Kozmik Enflasyon Teorisi Nedir? Evrenin Başlangıcında ve Büyük Patlama'dan Önce, Gerçekte Ne Oldu?

Kozmik Enflasyon Teorisi (veya Şişme Teorisi), Büyük Patlama Teorisi'nin eksiklerini gidermek üzere ileri sürülmüş, Büyük Patlama'nın uzay-zamanın muazzam genişlediği bir dönem olduğunu öngören ancak Evren'in Büyük Patlama ânında başlamamış olabileceğini vurgulayan bir kozmoloji teorisidir.

Enflasyon Teorisi'nde sözü edilen enflasyon döneminin Büyük Patlama'dan önce mi yoksa sonra mı geldiği net değildir; çünkü enflasyon evresinin yaşandığı ve Büyük Patlama'nın 10^-36 saniye gibi kısacık bir zaman dilimi civarında "zaman" kavramı fiziksel anlamını büyük oranda yitirmekte ve matematiksel bir ifadeye dönüşmektedir.^[2] Ancak geleneksel olarak Büyük Patlama'yı "sıfır ânı" olarak alan modellerde enflasyon dönemi Büyük Patlama'dan 10^-36 saniye kadar sonra başlamış ve 10^-33 ilâ 10^-32 saniye sonrasında sona ermiştir. Bu noktada da Evren genişlemeye devam etmiştir; ancak enflasyon dönemindekine göre çok daha yavaş genişlemiştir. Karanlık enerji dolayısıyla yaşandığı düşünülen bu muazzam genişlemenin etkileri, Büyük Patlama'dan 7.7 milyar yıl kadar sonra (günümüzden 5.4 milyar yıl kadar önce) sona ermiştir.

Büyük Patlama Teorisi, Evren'in nereden geldiği ve nasıl başladığına yönelik çok sağlam açıklamalar sunabilmektedir; ancak sonradan yapılan incelemeler, Büyük Patlama'nın da Evren'in başlangıcını nihâi olarak açıklayamadığını gösterdi. İşte Kozmik Enflasyon Teorisi, Büyük Patlama'ya teorik bir eklenti nihai çözüm olarak önerildi. Kozmolojide devrim yaratan bu fikrin babası olan Alan Guth tarafından kozmik enflasyonun önerilmesinden bu yana 40 küsür yıl geçti ama şu soru, hâlen geçerliliğini koruyor:

Ne düzeyde bir hata payı veya ne düzeyde bir istatistiki geçerlilik payıyla enflasyon fikrinin doğrulandığını söyleyebiliriz?

Yani Kozmik Enflasyon Teorisi'nin ne kadar sağlam ve geçerli bir teori olduğu, genel bilimsever kitlesi arasında net bir konu değildir.

Sorunun kısa cevabını verelim: "Kozmik Enflasyon Teorisi'nin doğruluk payı, çoğu insanın sandığından çok daha fazladır".

Uzun cevap ise bundan çok daha da ikna edicidir.

Evren Nasıl Başladı?

Bu teoriler, evrendeki tüm maddenin uzak geçmişteki belirli bir anda oluşmuş olduğu hipotezine dayanıyordu. -Fred Hoyle

Evren'in nasıl oluştuğunu bilimsel olarak düşünecek olursanız, bu uçsuz bucaksız Evren'de gördüğümüz her şeyin başlangıcını açıklayan bir teori var: "Big Bang", yani "Büyük Patlama". Ancak Büyük Patlama'nın tam olarak ne olduğu konusunda herkes aynı fikirde değil. Hele ki ara ara çıkan ve Büyük Patlama'nın hiç gerçekleşmediğini öne süren haberleri görmek kafanızı karıştırıyor olabilir.^[1] Peki Büyük Patlama'nın hiç yaşanmamış olma ihtimali mantıklı mı? Eğer öyleyse bu, kozmoloji ve Evren algımız açısından ne anlama geliyor?

Evren'in Genişlediği Nasıl Keşfedildi?

Evren'in genişlediğini nasıl keşfettiğimizi, dolayısıyla bir başlangıcı olması gerektiği fikrinin nasıl doğduğunu anlamak için 100 yıl geriye, spesifik bir gök cismi grubunu, gökyüzümüzdeki soluk sarmal ve eliptik bulutsuları detaylıca gözlemeye karar verdiğimiz ilk zamanlara geri dönelim.

