Büyük Patlama Bir Tekillik Değildi!

Hemen hemen herkes, Büyük Patlama'yı duymuştur. Her şeyin, yani Evren'in tamamının nereden geldiği, insanlığın karşılaştığı en büyük felsefi gizemlerden biriydi. Bu soruyla bin yıllık mücadeleden sonra, bilimsel incelemelerimiz sayesinde cevabın "Büyük Patlama" olduğunu bulduk. Fikir, tek kelimeyle muhteşemdi.

Fakat sıradan bir insandan bir kozmoloğa kadar herhangi birinden "Başlangıçta ... vardı." cümlesindeki boşluğu tamamlamasını isterseniz, bir sürü farklı yanıt alırsınız. En bilinen yanıtlardan biri, Evren'deki tüm madde ve enerjinin tek bir noktada toplandığı bir ânı ifade eden "tekillik"tir. Buna göre tekillik ânında Evren'in ısısı, yoğunluğu ve enerjisi, istediğiniz ölçüde sınırsız bir büyüklükte olacaktır; hatta bunlar, zamanın ve bizzat uzayın başlangıcına denk gelebilir.

Forbes

Fakat bu resim yalnızca hatalı olmakla kalmaz; neredeyse 40 yıl kadar da eskide kalmış bir fikirdir. Bizler, sıcak Büyük Patlama'yla ilişkilendirilen tekilliğin olmadığından kesinlikle eminiz ve dahası hem uzayın hem de zamanın bir başlangıcı olmayabilir. İşte bu yazıda, bu konuda bildiklerimiz ve bunları nasıl bildiğimizi öğreneceksiniz.

Büyük Patlama'nın Keşfi

1920'lerde Edwin Hubble; gökyüzündeki soluk, bulanık sarmalları inceliyor, içlerindeki yıldızların ne kadar parlak olduğunu tek tek ölçüyordu. Bu ölçümleri, yıldızların görünen parlaklıklarıyla karşılaştırarak, bu yıldızların ne kadar uzakta olması gerektiğini tahmin ediyordu. Yıldızlardan yayılan ışınların kızıla kaymasını ve bizden uzaklaşıyor gibi görünmelerini gözlemleyerek, Evren'in genişlediği sonucuna ulaştı; hatta bu genişlemenin hızını ölçtü.

Forbes

1940'lara geldiğimizde ise George Gamow; Evren genişliyorsa eskiden daha küçük ve daha yoğun olduğunu, zamanla şimdiki boyutuna genişlediğini ileri sürdü. Ancak ışımanın enerjisi ve sıcaklığı uzay genişledikçe artan dalga boyuyla ilgili olduğundan, Evren, eskiden daha küçükse, aynı zamanda daha sıcak olmalıydı. Evren daha küçükse, yaydığı ışınların dalga boyu da daha küçük olurdu, yani bugünkünden daha fazla ısı yayardı.

Zamanda yeterince geri gidersek, eninde sonunda ışıma çok güçlü hale geleceğinden, nötral atomların oluşamadığı bir zaman olduğunu görürüz. 1960'larda Penzias ve Wilson'ın yaptıkları çalışmalar sonucunda Büyük Patlama'dan arta kalan ışımayı, yani Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işıması'nı keşfetmesi, Evren'in doğuşuyla ilgili teoriler arasında Büyük Patlama'yı öne çıkardı.

Böylece daha da geriye gitme şansı elde ettik, atom çekirdeğinin bile oluşamayacağı kadar sıcak olan bir zamana... Evren'deki ilk elementlere dair gözlemlerimiz, bu senaryonun tahminleriyle birebir örtüşüyor. İnanılmaz büyüklükte enerjiler ve Einstein'ın $E=m{c}^2$ denklemi sayesinde hesaplarımızı, maddenin ve antimaddenin kendiliğinden oluştuğu daha da yüksek sıcaklıklara kadar geriletebiliriz. Bundan daha da öncesinde elektromanyetik kuvvet ile zayıf nükleer kuvvet birleşikti, Higgs simetrisi vardı ve tahminen Evren'deki tüm radyasyonun, maddenin, antimaddenin, enerjinin ve hatta uzay-zamanın tek bir noktada birleşikti. Denklemlerimiz, bu zamana kadar neler olup bildiğini açıklayabilmektedir. Başka bir deyişle, bir tekilliğe veya tüm bunların kaynaklandığı tek bir noktaya kadar neler olduğunu tahmin edebiliriz.

