Büyük Patlama Nerede Gerçekleşti?

97 yıl önce evrenin genişlediğini öğrendik. Yerçekimiyle bize bağlı olan en yakındakiler hariç her yönde galaksiler bizden ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyordu. Öyle ki evreni film şeridi gibi geri sarsak galaksiler yakınlaşmaya başlayacak ve tüm maddeyle enerji geçmişte tek bir noktada toplanacaktı. Galaksilerin bizden uzaklaştığını fark eden ünlü astronom Hubble sayesinde varoluşun bir başlangıcı olduğu ve evrenin 13,78 milyar yıl önce oluştuğunu öğrendik. Evrenin belirdiği ana büyük patlama diyoruz ama okurlarım soruyor: Büyük patlama nerede gerçekleşti? Madem evren genişliyor, neyin içinde genişliyor?

Büyük patlama teorisi nedir?

Büyük patlama harika bir isim; ancak isim babası evrenin ezeli ve statik olduğuna inanan gökbilimci Fred Hoyle’dur. Elimde bulunan ve 50’lerin başındaki basımlardan biri olan kitabında ısrarla anlattığı gibi Hoyle evrenin genişlediğine inanmıyordu. Bu fikirle dalga geçmek için de yeni teoriye büyük patlama dedi. Siz de büyük patlamanın uzayda bir noktada gerçekleştiğini düşünebilirsiniz. Oysa büyük patlama 13,78 milyar yıl önce her yerde birden gerçekleşmiştir.

Nasıl derseniz: Büyük patlamaya göre evren yaklaşık 14 milyar yıl önce birden her yönde genişlemeye başladı (en azından bilinen uzayın oluşmasını, yani sıcak büyük patlamayı dikkate alırsak). Büyük patlamanın enerjisinin bir kısmı kütleli parçacıklar olarak bağlandı ve bu da maddeyi oluşturdu. Uzayı oluşturmaya harcanan enerjinin bir kısmı da enerji parçacıklarını meydana getirdi; yani fotonlar (nötrinolarla birlikte radyasyon) ve kütlesiz olduğunu düşündüğümüz gluonlar… En hafif iki element olan hidrojen ve helyum da büyük patlamayla oluştu (yıldızların zamanla sentezlediği helyum dışında).

Uzay belgesellerindeki animasyonları bilirsiniz: Simsiyah uzay boşluğunda birden küçücük bir ışık noktası belirir ve flaş gibi çakarak genişler. İçindeki galaksileri adeta dışarı kusarak patlar. Buna karşın fizikte patlama uzayın içinde gerçekleşen bir şeydir. Oysa bildiğimiz anlamda uzayzaman da büyük patlamayla oluştu. Öyleyse evren neyin içinde genişliyor? Hiçbir şeyin içinde… Bildiğimiz anlamda uzay boşluğu olmayan ama kuantum alanlarıyla dolu olan boşluğun içinde genişliyor.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Büyük patlama hiçlikte gerçekleşti

Fizikte gerçek anlamda hiçlik yoktur. Evrenin dışında uzay yok ama kuantum alanları vardır. Bildiğimiz boş uzay bile kuantum alanlarıyla kaplıdır. Evrenin bildiğimiz anlamda uzayzaman olmayan bir şeyin içinde oluşması anlamında evren yoktan var oldu diyebiliriz ama felsefi anlamda yoktan var olmamıştır. Pekala. Uzay hiçbir şeyin içinde genişlemiyor, sadece genişliyor. Bu yüzden de her şeyin başladığı merkezi bir nokta yok; yani uzayda yok ama evrenimiz uzayzamandır.

Evrenin zaman bileşenini genellikle unuturuz ama bu demektir ki büyük patlama uzayda bir nokta değil, zamanda bir andır. Evrenin genişlemesi uzayın genişlemesidir; ışık hızına yaklaşan kütleli cisimlerde görülen zaman genleşmesi değil ama evren zamanla genişler. Peki bunu nereden biliyoruz? Aslında galaksilerin hareketini geri sarmak dışında bize büyük patlamayı anlatan bir şey daha var. O da tüm gökyüzünü kaplayan kozmik mikrodalga artalan ışımasıdır (CMB). Öyleyse CMB nedir?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Büyük patlama ve CMB

CMB evrenin ısı haritası olup büyük patlama ışığının kalıntısıdır. Bilgisayarda yapay renklendirme ile resimdeki gibi görünür. Her benek bugün binlerce ve yüz binlerce galaksiye, milyonlarca ışık yılı mesafeye karşılık geliyor. Kırmızı, turuncu, beyaz renkler büyük patlama anında enerji–madde yoğunluğu ve sıcaklığın nispeten yüksek olduğu noktaları gösteriyor. Mavi, mor ve yeşil renkler de tam tersini: Enerji–madde yoğunluğuyla sıcaklığın düşük olduğu yerleri… Kısacası kırmızı yerlerde bugün ortalama olarak biraz daha çok galaksi ve mavi yerlerde biraz daha az galaksi var.

