Merhaba Aylin,
Dediğin gibi, günümüzde evrendeki baryonik maddenin parçacık sayısı bakımından %90'ından fazlasını Hidrojen, geri kalanının çoğunu ise Helyum oluşturuyor. Bu arada burada "baryonik" madde derken, ışıkla etkileşen, bizi, gezegenleri ve yıldızları oluşturan madde bileşeninden bahsediyorum. Kütle bakımından düşündüğümüzde ise galaksimizde Hidrojen ve Helyum'un oranları yaklaşık olarak %74 ve %24. Bunları ise 3. olarak Oksijen takip ediyor.
Evrenbilimdeki en temel gözlemlenebilirlerden biri "Kozmik Arkaplan Işıması" (CMB). Keşfinden beri oldukça detaylı bir şekilde nitelendirilmiş olan bu ışıma, Büyük Patlama modelini desteklemekte. Bu modele göre, evren ilk zamanlarda sıcak ve yüksek basınçlı olmalı. Bu koşullarda evrenin sıcaklığı (i.e., parçacıkların ortalama kinetik enerjisi) o denli yüksek olmalı ki, lise fizik derslerinde öğretilen çoğu parçacık (proton, nötron, daha ağır çekirdekler, atomlar) bu koşullarda bağlı ve kararlı bir şekilde varlığını sürdüremez. Bu nedenle bu dönemde evrenin (bazı diğer atom-altı parçacıklarla birlikte) proton ve nötronların yapı taşı olan kuarklardan oluştuğunu düşünüyoruz. Büyük Patlama'yı takip eden saniyelerde evren genişleyip, kozmik çorbanın sıcaklığı, kuarkların birbirine bağlanma enerjisinin altına inince, evrendeki ilk proton ve nötronların oluştuğunu düşünüyoruz.
Şimdi aynı mantığı devam ettirerek, evren soğudukça proton ve nötronların da birleşip, önce Döteryum (1 proton + 1 nötron), Trityum (1 proton + 2 nötron), Helyum-3 (2 proton + 1 nötron), Helyum-4 (2 proton + 2 nötron), Lityum (3 proton + 4 nötron), daha sonra da daha ağır çekirdekleri oluşturacağını öngörebiliriz. Fakat, burada önemli bir dar boğaz oluşuyor. Parçacık fiziğindeki ölçümleri gösteriyor ki, serbest nötronlar yaklaşık 10 dakika içinde bozunuyorlar. Fakat evrenin sıcaklığının Döteryum'un bağlanma enerjisinin altına düşmesi için epey süre geçmesi gerektiği için, geriye kalan kısıtlı sürede ancak belirli bir miktarda proton ve nötron birleşip, daha ağır çekirdekler oluşturabiliyorlar. Bu nedenle, evren soğumaya devam ettikçe biraz Lityum-7 oluşsa da, Helyum'dan ağır elementlerin oluşmasının büyük ölçüde durduğunu düşünüyoruz. Bu süreç, Büyük Patlama Nükleosentezi olarak biliniyor. Sonucunda ise evrende yaklaşık olarak (kütle bakımından) %75 Hidrojen, %25 Helyum, milyonda 100 oranında Döteryum, milyonda 10 oranında Helyum-3, milyarda bir oranında ise Lityum-7 kaldığı öngörülüyor. Bu süreçte oluşan Trityum, Berilyum-7 ve serbest nötronlar ise zamanla bozunduklarından, kütle bütçesinde kalıcı olamıyorlar.
Günümüzde gözlemlediğimiz galaksilerin oluşabilmesi için ise Büyük Patlama'dan birkaç yüz milyon yıl sonra evrende bir başka önemli bir süreç başlamış olmalı: yıldız oluşumu. Evrendeki ilkel gaz (i.e., Hidrojen ve Helyum) kütle çekimsel olarak çöküp, nükleer reaksiyonu başlattıkça, yıldızlarda Helyum'dan ağır çekirdekler oluştuğu öngörülüyor. Buradaki kilit nokta şu ki, bahsettiğim bugüne kadar oluşmuş ağır elementler, evrendeki Hidrojen ve Helyum oranını büyük ölçüde azaltacak bir miktarda değil. Yine de, Büyük Patlama'dan birkaç dakika sonrası ile karşılaştırırsak, günümüzde evrende çok daha fazla ağır element (Oksijen, Karbon, Demir, Nitrojen, Silikon, vs.) var. Örneğin, Dünya'da en fazla bulunan elementler - yine kütle bakımından - Demir, Oksijen ve Silikon. Bir başka deyişle, bizler yıldız tozuyuz. Zaten Hidrojen ve Helyum ile karmaşık kimyasal reaksiyonlar başlatıp, ilginç ve yapılı bir evren oluşturmak mümkün değil.
