Herkese yeniden merhabalar!

Hatırlarsanız, en son Büyük Patlama’nın tamı tamına gerçekleştiği yani tam sıfırıncı saniyede konumuzu sonlandırmıştık. Bundan sonra, adım adım, Büyük Patlama sonrası evrenin nasıl davrandığına, nelerin geliştiğine, nasıl gerçekleştiğine göz atacağız.

Başlık size komik gelebilir, “Koca yazıda sadece 1 saniyeden mi bahsedeceksin?” diye? :) Haklısınız, komik geliyor. Ancak Büyük Patlama, evrenimiz için öyle şiddetli bir değişimdir ki, tüm dengeler alt üst olmuş ve her şey çok çok kısa sürelerde (saniyenin trilyon çarpı trilyon çarpı trilyonda biri zamanlarda) gerçekleşmiştir. Ne demek istediğimi anlayacaksınız, merak etmeyin. :)

Tekillik halinde bulunan evren, sıfırıncı saniyede şiddetle patladığında, içerisinde bulunan devasa kütle ve enerji, anında, sürekli bir dönüşüm halinde, etrafa saçılmaya başlamış, evrenin sıfıra yakın olan hacmi, eksponansiyel olarak (gittikçe hızlanarak) ışık hızına yakınlaşmıştır. Bu eksponansiyel büyüme patlamayla birlikte başlamamıştır ancak evren Büyük Patlama’dan itibaren düzenli ya da düzensiz olarak sürekli büyümüştür. İlk anlarda bu büyüme (genişleme) düzenli olmasa da, günümüzdeki bulgular dahilinde oldukça düzgün bir genişlemeden bahsedebiliriz (gerçi son zamanlarda kuantum mekaniğinin gelişimiyle pek çok teori değişime uğradığından, “düzgün” kelimesi, evrenimizin genişlemesi için aklınızda yanlış bir imge bırakabilir, fakat şimdilik bizi idare edecek bir betimlemedir bu).

“Sıfırıncı saniyeden” sonrasını incelemeye başlamadan önce, sizi uyarmam gerekiyor: Evrenin gelişiminin önemli bir bölümü, çok çok çok çok kısa sürelerde olmuştur. Bu zamanlar, saniyenin 10 üzeri -50′si gibi akıl almaz kısalıktaki zamanlarla ölçülebilmektedir. Bu sebeple, an be an ilerlerken, aklınızda bulundurmanız gereken şey, bahsedilen zamanların “göz açıp kapamadan bile trilyonlarca kat hızlı” gerçekleşiyor olduğudur.

Evrenin gelişimini 3 ana aşamaya bölebiliriz: En Erken Dönem, Erken Dönem ve Yapı Oluşumu Dönemi

Evrenin “En Erken Dönemi”, sıfırıncı saniye ile Büyük Patlamadan 10 üzeri -12 saniye (saniyenin trilyonda biri) sonrasına kadar olan dönemdir ve Büyük Patlama anı da dahil olmak üzere, bu dönemle ilgili ortaya atılan tüm teoriler, eldeki bulgularla yapılan çıkarımsal tahminlerden öteye gidememektedir. Bildiğiniz üzere İsviçre’nin CERN laboratuvarlarında bu konuyla ilgili ayrıntılı çalışmalar yürütülse de, çarpışma deneylerinde ulaşılan düzeyler hiçbir zaman Büyük Patlama’da açığa çeken enerjinin yakınına bile yaklaşamamaktadır. Bu enerjilerin (sadece ısının bile) ne kadar büyük olduğunu ilk yazımda yazmıştım: Sadece sıcaklık bile 10 üzeri 35 santigrat derece düzeylerindedir ve bunu algılamak için enerjinin korunumu prensibini düşünebiliriz: Günümüzde sadece Dünya’da ya da Güneş Sistemi’nde değil; evrenin dört bir köşesinde var olan bütüm ısı, ışık, radyoaktif, nükleer ve diğer tip enerjilern toplamının bir toplu iğne ucunda birikmiş hali. İnanılmaz, tek kelimeyle büyüleyici!

