Büyük Patlama Modelini Muhtemelen Yanlış Anlıyorsunuz

Bilime ilgisi olmayan sıradan biri bile muhtemelen hayatının bir döneminde “Big Bang” veya dilimizde anıldığı şekli ile “Büyük Patlama” terimini duymuş ve onun üzerine bir miktar da olsa okuma yapmıştır.

Bununla birlikte gündelik yaşantımda Büyük Patlama modelinin çeşitli açılardan hatalı biçimlerde anlaşıldığını ve zihinde hatalı bir şekilde imgelendiğini gözlemliyorum.

Ve eğer Büyük Patlama hakkında derinlemesine okumalarda bulunanlardan biri değilseniz muhtemelen siz de onlardan birisiniz.

Sizi anlıyorum, çünkü bu muhtemelen sizin hatanız değil ancak şimdi burada, büyük bir yanlışı düzeltmenin tam zamanı.

Siz de (eğer yukarıda bahsettiğim gruba aitseniz) bu içeriği okuduktan sonra Büyük Patlama modelinin zihninizde eksik kalan yanlarını açığa çıkarmış olacaksınız.

**

**

**

Başlamadan önce Büyük Patlama olarak da bilinen Big Bang modelinin tarihine değinelim ve temel yönlerini kısaca ele alalım:

İnsanlar, bir şekilde düşünme yetisi elde ettikleri ilk zamanlardan bu yana kendi hayatları ve onları çevrelemekte olan madde hakkında derin bir şekilde düşündü.

İnsanlık tarihinin kısa geçmişinde yaygın olan kozmolojik görüş evrenin statik bir yapıda olduğu, yani zamanla evrim geçirmediği idi. Hatta çoğu düşünüre göre evren ezeli idi: Yani bir başlangıcı yoktu ve sonu da olmayacaktı.

Dünya merkezli bir kozmolojik modeli benimsemiş olan Aristoteles, maddi evrenin hacimsel olarak sonlu olması gerektiğini çünkü yıldızlar sonsuza dek uzansalardı Dünya’nın çevresinde 24 saat içerisinde tam bir dönüş gerçekleştiremeyeceklerini savunmuştu.

O halde uzayın kendisi de mekansal olarak sonlu olmalıydı. Ancak uzay, zamansal olarak sonsuz olmalıydı çünkü onlar yok edilemezdi ve yaratılamazdı.

Kısıtlı alanla ilgili şüphelerini dile getiren dikkate değer kişilerden birisi, uzayın bir sınırı veya kenarı varsa diğer tarafta ne olduğu sorusunu soran İtalyan filozof ve matematikçi Giordano Bruno oldu.

1610 yılında Kepler, evrendeki yıldızların sonlu olmaları gerektiğini öne sürdü çünkü sonsuz sayıda olsalardı, gökyüzü gece tamamen onlarla dolu olurdu. (Yani geceleri karanlık değil, tamamen aydınlık olurdu.)

Bu fikir daha sonradan Halley, Cheseaux ve Olbers tarafından da tekrar ele alındı (hatta bu fikir artık Olbers Paradoksu adı ile bilinir oldu) ancak Hubble tarafından yapılan bir keşif ile potansiyel olarak çok daha gerçek hâle geldi.

Einstein, Özel Görelilik teorisi ile ilgili çalışmalarını ilk olarak 1905, Genel Görelilik ile ilgili çalışmalarını ise ilk olarak 1915 yılında yayımladı ve modern fizik bu iki teori üzerine inşa edildi.

Einstein’ın Genel Görelilik olarak adlandırılan kütleçekim görüşünün fiziksel temeli, temel varsayımlar statüsüne yükselttiği iki ampirik bulguya dayanır: Görelilik ilkesi ve Eşdeğerlik ilkesi.

Görelilik ilkesi, kısaca fizik yasalarının tüm gözlemciler için aynı olduğunu belirtirken Eşdeğerlik İlkesi, kısaca kütleçekimsel ve ivmelenen sistemlerin birbirinden ayırt edilemeyeceğini öne sürer.

İkinci önermenin ana motivasyonu Galileo’nun kütle, şekil, renk ya da başka herhangi bir özelliğinden bağımsız olarak tüm nesnelerin (kütle) bir kütleçekim alanında aynı oranda hızlandığı gözleminden gelir. (Bu, Eşdeğerlik ilkesinin temel bir gözlemsel kanıtıdır.)

