Uzayda Yaşam Var mı?Modern Fizik, Kozmoloji ve Bilinmeyen Evren Üzerine Bir Deneme Dizisi,Evrenin akıl almaz büyüklüğü(1)

Büyük patlama teorisi

İnsanlık, tarih boyunca gökyüzüne baktığında yalnızca yıldızları değil, kendi varoluşunun kaynağını da anlamaya çalıştı. Antik çağ toplumları, göğü çoğu zaman tanrıların, ruhların ya da kutsal güçlerin yaşadığı bir alan olarak düşündü. Modern bilim ise evreni doğa yasalarıyla açıklamaya yöneldi. İşte bu noktada kozmoloji adı verilen bilim dalı ortaya çıkar. Kozmoloji, en sade tanımıyla evrenin nasıl doğduğunu, nasıl geliştiğini ve gelecekte nasıl bir yöne doğru ilerlediğini araştıran bilim dalıdır. Bu nedenle Büyük Patlama Teorisi yalnızca fizikçilerin ilgilendiği teknik bir konu değil, aynı zamanda insanlığın “Evren nasıl başladı?” sorusuna verdiği en büyük bilimsel cevaplardan biridir.

Büyük Patlama Teorisi’ne göre evren yaklaşık 13,8 milyar yıl önce son derece sıcak, yoğun ve çok küçük bir başlangıç durumundan genişlemeye başladı. Ancak burada önemli bir ayrıntı vardır. Büyük Patlama, uzayın içinde gerçekleşmiş sıradan bir patlama değildir. Çünkü o anda henüz bildiğimiz anlamda uzay bile yoktu. Genişleyen şey yalnızca galaksiler değil, uzayın kendisiydi. Başka bir ifadeyle evren, boşluğun içinde büyüyen bir yapı değil; büyüdükçe boşluğu ve zamanı da oluşturan bir sistemdi.

Bu düşüncenin bilimsel temelleri 20. yüzyılın başlarında atıldı. Albert Einstein, 1905 yılında özel görelilik kuramını, 1915 yılında ise genel görelilik kuramını ortaya koydu. Einstein’ın geliştirdiği bu teori, insanların evrene bakışını kökten değiştirdi. Newton döneminden beri insanlar kütleçekimini görünmez bir çekim kuvveti gibi düşünüyordu. Einstein ise farklı bir şey söyledi;ona göre uzay boş ve hareketsiz bir alan değildi. Uzay ve zaman, büyük cisimlerin etkisiyle eğilip bükülebiliyordu.

Bunu daha basit bir örnekle düşünmek mümkündür. Gerilmiş büyük bir çarşafın ortasına ağır bir bowling topu koyduğunuzu hayal edin. Topun ağırlığı çarşafı aşağı doğru çökertir. Daha küçük toplar da bu eğilmiş yüzeyin etrafında dönmeye başlar. Einstein’a göre Güneş de uzay-zamanı buna benzer biçimde büker. Dünya’nın Güneş etrafında dönmesinin nedeni görünmez bir ipin çekmesi değil, Güneş’in uzay-zamanı eğmesidir.

Einstein başlangıçta evrenin sonsuz, değişmez ve hareketsiz olduğuna inanıyordu. O dönemde birçok bilim insanı da aynı fikirdeydi. Fakat Einstein’ın 1915 yılında kurduğu genel görelilik denklemleri, ilginç bir sonuç ortaya çıkardı. Denklemler şunu söylüyordu;evrenin içindeki bütün yıldızlar ve galaksiler birbirini kütleçekimiyle çekiyorsa, evren tamamen hareketsiz kalamazdı. Çünkü her şey birbirini çekmeye devam ediyorsa, uzun vadede evrenin küçülmesi ve içine doğru çökmesi gerekirdi

Einstein bu sonucu ilk başta kabul etmek istemedi. Çünkü o dönemde kimse evrenin hareket halinde olduğunu düşünmüyordu. Bu yüzden, 1917 yılında denklemlerine “kozmolojik sabit” adını verdiği yeni bir kavram ekledi. Bu kavramı basitçe şöyle düşünebiliriz: Einstein, evrenin kendi içine çökmesini dengeleyecek görünmez güç hayal etti;bu güç, kütleçekiminin içe doğru çekişine karşı hafif bir itme uyguluyor ve evreni dengede tutuyordu. Böylece evren teorik olarak hareketsiz kalabiliyordu.

