Evren nasıl var oldu? ‹nsan-lar tüm tarih boyunca bukonuları hep merak etmifl-tir ve her kültür kendine öz-gü bir evren anlayıflı icat

e t m i fl t i r. Antik bilimin sembol ismi A r i s t o-teles’in evreninde uzay, üzerine yıldızla-rın tutturulmufl oldu¤u büyük kristal birküre olarak düflünülüyordu. Bu uzaysonluydu, ama zaman ba¤lamında du-ra¤an ve sonsuzdu; yani, ne bafllangıcıne de sonu vardı. Hristiyan dünya görü-flü zamansal sonsuzluk kavramındanvazgeçiyorsa da dura¤anlık/de¤iflmez-lik özelli¤ine sahip çıkmıfltır. Bu düflü-nüflte evren tanrı tarafından yoktan varedilmifl ve o zamandan beri hiç de¤ifl-

m e m i fl t i r. Copernicus bile 1543’te dün-yayı evrenin merkezi olmaktan çıkarıpgünefl çevresinde dönen sıradan bir ge-zegen statüsüne indirgerken (ve böyle-ce evrenin insano¤lu için yaratıldı¤ıinancını sorgulamaya açarken) bile ev-renin uzaysal olarak sonlu, zamansalolarak sonsuz ve dura¤an oldu¤u yolun-daki Aristoteles doktrinini de¤ifltirme-miflti. Yıldızları üzerinde bulunduklarıkristal küreden koparıp uzaya da¤ıtankifli Copernicus ö¤retisinin güçlü biryandaflı olan Thomas Digges oldu(1576). Digges’e göre uzay sonsuz idive yıldızlar da bu sonsuz uzayda da¤ıl-mıfltı. Uzayın sonsuzlu¤u Digges’tensonra kabul gördü; ancak zaman içinde

Antik bilimin sembolismi Aristoteles’inevreninde uzay, üzerineyıldızların tutturulmuşoldu€u büyük kristal bir küre olarakdüşünülüyordu. Bu uzay sonluydu, amazaman ba€lamındadura€an ve sonsuzdu;yani, ne başlangıcı ne de sonu vardı.

Evrenin oluflumuE€er evren filmini geriye do€ru oynattı€ımızı düşünürsek, galaksiler gittikçe birbirlerine yaklaşarak iç içe girmeye başlayacaklardır. Demek kigeçmişte öyle bir an vardır ki, evrendeki tüm madde yo€unlu€u sonsuz olan bir noktada sıkışmış olarak bulunacaktır.

Copernicus bile 1543’te dünyayı evrenin merkezi olmaktan çıkarıp günefl çevresinde dönensıradan bir gezegen statüsüne indirgerken (ve böylece evrenin insano¤lu için yaratıldı¤ı

inancını sorgulamaya açarken) bile Aristoteles doktrinini de¤ifltirmemiflti.

12

S u n u ş

Prof. Dr. Namık Kemal PAK

ODTÜ Fizik Bölümü

de¤iflmez oldu¤u yolundaki A r i s t o t e l e s ç iinanç hükümranlı¤ını 20. yüzyılın ilkçeyre¤ine kadar sürdürdü.

Yani, 20. yy.a kadar kısmen A r i s t o t e-les’ten miras kalan Batı düflüncesininen önemli dayanaklarından biri dura-¤an, yani zamanla de¤iflmeyen evrenkavramıydı. Örne¤in 19. yy.da ünlü ‹ngi-liz jeolog Charles Lyell yerküremizinyafllanmaz oldu¤unu ileri sürmüfltü; an-cak bilimsel çalıflmalar sonucu elde edi-len kanıtlar tersini do¤ruladı. 19 yy.ın or-talarında dünyamızı ısıtan güneflin ısıkayna¤ının sonsuz olmadı¤ı anlaflıldı.20 yy.ın bafllarında dünyanın evrim ge-çirmemifl düzgün ve yafllanmaz bir yapıoldu¤u anlayıflı çöpe atıldı. 20 yy. ı nbafllarında kayalardaki uranyum ve kur-flun oranları kullanılarak dünyanın yaflı-nın bir kaç milyar yıl mertebesinde oldu-¤u saptanmıfltı; bugün kabul edilen de-¤er 4.5 milyar yıldır. Son derece sıradanbir yıldızın çevresinde dönen yine sıra-dan bir gezegen üzerinde yafladı¤ımızıanlayacak ölçüde evrim geçirmemiz için4.5 milyar yıl geçmesi gerekmifl, ne ka-dar ilginç.

