Hayal gücünün sınırlarını zorlayan bu düşünceler artık ana akım bilimin konusu olmaya başladı ve insanlık hem kendisinin hem de sonsuz evrenin geçmişini araştırıyor. İleri gelen düşüncelerden bazılarına göre Büyük Patlama sadece bir ara dönemdi ve evrenin ne bir başlangıcı ne de bir sonu var.

2001 yılında Justin Khoury, Burt Ovrut, Paul Steinhardt ve Neil Turok tarafından ortaya atılan Ekpirotik Evren Modelinde üç boyutlu evrenimizin dördüncü uzaysal boyutunda bulunan iki zar yüzeyin çarpışmasıyla oluşur. Öte yandan bu çarpışmaların sürekli tekrarlaması yüzünden döngüsel evren modeliyle uyumludur. Anlaşılacağı üzere Büyük Patlama Teorisi’nin ortaya çıkardığı tekillik Ekpirotik Evren Modeli’nde yoktur. Ayrıca bu model Kozmik Mikrodalga Arka Plan ışıması ile de çelişmez.

Günümüze uzanan zaman içinde "Büyük Sekme" (Big Bounce) modelleri ve Dögüsel Evren (Cyclic Universe) gibi teoriler havada uçuşuyordu. Ancak teknoloji geliştikçe olay teori seviyesinden çıkıp da gerçek ölçümlere geçtiği zaman görüşlerimiz de netleşecektir. Son zamanlarda hassas uzay sondalarından elde edilen veriler bu teorilerin bazılarını destekler bulguları ortaya çıkardı.

Yaygın kabul görmüş Standart Kozmolojik Model, evrenin bir atomdan büyük olmayan ve saf enerjiden oluşan süper sıcak, süper yoğun bir halden oluştuğunu söylüyor. Bu hal hakkında konuşacak çok fazla şey yok, ancak bir sonraki adımda işler karışıyor. Bu cismin zamansız ve boyutsuz olduğu anın “ilk tekillik” olduğu düşünülüyor. 13,82 milyar yıl önce (bu rakam NASA'nın Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası WMAP ve Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uydusu ile elde edildi) bu mikroskobik tekillik bir anda genişleyerek bir futbol topu büyüklüğüne erişti. Bu süreç, "Büyük Patlama" olarak adlandırılıyor. Ancak adı sizi yanıltmasın, bu bir patlama değildi.

Mikroskobik kuantum dalgalanmalarının sonucu ortaya çıkan bu ilk genişleme uzay ve zamanı oluşturarak evrenin yapısının temellerini attığına inanılıyor. Büyük Patlama modeli 80 yıl boyunca kozmolojinin çok işine yaradı, ancak başından beri tekillik, kozmik enflasyonun kökeni, karanlık madde ve karanlık enerji gibi henüz açıklanamamış bazı olgular içeriyordu.

Büyük Patlama kozmolojinin temel taşı olabilir ancak bazı sorunlara çözüm getirmek için 1980'lerde "Kozmik Şişme" olarak adlandırılan bir teori geliştirilmişti. Bu sorunlardan biri de ufuk problemi. Evrenin büyük ölçeklerde homojenize olması için yeteri kadar süre geçmemişken nasıl homojenize oldu? Kozmik şişme teorisi, 10¯³² saniye içinde gerçekleşen aşırı hızlı bir büyüme öneriyor. Evren bu büyümenin ardından Büyük Patlama teorisi ile uyumlu bir şekilde genişlemeye devam ederken bir taraftan da soğuyordu. Enerji yoğunlaştı ve atom altı parçacıklar ortaya çıktı. Einstein'ın özel görelilik kuramında da öngörülen bu enerjinin maddeye dönüşümü, bilim dünyasının en ünlü denklemi ile tanımlanıyor: E=mc². Hâlâ sıcak olan evren, o zamanlar yoğun bir kuark ve elektron çorbasıydı.

