Big Bang (Büyük Patlama) Teorisi: Evrenin Başlangıcı

Evrenin kökeni, evrimi ve doğası yüzyıllardır insanlığı büyülemiş ve şaşırtmıştır. 20. yüzyıla dair önemli keşifler, evreni kavramsallaştırma ve inceleme biçimimiz olan kozmolojiyi şekillendirmiştir. Ancak günümüzde, evrenle ilgili birçok bilinmezi hala çözümleyebilmiş değiliz.

Kozmik Enflasyon

Yaklaşık 13,8 milyar yıl önce, bugün evrende gördüğümüz her şeyi oluşturan enerji, başlangıçta aklımızın alamayacağı derecede küçük bir alana sıkıştırılmıştı; bir kum tanesinden -hatta bir atomdan- çok daha küçüktü. Sonra, bu akıl almaz derecede sıcak ve yoğun kazan, saniyenin bir kesri kadar bir sürede, ışık hızından daha hızlı bir şekilde genişledi. Bu döneme kozmik enflasyon adı verildi. Ancak bilim insanları enflasyondan önce ne olduğundan veya onu neyin güçlendirdiğinden hala emin değil.

Büyük Patlama ve Nükleosentez

Kozmik enflasyon durduğunda, onu yönlendiren enerji, maddeye ve ışığa aktarıldı - Büyük Patlama. Büyük patlamadan bir saniye sonra, evren son derece sıcak (18 milyar derece Fahrenheit veya 10 milyar derece Santigrat) bir ışık ve parçacık ile ilkel bir çorba gibiydi. Oradan, kaosun içinden, bir düzen ortaya çıkmaya başladı. İlk şekillenen oluşumlar, kuarklar gibi atom altı parçacıklardı. Yaklaşık üç dakika sonra, evren 1 milyar °C'ye soğudu. Beş dakika sonra, günümüzün helyumunun çoğu oluşmuştu ve evren daha fazla element oluşumunun durması için yeterince genişlemiş ve soğumuştu. Ancak bu noktada, evren bu elementlerin atom çekirdeklerinin elektronları yakalayıp tam atomlar oluşturması için hala çok sıcaktı. Kozmos opaktı çünkü çok sayıda elektron ışığı dağıtan bir tür sis yaratmıştı. 

Rekombinasyon

Büyük patlamadan yaklaşık 380.000 yıl sonra evren, atom çekirdeklerinin elektronları yakalayabileceği kadar soğumuştu; gökbilimciler bu döneme rekombinasyon dönemi adını verdi. Bu durum, protonların ve nötronların füzyon yoluyla bir araya gelerek atomların yüklü çekirdekleri olan çekirdekleri oluşturmasına sebep oldu. Sonunda kozmos, elektronların çekirdeklerle birleşip ilk atomları oluşturması için yeterince soğudu. Daha sonra ise, ilk yıldızların oluşması ve karanlığı aydınlatması yüz milyonlarca yıl sürdü ve evren bugünkü gördüğümüz biçimine benzemeye başladı.

Diğer bir deyişle, bunun evren üzerinde iki büyük etkisi oldu. Birincisi, çoğu elektron artık atomlara bağlı olduğundan, ışığı tamamen dağıtacak kadar serbest elektron kalmamıştı ve kozmik sis dağıldı. Evren şeffaf hale geldi ve ilk kez ışık büyük mesafeler boyunca serbestçe seyahat edebildi. İkincisi, bu ilk atomların oluşumu kendi ışığını üretti. Bugün hala tespit edilebilen bu parıltıya kozmik mikrodalga arka planı denir. Bu, evrende gözlemleyebildiğimiz en eski ışıktır.

Karanlık Çağlar

Kozmik mikrodalga arka planından sonra evren, tüm bu hidrojen atomlarının emici etkileri nedeniyle daha kısa dalga boylarında dolayı tekrar opak hale geldi. Evren, sonraki 200 milyon yıl boyunca karanlık kaldı. Parlayacak yıldız yoktu. Bu noktada kozmos, hidrojen atomları, helyum ve eser miktarda daha ağır elementlerden oluşan bir denizden oluşuyordu.

İlk Yıldızlar

Gaz, evrende eşit olarak dağılmamıştı. Uzayın daha soğuk bölgeleri, daha yoğun gaz bulutlarıyla engebeliydi. Bu kümeler daha büyük kütlelere sahip oldukça, yerçekimleri ek madde çekiyordu. Daha yoğun ve daha kompakt hale geldikçe, bu kümelerin merkezleri daha sıcak hale geldi - sonunda merkezlerinde nükleer füzyon meydana gelecek kadar sıcaktı. Bunlar ilk yıldızlardı. Güneşimizden 30 ila 300 kat daha büyük ve milyonlarca kat daha parlaktı. Birkaç yüz milyon yıl boyunca, ilk yıldızlar ilk galaksilerde toplandı.

Yeniden İyonlaşma

İlk başta yıldız ışığı, ilk yıldızları çevreleyen nispeten yoğun gaz tarafından dağıtıldığı için çok uzağa gidemiyordu. Yavaş yavaş, bu yıldızların yaydığı ultraviyole ışık, gazdaki hidrojen atomlarını parçaladı ve bileşen elektronlarına ve protonlarına iyonlaştırdı. Bu yeniden iyonlaşma ilerledikçe, yıldız ışığı daha uzağa giderek daha fazla hidrojen atomunu parçaladı. Evren 1 milyar yaşına geldiğinde, yıldızlar ve galaksiler neredeyse tüm bu gazı dönüştürdü ve evreni bugün gördüğümüz gibi ışığa şeffaf hale getirdi.

