BÜYÜK PATLAMA MODELİ VE PROBLEMLERİ(Nazlı Derya Dağtekin yazısı)

Nazlı Derya Dağtekin

Erciyes Üniversitesi, Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü

Özet: Evren nasıl oluştu sorusu, her şeyi kapsadığı için varolan her şeye anlam vermede sorulacak en büyük ve en zor sorudur. Gözlenebilir evrenin sınırlarında elimizde bir çok gözlemsel ve teorik bilgi vardır fakat henüz evren nasıl oluştu sorusuna kesin bir cevap alınamamıştır. Bu sorunun cevabına yönelik ortaya atılmış bir model olan büyük patlama modeli, en çok duyulan, bilinen ve en çok öne sürülen model olmasına karşın beraberinde bir çok soru ve eksiklikler getirmiştir. Bu çalışmada büyük patlama modelinin problemlerinden söz edilecek ve modelin en son hali olan Şişme (enflasyon ) modelinden bahsedilecektir.

Abstract: Couse the universe contains everthing so It is the biggest and hardest question “How did universe formed?” for understanding everthing. We have a lot of theortical and observational datae in the limit of observable universe but it hasn't been answerd how did universe formed. The Big Bang theory is a model as an answer of this question that the most heard and be in the know got some problems and questions with it.In this work it will tell about the Inflatioan model as a last version of Big Bang theory.

1. Giriş

Nereden geliyor? Bu arayış, bu hayatın gizemlerini çözme arayışı. Soruların en basiti asla cevaplanamazken: Niçin buradayız? Ruh nedir? Neden rüya görürüz? Beklide bütün bunları düşünmeden yaşasak daha iyi olur. Araştırmadan, arzulamadan. Ama insan doğası bu değildir. İnsan kalbi bu değildir. Burada olmamızın sebebi bu değil.

Bütün gürültüsüne rağmen insan ırkının hangi zaferin sevincini yaşayacağını seçememesi çok üzücüdür. Sadece kaderi onu çağırdığında nasıl ayakta kalacağını seçebilir. Buna cevap verecek cesareti bulacağını umarak.

Fakat bilim, bu tür sorulara cevap aramaz, nasıl ile ilgilenir. Bu durumda en büyük soru varolan her şeyi içeren evren nasıl oluştu sorusudur.

Evrenin oluşumuna ait bugünün en ciddi teorisi Big Bang adı verilen Büyük Patlama'dır. Teoriye göre, yaklaşık 15 milyar yıl önce içinde sonsuz yoğunlukta ve sonsuz sıcaklıkta maddenin sıkışmış olduğu, benzetme yapmak gerekirse ‘iğne ucu' büyüklüğündeki bir nokta birden patladı ve bu müthiş patlamanın şiddetiyle etrafa yayılan madde bugün içinde yaşadığımız evreni meydana getirdi.

Sonsuz yoğunluk ve sıcaklıktaki bir nokta halindeki madde birdenbire patladı ve düşünülemeyecek miktarda bir enerji serbest kaldı. Patlama ile birlikte zaman akmaya başladı. Galaksiler, yıldızlar oluştu. Büyük Patlamadan önce bir uzay yoktu. Uzay, Büyük Patlama ile meydana geldi. Hesaplamalar patlamanın 15 milyar yıl önce olmuş olduğunu göstermektedir.

Şişmekte olan bir balonun üzerinde bulunan noktaların, balon şişerek genişledikçe, birbirlerinden uzaklaşmaları gibi, evren de hâlâ şişmeye devam etmekte ve içindeki bütün madde, galaksiler, yıldızlar, birbirlerinden durmadan uzaklaşmaktadır. Evrenin merkezinde hiçbir şey yoktur ve hiçbir şey de evrenin merkezi değildir. Merkezde sadece bir zamanlar bir nokta halinde olan sonsuz yoğun madde bulunmaktaydı.