380.000 yıl sonra, genişleyen evren, ilk kimyasal elementler olan hidrojen, helyum ve lityumun oluşabileceği kadar soğudu. Kuarklar, atom çekirdeğinin protonlarına ve nötronlarına dönüştü. Bu dönüşüm sırasında serbest dolaşan elektronların da yakalanmasıyla atomlar ortaya çıktı. Bu noktadan sonra elektromanyetik tayfın tüm hapsolmuş fotonları engellenmeden hareket etmeye başlayabildi. Başka bir deyişle, evren şeffaflaştı. Ancak yine de karanlıktı. İlk yıldızların ve galaksilerin oluşmasına daha 400 milyon yıl vardı.

Yoğun hidrojen ve helyum gazı kümeleri büyük bir "karanlık madde halesi" içinde kütle çekimi altında çöktü ve muhtemelen toplandı. Sonunda merkezlerindeki atom çekirdekleri termonükleer füzyon ile kaynaşmaya başladılar. Böylece büyük miktarlarda enerji açığa çıktı ve ilk yıldızlar parlamaya başladı. Bu halelerin içinde, ilk galaksiler oluşmaya başladı. Buradaki sorunlardan en önemlisi başlangıç anıyla sonraki sürecin farklı fiziksel ve kimyasal işlemler ve kanunlara ihtiyaç duyması.

Evrenimizin tüm bu olayların öncesinde de var olduğunu düşünmek biraz garip gelse de Büyük Patlama'nın ilk başta büyük çapta kabul görmediğini de belirtmeliyiz. 1949'da bir BBC radyo röportajında “Büyük Patlama" terimini icat eden ünlü İngiliz astronom Sir Fred Hoyle, aslında bu fikre katılmıyordu. Peki, bu fikir neden kozmolojide bu kadar yer edindi? 1912'de Amerikalı astronom Vesto Slipher, galaksilerin tayflarının elektromanyetik tayfın kırmızı ucuna doğru Doppler kaymasına sahip olduğunu gördü. Bu, onların bizden hızla uzaklaşmakta olduklarını gösteriyordu. Daha sonra, 1920'lerde Sovyetler Birliği'nden matematikçi Alexander Friedmann ve Belçikalı astronom Georges Lemaitre, birbirlerinden bağımsız olarak, Slipher'in gözlemlerini açıklayabilecek genişleyen bir evren fikrini öne sürdü. Bu fikir de ilk başta kabul edilmedi. Teori her ne kadar genel görelilik teorisinin üzerine inşa edilmiş olsa da Einstein da bu fikri ilk başta kabul etmeyenler arasındaydı.

1929’da Edwin Hubble, galaksilerin hızlarının Dünya’dan uzaklaştıkça arttığını gösterdi. Bu tespit zamanda geri gidilince tüm galaksilerin bir zamanlar uzayda ya da bir yerde aynı noktada “var” olduğu anlamına geliyordu. Friedmann ve Lemaitre haklı çıktı ve hız-mesafe ilişkisi “Hubble Yasası” olarak kabul edildi.

Tüm bunların ışığında, İngiliz astronom Arthur Eddington, Lemaitre'nin çözümünü "harika" olarak nitelendirdi ve onu Londra'da konuşmaya davet etti. Lemaitre konuşmasında, "ilkel atom" veya "patlayan kozmik yumurta" olarak tanımladığı, tek bir noktadan genişleyen bir evren fikrini öne sürmüştü. Bu, kozmologların günümüzde ilk tekillik dediği şey, bir atom ya da yumurta değil, Büyük Patlama'nın gerçekleştiği noktaydı.

