ekevrenkuramlari

8/8/2019 ekevrenkuramlari

1/14

HAZIRLAYAN: RAT GRDLEK

MAYIS 2007 SAYISININ CRETSZ EKDR

evr enkur amlarevr enkur a mlar


2/14

Ban kaldrp hayranlkla seyrettii yldzlarn, gezegenlerin naslktklarn, nasl yok olduklarn, nasl hareket ettiklerini, enerjileri

nereden aldklarn zel olarak merak etmeyen biri iin gkbilimin tsorunu, gnlk yaammzda altmz, hadi daha da ileri gidelimokullarda rendiimiz ya da zihnimizde canlandrabildiimiz lleboyutlarla uyumsuzluu. Standart uzaklk birimi olan kyln, daholduumuz bir lye evirmeye kalktmzda karmza kan say

yaklak 10 trilyon kilometre. Bu durumda bize en yakn yldz 40 t

kilometre temizde. Yolculuumuzu srdrelim. Samanyolunun yak100 milyar yldz barndrd sanlan, 100.000 kyl apndaki dgetik. Tanmadmz, mayan gkcisimleri ya da tanmadmzparacklardan oluan, ok daha telere kadar uzanan karanlk haledde ktk. imdi gkadalar aras boluktayz. Kendi gkadamzn cuydularn geride braktk, ufak tefek komularmz da selamladk,

milyon kyl uzaklkta, mahallemizin patronu Andromeda gkadagetik. Yerel Grup diye adlandrlan kmemizden dar ktmzdaslnda bir arpa boyu yol gitmi olmuyoruz. Ne yana bakarsak bakagryoruz ki ileride byle kk gruplarn oluturduu daha bykgkada kmeleri, bunlar bir araya getiren sperkmeler var. Aradamuazzam boluklar, bunlarn evresine dantel gibi yaylm gkada

ipliklerin kesime noktalarna reklenmi, binlerce gkadadan oludaha baka kmeler. Ne yana bakarsak bakalm, yaklak 14 milyar

2 Mays 2007BLM ve TEKNK

evren k evren k


3/14

3Mays 2007 BLM ve TEKNK

kyl uzunlukta bir dorultuda dizilmi gkadalar. Herbiri milyarl yldzdan olumu, en az 200 milyar gkada. Artk kozmolojinin(evrenbilim) ilgi alanndayz. lgi konusu evrenin ortaya k, ieri

ileyii, tarihi ve gelecei. Bu alann sorunuysa yalnzca ok dahabym saylar deil. nk evreni aklama iddiasndaki bu bilimakl almaz uzaklklarn, olaanst byk yaplarn yansra, atomalparacklarn etkileimiyle de ilgili. Burada yalnzca sradan merakldeil, pek ok bilim adam iin de sorun, insanln binlerce yldrsorduu sorularn ok net yantlar olmamas. Olanlarn da yalnzca

altmz leklerle deil, altmz mantk kurallaryla da eligrnmesi. Grnen bir baka zellii de, sorular yantlar grnenaklama ya da kuramlarn, ksa srede geerliliini yitirmesi.

Bu alma, daha nce Bilim ve Teknik DergisiAustos 2002 saysnda yaymland.

ramlarramlar


4/14

Byk patlama, zihnimizdekibirok sorunu zd iinsarldmz bir kuram...geri brakn tm evrendekimaddeyi, Dnyay bile okgerilerde bir zaman iinde bir noktahalinde dnmek g Ama evrenin14 milyar yl nce balad yolundakihesaplar, yaantmzda altmz birbalang duygusuna cevap veriyor...

stelik byk patlama, evrenin ie-rii, younluu, madde ve kuvvet par-acklarnn oluumu ve deriimleri ,yldzlarn ve gkadalarn nasl ve ne

zaman olutuklar konusunda bizeok deerli bilgiler sunmu olan birkuram.

Ancak tek bana aklamada yeter-siz kald olgular da yok deil. Bunla-rn banda evrenin byk lekte na-sl bu kadar homojen olduu geliyor.Byk patlama, hemen ardndan ev-rende meydana gelen younluk farkla-rn aklamakta da o kadar baarl

deil. Ayrca evrenin genileme hz-nn sabit mi olduu, yoksa giderekhzland m yolundaki tartmalarada fazla yardm yok.

Kozmolojinin gnmzdeki stan-dart modeli, orijinal byk patlama ileime (enflasyon) senaryosunu birle-tiren bir model. ime, Byk Patla-madan hemen sonra, evrenin yalnzcasaniyenin neredeyse sonsuz kklk-teki bir kesiri sresince (1030 s) muaz-zam bir hzda genilediini syleyen,ve mikrodalga fon nm zerinde ya-plan son gzlem ve lmlerle doru-

lanan bir senaryo. ime, evrenin ho-mojenliini ve byk leklerde (100megaparsekten daha byk) gzlenendzgn (izotropik) yapsn, dz geo-



5/14

metrisini, gkadalatrn dalmn vemikrodalga fon nmndaki dalgalan-malar aklayarak Byk Patlamanneksikliklerini gidermek zere geliti-rilmi bir senaryo.

Ancak, tm bunlar standart mode-le, gnmz gzlemleriyle tmylerten bir geerlilik kazandrmyor.Standart model, son gzlemlerin ke-sinlik kazandrd ivmelenen genile-

me olgusunu ve karanlk enerji diyetanmlanan itici ve deiken bolukenerjisini ngrmyor. Standart mo-delin ok eletirilen bir kusuru da "za-

mann balangcn", evrenin balan-g koullarn ve evrenin uzak gele-cekteki kaderi gibi nemli sorular ha-vada brakmas.