Güzel soru için teşekkür ederim.
Tansu
Tansu Hoca çok güzel anlatmış. Ben biraz daha basitleştirerek, günlük dil ile özetlemeye çalışayım.
Bunun büyük patlama ile ilgisi var hatta daha çok büyük patlama sonrasında ortaya çıkan olağanüstü şartlarla ilgisi var.
Altomaltında yapı hiyerarşisi nasıl? Atomlar var. Atomların içinde çekirdek ve elektron, çekirdeğin içinde proton nötron, onların içinde quark, lepton gibi temel parçacıklar.
Şimdi... Tüm bu parçaları birbirine bağlayan atomaltı kuvvetler var, bu ayrı bir konu. Elektronla çekirdeği birbirine bağlayan kuvvet çok güçlü değil (O nedenle elektronlar kolayca başka maddelerle yakınlaştığında ortak kullanıma/yörüngeye geçip bağlar kurulmasına olanak veriyorlar) ama çekirdeğin içindeki üyeleri birbirine bağlayan kuvvet çok ama çok güçlü. Maket bıçağının ucuyla kanıttırıp iki leptonu protondan ayıramıyorsunuz yani. :) Bu yapıyı bozmak oldukça zor. (O yüzden zaten parçaladığınızda ortaya atom bombası gibi bir enerji çıkıyor)
İşte evren henüz bir greyfurt büyüklüğündeyken (Bu greyfurta da takmış durumdayım. Birçok kozmoloji derlemesinde bebek evren greyfurt ile benzeştiriliyor. Ne zaman kozmoloji konuşsam düşünsem aklıma greyfurt geliyor. :) Zamanında bir hocamız greyfurttan örnek vermiş, bu böyle gitmiş. Greyfurt ne abi? :) Portakal de, limon de, elma de, daha leziz daha tanıdık daha samimi bir meyve iyi olurdu bence :) ) ortamda o kadar büyük bir sıcaklık ve basınç söz konusu ki (Planck ölçeği deniyordu yanlış hatırlamıyorsam) çekirdeği ve temel parçacıkları bir arada tutan kuvvetten çok daha büyük bir etki söz konusu. Bu nedenle hiç bir temel parçacık, bir diğeri ile bağlanamıyor.
E bağlanmak zorundalar mı? Evet. Çünkü temel parçacıklar doğada serbest halde bulunmuyorlar. Birbirleri ile bağlanıp çekirdek ve atom oluşturma eğilimindeler. Ama planck ölçeğindeki şartlar buna izin vermiyorlar. Hocalar bu ortama "parçacık çorbası" diyorlar. (Çorbayı kabul ettim. :) Samimi, doğal. O duyguyu veriyor :) )
İşte evren genişledikçe ortamdaki sıcaklık ve basınç azalıyor, azalıyor, azalıyor ve temel parçacıkların birbirlerine bağlanma kuvvetinin altına iniyor. Parçacıklar fırsat bulup birbirlerine bağlanıyorlar ve böylece protonlar, nötronlar, çekirdekler oluşmaya başlıyor. (Evrenin ışığa geçirgen olma eşiği de atomların oluşma eşiği oluyor zaten. Çünkü atomlar arası boşluklar da oluşmaya başlıyor. Bu tarih de büyük patlamadan sonraki 380.000. yıl. Ve evrenin bu halinin fotoğrafı da çekilmişti geçtiğimiz yıllarda. İnsanlık adına inanılmaz bir başarı ve aşamaydı bu bence) Peki buna göre ilk sırada hangi atom var? Tabii ki hidrojen. 1 proton, 1 elektron, bu kadar. Tertemiz.
Hidrojen atomu kararlı bir parça. Temel parçacıklar birleşip hidrojeni oluşturunca bu yapı, illa başka bir şeylerle etkileşme ya da bağlanma eğiliminde değil. Evi olan ev arkadaşı arayan fizik öğrencisi gibi değil yani. :) E tamam işte... Evren genişledikçe, ortamdaki başıboş temel parçacıklar, en yakınlarındaki diğer parçacıklarla birleşip bol bol hidrojen oluşturmuşlar.
Yani neden hidrojen? Kararlı olan en basit, en hafif, en kolay yapı olduğu için. E bundan sonrası? Orası artık ana yemek, salata ve tatlıların dünyası. Afiyet olsun. :)
