Büyük Patlamanın Gerçek Fiziği Nedir?

Bilim insanları evrenin başlangıcını büyük patlamayla açıklıyorlar. Peki büyük patlamaya ne yol açtı ve evren büyük patlamayla nasıl oluştu? Dahası büyük patlama nerede gerçekleşti? Bu yazıda büyük patlamanın gerçek fiziğini görecek ve büyük patlamayla ilgili olarak doğru bilinen 8 yanlışı düzelteceğiz. Şimdi koltuklara oturun ve kozmik enflasyon dizimizin 3. bölümünde 2020 uzay macerasının tadını çıkarın; çünkü bilimsel gerçeklerden daha şaşırtıcı bir film senaryosu yoktur.

Büyük patlamanın aslı astarı

Modern bilim evrenin büyük patlamayla yaklaşık 13 milyar 780 milyon yıl önce oluştuğunu söylüyor. Tabii kimse büyük patlama anında orada değildi ve birazdan göreceğimiz gibi; bildiğimiz anlamıyla uzay-zaman da büyük patlamayla oluştuğu için orada olmanın bir anlamı yoktu.

Bu da haliyle insanı şaşırtıyor ve bazıları bilimin 13,78 milyar yıl önce gerçekleşmiş bir olayı bugünkü kanıtlara bakarak nasıl açıkladığını anlamakta zorlanıyor. Gerçi Dünya’nın 6000 yıl önce 6 günde yaratıldığına inananlar varken bilimin de 13 milyar yıl öncesini açıklamasına şaşırmamak gerekiyor.

Önceki yazılarda evrenin nasıl oluştuğunu farklı açılardan anlattım (Evren Neden Var?, Büyük Patlama Öncesinde Ne Vardı?, Büyük Patlamadan Kalan İlk Ses Dalgaları bunlardan birkaçıdır). Ancak, blogda yapılan yorumlarda bazı okurlar özetle şunu söylüyor: “Büyük patlama anında kimse orada değildi hocam. Öyleyse evrenin nasıl oluştuğunu bilemeyiz.” Yanlış, ama saygıdeğer bir varsayım; çünkü bilmek ile inanmak arasındaki önemli farka değiniyor.

Oysa tersine, büyük patlama hakkında birçok şey biliyoruz ve ben de kozmik enflasyon yazı dizimizin bu bölümünde büyük patlamanın gerçek fiziğini anlatacağım. Yazının derli toplu olması için de büyük patlama hakkında doğru bilinen 8 yanlışı düzelterek büyük patlama hakkında ne bildiğimizi ve bilmediğimizi söyleyeceğim. Öyleyse başlayalım!

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

 

Büyük patlamanın 1. Yanlışı

Büyük patlama bir patlama değildir: Evrenin nasıl oluştuğuyla ilgili en yaygın yanlış anlamalardan biri budur. Sanki havai fişek patlamış gibi düşünürüz büyük patlamayı… Ancak kimseye mana bulmuyorum. Büyük patlamanın Türkçe çevirisinde yetersizlik var çünkü…

Gerçi büyük patlamanın İngilizcesi de pek net değil ama biraz daha anlaşılır: Özetle Big Bang, Big Explosion değildir. Dolayısıyla what banged (ne patladı), why it banged (neden patladı) ve what was before the bang (patlamadan önce ne vardı) diye sorabiliriz. Kozmolojinin temel soruları budur.

Teknik detaylar bir yana, insanlar büyük patlama anında evrendeki bütün maddenin küçücük tek bir noktada toplandığını düşünür. 13,78 milyar yıl önce bugün gördüğümüz bütün galaksiler, yıldızlar, gezegenler vb. büyük patlama anında o noktada toplanmıştır. Sonra patlama olur; çünkü büyük patlamayı kozmik yumurta gibi düşünürüz ve içindeki her şey uzaya saçılır.

İşte tam burası yanlıştır! Bildiğimiz anlamda uzay ve zaman da büyük patlamayla oluşmuştur. Bu yüzden büyük patlama uzayın içinde bir yerde değil, zamanda bir anda gerçekleşti. İlk saniyenin 10⁻³²’sinde gerçekleşti. Evren büyük patlama anından beri sürekli genişliyor; ama uzayın içinde genişlemiyor. Bizzat uzay-zaman hiçliğin içinde genişliyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Büyük patlamanın 2. Yanlışı

Büyük patlama yaratılış anıdır ve uzay-zaman büyük patlamayla oluşmuştur: Bu dev yanlış anlamayı iki parçaya bölelim. 1) Büyük patlama yaşadığımız gözlemlenebilir evreni oluşturdu, ama her şey büyük patlamayla oluşmadı; çünkü büyük patlamadan önce kozmik enflasyon vardı ve büyük patlamayı da kozmik enflasyon oluşturdu. Kısacası büyük patlama yaratılış anı değildir.