“En Erken Dönem”, tam 6 safhadan (alt-dönemden, çağdan) oluşmaktadır. Bunlardan ilki “Planck Çağı” (ya da dönemi) denen, sıfırıncı saniye ile 10 üzeri -43 saniye arası olan dönemdir. Daha fazla ilerlemeden önce, fiziğin 4 temel kuvvetine kısaca değinmekte fayda vardır:

1) Kütleçekim Kuvveti: Cisimlerin Dünya üzerinde ve gezegenlerin yörüngede kalmasını sağlayan kuvvete verilen isimdir. Lise bilgilerimizden de bilebileceğimiz gibi “g” ile gösterilir (aslında bu ivmedir ancak kuvvetle ivme kütle üzerinden birebir ilişkili olduğundan ivmeyi kuvvet olarak düşünebilirsiniz) ve daima cisimlerin merkezlerine doğrudur. Örneğin Güneş ve Dünya birbirini sürekli belirli bir Kütleçekim Kuvveti ile çekmektedir. Bu durumda neden Dünya Güneş’e çarpmıyor diye sorabilirsiniz. Eğer ki sistemimiz durağan olsaydı ve evrenin genişlemesi sırasında “rasgelelikler” olmasaydı, Dünya’nın Güneş’e çarpması bir yana, Dünya ya da Güneş’in oluşumu bile “gezegenlerin oluşum ilkeleri” sebebiyle söz konusu olamazdı (ancak bu şu anda bizim konumuz değil). Ancak galaksimizin -ve genel olarak tüm evrenin- oluşumundaki düzensizlikler (düzensiz büyüme) ve savrulmalardan (evreni bir balon gibi düşünmek, her zaman doğru değildir, daha çok sağa sola savrulan bir balon olarak düşünebiliriz) ötürü, Dünya’nın oluşumu da, Güneş’in yörüngesine girebilmesi de mümkün olmuştur. Aslında var olmayan bir etki olarak kabul edilen “merkezkaç kuvveti”nden ötürü de, Dünya’nın Güneş’e doğru olan çekimi dengelenmektedir. Bu kuvvetleri Fizik’e yabancı olmayan arkadaşlar bilecektir. :) Lise ve üniversitede genelde “kurtulma enerjisi” olarak anlatılan, bir gezegenin (ya da cismin) bir diğerinin etkisinden kurtulması için gereken enerji hesaplanır ve bu hesaplamalar sırasında tek yapılan şey, merkez kaç kuvvetini, kütleçekim kuvvetine eşitlemektir. Daha fazla uzatmadan ikinci kuvvetimize geçelim.

2) Elektromanyetik Kuvvet: Bu kuvvet, elektrik yüklü parçacıkların manyetik bir alandan geçerken üzerlerine uygulanan kuvvet olan “manyetik kuvveti”, elektrik kuvveti ile ilişkilendiren kuvvete verilen isimdir. Bu kuvvet, kütleçekim kuvvetinden güçlü olmakla birlikte, genel olarak zayıf bir kuvvettir. Ancak çok uzun menzillere etki edebilir. Yani bizden birkaç yüz ışık yılı uzaktaki bir yıldız, gezegenimiz üzerinde elektromanyetik kuvvet yaratabilir. Elektromanyetik kuvvetlerin temelini fotonlar oluşturur.

.

3) Güçlü Çekirdek Kuvveti (Güçlü Etkileşim): Bu kuvvet oldukça ilginç bir kuvvet olmakla beraber, çok önemli bazı fiziksel sorulara cevap vermektedir. Kimya ya da fizik dersi almış olan arkadaşlarımız, kendi kendilerine şu soruyu sorabilirler: Madem ki protonlar artı yüklü parçacıklar ve manyetizma kurallarına göre aynı yükle yüklü parçacıklar birbirini iter, nasıl olur da atomların çekirdeklerindeki protonlar birbirlerine yapışık halde ve birbirlerini itmeden durabilirler, hem de dışarıda elektron gibi eksi yüklü bir parçacık varken ve protonları kendine doğru çekerken! İşte bu sorunun cevabı, 20. yüzyılın başlarına kadar pek çok bilim adamının da kafasına takılmış, hatta bu sorunu ortadan kaldırmak için pek çok farklı atom modeli ortaya atılmıştır. Fakat sorunun çözümü “Güçlü Çekirdek Kuvveti” ile Kuantum Mekaniği’nden gelmiştir. Bu kuvvet, elektromanyetik kuvvetlere nazaran çok daha kuvvetlidir, dolayısıyla protonların birbirini itmesine ya da elektronların protonları çekmesine engel olabilmektedir. Bu kuvvet, gluon denen kuarklar üzerinde taşınır (bu konuya çok girmiyorum, Kuantum Mekaniği’nden çok bahsetmek gerekir, sonraki bir yazıya saklayalım). Bu kadar zor ve geç keşfedilebilmesinin sebebi, 10 üzeri -15 metreden (bir metrenin milyon çarpı trilyonda biri) daha uzun mesafelerde gözlenememesidir.

