Gökyüzü insanlığın her zaman en büyük ilgi alanlarından birisi oldu. Antik çağlarda insanlar gökyüzüne bakıp gördükleri objelere isimler verdiler, onlara tanrısal özellikleri bahşettiler. Bazı bölgelerde güneş tutulmasının felaket, kıtlık alameti olduğuna inanılırdı. İnsanlığı bu tarz düşüncelere iten en önemli nedenlerden biri, bilimsel seviye bakımından doğayı anlayabilecek düzeye gelmemiş olmalarıydı. Zaman ilerledikçe pozitif bilim alanında önemli atılımlar gerçekleşti. Bu atılımların gerçekleştiği bilim dallarından biri de fizikti. Fizik bilimi altında pek çok alanda araştırmalar hummalı bir şekilde devam ediyordu. Lakin 1950’li yıllara kadar evrenin erken evrelerinin incelenmesi, fizikçiler ve spesifik olarak da kozmologlar (evren bilimci) arasında saygı gören bir uğraş değildi. Çünkü erken evren tarihini inşa edecek yeterli teorik ve gözlemsel veri yoktu. Erken evrenden anlatmak istediğimiz evrenin ilk oluştuğu zamanlar, yani büyük patlama ve ondan hemen sonrası.
Herkesin adını duyduğu ama hakkında çok az şey bildiği büyük patlama kavramı evrendeki en önemli olay olduğu halde insanlar için hala mühim bir tartışma konusu. Evren bir patlamayla başladı ama bu patlama bildiğimiz sıradan bir patlama değildi. Aynı anda tüm uzayda (o zamanki uzayın büyüklüğünü hala bilmiyoruz) gerçekleşti. Evrenin sıcaklığı yaklaşık 10×1010 santigrat dereceydi. Bu sıcaklık tahmin edeceğiniz üzere o kadar fazlaydı ki atom çekirdekleri dahi bu sıcaklıkta oluşamadı ve oluşabilmeleri için evrenin bir süre soğuması gerekti. Evrenin o zamanki halini yoğun ışıkla dolu kozmik bir çorbaya benzetebiliriz. Büyük patlama herkes için çok ilgi çekici bir konu ama bu yazının konusu büyük patlama hakkında bildiğimiz en büyük delilleri, bilgileri nereden elde ettiğimiz.
Keşif
Kozmik mikrodalga arka plan ışımasının (KMAI) 1948 yılında George Gamow, Ralph Alpher ve Robert Herman tarafından varlığı teorik olarak öne sürüldü ama keşfedilişi deneysel fiziğin en büyük aynı zamanda en kazara gerçekleşen başarılarından birisi olabilir. 1964 yılında iki astronom Arno Penzias ve Robert Wilson Bell laboratuvarlarında radyo teleskoplarıyla gök cisimlerinden gelen radyo dalgalarını araştırırken elde ettikleri verilerde bir tür parazit olduğunu fark ettiler. Radyo teleskobunu nereye doğrulturlarsa doğrultsunlar bu parazitin olduğunu gördüler. İlk başta bu parazitin antendeki kuş pisliklerinden kaynaklandığını düşünüp anteni temizlediler. Sorun çözülmeyince ikili bölgede yuva yapmış kuşları öldürmeyi tercih etti. Pisagor, Galileo Galilei, modern kimyanın babası Lavoisier ve daha niceleri bilim denilen bu taşlı yolda cehaletin ellerinde can verdi. Bilim için fedakarlıkta bulunan bu kişilerin arasına o güvercinleri de dahil edebiliriz. Kuşların öldürülmesine rağmen hala bu parazitin olduğunu gören ikili, kapsamlı bir araştırma yapmaya başladılar ve parazitin sebebini buldular. KMAI’nın keşfinin güvercinler için pek sevimli olmadığı kesin ama Arno Penzias ve Robert Wilson bu keşifleriyle 1978 yılında Nobel Fizik Ödülü’nü aldılar.
Nedir?
Fizikte ‘‘Doppler Etkisi’’ denilen, dalga olarak hareket eden herhangi bir cismin frekans ve dalga boyunun hareketli bir gözlemciye göre farklı algılanması olarak tanımlanan bir fenomen vardır. Örneğin yol kenarında durduğunuzda yanınızda geçen bir arabanın sesi araba size yaklaştıkça tizleşir, uzaklaştıkça kalınlaşır. Işık da hem dalga hem parçacık olarak hareket ettiğinden o da Doppler etkisine uymak zorunda. Bu demek oluyor ki uzaklaşan gök adalarının ışıması kırmızı dalga boyuna kayar. Büyük patlama dolayısıyla genişleyen evrende mantıken gök adaların birbirinden uzaklaştığı deneysel olarak kanıtlandı. Peki evrenin en ucundaki gök adalarından gelen ışığın dalga boyu nasıl olmalıdır? Işık hızının aşılması, kütlesi olan parçacıklar için mümkün olmadığı için bu gök adalarının ışık hızından düşük sonlu bir hızla hareket ettikleri yargısına varabiliriz. Evrenin en dışından gelen bu ışık, aslında evrenin ilk evrelerinden gelen ışıktır ve tüm uzayı kapsar. Arno Penzias ve Robert Wilson ın anteni nereye tutarlarsa tutsun bu paraziti almalarının sebebi budur. Evrenin ilk evreleri hakkında bize en çok bilgiyi bu kutsal kozmik ışık veriyor.