Özetle bugün Evren'e baktığımızda, onun; çok çeşitli mesafelerde her yöne doğru galaksilerle dolu olduğunu görüyoruz. Ortalama olarak, bir galaksi ne kadar uzaksa, bizden o kadar hızlı uzaklaştığını görüyoruz. Bu uzaklaşmanın sebebi, her bir galaksilerin uzaydaki kendi hareketlerinden dolayı değil; uzayın dokusunun genişliyor olmasından dolayıdır.

Genişleyen Evren'i Geri Sarmak...

Ancak Evren'i başlangıçtaki tekilliğe varıncaya kadar tahmin edebileceğimiz fikri, Büyük Patlama'yla ilgili en büyük hatamızdı. Bu fikri, 1927'de George Lemaître tarafından ileri sürülen "İlkel Atom" terimine kadar takip etmemiz mümkündür. Her ne kadar özellikle de 1992'den önce, Evren'i tekilliğe kadar takip edebileceğimiz fikri kesin ve mantıklı bir açıklama olarak kabul edilse de, günümüzde bu artık kesin olan bir şey değildir.

Ethan Siegel

Evet, Evren; bugün gözlemleyebildiğimiz Evren'in tamamının, Güneş Sistemi'nden daha küçük bir hacme sıkıştığı, sıcak, yoğun ve hızla genişleyen bir noktadan başladı. Gerçekten de zamanı geriye sarıp da başlangıçla ilgili bir tahminde bulunacak olsaydınız, zamanı geri sardıkça Evren'de bazı büyük değişiklikler fark etmeye başlardınız. Özellikle:

• Önce kütleçekiminin maddeyi yıldızlara ve galaksilere sahip olacak kadar büyük kümelere çekmek için yeterli zamana sahip olmadığı bir çağa ulaşırdınız,
• Sonra Evren'in nötr atomlar oluşturamayacak kadar sıcak olduğu bir noktaya ulaşırdınız,
• Sonra atom çekirdeklerinin bile parçalandığı noktaya ulaşırdınız,
• Sonra madde-antimadde çiftlerinin kendiliğinden oluştuğu noktaya ulaşırdınız,
• Nihayet, tekil protonların ve nötronların kuarklara ve gluonlara ayrışacağı noktaya ulaşırdınız.

Forbes

Yani her adım, Evren'in daha genç, daha küçük, daha yoğun ve daha sıcak olduğu zamanları temsil ederdi. Geriye doğru tahminde bulunmaya devam ederseniz, sonunda; Evren'deki tüm madde ve enerji tek bir noktada tutulduğundan, bu yoğunlukların ve sıcaklıkların sonsuz değerlere yükseldiğini görürsünüz.

Forbes

Bu bakımdan sıcak Büyük Patlama, ilk tasarlandığı gibi sadece genişleyen sıcak ve yoğun bir durum değildi, aynı zamanda fizik yasalarının yıkıldığı bir anı temsil ediyordu. Uzayın ve zamanın başlangıcıydı, tüm evrenin kendiliğinden ortaya çıkmasını sağlamanın bir yoluydu. Bu, yaratılışın nihai eylemiydi: Büyük Patlama ile bağlantılı tekillik...

Forbes

Büyük Patlama'dan, Kozmik Enflasyon'a...

Ancak bu fikir doğru olsaydı ve Evren geçmişte rastgele yüksek sıcaklıklara ulaşmış olsaydı, bunun bugün gözlemleyebileceğimiz bir dizi açık imzası olurdu. Büyük Patlama'nın artık parıltısında (ki buna Kozmik Mikrodalga Artalan Işıması diyoruz) olağanüstü düzeyde büyük genliklere sahip sıcaklık dalgalanmaları olurdu. Gördüğümüz dalgalanmalar ışık hızıyla sınırlı olurdu; sadece kozmik ufkun ölçeklerinde ve daha küçük görünürlerdi. Manyetik monopoller gibi, eski zamanlardan arta kalan, yüksek enerjili kozmik kalıntılar olurlardı.