KozmolojikDnme Dolap

Daha nce evrenin ivmelenen bir

hzla geniledii tezini ortaya atanlar-dan Paul Steinhardt (ve rencisi Ne-il Turok), evrenin bir "patlamayla"balayp "k"le sona eren kozmik

evrelerinin birbiri peisra sonsuza ka-dar sraland kozmolojik bir modelnerdiler. Steinhardt ve Turokunnerisinin can alc noktas, standart modelin kusurlar olan balangtaki"tekillii", gnmzdeki karanlkenerjiyi (quintessence) ngrmemesigibi kusurlarn tamayan, ayrca g-nmzde giderek yanda kazanan si-cim kuramnn nerilerini de ieren

bir genileme tablosu izebilmesi.Standart modeldeki ime evresiyerine Steinhardtn "Dngsel Ev-ren" modelinin her dngsnde, (son



6/14

yllarda gzlemlerle dorulanan) arbir tempoyla ivmelenen bir genilemednemi yer alyor ve her seferinde bu-nu bir bzme dnemi izliyor. Stein-hardta gre bu bzme, Byk Pat-lama modelinin tek bana aklamak-ta yetersiz kald evrenin dzl,homojenlii ve enerjisi gibi olgularnortaya kmasn salayarak, bir son-raki dngnn hazrln yapyor.

Steinhardtn modeli, sonsuz say-da genileme ve bzme evresininbirbiri ardna sraland bir evrenresmi iziyor. Tahmin edilebilecei gi-bi bu tablo, zamanda ne bir balang-ca, ne de bir sona gerek brakyor. Ay-

rca bir balang olmadndan "ba-lang koullar" sorunu da kendili-inden ortadan kalkm oluyor. Stein-hardt, modelinin karanlk madde ol-

gusunu da aklad iddiasnda. Ekolarak da ime senaryolarna gerekkalmakszn evrenin homojen yaps,dz geometrisi ve iindeki younlukdalgalanmalarn da yeterli bir biim-de ortaya koyduunu sylyor.

Steinhardtn modeli, 1930lardaortaya atlm "salnml evren" model-lerinin, kusurlarndan arndrlm birbenzeri grnmnde. Salnm model-leri, madde youn ve dolaysyla ktle-ekiminin genilemeyi giderek yava-latp sonunda geri evirdii kapal birevren dncesi zerine kurulmular-d. Genilemeyi kme takip ediyor vekmenin yol at enerji, bir yay gibi

evrenin yeniden genilemesine yol a-yordu. Bu modellerin sorunlarnn ba-nda, yine bir tekillik noktasndangeme zorunluluu geliyordu. stelik

bir dng srasnda oluan entropi(dzensizlik), bir sonraki evrenin d-zensizliine ekleniyor ve sonuta heryeni dng, bir ncekinden dahauzun hale geliyordu. Bu da geriye

doru gidildiinde giderek ksalandngler, ve en sonunda da zamaniinde bir balang noktasn gerekliklmaktayd. Ayrca bugn evrenimi-


ime

BYKPATLAMA

kuark

Anahtar :

gluon

bozonla

mezon

bary

iyon

atom

elektron

muon tau

ntrino

Evrenin


7/14

zin madde youn, kapal bir evren ol-madn biliyoruz. Tersine, iinde ta-ndmz ve tanmadmz madde tr-lerinin, toplam enerji younluununkk bir blmn oluturduunun

da farkndayz. tici bir karanlk enerjinin egemenliinde dz bir evren ol-duunu da mikrodalga fon nmzerindeki lmlerden biliyoruz.

Baz benzemelere karn, Stein-hardtn modelinin, salnml modeller-den temel fark, kapal ve sonlu bir ev-ren yerine, sonsuz ve dz bir evrenitemel almas. Genilemeyi geriye evi-

rip bzme devresini balatmak iinmodel, uzayn erilii yerine negatif (itici) bir potansiyel enerjiden (ktle-ekim) yararlanyor. Ancak, dngsel

evren modelinde genileme evresi ol-duka uzun. nce evren radyasyon vemaddenin egemenliinde kalyor, da-ha sonraysa giderek hzlanan uzun birgenileme sreci balyor. Steinhardt,

modelindeki genilemenin, son yllar-da farkna varlan genilemeyle rt-tn de vurguluyor. tici karanlkenerjinin srkledii genileme, mo-


foton

yldz

galaksi

karadelik

H z l a n d r c l a

r :

y k s e k e n e

r j i l i

k o z m i k n

l a r

C E R N - L H C

F N A L - T e v a t r o n

B N L - R H I C

C E R N - L E P

S L A C - S L C

G n m z

ool l a a s s k k

a ar r a annl l k k mm

a a d d d d e e k k a al l nn t t l l a ar r

k k oo z zmmi ik k mmi ik kr r oo

d d a al l g g a a nn nn oor r t t a a y y a a k k y y oor r

arihi


8/14

del iin hayati nemde. nk geni-leme, mevcut evrendeki entropi, kara-delikler ve teki enkaz zaman iindeyok ederek, bzme, yaylanma ve ye-ni dngnn balamas aamalarnagemeden nce evreni balangtakiorijinal boluk haline getiriyor.