ESA/Hubble & NASA

Bugün bu fotoğraftaki cisimlere bakan birinin "Bunların her biri birer galaksi!" demesi kolaydır. Ama bir asır önce bu, bu bilgi o kadar da net değildi. O zamanlar teleskoplarımız, bu cisimleri oluşturan yıldızları tek tek gösterecek kadar iyi değildi (birkaç görsel aşağıda, eski bir galaksi fotoğrafını görebilirsiniz). Bu yüzden onların bir tür "bulutsu" olduğu düşünülüyordu. Fakat gözlediğimiz bu gök cisimleri hakkında son derece tuhaf olan bir şey vardı: hızları.

Ezizka

Her elementin kendi karakteristik spektrumu, yani ya absorbe ettiği ya da yaydığı bir dizi dalgaboyu vardır ve bu spektrum, belirli bir dalgaboyu setinde sabitlenmiştir. Örneğin hidrojen her zaman belirli bir atomik enerji geçişine karşılık gelen 656, 486, 434 ve 410 nanometrelerde çizgiler gösterir.

Ama gözlediğimiz ilk galaksi fotoğrafındaki spiraller ve eliptikler, soğurma çizgilerinin hepsini gösteriyordu; fakat bunların hepsi, normalde olması gerekenden kaymış haldeydi.

Evrim Ağacı'ndan Mesaj

Neden Desteğe İhtiyacımız Var?

Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.

Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.

Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.

Destek Ol

WebExhibits

Bu olayın en basit açıklaması, bu cisimlerin ya bize doğru ya da bizden uzağa doğru hızla hareket etmesiydi; aksi takdirde, daha karmaşık bir açıklama olarak, bu bulutsuların her birinin doğasında var olan, hiç bilmediğimiz yeni bir tür element veya henüz keşfetmediğimiz yeni bir fizik türü olduğunu varsaymamız gerekecekti.

Öte yandan, bu gök cisimleri bize göre uzaklaşacak biçimde hareket ediyorsa, o zaman bu çizgilerde gözlediğimiz kayma da tamamen anlamlı olurdu. Çünkü tıpkı bir polis arabasından ambulansa kadar her türlü ses kaynağının bizden uzaklaşırken veya bize doğru hareket ederken ses perdesinin değişmesi gibi, uzaktaki bir cismin de bizden uzağa veya bize doğru hareket etmesine bağlı olarak ışık dalgaboyu değişecektir. Bize doğru hareket ederse, ışık maviye doğru; bizden uzaklaşırsa da kırmızıya doğru kayacaktır. 20. yüzyılın başında Vesto Slipher, uzaydaki spiral galaksilerin birçoğunun kırmızıya kaydığını ve bu rengin bilinen Evren'deki her şeyden daha hızlı hareket ettiklerini gösterecek kadar çok değiştiğini fark etti.

NASA

Ancak bu yapboz parçaları, ilk olarak 1920'lerde bir araya gelmeye başladı. Ünlü teleskoba adını veren Edwin Hubble, bu spiral galaksilerde yaşanacak "alevlenmeleri" gözlemleyip, nova gibi olayları görmek istiyordu. Şaşırtıcı bir şekilde, Andromeda Galaksisi'ne bakarken birini görmeyi başardı. Sonra ikinciyi... Sonra da üçüncüyü... Ama sonra, dördüncü novayı da birinciyle aynı konumda gözlemledi. İşte o anda bunun bir nova değil de, bir "değişken yıldız" olduğunu anladı. Değişken yıldızlar, parlaklıkları zaman içinde değişen yıldız türleridir. Bu tür değişken yıldızlar o zamanlar da bilindiğinden, Hubble, gözlediği cismin kendi galaksimizin çok dışındaki bir yıldız olduğu sonucuna varabilmişti. Bu sayede, o yıldızın uzaklığını da hesaplayabilmişti.

Carnegie Observatories

Elbette, bu spiral galaksilerden birinde değişken yıldızların olduğunu keşfettiğinde, Hubble bununla yetinmedi. Düzinelerce galaksinin mesafelerini ölçmeye devam etti ve elde ettiği verileri Slipher'ın hız verileriyle birleştirdiğinde, olağanüstü bir şey keşfetti: Bir galaksi ne kadar uzaksa, bizden ortalamada o kadar hızlı uzaklaşıyordu!

İşte "Genişleyen Evren" hipotezi, bu şekilde doğdu.