2) Uzay ve zaman büyük patlamayla oluşmadı: Kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesinin getirdiği sınırlamalar sebebiyle ölçebildiğimiz ilk an 5,39 × 10⁻⁴⁴ saniyedir. Kozmik enflasyon bile daha sonra başlamıştır. Oysa büyük patlama kozmik enflasyon bittikten sonra 10^-32. saniyede gerçekleşti; yani büyük patlamadan önce de zaman vardı. Sadece bizim zamanımız değildi.

Keza evrende ölçebileceğimiz en kısa mesafe 1,61622837 × 10^-35 metredir. Oysa büyük patlama anında evren çok küçük olmakla birlikte evrenin çapı bundan kat kat büyüktü. Büyük patlama öncesinde evrenin çapı proton çapına eşitti veya daha küçüktü: 0,833 x 10^-15 metre. Dolayısıyla büyük patlamadan önce de uzay vardı ama bizim uzayımız değildi.

İşte bu nedenle uzay-zaman büyük patlamayla oluştu demek çelişki değildir; çünkü bildiğimiz anlamda uzay-zaman, yani bugünkü fizik yasalarının geçerli olduğu evren büyük patlamayla oluştu. Özetle büyük patlama teorisi gözlemlenebilir evrenin yaratılış anından sonra nasıl oluştuğunu açıklar (Yaratılış sözcüğünü seküler anlamda kullanıyorum. Laik demedim; çünkü bireyler laik olmaz, sadece devlet laik olur. Çağcıl düşüncede bireyler sekülerdir).

İlgili yazı: Dünyanın Derinliklerinde Yeraltı Okyanusu Bulundu

 

Büyük Patlamanın 3. Yanlışı

Sadece 1 büyük patlama var: Hayır, kozmik enflasyon teorisine göre iki büyük patlama var. Planck anında başlayan kozmik enflasyon (soğuk büyük patlama) ve kozmik enflasyonun gözlemlenebilir evrende sona ermesiyle oluşan sıcak büyük patlama (okulda öğretilen ve belgesellerde gösterilen bildiğimiz ve sevdiğimiz büyük patlama).

Kozmik enflasyonun gerçek fiziğini yazı dizimizin 4. bölümünde göreceğiz, ama konuya giriş yapmak için kozmolojide kriz çıktı yazısını okuyabilirsiniz. Ancak meraklısına; kozmik enflasyon da Planck anında değil, 10^-36. saniyede başladı. O sırada evren 10^-28 cm çapında veya proton boyunda idi. Bu bizim evrenimiz değil, ama fizik yasaları farklı olan nüvesiydi.

Kozmik enflasyona neyin yol açtığını veya kozmik enflasyonun tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz; ama sorun yok. Bazı kurumsal dinlerin tersine; bilim bilmiyorsa, bilmiyorum der. Dünya’nın kendi çevresinde döndüğünü bilmeyen şahsın gece-gündüz nasıl oluşuyor sorusuna verdiği yanıt gibi; bilmediğini saklamak üzere gece ve gündüz ayrı birer varlıktır diye uydurmaz.

İlgili yazı: Gökbilimciler Üç Cisim Problemini Nasıl Çözdü?

 

Büyük Patlamanın 4. Yanlışı

Yaratılış anı Planck anıdır ve o sırada evren tekillikti: Bu yanlış anlamayı da ikiye bölelim. 1) Zamanda ölçebildiğimiz en kısa süre Planck anıdır; ama yaratılış anının Planck anı olup olmadığını bilmiyoruz. Sadece belirsizlik ilkesi uyarınca muhtemelen Planck anı olabileceğini düşünüyoruz.

2) Büyük patlama anında evren tekillik değildi. Peki tekillik nedir? Tekillik, Einstein’ın yerçekimini tanımlayan genel görelilik teorisi uyarınca, çapı sıfır olan kütleli bir parçacığın yerçekiminin sonsuza erişmesi demektir. Tekillik uzayda sonsuz küçüklükte bir noktadır. Madde ve enerji yoğunluğunun sonsuza eriştiği boyutsuz ve matematiksel bir noktadır.

