Evrenin Oluşumu: Büyük Patlama Teorisi
Milattan önceki tarihlerden beri, birçok; düşünür, bilim adamı, fizikçi ve din adamları gibi farklı sınıflardan insanlar, evrenin oluşumu hakkında çeşitli düşünceler öne sürmüş, teori ve kuramlar geliştirmiştir. Çeşitli bilim adamlarının görüşleriyle birlikte birikimli olarak ilerleyen bilim, evrenin oluşumu konusunda büyük patlama teorisinde büyük ölçüde uzlaşmıştır. Bugün sizlere, büyük patlama teorisinin ortaya çıkış hikayesini, teorik ve ardından pratik olarak doğrulanma süreçlerini özetlemeye çalışacağım. Evrenin oluşum öyküsünü birlikte inceleyeceğiz.
Büyük Patlama Teorisi, en basit anlatımıyla: Evrenin dinamik bir süreç içerisinde olduğunu, statik ve durağan olmadığını ileri sürer. Yani evren sürekli hareket halindedir. Yapılan birçok gözlemde, galaksilerin birbirlerinden uzaklaştığı görülmüş, bunun sonucunda da başta durağan evren teorisi olmak üzere birçok teori ve düşünce çökmüştür. İşte bu nokta da bilim adamları başka bir sonuca daha ulaşmıştır; eğer evren sürekli olarak genişliyor ve yoğunluğu azalıyor ise, bunu geri sardığımız zaman başlangıçta tek bir noktadan ve daha yoğun bir evren olmak zorundadır. Bu ateist düşünürlerin devrin hakim düşüncesi olan “sonsuz evren”, “başlangıcı ve sonu olmayan evren” gibi teorilerini yıktığı için, özellikle bu kesimden fazlaca eleştiri ve bilimsel temeli olmayan karşıtlık ile karşılaşmıştır. Çünkü Büyük Patlama Teorisine göre evrenin bir başlangıcı vardır ve gene büyük patlama teorisine bağlı olarak ortaya çıkan Büyük Çöküş Teorisi ile son bulacaktır. Şimdi teorinin bilimsel kanıtlarına geçmeden önce, kısaca ortaya çıkış hikayesini anlatacağım.
Büyük Patlama Teorisi’nin hikayesi, Newton’un sonsuz evren teorisine kadar uzanır. Newton evrenin durağan bir yapıda olduğunu, sonsuz büyüklükte olduğunu ileri sürmüştür. Ancak bilim adamının bu teorisi, birçok şeyi açıklamaktan çok uzaktı. Örneğin evren durağan ise, galaksiler çekim kuvveti nedeniyle birbirlerini sürekli olarak çekmeleri gerekir ve bir bütün haline gelmeleri gerekirdi. Ancak yapılan gözlemlerde görülüyor ki, galaksiler sürekli olarak birbirlerinden uzaklaşıyordu. Bu yüzden, Albert Einstein bu teoriye bağlı kalarak bir ekleme yapmıştır. “Kozmik itme” adını verdiği bu durum, neden galaksilerin birbirlerini çekmediklerini açıklamaya çalışmaktan çok uzakta kalmış, bunun sonucunda ilerleyen zamanlarda Einstein durağan evren modelini terk etmek zorunda kalmıştır.
1922 yılında, Einstein’ın Newton fiziğine bağlı kalma inadıyla gözden kaçırdığı şeyi Rus meteorolog ve matematikçi Friedmann görmüştür. Friedmann evrenin genişliyor olabileceğini düşünmüş, Einstein’ın izafiyet teorisini kullanarak bunu test etmiştir. Bunun üzerine ortaya çıkan yeni modelde Newton Fiziğinin eksik ve açıklanamayan yanları açıklanmış, evrenin durağan değil, dinamik bir yapıda olduğu ortaya konmuştur. Böylece Einstein’ın formülleri kullanılarak, gene Einstein’a ait olan kozmik itme kuramı çökmüş, ancak Einstein fiziğine uygun yeni bir modelin ortaya çıkmasına zemin hazırlanmıştır.