Robert P. Kirshner ve Edwin Hubble

Büyük Patlama Teorisi Ne Kadar Başarılı?

Büyük Patlama Teorisi, inanılmaz derecede başarılı bir teoridir. Sadece iki basit başlangıç ​​noktasından başladı ve oradan bir çıkarım yaptı:

• İlk olarak, Evren'in Genel Görelilik ile tutarlı olması konusunda ısrar etti. Genel Görelilik Teorisi, Evren'in gerçekçi herhangi bir modelini oluşturmak için çerçevemiz olarak kullanmamız gereken kütleçekimi teorisidir.
• İkincisi, galaksilerin ortalama olarak bizden uzaklıklarıyla doğru orantılı olarak artan hızlarda bizden uzaklaşıyormuş gibi göründüğünü gösteren astronomik gözlemleri ciddiye almamız gerektiğini vurguladı.

PNAS - Robert Kirshner

Bu noktada konuyu anlatmaya devam etmenin en basit yolu, verilerin size rehberlik etmesine izin vermektir: Genel Görelilik bağlamında, Evren'in madde, radyasyon veya diğer enerji formlarıyla eşit olarak (en azından kabaca eşit olarak) doldurulmasına izin verirseniz, statik kalmayacaktır: ya genişlemeli ya da büzülmelidir. Gözlenen kırmızıya kayma-mesafe ilişkisi, eğer ki yukarıda açıkladığımız gibi uzayın dokusu zaman içinde genişliyorsa, kolaylıkla ve doğrudan açıklanabilir.

Beyond The Galaxy - E. Siegel

Bu birleştirdiğiniz, Evren'in gerçek resmiyse, yolculuk boyunca bazı muazzam sonuçları doğurabilir: Evren genişledikçe, içindeki toplam parçacık sayısı aynı kalır, ancak hacim artar. Sonuç olarak Evren, giderek daha az yoğun hale gelir. Kütleçekimi, daha fazla zaman geçtikçe "şeyleri" giderek daha büyük ölçekli kümelere çeker. Ve enerjisi dalga boyu tarafından tanımlanan radyasyonun bu dalga boyu, Evren genişledikçe giderek uzar; dolayısıyla, sıcaklık bakımından daha soğuk, enerji bakımından daha düşük enerjili hale gelir.

Büyük Patlama'nın büyük fikri, buraya kadar anlattıklarımızı zamanda geriye, daha yüksek enerjilere, daha yüksek sıcaklıklara, daha büyük yoğunluklara ve daha düzgün bir duruma gerileterek ("ekstrapolate ederek"), Evren'in doğum anında olan biteni tahmin etmektir.

NASA - WMAP Science Team

Zamanda Sürekli Geriye Gidersek Ne Olur?

Genel Görelilik bağlamında, farklı konumlarda madde veya radyasyonla dolu uzay-zamanlar (ki bunlar, bizimki gibi uzay-zamanlardır), zaman içinde statik kalma konusunda pek iyi değildirler. Bu yüzden içerdikleri enerji miktarına bağlı olarak ya genişler ya da daralırlar. Gözlemlediğimiz şey, Evren'imizin geçmişte daha yoğun olan bir durumdan bugüne dek genişlemeye devam ettiğidir.

Işığın (radyasyonun) sahip olduğu enerji miktarı dalga boyuna da bağlı olduğundan, bu, aynı zamanda, uzay geçmişte daha küçükse daha sıcak olması gerektiğini, dolayısıyla daha çok enerjiye sahip olması gerektiğini de gösterir.

Bunun tam tersini de hayal edelim: Örneğin Evren'in günümüzdeki gibi var olduğunu, ama geçmişe gittikçe daha çok ısındığını ve küçüldüğünü düşünün. Zamanda yeterince geriye gitseydik Evren nasıl görünürdü?

• O kadar sıcak ve yoğun olurdu ki atomlar oluşamazdı. Başlangıçta her şey, sıcak ve iyonize bir plazma olurdu.
• Bunun öncesinde bile atom çekirdeğinin oluşması mümkün olmazdı; protonlar ve nötronlar parçalara ayrılarak hidrojenden başka element içermeyen bir serbest parçacık denizi yaratırdı.
• Bundan önce de, madde ve antimadde kendiliğinden çiftler halinde yaratılarak Evren'de bilinen tüm (ve potansiyel olarak şimdiye kadar keşfedilmemiş bazı parçacıkların) ortaya çıkmasına neden olurdu.
• Nihayet, zamanda iyice geriye gidersek, cisimlerin rastgele bir şekilde, belki de sonsuz miktarda sıcak ve yoğun olduğunu görür ve bir tekillik noktasına ulaşırdık: Uzay ve zaman, tek bir noktaya sıkışmış hâlde bulunurdu.