Einstein’in evren ile ilgili üç varsayımı bulunmaktadır.

İlki, evrenin homojen ve büyük ölçüde izotropik, yani zamanın herhangi bir anında ortalama olarak her yerde aynı olduğu varsayımıdır. Edward A. Milne daha sonra onu felsefi bir bakış açısına yükselterek Evrensel ilke olarak tanımlamıştır.

İkincisi, bu homojen ve izotropik evrenin kapalı uzamsal geometriye sahip olduğu varsayımıdır. Bu, evrenin sonlu bir hacme sahip olabileceği ancak bir sınırı olmadığı anlamına gelir. (Örneğin Dünya da sonlu bir hacme sahiptir ancak sınırlı değildir çünkü belirli bir düzlem boyunca düz yürüyen biri yine başlangıç noktasına ulaşır.)

Üçüncü varsayım ise evrenin bir bütün olarak statik olduğu, yani büyük ölçekli özelliklerinin zamanla değişmediğidir. Bu varsayım da Hubble’ın gözlemsel keşfinin öncesine dayandığı için nispeten doğal olarak tanımlanabilir.

İlk yazıldığı hali ile, Einstein tarafından 1917 yılında benimsenen bu üç varsayımın Genel Görelilik denklemlerinde “anlamlı” bir çözümü bulunmuyordu çünkü bu evrenin ya genişlemesi ya da çökmesi gerekiyordu. Bu nedenle Einstein, denklemlerine Kozmolojik Sabit olarak adlandırdığı fazladan bir terim ekledi.

Newton terimleri ile yorumlayacak olursak kozmolojik sabit, Einstein’ın kapalı evrenindeki tüm maddenin kütleçekimini tam olarak dengeleyebilecek, hareket etmesini ve çökmesini engelleyebilecek, kaynağı bilinmeyen bir itici güç olarak yorumlanabilir.

Einstein, çok gönülsüz bir şekilde de olsa bu tür bir fedakarlığı yapmayı kabullenmişti.

1929 yılında Edwin Hubble, gözlemlenen galaksi kümelerinin bizden uzaklaşmakta olduğunu (kırmızıya kaymayı), yani evrenin genişlemekte olduğunu fark etti.

Einstein denklemin orijinal formuna bağlı kalmış olsaydı bunu öngörebileceğini fark ettiğinde kozmolojik sabit için “hayatımın en büyük hatası” sözlerini kullanmıştı.

Genişlemekte olan bir evren modelini kabul ettiğinizde evrenin kökenini öğrenmek için kasedi geri sarmanız gerekir: Bu ise bizi son derece sıkıştırılmış ilkel bir duruma, muhtemelen daha önce de duymuş olduğunuz üzere bir tür “tekillik” durumuna götürür.

Sahi, gerçekten de öyle mi?

**

**

**

Büyük Patlama en temelde evrenin evrimine değinen bir kozmolojik modeldir. Elimizde evrenin evrimine yönelik birden fazla kozmolojik model bulunsa da Büyük Patlama modeli bunlar arasında en tutarlı olan, dolayısı ile en yaygın kabul görenidir.

Büyük Patlama modeline ilişkin en güçlü bilimsel destekler nobel ödülünü de beraberinde getiren Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması ve hafif elementlerin salınımının (Nükleosentez olarak da bilinir) ölçülmesidir.

Britannica gibi çeşitli ansiklopedilerde Büyük Patlama’nın “13,8 milyar yıl önce aşırı yüksek sıcaklık ve yoğunluk durumundan meydana gelen” ve “son derece sıkıştırılmış ilkel bir durumdan hızla genişleyen” bir olgu olarak tanımlandığını görebilirsiniz.

Az sonra daha ayrıntılı bir biçimde ele alacağımız üzere bu konuda sıradan bir okur açısından kafa karışıklığı yaratacak çok sayıda unsur bulunmaktadır ve ne yazık ki bunların önemli bir kısmı Büyük Patlama modelini hatalı biçimlerde ele alan anlatıcılardan kaynaklanmaktadır.

Bunlardan ilki, Büyük Patlama modelinin evrenin devasa bir patlama ile başlamış olduğunu söylediği düşüncesidir. Bu hatalıdır çünkü ne orijinal Büyük Patlama teorisi ne de Büyük Patlama teorisinin modern yorumları bunu ima etmez.