Dngsel evren modeli, elbette birfelsefi neriler dizisinden ibaret deil.nermelerini kuantum mekaniine,ksmen de sicim kuram adl yeni birteorik modele dayandryor (Bkz: YeniUfuklara-Sicim Kuram). k noktasda ime modelinde olduu gibi, drt boyutlu bir kuantum alan kuram iin-de ktlekiminin yansra bir skalaralan olumas. ime modelinden ay-rld noktalar, ktleekimin biimiy-

le, skalar alann madde ve nmla bir-lemesinin deiik biimleri.

ien BolukParack fiziini yneten yasalara

gre, ok yksek enerjilerde, rneinByk Patlamay hemen izleyen an-larda evren trilyonlarca derece scak-lkta, neredeyse sonsuz younluktabir noktack halindeyken ortaya kanmadde, garip biimler alabiliyor. Baz

durumlarda, bu paralar ktleekimi-ni tersine eviriyor ve ktleli parack-lar birbirlerini ekecekleri yerde itebi-liyorlar. Yine kurama gre, bu tr par-acklarn garip bir de zellii oluyor:inde bulunduklar uzay muazzam l-de genilese de paracklarn yo-unluu ayn kalyor. Parack fiziikurallarna gre, uzay dolduran buitici madde, bir skalar alan olarak ta-nmlanabiliyor. Peki skalar alan ne?En basit anlatmyla, uzayn deiiknoktalarndaki bir say setini ifade et-menin bir yntemi. Herhangi bir para-metreyi farkl noktalarda lebiliyor-sanz, (bir odadaki hava basnc gibi) ozaman bir hava basnc skalar alann-dan szedebilirsiniz. Skalar alanlarn

bir zellii de kuantum dalgalanmala-rnn etkisi altnda bulunmalar. rne-in, yerekiminin tersi etki yapan birskalar alanda ortaya kan kuantumdalgalanmalar yeterli byklkteyse,uzayn bir blm hzla genileyebilir.Bu skalar alann iinde bulunduu enkk uzay paras bile, ok ksa birsre iinde exponential biimde (katlarpanlarla) iebilir.

Princeton niversitesinden fizikiAlan Guth, gelitirdii ime kuramn,

yerekimine kar etki yapan itici birskalar alan zerine bina ediyor.Guthun gelitirdii senaryo yle: Ev-ren henz saniyenin 10-35 yandaykenbu skalar alanda meydana gelen kuan-tum dalgalanmalar, o anda bir pro-tondan daha kk olan evrenin bo-yutlarn, yine saniyenin trilyonda biri-nin trilyonda birinin trilyonda biri ka-dar bir sre iinde 100 basamak bir-den katlad (nce 2 kat , sonra 2 x 2= 4 kat, daha sonra 4 x 4 = 16 kat .gibi 100 basamak). Bu ime, iticimaddenin kararsz hale gelip sonundaimenin oluturduu enerjiyi maddeve nma dntrmesiyle sona erdi.Bu noktadan sonra evren genilemesi-ni ok daha ar, ama gnmzde hz-

landn gzlediimiz bir tempodasrdrmeye balad.Guthun bu modelinin, bata evre-

nin bugnk durumunu aklar g-rnmesine karn, daha sonra baz so-runlarn kmas, kendisi de dahil ol-mak zere baka kozmologlarn yeniyeni ime modelleri gelitirmelerineyol at. Guth, ilk modelinde, itici kuv-vetin egemen olduu dnemden, n-mn egemen olduu dneme geilme-sini salayan faz geiini, suyun kay-namasna benzetmiti. Kaynayan su-yun iinde oluan kpkler gibi,Guthun orijinal modelinde de evren,imenin ardndan arpp birlemeolana bulamayan kpklerle (ya dabaloncuklarla) dolmutu.

Bu soruna ilk zm, 1981 yln-da Andrei Linde ile Paul Steinhardt veAndreas Albrecht, birbirlerinden ba-msz olarak gelitirdikleri modellegetirdiler. Bu model, daha ar ileyenbir faz geiini temel alyor ve kpk-teki baloncuklar, giderek pelteleenbir ortam iinde ortaya kyorlard.Bu sre imeyi yavalatp baloncuk-lara olaanst leklere kadar by-me olana salyordu. Gutha gre bumodelin doru olmas halinde ylesi-ne byk bir balon iinde yayor ol-mamz gerekir ki, snrlarn hibir za-man gremeyiz.

Daha sonra Steinhardt ve arkada-lar, faz geii senaryosu yerine skalaralann deerinin deimesine dayananve yeni enflasyon adn verdikleri bir

ime modeli gelitirdiler. Bu modeldeitici skalar alan, balangta tpk yo-kuun bandaki bir top gibi yksekbir potansiyel enerjiye sahipken, to-


Evrenin ilk dnemlerinde maddenin uzay zaman iindeki dalmnn evrimi. Bilgisayar simlasyonunda 75megaparsek (yaklak 250.000.000 k yl) geniliindeki bir alanda gaz ve toz bulutlarnn gkada

kmelerini oluturmas izleniyor.


9/14

pun yuvarlanarak bir dzlkte durma-s gibi, en dk enerji dzeyinde den-gelenmek eiliminde. Dolaysyla, sis-tem denge noktasna doru yol alr-ken, potansiyel enerjinin bir ksm ki-netik enerjiye, bu da sonunda imesrecini durduran nma dnyor.

Inmn bir blmyse daha sonra ev-reni dolduran maddeye dnyor.Lindeyse, daha sonra evrenin zo-

runlu olarak Byk Patlama gibi s-cak ve youn bir dnemin rn ol-mas gerektiini reddederek, kaotikime denen bir model gelitirdi. Buyaklama gre, tmyle rastlantsalolarak skalar alann farkl farkl deer-leri olabilir. Skalar alan, baz yerlerdepotansiyel enerjinin en alt dzeyi ya-knlarnda denge durumunda bulu-nurken, baka yerlerde daha fazla po-tansiyel enerjiye sahip olabilir. Enerji-nin minimumda olduu yerler ime-yip dz kalrken, potansiyel enerji faz-las olan yerler ierek katl biimdegenileyebilir.1980li yllardan beri ku-ramclar, imenin yeni modellerinigelitirmeye devam ediyorlar. Ak i-me, iki aamal ime, ya da farkl i-me modellerinin bileimleri gibi

Ek Boyutlarda Srf Daha nce ime kuramcsyken,

zar evren modellerine transfer olanSteinhardt ve arkadalarnn kafasnkurcalayansa, daha nce de deinildi-i gibi, Byk Patlama ve ime sre-cini ieren standart modelin, fizik ya-salarnn geerliliini yitirdii bir tekil-likten kaynaklanmas. Steinhardt,Cambridge niversitesinden Neil Tu-rok ile birlikte geen yl Yunancadaateten doma anlamna gelen "ekp-yrosis" szcnden esinlenerek ekpi-

rotik evren adn verdikleri, sorunla-ryla birlikte Byk Patlama ve ime-yi de ortadan kaldran bir model geli-tirdiler. Geri bu modelde de evren bir

patlamadan ve ateten douyor; amabu patlama bir tekillikten kaynaklan-myor. Patlamann kayna, evrenimi-zin douuna yol aan, ok boyutlubolukta yanyana duran iki byk pla-kann arpmas!

