebileceğimiz “kozmik arkaplan ışınımı”dır. Bu ışınım esas olarak tek biçimli olup her yönde gözlemlenebilmektedir ki bu, Büyük Patlama’nın, gözlemleme olanağı bulduğumuz bölgelerde son düzeyde bağdaşık(homojen) bir biçimde oluştuğunu göstermektedir. Bakışlarımızı asla Büyük Patlama’nın ilk durumuna dek götüremeyecek olmamızın nedeni, ilkel evrenin, yüksek yoğunluğundan dolayı, donuk ışınımlı oluşudur; tıpkı Güneş’in merkezini doğrudan göremeyecek oluşumuz, ancak onun yüzeyini gözlemleyebiliyor oluşumuz gibi.

Güncel Durum

Büyük Patlama kuramı gerçekte iki ana düşünce üzerine kuruludur; fiziksel yasaların evrenselliği ve uzay bilimsel ilke. Uzay bilimsel ilke daha önce değinildiği gibi, evrenin geniş ölçeklerde bağdaşık ve izotrop olduğunu varsayar. Bu düşünceler önceleri birer sav konumundaydılar, ancak günümüzde gözlemlerle desteklenmektedirler.

Gözlemsel uzay bilim alanındaki gözlemsel gelişmeler Büyük Patlama’ya kesin bir destek sağlamaktadır, en azından bu alanda çalışan araştırmacılar arasında bu görüş ortaktır. Büyük Patlama’nın karşısındaki ana kuram olan “durağan durum” kuramı da kozmik arkaplan ışınımına ilişkin gözlemleri, hafif elementlerin salınmasını ve gök adaların evrimini açıklamakta yetersiz kalışı nedeniyle günümüzde tümüyle aykırı bir duruma gelmiş bulunmaktadır.

Büyük Patlama gerçekte, hala gözlemlerin bir yanlışını çıkaramadığı genel göreliliğin bir sonucudur. Dolayısıyla kimilerine göre Büyük Patlama’yı doğru saymamak genel göreliliği doğru saymamak demektir.

Buna karşılık birçok dönem veya olayın hala çok da bilinmediği bir gerçektir. Örneğin, antimaddeye kıyasla hafif bir madde çokluğunun söz konusu olduğu baryogenez dönemi ve kozmik şişme evresinin sonuna ilişkin ayrıntılar, özellikle ısınma-öncesi ve ısınma evreleri… Geliştirilecek yanları olan Büyük Patlama tasarımları hala gelişim içinde olmakla birlikte, artık Büyük Patlama’nın genel kavramını tartışmak yeterince güçleşmiş bulunmaktadır.

Büyük Patlama’nın bilim kişilerince anlaşılabilmesi amacıyla veri toplayan Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Araştırma(WMAP) uydusunun bir görüntüsü.

Bilim Kişilerinden Gelen Eleştiriler

Büyük Patlama Kuramı’nı doğru saymayan ve kuramın eleştirilecek çok yanı olduğunu düşünenlerden biri “Durağan Durum” kuramının mimarlarından Fred Hoyle’dır. Kurama bilim çevresinden karşı duranlar arasından şu adlar örnek olarak verilebilir:

  • Hannes Alfvén(1908-1995): Plazma fiziğindeki çalışmalarından ötürü 1970’te Nobel Fizik Ödülü sahibi olmuştur. Büyük Patlama’yı tümüyle yanlış saymıştır. Kendi kuramı olan “Plazma Evren” kuramını savunur.
  • Edward Arthur Milne(1896–1950): Newton’cu uzay biliminden yola çıkarak, genişlemenin durağan bir evrendeki gök adaların deviniminden başka bir şey olmadığını savunmuştur.
  • Arno Allan Penzias ve Robert Woodrow Wilson: 1968’de uzay bilimsel ısıl(termik) ışımayı keşiflerinden ötürü 1978’de Nobel Fizik Ödülü kazanmışlardır. Keşifleri sonradan kozmik mikrodalga arkaplan ışınımı olarak adlandırılmıştır.

