Büyük Patlama

Büyük Patlama ya da Big Bang, evrenin yaklaşık 13,7 milyar yıl
önce aşırı yoğun ve sıcak bir noktadan meydana geldiğini savunan evrenin
evrimi kuramı ve geniş şekilde kabul gören kozmolojik model.  İlk kez 1920’lerde Rus kozmolog ve matematikçi
Alexander Friedmann ve Belçikalı fizikçi papaz Georges Lemaître  tarafından ortaya atılan, evrenin bir
başlangıcı olduğunu varsayan bu teori, çeşitli kanıtlarla desteklendiğinden bilim
insanları arasında, özellikle fizikçiler arasında geniş ölçüdekabul görmüştür.

Teorinin temel fikri, halen genişlemeye devam eden evrenin geçmişteki
belirli bir zamanda sıcak ve yoğun bir başlangıç durumundan itibaren genişlemiş
olduğudur. Georges Lemaître’in önceleri “ilk atom hipotezi” olarak adlandırdığı
bu varsayım günümüzde “büyük patlama teorisi” adıyla yerleşmiş durumdadır.
Modelin iskeleti Einstein’ın genel görelilik kuramına dayanmakta olup, ilk Big
Bang modeli Alexander Friedmann tarafından hazırlanmıştır. Model daha sonra George
Gamow ve çalışma arkadaşları tarafından savunulmuş ve ilk nükleosentez olayı
eklenmek suretiyle geliştirilerek sunulmuştur.^[

1929’da Edwin Hubble’ın uzak galaksilerdeki (galaksilerin ışığındaki) nispi kırmızıya
kaymayı keşfinden sonra, bu gözlemi, çok uzak galaksilerin ve galaksi
kümelerinin konumumuza oranla bir “görünür hız”a sahip olduklarını
ortaya koyan bir kanıt olarak ele alındı. Bunlardan en yüksek “görünür
hız”la hareket edenler en uzak olanlarıdır.  Galaksi kümeleri arasındaki uzaklık gitgide
artmakta olduğuna göre, bunların hepsinin geçmişte bir arada olmaları
gerekmektedir. Big Bang modeline göre, evren genişlemeden önceki bu ilk
durumundayken aşırı derecede yoğun ve sıcak bir halde bulunuyordu. Bu ilk hale
benzer koşullarda üretilen “hızlandırıcılarla yapılan deney sonuçları
teoriyi doğrulamaktadır. Fakat bu hızlandırıcılar, şimdiye dek yalnızca
laboratuvar ortamındaki yüksek enerji sistemlerinde denenebilmiştir. Evrenin
genişlemesi olgusu bir yana bırakılırsa, Big Bang teorisinin, ilk genişleme
anına ilişkin bir bulgu olmaksızın bu ilk hale herhangi bir kesin açıklama getirmesi
mümkün değildir. Kozmozdaki hafif elementlerin günümüzde gözlemlediğimiz
bolluğu, Big Bang teorisince kabul edilen ilk nükleosentez sonuçlarına uygun
olarak, evrenin ilk hızlı genişleme ve soğuma dakikalarındaki nükleer
süreçlerde hafif elementlerin oluşmuş olduğu tahminleriyle
örtüşmektedir.(Hidrojen ve helyumun evrendeki oranı, yapılan teorik
hesaplamalara göre Big Bang’den arta kalması gereken hidrojen ve helyum
oranıyla uyuşmaktadır. Evrenin bir başlangıcı olmasaydı, evrendeki hidrojenin
tümüyle yanarak helyuma dönüşmüş olması gerekirdi.) Bu ilk dakikalarda, soğuyan
evren bazı çekirdeklerin oluşmasına imkân sağlamış olmalıydı.(Belirli
miktarlarda hidrojen, helyum ve lityum oluşmuştu.)

Big Bang terimi ilk kez İngiliz fizikçi Fred Hoyle tarafından 1949’da,
“Eşyanın Tabiatı” adlı bir radyo (BBC) programındaki konuşması sırasında
kullanılmıştır. Hoyle, hafif elementlerin bazı ağır elementleri nasıl meydana
getirebilecekleri konusunda katkıları olmuş bir bilim insanıdır.