Daha sonra Steinhardt ve ekibi, ek-pirotik evren modelini gelitirerek, yu-karda zetlediimiz, arpmalarnbir deil, sonsuza kadar tekrarland,balangc ve sonu olmayan bir dng-sel evrenler modelini oluturdular.

Steinhardt, kendi modeline greevrenimizin bugnden sonraki yol ha-ritasn yle iziyor: Standart model-de Byk Patlama olarak tanmlanan

olaydan yaklak 14 milyar sonra, bu-gn evren, skalar alann neredeyse sa-bit kald nm ve madde egemen-liindeki dnemlerini geride brakmdurumda. Bugn, potansiyel enerjisi-nin baskn hale gelerek, trilyonlarcayl ya da daha fazla srecek, ar birkozmik ivmelenme srecinin banda-yz (ekildeki 1. aama). Bu sre iin-de evren, her Hubble hacmine yalnz-ca bir parack decek kadar genile-mi olacak. Bylece evrende bykpatlamann yaratt maddenin, n-mn ve karadeliklerin oluturduu en-tropi giderek azalacak, yzeyindeki k-rklklar, buruukluklar ortadan kal-kacak ve dzgn, bo ve dz bir evrenortaya kacak. Daha sonra potansiyel-deki eim, skalar alann ters yne do-ru ar ar kaymasna neden olacak(ekilde 2). Ancak kozmik ivmelenme,potansiyel enerjinin sfr noktas ya-knlarna kadar srecek (ekilde 3).Artk evren, skalar alann kinetik ener-

jisinin egemenliinde; ancak, genile-me bu enerjiyi zayflatyor. Sonundatoplam enerji (kinetik + negatif potan-siyel) sfrlanyor ve evren bir an iinstatik duruma geiyor. Daha sonra ev-renin dzgn younluunda bozulma-lar balyor. Skalar alan -a doruyuvarlanmaya devam ettike, alannkinetik enerjisi artyor. Yani ktlee-kim enerjisi, skalar alan kinetik enerji-sine dnyor. Bylece skalar alanpotansiyel minimumundan geiyor ve

yaylanma (geriye dn) yaknlar-ken, kinetik enerji giderek baskn ha-le geliyor (ekilde 5). Yaylanmadan -nm ortaya kyor ve evren genileme-


En kk lekte(Planck lei) uzay-zamann ok alkantlbir yap kazanmas,sicim kuramna kadarktleekimiyle tekitemel kuvvetlerizdeletirmemiziengelledi

Spersimetri ve sicim kuramlar, tandmz byk lekli uzay boyutunun dnda, kk, kvrlmboyutlar ngryor. Temsili resimde, Calabi-Yau manifoldlar biiminde katlanm 6 ek boyutun uzay

zamandaki yerleimi gsteriliyor.


10/14

ye balyor. nceleri skalar kinetikenerji younluu nma stnlksalyor (ekilde 6), ancak hemen ar-dndan evren, nmn egemenliinegiriyor (ekilde 7). Skalar alann hare-keti hzla azalyor ve bylece standart Byk Patlama evrimi sresince (15

milyar yl kadar) en yksek deerineyakn bir yerde duruyor. Bundan son-ra egemenlik, skalar alan potansiyelenerjisine geiyor, alan -a yuvarlan-maya balyor, bir sonraki byk -k gerekleiyor ve dng yenidenbalyor.

Bal BoyutlarPeki ama bu plakalar ya da zarlar

ne? Bu fazladan boyutlar da neredenkyor?

Steinhardt ve Turok, yeni modelle-rini, son yllarda yeniden kuramsal fi-ziin gzdeleri arasna giren spersi-


Baz modellerde uzay-zamann deiik blgelerininierek, farkl zelliklerde ok sayda evrenin

ortaya kabilecei ne srlyor.

Byk Patlamadan sonraki ilk 300.000 yl s-resince evren, iinde madde paracklar ve nmnbir arada bulunduu opak bir plazma orbas halin-deydi. Ik, bu scak orbadan kaamyordu; nkfotonlar serbest elektronlara arparak salyorlard.Ancak evren yeterince souduunda elektronlaratom ekirdeklerine balandlar ve nlerindeki en-gel kalkan fotonlar uzay boluuna saldlar. Gamanlar biiminde kan bu ilk nm, evrenin geni-lemesi sonunda krmzya kayarak bugn evrenin

her tarafn dolduran, elektromanyetik tayfn mikro-dalga blgesinde 2.7 K scakla karlk gelen birfosil nm halini alm durumda . Mikrodalga fonnm zerinde son 20 yldr yaplan gzlemler, ev-renin ilk dnemleri konusunda yararl bilgiler sala-d. Kozmik Fon Aratrmacs (COBE) uydusunun bufosil nm zerinde belirledii younluk farklar,nce Byk Patlama kuramnn geerliliini kantla-d. Daha sonra da, yerden balonlarla ve zel teles-koplarla yaplan daha duyarl gzlemler, fon n-mnda bir derecenin 10.000de biri leine kadarscaklk farklar belirlediler ve bunlarn madde yo-unluundaki farklara karlk geldiini saptadlar.Bu farklar, evrenin il evrelerinde madde younlukfarklarndan ortaya kan ve akustik salnmlar bii-minde kendini gsteren ses dalgalarnn varlngsteriyor. Bu salnmlarn bykl, Byk Patla-mann ilk annda ortaya kan kuantum dalgalan-malarnn, ancak bir ime sreciyle imdi gzlenen