4) Zayıf Çekirdek Kuvveti (Zayıf Nükleer Kuvvet): Oldukça zayıf bir kuvvet olan “Zayıf Çekirdek Kuvveti”, nükleer anlamda bazı bozunmalardan sorumlu olan kuvvettir. Beta ışıması, alfa ışıması, vb. bozunmalarda görev alır. Konumuzla pek alakalı olmayacağından, çok fazla üzerinde durmuyorum. Eğer kuvvetleri az çok tanıdıysak, artık zamanda ilerlemeye devam edelim. En son nerede kalmıştık? “En Erken Dönem”in Planck Çağı’ndaydık. Şu anda saatlerimiz sıfırıncı saniyenin limit düzeyde artı bir anını gösteriyor (patlamadan çok çok çok çok küçük bir zaman sonra). İşte bu anda, yukarıda açıkladığımız 4 temel kuvvetin tamamı, kendi içerisinde bir denge ve eşitlik halinde. Birbirlerine bir üstünlükleri ya da başka varlıklar üzerinde bir etkileri bulunmuyor. “Bu bir kuvvet, ne zaman başlayıp, ne zaman biteceğini nereden biliyoruz?” diye düşünebilirsiniz. Bu, yıllardır yanlış öğrendiğimiz, daha doğrusu “eksik” öğrendiğimiz “kuvvet” kavramından ileri geliyor. Bizler, kuvvetlerin “neler” olduğunu öğreniyoruz okullarımızda ama “nasıl” olduğuna asla değinilmiyor. Yani nasıl olur da Güneş, Dünya’yı (ya da bir başka gök cismini) kendine doğru çekebilir? Aralarında bir ip mi var? Elbette yok! E peki o zaman nasıl? Kuvvet dediğimiz nedir ki tam olarak? İşte kuantum mekaniği, bize bu kuvvetlerin “nasıl” oluştuklarını açıklıyor. Buna ayrıntılı olarak bir başka yazımda değineceğim zaten; ancak bilin ki, kuvvetleri “meydana getiren” parçacıklar (maddeler) bulunmaktadır! Bunların isimleri de kuarklardır (atom altı parçacıklar). Dolayısıyla saatlerimizin şu an gösterdiği sıfırıncı saniyenin limit değerde sonrasında, bu parçacıkların henüz tam olarak işlevleri yoktur ve kuvvetleri oluşturmamaktadırlar (Süpersimetri Teorisi).

Planck Çağı, bilim adamları için halen tam olarak izah edilememiş bir evre olduğundan, daha fazla üzerinde durmaya gerek görmüyorum. İsteyenler referans listemdeki linklerde gezinerek oldukça fazla bilgiye ulaşabilirler.

Devam edelim… Saatlerimiz artık, 10 üzeri -36 saniyeyi gösteriyor, yani aradan sadece çok çok kısa bir süre geçti. Şu anda “Büyük Birleşme Çağı”nın sonlarındayız, çünkü Büyük Birleşme Çağı, 10 üzeri -43 saniye ile 10 üzeri -36 saniye arasındaki zaman dilimine verilen ad. Bu dönemde, 4 temel kuvvet artık birbirinden ayrılmaya ve diğer atom altı parçacıklar üzerinde etkilerini göstermeye başlıyorlar. Bu 4 temel kuvvetten kendini ilk olarak “tamamen” diğerlerinden ayıran kuvvet ise, “Kütle çekim kuvveti” oluyor. Yani bu zaman diliminde, artık kütleçekim kuvveti iş başında (az önce verdiğim bilgiye dayanarak, elbette “kuvvet” değil kendisini diğerlerinden ayıran! Kütleçekim Kuvvetine sebep olan kuarklar oluşmaya başlıyor, bu sebeple bu kuvvet diğerlerinden ayrılıyor)! Diğer kuvvetlerden “Elektromanyetik Kuvvet”, “Güçlü Çekirdek Kuvveti” ve “Zayıf Çekirdek Kuvveti” hala birleşik haldeler -ki bu çağa adını veren durumdur. Bu anda, ayrışık olarak görülebilen tek parçacık, kütleçekim kuvvetine sebebiyet veren Higgs Bozonudur (bir tür kuark).

