Merak Ettikleriniz
Büyük Patlama Nedir?
Mahir E. Ocak
B
üyük Patlama evrenin başlangıcını ve zamanla gelişimini açıklayan koz-molojik modeldir. Kozmik artalan ışıma-sı, evrenin büyük ölçekteki yapıışıma-sı, Hubble yasası ve evrende hafif elementlerin bollu-ğu da dahil olmak üzere pek çok fiziksel olguyu başarıyla açıklar.Yirminci yüzyılın başlarında gözlemler evrenin genişlediğini gösterdikten son-ra öne sürülmüş iki ana kozmolojik mo-del vardı. Fred Hoyle tarafından öne sürü-len durağan evren hipotezine göre evren genişledikçe yeni madde oluşuyordu. Bu modele göre evren herhangi bir anda ka-baca aynı kalıyordu. Her ne kadar bu mo-del uzun bir süre Büyük Patlama’ya alter-natif bir kuram olarak görülse de gözlem-lerle yanlışlandı.
Evrenin genişlemesinin geçmişte tüm maddenin tek bir noktada yoğunlaştığı-na işaret ettiği ilk olarak Georges Lemaître tarafından öne sürülmüştü. Büyük Pat-lama olarak adlandırılan bu kozmolo-jik model daha sonraları özellikle George Gamow’un çalışmalarıyla gelişti.
Büyük Patlama modeline göre evrenin gelişimi birkaç aşamaya bölünebilir. Genel görelilik denklemleri kullanılarak yapılan geriye dönük hesaplara göre başlangıçta yoğunluğu ve sıcaklığı sonsuz olan bir te-killik vardı. Büyük Patlama modeline gö-re evgö-ren bu tekilliğin yaklaşık 13,8 milyar yıl önce genişlemeye başlamasıyla meyda-na geldi. Büyük Patlama terimi genellikle evrenin doğumu olarak adlandırılabilecek bu aşamayı anlatmak için kullanılır. Şunu not edelim ki Büyük Patlama uzay içeri-sinde bir patlama değil, uzayın genişleme-sidir. Bu durumun tam olarak ne anlama geldiğiyle ilgili detaylı bir yazıya http://bi- limgenc.tubitak.gov.tr/makale/evrenin-genislemesi-ne-anlama-geliyor adresin-den ulaşabilirsiniz.
Büyük Patlama’dan hemen sonra evre-nin durumunun nasıl olduğu tartışma ko-nusudur. Ancak pek çok modele göre ilk anlarda evren homojen, çok yoğun ve çok
sıcaktı. Bugün evrenin çok büyük ölçek-lerdeki homojen yapısının bu ilkel homo-jen evrenin hızla şişmesinin sonucu oldu-ğu düşünülüyor. Şişme aşaması sonlan-dığında evren büyük ölçüde kuark-gluon plazmasından oluşuyordu. Bu aşamadan sonra evren soğumaya başladı.
Patlamadan yaklaşık 10-6 saniye
son-ra kuarklar ve gluonlar bir ason-raya gelerek protonlar ve nötronları oluşturdu. Bu sı-rada evrenin sıcaklığı yeni proton, an-ti-proton çiftlerinin oluşması için yeter-li olmadığı için protonlar ve anti-proton-lar Einstein’ın ünlü E=mc2 formülüne
gö-re birbirlerini yok edegö-rek enerjiye dönüş-meye başladı. Süreç tamamlandığında ge-riye sadece başlangıçtaki protonların ve nötronların on milyarda biri kalmış, anti-protonlar ve anti-nötronlarsa yok olmuş-tu. Evren yaklaşık 1 saniye yaşındayken benzer bir süreç elektronlar ve pozitronlar arasında da yaşandı. Büyük Patlama’dan birkaç dakika sonra evrenin sıcaklığı yak-laşık 1 milyar Kelvin’e düştükten sonra dö-teryum ve helyum çekirdekleri oluşmaya başladı. Ancak protonların (hidrojen ato-mu çekirdeklerinin) büyük bir kısmı hâlâ serbestti. Elektronların bu atom çekirdek-lerine bağlanarak kararlı atomları oluştur-ması ancak 379.000 yıl sonra mümkün olacaktı. Çünkü daha önceleri evrenin sı-caklığı ve dolayısıyla kozmik radyasyon-daki fotonların enerjisi kararlı atomların uzun süre var olmasına imkân vermeye-cek kadar yüksekti.