boyutlarna ulam olabileceini gsteriyor. Ayrca,gzlemler scaklk farklarnn, gkyznde birbirle-rinden 1 derece farkla ayrlm olan yaplarda en

yksek noktasna ulatn ortaya koydu. Bu da, ya-plan hesaplara gre, evrenin dz bir geometriyesahip olduunu gsteriyor. Fosil nm iindeki ses

dalgalarnn harmonik dizilimi, evrenin ieriine dek tutuyor. Veriler, evrendeki tandk maddenin,toplam enerji younluu iindeki paynn %4,karanlk madde dahil tm maddenin paynn yzde35, itici karanlk enerjinin paynnsa %65 olduunuortaya koyuyor.

Bir Fosilin Anlattklar.

Ntrinolar %0,3 Yldzlar %0,3

Serbest hidrojen vehelyum %4

Karanlk madde %30

Ar elementler %0,03

Karnlk enerji %65

Kozmosdaki Madde ve Enerji Trleri


11/14

cim kuramnn son hali olan M-kura-mna dayandryorlar. (Bkz: Yeni Ufuk-lara Sicim Kuram) Doa kuvvetle-rinden iddetli ekirdek kuvveti, zayf ekirdek kuvveti ve elektromanyetikkuvvetin etkileimlerini kuantum me-kaniiyle aklayan standart model,bildiimiz paracklar noktasal varlk-lar olarak tanmlar. Kozmolojik lek-te etkileen ve Einsteinn genel gre-lilik kuramnca aklanan ktleekimi-niyse aklayamaz. Atomalt lekler-deki ekirdek kuvvetleriyle, ktleeki-mini zdeletirebilme iddiasnda olanspersicim kuramna gre parack-lar, sfr boyutlu noktasal varlklar de-il, ok kk de olsa (1035m) uzam,bir boyutlu (izgi), iki boyutlu (zar) ya

da boyutlu yaplar olarak tanmla-nr. Tandmz ve tanmadmz par-acklar da bu ak ya da kapal "si-cim"lerin titreim biimlerine grekimlik alrlar. Spersicim ve sonrakiversiyonu olan M-kuram, birbiriylebadamayan kuvvetleri tayan par-acklarla (bozon), bunlarn etkilediimadde paracklarn (fermiyon) z-deletirecek simetriyi kurabilmekiin, her iki trden paracklarn, kar- trden e paracklar olmas gerek-tiini ne sryor. Ancak kuram, buparacklarn varl iin, tandmzdrt boyutun ( uzay boyutu ve za-man) dnda ilave boyutlarn varlnda temel alyor. Spersicim ve M-ku-ramlarn oluturan fizikiler, bu ekboyutlardan altsnn sicimler iindeakl almaz kklkte yaplar halinde

bir arada kvrlm olduunu dn-yorlar. Bakalarna greyse, bu kadarkk olmalar gerekmiyor. Btnbunlar, ister kvrk, ister ak, ister birarada, ister ayr olsunlar, bir "ktleuzay" (bulk space) denen bolukta et-kileiyorlar. M-kuramna dayal koz-

molojik modellerse, bu uzay iinde bi-zim tandmz uzay boyutlu zarevrenler olduunu ne sryorlar.nk sicim kuramnn karsamalar-na gre madde ve boyutlar zarlarahapsedilebilir. Ayrca zarlar enerji (ge-rilim) tarlar. Yani, ktle uzayda nekadar boyut olursa olsun, yalnzca bi-zim tandmz byk lekli uzayboyutuna sahip zarlar (ya da evrenler)olabilir. Byle bir boyutlu zara ya-pan bir foton, fazladan boyutlar in-celeyemez. Dolaysyla bu uzay + 1zaman boyutlu, yani bizimki gibi drt boyutlu evrenlerde, ktleekimi dn-daki kuvvetler, teki boyutlar hisset-miyorlar, bunlara etki yapmyorlar vebunlardan etkilenmiyorlar. Bir bakadeyile, zerlerinde bulunan zara ba-l durumdalar. Dolaysyla bunlara "s-nr zarlar" da deniyor (boundary bra-nes).

Ancak teki kuvvetleri drt boyut-lu (3 uzay + 1 zaman) zara balayan

mekanizma, ktleekimi iin ilemi-yor. nk ktleekimi, tarifi gereiktle iinde, yani uzay-zamann tmiinde bulunmak zorunda.


Kozmozun evresinesarlm olan k gkterntler meydana getirir.Belirli bir zamandan ya dadnyadan belirli biruzaklktan gelen k(rnein kozmik fonnm) bir kreyi temsileder. Eer bu kreevrenden byksekendisiyle kesiecektir vekesime noktalar bir daireoluturacaktr. Bu dairebizim iki kez grdmznoktalardan oluur.

Dnya Dnya


12/14

Daha Byk Patlamann, sonsuzkklkte bir noktac, 200 milyargkadaya evirmesini, imenin, evre-ni nkinden ok daha byk birhzla akl almaz boyutlara geniletme-sini zihnimizde canlandrmakta g-lk ekerken, bu yeni evren modelle-ri, boyutlu zarlar aklmz biraz da-ha zorluyor. Ama nerilen modelleridaha iyi kavrayabilmek iin, zerindedurduklar temelleri biraz daha yakn-dan tanmak gerekiyor.