Evren hakkında sahip oldu¤umuzmodern bilgilerin pek ço¤unu 1930’lardagelifltirilen yeni teknolojilere borçluyuz.Bu sayede uzaydan gelen radyo dalga-larının saptanması mümkün oldu. Dahaönceki binlerce yıl boyunca görünür ıflıkinsano¤lunun “gökleri” (ve tabii ki dün-yayı da) inceleyebilmesinin tek yoluydu.Elektronik ıflık detektörleri foto¤raf pla-kalarının yerini aldı. Yeni gelifltirilen bil-gisayarların da devreye girmesiyle veri-

lerin depolanması ve ifllenmesindeelektronik devrim öncesi dönemde düfl-lenmesi bile mümkün olmayan müthiflbir kapasite ve hız kazanılmıfl oldu.

1940’lardan günümüze uzaydan ge-len kızıl ötesi, mor ötesi ve x- ıflınlarınısaptayabiliyoruz. Görünür ıflık elektro-magnetik tayfın küçük bir bölümünüo l u fl t u r u r. Kızılötesi ıflınımın dalga boyubundan daha uzun, radyo dalgalarınınki ise daha da uzundur. Radyo dalgala-rı gibi insan gözünün duyarlı olmadı¤ıtüm bu tür ıflınımlar sayesinde gök ci-simlerinin tümüyle yeni pek çok özellik-lerini ortaya çıkarabildi¤imiz gibi o za-mana dek bilinmeyen pek çok gök cis-minin de bulunması mümkün oldu: Koz-mik arka-fon ıflınımı, kara delikler, nöt-ron yıldızları, kuazarlar, karanlık mad-de, vb.

Evren dura¤an mı, yoksa bir bafllan-gıcı var mı? Varsa nasıldı? Uzayın enderinliklerine bakıldı¤ında, uzayın sonu-na (sınırına), ya da zamanın bafllangıcı-na ulaflılabilir mi?

Evrenin oluflumu ve yapısına iliflkinbilimsel bilgilerimizin en önemli modernöncüllerinden birini Kant’a borçluyuz.Kant, günefl sistemimizin dönmekteolan büyük bir gaz ve toz bulutunun yo-¤unlaflmasıyla olufltu¤unu ileri sürdü.Bu ilkel gaz bulutu kendi çekim etkisi al-tında yavafl yavafl çöktü. En yo¤un olanmerkezi kısımlar günefli oluflturdu vs.

Büyük ölçekteki evrenin ilk matema-tiksel teorisi Newton’un kütle çekim te-orisi idi (1687). Bunun daha geliflmifl vetam versiyonu 1917’de Einstein tarafın-dan gelifltirilen Genel Görelilik Te o r i-s i ’ d i r. Einstein, bir bütün olarak evreninbir modelini oluflturmak amacıyla kenditeorisinin temel denklemlerini çözmekiçin iki temel varsayım yapmıfltır: Mad-de evrende düzgün bir biçimde da¤ıl-mıfltır ve evren dura¤andır, yani zaman-la de¤iflmez. Dolayısıyla Einstein’inkozmoloji modeli dura¤an ve homojen-d i r. Bundan 5 yıl sonra Rus matematik-çisi Friedman Einstein denklemlerininzamanla de¤iflen evren modeline karflıgelen çözümlerini de bulmayı baflardı.Bunun için Einstein’in homojenlik varsa-

