Bilim Big Bang Anını Enflasyon Teorisiyle Anlamak

Big Bang Anını Enflasyon Teorisiyle Anlamak

1265
0
Paylaş

Günümüzde evrenimizin %5’lik bir hata payıyla 13.82 milyar yıl önce Big Bang1 diye adlandırdığımız bir olayla var olduğunu kabul ediyoruz. Bu teori eski durağan (statik) evren bakış açısına göre muazzam başarılar kaydetmiş ve deneysel olarak birçok yönden kanıtlanmış olsa da bazı ciddi sorularımıza yanıt verememesi enflasyon teorisinin temelini hazırlamıştır. Big Bang teorisi patlamadan sonra neler olduğunu açıklar ancak patlamaya neyin yol açtığı ile ilgili bilgi vermez. Ayrıca tüm maddenin başlangıçtaki varlığını varsayarken bu maddenin nereden geldiğini söyleyemez. Kısacası Alan Guth’un ifadesiyle bu teori neyin patladığını, neden patladığını veya patlamadan önce ne olduğuyla ilgili herhangi bir bilgi vermez. Enflasyon teorisi bu tip ciddi sorularımıza yanıtlar vermesi nedeniyle çok önemlidir.

Enflasyon teorisi karşılaştığı zor sorulara cevap ararken bazı fizik kanunlarını anlayış şeklimizi de değiştirmiştir. Bunlardan birisi kütle çekimsel itme dediğimiz kavramdır. Sezgilerimiz bize kütle çekiminin her zaman çekici olduğunu ve evrenimizdeki tüm gökcisimlerinin bu sayede kozmik dansına devam ettiğini söyler. Albert Einstein 1917’de evrenin statik olduğunu (genişlemediğini) düşündüğü için kütle çekiminin evrenin çöküşüne neden olacağını sezip meşhur kozmolojik sabitini öne sürmüştür. İlk defa bu sabit kütle çekiminin her zaman çekici olmadığını, itici de olabileceğini göstermiştir. Genel görelilik ve modern parçacık fiziğinin kombinasyonu yüksek enerji seviyelerinde madde formlarının kütle çekimsel itme yaratabileceğini öne sürer. Newton fiziğinin aksine genel görelilik basıncın ve enerji yoğunluğunun kütle çekimsel alan üretebileceğini söyler (Newton fiziğinde bu alanları sadece kütle yoğunlukları yapabilir). Bu yüzden pozitif basınç çekici kütle çekimi alanı üretirken, negatif basınç itici kütle çekimi üretir.

Enflasyon teorisine göre erken evren döneminde 10-28 cm büyüklüğünde itici bir kütle çekimi materyali bulunmaktaydı. Evrenin doğduğu an tekrar içine çöküşünü engelleyen bu itme Big Bang’in arkasındaki itici kuvvetti. Bu itme evreni her 10-37 saniyede bir kendi boyutunun iki katına çıkaracağı üstel (eksponansiyel) genişlemesine neden oldu. Bu materyal ilk boyutunun en az 1028 katına çıkana kadar genişledi (yaklaşık 100 kez ikiye katlanma). Enflasyon yaklaşık 10-35 saniye sürdü ve durduğunda evrenin boyutu bir bilye kadardı. İtici kütle çekimi materyali stabil değildi ve tıpkı radyoaktif bir madde gibi bozundu. Bu bozunma gelecekte sıradan parçacıkları, sıcak, yoğun ilkel çorbayı üretecek olan enerjiyi yarattı ve konvansiyonel kozmoloji başlamış oldu.

Enflasyon teorisinin bir diğer sezgilerimize ters olan ve fizik yasalarına da aykırı gibi gözüken özelliği de itici kütle çekimi materyalinin yoğunluğunun materyal genişledikçe azalmamasıdır. Bu özellik enerjinin korunumu yasasına ihlal gibi gözükür, ancak burada da teori şunu öne sürer. Madde formundaki enerji pozitifken,  mevcut kütle çekimi alanlarının enerjisi negatiftir ve evrenin toplam enerjisi sıfırdır, yani enerji korunur. Alan Guth’un ifadesiyle evren esasında bedava bir öğle yemeği gibidir. Çünkü evrenin oluşabilmesi için herhangi bir enerjiye gerek yoktur.