Her şeyin bir "kozmik yumurtadan", "ilkel bir atomdan" veya "rasgele sıcak, yoğun bir durumdan" ortaya çıktığı fikri, bugün "Büyük Patlama" olarak bildiğimiz şeydir.

Agora Bilim Pazarı

Bebo ve Bice'nin Keşifleri - 3 | Kaşığımın Üstünde Baloncuk Var!

Bebo ve Bice, arkadaşları Rino’nun hasta olduğunu öğrenince onu yatağında eğlendirmeye karar veriyorlar. Biraz deterjan biraz su, işte havada uçuşan onlarca baloncuk. Şimdi sıra bu baloncukları patlatmadan Rino’ya götürmeye geldi. Sizce başarabilecekler mi?

Bebo pembe bir solucan, Bice ise mavi bir pire; birbirinden hiç ayrılmayan iki arkadaş. Bebo biraz şakacı, Bice ise serüven peşinde koşan bir oyunbaz. Meraklı Bebo ve Bice’nin karşısına her zaman tuhaf ve sıra dışı şeyler çıkıyor. Onlar da basit deneyler yaparak olayları açıklığa kavuşturuyorlar.

Bebo ve Bice’nin Keşifleri, okul öncesi dönemden başlayarak çocukları dünyayı gözlemlemeye ve problemler karşısında çözüm üretmeye teşvik ediyor. Hikayeye yerleştirilmiş basit deneyler aracılığıyla çocuklar erken yaşta bilimle tanışıyor.

Instagram’da kitap hakkındaki okur yorumlarını sizin için derledik, okumak için #bebovebicedomingo etiketiyle arama yapabilirsiniz.

Devamını Göster

₺120.00

Satın Al Tüm Ürünler

• Dış Sitelerde Paylaş

Büyük Patlama Teorisi Neden Dimdik Ayakta?

Büyük Patlama Teorisi, Evren'in yukarıda izah ettiğimiz gibi genişlediğine yönelik hâlihazırda gözlenmiş olan öngörülerine ek olarak, üç yeni öngörüye daha yol açtı:

1. Evren'in en erken, en sıcak ve en yoğun zamanları, erken bir nükleer füzyon dönemine izin vermelidir - çünkü teori, daha ilk yıldızlar oluşmadan önce bile, en hafif elementler ve izotoplar için belirli bir bolluk oranları kümesi öngörmektedir.
2. Evren daha fazla soğudukça, ilk zamanlardan kalan radyasyon engellenmeden seyahat ederek, ilk kez nötr atomlar oluşturmalı ve mutlak sıfırın sadece birkaç derece üzerinde olması gereken günümüze kadar kırmızıya kaymaya devam etmelidir.^[3]
3. Son olarak, başlangıçtaki yoğunluk kusurları her ne idiyse, bunlar bu ilk aşamalardan bu yana geçen milyarlarca yıl boyunca, onları ayıran yıldızlar, galaksiler, galaksi kümeleri ve kozmik boşluklardan oluşan geniş bir kozmik ağa dönüşmelidir.

Her üç tahmin de doğrulandı ve bu yüzden Büyük Patlama, Evren'in kökeni hakkındaki teorilerin arasında tek başına dimdik duruyor.

Forbes

Büyük Patlama Her Şeyi Açıklar mı?

Ancak bu, Büyük Patlama'nın her şeyi açıkladığı anlamına gelmez. Eğer sıcaklıkların ve yoğunluğun son derece yüksek olduğu o "tekillik" anına ulaşmak için, aklınıza estiği gibi ve gelişigüzel bir şekilde geriye giderseniz, gerçekte karşılığı olmayan bir dizi tahminden fazlasına ulaşamazsınız.