Daha nce maddenin ve boyutlarnzarlara hapsedilebileceini grm-tk. ok boyutlu ktle uzayda drt boyutlu (3 uzay + 1 zaman) bir zarnbulunabilmesi iin bunlarn gerilim ta-mas gerektii de belirtildi. nemli

bir gereksinim de, ktle uzayda, zarzerindeki gerilimle ayarl itici bir ne-gatif boluk enerjisi bulunmas. Hattabaz kuramlara gre ktleekimi de"tuzaklanabilir" ya da en azndan tu-zaa dm gibi davranabilir.

Ayrca, Nima Arkani-Hamed, SavasDimopoulos ve G. Dvali adl fizikilerksaca ADD modeli diye adlandrlan


kuramclara kald m, evren biimlerinin had-di hesab yok. Drt boyutlusu da var, 11 boyutlu-su da, 25 boyutlusu da. Ancak biz bir tanesini ta-nyoruz. Belki de henz yalnzca bir kesini de-mek daha doru olur. Bizim grebildiimiz boyut-lar da yalnzca drt tane. Bu durumda her biri mil-

yarlarca yldz ve kat kat fazla ktlede karanlkmadde ieren 200 milyar kadar gkadadan olutu-u dnlen evrenimizin, yle vitrine konacak ha-li yok gibi grnyor. Ancak, ngilterenin KraliyetBaastronomu (bizim eski bamabeyinciye karlkgeliyor) Sir Martin Rees ayn kanda deil.

Rees fazla konukan olmayan biri. Nedenleriuzun uzun sralamak yerine, yalnzca alt rakam ve-riyor:Bir helyum atomunun ekirdei, birleip kendi-sini oluturan iki proton ve iki ntronun toplamarlnn %99,3 kadar. Yani, ekirdei olutu-ran paracklarn ktlesinin %0,7si s olarak sal-nyor. Helyum, yldzlarn scak merkezinde muaz-zam scaklk ve basncn tetikledii termonkleertepkimelerle birleen hidrojen ekirdeklerinceoluturuluyor. Yani hidrojen atomlar birletiklerin-de ktlelerinin 0,007sini enerjiye dntryor-lar. Bu say, bir atom ekirdei iindeki para-cklar birbirine yaptran kuvvetin (iddetli ekir-dek kuvveti) gcnn bir trevi.

Peki bu niye bu kadar nemli? Bu say birazckdaha kk, rnein 0,006 olsayd, bir ntron,protona (hidrojen ekirdei) balanamaz ve evren

yalnzca hidrojenden oluurdu. Anlam: Ne kimyadediimiz sre, ne de yaamn varl. Tersine,

0,008 olsayd, bu kez Byk Patlamada muazzamllerde retilen hidrojenden tek bir atom bilegeriye kalmazd. Yine sonu: Ne Gne Sistemi, nede yaam...

teki saylarsa unlar: 1036. Bu say da atom-lar bir arada tutan kuvvetlerin gcnn, aralarn-daki ktleekim kuvvetine blnmesiyle elde edili-

yor. Anlam, ktleekimin, atomlar arasndaki e-kime kyasla ok daha zayf olduu. Say bundanbiraz daha kk olsayd, ancak ok ksa mrl,kk bir evren ortaya kard.

Omega : Evrende gkadalar, gaz, karanlkmadde dahil tm maddenin younluunu gsteren

bir parametre. Genileyen bir evrende ktleekimi-nin greli etkisini gsteriyor. Ktleekimi biraz da-ha gl olsa evren kendi stne ker; biraz da-ha zayf olsa hibir yldz ve gkada oluamazd.

Lambda: 1998de kefedilen, evrenin geni-lemesini yneten kozmik bir itici g. Neyse ki de-eri olduka kk ve bir milyar kylndan dahakk yaplar zerinde gzlenebilen bir etkisi yok.Ama biraz daha gl olsayd, yldzlar, gkadalar

ve yaam ortaya kamazd.Q: Genileyen evrende gezegenler ya da gka-

dalar gibi yaplarn olumasn tetikleyen dzensiz-liklerin genlii. Oran 1/100.000. Oran biraz da-ha kk olsayd evren, iinde yaam olmayan birgaz bulutundan baka bir ey olmazd. Buna kar-lk biraz daha byk olsayd, evrendeki madde-nin byk ksm dev karadeliklere yem olurdu.

D: Evrenimizdeki uzay boyutlarnn says. Bil-diimiz gibi bunlarn says 3. Eer 2 ya da 4 ol-sayd, Reese gre yaam varolamazd.

Aslnda Reesin sylemek istedii ak. Yalnz-ca tek bir evren olduunu varsaymak, canl bir trolarak kendimize fazla nem vermek olurdu. Dola-

ysyla uzay-zamanda pek ok evren bulunabilir.Ancak, bu saysz olas evren iinde varln srd-rebilen kardelerimiz, ancak yaama olanak vere-cek kadar "ince ayar" geirmi olanlar. Reesin d-nda "insancl ilke" (anthropic principle) denen bumodelin, aralarnda Max Tegmark gibi gen "yl-dzlarn" da bulunduu savunucular olsa da, koz-mologlarn ou bu gre "teolojik motifler ier-dii" gerekesiyle kar kyor.

Saylarn Dili.