Einstein ve diğerlerinin tersine, Hoyle'un genişleyen bir evren teorisiyle ilgili bir sorunu yoktu. Aslında nefret ettiği şey "başlangıç" fikriydi. Bir ateist olan Hoyle, bir yaradılış noktasını, buna bağlı olarak da bir "yaratıcıyı" kabul etmiyordu. Kararlı durum teorisine inatla sarıldı: Evrenin her zaman var olduğu ve sürekli olarak bir şeyleri yaratıp yok ettiği fikri. Ancak Hoyle, kaybeden takımda yer alıyordu. 1948'de Amerikalı kozmologlar Ralph Alpher ve Robert Hermann, uzayda bir arka alan ışınımı olduğunu öngördüler. Bu arka alan ışınımı Büyük Patlama'dan 380.000 yıl sonra, evren şeffaf hale gelmeden hemen önce ortaya çıkan ısının bir yansımasıydı. Uzay o zamandan bu yana milyarlarca yıldır genişlediğinden, bu ışınımın dalgaboyu mikrodalga bölgesine kaymış olmalıydı.

kozmik arka alan ışınımı 1964-65 yıllarında Arno Penzias ve Robert Wilson tarafından Holmdel Horn Anteni kullanılarak keşfedildi. Holmdel Horn Anteninin 1959 yılında meşhur Bell Labs’ta üretilen büyük bir mikro dalga anteni olduğunu belirtelim. Başlangıçta bu tuhaflığın kuş pisliklerinden kaynaklandığını düşünmüşlerdi, ancak kısa bir süre sonra bu kozmik mikrodalga arka alan ışınımı (KMA) tayfının Büyük Patlama modelinin tahminleriyle eşleştiğini gördüler. Kararlı durum hipotezi KMA için bir açıklama getiremiyordu ve bu nedenle mağlup oldu. Slipher, Friedmann, Lemaitre ve Hubble'ın çalışmalarının yanı sıra, Penzias ve Wilson'ın kanıtları, evrenin her şeye rağmen bir kökeni olduğunu ve genişlemekte olduğunu gösterdi. Böylece Büyük Patlama teorisi büyük bir zafer kazanmıştı.

Çok başarılı olmasına rağmen, bilim insanlarının Büyük Patlama hakkında her zaman sevmedikleri bir şey vardı. Bu teori, ilk tekilliği açıklamıyor. Nereden geldi? Neden zamansız, boyutsuz ve sonsuz yoğunlukta olduğu varsayılıyor? Bilim insanları varsayımlardan nefret ederler, özellikle bu varsayımlar büyük sorularla ilgili ise. Fizikçiler Alan Guth, Andrei Linde ve Paul Steinhardt tarafından geliştirilen ve Büyük Patlama'nın bazı problemlerini başarıyla çözen kozmik şişme teorisi bile tekilliği açıklayamadı. Sonuç olarak, bu kozmolojik mihenk taşlarına alternatifler önerildi ve böylece Büyük Patlama öncesi bir varoluş fikri doğdu. Yazımızın başında açıkladığımız "ekiprotik evren" modeli bu varoluş fikrini destekliyordu. Orijinal hipotezlerinde evren, “brane" (zar) olarak adlandırılan ve daha yüksek bir boyutta süzülen iki çok boyutlu zarın çarpışmasından ortaya çıkıyordu. Evren bu çarpışma sonucu ortaya çıktıktan sonra, ekiprotik süreç başlıyordu. Bu teori aynı zamanda daralmakta olan bir brane için de geçerliydi. Geleneksel "Büyük Patlama" senaryosunda, mevcut evrenimiz ortaya çıkmadan önce, önceki evrenin uzun bir süre boyunca daraldığını ve sonunda tekilliğe çöktüğünü düşünün. Evrenimizin koşulları (temel kanunları ve gelecekteki büyük bir evren için atılmış olan tohumlar) şişme tarafından değil, bir önceki evren tarafından belirlenmiş olmalı. Bu senaryo oldukça egzotik görünüyor, ancak ekpirotik modelin daha güncel biçimleri çoğunlukla bu çok boyutlu zarları ve diğer egzotik bileşenleri ortadan kaldırıyor.