Evren'in farklı yönlerine baktığımıza farklı sıcaklıklar görmüyoruz. Ama görmeliyiz:

• Solunuza doğru on milyarlarca ışık yılı uzunluğunda bir uzay bölgesi ile, sağınıza doğru on milyarlarca ışık yılı boyunca bir başka bölge arasında, bilgi alışverişinde bulunmak için Büyük Patlama'dan bu yana asla yeterince zaman bulamamalıydı.
• Aslında bol miktarda üretilmiş olmaları gerektiği gerçeğine rağmen, o sıcak zamandan kalma manyetik monopoller gibi antik parçacıklarla gelişigüzel doldurulmuş bir Evren görmüyoruz.
• Büyük Patlama'nın enerji yoğunluğunu ve uzaysal eğriliği son derece erken bir zamandan itibaren tam olarak dengeleyecek bir mekanizması olmamasına rağmen, ölçülebilir herhangi bir uzaysal eğriliği olan bir Evren de görmüyoruz.

Cosmology Tutorial - Ned Wright

Büyük Patlama, bu bulmacalara tek başına hiçbir çözüm sunamamaktadır. Sıcak, yoğun, neredeyse tamamen tek tip bir erken duruma geri dönebilseydik başarılı olurdu; ancak bundan daha fazlasını açıklayamamaktadır. Bu sınırlamaların ötesine geçmek için Büyük Patlama'nın yerini alan yeni bir bilimsel fikir gerekir.

Kozmik Enflasyon Nedir?

Ancak Büyük Patlama'nın yerini almak hiç de kolay değil. Bunu yapmak için, yeni bir teori aşağıdakilerin üçünü de yapmak zorunda kalacaktır:

1. Genişleyen, sıcak, yoğun, neredeyse mükemmel tekdüze bir Evren'in yaratılması da dahil olmak üzere Büyük Patlama'nın tüm başarılarını yeniden üretmelidir.
2. Büyük Patlama'nın çözüm üretemediği, sıcaklık tekdüzeliği, yüksek enerjili kalıntıların eksikliği ve düzlük problemi olan üç bulmacayı açıklamak için bir mekanizma sağlayabilmelidir.
3. Son olarak ve belki de en önemlisi, yerini almaya çalıştığı standart Büyük Patlama'dan farklı, yeni ve test edilebilir tahminler üretmelidir.

Enflasyon fikri ve bunu yapabileceği umudu, 1979 yılının sonlarında Alan Guth'un bu fikri defterine yazmasıyla başladı:

Alan Guth'un Defteri - 1979

Enflasyonun özellikle varsaydığı şey, Büyük Patlama'nın başlangıç ​​olmadığı; daha ziyade Evren'in, kendinden önce gelen bir aşama tarafından inşa edildiğidir. Guth tarafından "şişme hâli" (İng: "inflationary state") olarak adlandırılan bu erken evrede, baskın enerji biçimi madde veya radyasyon değil, uzayın dokusuna içkin bir enerjiydi ve bu enerji, çok büyük bir yoğunluğa sahipti.

Bu, Evren'in hem hızlı hem de amansız bir şekilde genişlemesine ve önceden var olan herhangi bir maddeyi birbirinden ayırmasına neden olmuştu. Evren, düzden ayırt edilemeyecek kadar genişlemişti. Bir gözlemcinin (bizim gibi) erişebileceği tüm parçalar, geçmişte ve daha önceden bağlantılı bir durumdan kaynaklandığı için, şimdi her yerde aynı ve tek tip özelliklere sahipti. Ve enflasyon sona erdiğinde, Evren'in eriştiği maksimum bir sıcaklık olacağından ve uzaya özgü enerji maddeye, antimaddeye ve radyasyona dönüşeceğinden, artık, yüksek enerjili kalıntılardan da kurtulmuş olduk.

Beyond The Galaxy

Enflasyon Savaşları

Enflasyon Teorisi, Büyük Patlama'nın açıklayamadığı üç bulmacayı birden çözmekteydi. Bu, kozmoloji için gerçekten bir dönüm noktasıydı ve anında, Büyük Patlama'nın tüm başarılarını bu yeni teoriyle baştan üretmek için, Guth'un orijinal modelini düzeltmeye çalışan bir bilim insanı akınına yol açtı. Guth'un fikri 1981'de yayınlandı ve 1982'de iki bağımsız ekip, Andy Albrecht ile Andrei Linde-Paul Steinhardt ikilisi bunu başardı.