İkincisi, Büyük Patlama’nın zihinlerde gerçekten de bir tür patlama olarak tasvir edilmesi, örneğin, ısıdan ve basınçtan kaynaklanan bir tür patlama olduğunun düşünülmesidir. Ancak Büyük Patlama, “parçaları” uzaya doğru yayılan bir “patlama” değildir.

Ve evrenin genişlemesi, evrenin ucuna yeni parçaların (veya alanların) eklenmesi ve bunların uç uca yamalanması gibi bir şey değildir. Genişleyen, bizzat evrenin dokusunun kendisidir.

**

**

**

Büyük Patlama modelinin hatalı bir şekilde anlaşılmasının ana nedeni internet sitelerinde, kitaplarda, televizyon programlarında ve daha pek çok ortamda bu model hakkında bilgi veren kaynakların onu yeterince anlamamış ve bazen de artık geçerliliğini yitirmiş eski yorumlardan yararlanmış olmalarıdır.

Bazen de bilgiler ve tahminler birbiri ile aynıymış gibi aktarılır. Bilgilerin aksine tahminlerin geçerliliğini yitirebilecekleri, hatta bazen sağlam temeller üzerine kurulu olmamış olabilecekleri bile unutulmamalıdır.

Bu kaynaklardan kimi evrenin mutlak başlangıcının Büyük Patlama ile başladığını ima ederken kimi tekilliği, zamanda bir an yerine mekanda bir nokta olarak tasvir ediyor. Bazıları, Büyük Patlama’nın gerçekten de bir patlama olduğunu düşünüyor.

Elbette bunları tam olarak anlamamak sıradan bir okur için önemli bir sorun değil ancak anlatıcılar bu tür hatalara düştüklerinde kitleler de onların ardından sürükleniyor (ve ne yazık ki Stephen Hawking’in kitapları ve programları bile bunu başaramıyor).

Peki evren nasıl başladı? En ufak bir fikrimiz bile yok.

Günümüzün henüz kesinlik kazanmamış olan yaygın görüşü evrenin belirli büyüklükteki bir parçasının 13,7 milyar yıl gibi bir süre önce enflasyon adı verilen olağanüstü bir genişleme sürecine maruz kaldığını işaret etmekte.

Burada “Evren 13,7 milyar yaşında.” veya “Evren 13,7 milyar yıl önce başladı.” gibi ifadeler kullanmadığıma dikkat edin, bunu bilmiyoruz. Bildiğimiz, Hot Big Bang evresinin 13,7 milyar yıl önce başlamış olduğudur ancak o anın bir bütün olarak evrenin başlangıç anına yakın olup olmadığını bilmiyoruz.

Tahminlere göre bu genişleme hızı o kadar yüksekti ki şu anda bu satırları okuduğunuz bilgisayarın ekranından daha küçük bir evren parçası, bir kuarkın, bir protonun bir tarafından öteki tarafına geçmesinden daha kısa bir süre içinde, evrenin gözlemlenebilir alanının boyutuna (ve belki daha fazlasına) genişledi.

Yani devasa bir evren parçası, neredeyse bir anda var oldu. Bu genişleme döneminde evren son derece boş, soğuk ve karanlık durumdaydı.

**

**

**

Bir diğer önemli nokta şudur: Evrenin genişlemesi mutlak zaman ve mutlak uzay çerçevesinde galaksilerin temel hareketini değil, bizatihi olarak uzayın kendisinin genişlemesini temsil eder.

Daha anlaşılabilir olması açısından yukarıdaki örneği ele alabiliriz: önceki durum olan soldaki çizimden, sonraki durum olan sağdaki çizime dek uzay iki katı genişliğe ulaşmıştır.

Ancak uzayın içinde bulunan insan, kedi, masa ve sandalye gibi güçlü kuvvetlerle bir arada tutulan “şeylerin” kendisinin genişlemediği unutulmamalıdır. Esas olarak, bir anlamda üzerinde durdukları uzay (dokusu) genişler.

Bunu bir anlamda bir balonun üzerine iki damla su damlatmak ve ardından balonu daha da şişirmek (veya esnetmek) gibi düşünebilirsiniz. Balon şiştikçe (genişledikçe) toplam alan ve bu damlalar arasındaki mesafe artar.

