Temelleri

Şiddetli Büyük Patlama Kuramı, Evren'imizin kökeni ve oluşumuna ilişkin yaygın kabul gören bir teoridir. Bu kuram, iki benzer sütun üzerine dayanmaktadır:

Genel Görelilik Kuramı: Seksen yılı aşkın bir süre önce, Einstein, Evren'de kütlenin dağılımının uzayın geometrisini nasıl belirlediğini betimleyen bu kuramı ileri sürmüştür. Başlangıçta, Kuram, Merkür'ün yörüngesindeki özellikleri ve Güneş'ten gelen ışığın kırılmasını izah etmekteydi. Son yıllarda, kuram bir dizi özenli testten geçmiştir.
Büyük ölçeklerde, maddenin Evren'de dağılımı hemen hemen yeknesaktır. Bu varsayım, hem galaksi incelemeleriyle hem de kozmik mikrodalga fon ışınımlarındaki dalgalanmaların düşük seviyesi ile teyit edilmiş gibi görünmektedir.
Şiddetli Büyük Patlama Kuramı'nda, gözlemlenebilir Evren, kabaca on ya da yirmi milyar yıl önce, aniden genişleyen bir nokta ile başlamıştır. O zamandan beri Evren, gittikçe Galaksimiz ve dış gezegenler arasındaki mesafeyi arttırarak genleşmeye devam etmiştir.
Evren'in genişlemesi, ışık ışınlarını mavi ışığı kırmızı ışığa ve kırmızı ışığı da kızılötesi ışığa dönüştürerek "uzatmaktadır". Bu yüzden, hızla bizden uzaklaşmakta olan uzak galaksiler daha kırmızı görünürler. Bu genleşme aynı zamanda mikrodalga fon ışınımını da soğutur. Böylece, bugün 2,728 Kelvin'lik bir sıcaklığa sahip olan kozmik mikrodalga fon ışınımı ilk Evren'de daha sıcaktı.

Kütle çekimi Evren'in genleşmesini yavaşlatmaktadır. Eğer Evren yeterince yoğun ise, Evren'in genleşmesi sonunda tersine olacaktır ve Evren çökecektir. Eğer yoğunluk yeterince yüksek değilse, o zaman genleşme sonsuza dek devam edecektir. Bu yüzden, Evren'in yoğunluğu kendi nihai kaderini belirleyecektir.

Büyük Patlama Kuramı'nın Testleri

Şiddetli Büyük Patlama Kuramı çok sayıda önemli gözlem ile tutarlıdır:

Evren'in gözlemlenebilir genleşmesi,

Evren'in ilk üç dakikasında birincil olarak bireşimli olduğu düşünülen üç element olan helyum, döteryum ve lityumun gözlemlenebilir bolluğu,

Kozmik mikrodalga fon ışınımının termal (ısıl) tayfı,

Kozmik mikrodalga fon ışınımları uzak gaz bulutlarında daha sıcak görünmektedir. Işık sonlu bir hızla yol aldığından, biz bu uzak bulutları Evren'in tarihinde daha yoğun ve bu yüzden daha sıcak olduğu önceki bir zamanda görürüz.

Büyük Patlama Kuramının Ötesinde

Mevcut şekliyle, Büyük Patlama Kuramı tam değildir. Bu kuram;

Galaksilerin kaynağını ve galaksilerin gözlenebilir büyük ölçekli kümelenmelerini,

Maddenin çok büyük ölçeklerde yeknesak dağılımının kaynağını açıklamamaktadır.

Birçok Evren bilimci, Büyük Patlama Kuramı'nın bir uzantısı olan, Şişirme Kuramı'nın (Inflation Theory) bu soruları cevaplayabileceğinden şüphe etmektedirler.