Bilim insanlarının çoğu, evrenin başlangıcında, bir Big Bang olayının
cereyan etmiş olduğuna ancak 1964/1965’te, evrenin sıcak ve yoğun döneminin
kanıtı olarak kabul edilen “kozmik mikrodalga arkaplan ışıması”nın ya da Georges
Lemaître’in kullandığı terimlerle « Big Bang’ın soluk ışıklı yankısı»nın
keşfinden sonra ikna oldular.

Big Bang modeli temelde iki kabule dayanır: Albert Einstein’in genel
görelilik kuramı ve kozmolojik prensip. Genel görelilik kuramı tüm cisimlerin
çekimsel etkileşimini hatasız olarak açıklar. Albert Einstein tarafından
1915’te genel göreliliğin keşfi, evrenin aşamalı evrimi genel görelilikle
tanımlandığından, evreni bir fiziksel sistem gibi bütünlüğü içinde tanımlamayı
mümkün kılan modern kozmolojinin başlangıcı sayılır.

Einstein aynı zamanda,uzayı bütünlüğü içinde tanımlamada, genel görelilikten
doğan bir çözümü (“Einstein evreni”) önermesiyle genel göreliliği bu yolda
kullanan ilk kişi olmuştur. Bu model o dönemde Einstein’in gözüpek girişimiyle
yeni bir kavramın doğmasını sağlamıştı: Kozmolojik prensip. Kozmolojik prensibe
göre, insanoğlu evrende ayrıcalıklı bir konuma sahip değildir, evren homojen ve
izotoptur. Yani insanın baktığı yer ve yön neresi olursa olsun evren uzay
(mekân) bakımından homojendir; daha açık bir deyişle, evrenin genel görünümü
gözlemcinin konumuna ve baktığı yöne bağlı değildir. Bu, o dönem için çok
cüretkar bir hipotez sayılırdı; çünkü henüz, sonradan “Büyük Tartışma” adı
verilen, Samanyolu dışında cisimler olup olmadığı tartışmasının sürdüğü o
dönemde hiçbir inandırıcı gözlem, Samanyolu dışındaki cisimlerin varlığını doğrulama
imkânını sağlayamıyordu. “Kozmolojik prensip” evrenin makro
özelliklerini açıklamakla birlikte, evrenin sınırı olmadığını, bu nedenle Big
Bang’ın boşlukta belirli bir noktada değil, aynı anda tüm boşluk boyunca
gerçekleştiğini ima eder. Makro ölçekte evren homojen ve izotroptur. Bu iki
kabul, evrenin Planck zamanından sonraki tarihini hesaplamayı mümkün kılmıştır.
Bilim insanları halen “Planck zamanı”ndan önce gerçekleşen çok önemli
olayları saptamaya çalışmaktadır.

Einstein 1915 yılında ortaya attığı genel görelilik kuramıyla yaptığı
hesaplamalarda evrenin durağan olamayacağı sonucunu çıkarmıştı. Fakat o
dönemlerde genel kabul, evrenin statik olduğu yönündeydi; bu yüzden Einstein
vardığı sonucu düzeltmek üzere denklemlerine “ kozmolojik sabite ” etkenini
ekledi. Böylece, Einstein kozmolojik prensibe üstü kapalı biçimde, günümüzde
doğrulanma derecesi açıkça azalmış görünen bir başka hipotez ekledi; bu,
evrenin statik olduğu, yani zamanla evrim geçirmediği hipoteziydi. Bu da
kendisini, denklemlerine “ kozmolojik sabite ” terimini eklemek suretiyle ilk
çözümünü değiştirme yoluna götürdü. Fakat gelecekteki gelişmeler, yanılmış
olduğunu ortaya koyacaktı. Örneğin 1920’lerde Edwin Hubble günümüzde galaksi
dediğimiz bazı “nebülöz”lerin galaksimiz dışında olduklarını, ayrıca onların
galaksimizden uzaklaştıklarını ve uzaklaşma hızlarının galaksimize
uzaklıklarıyla orantılı olduğunu (Hubble Yasası ya da Hubble Sabiti) keşfetti.
Bu keşiften beri Einstein’ın “statik evren hipotezi”ni doğrulayacak hiçbir
veriye rastlanmamıştır.

Zaten Hubble’ın bu keşfinden daha önce Willem de Sitter, Georges Lemaître ve
Alexandre Friedmann gibi birçok fizikçi bir “evren genişlemesi”ni tanımlayan
başka “genel görelilik” çözümleri bulmuş bulunuyorlardı. Onların ortaya koymuş
oldukları modeller  evrenin genişlemesi
keşfedilir keşfedilmez derhal kabul edildiler. Böylece milyarlaca yıldır
genişleme halinde olan bir evren tanımlanmıştı.