1956'da George Gamow, eğer böyle bir patlama olduysa ondan arta kalan bir ısının evrende bugün bile bulunması gerektiğini matematiksel olarak ifade etmiştir. Isı 1964 yılında bulunmuştur. Bulunan 2.74 K sıcaklığındaki ısı, 15 milyar yıl önce olmuş patlamadan bugüne kadar gelebilmiş bir kırıntıydı. 2.74 K lik, arka alan radyasyonu denilen bu ısı kırıntısının bulunması, galaksilerin birbirlerinden uzaklaşmakta olmalarının keşfi, hidrojen atomunun bugünkü değerinin geriye gidilerek patlama anındaki değeri ile karşılaştırıldığında bulunan uyumluluk, fotonun proton ve nötronlara oranı, patlamadan hemen sonra şekillenen proton ve nötronun oranları arasındaki uyum, Büyük Patlama'yı destekleyen en önemli deliller olduğu savunulmuştur.

Büyük Patlama modeli birtakım soruları da birlikte getirmiştir. 2.74 K lik arka alan radyasyonu neden her taraftan aynı şiddette ve üniform şekilde alınmakta, galaksiler nasıl şekillendi, evrendeki madde miktarı nedir, evren genişlemeye ne süre devam edecek ve bir gün genişleme son bulup evren kendi içine çökmeye başlayacak mı, vs?

Bilimi insanlar yaptığına göre, ister istemez bazen de olsa bilimsel çalışmanın özelliklerine aykırı biçimde, kişisel görüşler ve egolar girmekte. Soruların sorusu, büyük soru “evren nasıl oluştu” sorusu da cevaplanırken bundan nasibini almıştır.

Bu konuda yazılan makaleler, kitaplar incelendiğinde temel olarak iki ana görüş var. Bunlar aslında bilimsel çalışmanın içinde dahil edilmemesi gereken dünyevi görüşlerde olsa, bilimde insanlar olarak yapıyoruz, zaten içgüdüsel bir soru bu ve maalesef bu ayrılıklar yaşanıyor.

Aslında şüpheci bakmak soru sormak adına muhteşem bir şey. Fakat acı olan hala bir sonuç olmaması. Evrensel bir doğruya ulaşamamış olmamız.

Bir tarafta gözlemsel ve teorik verileri birleştirip ortaya genişleyen evrenden yola çıkarak tekillikle başlayan Büyük Patlama modelini sunan bilim insanları, bir yanda ise diyalektik materyalist görüşü benimsemiş ve Büyük Patlamayı yaratılış efsanesine benzeterek kabul etmeyen bilim insanları var. Onlarında elinde kanıtlar yok değil.

Genelleme olarak söyleyecek olursak inanç çoğu zaman bilginin ve bilmenin önündedir. Çünkü inanç zahmetsizdir, kısaca düşünür yada düşünmez ve sadece inanırız. Ama bilmek emek ister, uğraşmak ister, aylar yıllar çalışmak, kafa patlatmak, sorgulama ister. Uyuyup uyanıp “erilir” belki ama bilgi sahibi olunmaz. Bu durum çoğunluk için olmasa bile, bilgiyi aktarmaya çalışan için zordur. Bilim insanı ancak bir TV programını sinirlenerek terk ederse reyting alır. Bu nedenle falcı cühela takımı ve din tacirleri dinlenir emek sarf etmeden ve sadece inanılır.Yanlış anlaşılmalara mahal vermeden açıklayalım ki inanmanın kötü olduğuna değil, sadece inanmanın kötülüğünden bahsediyoruz.

Bu nedenledir ki kara deliklerin yıldız evriminin doğal bir sonucu olması çok ilgi çekmese bile bu deliklerden galaksiler arası yolculuk yapılabilecek oluşu hatta başka evrenlere gidilmesi ilgi çekicidir.

Büyük patlama konusundaki şüphelerimiz de bir türlü azalmayacak gibi. Şişen balonlarla anlatılmaya çalışılan genişleyen evren canlandırması, ancak bir küre üzerinde hareket eden iki boyutlu canlılar kadar inandırıcı geliyor. Büyük patlamayı sanki tek kozmolojik modelmiş gibi sunulması ise rahatsızlığı arttırıcı diğer bir konu.