yımını korurken dura¤anlık varsayımınısorgulamaya almıfltı. Friedman çözü-münde evren, yo¤unlu¤u son dereceyüksek bir durumdan bafllayarak za-manla geniflliyordu. Ne ilginçtir ki Eins-tein, bu yeni çözüme ra¤men evrenindura¤an oldu¤una inanmakta diretti(tıpkı Aristoteles, Copernicus ve New-ton gibi). Einstein benzer ilginç, bir an-lamda çeliflkili ve yıkıcı bir tavrı, ilk mi-marlarından oldu¤u Kuantum Te o r i s i ’ n ekarflı da sergilemiflti. ‹flin do¤rusu, neEinstein’in ne de Friedman’ın genel gö-relilik denklemlerini çözmek için varsay-dıkları bafllangıç koflulları o günler itiba-riyle fiziksel olarak sınanabilecek koflul-lar de¤ildi. Yani bu iki farklı yaklaflımıbirbirinden ayırdedecek deneysel kanıt-lar mevcut de¤ildi.

Bu çerçeveden bakıldı¤ında 1929yılı bir anlamda milat niteli¤indedir. Zirao yıl Edwin Hubble evrenin genifllemek-te oldu¤unu keflfetti; galaksiler sürekliolarak birbirlerinden uzaklaflıyorlardı.Hemen belirtelim ki, Hubble galaksilerinbirbirlerinden uzaklafltıklarını do¤rudanteleskopla gözlemlememiflti; bu sonucateleskopuna gelen ıflı¤ın frekansındakiDoppler kaymalarına bakarak ulaflmıfltı.fiöyle ki, galaksilerin renkleri tayfın kır-

Edwin Hubble evrenin genifllemekteoldu¤unu keflfetti; galaksiler sürekli olarak

birbirlerinden uzaklafl›yorlard›.

Evrenin oluşumu ve yapısına ilişkin bilimsel bilgilerimizin en önemli modern öncüllerinden biriniKant’a borçluyuz. Kant, güneşsistemimizin dönmekte olanbüyük bir gaz ve toz bulutununyo€unlaşmasıyla oluştu€unuileri sürdü.

13

mızı ucuna do¤ru kayıyordu ve bu türbir kaymanın (yani dalga boyundakiuzama, ya da frekanstaki azalma)D o p p l e r’in çalıflmaları sonucu kayna¤ınuzaklaflma hareketinin bir sonucu oldu-¤u biliniyordu. Bütün galaksiler bizimgalaksimiz olan Samanyolu’ndan uzak-laflıyordu. Hubble’in anıtsal keflfi, galak-silerin uzaklıklarının uzaklaflma hızı ileorantılı oldu¤unu bulmasıydı. Baflka birdeyiflle bir galaksinin bize olan uzaklı¤ıbir baflka galaksinin 2 katıysa uzaklafl-ma hızı da 2 katı oluyordu. Bu sonuçher yönde düzgün olarak geniflleyen birevren için beklenen bir sonuçtur.

Nasıl ki fliflen bir balonun yüzeyindebir geniflleme merkezi yoksa Hubble’ıngözlem sonuçlarına göre evrenin de,geniflliyor olmasına karflın, bir geniflle-me merkezi yoktu. Bir balonun yüzeyineher biri bir galaksiyi temsil eden nokta-lar koydu¤umuzu düflünelim. Balon fli-flerken üzerindeki her hangi bir nokta-dan bakıldı¤ında tüm di¤er noktalarınbu noktadan uzaklafltı¤ı görülecektir;

yani hiçbir nokta merkez de¤ildir. E¤ergalaksilerin uzaklaflma hızları uzaklıkla-rı ile do¤ru orantılı ise, bütün galaksileriçin hızın uzaklı¤a oranı sabit olmalıdır.Hubble sabiti adı verilen bu oran evre-nin flu andaki geniflleme hızını vermek-t e d i r.

Bu gözlemler her iki kozmolojik mo-delde (Einstein ve Friedman’ın modelle-ri) ortak olan homojenlik varsayımınıdo¤ruluyordu. Ancak zamansal pers-pektiften bakıldı¤ında, yalnızca Fried-man modelini destekliyor, Einstein’inkiniç ü r ü t ü y o r d u .

