Evren Nasıl Oluştu?

Evren nasıl var oldu? İnsanlar tüm tarih boyunca bu konuları hep merak etmiştir ve her kültür kendine özgü bir evren anlayışı icat etmiştir. Antik bilimin sembol ismi Aristotelesin evreninde uzay, üzerinde yıldızların tutturulmuş olduğu büyük kristal bir küre olarak düşünülüyordu. Bu uzay sonluydu, ama zaman bağlamında durağan ve sonsuzdu; yani, ne başlangıcı ne de sonu vardı.

Hıristiyan dünya görüşü zamansal sonsuzluk kavramından vazgeçiyorsa da durağanlık/değişmezlik özelliğine sahip çıkmıştır. Bu düşünüşte evren tanrı tarafından yoktan var edilmiş ve o zamandan beri hiç değişmemiştir. Copernicus bile 1543te dünyayı evrenin merkezi olmaktan çıkarıp güneş çevresinde dönen sıradan bir gezegen statüsüne indirgerken (ve böylece evrenin insanoğlu için yaratıldığı inancını sorgulamaya açarken) bile evrenin uzaysal olarak sonlu, zamansal olarak sonsuz ve durağan olduğu yolundaki Aristoteles doktrinini değiştirmemişti.

Yıldızları üzerinde bulundukları kristal küreden koparıp uzaya dağıta kişi Copernicus öğretisinin güçlü bir yandaşı olan Thomas Digges oldu (1576). Diggese göre uzay sonsuz idi ve yıldızlar da sonsuz uzayda dağılmıştı. Uzayın sonsuzluğu Giddesten sonra kabul gördü; ancak zaman içinde değişmez olduğu yolundaki Aristotelesçi inanç hükümranlığını 20. Yüzyılın ilk çeyreğine kadar sürdürdü.

Yani 20. yüzyıla kadar kısmen Aristotelesten miras kalan düşüncesinin en önemli dayanaklarından biri durağan, yani zamanla değişmeyen evren kavramıydı. Örneğin 19. yüzyılda ünlü İngiliz jeolog Charles Lyell yerküremizin yaşlanmaz olduğunu ileri sürmüştü; ancak bilimsel çalışmalar sonucu elde edilen kanıtlar tersini doğruladı.

19. yüzyılın ortalarında dünyamızı ısıtan güneşin ısı kaynağının sonsuz olmadığı anlaşıldı.20. yüzyılın başlarında dünyanın evrim geçirmemiş düzgün ve yaşlanmaz bir yapı olduğu anlayışı çöpe atıldı. 20 yüzyılın başlarında kayalardaki uranyum ve kurşun oranları kullanılarak dünyanın yaşının birkaç milyar yıl mertebesinde olduğu saptanmıştı; bugün kabul edilen değer 4.5 milyar yıldır. Son derece sıradan bir yıldızın çevresinde dönen yine sıradan bir gezegen üzerinde yaşadığımızı anlayacak ölçüde evrim geçirmemiz için 4.5 milyar yıl geçmesi gerekmiş, ne kadar ilginç.

Evren hakkında sahip olduğumuz modern bilgilerin pek çoğunu 1930'larda geliştirilen yeni teknolojilere borçluyuz. Bu sayede uzaydan gelen radyo dalgalarının saptanması mümkün oldu. Daha önceki binlerce yıl boyunca görünür ışık insanoğlunun gökleri (ve tabii ki dünyayı da) inceleyebilmesinin tek yoluydu. Elektronik ışık detektörleri fotoğraf plakaları yerini aldı. Yeni geliştirilen bilgisayarı da devreye girmesiyle verilerin depolanması ve işlenmesinde elektronik devrim öncesi dönemde düşlenmesi bile mümkün olmayan müthiş bir kapasite ve hız kazanılmış oldu.

1940'lardan günümüze uzaydan gelen kızıl ötesi, mor ötesi ve x-ışınlarını saptayabiliyoruz. Görünür ışık elektromagnetik tayfın küçük bir bölümünü oluşturur. Kızılötesi ışınımın dalga boyu bundan daha uzun, radyo dalgalarının ki ise daha uzundur. Radyo dalgaları gibi insan gözünün duyarlı olmadığı tüm türlerini ortaya çıkarabildiğimiz gibi o zamana dek bilinmeyen pek çok gök cisminin de bulunması mümkün oldu; kozmik arka-fon ışınımı, kara delikler, nötron yıldızları, kuazarlar, karanlık madde vb.

Evren durağan mı, yoksa bir başlangıcı var mı? Varsa nasıldı? Uzayın en derinliklerine bakıldığında, uzayın sonuna (sınırına), ya da zamanın başlangıcına ulaşılabilir mi?

Evren oluşumu ve yapısına ilişkin bilimsel bilgilerin en önemli modern öncüllerinden birini Kanta borçluyuz. Kant, güneş sistemimizin dönmekte olan büyük bir gaz ve toz bulutunun yoğunlaşmasıyla oluştuğunu ileri sürdü. Bu ilkel gaz bulutu kendi çekim etkisi altında yavaş yavaş çöktü. En yoğun olan merkezi güneş oluşturdu vs.