İnternette arama motorlarında yapılacak “why the big bang is wrong?” ya da “big bang's problems” sörfü bizi daha geniş evrenlere taşıyacaktır.

Fakat bunlar bir kenara şimdi biz tarafsız bir şekilde Büyük Patlamanın problemlerinden ve çözümü için sunulan modellerden bahsedeceğiz.

Büyük Patlama nedir, sürecinde ne oldu kısmına değinmek istemiyoruz. Zaten 1 dönemlik bu ders sürecinde edinilmiş bir bilgi olduğunu düşünerek hemen bu modelin problemlerine geçeceğiz.

2.Büyük Patlama Modelinin Problemleri

Büyük patlama modelini eksik bulanlar, şu soruları sormuşturlar.

Ufuk problemi: Kozmik mikrodalga arka alan ışıması çok isotropik. NEDEN?

Düzlük problemi: Büyük patlamaya yakın yoğunluk, Ω=1 e çok daha yakındır. (nükleosentezler sırasındaki sapma ~10-16) NEDEN?

Gizli parçacıklar problemi: Gözlenebilir magnetik tek kutuplu, (GUT'un varsayımlarına rağmen) gravitonlar ve diğer gizemli parçacıkların hiç biri gözlenememiştir. NEDEN?

Vakum enerjisi problemi: Vakumun (boşluğun) enerji yoğunluğu beklenen ve önceden hesaplanandan 10 120 kez küçüktür. NEDEN?

Genişleme problemi: Bu modele göre evren genişliyor. NEDEN?

Baryogenesis: Evrende gözlenebilen antimadde yok. NEDEN?

Yapısal biçim problemi: Standart Büyük patlama modeli, evrendeki kümeleşmeye bir açıklama getirememiştir. NEDEN?

Evren bugün gözlemlendiği kadarı ile, madde formunda yeterli enerji yoğunluğuna, kritik yoğunluğu sağlayacak kozmolojik bir sabite ve bundan dolayı uzay zamanda çok düşük bir geometrik eğriliğe sahiptir. Neredeyse düzdür.

Einstein denkleminin önceden söylediği gibi, maddeyle yada radyasyonla dolu, genişleyen bir evrendeki, düzlükten meydana gelen sapma, evren genişledikçe büyüyecektir.

Yani, erken zamanlardaki düzlükteki minik sapma şuan büyümüş olmalıydı. Eğer düzlükteki sapma şuan çok büyükse, Büyük Patlamanın başladığı dönemde ölçülemeyecek kadar küçük olmalıydı.

Öyleyse neden büyük patlama, ölçülemeyecek kadar küçük, düz uzaysal geometriden kaynaklı sapmalarla başladı? İşte bu Büyük Patlama kozmolojisinin düzlük problemidir.

Neden gökyüzünde birbiri ile etkileşimde olmayan alanlar, mikrodalga arka alan ışınımı madde ile etkileşimde olduğunda birbirine çok benzerdir? Bunun sebebi, evrenin fotonlar bize doğru yolculuk ederken genişliyor olmasıdır. Evrenin günümüzdeki gözlenebilir hacmi, genişlemeyen evrenden beklenilenden daha geniştir.

Hubble' a atfettiğimiz evrenin genişlemesi olayı, onun yaptığı bir gözlem hikâyesinden çıkmıştır.

Galaksilerin kırmızıya kaymasını ölçmüştür ve sözde demiştir ki tüm galaksiler bizden uzaklaşıyor demek ki evren genişliyor. Oysa kendi yazdığı bir makalesinde okuduğum kadarı ile bulduğu sonuçların, genişleyen evren modelinin aksine durağan evren modeli sonuçları ile daha çok uyuştuğudur. Kendi ağzından söyledikleri buyken biz genişleyen evren modelini anlatırken mutlaka Hubble'ı anarız.