Galaksiler zamanla birbirlerindenuzaklafltıklarına göre, geçmiflte dahayakın olmaları gerekir. E¤er evren filmi-ni geriye do¤ru oynattı¤ımızı düflünür-sek, galaksiler gittikçe birbirlerine yakla-flarak iç içe girmeye bafllayacaklardır.Demek ki geçmiflte öyle bir an vardır ki,evrendeki tüm madde yo¤unlu¤u son-suz olan bir noktada sıkıflmıfl olarak bu-l u n a c a k t ı r. Bilim insanları bu durumungerçekleflmifl oldu¤u zamanı hesapla-

yabiliyorlar: Bu olaygünümüzden yaklaflık15 milyar yıl önce ger-çekleflmifl; bu ana bü-yük patlama adı verili-y o r. Kozmik evren filmi-mizi geriye do¤ru oy-natma sürecine geridönersek, evren bü-züfltükçe galaksiler git-tikçe birbirlerine yakla-flırlar ve sonunda yıl-dızlar kendilerine özgükimliklerini yitirirler. Ev-rendeki madde sonun-da bir gazı andırmayab a fl l a r. Evren daha dabüzüflüp yo¤unlafltıkçabu kozmik gazın sıcak-lı¤ı da giderek daha daa r t a r. Sıcaklık 10 bindereceye ulaflıncaelektronlar atomların-dan kaçıp kurtulmayab a fl l a r. Daha yükseksıcaklıklarda ise atomçekirdekleri proton ve

nötronlarına ayrıflır. Evrenin do¤um anıolan Büyük Patlama anına yaklafltıkçasıcaklık artmaya devam eder. Sıcaklık10 trilyon (101 3) dereceye ulafltı¤ındaproton ve nötronlar da daha temel par-çacıklar olan kuarklara ayrıflır. Büyükpatlamadan 10- 5 saniye sonrasına karflıgelen bu anda tüm evreni dolduran artıktemel parçacıklardır, yani kuarklar vel e p t o n l a r d ı r.

Büyük patlama anına biraz dahayaklaflıldı¤ı an üzerinde yo¤un (bir an-lamda spekülatif ) çalıflmaların yapıldı¤ıbir arafltırma alanıdır. Bu noktada üze-rinde tartıflılan bazı sorular flunlar: Mad-de neden var olmak zorunda? ‹lk kuark-lar ve leptonlar nereden geliyor? Büyükpatlama anından önce ne oldu¤u konu-su esas olarak bilimin dıflında. A n c a kgene de bazı teorik fizikçiler bu konudateorik spekülasyonlar yapmaktan gerid u r m u y o r l a r.

Eski Yunandan bu yana bilim insan-ları hep do¤anın minimalist açıklaması-nın peflinde koflmufllardır. Do¤adakidört farklı kuvvetin birleflik bir teori çer-çevesinde anlaflılması bu ba¤lamdaulaflılan en son aflamayı temsil etmek-t e d i r. Bu kuvvetlerin birleflmesinin öngö-rüldü¤ü sıcaklık (102 8 C) herhangi birhızlandırıcı laboratuarında elde edilebi-lecek sıcaklıktan, hatta yıldızların mer-kezindeki sıcaklıktan çok daha yüksekbir sıcaklıktır. Aslında böyle bir sıcaklıkevrende yalnızca bir kez, Büyük Patla-ma’dan yalnızca 1 saniye sonra sıcakenerji denizi evreni doldururken ortayaç ı k m ı fl t ı r. ‹çinde yafladı¤ımız evrende

Gözlemler, zamansal perspektiften bakıldı¤ında, yalnızcaFriedman modelini destekliyor, Einstein’inkini çürütüyordu.