Kilit nokta, enflasyonu bir tepenin üzerinde yavaşça yuvarlanan bir top olarak resmetmekti: Top platonun üzerinde kaldığı sürece, şişirme uzayın dokusunu germeye devam eder. Ancak top tepeden aşağı yuvarlandığında, enflasyon sona erer. Top aşağıdaki vadiye yuvarlanırken, uzaya özgü enerji maddeye, antimaddeye ve radyasyona aktarılır ve bu da sıcak bir Büyük Patlama'ya yol açar - ancak orijinal Büyük Patlama'dan farklı olarak, sonlu bir sıcaklık ve enerji bir Büyük Patlama'ya...

E. Siegel

Enflasyon Nereden Çıktı?

Büyük Patlama'nın Evren'in ilk ânı, uzay ve zamanın başlangıç noktası olduğuna yönelik fikir, Büyük Patlama Teorisi'nin orijinal tanımıydı. Bu fikir ilk ortaya atıldığından beri Evren hakkında çok şey öğrendik. En önemlisi, Evren'in madde ve radyasyon dışında, kendisine içkin bir miktar enerji (veya bu enerjinin eş anlamlıları olan "karanlık enerji", "kozmolojik sabit" veya "vakum enerjisi") içerdiğini öğrendik.

Günümüzde nispeten küçük bir miktarını içeriyor olsa da, geçmişte Evren bu enerjinin muazzam derecede büyük bir miktarını içeriyordu.

Inspire

Evet, doğru: Madde ve radyasyon tarafından domine edilmeden önce, Evren'e, ona içkin bu enerji miktarı hakimdi. Bu teori, ilk olarak 1970'lerin sonlarında, 1980'lerin başlarında ortaya atıldı ve 1990'ların başında gözlemsel olarak doğrulandı. Kozmolojik Enflasyon (veya Enflasyonist Evren) denildiğinde bahsedilen şey budur: Evren'de madde veya radyasyonun değil, uzayın kendisine içkin bir enerjinin hakim olduğu bir zaman...

Ve vakum enerjisi (veya bir diğer tanımıyla "enflasyon"un) hakim olduğu evrenler, madde ve radyasyonun hakim olduğu evrenlerden farklı gelişir.

Medium

Elbette, bu evrenler yalnızca ayrıntılarda farklılık gösteriyormuş gibi görünebilir, ancak hepsi belirli bir başlangıç noktasından belirli bir oranda genişler.

Yoksa öyle değil mi? Haydi, şu "başlangıç"a biraz daha yakından bakalım.

Başlangıçta Gerçekte Ne Oldu?

Maddenin veya radyasyonun hakim olduğu bir evren, gerçekten de uzay ve zamanın ilk belirdiği an olan "tekillik" noktasından oluşmaya başlar. Enflasyonist bir evren içinse böyle bir an yoktur.

Medium

Bir başka deyişle, sözünü ettiğimiz son nokta, yani uzay-zamanın ilk belirdiği bir ânın var olduğu fikri, başlangıcında kozmik enflasyon dönemi bulunan evrenlerde, Büyük Patlama'nın bir aşaması olmak zorunda değildir.

Büyük Patlama Derken Neyi Kastediyoruz?

Kozmologlar, yani Evren'in kökeni ve gelişimiyle ilgilenen bir astrofizik alt dalında uzman olan kişiler, Büyük Patlama hakkında konuşurken bu iki şeyden birini kastederler:

1. Gözlenebilir Evren'imizin oluştuğu, genişleyen, yavaşlayan, soğuyan ve elementleri, atomları, yıldızları, molekülleri, gezegenleri ve nihayetinde bizi meydana getiren sıcak, yoğun, genişleyen süreç/durum.
2. Uzay ve zamanın ortaya çıktığı ânı ifade eden başlangıçtaki tekillik, ilk ân.

Tek sorun şu: Bu iki açıklama 1960'larda birbirinin yerine kullanılabiliyordu; ama durum artık böyle değil: İlk açıklama -sıcak, yoğun, genişleyen durum- hala "Büyük Patlama" olarak anlaşılsa da, ikincisi artık böyle bir anlama sahip değil.

Aslına bakarsanız, uzay ve zamanın nereden geldiği sorusu söz konusu olduğunda, bu konudaki tartışmaların halen sürdüğünü söylememiz gerekiyor: Örneğin yazı başında sözünü ettiğimiz ve bir başlangıcın olmadığını söyleyen bu son makale, bu konudaki tartışma okyanusundaki tek bir damladan ibaret.

Enflasyon Teorisi Test Edilebilir mi?