Zamanda daha da ilerliyoruz ve saatlerimiz 10 üzeri -36 saniyeyi biraz geçerken, “Elektro Zayıf Çağ”a giriyoruz. Bu çağ, 10 üzeri -12 saniyeye kadar sürüyor. Burada söylemem gereken şey, evrenin hacminin ışık hızına yakın hızlarda artmasıyla birlikte (eksponansiyel olarak büyüdüğünden bahsetmiştik), sıcaklığının da hacim genişlemesiyle ters orantılı olarak düşmesidir. Bu günümüzdeki fiziksel olaylarda da böyledir. Genel olarak bir cismin hacmi artıyorsa, sıcaklığı düşer. Büyük Patlama gerçekleştiği anda yayılan kütle ve enerjiden dolayı ortaya çıkan sıcaklık 10 üzeri 35 santigrat derece iken, patlamadan sadece 10 üzeri -36 saniye sonra, yani Elektro Zayıf Çağ denen dönemde, sıcaklıklar 10 üzeri 28 santigrat dereceye kadar düşmüştür (Büyük Patlama’nın olduğu sıcaklığın 10 milyonda birine kadar düşmüştür!). Bu çağın adından da anlaşılabileceği üzere, artık Elektro Zayıf Kuvvetler, birleşik halden ayrılmış ve işlevlerini yürütmeye başlamışlardır. Evrenin asıl genişlemesi, yani bizim bildiğimiz anlamıyla Kozmik Genişleme şimdi başlamaktadır. Bu çağda yeni olarak W, Z (W ve Z de iki diğer çeşit kuarktır, bizim için şu anda çok önemli değillerdir); ve bir önceki çağda oluşmuş ve hala oluşmakta olan Higgs bozonları görülebilmektedir.

Bundan sonraki çağ, 10 üzeri -36 saniye ile 10 üzeri -32 saniyeler arası gözlenen çağ olan “Genişleme Çağı”dır. Bu döneme ait sıcaklık verileri elimizde bulunmadığından (henüz), zaman konusunda da tam olarak emin olamamaktayız (çünkü metodoloji olarak evrenin zaman aralıklarıü, bu aralıkta olanlar, vb. o aralığın sıcaklıklarına göre belirlenir ve sınıflanıdırılır). Zamanıyla ilgili çıkarımı, diğer çağlar hakkındaki bilgilerimiz sayesinde edinebiliyoruz. Her ne kadar eskiden ortaya atılan teorilere göre evrenin bu çağda boş ve soğuk olduğu iddia edilse ve evrenin sıcaklığının sonradan, genişleme sonucu, faz değişimlerinden meydana geldiği söylense de, Lambda Soğuk Karanlık Madde Teorisi’ne göre, evrenin içerisinde karanlık madde bulunmaktaydı ve sıcaklık da bu maddeden ve bu maddeye ait enerjiden meydana gelmekteydi. Ayrıca bu çağda, genişlemeye bağlı olarak evrenin eğik yapısının düzleştiği ve düzlemsel bir hal aldığı ileri sürülmektedir. Genişleme Çağı’nda evren, homojen ve izotropik (bütün yönlerde aynı özelliklere sahip) bir şekilde genişlemiştir. Biliyorum, kafanız karıştı biraz. :) O yüzden hemen geçelim burayı, daha kesin zamanlara doğru gidelim. Yani artık bu En Erken Dönem ve onun alt-dönemlerinden çıkalım! :)

Zaman içerisinde ilerledikçe evrenin 2. önemli evrim basamağı olan “Erken Dönem”e giriş yapıyoruz. Bu dönem 10 alt basamaktan ya da çağdan oluşmakla birlikte, çok önemli gelişmeleri barındırmaktadır. Bu 10 çağ sırasıyla: Süpersimetrinin Kırılması, Kuark Dönemi, Hadron Dönemi, Lepton Dönemi, Proton Dönemi, Nükleosentez, Maddenin Hakimiyeti, Yeniden Birleşme ve son olarak Karanlık Çağlar Dönemi’dir.