13/14

bir modelde, fazladan boyutla-rn aplarnn Planck lei(10-33 m) deil de ok byk, r-nein 1 mm kadar olmas halin-de, hibir ek parack ya dakuvvete gereksinim kalmadanevrenle ilgili tm gzlemleringeerli olacan ne srdler.Bu durumda yalnzca be bo-yutlu ( 4 uzay + 1 zaman) birktle uzay iinde bile zar ev-renlerin bulunmas mmkn.Byle bir ktle uzayda, ktlee-kimi tad dnlen para-ck olan graviton, be boyutuhissedecektir. Ancak bu be bo-yutlu gravitonun, zar zerindeyounlam ve yalnzca drt

boyutu hissediyormu gibi davrananbir bal biimi de olacaktr. Ktlee-kiminin milimetrik, hatta snrsz bo-yutta olabilecei, ancak, drt boyutluzar evren zerinde younlaacabenzer bir model de Harvard niversi-tesinden Lisa Randall tarafndan ne-riliyor. Byle bir geometride, metre-nin uzunluu bulunduu yere gre

deiecektir. Evrenin dz olmasnakarn uzay-zaman bklm grne-cektir. nk ktleekimsel balan-mann iddetinin her tarafta ayn ol-masna karlk, fiziki ktle leklerizar evrenden uzaklatka katl biim-de azalacak; bylece zarn uzaklarn-da ktleekimi zayf gibi alglanacak-tr.

Ktleekiminin farkl davranyetenei ve zar zerinde youn-lamasnn ilgin baka kozmolo-

jik sonular da var. rnein, birzar modelinde gravitonun drt boyutlu bir biim almas nedeniy-le zarn yzeyi ve yaknlar drt boyutlu grnyor. Ancak ktleuzayn byk ksm bu moddakigravitonla etkilemediinden, bu-ralarda bulunan canllar be bo-yutlu bir evren alglayacaktr. Budnceye gre uzay-zaman ieri-sinde bizler, pek ok bakalarnnolduu gibi bir "ktleekim ada-s"yz. Biz , kozmolojik lektekigzlemlerle bile uzayn ok k-k bir ksmn grebiliyoruz, ve

grdmz yerin drt boyutlu olma-s da, bulunduumuz yerin yol atbir rastlant. Uzayn geri kalan ksmbe, hatta on boyutlu olabilir, ama bu-nu hibir zaman bilmeyebiliriz.

Kim Hakl?Uzak gkadalardaki spernova pat-

lamalar zerinde yaplan duyarl ince-lemeler, kozmologlara gre evreningiderek ivmelenen bir biimde genile-diini kukuya yer brakmayacak bi-imde ortaya koyuyor. Peki genilemehangi hzda gerekleiyor? Sonularpek net deil, ve biraz da elikili.Uzak spernovalar giderek artan birivmelenmeyi gsterirken, evrenden ya-ylan ilk n fosili olan kozmik mik-rodalga fon nm zerinde yaplanduyarl gzlemler de, evrenin dz birgeometride olduunu gsteriyor. Buda ime kuramclarnca kendi tezleri-nin doruluuna bir kant olarak su-nuluyor. nk evrenin yapsndakibyk apl dzensizlikler ancak, ba-langta ortaya kan kuantum dalga-lanmalarnn, ktleekim dengesizlik-lerinin yolat imeyle bugk bo-yutlarna tanmasyla oluabilir.

Ama grdmz gibi, zar evrenkuramclar, bu dzensiz yapya farklaklamalar da getirebiliyorlar.

imdilik ortalk toz duman. Eldekiveriler her iki tarafa da hak verdirecekkadar belirsiz. Ancak daha gl uy-dular, sondalar, teleskoplar uzayda ye-

ni gzlem yerlerini aldlar ve yeni ia-retlere bakyorlar. Bunlardan biri mik-rodalga fon nmn daha duyarl bi-imde gzlemek zere yerini alm


Kozmologlar, evrenimizin artan bir hzla geni-lediini nereden biliyorlar? Yant: len yldzlarn

verdii mesajlardan. Spernova patlamalar, nor-malde Gneten ok daha byk ktleli yldzlarnksa mrlerini noktalayan birson. Ancak spernovalarnI atr denen bir eidi var ki,Gne ktlesindeki yldzlarndolayl bir rn. Ktlesi G-neinki kadar olan yldzlar,

yaktlarn tkettikten sonrabir patlama yerine, d kat-manlarn sakin bir biimdeuzaya savururlar; skan mer-kezleri, yaklak Dnya boyut-larnda bir "beyaz cce" halin-de aa kar ve yava yavasour. Ancak, ikili yldz sistemlerinde bazen birbeyaz cce, henz gen olan einden ktle alma-

ya balar. Beyaz ccenin kazanabilecei ktlenin,Chandrasekhar limiti denen bir st snr vardr.Ccenin ktlesi 1,4 Gne ktlesini atnda, zin-cirleme bir nkleer tepkime sonucu yldz patlaya-rak tmyle yok olur. Bu tr spernovalarn zel-lii, yaydklar nmn hep ayn iddette olmas.Dolaysyla gkbilimciler, bunlarn grnr parlak-lklarna bakarak uzaklklarn hesaplyorlar. Par-laklk ne kadar azalrsa, spernova ve iinde bulun-

duu gkada o kadar uzakta demektir. yi de, hz-lanmay nasl belirleyeceiz? 1988 ylnda 10,7milyar kyl uzaklkta belirlenen birI a sperno-

va, bu sorunu zd. Dnyaya belirli bir uzaklkta

olanI a spernovalarn grnr parlaklklar, olma-s gerekenden biraz daha dk kyor, ve bu ev-renin genilediine iaret ediyordu. Ancak evreninhzlanan genilemesini kabul etmeyenler, gzlenen

solukluun aradaki toz bulutla-rndan kaynaklanabileceini nesrdler. Hakl gibi grnen bueletiri nasl rtld? Dikkat-lerden kaan kk bir noktayla.Giderek hzlanan bir tempoylagenileyen bir evrende bile, ge-mite ilk genilemenin ktlee-kim etkisiyle yavalad bir d-nem olacaktr. Bizim evrenimiz-de itici "karanlk enerji"nin mad-de younluuna stn gelmesi,son 1-1,5 milyar yln olay. Bu

nedenle kozmologlar, belirli bir uzakln tesinde-ki spernovalarn nn toz perdelenmesiyle mi,

yoksa ivmelenen genilemeyle mi soluklatnayrdedebiliyorlar. Eer spernovalar soluklatranaradaki tozsa, daha uzakta olanlarn daha oktoz bulutundan geecei iin, daha soluk grn-meli.