Burada “Bir denkleme eklenen sabit sayı evreni nasıl etkileyebilir?” sorusu doğal olarak ortaya çıkar. Çünkü kulağa yalnızca matematiksel bir hile gibi gelebilir. Fakat Einstein’ın yaptığı şey aslında yalnızca bir sayı eklemek değildi. O sayı, fiziksel bir fikri temsil ediyordu. Einstein, boş uzayın tamamen pasif olmadığını düşünmeye başlamıştı. Ona göre uzayın kendi içinde hafif bir genişleme eğilimi olabilirdi. Yani uzayın kendisi, çok zayıf da olsa dışa doğru itici bir özellik taşıyor olabilirdi.

Aslında modern bilim bugün hâlâ buna benzer bir düşünceyle karşı karşıyadır. Çünkü 1990’lı yıllarda yapılan gözlemler, evrenin yalnızca genişlemediğini, aynı zamanda giderek daha hızlı genişlediğini gösterdi. Bu bilim insanları için şaşırtıcıydı. Çünkü normalde kütleçekiminin zamanla genişlemeyi yavaşlatması beklenirdi. Örneğin havaya fırlatılan bir top nasıl yerçekimi nedeniyle zamanla yavaşlıyorsa, evrenin genişlemesinin de milyarlarca yıl içinde yavaşlaması gerektiği düşünülüyordu.Fakat gözlemler tam tersini gösterdi. Galaksiler birbirinden giderek daha hızlı uzaklaşıyordu. Bu da bilim insanlarını şu soruya götürdü: Evreni dışa doğru iten görünmez bir enerji mi var?

İşte bugün “karanlık enerji” dediğimiz kavram burada ortaya çıkar. Karanlık enerji, evrenin genişlemesini hızlandırdığı düşünülen gizemli bir enerji türüdür. Bilim insanları bunun tam olarak ne olduğunu hâlâ bilmiyorlar. Ancak bazı fizikçiler, Einstein’ın 1917’de ortaya attığı kozmolojik sabit fikrinin aslında tamamen yanlış olmayabileceğini düşünüyor. Çünkü Einstein’ın hayal ettiği o hafif dışa doğru itici etki, bugün gözlenen hızlanmış genişlemeye benziyor olabilir.

Peki evren yalnızca genişliyor mu? Yoksa bazı bölgelerde aynı anda çöküyor olabilir mi?

Aslında modern kozmolojiye göre bunun cevabı büyük ölçüde evettir. Evren genel olarak genişlemektedir; yani galaksiler birbirinden uzaklaşmaktadır. Fakat evrenin içindeki bazı bölgelerde kütleçekimi hâlâ baskındır ve çökmeler meydana gelir. Yıldızlar kendi içlerine çöker, kara delikler oluşur, gaz bulutları sıkışarak yeni yıldızlar doğurur. Yani küçük ölçeklerde çökme devam ederken, çok büyük ölçeklerde evren genel olarak genişlemektedir.

1922 yılında Rus matematikçi Aleksandr Friedmann, Einstein’ın denklemlerini yeniden inceleyerek evrenin durağan değil, hareket halinde olması gerektiğini gösterdi. Daha sonra 1927 yılında Belçikalı fizikçi Georges Lemaître de benzer sonuçlara ulaştı. Lemaître, evrenin geçmişte çok daha küçük ve yoğun olduğunu savundu. 1931 yılında ise “ilkel atom” fikrini ortaya attı. Buna göre bütün evren bir zamanlar aşırı yoğun tek bir başlangıç durumunun içindeydi.

1929 yılında Amerikalı astronom Edwin Hubble’ın yaptığı gözlemler bu düşünceyi zaten güçlendirmişti. Hubble, uzak galaksilerden gelen ışığın rengini incelemeye başladı. Işık da tıpkı ses gibi dalgalar halinde yayılır. Günlük hayatta bir ambulans bize yaklaşırken siren sesi daha ince duyulur, uzaklaşırken ise daha kalın gelir. Bunun nedeni ses dalgalarının hareketten etkilenmesidir.Işıkta da benzer bir durum vardır. Bir galaksi bizden uzaklaşıyorsa, ondan gelen ışığın dalga boyu uzar. Dalga boyu uzadığında ışık kırmızı renge doğru kayar. Buna “kırmızıya kayma” denir. Eğer galaksi bize yaklaşıyor olsaydı, ışık maviye doğru kayardı.