Evrenin Genişlemesi ve Big Bang Gerçeği

20. yy. ile birlikte astronomi alanında çok büyük gelişmeler yaşanmaya başlandı. İlk olarak 1922 yılında Rus fizikçi Alexandre Friedmann evrenin durağan bir yapıya sahip olmadığını keşfetti. Einstein'in genel görecelik kuramından yola çıkan Friedmann, en ufak bir etkileşimin evrenin genişlemesine veya büzüşmesine yol açacağını hesapladı. Belçika'nın en ünlü gök bilimcilerinden Georges Lemaitre ise bu hesabın önemini fark eden ilk kişi oldu. Onun bu hesaplamalardan yaptığı çıkarım, evrenin bir başlangıcı olduğu ve bu başlangıçtan itibaren sürekli genişlediğiydi. Lemaitre'in söylediği çok önemli bir şey daha vardı: Ona göre bu başlangıç anındaki patlamadan arta kalan bir radyasyon olmalıydı ve bu saptanabilirdi. Lemaitre ilk başlarda bilimsel çevrelerde çok büyük destek bulmayan bu açıklamalarının doğruluğundan emindi. Zaten evrenin genişlediğine dair başka kanıtlar da birer birer ortaya çıkıyordu. Bu sıralarda Edwin Hubble isimli Amerikalı astronom kullandığı dev teleskopla gökyüzünü incelerken yıldızların, uzaklıklarına bağlı olarak kızıl renge doğru kayan bir ışık yaydıklarını saptadı. Hubble, California Mount Wilson gözlem evinde yaptığı bu buluşuyla sabit durum teorisini ortaya atan ve yıllardır savunan tüm bilim adamlarına da meydan okuyor, mevcut evren anlayışını temelden sarsıyordu.
Hubble'ın bu tespiti, gözlemin yapıldığı noktaya doğru hareket eden ışıkların tayfının mor yöne doğru, gözlemin yapıldığı noktadan uzaklaşan ışıkların tayfının da kızıl yöne doğru kaydığı fiziksel gerçeğine dayanıyordu. Yani California Mount Wilson gözlem evinden izlenen gök cisimleri dünyamızdan uzaklaşmaktaydılar. Bu gözlemlerin devamı yıldız ve galaksilerin sadece bizden değil, birbirlerinden de uzaklaştıklarını ortaya koyuyordu. Tüm bu gök cisimlerinin birbirlerinden uzaklaşmaları evrenin genişlemekte olduğunu bir kez daha kanıtlıyordu. Bu gelişmelerle ilgili ilginç bir saptamayı David Filkin'in "Stephen Hawking's Universe" isimli kitabından aktaralım:
"… Lemaitre iki yıla kalmadan ummaya cesaret edemediği bir haber aldı. Hubble galaksilerden gelen ışığın kızıla doğru kaydıklarını gözlemlemişti ve Doppler etkisine göre bu evrenin genişlediği demekti. Artık yalnızca bir zaman sorunuydu. Einstein zaten Hubble'ın çalışmalarıyla ilgileniyordu ve Mount Wilson Gözlem evinde kendisini ziyaret etmek niyetindeydi. Lemaitre de aynı sıralarda California Teknoloji Enstitüsü'nde bir konferans vermeyi ayarladı ve Einstein ile Hubble'ı birlikte bir köşeye sıkıştırmayı başardı. Kendisinin "ilk atom" kuramını adım adım anlatarak tüm evrenin "dünü olmayan bir günde" yaratıldığını söyledi. Gereken bütün matematik hesaplarını yapmıştı. Lemaitre sözünü bitirdiğinde kulaklarına inanamadı. Einstein ayağa kalkmış ve o anda duyduklarının "o güne kadar dinlediği en güzel ve en tatmin edici yorum" olduğunu bildirmiş" ve "kozmolojik sabiti yaratmanın yaşamının en büyük hatası olduğunu" itiraf etmişti.

İşte dünyanın gelmiş geçmiş en önemli bilim adamı sayılan Einstein'ı ayağa fırlatan bu gerçek evrenin bir başlangıcı olduğu gerçeğiydi.

Evrenin genişlemesiyle ilgili yapılan gözlemler arttıkça yeni iddialar da birbirini izliyordu. Bu gerçekten yola çıkan bilimadamları, Lemaitre'in de söylediği gibi, zamanda geriye doğru gittiklerinde sürekli küçülen, küçülen ve sonunda bir nokta kadar kalan bir evren modeliyle karşı karşıya kaldılar. Matematiksel hesaplamalar, evrenin tüm maddesini içinde barındıran bu "tek nokta"nın, korkunç çekim gücü nedeniyle "sıfır hacme" sahip olacağını gösterdi. Evren, sıfır hacme sahip bu noktanın patlamasıyla ortaya çıkmıştı ve bu patlamaya "Big Bang" (Büyük Patlama) adı verildi.