Einstein'ın Uydurma Faktörü

Peki, bütün bunları nasıl biliyoruz? Genel görelilik, uzay, zaman ve yer çekiminin evren boyunca nasıl işlediğini açıklar. Albert Einstein, çığır açan bu teoriyi 1915'te ortaya atmıştır. Ancak denklemleri inceleyen ve şaşırtıcı bir keşif yapan başka bir fizikçi, Alexander Friedmann, göreliliğin doğal olarak genişleyen veya küçülen bir kozmosu tanımladığını buldu. Düşündüğü bir olasılık, bugün gözlemlediğimiz her şeyin tek bir sonsuz yoğunluk noktasından genişlemiş olmasıydı. Friedmann'ın 1922'de yayınlanan çalışması büyük ölçüde göz ardı edildi. Beş yıl sonra tarih kendini tekrar etti ve Belçikalı rahip ve astronom Georges Lemaître, evrenin 'ilkel bir atomdan' türediği sonucuna vardı. Friedmann gibi Lemaître de göz ardı edildi.

Sonuç olarak, birçok bilim insanını genişleyen bir evrende yaşadığımıza ikna etmek için, teoriler değil ölçümler gerekiyordu. Astronom Edwin Hubble, galaksimizin tek olmadığını keşfetmesiyle zaten dünya çapında ünlüydü. 1929'daki sonraki gözlemleri, tüm galaksilerin bizden uzaklaştığını ve uzaklaştıkça daha hızlı hareket ettiğini kanıtladı. Bu kanıt Einstein için bir şoktu. Daha sonra denklemlerinin, onları yazdığında evrenin ya genişlediğini ya da daraldığını gösterdiğini bildiğini itiraf etti. Ancak o zamanlar bunun doğru olabileceğine inanmıyordu. Bu yüzden kozmosu yerinde tutmak için ‘kozmolojik sabit’ adı verilen bir terim ekledi.

Artan kanıtlara rağmen, diğerleri onlarca yıl daha sabit bir evrene tutundu: 1964'te kazara keşfedilen kozmik mikrodalganın arka planı. Robert Wilson ve Arno Penzias, ABD, New Jersey'de süper hassas bir radyo anteninde çalışıyordu. Bunu ise Samanyolu'nun etrafındaki bir hidrojen halesini tespit etmek için kullanıyorlardı. Ancak araştırmacılar, anteni doğrulttukları her yerde, gece veya gündüz, her zaman hafif bir uğultu olduğunu buldu. Bir yıl boyunca, birçok olası gürültü kaynağını kontrol edip yazdılar ve emin olmak için kabloları test ettiler. Ekipmanın parçalarını yeniden inşa ettiler ve hatta güvercinleri antenden kovdular. Yine de uğultu devam etti. Sonunda, fizikçi Robert Dicke uğultuyu keşfetti ve bunu büyük patlamanın fısıltısı olarak yorumladı: kozmik mikrodalga arka plan.

Kozmik mikrodalga arka plan, evrenin doğumundan kalan ve tüm kozmosu kaplayan enerjidir. Büyük patlamadan 380.000 yıl sonra gelen soluk bir kalıntı parıltısı, ışıkla görebildiğimiz en uzak noktadır. Bilim insanları çeşitli sondalar kullanarak, bu kalan radyasyonu onlarca yıldır inceledi. En son 2009 ve 2013 yılları arasında, Planck uzay aracı tüm gökyüzünde sıcaklığındaki küçük farklılıkları aradı. Sonuç olarak bu sıcaklık dalgalanmaları, günümüz yıldızlarının ve galaksilerinin büyüdüğü tohumların izleri olduğu anlaşıldı.

Gelecek

Uzun yıllar boyunca, bilim insanları evrenin mevcut genişlemesinin yavaşladığını düşündü. Ancak aslında kozmik genişleme hızlanıyordu. 1998'de, gökbilimciler belirli süpernovaların, parlak yıldız patlamalarının beklenenden daha sönük olduğunu buldu. Sonuç olarak, bunun ancak ve ancak süpernovalar tahmin edilenden daha hızlı bir oranda daha uzağa hareket etmişse olabileceği kararına vardılar.

Şu an bilim insanları karanlık enerji adını verdikleri gizemli bir maddenin genişlemeyi hızlandırdığından şüpheleniyor. Kozmologlar ise, evrenin sonsuza dek genişlemeye devam etmesinin muhtemel olduğunu öne sürüyor. Anlayacağınız üzere, gelecekteki yeni araştırmalar ile şaşırtıcı sürprizler bizi bekliyor.

Kaynakça

1. https://science.nasa.gov/universe/the-big-bang/
2. https://www.iop.org/explore-physics/big-ideas-physics/big-bang

Görsel İçerik

1. Way over Thailand, © Matipon Tangmatitham; Hubble at telescope, courtesy of NASA; George LeMaitre illustration by Amanda Duffy © AMNH; Icon illustrations by Daryl Collins © AMNH.
2. https://pin.it/2o1a27Iup