Kanada'daki McGill Üniversitesi'nden Dr Yi-Fu Cai, ekpirotik senaryonun bu biçimi üzerinde çalışıyor. Cai, "Neil, Paul ve arkadaşlarının orijinal senaryolarını ortaya atmalarından beri, fiziksel görüntü çok net hale geldi. Kozmolojik modelleri, Büyük Patlama'dan geriye kalan istenmeyen artıkların, 'ekpirotik fazda' yok olduğunu söylüyor. Ancak evren yine de büzüşmekten genişlemeye dönerken, doğrudan tekilliğin içinden geçmek zorunda. Yani, tekillik ortadan kaldırılmış olmuyor" diyor. Söylemek istediği şey, çok boyutlu senaryoda, ekpirotik süreç bazı problemleri kozmik şişmenin yaptığı gibi yok ediyor olsa da tekillik hâlâ varlığını sürdürüyor ve fizik kanunları daha önce hiç olmadığı kadar sorunlu. Ancak Cai'nin McGill'in yüksek enerji teorisi grubunun başkanı Profesör Robert Brandenberger ile gerçekleştirdiği çalışma, tekillikleri tamamen ortadan kaldırıyor.

Onların modeline göre, önceki bir evren daha da küçülemeyene kadar çöküyor ve sonra yeni bir evren olarak "sıçrıyor". Cai, "Bizim senaryomuza göre, kozmik evrimin tamamı pürüzsüzleşiyor. Sıçramanın çevresindeki fizik, KMA ve karışıklık da dahil olmak üzere, kontrol edilebilir ve hesaplanabilir" diyor. Tekilliği kaldırınca, onunla ilişkili olan problemler de ortadan kalkıyor. Cai ve Brandenberger'in çalışması KMA'yı ve birikip evrenin büyük yapısını oluşturan mikroskobik karışıklıkları da öngörüyor. Bunlar, WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ve Planck araştırmalarından elde edilen verilerle de tutarlı. Acaba KMA, tespit edebileceğimiz önceki bir evrene dair ipuçları içeriyor olabilir mi?

Pek çok kozmolog da bu soruyu soruyor. Soruya yanıt vermeye aday bir senaryo, döngüsel kozmolojik model. Genişleyen ve daralan aşamalar arasında sürekli salınan evren kavramlarına sahip olan döngüsel kozmolojik teorinin "Büyük Sıçrama" modeliyle pek çok ortak noktası bulunuyor. Bu düşünce 1920'lerden beri ortada, hatta 1930'da Hubble'ın evrenin genişlediğini tespit ettiği gözlemlerini kabul ettikten sonra Einstein bile bu düşüncenin farklı bir formunu önermişti. Döngüsel senaryoda, bir genişleme evresinden sonra evren yavaşlıyor, sonra duruyor ve ardından kütle çekimi nedeniyle içindeki tüm maddeyle beraber geri büzülüyor.

Sonrasında bir "Büyük Çöküş” veya "Büyük Sıçrama" gerçekleşiyor, ardından da yeni bir genişleme aşaması başlıyor ve döngü böylece devam ediyor. Einstein, bu döngüsel senaryonun tek bir başlangıç noktasına sahip genişleyen bir evren fikrine göre daha iyi, daha uzun vadeli bir alternatif olabileceğini düşünmüştü.

Ancak 1934'te Amerikalı fizikçi Richard Tolman, termodinamiğin ikinci yasası nedeniyle bu tür döngüsel modellerin aslında istediğimiz gibi çalışamayacağını gösterdi. Salınan bir evrendeki entropi miktarı zamanla artacak ve içindeki kullanılabilir enerji miktarı azalacak. Her genişleme bir öncekinden daha yavaş ve daha büyük olacak, her daralma aşaması daha az olacak ve her yeni genişleme aşaması için daha az enerji mevcut olacak. Bir önceki aşama daha küçük başlayacağından, sonunda yine bir "Büyük Patlama" senaryosuna dönüş yaşanacak.

Ancak, WMAP ve Planck'ın devreye girdiği bu çağda, döngüsel, salınan evrenler fikri tekrar ortaya çıktı. Örneğin, 2010 yılında İngiliz fizikçi Sir Roger Penrose ve Ermeni matematikçi Vahe Gurzadyan tarafından genel görelilik teorisine dayanan konformal döngüsel kozmoloji (conformal cyclic cosmology -CCC) teorisi geliştirildi.