Big Bang'in gösterdiği önemli bir gerçek vardı: Sıfır hacim "yokluk" anlamına geldiğine göre, evren "yok" iken "var" hale gelmişti. Bu ise, evrenin bir başlangıcı olduğu anlamına geliyor ve böylece materyalizmin "evren sonsuzdan beri vardır" varsayımını geçersiz kılıyordu.


Delilleriyle Büyük Patlama

Evrenin büyük bir patlama sonrasında oluşmaya başladığı gerçeğinin kesinlik kazanması üzerine astrofizikçiler araştırmalarını hızlandırdılar. George Gamov'a göre evrenin bu patlama ile oluşması durumunda, patlamadan arta kalan ve evrenin her yanına eşit şekilde dağılmış bulunan bir radyasyonun olması gerekiyordu.

Bu varsayımı takip eden yıllarda tüm bilimsel buluşlar bütünüyle Big Bang'i doğrular şekilde birbirini izledi. 1965 yılında Arno Penzias ve Robert Wilson adlı iki araştırmacı bu dalgaları bir rastlantı sonucunda keşfettiler. "Kozmik Fon Radyasyonu" adı verilen bu radyasyon, uzaydaki belli bir kaynaktan yayılan herhangi bir radyasyondan farklıydı. Olağanüstü bir eş yönlülük sergiliyordu. Başka bir ifade ile yerel kökenli değildi, yani belirli bir kaynağı yoktu, evrenin tümüne dağılmış bir radyasyondu. Böylece uzun süredir evrenin her yerinden eşit ölçüde ısı dalgası şeklinde tesbit edilen bu radyasyonun, Big Bang'in ilk dönemlerinden kalma olduğu ortaya çıktı. Üstelik bu rakam bilim adamlarının önceden öngördükleri rakama çok yakındı. Penzias ve Wilson, Big Bang'in bu ispatını deneysel olarak ilk gösteren kişiler oldukları için Nobel Ödülü kazandılar.

George Smoot ve NASA'daki ekibinin, Penzias ve Wilson'ın ölçümlerini doğrulaması uzaya gönderilen COBE uydusu sayesinde, yalnızca sekiz dakika sürdü. Uyduda bulunan hassas tarayıcıların elde ettikleri sonuçlar Big Bang için yeni bir zaferi de beraberinde getiriyordu. Tarayıcılar Big Bang'in ilk anlarındaki sıcak ve yoğun ortamın kalıntılarının gerçekliğini doğruluyorlardı. COBE Big Bang'in doğruluğunu delilleriyle onaylamıştı ve bilim çevreleri bu açık gerçeği kabul etmek durumundaydılar.

Bir başka delil ise uzaydaki hidrojen ve helyum gazlarının miktarının hesaplanmasıyla ortaya çıktı. Buna göre evrendeki hidrojen-helyum gazlarının oranı, Big Bang'den arta kalan hidrojen-helyum oranının teorik olarak hesaplanan miktarıyla büyük bir benzerlik gösteriyordu.

Bu delillerin ortaya çıkması, Big Bang'in bilim dünyasında kesin kabul görmesiyle sonuçlandı. Ünlü bilim dergisi Scientific American, 1994 yılının Ekim ayı sayısında "Big Bang modeli yüzyılımızın kabul görmüş tek modeli" diyordu.

Uzun yıllar boyunca "sonsuz evren" fikrini savunan isimlerden de itiraflar birer birer geliyordu. Fred Hoyle ile birlikte uzun yıllar sabit durum teorisini savunan Dennis Sciama, Big Bang gerçeği karşısında düştükleri içler acısı durumu şöyle anlatır:

Sabit durum teorisini savunanlarla, onu test eden ve bence onu çürütmeyi uman gözlemciler arasında, bir dönem çok sert çekişme vardı. Bu dönemde ben de bir rol üstlenmiştim. Çünkü gerçekliğine inandığım için değil, gerçek olmasını istediğim için 'sabit durum' teorisini savunuyordum. Teorinin geçersizliğini savunan kanıtlar ortaya çıkmaya başladıkça Fred Hoyle bu kanıtları karşılamada lider rol üstlenmişti. Ben de yanında yer almış, bu düşmanca kanıtlara nasıl cevap verilebileceği konusunda fikir yürütüyordum. Ama kanıtlar biriktikçe artık oyunun bittiği ve sabit durum teorisinin bir kenara bırakılması gerçeği ortaya çıkıyordu.