Büyük ölçekteki evrenin ilk matematiksel teorisi Newton'un kütle çekim teorisi idi(1687). Bunun daha gelişmiş ve tam versiyonunu 1917de Einstein tarafından geliştirilen "Genel Görelilik Teorisi"dir. Einstein, bir bütün olarak evrenin bir modelini oluşturmak amacıyla kendi teorisinin temel denklemlerini çözmek için iki temel varsayım yapmıştır: Madde evrende düzgün bir biçimde dağılmıştır ve evren durağandır, yani zamanla değişmez. Dolayısıyla Einsteinin kozmoloji modeli durağan ve homojendir.

Bundan 5 yıl sonra Rus matematikçisi Friedman Einstein denklemlerinin zamanla değişen evren modeline karşı gelen çözümlerini de bulmayı başardı. Bunun için Einsteinin homojenlik varsayımın korurken durağanlık varsayımını sorgulamaya almıştı. Friedman çözümünde evren, yoğunlu son derece yüksek bir durumda başlayarak zamanla genişliyordu. Ne ilginçtir ki Einstein, bu yeni çözüme rağmen evrenin durağan olduğuna inanmakta diretti (tıpkı Aristoteles, Copernicus ve Newton gibi). Einstein benzer ilginç, bir anlamda çelişkili ve yıkıcı bir tavrı, ilk mimarlarından olduğu "Kuantum Teorisi"ne karşı da sergilemişti. İşin doğrusu, ne Einstein'ın ne de Friedman'ın genel görelilik denklemlerini çözmek için varsaydıkları başlangıç koşulları o günler itibariyle fiziksel olarak sınanabilecek koşullar değildi. Yani bu iki farklı yaklaşımı birbirinden ayırdedecek deneysel kanıtlar mevcut değildi.

Bu çerçeveden bakıldığında 1929 yılı bir anlamda milat niteliğindedir. Zira o yıl Edwin Hubble evrenin genişlemekte olduğunu keşfetti; galaksiler sürekli olarak birbirlerinden uzaklaşıyordu. Hemen belirtelim ki, Hubble galaksilerin birbirlerinden uzaklaştıklarını doğrudan teleskopla gözlemlememişti; bu sonuca teleskopuna gelen ışığın frekansındaki Doppler kaymalarına bakarak ulaşmıştı. Şöyle ki, galaksilerin renkleri tayfın kırmızı ucuna doğru kayıyordu ve bu tür bir kaymanın (yani dalga boyundaki uzama, ya da frekanstaki azalma) Doppler'in çalışmaları sonucu kaynağın uzaklaşma hareketinin bir sonucu olduğu biliniyordu. Bütün galaksiler bizim galaksimiz olan Samanyolu'ndan uzaklaşıyordu. Hubble'in anıtsal keşfi, galaksilerin uzaklıklarının uzaklaşma hızı ile orantılı olduğunu bulmasaydı. Başka bir deyişle bir galaksinin bize uzaklığı bir başka galaksinin 2 katıysa uzaklaşma hızı da 2 katı oluyordu. Bu sonuç her yönde düzgün olarak genişleyen bir evren için beklenen bir sonuçtur.

Nasıl bir şişen balonun yüzeyinde bir genişleme merkezi yoksa Hubbleın gözlem sonuçlarına göre evrenin de, genişliyor olmasına karşın, bir genişleme merkezi yoktu.Bir balonun yüzeyine her biri bir galaksiyi temsil eden noktalar koyduğumuzu düşünelim. Balon şişerken üzerindeki her hangi bir noktadan bakıldığında tüm diğer noktaların bu noktadan uzaklaştığı görülecektir; yani hiçbir nokta merkez değildir. Eğer galaksilerin uzaklaşma hızları uzaklıkları ile doğru orantılı ise, bütün galaksiler için hızın uzaklığı oranı sabit olmalıdır. Hubble sabiti adı verilen bu oran evrenin şu andaki genişleme hızını vermektedir.

Bu gözlemler her iki kozmolojik modelde (Einstein ve Friedman'ın modellerinde) ortak olan homojenlik varsayımını doğruluyordu. Ancak zamansal perspektiften bakıldığında, yalnızca Friedman modelini destekliyor, Einstein'inkini çürütüyordu.

Galaksiler zamanla birbirlerinden uzaklaştıklarına göre, geçmişte daha yakın olmaları gerekir. Eğer evren filmini geriye doğru oynattığımızı düşünürsek, galaksiler gittikçe birbirlerine yaklaşarak iç içe girmeye başlayacaklardır. Demek ki geçmişte öyle bir an vardır ki, evrendeki tüm madde yoğunluğu sonsuz olan bir noktada sıkışmış olarak bulunacaktır.