Yadsınamaz başarılarına karşın Büyük Patlama’ya günümüzde de, bilim çevresinin bir bölümü karşı gelmektedir. Bu karşı yanda kimi gök bilimciler de vardır. Bu karşıtlara örnek olarak, maddenin yaratılışını esas alan yeni bir “durağan hal” sürümü geliştirmiş olan Geoffrey Burbidge, Fred Hoyle ve Jayant Narlikar belirtilebilir. Büyük Patlama’ya son dönemlerde yeniden getirilen bir eleştiri de, Abell 1835 IR1916 ve HUDF-JD2 gök adaları gibi kimi uzak uzay cisimlerinin yaşı ile daha genç kalan evrenin yaşı arasındaki uyumsuzluk konusundadır. Ancak çoğu zaman bu tür sorunlar kötü yaş öngörülerinden ileri gelmektedir.

Büyük Patlama’ya Göre Gelecek

Karanlık erkenin(enerji) varlığının anlaşılmasından önce, uzay bilimciler evrenin geleceğine ilişkin iki kurgu geliştirmişlerdi. Evrenin “kütle yoğunluğu” “kritik yoğunluk”tan büyük olduğu durumda, evren en büyük boyutuna ulaştıktan sonra çöküş sürecine girecekti. Daha yoğun ve daha sıcak olacak ve bu süreci “Büyük Çöküş” denilen, başlangıçtaki durumuna benzer bir durumla tamamlayacaktı. Bu kurguya seçenek olarak, evrendeki yoğunluk “kritik yoğunluğa” eşit veya bunun altında olduğu durumda genişleme yavaşlayacak, ancak asla durmayacaktı. Yıldızlararası gazlardaki yıldız oluşumu tüm gök adalarda duracak, yıldızlar ak cücelere, nötron yıldızlarına ve kara deliklere dönüşeceklerdi. Bunlar arasındaki çarpışmalar da yavaş yavaş kütle birikimlerinin oluşmasını, yani daha büyük kütleli cisimlerin oluşmasını ve giderek büyük kara delikler durumuna gelmeleri sonucunu doğuracaktı. Evrenin ortalama sıcaklığı “mutlak sıfır”a yaklaşacaktı(evrenin ısıl ölümü). Ayrıca proton kararsız kaldığı durumda baryonik madde arkasında yalnızca ışıma ve kara delikler bırakarak yok olacaktı. Sonunda kara delikler de “Hawking ışınımı” yayarak buharlaşacaklardı(yok olacaklardı). Böylece evrenin entropisi hiçbir örgütlü erke türünün kendisini kurtaramayacağı “evrenin ısıl ölümü” denilen bir noktaya tırmanacaktı.

Çağdaş “hızlı genişleme” gözlemleri şunu göstermektedir ki, bugünkü “görülür evren” yavaş yavaş “olay ufku”muzun ötesine kayacak ve erişim olanaklarımızın dışına çıkacaktır. Sonraki durum ya da sonuç bilinmemektedir. En gelişmiş Büyük Patlama tasarımı olan ΛCDM tasarımı, karanlık erkeyi bir “uzay bilimsel değişmez” biçimi olarak varsayar. Bu kuram ya da tasarı yalnızca gök adalar gibi sınırlı çekimsel düzenlerin birlikte kalabileceklerini varsayar ki, ısıl ölümden onlar da kaçamayacaklardır. Karanlık erkeye ilişkin, “Görünmez Erke” kuramları denilen başka açıklamalar ise sonunda gök ada kümelerinin, yıldızların, gezegenlerin, atomların vb.’nin sonsuza dek genişlemeyle ayrılacaklarını ileri sürmektedir. Buna Büyük Rip adı verilmektedir.

Kaynakça

ALİŞ, S.(2014) “Evrenin Evrimi” İstanbul Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü.

http://www.biltek.tubitak.gov.tr/etkinlikler/gozlem/presentations/EvreninEvrimi.pdf

http://www.fizikmakaleleri.com/2012/12/big-bang.html

http://www.hurriyet.com.tr/teknoloji/19498398.asp

http://www.gokgunce.net/2009/01/byk-patlamafakat-patlayan-neydi_08.html

http://tr.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCy%C3%BCk_Patlama

http://www.big-bang-theory.com/

http://www.slideshare.net/Esther020/the-big-bang-theory-40404458

http://www.space.com/25126-big-bang-theory.html

http://archive.wired.com/science/discoveries/news/2008/02/qa_turok

http://map.gsfc.nasa.gov/universe/bb_theory.html

BİR YANIT BIRAK

Lütfen yorumunuzu giriniz
Lütfen adınızı buraya giriniz