14

Ça€daş bilimsel anlayış,evrenin yaklaşık 15 milyar yıl önce ola€an üstü bir madde sıkışması ile başladı€ını ve ışık hızı ilegenişleyerek uzaydaki yapılarıoluşturdu€unu söylüyor. Ancak bu buluş her şeyinanlaşıldı€ı anlamına gelmiyor.

yeni teorileri sınayabilecek bir laboratu-ar bulamayan yüksek enerji fizi¤i, 20.y y.ın son çeyre¤inde evrenin ilk anları-na gitmek, dolayısı ile kozmolojinin dün-yasına girmek zorunda kalmıfltır.CERN’de yenilerde çalıflmaya bafllayanBüyük Hadron Çarpıfltırıcı’nın (LHC) budenli büyük bir tutkuyla infla edilmesininnedeni, dünya üzerindeki insan yapısıbir hızlandırıcı laboratuarında ilk kezolarak evrenin ilk do¤um anlarındakineyakın bir enerji ve sıcaklık düzeyine ula-flılabilecek olmasındandır.

Özetlersek ça¤dafl bilimsel anlayıfl,evrenin yaklaflık 15 milyar yıl önce ola-¤an üstü bir madde sıkıflması ile baflla-dı¤ını ve ıflık hızı ile geniflleyerek uzay-daki yapıları oluflturdu¤unu söylüyor.Ancak bu bulufl her fleyin anlaflıldı¤ı an-lamına gelmiyor. Kuflkusuz yanıtlanma-sı gereken daha pek çok soru var önü-müzde. ‹flte bunlardan bazıları: Bu ge-niflleme sonsuza dek sürecek mi, yoksabir zaman sonra bu geniflleme durup birbüzüflme mi bafllayacak? Öyleyse bubüzüflmenin sonunda ne olması bekle-niyor? Altını çizerek belirtelim ki, yakla-flık 100 yıl kadar önce bu tür sorularınbilim dıflı sorular oldu¤u düflünülüyordu.

Bu gün ise bilimin neredeyse tam göbe-¤inde yer alıyorlar.

Geçmiflte evrenin sabit oldu¤unundüflünüldü¤ü dönemlerde bilim insanla-rı yıldızların haritasını çıkarmakla u¤ra-flıyorlardı; günümüzde ise artık evreninde¤iflimi ve evrimini inceliyorlar. Bu ba-kımdan da fiziksel ve biyolojik bilimlerinyaklaflımlarında belirgin bir yakınsamav a r. Aristoteles’in 22 asırlık sabit/dura-¤an evren doktrininin sonunu getirenHubble’in anıtsal keflfi bir anlamda Dar-win’in 19 yy.daki çalıflmalarının gökbili-mine yansımalarıdır. Ça¤dafl astrofizik,

vücutlarımızı da oluflturan atomların(her bir kilogramda 102 6 atom) yıldızla-rın içindeki nükleer reaksiyonlarda olufl-tuktan sonra uzaya püskürtülüp geze-genleri, topra¤ı ve organik moleküllerioluflturdu¤unu söylüyor. Dolayısı ile ya-flamın ve insanın kökeninin incelenmesisürecinde kaçınılmaz olarak galaksile-rin, yıldızların ve en sonunda evreninyaflam öykülerinin incelenmesi gere¤ikarflımıza çıkıyor.

Bu özel sayıdaki yazılarda esasolarak bu konuyu, yani mevcut bilimselanlayıfl çerçevesinde “evren” konusu-nu ele alıyoruz. ‹zmir Yüksek Te k n o l o j iEnstitüsünden Profesör Durmufl A l iDemir ile birlikte “Büyük Patlama veEvrenin Genifllemesi” konusunu özetli-yoruz. Feza Gürsey Enstitüsü’nden A .Aliev evrenin ürkütücü egzotik nesne-leri karadelikleri anlatıyor. Profesör Be-kir Karao¤lu Büyük Hadron Çarpıfltırı-cısı odaklı felaket senaryolarını ele alı-y o r. Günün sı¤ ve kısır döngüsel gün-deminden çıkıp tüm evrenin tarihine,bu muhteflem öyküye odaklaflmanıntüm okuyuculara yeni düflünsel ufuklaraçması umuduyla bitiriyorum bu su-num yazısını.

Ça€daş astrofizik, vücutlarımızı da oluşturanatomların (her bir kilogramda1026 atom) yıldızlarıniçindeki nükleer reaksiyonlarda oluştuktansonra uzaya püskürtülüp gezegenleri, topra€ı ve organik moleküllerioluşturdu€unu söylüyor.

15