Hubble, Sb türü gökadaların dolaysız olarak ölçülebilen iki niceliğini, fotoğrafik salt parlaklık (M pg ) ve tayf çizgilerindeki kırmızıya kaymaları (z), ölçmüş ve bu nicelikleri (M pg , z) grafiğine dökmüştür. 26 adet Sb türü gökada değerlerinin bir doğru ile temsil edilebileceğini göstermiştir. Hubble'ın ünlü “Realm of the Nebulae” adlı kitabında (M pg , z) grafiğinden yola çıkarak evrenin genişlediğine ilişkin herhangi bir saptama yok.

Kitabın her sayfasını defalarca dikkatlice okuduk. Hubble ilişkisinin evrenin genişlediğinin bir kanıtı olarak sunanlar Eddington ve Lemaitre'dır. Herikisi de dini bütün kişiler. Kozmik bir bulguyu tanrıya, “yaradılışa” bağlama çabası bu kişilerden gelmiştir. Hubble tam tersine, kitabının hemen hemen tüm sayfalarında, “Eğer kırmızıya kaymalar hız kökenliyse...”kuşkusunu dile getirmiştir. Daha önemli saptamasıysa, “Henüz teleskop sınırlarımızı tüketmedik. Bundan önce kozmolojik spekülasyonlar yapmayı doğru bulmuyorum” demiştir. Sonsuz sayıda gökadadan yalnızca 26 tane Sb türü gökadanın gösterdiği doğrusal ilişkiden yola çıkarak ve gözlenmemiş diğer gökadaların da aynı bağıntıya uyacağını beklemek bilimsel bir yaklaşım olamaz. Gerçekten de kuazarlar Hubble ilişkisine uymuyor. Eğer gözlenen her yeni gökada, kuazar, AGN doğrusal bir ilişki sergileseydi o zaman evrenin, uzayın genişlediğinden sözedilebilirdi. Bu konuda daha da vahimi, Halton Chip Arp'ın “Quasars Redshifts Controversies” adlı kitabında belirttiği gibi, Big Bang yanlısı kozmologlar, gözledikleri gökadaların ölçtükleri (M pg , z) değerleri doğrusal ilişkiye uymadığında o verileri grafiğe koymama yönünde.

Sorulardan da anlaşılacağı gibi Big Bang evren modeli gözlenenleri gözlenemeyenler cinsinden açıklama çabası içinde. Gökada dönme eğrilerinin Virial kuramından beklenen sonucu vermeyince önce “kayıp madde” (missing mass) dediler sonra buna yeni bir ad buldular: “Karanlık madde” (Dark matter). Evrenin %98 denlisi karanlık madde imiş! Karanlık maddeyi de ikiye ayırdılar: 1) Baryonik karanlık madde. Bu, parçacık fiziğinden bildiğimiz elektron, proton ve nötronun değişik kombinasyonlarından oluşan madde. Jüpiter benzeri dev gezegenler, kahverengi cüceler, ışığını algılayamadığımız gök cisimleri. İstatistiksel çalışmalar evrende bu tür nesnelerin sayısını kabaca verebiliyor. Bu değerlerle Virial kuramını hala sağlayamadıkları için ikinci tür maddeyi devreye soktular, 2) Baryonik olmayan karanlık madde. Bu tür maddenin ne doğası ne de baryonik maddeyle nasıl etkileştiği biliniyor. Evrenin %98 denlisi işte bu tür Baryonik olmayan karanlık maddeyle dolduruldu. Onlar da a) “Soğuk Karanluk Madde” (Cold Dark Matter), b) “Ilık Karanlık Madde” (Warm Dark Matter” ve c) “Sıcak Karanlık Madde” (Hot Dark Matter) olarak üçe ayrılıyor. Bu da yetmedi “Karanlık Enerji” uyduruldu. Bunlar, gözlenenleri gözlenemeyenler cinsinden açıklama çabası, tıpkı Batlamyus'un “epicycle”ları gibi!