Evren genişlediği için büyük patlamanın ışığı (CMB) kırmızıya kaydı ve artık çıplak gözle göremeyeceğimiz mikrodalga boyuna uzadı. CMB’yi 1965’te keşfettik. Yan duran Viking bira boynuzu ya da boruya benzeyen bir radyo antenimiz vardı ve sürekli parazit yapıyordu. Astronomlar sinyallerden gürültüyü temizleyemeyip de gökte her yerden geldiğini fark edince bunun CMB olduğunu anladılar. CMB büyük patlamadan kalan ışıktır ama evren 380 bin yaşındayken uzaya yayılmıştır. Neden mi?

Sonuçta bebek evren çok küçük ve yoğundu. Plazma olacak kadar sıcaktı. Işıkla doluydu ama mat olduğu için ışık uzaya yayılmıyordu. En detaylı CMB haritasını uzay teleskopu Planck yardımıyla 2013’te çıkardık. Biliyoruz ki CMB izotropik, yani eşyönlüdür. Uzayda nereye bakarsanız bakın aynı görünür. Büyük patlamanın ışığı olduğu için evrenseldir ki benekler de sizi aldatmasın. CMB’deki sıcaklık farkları 1 Kelvin derecenin 15 binde biri kadardır. Kısacası CMB homojendir (bağdaşık).

Bu da bize büyük patlamayı gösterir!

CMB’nin homojen olması büyük patlamanın her yerde gerçekleştiği ve bizzat uzayı oluşturduğunu gösteriyor. Homojenliği şöyle anlatalım: Dünya’dan bakınca gördüğünüz takımyıldızlarla 100 ışık yılı uzaktaki bir öte gezegenden bakınca gördüğünüz takımyıldızlar farklıdır. Oysa CMB Samanyolu’ndan Andromeda’ya gitseniz de aynı görünür. Buna karşın büyük patlama uzayda bir noktada olsaydı uzaya yaydığı cisimler her yönde aynı görünmezdi. Bunun yanında başka kanıtlarımız da var. Bizzat galaksiler:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Büyük patlama ve galaksiler

Evrende ortalama galaksi sayısı her yönde aynıdır. Galaksiler karanlık madde nedeniyle evrene 1 milyar ışık yılından büyük ölçeklerde hemen hemen eşit dağılmıştır ve evreni dev bir örümcek ağı gibi sarar. Tabii galaksilerin bizden her yönde uzaklaşması da büyük patlamanın her yerde gerçekleştiğini gösteriyor. Ne de olsa büyük patlama anında evren en çok bir bezelye tanesi kadar küçüktü. İşte o bezelye tanesi o günden beri genişliyor. Bugün 92 milyar ışık yılı çapına ulaşmış bulanıyor…

Tabii megaevrene inanıyorsanız yaşadığımız evren (buna geri geleceğim) küre şekilli asıl evrenin yüzeyindeki bir dairedir. Peki ya evren bugün Dünya’nın olduğu yerde oluştuysa ve oradan her yöne genişliyorsa? Dediğim gibi öyle olsa evren gökyüzünde her yönde aynı görünmezdi. Hatta Dünya’nın Samanyolu’yla birlikte saniyede 630 km hızla bizden 1 milyar ışık yılı uzaklıktaki Shapley Çekicisi denilen bir süper galaksi kümesine gittiğini biliyoruz. Bunu Dünya’nın konumunu evrensel ve eşyönlü CMB’ye bakarak görüyoruz. CMB Dünya’nın hareket yönünde maviye ve ters yönde de kırmızıya kayıyor. Dünya evrenin merkezi olsaydı ışığın frekansı kaymazdı.

Peki ya evrenin genişlemesi?

Evrenin genişlemesini bir balonun şişmesine benzetebiliriz. Balonun üzerine noktalar yapın ve şişirin. Şişen balonun zarı (yüzeyi) genleşecek ve noktalar da birbirinden uzaklaşacaktır. Noktalar yer değiştirdiği için değil, balonun zarı genişlediği için… Şimdi noktalar yerine uzaydaki galaksileri düşünün. İşte uzayda o şekilde genişliyor. Tabii büyük patlama uzayda bir nokta değil, zamanda bir an olduğu için evren balonu da tam merkezden dışa doğru şişiyor. Öte yandan evrenimiz megaevren küresinin bir parçası ise bu kürenin zaman boyutu dahil 4B olduğuna dikkat edin!