Big Bang'in Zaferi

1948 yılında George Gamov, Georges Lemaitre'in hesaplamalarını geliştirdi ve Big Bang'e bağlı olarak yeni bir tez ortaya sürdü. Buna göre evrenin büyük patlama ile oluşması durumunda, evrende bu patlamadan arta kalan belirli oranda bir radyasyonun olması gerekiyordu. Üstelik bu radyasyon evrenin her yanında eşit olmalıydı.
"Olması gereken" bu kanıt çok geçmeden bulundu. 1965 yılında Arno Penzias ve Robert Wilson adlı iki araştırmacı bu dalgaları bir rastlantı sonucunda keşfettiler. "Kozmik Fon Radyasyonu" adı verilen bu radyasyon uzayın belli bir tarafından gelen radyasyondan farklıydı. Olağanüstü bir eşyönlülük sergiliyordu. Başka bir ifade ile yerel kökenli değildi, yani belirli bir kaynağı yoktu, evrenin tümüne dağılmış bir radyasyondu. Böylece uzun süredir evrenin her yerinden eşit ölçüde alınan ısı dalgasının, Big Bang'in ilk dönemlerinden kalma olduğu ortaya çıktı. Üstelik bu rakam bilimadamlarının önceden öngördükleri rakama çok yakındı. Penzias ve Wilson, Big Bang'in bu ispatını deneysel olarak ilk gösteren kişiler oldukları için Nobel Ödülü kazandılar.
1989 yılına gelindiğinde ise, George Smoot ve onun Nasa Ekibi, Kozmik Geriplan Işıma Kaşifi Uydusu'nu (COBE) uzaya gönderdiler. Bu gelişmiş uyduya yerleştirilen hassas tarayıcıların, Penzias ve Wilson'ın ölçümlerini doğrulaması yalnızca sekiz dakika sürdü. Sonuçlar, tarayıcıların kesinlikle evrenin başlangıcındaki büyük patlamanın sıcak, yoğun konumunun kalıntılarını gösterdiğini kanıtladı. Çoğu bilimadamı COBE'nin başarısını Big Bang'in olağanüstü bir şekilde onaylanması olarak yorumladı.
Big Bang'in bir diğer önemli delili ise, uzaydaki hidrojen ve helyum gazlarının miktarı oldu. Günümüzde yapılan ölçümlerde anlaşıldı ki, evrendeki hidrojen-helyum gazlarının oranı, Big Bang'den arta kalan hidrojen-helyum oranının teorik hesaplanmasıyla uyuşuyordu. Eğer evren, bir başlangıcı olmadan, sonsuzdan geliyor olsaydı, evrendeki hidrojen tamamen yanarak helyuma dönüşmüş olurdu.
Tüm bunlarla birlikte Big Bang bilim dünyasında kesin bir kabul gördü. Scientific Americandergisinin Ekim 1994 sayısındaki bir makaleye göre, evren sürekli, düzenli olarak genişliyordu ve Big Bang modeli yüzyılımızın kabul görmüş tek modeliydi.
Fred Hoyle ile birlikte uzun yıllar sabit durum teorisini savunan Dennis Sciama, ardı ardına gelen ve Big Bang'i ispatlayan tüm bu deliller karşısında içine düştükleri durumu şöyle anlatır:
Sabit durum teorisini savunanlarla onu test eden ve bence onu çürütmeyi uman gözlemciler arasında, bir dönem çok sert çekişme vardı. Bu dönem içinde ben de bir rol üstlenmiştim. Çünkü gerçekliğine inandığım için değil, gerçek olmasını istediğim için 'sabit durum' teorisini savunuyordum. Teorinin geçersizliğini savunan kanıtlar ortaya çıkmaya başladıkça Fred Hoyle bu kanıtları karşılamada lider rol üstlenmişti. Ben de yanında yer almış, bu düşmanca kanıtlara nasıl cevap verilebileceği konusunda fikir yürütüyordum. Ama kanıtlar biriktikçe artık oyunun bittiği ve sabit durum teorisinin bir kenara bırakılması gerçeği ortaya çıkıyordu.

h.yahya