Bu yüzden de tekillik diye bir şey yoktur; çünkü evrende çapı 0 olan hiçbir parçacık ve cisim yoktur. Kuantum fiziğindeki belirsizlik ilkesine göre, kara deliklerin içinde bile gerçek tekillik oluşması imkansızdır. Sadece yaklaşık tekillik oluşabilir; çünkü tekillikte bir parçacığın çapı sıfırsa konumu kesin belirlidir. Bu durumda ve belirsizlik uyarınca momentumu tümüyle belirsiz olacaktır.

Bu parçacık rastgele titreşmeye atomaltı mesafelerde sağa sola sıçramaya başlayacaktır. Yerinde rahat durmadığı için de tekillik oluşmayacaktır. Özetle Planck anında da tekillik yoktu. Bu sebeple bir yaratılış anı varsa bile, Planck anından önce bir şeyler olması gerekiyor. Bunlar en azından ilkin kuantum alanları ve sanal uzay zamandır.

Tekillik yoksa ne var?

Kuantum alanlarını sicim teorisi ve evren ne kadar veri depolayabilir yazılarında anlattım. Sanal uzaya ise kuantum köpük yazısında değindim ama daha detaylı olarak yazacağım. Kısacası tekillik Einstein’ın genel görelilik denklemlerinin kısa mesafede bozulmasından kaynaklanan bir hatadır.

İlgili yazı: Biyonik Böbrek ile Diyaliz Derdine Son

 

Büyük patlama teorisi ne diyor?

Diyor ki 10^-32. saniyede evrenin çapı bir bilye veya greyfurt çapına eşitti. Büyük patlamanın enerjisi temel parçacıkları oluşturdu. Parçacık fiziğinin ardından nükleonlar oluştu ve dolayısıyla nükleer fizikle birlikte bildiğimiz fizik yasaları ortaya çıktı. Evren büyük patlama anından beri sürekli genişliyor.

Büyük patlama teorisi nereden çıktı derseniz: Bugün evrene baktığımız zaman bizden 3,26 milyon ışık yılı ve daha uzak olan galaksilerin uzaklaştığını görüyoruz. Bu mesafeden itibaren galaksiler ne kadar uzaksa bizden o kadar hızlı uzaklaşıyor. Demek ki geçmişte bir anda evrendeki bütün madde ve karanlık enerjinin büyük kısmı hariç bütün enerji küçücük bir noktada toplanmıştı: Proton boyundaki bir nokta.

Dahası evren düzdür

Uzayda ne kadar uzağa bakarsak bakalım, evrenin ölçebildiğimiz kadarıyla düz olduğunu görüyoruz; çünkü diyelim ki 10 milyar ışık yılı uzakta paralel ışık çizgileri birbirine yaklaşmıyor, birbiriyle kesişmiyor veya birbirinden uzaklaşmıyor. Görebildiğimiz evrenin çapı (gözlemlenebilir evren) 92 milyar ışık yılıdır.

Bugün bizden 46 milyar ışık yılı uzakta olan galaksilerin ışığı sonsuz gelecekte bile bize ulaşmayacaktır; çünkü evren sürekli genişlediği için aramızdaki mesafe ışık hızından daha hızlı açılacaktır. Özetle evrenin genişleme hızı evrenin sınırında ışık hızını aşmaktadır. Nitekim evrende ışıktan hızlı gitmek imkansız olsa da bizzat uzayın ışıktan hızlı şişmesine engel yoktur.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Büyük Patlamanın 5. Yanlışı

Evrenin sınırında galaksilerin hızı ışık hızını aşıyor: Hayır, evren genişlerken galaksiler bizden uzaklaşıyor; ama uzayın içinde gittikleri için uzaklaşmıyorlar. Uzay genişlediği için galaksiler birbirinden uzaklaşıyor. Bunu bir balona benzetebilirsiniz. Balonun üzerine noktalar koyun ve sonra balonu şişirin. Noktalar hareket ettikleri için değil, balonun yüzeyi genleştiği için birbirinden uzaklaşacaktır. Dolayısıyla evrenin sınırının ötesindeki galaksiler ışıktan hızlı uzaklaşır ama ışıktan hızlı gitmezler. Öte yandan balonun bir ucundan değil, merkezden dışa doğru şiştiğini varsaymalısınız.

Bizler de her geçen yıl evrenin düzlüğünü daha kesin ölçüyoruz. Bakın bu ne anlama geliyor: Dünya düz değil, yuvarlaktır; ama çok büyük olduğu için yerden bakınca bize düz gelir. Mega evren de aslında yuvarlak olabilir; ama gözlemlenebilir evrenden çok büyük olduğu için biz bakınca düz görünür.