Ama eer genilemesi hzlanan bir evrende yayorsak, yaklak 10 milyar k ylndan dahauzak (dolaysyla klar hl ktleekiminin geni-lemeyi frenledii dnemde yola km) sper-

novalarn, beklenenden daha parlak grnmeleribeklenir. 1997ff spernovasnn da bu beklen-tileri dorulayarak evrenin hzlanan genilemesinekant oluturdu.

Hzlanan Genileme.

1997 ff spernovas


14/14

olan MAP (Mikrodalga AnizotropiSondas). MAP ve 2007 ylnda uzayafrlatlacak Planck uydusunun hedef-lerinden biri de, Einsteinn kuramnagre evrende bulunmas gereken kt-leekim dalgalarn yakalayabilmek.Ktleekim dalgalar, karadelikler ya

da ntron yldzlar gibi byk ktlelicisimlerin arpmasndan da kaynak-lanyor; ama MAP ve Planckn araya-caklar, Byk Patlamadan kaynakla-

nan ktleekim dalgalar.Bunlar evrenin ilk anlarhakknda daha salkl bilgi-ler verip rakip kuramlarnsnanmasna olanak salaya-cak. Ancak, Byk Patla-mann yol at ktleekim

dalgalarnn boylar da evre-nin boyutlar kadar olduun-dan ve bunlar saptamak iin deevren boyutunda aralar gerekti-

inden, uydular bunlar, mikrodalgafonu zerinde yol at dolayl etki-leriyle incelemeye alacaklar.

Evrenimizin, bir sonraki sil-bata-na daha en azndan trilyonlarca ylzaman var. Bizimse fazla zamanmzyok. Gneimiz geri daha birkamilyar yl yacak, ama insanln okadar yl ayakta kalaca pheli.Neyse ki, evrenin hzlanna paralelolarak bilgi birikimimiz de hzlan-yor. Geri yeni bilgilerle kafamz bi-raz daha karyor; ama artk can al-c sorular yantlamaya yaknz gibi.Binlerce yl merak ettik, dndk.Evrenimizi kaplumbaa srtlarndan,ok farkl yerlere tadk. erii hak-knda ok ey rendik. Ancak temel

sorunlar hl yantlanmad. Ne za-man, nasl ortaya kt, neden yapl,ne olacak? Yantlarn en az bazlar-na yakn olmak heyecan verici. Belkiyant, bunlarn hibirini reneme-yeceimiz, bir balang ya da sonolmad, evrenin de bakana ve bak-t yere gre deiebilecei eklin-de olacak. Ola ki, yeni gzlemler, ye-ni kuramlar gerekecek. Olsun. Geze-genimiz de bir Byk Patlama, birsil-batan yaamazsa, belki hereyideil, ama pek ok eyi renmemi-ze ok fazla kalmad.

Rait GrdilekKaynaklarRandal, L., Extra Dimensions and Warped Geometries Science, 24

Mays 2002Steinhardt, P. J., Turok, N., A Cyclic Model of the Universe Scien-

ce, 24 Mays 2002Seife, C., Eternal-Universe Idea Comes Full Circle, Science, 26 Ni-

san 2002Nadis, S., Cosmic Inflation Comes of age, Astronomy, Nisan

2002Livio, M., Moving Righ Along, Astronomy, Temmuz 2002Lemley, B., Why is There Life?, Discover, Kasm 2000


Evrenin geometrisi, mad-denin toplam younluunabal olarak biimden biri-ni alabilir. Eer younluk kri-tik ktle denen bir lyekarlk gelirse, evren geni-ler ve dz bir geometrik bi-im alr. Younluk kritik de-erin zerindeyse, evren ken-di zerine kecek olan kapa-l (kresel) bir biim alr. Yo-unluun kritik deerin altn-da olmas halindeyse ak olarak tanmlanan evre-nin biimi, bir eerin yzeyini andrr. Evrenin yo-unluunu belirlemek zere eitli dalga boylarn-da yaplan gzlemler, dz bir geometriye iaretediyor. Ayrca ime srecinin, evrenin homojen,kk bir blgesini,erilik dzelinceye kadar b-

ytmesi nedeniyle de dz bir geometrinin ortaya

kmas gerekiyor. Bu, kkbir krenin yzeyinin, olaa-nst bykle eritiindeeriliin gzle grlemeyecekkadar klmesi anlamn ta-yor. Gkbilimcilere gremikrodalga fon nmndagzlenen yaplarn byklkspektrumu da dz bir evrendncesini destekler grn-

yor. Ancak matematikte gide-rek gelien bir dal olan topo-

lojinin zmleri, dz bir evrenin kat gibi dzolmayabileceini, eitli farkl biimlerde, r-nein bir simit (torus) biiminde de kvrlmolabileceini gsteriyor. Evrenin geometrisihenz kesin olarak belirlenebilmi deil. leridekidaha duyarl gzlemlerin bu bilinmeyene k tut-mas bekleniyor.

Evren neden dz?.

Olas evren geometrileri (solda). vmelenmigenileme, her noktas eyer biimli karmak birmatematik manifoldunu gerektiriyor. Hiperbolikuzay, kar kenarlar birbiriyle ilintili bir sekizgentarafndan oluturulur. Topolojik olarak ak uzay,

ift delikli bir ree benzer. Sonlu evren modelleri,kre yerine boyutlu bir torus biimi alabilir.Krmz gkadadaki insanlar iin uzay sonsuzgrnr. nk, gr hatlar hibir zaman

kesilmez.

Mikrodalga fon nm iinde younluk farklar.

Evrende imeden kaynaklananktleekim dalgalar

ekevrenkuramlari

Documents