Büyük Patlama’nın ürettiği atomların büyük çoğunluğu hidrojen ve helyumdu. Ayrıca az miktarda lityum da oluşmuştu. Daha ağır elementlerse Büyük Patlama’nın ürettiği elementlerin zamanla kütleçekimi etkisiyle bir araya gelerek yıldızları ve gö-kadaları oluşturmasından sonra ya yıldız-lar içerisinde ya da süpernova patlamayıldız-ları sırasında sentezlenmişlerdir.
Büyük parçacık hızlandırıcılarda yapı-lan deneylerde evrenin ilk zamanlarında-ki koşullar oluşturularak Büyük Patlama modeliyle ilgili pek çok ayrıntı doğrulana-biliyor. Ancak Büyük Patlama’dan hemen sonraki yüksek enerji yoğunluklarına ula-şılamadığı için evrenin ilk anlarıyla ilgili detaylar hâlâ tartışma konusu.
Peki Büyük Patlama’yla oluşan evren gelecekte nasıl değişecek? Karanlık ener-jinin (bkz. http://bilimgenc.tubitak.gov. tr/makale/karanlik-enerji-nedir) varlığı-na işaret eden gözlemler yapılmadan ön-ce bu konuyla ilgili iki ayrı senaryo var-dı. Eğer evrendeki madde yoğunluğu kri-tik madde yoğunluğu olarak adlandırılan bir değerden yüksekse genişleme giderek yavaşlayacak ve sonunda duracaktır. Daha sonra evren küçülmeye başlayacak ve gi-derek daha yoğun ve daha sıcak hale gele-cektir. Büyük Çökme olarak adlandırılan bu senaryoya göre evren başlangıç duru-mundakine benzer bir tekillikle sonlana-caktır. Diğer taraftan eğer evrenin madde yoğunluğu kritik madde yoğunluğundan azsa genişleme giderek yavaşlayacak an-cak hiçbir zaman durmayaan-caktır. Zaman-la yeni yıldız oluşumZaman-ları duracak, ölen dızlardan geriye beyaz cüceler, nötron yıl-dızları (bkz. http://bilimgenc.tubitak.gov. tr/makale/notron-yildizi-nedir ) ve kara-delikler (bkz. http://bilimgenc.tubitak.gov.
Bilim ve Teknik Kasım 2016
merak.ettikleriniz@tubitak.gov.tr
53
tr/makale/karadelik-nedir ) kalacaktır. Büyük Don-ma olarak adlandırılan bu senaryoya göre evrenin ortalama sıcaklığı giderek sıfıra yaklaşacaktır. Ayrı-ca şunu da not edelim ki eğer bazı büyük birleşik ku-ramlar tarafından iddia edildiği gibi protonlar karar-sızsa zaman içerisinde bütün protonlar ve nötronlar yok olacak geriye sadece radyasyon ve karadelikler kalacaktır. Karadeliklerin de ışıma yaparak buharlaş-masıyla (bkz. http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/maka-le/hawking-isimasi) ısıl ölüm gerçekleşecektir.
Genişleme hızının giderek arttığını gösteren göz-lemlerden sonra evrenin geleceğiyle ilgili yeni senar-yolar öne sürüldü. Bugün genişleme hızındaki artış karanlık enerjinin varlığıyla açıklansa da bu enerji-nin doğası anlaşılabilmiş değil. Karanlık enerjiyi koz-molojik sabitle (bkz. http://bilimgenc.tubitak.gov.tr/ makale/kozmolojik-sabit-nedir) açıklayan kuramla-ra göre ısıl ölüm gerçekleşene kadar birbirine küt-leçekimiyle bağlı yapılar evren genişlerken bir arada kalacaktır. Karanlık enerjiyi başka biçimlerde açıkla-yan bazı kuramlara göreyse hızlanan genişleme enin-de sonunda bütün gökadaların, yıldızların, gezegen-lerin, atomların parçalanmasıyla sonuçlanacak ve böylece evren bir Büyük Yırtılma’yla sonlanacaktır.
Her ne kadar Büyük Patlama modeli pek çok ol-guyu başarılı bir biçimde açıklasa da hâlâ geliştiril-mesi gerektiği düşünülüyor. Bu durumun birkaç se-bebi var. Öncelikle başlangıçta var olduğu söylenen yoğunluğu ve sıcaklığı sonsuz tekillik, fiziksel olarak imkânsız. Ayrıca bilinen fizik yasaları evrenin ilk an-larındaki koşullar altında geçerli değil. Evrenin ilk anlarındaki koşulların daha doğru bir açıklamasının bir kuantum kütleçekimi kuramının geliştirilmesiyle mümkün olacağı düşünülüyor.