Rus bilim adamı evrenin genişlediğini ortaya koyarken, aynı anda ondan bağımsız bir şekilde, bir Cizvit papazı olan ve Vatikan gözlemevinin en önemli kozmoloji uzmanı olan Belçikalı bilim adamı Lemaitre’de evrenin genişlediğini bulmuştur. Einstein’ın formüllerinden yola çıkarak evrenin genişlediğini ve büyüdüğünü ortaya koymuş, her an büyüyen evrenin bir öncekinden farklı bir evren olduğunu söylemiştir. Gerçekten de, evren siz bu yazıyı okurken bile genişlediği için, bir önceki evrenle aynı evren değildir. Lemaitre’nin ulaştığı bu sonuç, onu başka bir sonuca daha götürüyordu. Eğer evren genişliyor ve büyüyor ise, önceki zamanlarda daha küçük olmalıydı. Dolayısıyla bir başlangıç noktasında tek bir parçadan vukuu bulmalıydı. Katolik kilisesi Lemaitre’nin bu teorisini desteklemiş, evreni tanrının yarattığının ve sonsuz olmadığının bir kanıtı olduğunu söyleyerek öğretilerine uygun olduğunu ifade ederek büyük patlama teorisini kabul eden ilk dini çevre olmuştur.
Einstein’ın izafiyet teorisinden önce, uzay ve zamanın sonsuz olduğu görüşü hakimdi. Yani uzay ve zamanın bir başı ve sonu yoktu ve hiçbir şeyden etkilenmiyordu. İzafiyet teorisi, bu mutlak uzay ve mutlak zaman görüşlerini yıkmıştır. Büyük patlama teorisiyle birleştirildiğinde, zaman ve uzayın birbirlerinden ayrı kabul edilmeleri mantıksızdı. Her ikisi de büyük patlama ile meydana gelmişti ve uzaydaki cisimlerden etkilendikleri gibi onları etkileyebiliyordu. Kısacası izafiyet teorisi bize, zamanında madde ve uzay gibi büyük patlamayla başladığını ve öncesinde var olmadığını ortaya koyuyordu. Sonrasında ünlü bilim adamlarının yaptıkları matematiksel deneylerle izafiyet teorisi doğrulanmıştır. (Bunlardan en ünlüsü Çin’den Londra’ya yapılan uçak seferi deneyidir. Sonrasında ise bu deney defalarca tekrarlanmış ve sonuç değişmemiştir.)
Büyük Patlama Teorisi, Newton’ın durağan evren modeliyle ortaya çıkan Olber paradoksu ve sonsuz çekim paradoksunu çözümlemiş ve ortadan kaldırmıştır. Her iki paradoksta, evrenin sonsuz olduğunu ve yıldızların sonsuzdan beri var olduğu ve aynı yerlerinde durduğu kabulleri ile meydana gelmiştir ve büyük patlamanın dinamik ve genişleyen evreninde her iki sorunda ortadan kalkmaktadır.
Buraya kadar geldiğimiz noktada, Büyük Patlama Teorisinin, gözleme dayalı olmayan ancak teoride karşılaşılabilecek sorunları ortadan kaldırdığını gördük. Buraya kadarki teorik delilleri üç maddede incelemek doğru olacaktır. Bunların ilki en başta incelediğimiz Newton’ın durağan evren modeline ait eksiklerin ve ortaya çıkan paradoksların giderilmesidir. Sonrasında ise Einstein’ın formülleri kullanılarak doğrulanmış ve gene Einstein’ın izafiyet teorisinin de desteğiyle zamanın sonsuz olmadığı, büyük patlama ile yaratıldığı doğrulanmıştır.
Büyük Patlamanın gözleme dayalı delillerine ise, hepimizin yakından aşina olduğu Hubble ile başlayacağız. Bugün büyük uzay teleskobuna adını veren ünlü bilim adamı Hubble’ın yaptığı gözlemler, galaksilerin birbirlerinden uzaklaştığını ve evrenin sürekli olarak genişleme içerisinde olduğunu ortaya koymuştur. Tabii ki Hubble o dönemde yaptığı bu keşfin modern dünyanın toplumlarında bir devrim niteliğine sahip olacağının farkında değildi. Ancak Lemaitre, kendi teorik bulguları ve Hubble’ın gözlem sonuçlarını birleştirerek büyük patlama teorisinin temellerini atmıştır.
Bu henüz daha teorinin oluşumunun ilk adımıydı. Şuana kadar bahsettiğimiz ve evrenin genişlediğini tespit eden üç önemli bilim insanı; Lemaitre, Hubble ve Einstein California Teknoloji Enstitüsünde bir araya geldiler. Lemaitre, oluşturduğu bu yeni teoriyi, Einstein’ın formülleri ve Hubble’ın gözlemlerini bir araya getirerek sunduğunda büyük beğeni aldı. Böylece üçlü, bilim için önemli bir adım atarak büyük patlama teorisini kabul ettiler.