Hubble’ın yaptığı gözlemler, uzak galaksilerin ışığının büyük ölçüde kırmızıya kaydığını gösterdi. Bu da galaksilerin bizden uzaklaştığı anlamına geliyordu. Üstelik galaksiler ne kadar uzaksa, o kadar hızlı uzaklaşıyorlardı. Bunu anlamanın en kolay yollarından biri, şişen bir balonun yüzeyine noktalar çizildiğini hayal etmektir. Balon şiştikçe bütün noktalar birbirinden uzaklaşır. İşte galaksiler de buna benzer biçimde birbirinden uzaklaşıyordu. Bu keşif, evrenin durağan değil, sürekli genişleyen bir yapı olduğunu ortaya koydu.

Eğer evren bugün genişliyorsa, zamanı geriye sardığımızda bütün galaksilerin geçmişte birbirine çok daha yakın olması gerekir. Daha da geriye gidildiğinde bütün evrenin son derece sıcak ve yoğun tek bir başlangıç durumunda birleşmiş olması fikri ortaya çıkar. Böylece “Büyük Patlama Teorisi” doğmuş oldu.

Büyük Patlama’dan sonraki ilk anları anlamak ise bugün bile modern fiziğin en zor problemlerinden biridir. Burada “Planck zamanı” adı verilen kavram devreye girer. Bu kavramın temelleri, Alman fizikçi Max Planck tarafından 1899 yılında ortaya konuldu. Planck, doğada evrensel ve en temel ölçü birimlerinin bulunabileceğini düşünüyordu. Bu çalışmalar daha sonra modern kuantum fiziğinin doğmasına yol açtı.

Planck zamanı dediğimiz şey, evrenin başlangıcından sonraki düşünülebilecek en küçük zaman aralıklarından biridir. Max Planck aslında “Planck zamanı” diye bir şeyi doğrudan ölçmedi. Çünkü böyle küçük bir zamanı ölçebilmek bugün bile mümkün değildir. Planck’ın yaptığı şey, doğadaki bazı temel fizik sabitlerini kullanarak teorik bir hesap yapmaktı.

1899 yılında Alman fizikçi Max Planck, evrende bazı temel ve değişmeyen fiziksel değerler olduğunu düşündü. Ona göre bu değerler yalnızca Dünya’ya ya da insanlara ait ölçüler değildi; evrenin kendisinin temel yapı taşlarıydı. Planck özellikle üç önemli sabiti kullandı. Birincisi ışık hızıydı. Yani ışığın boşlukta saniyede yaklaşık 300 bin kilometre gitmesi. İkincisi kütleçekim sabitiydi. Bu, kütlelerin birbirini ne kadar çektiğini gösteren temel sayıydı. Üçüncüsü ise daha sonra kuantum fiziğinin temelini oluşturacak olan “Planck sabitiydi.” Bu sabit, enerjinin evrende sürekli değil, küçük paketler halinde davrandığını gösteriyordu.

Planck şunu düşündü: “Acaba bu temel sabitleri kullanarak doğanın en küçük uzunluk, en küçük zaman ve en küçük enerji ölçeklerini hesaplayabilir miyim?” Yani yaptığı şey laboratuvarda kronometreyle ölçüm yapmak değildi. Daha çok matematiksel bir düşünce deneyiydi.Bu üç temel fizik sabitini belirli matematiksel işlemlerle birleştirdiğinde ortaya inanılmaz küçük bir zaman değeri çıktı. İşte bugün “Planck zamanı” dediğimiz şey budur.Bu süre yaklaşık olarak: 5.39 × 10⁻⁴⁴ saniyedir.Bu sayıyı insan zihninin doğrudan kavraması çok zordur. Çünkü bu, saniyenin trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyonda biri kadar kısa bir süredir.

Peki bilim insanları neden bunu önemli görüyor?