Bu arada, Kozmik Mikrodalga Ardalan Işınımı Big Bang'in sarsılmaz beş sütunundan biri olarak sunuluyor. Yani henüz gözlenmeden önce varlığı Big Bang kuramınca öngörülmüş ışınım. Bu yıl Nobel ödülü bu ışınımdaki dalgalanmaları keşfeden George F. Smoot ve John C. Mather'e verildi. Bu iki bilim adamı ApJ Lett dergisindeki makalesinde, KMAI nin Enflasyon + CDM modeliyle tutarlı olduğunu savunuyor. Bugünkü fizik ne CDM ye ilişkin ne de Enflasyona ilişkin deney, gözlem yapabiliyor. Bilim, tanımı gereği gözlem ve deneylerle yapılan bir etkinliktir. Herkesin gözlem ve deneyine açık olmalıdır. Eğer “Enflasyon”, “CDM”, “Karanlık Enerji”, vb. salt usumuzdaki kavramlarsa, gözlem ve/veya deneye alınamıyorsa, bunlar temelinde yükselen modellere “Metafizik Araştırma Programları” denir. Big Bang böylesi bir program.

Jayant V. Narlikar ve T Padmanabhan, enflasyona ilişkin şu saptamayı yapıyorlar: “Kozmoloji yazınında sıkça iddia edildiğinin tersine enflasyonist modeller başlangıçtaki yoğunluk dalgalanmalarına ilişkin özgün bir öngörüde bulunamıyor. Enflasyon modelinin öngörü gücü yok. Bu nedenle biz bu makalede enflasyonu ‘Standart Kozmoloji'nin bir parçası olarak görmüyoruz” ....”Günümüzde enflasyon modelini destekleyebilecek bir gözlem olmadığı gibi, özgün ve gözlenebilecek bir öngörü de yok” (Ann. Rev. Astron Astrophys. 2001, 39: 211-48). Daha da ilginci, KMAI daki sıcaklık dalgalanmalarını keşfedip Nobel ödülü alan biliminsanlarının saptamalarının tersine, Narlikar ve Padmanabhan, “COBE nin algıladığı sinyaller enflasyonu doğrulamıyor” saptaması yapıyor. Dahası, “1990 lı yılların başında COBE, ilhamla oluşan W = 1 CDM enflasyon modelini açıkça yanlışladı. Ancak pratik kozmologlar COBE sonuçlarını enflasyon modelinin başarısı olark kutladılar ve modele daha çok serbest parametre eklediler, ‘kozmolojik sabit', ‘sıcak karanlık madde', ‘kaymış tayf', vb.”

Büyük Patlama'nın bilimsel değil, dinsel bir model olduğunu bu modeli kurup geliştirenler şöyle açıklıyor: “Büyük Patlama modeli yaradılışın çağımızdaki versiyonudur”. Nobel ödüllü George F. Smoot'a göre, “...MAI'daki sıcaklık dalgalanmaları kozmolojinin kutsal yemek masası ( Holy Grail – Hz. İsa'nın son yemekte kullandığı savunulan tabak, bardak vb. – ERP )” (George F. Smoot & Keay Davidson, Wrinkles in Time , William Marrow & co. Inc., NY, June 1993, p. 275).. Aynı yazar, aynı kitabında, Bulduğumuz sonuçların önemi neydi? Birçok örnek verdim ancak medya birini çok tuttu: “ Eğer inanıyorsanız, tanrıyı görmek gibi bir şeydir ”. Büyük Patlama kültürel bir ikon, yaradılışın bilimsel açıklaması ( agy , s. 289).