Hubble’ın gözlemleri sonucunda büyük patlama teorisi doğrulandığı gibi, aynı zamanda farklı şeylerde ortaya çıkmıştır. Örneğin evrenin genişlediği bilindiği için, Hubble sabiti ile galaksilerin yaşları, geçmişte bulundukları ve gelecekte bulunacakları konumlar hesaplanabilmektedir. Aynı şekilde evrenin yaşı da hesaplanabilmektedir. Yapılan farklı araştırmalarda, farklı bilim adamları kendi yöntemleriyle evrenin yaşını hesaplamış ve bulunan sonuçlar 15-25 milyar aralığında kalmıştır. Bu tutarlı bir sonuçtur. Çünkü birbirinden alakasız sonuçlar ortaya çıkmamıştır. Örneğin Hubble’ın araştırmalarından önce, durağan evren modeli kabul edilirken yapılan evrenin yaşı hesapları oldukça tutarsızdı. (Örneğin bazı araştırma sonuçları dünyanın evrenden daha yaşlı olduğunu gösteriyordu.)
Büyük Patlamanın gözleme dayalı bir diğer kanıtı ise kozmik mikrodalga arka plan ışımasıdır. Bilim adamlarının yaptıkları çalışmalar sonucunda, eğer bir büyük patlama gerçekten var ise, bunun kalıntılarının olması gerektiği ortaya konmuş ve büyük patlama teorisi tartışmaya açılmıştı. Bu kalıntıların evrenin her yerinde eşit miktarlarda ve evrenin yoğunluğuna denk bir yoğunlukta olması gerekiyordu. Teorinin bu şekilde tartışmaya açılması, teorinin yeni delillere ulaşmasını sağlamış ve kesinliğini arttırmıştı. Çünkü bir rastlantı eseri, Bell Laboratuvarından Wilson ve Penzias isimli iki bilim adamı, Samanyolu galaksimizin dışından gelen düzensiz radyo dalgalarını ölçmeye çalıştıkları sırada, evrenin her tarafından gelen ve eşit miktarda olduklarını tespit ettikleri, eşit ısılardaki radyasyonlar tespit ettiler. Bunların büyük patlamanın kalıntıları olduğu doğrulanmış ve kozmik mikrodalga arka plan ışıması adını almıştır. Bu iki bilim insanı büyük patlama teorisine muhalif olmalarına karşın, doğruluğunu kanıtlayan en önemli delili ortaya koymuşlardır.
Arka plan ışımasından sonra, bilim adamları kozmik fon radyasyonu üzerinde yoğunlaşmaya başlamışlardır. Bugün kozmik fon radyasyonunun sıcaklığı -270 derecedir(2,7 Kelvin). Bu, Daha önce Garlow’un teorik olarak hesapladığı -268 rakamına çok yakındır. Eğer büyük patlama teorisi doğru ise, evrenin sıcaklığı geçmişte bugünkünden daha yüksek olmalıydı. Peki bu nasıl ölçülebilirdi?
Şimdi size bu noktada önemli bir şeyi hatırlatmalıyım. Galaksiler arası mesafe, bize baktığımız galaksinin geçmişini gösterir. Şimdi size bunu kafanızı karıştırmadan açıklayacağım; Dünya’dan 5 milyar ışık yılı uzaklıktaki bir galaksiyi ele alalım. Bu şu demektir: Eğer dünyadan ışık hızı ile yola çıkarsak 5 milyar yıl sonra bu galaksiye ulaşabiliriz. Bu aynı zaman da bize şunu gösterir, ışık hızı kısıtlı bir hızdır ve bizim gördüğümüz, o galaksinin aslında 5 milyar yıl önceki bize ulaşan ışığıdır. Belki de şuan da o galaksi yok, ancak bunu asla bilemeyiz. Çünkü biz o galaksinin yalnızca geçmişe ait yansımasını görebiliyoruz. Ancak bu durum bize büyük patlamanın kanıtlarının gözlemlenmesi için önemli bir fırsat sağladı. Çünkü bize farklı uzaklıklardaki galaksileri incelediğimizde, daha eski galaksilerin daha sıcak olduğunu gözlemleyebildik. Keck teleskobu ile yapılan farklı gözlemlerde, galaksilerde geçmişe gittikçe 7,4 kelvin, 8 kelvin, 9 kelvin, 10 kelvin gibi farklı sıcaklıklar görüldü. Buda büyük patlama teorisini doğrulayan bir başka gözleme dayalı kanıttır. Çünkü günümüzde evren sıcaklığı 2,7 kelvindir ve giderek soğumaya devam etmektedir.