Peki gözlemlenebilir evrenin düz görünmesi için mega evren ne kadar büyük olmalıdır? Gözlemlenebilir evrenden en az 500 kat büyük olmalıdır. Önceki yazılarda 250, 280, 300 kat büyük olmalı demiştim. Bu sayılar değişiyor; çünkü gittikçe daha kesin ölçümler yapıyoruz. 500 kat büyük olması en güncel bilgi.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Büyük Patlamanın 6. Yanlışı

Evren, gözlemlenebilir evrenden ibarettir: Hayır, mega evren gözlemlenebilir evrenden çok büyüktür. Hatta sonsuz büyüklükte olabilir. Bunu anlamak için problemi yine ikiye bölelim: 1) Bildiğimiz evren büyük patlamayla oluştu ama büyük patlamayı tetikleyen kozmik enflasyondan önce, sanal uzay-zaman ezelden beri var olmuş olabilir.

Dolayısıyla gözlemlenebilir evrenin (birazdan göreceğimiz gibi kozmik enflasyon nedeniyle) içinde yer aldığı mega evrenin de bir başlangıcı olabilir. Ancak kozmik enflasyon öncesindeki sanal (?) uzay-zaman ezeli olabilir.

2) Mega evren sonsuz büyüklükte olabilir; çünkü gözlemlenebilir evren kozmik enflasyon sona erince oluştu; ama enflasyon sadece bu evrenin içinde sona erdi. Evrenin ötesindeki uzayda ise daha geç sona ermiş veya hiç sona ermemiş olabilir. Daha geç sona erdiyse mega evren gözlemlenebilir evrenden çok büyük, en az 500 kat büyük ama sonlu olacaktır. Yok, hiç sona ermediyse sonsuz büyüklükte olacaktır.

Kozmik enflasyon teorisine göre, gözlemlenebilir evren sonsuza dek ışıktan hızlı şişen sanal uzay-zamanda ışıktan yavaş olarak sonsuza dek genişleyecek olan bir uzay-zaman parçasıdır. Belki, ama sadece belki mega evren de küre şekillidir. Bu durumda yaşadığımız evren bu kürenin yüzeyinde yer alan 92 milyar ışık yılı çapındaki bir halkadır.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Büyük Patlamanın 7. Yanlışı

Mega evren ezeli ve ebedi tek evrendir. Üstelik küre şekillidir: Bu da büyük bir yanlış anlama. 1) Kozmik enflasyon teorisine göre, evren öncesi hiçlikte sanal uzay-zaman vardı. Bu ortamda ve belirsizlik ilkesi uyarınca kozmik enflasyon birçok sanal noktada tetiklendi. Birçok sanal noktada en azından kısa bir süre için ışıktan hızlı şişen birçok mega evren oluştu.

Öte yandan, kozmik enflasyon hem sanal zaman hem de sanal uzayda sonsuz kere tekrarlanıyor olabilir. O zaman kozmik enflasyon ezeli ve ebedi bir süreçtir ki bu anlamda kainat sonsuzdur. Bu durumda kainatta sonsuz sayıda mega evren vardır. Bunların bir kısmı da sonsuz büyüklükte olabilir. Her mega evrende sonlu veya sayısız gözlemlenebilir evren olacaktır.

Özetle bizim evrenimiz büyük patlamayla oluşmuştur; ama mega evrenlerden birinin yüzeyindeki birçok gözlemlenebilir evrenden biridir. Özetle büyük patlama maddenin uzayda hareket etme hızı değil, uzayın genişlemesidir.

2) Kozmik enflasyon nedeniyle evren düzdür; ama evren şişmeden önce küre şekilliydi diye bir kural yok. Evren enflasyondan önce simit şekilli de olabilirdi. Ancak, kozmik enflasyon 10^-36 ila 10^-32 – 10^-32. saniye arasında gerçekleşti. Bazı hesaplamalara göre bu kadar kısa sürede evren tam 10²⁶ kat genişledi. Öyle ki proton boyundan greyfurt boyuna genişledi.

Ancak dikkat edin

Bütün bu hesaplamalar tahminidir ve kozmik enflasyon teorileri içinde hangisini savunduğunuza göre değişir. Örneğin, 1979’da ilk kozmik enflasyon teorisini geliştiren Alan Guth’a göre evren ışıktan hızlı şişerken, evrenin boyu sadece 10^-2 saniye içinde 10^-28 cm’den 1 cm çapına genişledi. Bu sürede evrenin boyu her 10^-28 saniyede iki katına çıktı ve 100 kez ikiye katlanma ile 1 cm’lik bilye boyuna erişti. Ben de önceki yazılarımda bu bilgileri baz aldım. Bu yazıda ise size daha yeni hesaplamaları aktardım.