Kuramsal evrenbilimcilerin izlediği yol ise yukarıda değindiğimiz uniformitarian yöntemin tam tersidir. Bu nedenle bilimsel olmaktan çok söylencesel, dinsel ve metafiziktir, kısırdır. Büyük Patlama adlı söylencede zaman 15 milyar yıl ile kısıtlanır; zamana bir başlangıç biçilir! Sonra merdivenin “ilk” basamağından başlayıp günümüze doğru gelmeye çalışılır. Platocu evrenbilimcilerin zaman yolculuğunda önünüze bir dizi “mitolojik kahraman” çıkar: sahte vakum, negatif basınç, stringler, tüm renk ve lezzetleriyle baryonik olmayan karanlık madde, vb. Oysa ki bilim, tanımı gereği algılayabildiği, ölçebildiği niceliklerle ilgilenir, hayaletlerle değil.

3.Enflasyon “Şişme” Teorisi

Büyük Patlama modelinin sorunlardan kurtulmak için Amerikalı fizikçi Alan Guth şişen evren teorisini geliştirmiştir. Bu teoriye göre, sıcaklık o denli hızla düşmüştür ki, farklı alanların ayrışması için yada farklı taneciklerin oluşması için hiç zaman kalmamıştır. Farklılaşma ancak daha sonraları, evren daha da genişlediğinde meydana gelmiştir. Büyük patlamanın en son versiyonu budur.

Bu versiyon, büyük patlama anında evrenin, her 10–35 saniyede büyüklüğünü ikiye katladığı üstel bir genişlemeden geçtiğini iddia etmektedir. Standart modelin daha eski versiyonları tüm evreni bir greyfurt boyutuna sıkıştırılmış olarak kabul ederken, Guth daha iyisini yapmıştır. O, evrenin bir greyfurt gibi başlamadığını, bir hidrojen atomu çekirdeğinden milyarlarca kez daha küçük olabileceğini hesaplamıştır. Bu takdirde, ilk hacminin 1090 katı bir büyüklüğe erişene kadar inanılmaz bir hızla, saniyede 300.000 kilometre olan ışık hızından defalarca kat fazla genişleyebilirdi.

Guth'a göre, bu maddenin hepsi tek bir protondan daha küçük bir yerde yoğunlaşmış durumundadır. Madde, saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda birinin milyarda biri kadar bir sürede, trilyon kere trilyon kere trilyon derece sıcaklığındayken, sadece tek bir alan ve sadece bir çeşit tanecik etkileşimi vardır. Evren genişleyip sıcaklık düştükçe, farklı alanların, ilk basitlik durumundan yoğunlaşmış olduğu farz edilir.

Böylesi eşi benzeri görülmemiş bir genişlemeyi harekete geçirecek enerjinin nereden geldiği sorunu ortaya çıkmaktadır. Bu bilmeceyi çözmek için Guth, bazı teorik fizikçiler tarafından varlığı öngörülen, ancak en küçük bir deneysel kanıta bile sahip olmayan, her yerde ve her zaman hazır bulunduğu varsayılan bir kuvvet alanına, Higgs alanına başvurmuştur.

Yeni yıla girmemize sayılı günler kala, 2007'nin Higgs alanı hakkında gözlemsel kanıt elde edilebilecek bir yıl olmasını temenni ediyorum.

Öte yandan daha da ileri gidip, bildiğimiz tüm fizik kanunlarının çökmesi bile, bir hüsran olacak gibi görünse de, evrenin sırlarını çözmek adına doğruya ulaşmada atılmış bir adım olacağı için, bize müthiş bir haz verecektir. Bu yüzden 2007 için olan temennimizi bu boyuta taşıyoruz

4.Kaynaklar

Standard Cosmology And Alternatives: A Critical Appraisal, Jayant V. Narlikar and T. Padmanabhan, Astronomy and Astrophysics.

Non-cosmological Redshifts of pectral Lines, Emil Wolf, Astronomy and Astrophysics

Shifts Of Spectral Lines Caused By Scaterring From Fluctuating Random Media, Daniel F. V James, Malcolm P. Savedoff, Emil Wolf. The Astrophysical Journal

http://astro.uni-tuebingen.de

Çalışmamın hazırlık sürecinde kaynaklarını ve fikirlerini paylaştığı için Prof. Dr. Esat Rennan Pekünlü'ye teşşekür ediyorum.