Hem WMAP ve Planck hem de BOOMERANG (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation aNd Geophysics) deneyinde alınan verileri kullanan Penrose ve Gurzadyan, KMA dalgalanmalarında önceki kozmik döngülerden kalma son derece zayıf eşmerkezli halkalar görüldüğüne dair sonuçlar yayınladı. Bunlar, suya bir taş attığınız zaman yayılan dalgacıklara benziyor. Konformal döngüsel kozmoloji teorisine göre, evren olarak düşündüğümüz, gözlemleyebildiğimiz bölge, sonsuz derecede daha büyük bir uzay-zaman içindeki basit bir "aeon", yani bir etki alanı.

Sonunda, çok uzak bir gelecekte, tüm yıldızlar ve galaksiler yok olduğunda, tüm madde dağıldığında ve galaksilerin merkezlerinde bulunan süper kütleli karadelikler buharlaştığında, içinde bulunduğumuz bölge tamamen pürüzsüz hale gelecek. Ancak genişlemeye devam edecek ve yeni, daha büyük ölçekli bir aeon doğuracak. Önceki döngüsel modellerin aksine daralma fazları olmayan konformal döngüsel kozmoloji teorisi, şişme olarak düşündüğümüz şeyin aslında önceki bir aeonun hızlanan genişlemesi olduğunu söylüyor. Ancak KMA'da eşmerkezli halkalar tespit etmeye çalışan diğer kozmologlar henüz kayda değer bir şeyler bulabilmiş değiller. Bunun nedeni, kontrol etmek için standart simülasyonlar kullanmaları, Penrose ve Gurzadyan'ın ise standart olmayan bir yaklaşım kullanmış olması olabilir.

Konformal döngüsel kozmoloji gibi döngüsel modeller üzerinde tartışmalar sürerken, Büyük Patlama teorisi hala destek görmeye devam ediyor. 1 New Haven Üniversitesi'nden fizikçi Nikodem Popławski, evrenimizin bir karadelikten doğduğunu öne süren bir teori geliştirdi. Bu tür sıra dışı hipotezler üzerinde uzun yıllardır spekülasyonlar yapılıyor. Poplawski, "Evrenimiz, içinden doğduğu karadeliğin bulunduğu ana evrenin yasalarına uymak zorunda" diyor. Ayrıca, evreni doğuran karadeliğin boyutunu KMA'daki sıcaklık dalgalanmalarını ölçerek belirleyebileceğimizi söylüyor. Gözlemler karadeliğin başlangıç boyutunun çok da önemli olmadığını gösteriyor" diyor.

Popławski şimdi karadelik senaryosunu destekleyecek kanıtlar bulma peşinde. "Evrenimiz bir karadeliğin 'Büyük Sıçraması' ile oluştuysa, genişlemesinin belirli dinamikleri olmalı ve bu dinamikler, KMA'daki sıcaklık dalgalanmaları ölçülerek test edilebilir" diyor. İlginç bir şekilde, Popławski ve Almanya'dan meslektaşı Shantanu Desai'nin KMA dalgalanmaları ile ilgili olarak yaptığı tahminler, Planck'tan elde edilen son verilerle de tutarlı görünüyor. Karadelikler dönüyor, bu yüzden evrenimiz gerçekten bir evrenden doğmuşsa, Popławski bu dönüşün etkilerinin de görülebileceğini düşünüyor. Stephen Hawking'e atıfta bulunarak şöyle diyor: "Evrenimiz, başka bir evrende var olan bir karadeliğin içi olabilir. Yıldızlar ve galaksilerde oluşan karadelikler yeni evrenler yaratabilir. Böylece bir evren, karadeliklerin oluşturduğu milyarlarca bebek evrene ebeveynlik ediyor olabilir."

Bu yazıda biraz detaylıca evren modellerini ve evrenin nasıl oluşmuş olabileceğini gördük bir anlamda zihin jimnastiği yaptık. Ancak unutmayın ki şu an elimizde bu devasa sorunsalı açıklayacak yeterli ve tutarlı veri yok.

Levent Aslan.