Büyük yapıların oluşumu hakkında

Kozmik şişmede, maddenin her türüne ilişkin kuantum çalkantıları ya da
dalgalanmaları vardır (Heisenberg’in belirsizlik ilkesinin sonucu olarak).
Şişmenin beklenmedik sonuçlarından biri, başlangıçta kuantum tabiatlı bu
çalkantıların “hızlanmış genişleme evresi ” sırasında olağan klasik yoğunluklar
haline gelmek üzere evrim geçirmeleridir. Bu çalkantıların “kozmolojik
karışıklıklar teorisi” kapsamında gerçekleştirilen tayf hesaplamaları,
sözkonusu çalkantıların “Harrison-Zeldovitch tayfı”  baskılarını izlediklerini ortaya koymuştur.

Böylece kozmik şişme, evrendeki homojenlikten küçük kaçışların ya da
sapmaların ortaya çıkışını açıklayabilmemize olanak sağlamaktadır. İlk kozmik
şişme modelinin beklenmedik başarısı, ardından daha geliştirilmiş bir halinin hazırlanmasına
öncülük etti: Bu modele göre, kozmik şişme evresi sırasında yaratılan küçük
homojen olmama hallerinin ayrıntıları, güncel evrenimizdeki homojen olmama
hallerinin ilk nedenleri olabilirdiler. COBE ve WMAP uydularınca gözlemlenen
“kozmik arkaplan dalgalanmaları”na ilişkin verilerin incelenmesi
yoluyla yapılan gözlemler ile bu tahminler arasındaki uyum ilginç düzeydedir.
SDSS (Sloan Digital Sky Survey) ekibi tarafından hazırlanan “galaksiler
kataloğu” adlı çalışma sonuçlarında da görülen bu uyum, 20. yy. kozmolojisinin
büyük başarılarından birini gözler önüne sermektedir.

Big Bang nedir, ne değildir

Big Bang herhangi “bir yer”de olmuş bir patlama değildir. Yani Big
Bang ya da Büyük Patlama, adının böyle olmasına karşın, konuya aşina olmayan
kimilerinin adını ilk duyduğunda hayal ettiği gibi, günümüzdeki galaksileri
oluşturan maddeyi dışarı fırlatıp atan, herhangi bir noktada meydana gelmiş bir
patlama değildir. Big Bang’ın ilk döneminde evrende (en azından gözlemlenebilir
evren bölgesinde) hüküm süren koşullar her yerde aynıydı. Buna karşılık maddi
unsurların evrenin genişlemesi olgusuyla birbirlerinden hızla uzaklaştıkları
doğrudur. Büyük Patlama terimi de işte bu genişleme hareketinin şiddetine
gönderme yapmak üzere tercih edilmiş bir terimdir, özel bir yerdeki patlamayı
kastetmemektedir. Big Bang’ın anladığımız anlamda bir merkezi ya da özel bir
yönü yoktur. Evrenin geçmişte nasıl olduğunu ancak evrenin uzak bölgelerini
gözlemleyerek anlayabilmekteyiz, evrende ne kadar uzak bir bölgeyi
gözlemleyebilirsek, evren tarihinde de o kadar uzak bir geçmişe gidebilmiş
oluruz. Fakat günümüzde görebildiğimiz şey doğrudan doğruya Big Bang’ın ilk
döneminin kendisi değil, evren tarihindeki bu sıcak aşamanın ışıklı yansıması
diyebileceğimiz “kozmik arkaplan ışıması”dır. Bu ışıma esas olarak tekbiçimli
olup her yönde gözlemlenebilmektedir ki, bu, Big Bang’ın gözlemleme olanağı
bulduğumuz bölgelerde son derece homojen bir tarzda meydana geldiğini
göstermektedir. Bakışlarımızı asla Big-Bang’ın ilk haline kadar götüremeyecek
olmamızın nedeni, ilksel evrenin, yüksek yoğunluğundan dolayı, donuk ışımalı
oluşudur; tıpkı Güneş’in merkezini doğrudan göremeyecek oluşumuz, ancak onun
yüzeyini gözlemleyebiliyor oluşumuz gibi…