Son olarak, atomlara ve yapılan deneylere değinerek yazımı tamamlayacağım. Öncelikle, atomları ele aldığımızda, hidrojen atomunun ortaya çıkabilmesi için gereken yüksek sıcaklık değeri ancak büyük patlama ile oluşabilmektedir. Aynı şekilde helyum atomunun yıldızlarda oluştuğu, ancak evrenin dörtte birinin helyum olduğu düşünülürse bu miktar ancak gene büyük patlama ile açıklanabilmektedir. Çünkü bu miktarlarda helyum üretebilecek kadar yıldız yoktur. Evrendeki maddenin evrenin yüzde 5’ini oluşturduğunu unutmamalıyız ki karanlık enerji ve karanlık maddenin toplamı yüzde 95’i oluşturmaktadır. Ayrıca büyük patlama sonucunda oluşması gereken %75 hidrojen ve %25 helyum dengesi şuan evrende aynı şekilde vukuu bulmaktadır. Kısacası evrende yapılan birçok gözlem ve araştırma, büyük patlama teorisini doğrular nitelikte olup, teoriyle çelişen herhangi bir bulguya henüz rastlanmamıştır. Burada, Cern’deki büyük çarpıştırıcı da yapılan deneylere de değinerek tamamlamak istiyorum. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında, evrenin oluşumunun deneylerle incelenmesi ve kanıtlanması adına bir çok deney gerçekleştirilmiştir. Büyük patlamada hadron çarpıştırıcısında denenerek, elde edilen bulgular incelenmiş ve incelenmeye devam etmektedir. Şuana kadar elde edilen bulgular ise, yapılan gözlemleri destekler niteliktedir. İnsanlık tarihi ve bilim adına çok önemli olan bu deneyler sonucunda, tanrı parçacığı olarak isimlendirilen parçacıkta geçtiğimiz yıllarda keşfedildi. Ancak her zaman olduğu gibi, yeni keşif yeni soruları da beraberinde getirdi. İnsanlar merak ettiği ve sorguladığı sürece bilim ve teknoloji gelişmeye devam edecektir.
Sonuca gelirsek, büyük patlama teorisinin bir anda ortaya çıkmadığını, kümülatif bir bilgi birikiminin neticesi olduğunu görmekteyiz. Öncesinde ortaya atılan modellerin eksikleri, yeni modellerin geliştirilmesini zorunlu kılmış ve sorulan her sorunun mantıklı cevabı aranarak kusursuza en yakın olan bir model geliştirmeye çalışılmıştır. Farklı ülkelerden farklı bilim insanlarının dahil olduğu süreç sonucunda, günümüze gelindiğinde teori bilim çevrelerince büyük oranda kabul görmektedir. Aynı şekilde dini çevrelerce de kabul gördüğünü görmekteyiz. Hem Hristiyanlığa ait, hem de İslamiyet’e ait dini açıklama ve öğretiler, Büyük Patlama ve buna bağlı olan büyük çöküş teorilerini destekler nitelikler taşıdığını görüyoruz. Zaten kilisenin başlangıcından itibaren teoriye verdiği maddi ve manevi destek bu teorinin hem bilim çevrelerinin hem de dini çevrelerin ortak paydası sayılabilecek nitelik kazanmasını sağlamıştır. Tabii ki bu yazının konusu dini metinler değildir, dini metinler bilimsel kanıt sayılamaz. Bilimsel kanıt deney ve gözlemlere dayanır. Ancak şahsi kanaatim büyük patlama teorisini formüller ve gözlemlerle birleştiren Lemaitre’nin bir Cizvit papazı olarak evreni tanrının yarattığına inanması ve başlangıç ve sonunun olduğu düşüncesinden etkilenmesi onu bu teoriyi hazırlayan yola itmiş olabilir. Netice de bir din adamı olmasına rağmen aynı zamanda bir bilim adamı olarak evreni sorgulamış ve ona verilen cevaplarla yetinmeyerek inancı ışığında doğruları aramış, Einstein gibi tarihe adını yazmış bir bilim adamının övgüsünü almayı başarmıştır.
Size bir soru sorarak yazımı noktalamak istiyorum. Neden bizim diyanetimizin uzayı inceleyen kozmologları yok? Bu konuda ayrıca bir yazı yazacağım. Büyük Patlama Teorisini ele alan yazımın devamında ise burada da çok az bahsettiğimiz evrenin nasıl son bulacağı üzerine araştırmalarımı paylaşacağım. Size de bol araştırmalı günler dilerim.
Kaynak: bigbang.gen.tr, Alpher, Ralph A., Robert Herman (2000). Genesis Of The Big Bang, Oxfort University Press