Enflasyon Teorisi sayesinde sadece Büyük Patlama'nın çözemediği tüm sorunlara bir çözüm bulmakla kalmadık, aynı zamanda Büyük Patlama Teorisi'nin tüm başarılarını yeniden üretmeyi de başardık. O zaman artık kilit nokta, daha sonra test edilebilecek yeni tahminler yapmak olacaktır.

1980'ler, bu tür tahminlerle dolup taştı. Bunların çoğu çok genel tahminlerdi ve inşa edilebilecek hemen hemen tüm uygulanabilir enflasyon modellerinde ortaya çıkan sonuçlardı. Özellikle, enflasyonun bir kuantum alanı olması gerektiğini ve uzayın kendisine özgü son derece yüksek bir enerjiyle meydana gelen, bu hızlı ve üstel genişlemeye sahip olduğunuzda, bu kuantum etkilerinin kozmolojik ölçeklere dönüşen etkileri olabileceğini fark ettik.

NASA - WMAP - Science Team

Özetle, Enflasyon Teorisi'nin yaptığı en genel altı tahmin şunlardı:

1. Evren'in enflasyon sonrası ulaştığı maksimum sıcaklığın bir üst sınırı olmalıdır; ~10¹⁹ GeV'lik Planck ölçeğine yaklaşamaz.
2. Büyük Patlama'dan bu yana süper ufuk dalgalanmaları veya ışıktan daha büyük ölçeklerdeki dalgalanmalar mevcut olmalıdır.
3. Şişme sırasındaki kuantum dalgalanmaları, yoğunluk dalgalanmalarının tohumlarını üretmeli ve bunlar %100 adyabatik ve %0 eş eğrilik olmalıdır (adyabatik ve eş eğriliğin izin verilen iki sınıf olduğu durumlarda).
4. Bu dalgalanmalar neredeyse mükemmel ölçekte değişmez olmalıdır, ancak daha büyük ölçeklerde küçük olanlardan biraz daha büyük büyüklüklere sahip olmalıdır.
5. Evren, yalnızca %0.01 düzeyinde veya altında eğrilik üreten kuantum etkileriyle, tam olarak düz olmasa da, neredeyse düz olmalıdır.
6. Evren, kozmik mikrodalga arka plan ışımasında kendini B-modları olarak göstermesi gereken ilkel kütleçekimi dalgalarıyla dolu olmalıdır.

LBL - Smoot Cosmology Group

2019 yılında ilk dört tahmin gözlemsel olarak doğrulandı. Beşincisi, ~%0,4 seviyesine kadar test edildi ve sonuçlar enflasyonla tutarlıydı; ancak kritik seviyeye ulaşamadık. Sadece altıncı nokta hiç test edilmedi. Sadece BICEP2 işbirliği, 2010'ların başlarında bu konuda hatalı bir pozitif üretti; ancak hata sonradan fark edildi. Sözünü ettiğimiz başarılı 4 testten ilk 3'ünün sonuçları ise şöyle:

• Maksimum sıcaklığın, kozmik mikrodalga arka planına bakılarak yaklaşık 10¹⁶ GeV'den büyük olmadığı doğrulandı.
• Hem WMAP hem de Planck tarafından sağlanan kutuplaşma verilerinde süper ufuk dalgalanmaları görüldü ve bunlar, enflasyon tahminleriyle mükemmel bir uyum içinde.
• Yapı oluşumu çalışmalarından elde edilen en son veriler, bu erken, tohum dalgalanmalarının enflasyon tahminleriyle tutarlı olarak en az %98.7 adyabatik ve %1.3'ten fazla eş eğrilik olmadığını gösteriyor.

Enflasyon Teorisi'nin En Güçlü Teyidi

Dördüncüsüne özel olarak bakmakta fayda var. Çünkü en iyi test (ki enflasyon teorisinin en önemli teyidi diyebiliriz), ilk dalgalanmaların spektrumuna yönelik ölçümlerden geldi:

P.A.R and The Planck Collaboration

Enflasyon, farklı ölçeklerde ne tür bir yapının oluşması gerektiği konusunda çok spesifik tahminlerde bulunur. Büyük kozmik ölçeklerde daha küçük olanlara karşı ne kadar yapının oluştuğunu tanımlamak için kullandığımız bir niceliğimiz vardır: n_s. Tüm ölçeklerde aynı miktarda yapı oluştursaydınız, n_s hiçbir değişiklik olmaksızın, tam olarak 1'e eşit olurdu.