Başka bir ifade ile uzay artık daha bol bir alan haline gelir ve bu nedenle içindeki “şeyler” için artık daha fazla yer olur.

Aynı zamanda nesnelerin içsel olarak hareket etmedikleri de gözden kaçırılmamalıdır çünkü onları herhangi bir yere iten bir kuvvetten, basınçtan veya ısıdan söz etmek mümkün değildir. Sadece aralarındaki boşluk büyümekte ve aralarındaki mesafe eskisinden daha uzak hale gelmektedir.

Buradaki artış uniformdur yani karakteristik olarak değişmez. Sağdaki çizimde kedi ile masa arasındaki mesafe iki katına çıkmıştır ve (aynı zamanda) kedi ile sandalye arasındaki mesafe de iki katına çıkmıştır çünkü uzayın boyutu iki katına çıkmıştır.

Uzayın kendisindeki bu tür bir değişim Newton’ın klasik mekaniklerinin aksine Einstein’in kütleçekimi teorisinde mümkündür çünkü Einstein’a göre uzay sadece “bir şeylerin” olduğu “bir yer” değildir ve uzayın kendisi de “bir şeydir” ve büyüme, küçülme ve şekil değiştirme gibi yeteneklere sahiptir.

Bazıları, göreliliğe göre hiçbir şey ışık hızından daha hızlı gidemeyeceği için evrenin nasıl olup da ışık hızından daha hızlı genişleyebildiğini anlamamaktadır.

Genişleyen şey uzay olduğundan ve hareket eden şeyler de nesneler olmadığından, Einstein’ın göreliliği nesneler arasındaki mesafenin ne kadar hızlı büyüyebileceği konusunda kısıtlama koymaz. Bu nedenle iki nesne arasındaki mesafe ışık hızından çok daha hızlı bir şekilde büyüyebilir.

Görelilik, iki nesne birbiri ile aynı noktadan geçtiğinde, nesnelerden biri ile birlikte hareket eden bir gözlemcinin, diğer nesnenin hızını ışık hızından daha az (veya en fazla ona eşit olarak) ölçeceğini söyler.

Ancak anlamış olduğunuz üzere buradaki durum farklıdır. Bu genişleme, özel görelilikte yasaklanan süperlüminik (ışık hızından hızlı) hareket anlamına gelmez çünkü burada hareket eden nesneler değil, bizzat uzayın kendisidir.

**

**

**

İşte bu kadar! Bu içeriğimizde Büyük Patlama modelinin temelde neden söz ettiğini ve birisi ondan bahsettiğinde aklınızda tam olarak neler canlanması gerektiğini kısaca ele aldık.

Burada son kez hatırlatalım:

1. Büyük Patlama modeli, evrenin devasa bir patlama ile başlamış olduğunu ima etmez, bir noktada şu an olduğundan çok daha küçük olduğunu ima eder. Büyük Patlama, sadece evrenin belirli bir anında yaşanan devasa yüksek hızlı (üstel) bir genişleme evresidir. Evrenin tam olarak ne zaman başladığını, ve açıkçası evrenin anladığımız şekilde başlamış olup olmadığını bile bilmiyoruz. Şayet evren bir şekilde başlamış olsa bile bu “mutlak başlangıç” Büyük Patlama’dan hemen önce de olabilir, çok ama çok daha önce de.
2. Büyük Patlama ne ısıdan, ne basınçtan ne de başka bir nedenden kaynaklanan bir patlama değildir. Boşlukta bir patlama olmadı çünkü boşluk yoktu. Bir patlama sesi de duyulmadı. Gerçekte olan, evrenin dokusunun genişlemesi idi.
3. Uzay dokusunun genişlemesi (veya analojik olarak sünmesi) güçlü kuvvetlerle bir arada tutulan içindeki maddenin (veya bizim ya da içinde bulunduğumuz Dünya’nın) genişlediği anlamına gelmez. Genişleyen şey sadece evrendir. Galaksiler, hareket ettikleri için birbirinden uzaklaşmaz, evren genişlediği için diğer maddelerle arasındaki mesafe artar.
4. Görelilik ile kastedilen ışık hızı limiti gözlemcilere ve nesnelere bağlı lokal bir etki olduğundan evrenin genişlemesi (ve nesneler arasındaki mesafenin ışık hızından daha hızlı artması) göreliliğin ihlali anlamına gelmez.