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim

 

Büyük Patlamanın 8. Yanlışı

Gözlemlenebilir evrenin merkezi Dünya’dır: Bu kısmen doğru bir önermedir. Gözlemlenebilir evrenin yarıçapı Dünya’dan bakınca görebildiğimiz en uzak galaksiye uzanır. Öte yandan Mars Dünya’dan en az 55 milyon km uzaktadır. Bu sebeple oradan bakınca daha uzağı görürüz; ama Dünya’nın Mars’a dönük olmayan arka yüzünden bakarsak da Mars’tan göremeyeceğimiz kadar uzağı görürüz.

Dahası Dünya, Samanyolu galaksisinin merkezindeki kara deliğin çevresinde dönüyor ve galaksimiz de uzayda yol alıyor. Dolayısıyla gözlemlenebilir evrenin merkezi Dünya’nın konumuna göre değişiyor. Aslında gözlemlenebilir evrenin merkezi gözlemciye, yani uzaya kimin baktığına göre değişir. Güneş sistemi ve hatta galaksimiz evrene göre çok küçük olduğu için merkez konusu bir problem değildir.

Her durumda gözlemlenebilir evrenin de kapı duvar somut bir sınırı yoktur. Bu soyut sınır sadece ne kadar uzağı görebildiğimizle ilgilidir. Ötesinde ise mega evrenin enginlikleri ve belki de sonsuz sayıda galaksi yer alıyor.

İlgili yazı: Yapay Zeka ile İnsan Zekası Arasındaki 10 Fark Nedir?

 

Toparlayacak olursak

Büyük patlama gerçek bir patlama değildir; ama bildiğimiz gerçek uzay-zamanı oluşturdu. Evrendeki temel parçacıkları, ardından yıldızlar, galaksiler ve nihayet bizi meydana getirdi. Evren büyük patlama anından beri sürekli genişliyor ve karanlık enerji yüzünden sonsuza dek genişleyecek.

Büyük patlamadan önce evren kısa bir süre için ışıktan hızlı şişti. Kozmik enflasyon sona erdiğinde serbest kalan enerji de yaşadığımız gözlemlenebilir evreni doğuran büyük patlamayı tetikledi. Kozmik enflasyondan önce muhtemelen sanal uzay-zaman vardı ve büyük olasılıkla ezelden beri vardı ki ebediyete kadar var olabilir.

Bir parçası olduğumuz mega evrenin sonsuz olup olmadığını bilmiyoruz; ama kozmik enflasyonun süregeldiği sanal uzay-zamanda sonsuz sayıda mega evren oluşuyor olabilir. Bunların her biri de kendi içinde sonsuz büyüklükte veya çok büyük olabilir. Bu fikre çoklu evren diyoruz ve siz de çoklu evren teorisini kainatta birden fazla evren var mı, kara delikler evren doğruyor mu ve evren içi boş bir hologram mı yazılarında görebilirsiniz.

Peki bizim mega evren sonsuz büyüklükte ise sonsuz uzay, büyük patlama anında küçük ama sonlu bir noktaya nasıl toplanmış olabilir? Sıkıntı yok, bu da bir çelişki değildir. Evrenin sonsuza dek genişleyecek olması, başlangıçta sonsuz olmasını gerektirmez. Karanlık enerji evrenin sonsuza dek genişlemesi için sonsuza dek yeni uzay boşluğu yaratıyor olabilir. Bunun cevabını zaman büyük patlamayla mı akmaya başladı yazılarında okuyabilirsiniz.

Büyük patlamanın izinde

Böylece büyük patlama hakkında doğru bilinen 8 yanlışı gördük. Yazı dizimizin dördüncü ve son bölümünde ise kozmik enflasyonun gerçek fiziğini göreceğiz. Peki kozmik enflasyona sicim teorisindeki tek boyutlu enerji sicimleri yol açmış olabilir mi? Onu da sicimler nedir ile holografik ilke yazılarında görebilirsiniz. Uzay-zamanın yeni bir köşesinde buluşmak üzere keyifli günler dilerim.

Evreni başlatan büyük patlama

¹The big-bang theory: construction, evolution and status
²Quantum origin of pre-big bang collapse from Induced Matter theory of gravity
³Big-Bang Nucleosynthesis After Planck