Bu dönemlerde neler olduğu isimlerinden de anlaşılabilir. Süpersimetrinin Kırılması Çağı’nda, her cismin bir de karşıtının bulunduğuna dayalı ilke olan “Süpersimetri İlkesi” kırılması başlamış; yani bazı maddeler, zıt değerlilerine karşı üstünlük kurmaya başlamıştır. Bunun nasıl olduğu, yüzlerce sayfalık onlarca doktora tezine konu olmuştur, ben de tam olarak bilemediğim için bu konuya fazla girmeyelim. Ancak özünü bilmemiz yeterli, merak edenler araştırmalara internetten ve üniversitelerden ulaşabilirler. Bu çağdaki maddelerden kastımız, bilimum atomaltı parçacıklardır. Unutmamak gerekir ki saaatimiz 10 üzeri -12 saniyeyi gösterirken ortalıkta bildiğimiz anlamda bir atom ya da çekirdek bulunmamaktadır.

Kuark Dönemi, Büyük Patlama’dan 10 üzeri -12 ile 10 üzeri -6 saniyeler arasını içerir. Bu dönemde atomaltı parçacıklar olan kuarkların birbirinden ayrışması ve işlev kazanmaları tamamlanmıştır. Yani 4 temel kuvvet birbirinden tamamen ayrılmıştır. Artık, bildiğimiz anlamıyla fizik kanunları işlemeye başlamışlardır. Ancak sıcaklıklar halen o kadar yüksektir ki, bildiğimiz anlamıyla protonları veya diğer atomik parçacıkları oluşturacak olan atomaltı parçacıklar olan hadronların oluşması mümkün değildir; sıcaklık kuarkların hadronları oluşturmak için bağlanmalarına engel olmaktadır.

Hadron Çağı, 10 üzeri -6 saniye ile 1 saniye arasındaki dönemdir. Evet, artık bildiğimiz 1 saniyelik zaman geçmiştir. O kadar yazının sonunda, sadece 1 saniyeye ulaşabildik! :) Bu çağda, sıcaklıklar yeteri kadar düştüğü için ilk hadron oluşmuş, bu süreçte baryonlar (baryogenezde oluşan parçacıklar) oluşumuna devam etmiş ve protonlarla nötronlar evrendeki yerlerini almışlardır. 1 saniyelik zaman dilimi sonucunda artık nötrino denen, elektrik yükü olmayan ve kütlesi sıfıra yakın olan parçacıklar evrende özgürce dolaşmaya başlamışlardır. Bu sayede “Kozmik Nötrino Işıması” denen ve evrenin oluşumuna günümüzde ışık tutan ışımaların ilki olan ışıma başlamıştır ki bu ışımayı keşfetmek, astrofizik tarihinde yaptığımız en büyük adımlardan biridir!

Yazının okunabilir olması açısından, evrenin oluşumunun tam olarak 1. saniyesinde yazıma ara veriyorum. Heyecanımızı kaybetmeden, üçüncü kısımda görüşmek üzere arkadaşlar.

.

Kaynaklar:

.

http://supersymmetry.com/

http://hitoshi.berkeley.edu/public_html/susy/susy.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Timeline_of_the_Big_Bang

http://tr.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCy%C3%BCk_Patlama_Kronolojisi

http://tr.wikipedia.org/wiki/Temel_kuvvetler

http://tr.wikipedia.org/wiki/G%C3%BC%C3%A7l%C3%BC_%C3%A7ekirdek_kuvveti

http://tr.wikipedia.org/wiki/Elektromanyetik_kuvvet

http://tr.wikipedia.org/wiki/K%C3%BCtle_%C3%A7ekim_kuvveti

http://tr.wikipedia.org/wiki/Zay%C4%B1f_%C3%A7ekirdek_kuvveti

Sayın probablynogod‘a gönülden teşekkürlerimizle…