Buna karşılık Kozmik Mikrodalga Artalan Işıması'ndaki sıcaklık dalgalanmaları, tekilliğe sahip bir Büyük Patlama'nın öngördüğünden binlerce kat daha küçüktür ve sadece 30.000'de 1 parça düzeylerindedir. Süper ufuk dalgalanmaları gerçektir, hem WMAP hem de Planck tarafından sağlam bir şekilde onaylanmıştır. Ve manyetik monopoller ve diğer ultra yüksek enerjili kalıntılar üzerindeki kısıtlamalar inanılmaz derecede sıkıdır. Bu imzaların her birinin eksikliğinin çok büyük bir anlamı vardır: Evren, bir tekillikte olması gerektiği gibi, rastgele yükseklikte bir sıcaklığa asla ulaşmadı. Bunun yerine, bir kesinti olmuş olmalı!

Forbes

Kozmik Enflasyon Teorisi Nedir?

Gerçekten de bugünden geriye giderken, tekilliğe ulaşmadan önce başka bir şey daha oldu.^[1] Evren, bir dönüşüm geçirdi: İlk anlarda Evren; madde, antimadde, radyasyon, nötrinolar ve alıştığımız enerji biçimleriyle dolu değildi. Bunların yerine, uzaya özgü/içkin bir enerjiye doluydu ve bu enerji, kozmik bir enflasyon sürecinden geçiyordu.^[2] Enflasyon sırasında Evren genişledi; ancak enerjisi veya sıcaklığı değişmedi.

Daha da önemlisi, bu enflasyon, illâ bir tekillik içinde yaşanmak zorunda değildir. Her ne kadar enflasyonun da bir tekilliğe işaret etmesi mümkünse de, sonucun kesinlikle tekillik olmak zorunda olmadığına inanmak için birçok iyi neden mevcuttur.^[3]

1980'lerin başlarında, Evren'imizin; genişleyen, soğuyan madde ve radyasyonla dolu sıcak ve yoğun bir evren olmadan önce de genişlemekte olduğu teorileştirildi. Kozmik genişlemenin bir aşaması Evren'in:

• Uzayın kendisine özgü enerjiyle dolu olduğu anlamına gelir.
• Bu da hızlı eksponensiyal bir genişlemeye neden olur.
• Bu, Evren'i dümdüz uzatır.
• Ona her yerde aynı özellikleri verir.
• Küçük genlikli kuantum dalgalanmaları ile,
• Tüm ölçeklere (süper ufuk olanlar bile) uzanır.

Ve sonra genişleme sona erer.

Forbes

Bunu yaptığında, daha önce uzayın kendisinde bulunan bu enerjiyi maddeye ve radyasyona dönüştürür. Ve bu da sıcak bir Büyük Patlama'ya yol açar. Ancak rastgele bir biçimde değil, daha ziyade tekilliğin ortaya çıkabileceği ölçekten en fazla yüzlerce kez daha küçük bir maksimum sıcaklığa ulaşan bir patlamaya yol açar. Başka bir deyişle, tekillikten ziyade, enflasyonist bir durumdan kaynaklanan bir Büyük Patlama'ya yol açar. Gözlenebilir Evren'de var olan, erişebildiğimiz ve ölçebildigimiz bilgiler, yalnızca son 10^-33 saniyelik genişlemeye ve sonrasında gelen şeylere karşılık gelmektedir.

Genişlemenin ne kadar sürdüğü sorusunu sorarsanız, cevap: "Hiçbir fikrimiz yok!" En azından 10^-33 saniyeden biraz daha fazla sürdü, fakat biraz daha mı uzun, çok daha mı uzun veya sonsuza dek mi sürüp sürmediği bilinmiyor ve bilinemez de...

Anlayacağınız, hayal edebileceğimiz herhangi bir enerjiye ulaşan sıcak ve yoğun bir duruma, rastgele bir şekilde geriye yönelik tahminde bulunamayız. Ne kadar ileri gidebileceğimizin ve hâlâ evrenimizi geçerli bir şekilde tanımlayabilmemizin bir sınırı vardır.

Forbes

Genişlemeyi Başlatan Ne?

Peki genişlemeyi başlatan ne oldu? Bununla ilgili çok fazla miktarda araştırma ve spekülasyon var, fakat kimse nihai cevabı bilmiyor. Gösterebileceğimiz hiçbir kanıt yok, yapabileceğimiz hiçbir gözlem yok, yapabileceğimiz deneyler yok. Bazı insanlar (yanlış bir şekilde) şuna benzer bir şey söylüyor:

Genişleme hakkında bilgi sahibi olmadan önce; sıcak, yoğun ve genişleyen evrene yol açan bir Büyük Patlama tekilliğine sahiptik ve genişleme sadece bir ara adımı temsil ediyor. Bu nedenle bu; tekillik, genişleme ve sonra Büyük Patlama olarak devam ediyor.