Bununla birlikte, enflasyonun genel olarak öngördüğü şey, neredeyse 1'den biraz daha az olan bir n_s'ye sahip olacağımızdır. 1'den ayrıldığımız miktar, özel enflasyonist model tarafından belirlenir. Enflasyon ilk önerildiğinde, standart varsayım, n_s'nin tam olarak 1'e eşit olacağıydı. Bunu, hem kozmik mikrodalga arka planındaki dalgalanmalar hem de baryon akustik salınımlarının imzası aracılığıyla test etme yeteneğine sahip olmamız 2000'li yıllara kadar mümkün olmayacaktı.

Bugün itibariyle, n_s yaklaşık 0,008 belirsizlikle yaklaşık 0,965'tir. Bu, n_s'nin gerçekten 1'den küçük olduğu yaklaşık 4 ila 5 sigma kesinliği olduğu anlamına gelir. Bu da enflasyonun dikkate değer bir teyididir.

National Science Foundation Nicole Eager Fuller

Sonuç: Tüm Bunlar Ne Anlama Geliyor?

Tüm bunlardan öğrenmeniz gereken en önemli şey ne mi? Büyük Patlama'nın, Evren'de gördüğümüz her şeyin nereden geldiğini ifade eden bir terim olmasına rağmen, artık "Evren'in başlangıcı" olmadığını anlamaktır. Enflasyonist bir evrende geriye gittikçe, var olan her şeyin kökeninin tam olarak ne olduğunun incelikleri konusunda tartışacak birçok şey var.

Büyük Patlama'dan arta kalan parıltı, yani kozmik mikrodalga arka plan ışıması keşfedildiğinde, Büyük Patlama Teorisi, en güçlü Evren teorimiz hâline geldi. 1965 gibi erken bir tarihte, rakiplerinin başarısız olduğu yerde Büyük Patlama'nın başarılı olmasını sağlayan kritik kanıtlar ortaya çıktı. Sonraki yıllar ve on yıllar boyunca, kozmik mikrodalga arka plan ışıması spektrumunun ölçümleri, ışık elementlerinin bolluğu ve yapının oluşumu Büyük Patlama'yı daha da güçlendirdi. Alternatifler varlığını sürdürse de, hiçbiri Büyük Patlama'nın yıkılmadan durabildiği bilimsel didiklemeye karşı koyacak güçte değildir.

Enflasyon, gelişmiş gözlemler ve enstrümantasyon ile akıllı yeni testlerin mümkün hale gelmesiyle, bilimin talep ettiği her eşiği tam anlamıyla karşıladı. Ne zaman veri toplanabilse, enflasyon tahminleri doğrulanmıştır. Muhalif olmak belki kulağa daha hoş geliyor, fakat enflasyon çok iyi bir nedenle en önde gelen teoridir: işe yarıyor! Enflasyonla uyuşmayan eleştirel bir gözlem yaparsak, belki de bu, her şeyin nasıl başladığına dair daha da devrimci bir teorinin habercisi olacaktır.

Ama özetle, "Bir Büyük Patlama yaşandı mı?" diye soruyorsanız... "Büyük Patlama" terimini kullanırken, bu yazı içinde verdiğimiz iki anlamdan ilkini kastediyorsanız, evet, kesinlikle yaşandı! Evren'imiz başta çok sıcak ve çok ufaktı; genişledi, soğudu ve bu sayede elementler, atomlar, yıldızlar ve geri kalan her şey doğdu. Ama "Büyük Patlama" derken ikinci anlamı kastediyorsanız, yani "Büyük Patlama" sözcüğünün Evren'in başlangıcı olduğunu iddia edecekseniz, ondan daha geride hiçbir şey olmadığını söyleyecekseniz, "Büyük Patlama" teriminin ne anlama geldiğini gerçekten iyi düşünmelisiniz. Enflasyon Teorisi'nde istediğimiz kadar ve pratikte sonsuza dek geriye gidebiliriz - Büyük Patlama'dan da öncesine kadar (en son grafikte sarı çizgi sola, yani geçmişe doğru sonsuza dek gider ve asla 0 ânına ulaşmaz).

Büyük Patlama sözcüğünü bu eski anlamıyla kullanarak hataya düşen tek kişi siz olmayacaksınız elbette; ama yalnız olmamak yerine, haklı olmayı tercih etmez miydiniz?