Çünkü fizikçiler şunu fark etti;eğer evrenin başlangıcına doğru geri gidersek, bir noktada bugün bildiğimiz fizik kuralları çalışmayı bırakıyor. İşte bu sınır yaklaşık olarak Planck zamanına denk geliyor.Başka bir ifadeyle Planck zamanı, bugünkü fiziğin “Buradan ötesini henüz bilmiyoruz” dediği sınır çizgisi gibidir.

Bunu daha sade bir örnekle düşünmek mümkündür. Bir haritaya uzaktan baktığınızda yolları ve şehirleri görürsünüz. Fakat haritayı sonsuza kadar büyütmeye çalışırsanız bir noktadan sonra görüntü bozulur ve anlamını kaybeder. Fizikçiler için Planck zamanı da buna benzer bir sınırdır. Evrenin başlangıcını geriye doğru hesapladığımızda, bir noktadan sonra fizik denklemleri anlamını kaybetmeye başlar.İşte bu nedenle Planck zamanı yalnızca çok küçük bir zaman birimi değildir. Aynı zamanda insan bilgisinin bugünkü sınırlarından biridir.

Büyük Patlama’dan sonra evren,zamanla genişleyip soğudu. Yaklaşık 380 bin yıl sonra ilk atomlar oluştu ve ışık serbest kalabildi. İşte bugün “kozmik mikrodalga arka plan ışıması” dediğimiz şey, o ilk ışığın bugüne ulaşmış çok zayıf kalıntısıdır. Bunu evrenin çocukluk döneminden kalmış bir ışık izi gibi düşünebiliriz.Bu fikir ilk olarak 1948 yılında George Gamow, Ralph Alpher ve Robert Herman tarafından ortaya atıldı. Bu bilim insanları, eğer Büyük Patlama gerçekten yaşandıysa, o büyük başlangıcın geriye zayıf bir enerji izi bırakmış olması gerektiğini düşündüler.

1965 yılında Amerikalı fizikçiler ArnoPenzias ve Robert Wilson, büyük bir radyo anteniyle uzaydan gelen sinyalleri inceliyorlardı. Fakat cihazlarında sürekli aynı garip uğultu ortaya çıkıyordu. Bu ses ya da sinyal, anteni nereye çevirirlerse çevirsinler kaybolmuyordu. Önce cihazın bozuk olduğunu düşündüler. Daha sonra antenin içine giren kuşlardan ve kuş pisliklerinden bile şüphelendiler. Anteni temizlediler ama uğultu hâlâ devam etti.

Sonra önemli bir şey fark ettiler: Bu sinyal yalnızca uzayınbir bölgesinden gelmiyordu. Evrenin her yönünden aynı şekilde geliyordu. Bu çok önemliydi. Çünkü eğer sinyal tek bir yıldızdan ya da tek bir galaksiden gelseydi, anten başka yöne çevrildiğinde kaybolması gerekirdi. Ama kaybolmuyordu.

Tam o sırada başka bilim insanları da Büyük Patlama’dan sonra evrende zayıf bir “ısı izi” kalmış olması gerektiğini hesaplıyorlardı. Penzias ve Wilson’ın bulduğu uğultunun tam da bu tahmin edilen enerjiye benzediği anlaşıldı. Yani bilim insanları şunu düşündü;eğer evren gerçekten çok sıcak bir başlangıçtan doğduysa, o büyük sıcaklığın çok zayıf bir kalıntısı bugün hâlâ uzayın her tarafında bulunmalıydı.

İşte Penzias ve Wilson’ın duyduğu o uğultu, aslında Büyük Patlama’dan kalan çok eski bir enerji iziydi. Bu keşif, Büyük Patlama Teorisi’nin en güçlü kanıtlarından biri haline geldi. Çünkü bilim insanları ilk kez evrenin başlangıcından kalan bir izi doğrudan gözlemlemiş oldular.Bugün Büyük Patlama Teorisi yalnızca evrenin başlangıcını açıklayan bir fizik modeli değildir. Aynı zamanda insanın evrendeki yerini sorgulamasına neden olan büyük bir düşünsel dönüşümdür. Çünkü bu teori bize, bedenimizdeki atomların bile yıldızlarla aynı kozmik geçmişten geldiğini göstermektedir.Öyleyse, aynı kozmik geçmişe sahip canlılar ya da yaşam gerçekten yalnızca Dünya’ya mı aittir?

…devam edecek