En iyi kozmologlar tarafından ortaya konan ve bu resmi gösteren çok ünlü bazı grafikler bile var. Ancak bu, bunun doğru olduğu anlamına gelmez.

Forbes

Tekillikten Gelen Evren, Matematiksel Olarak Mümkün Değil!

Aslında tekilliğin gerçek olmadığına inanmak için çok iyi nedenler var! Aslına bakarsanız, bir tekillikten, genişleyen bir durumun ortaya çıkmasının imkansız olduğunu matematiksel olarak gösterebiliriz.

İşte nedeni: Uzay, genişleme esnasında üstel bir oranda genişler. Bir üstelin nasıl çalıştığını düşünün: Belli bir süre geçtikten sonra, Evren iki katına çıkar. İki kat daha uzun bekleyin ve Evren, yine iki katına çıkarak dört kat daha büyük hale gelecektir. Üç kat daha uzun bekleyin, üç kez ikiye katlanarak toplamda sekiz kat daha büyük hale gelir. Ve 10 veya 100 kat daha uzun süre beklerseniz, bu ikiye katlamalar evreni 2¹⁰ ya da 2¹⁰⁰ kat daha büyük yapar.

Yani aynı miktarda ya da 2 kez, 3 kez, 10 kez, 100 kez zamanda geriye gidersek, Evren daha küçük olurdu. Ama asla 0 boyutuna ulaşmazdı. Sırayla orijinal boyutun yarısı, çeyreği, sekizde biri, 2^-10 katı veya 2^-100 katı olurdu. Ama ne kadar geriye giderseniz gidin, asla bir tekilliğe ulaşamazsınız.

Forbes

Kozmologlar arasında, enflasyonist durumun geçmiş zamanlardaki gibi eksik olduğunu gösteren ünlü bir teorem var. Bunun anlamı açıkça, genişleyen bir evrende herhangi bir parçacığınız varsa; zamanda geriye doğru tahminde bulunduğunuzda, eninde sonunda buluşacaklarıdır. Ancak bu bir tekilliğin olması gerektiği anlamına gelmez, daha ziyade genişleme evren tarihinde meydana gelen her şeyi, kendi başlangıcı gibi tanımlamaz. Örneğin genişlemenin tekil bir kaynaktan kaynaklanmayacağını da biliyoruz, çünkü genişleyen bölge her zaman sonlu bir boyuttan başlamalıdır.

Forbes

Sonuç

Ne zaman Büyük Patlama "tekilliği"nden veya "genişlemeden önce var olan herhangi bir tür Büyük Patlama/Tekillik"ten bahseden bir diyagram, makale, hikaye görseniz, geçersiz bir düşünce yöntemiyle karşı karşıya olduğunuzu bilin.

Evren, gerçekten de bizim Büyük Patlama ile açıkladığımız; sıcak, yoğun, genişleyen ve soğuyan bir durumdan bugünlere geldi. Ancak bunun öncesinde durum çok farklıydı. Evren, uzaya özgü enerjinin egemen olduğu, enflasyona uğrayan bir şeydi.

Yani Büyük Patlama tekilliği fikri, Büyük Patlama'nın ilk, sıcak ve yoğun durumundan önce gelen ve onu oluşturan farklı bir duruma (kozmik genişleme) sahip olduğumuzu fark ettiğimiz anda, pencereden uçup gitti. Ondan sonra ortaya çıkan genişlemeyle birlikte, uzayın ve zamanın en başında bir tekillik olmuş olabilir, ama hiçbir kesinliği yok.

Bilimde sıcak bir Büyük Patlama'ya yol açan enflasyonist bir durum gibi test edebileceğimiz, ölçebilecegimiz, tahmin edebileceğimiz ve onaylayabileceğimiz veya çürütebileceğimiz şeyler var. Peki ya geri kalan Büyük Patlama fikirleri? Spekülasyondan başka bir şey değil!

Özetle, yapabileceğimiz en büyük hata, Büyük Patlama'nın kesin olarak ima etmediği bir tekilliği, mutlak bir şekilde kabul etmektir. Bugün, konuşma dilinde Büyük Patlama'nın iki farklı anlamı vardır. Ancak bunlardan sadece biri kesinlikle doğrudur.