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Büyük patlama ve megaevren

Bu durumda evrenin şimdiki zamanı kürenin yüzeyine, kürenin içi de geçmişe karşılık gelecektir. Yaşadığımız evren ise 4B megaevren küresinin üzerinde 3B bir daire olacaktır. Öyleyse büyük patlamada oluşan aslında megaevrendir. Megaevren küre şeklinde veya üzerinde barınan çok sayıda gözlemlenebilir evrenin kendi içinde farklı hızlarda genişlemesi neticesinde patates gibi yumru yumru da olabilir. Sınırları Dünya’dan bakınca görebildiğimiz en uzak noktayla belirlenen gözlemlenebilir evrenimiz de bu eğri büğrü megaevren yüzeyinde (şimdiki zaman) göze düz görünecektir.

Evet, uzay düzdür; çünkü eğrilmeye başladığı nokta göremeyeceğimiz kadar uzaktan başlıyor. Nasıl ki Dünya yerden bakınca düz görünür ama uzaydan bakınca yuvarlaktır, aynen öyle. Öyleyse büyük patlamanın her yerde gerçekleştiğini daha iyi anlıyoruz. Büyük patlama sadece bizim gözlemlenebilir evrenimizi değil, megaevreni ve üzerindeki tüm diğer gözlemlenebilir evrenleri yaratmıştır. Peki galaksilerin bizden ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşmasının sonuçları nedir?

Gözlemlenebilir evrenin kenarı bugün bizden ~46 milyar ışık yılı uzaktadır. Onun ötesinde ise megaevrenin parçası olan diğer evrenler vardır. Büyük patlama anında o evrenler bizim bir parçamızdı. Oysa uzayın genişleme hızı (oranı değil!) katlanarak arttığı için o galaksiler çoktan yaşadığımız evrenin dışına çıktı. Ne de olsa bugün 46 milyar ışık yılından uzak olan galaksiler bizden ışıktan hızlı uzaklaşıyor (uzayın genişlemesi o mesafede ışık hızını aşıyor). Onlardan asla haber alamayacağız.

Büyük patlama ve gözlemlenebilir evren

Özellikle son paragrafa dikkat ederseniz gözlemlenebilir evrenin sınırlarının mutlak olmadığını görürsünüz. Bu sınırlar Dünya’dan bakınca görebileceğimiz en uzak noktadır ama Mars’tan veya Andromeda galaksisinden baksak daha uzağı görebilirdik. Öte yandan arkamıza baksak Dünya’dan arkamıza bakınca gördüğümüz kadar uzağı göremezdik. Kısacası gözlemlenebilir evrenin sınırları mutlak değil ama sabittir. Merkezinde hep gözlemcinin görüş mesafesi vardır. Işık hızı sabit olduğu için mesafe hiç değişmez. Dahası ne kadar uzağa bakarsanız o kadar eskiyi görürsünüz.

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Büyük patlama ve yerel grup

Buna karşın büyük patlamanın 10 milyon ışık yılı çapında olan ve bizim de üyesi olduğumuz yerel galaksi grubuna yapabileceği hiçbir şey yoktur. Bunun nedeni son 6 milyar yıldır uzayın genişlemesinin sebebinin büyük patlamanın “itiş gücü” değil, karanlık enerji olmasıdır. Karanlık enerji nedeniyle uzay her 3,26 milyon ışık yılında saniyede yaklaşık 70 km hızla genişliyor. Oysa karanlık enerjinin genişletme hızı yerel gruptaki galaksilerin birbirine göre olan ve yerçekiminden kaynaklanan hızından düşüktür. Bu nedenle yerel grup galaksileri birbirinden asla kopmayacak, tersine gelecekte birleşecektir.

Yerel grupta 3 büyük galaksi var: Samanyolu, Triangulum (Üçgen) ve Andromeda. Bunun dışında 50 kadar cüce/uydu galaksi var. Ayrıca henüz göremediğimiz ~30 cüce galaksi daha olduğunu düşünüyoruz. Kısacası 6 milyar yıl önce karanlık enerji etkili olmaya başlayana dek birbirine bağlı olmayan bütün galaksiler birbirinden kopup uzaklaşacaktır. O sırada yerçekimiyle yerel galaksi kümesinde bağlı olan bütün galaksiler de en geç 10 milyar yılda çarpışıp birleşecektir.

Böylece büyük patlamanın uzayda bir nokta değil, zamanda bir an olduğunu gördük. Her yerde gerçekleştiğini ve hem yaşadığımız evreni hem de parçası olduğu megaevreni yarattığını öğrendik. Peki evren sonsuza dek genişleyecek mi? Genişlerse nasıl yok olacak? Onu da şimdi okuyabilir ve Samanyolu ile Andromeda’nın ne zaman, nasıl çarpışacağını görebilirsiniz. Evreni genişleten karanlık enerjinin nasıl işlediğine bakarak büyük patlamanın gerçek fiziğine hemen göz atabilirsiniz. Eliniz değişmişken evrenin genişleme hızında neden uyuşmazlık olduğunu da inceleyebilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 🙋‍♂️

Büyük patlama animasyonu

¹The big-bang theory: construction, evolution and status
²Lemaître’s Big Bang
³Through the Big Bang