Özellikleri
Kozmik mikrodalga arka plan ışıması elektromanyetik bir dalga biçimidir. 2,725 kelvin sıcaklığındaki siyah nesnenin ısıl ışınımına tekabül eden 160,2 GHz frekansında ve 1,9 mm dalga boyuna sahiptir ve KMAI’nı büyük patlamanın tüm evrende yankılanan sesi olarak kabul edebiliriz. Bu ışık, evrenin şimdikinden daha yoğun olduğu bir dönemden kalma. Evren genişlediği için yoğunluğu da azaldı o yüzden sıcaklığının yaklaşık 3000 kelvinden şimdiki değerine düştüğüne inanılıyor. KMAI’nın sıcaklığı zamanla azaldığı için hassas uydularla kozmik arka plan ışımasındaki değişmeyi fark etmek mümkün. Fotoğraflarında gördüğünüz KMAI’nın bir kürenin yüzeyinin iki boyutlu açılmasıyla elde edilen görüntüsüdür. Mavi ve kırmızı noktalar sıcak ve soğuk noktaları temsil eder. Bu fotoğrafa baktığınızda aslında onun Samanyolu galaksisinin bir projeksiyonu olduğunu fark edebilirsiniz. Kozmik mikrodalga arka plan ışımasını daha hassas olarak hesaplamak için Samanyolu galaksisinden gelen ışık çıkarılır. COBE uydusundaki FIRAS cihazı ile ölçülen KMAI’ndan elde edilen deneysel verilere göre KMAI aynı zamanda bir siyah cisim ışımasıdır. Siyah cisim ışıması, içinde ışıma ya da çevresinde termodinamik dengeyi sağlayan ya da siyah cisim (opak ve fiziksel yansıma gerçekleştirmeyen) tarafından yayılan ve sabit tutulan tekdüze sıcaklıktır. KMAI’nın verileri siyah cisim tayfı ile kesin olarak örtüşür.
Fiziğin en zor alanlarından biri olan kozmoloji, eğer bilimde bir hiyerarşi sıralaması olsaydı en tepede yer alırdı. Çünkü bu uğraş en büyük sorularla ve en büyük rakamlarla uğraşıyor. Kozmoloji sadece evrenin nasıl başladığını değil şu an nasıl işlediğini, evreni ayakta tutan fizik yasalarını bir bütün olarak açıklamaya çalışıyor. Aynı şekilde kozmoloji belki bir gün evrenin nihai sonunu da açıklayabilecek duruma gelecek. Şu an mümkün olduğu söylenen 4 farklı kader biçiliyor evrenimiz için. Bunları ileride işleyeceğiz ama bu kaderlerin pek parlak olmadığını şimdiden söyleyelim.
1800’lü yılların sonlarına doğru fizikçiler fizik biliminde her şeyin bulunduğunu, bundan sonrasının sadece boşlukları doldurmak olduğuna karar kıldı lakin 1900 yılında Max Planck ‘‘Kuantum Teorisini’’ Alman Fizik Topluluğuna sundu. O gün aslında bilimde aslında nerede olamadığımızı gördük. Tam kuantum mekaniğini biraz anlayıp işleri yolunda koyduk derken 1998 yılında evrenin aslında %74 ünü oluşturan ‘‘Karanlık Maddeyi’’ keşfettik. Yani bilimde ilerledikçe aslında ne kadar çok bilmediğimiz gerçek olduğunu anlıyoruz. Kim bilir belki kutsal kozmik mikrodalga arka plan ışıması bize ileride daha çok şey anlatır. Televizyonunuzu açarken gördüğünüz siyah beyaz parazitlerin %3 üne evrenin varoluşundan kalan bu kutsal kozmik ışık sebep oluyor. Aslında bilim, günlük hayatınızın sizin fark ettiğinizden daha büyük bir kısmını kaplıyor. Stephen Hawking’in söylediği gibi “Ayaklarınıza değil, gökyüzüne bakın. Gördüğünüz şeylerin mantığını anlamaya çalışın. Evren’in neden var olduğunu düşünün. Meraklı olun.”
Kapak Görseli:““Cosmic Pigeon.” Drew This To Cool Down After A Long Semester. I Love Fat Pigeons And Outer Space, So Why Not Combine ‘Em?”. 2019. Reddit. https://www.reddit.com/r/drawing/com