ENFLASYON TEORİSİNE KANITLAR

Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması

Kozmik arka plan ışımasına baktığımızda evrenin Big Bang’den yaklaşık 400.000 yıl sonrasının neye benzediğini inceleriz. Dikkatimizi çeken ilk şey büyük skaladaki eşit dağılımdır  (uniformity). Peki, ama bu eşit dağılımın nedeni nedir? Alan Guth bu durumu açıklarken erken evreni bir konferans salonuna benzetiyor. Nasıl ki bir salonda hava karışımı molekülleri eşit dağılıyor ve salonun bir köşesine toplanıp bizi havasız bırakmıyorsa, erken evren döneminde enflasyon başlamadan önce dağılım küçük bir alanda sağlanır. Ardından enflasyon başlar ve bu bölgeyi bizim şuan gördüğümüz eşitliği içerecek şekilde genişletir.                   

 

Düz Erken Evren

Genel göreliliğe göre evren geometrisi kütle yoğunluğu tarafından belirlenir. Bu oran  (omega) mevcut kütle yoğunluğunun kritik kütle yoğunluğuna bölünmesiyle elde edilir. Omega 1’den küçükse evren açık geometriye sahiptir, eşitse evren düzdür, büyük olduğu durumda evren kapalıdır. Alan Guth kritik yoğunluğa sahip bir evreni dik duran bir kaleme benzetiyor. Eğer erken evrendeki omega çok az bir farkla 1’den düşükse hızlı bir şekilde sıfıra düşer ve galaksilerin oluşmasına imkân vermez. Eğer az bir farkla 1’den büyükse hızlıca sonsuza kadar artar ve evren kendi içine çöker.

Omega Neden Big Bang’den bu yana mükemmel bir şekilde 1’dir?

Bu soruya verilebilecek cevaplardan birisi çok basittir. Bizim bugün burada olmamız ve bu konuları sorgulayabilmemiz için mutlak bir şekilde omega bir olmalıdır. Kısacası 1’dir çünkü öyle olmalıdır. Ancak bu çözüm bilimsel değildir ve bu çözümle yetinemeyiz. Bilimsel perspektiften baktığımızda konvansiyonel kozmoloji de bu sorunu çözemez, ancak enflasyon teorisi yeniden işin içinden çıkmayı başarır. Omega başlangıçta herhangi bir değere sahip olabilir. Ancak enflasyon, kütle çekimini itici hale getirdiğinden omeganın evrimini de değiştirir ve çok hızlı bir şekilde 1’e yaklaşmasına zorlar. Bugün bile evren kritik yoğunluğa sahip olmalıdır. 1998’e kadar gözlemler omeganın 0.2 ile 0.3 değerleri arasında olduğunu saptıyorlardı ve bu durum Enflasyon Teorisi’nin hak ettiği konuma gelişini engelliyordu. Alan Guth, astronomların kendisiyle bir yemek sırasında küçümser bir şekilde enflasyonun güzel bir teori olduğunu ancak doğru olmadığını ve ciddi değişiklikler yapılması gerektiğini söylediklerini aktarıyor. Ancak Planck uydusundan gelen son gözlemler teorik değerin on binde 65’lik bir hata payıyla doğru olduğunu kanıtlamıştır. 1998’e kadar yapılan gözlemlerin yanlış omega değeri vermesinin nedeni evrenin ivmelenerek artışına neden olan karanlık enerjinin bilinmiyor oluşu ve dolayısıyla hesaba katılmamasıydı.

Yazar Notları

1 Big Bang teriminin Türkçe dilinde büyük patlama çevirisinin doğru olmadığını düşündüğüm için makale boyunca İngilizce orijinalini kullanmayı tercih ettim. Ayrıca Türkçe diline geçmiş ancak Türkçe haliyle makalede anlam kargaşasına neden olabilecek kelimelerinin İngilizcesini parantez içinde belirtmenin okuyucu için kolaylık olacağını düşünüyorum.

 Kaynak

The Inflationary Universe: The Quest for a New Theory of Cosmic Origins (Alan Guth)

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here