Bilim insanları bu durumun gerçeklemiş olduğunu zamanı hesaplıyabiliyorlar: Bu olay günümüzden yaklaşık 15 milyar yıl önce gerçekleşmiş; bu ana "Büyük Patlama" adı veriliyor. Kozmik evren filmimizi geriye doğru oynatma sürecine dönersek, evren büzüştükçe galaksiler gittikçe birbirlerine yaklaşırlar ve sonunda yıldızlar kendilerine özgü kimliklerini yitirirler. Evrendeki madde sonunda bir gazı andırmaya başlar. Evren daha da büzüşüp yoğunlaştıkça bu kozmik gazın sıcaklığı da giderek daha da artar. Sıcaklık 10 bin derece ulaşınca elektronlar atomlarından kaçıp kurtulmaya başlar. Daha da yüksek sıcaklıklarda ise atom çekirdekleri proton ve nötronlarına ayrışır. Evrenin doğum anı olan "Büyük Patlama" anına yaklaştıkça sıcaklık artmaya devam eder. Sıcaklık 10 trilyon (10^13) dereceye ulaştığında protonlar ve nötronlar da daha temel parçacıklar olan kuarklara ayrışır. Büyük Patlamadan 10-15 saniye sonrasına karşı gelen bu anda tüm evreni dolduran artık temel parçacıklardır, yani kuarklar ve leptonlardır.

Büyük patlama anına biraz daha yaklaştığımızda an üzerinde yoğun (bir anlamda spekülatif) çalışmaların yapıldığı bir araştırma alanıdır. Bu noktada üzerinde tartışılan bazı sorular şunlar: Madde neden var olmak zorunda? İlk kuarklar ve leptonlar nereden geliyor? Büyük patlama anından önce ne olduğu konusu esas olarak bilimin dışında. Ancak gene de bazı teorik fizikçiler bu konuda teorik spekülasyonlar yapmakta geri durmuyorlar.

Eski Yunandan bu yana bilim insanları hep doğanın minimalist açıklamasının peşinde komşulardır. Doğadaki dört kuvvetin birleşik bir teori çercevesinde anlaşılması bu bağlamda ulaşılan en son aşamayı temsil etmektedir. Bu kuvvetlerin birleşmesinin öngörüldüğü sıcaklık (10^28 C) herhangi bir hızlandırıcı laboratuarında elde edilebilecek sıcaklıktan, hatta yıldızların merkezindeki sıcaklıktan çok daha yüksek bir sıcaklıktır. Aslında böyle bir sıcaklık evrende yalnızca bir kez, Büyük Patlamadan yalnızca 1 saniye sonra sıcak enerji denizi evreni doldururken ortaya çıkmıştır.

İçinde yaşadığımız evrende yeni teorileri sınayabilecek bir laboratuar bulamayan yüksek enerji fiziği, 20. yüzyılın son çeyreğinde evrenin ilk anlarına gitmek, dolayısı ile kozmolojinin dünyasına girmek zoruda kalmıştır. CERN'de yenilerde çalışmaya başlayan "Büyük Hadron Çarpıştırıcı"nın (LHC) bu denli büyük bir tutkuyla inşa edilmesinin nedeni, dünya üzerindeki insan yapısı bir hızlandırıcı laboratuarında ilk kez olarak evrenin ilk doğum anlarındakine yakın bir enerji ve sıcaklık düzeyine ulaşabilecek olmasındandır.

Özetlersek çağdaş bilimsel anlayış evrenin yaklaşık 15 milyar yıl önce olağan üstü bir madde sıkışması ile başladığını ve ışık hızı ile genişleyerek uzaydaki yapıları oluşturduğunu söylüyor. Ancak bu buluş her şeyin anlaşıldığı anlamına gelmiyor. Kuşkusuz yanıtlanması gereken pek çok zoru var önümüzde. İşte bunlardan bazıları: Bu genişleme sonsuza dek mi sürecek, yoksa bir zaman sonra genişleme durup bir büzüşme mi başlayacak? Öyleyse bu büzüşmenin sonunda ne olması bekleniyor? Altını çizerek belirtelim ki, yaklaşık 100 yıl kadar önce bu tür soruların bilim dışı sorular olduğu düşünülüyordu.Bu gün ise bilimin neredeyse tam göbeğinde yer alıyorlar.

Geçmişte evrenin sabit olduğunun düşünüldüğü dönemlerde bilim insanları yıldızların haritasını çıkarmakla uğraşıyorlardı; günümüzde ise artık evrenin değişimi ve evrimini inceliyorlar. Bu bakımdan da fiziksel ve biyolojik bilimlerin yaklaşımlarında belirgin bir yakınsama var. Aristotelesin 22 asırlık sabit/durağan evren doktrinin sonunu getiren Hubblein anıtsal keşfi bir anlamda Darwinin 19. yüzyıldaki çalışmalarının gök bilime yansımalarıdır. Çağdaş astrofizik vücutlarımızı da oluşturan atomların (her bir kilogramda 10^26 atom) yıldızların içindeki nükleer reaksiyonlarda oluştuktan sonra uzaya püskürtülüp gezegenleri, toprağı ve organik molekülleri oluşturduğunu söylüyor. Dolayısı ile yaşamın ve insanın kökeninin incelenmesi sürecinde kaçınılmaz olarak galaksilerin, yıldızların ve en sonunda evrenin yaşam öyküleri karşımıza çıkıyor.

Namık Kemal Pak
Bilim ve Ütopya, Sayı: 195