Evrenin İlk Üç Dakikası
Evrenin şu anda genişliyor olduğu gözlemi bizi, evrenin geçmişte çok daha küçük, dolayısıyla yoğun ve sıcak bir hacimde sıkıştığı fikrine götürdü. Peki evren, böylesine ufak bir noktadan nasıl ortaya çıktı? Bu işin fiziği elbette ki inanılmaz karışık, fakat buradan elde edilen fiziği yorumlayarak, evrenin ilk üç dakikasında neler olduğunu ele alabiliriz (burada t'yi zaman, T'yi sıcaklık, E'yi ise enerji olarak ifade edeceğiz).
Burada yer alan bilgiler, orijinali Weinberg'e ait olan "The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe" kitabından kısa bir derleme içerir ve Ege Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri bölümünde Prof. Dr. Can Kılınç tarafından verilen Kozmoloji ders notlarından oluşmaktadır.
Planck Çağı (t < 5 x 10-44 saniye, T > 1032 K, E>1019 GeV)
Evrenin oluşumundan 5x10-44 saniye öncesinde, yani neredeyse evrenin oluştuğu an diyebileceğimiz kadar küçük bir zaman değerinde (neredeyse saniyenin trilyon kere trilyon kere trilyon kere trilyonda biri kadar bir sürede), evren inanılmaz derece küçük bir hacme sıkışmış durumda. Enerji, sıcaklık ve yoğunluk muazzam seviyelerde. Öyle ki 1019 GeV enerji değeri, dört temel etkileşimin bir arada olduğunu düşündüğümüz seviyeye denk geliyor. Yani bu anda; güçlü etkileşim, elektromanyetik etkileşim, zayıf etkileşim ve çekim tamamen aynı şeymiş gibi davranıyor. Her şeyin teorisinin gerçekleştiği zaman...
Büyük Birleşme Teorisi (GUT) (t~10-36 saniye, T>1028 K, E>1015 GeV)
Artık enerjinin düşmesiyle birlikte, çekimsel etkileşim diğer dördünden ayrılıyor. Bu noktada üç etkileşim (güçlü, zayıf ve elektromanyetik) bir arada bulunuyor. Bunu büyük birleşme teorisi (grand unified theory) olarak tanımlıyoruz. Bu çıkarım basitçe şuna dayanır: Güçlü çiftlenim sabiti as kısa mesafelerde (yani çok yüksek enerjili çarpışmalarda) hızla azalır, aynı zamanda zayıf etkileşim çiftlenim sabiti aw'nin ona göre daha yavaş bir biçimde azalır ve elektromanyetik çiftlenim sabiti ae'nin ise artar. Bu durumda üç eğri bir noktada (1015 GeV düzeyinde) birleşir. Yani aslında üç temel etkileşim bu enerjilerde, aynı şeymiş gibi davranır.
Aynı zamanda bu süreçte, 10-36 saniye ile 10-34 saniye arasında enflasyon gerçekleşir (evren boyutunu muazzam bir biçimde katlar). Bu sürelerin inanılmaz kısa süreler olduğunu ve bir insan hayatı için hiçbir anlam ifade etmediğine dikkat edin.
t~10-12 saniye, T~1016 K, E~103 GeV
Sayılara bakınca bu başlık diğerinden çok uzak bir süre zarfıymış gibi görünebilir, fakat aslında saniyenin trilyonda birinden daha yakındır. Bu noktada elektrozayıf faz geçişi gerçekleşir, yani elektromanyetik ve zayıf etkileşim de artık birbirinden ayrılır. Bu şu demek: Artık bu noktadan sonra, dört temel etkileşim de birbirinden farklı, günümüzdeki gibi deneyimlenir.
Bu sırada ortamda kuarklar, leptonlar ve bunların anti çiftleri bulunuyor. Sıcaklık giderek düştükçe, bozon ailesine ait olan W+, W- ve Z bozonları (zayıf etkileşimin aracı parçacıkları) da oluşmaya başlıyor.
t~10-5 saniye, T~1012 K, E~1 GeV
Kuarklar 200 MeV'den sonra faz geçişine uğruyor. Yani bundan öncesinde serbest bir şekilde hareket edebiliyorlarken, artık hadronlar ve mezonlar içerisinde hapsoluyorlar. Hadronlar, üç tane kuarktan oluşurken; mezonlar ise bir kuark ve bir antikuarktan oluşuyor. Bu noktadan sonra tek başına bir kuark görmek mümkün olmuyor. Bu sebeple bu döneme kuark-hadron faz geçişi deniyor.
Aslında maddi destek istememizin nedeni çok basit: Çünkü Evrim Ağacı, bizim tek mesleğimiz, tek gelir kaynağımız. Birçoklarının aksine bizler, sosyal medyada gördüğünüz makale ve videolarımızı hobi olarak, mesleğimizden arta kalan zamanlarda yapmıyoruz. Dolayısıyla bu işi sürdürebilmek için gelir elde etmemiz gerekiyor.
Bunda elbette ki hiçbir sakınca yok; kimin, ne şartlar altında yayın yapmayı seçtiği büyük oranda bir tercih meselesi. Ne var ki biz, eğer ana mesleklerimizi icra edecek olursak (yani kendi mesleğimiz doğrultusunda bir iş sahibi olursak) Evrim Ağacı'na zaman ayıramayacağımızı, ayakta tutamayacağımızı biliyoruz. Çünkü az sonra detaylarını vereceğimiz üzere, Evrim Ağacı sosyal medyada denk geldiğiniz makale ve videolardan çok daha büyük, kapsamlı ve aşırı zaman alan bir bilim platformu projesi. Bu nedenle bizler, meslek olarak Evrim Ağacı'nı seçtik.
Eğer hem Evrim Ağacı'ndan hayatımızı idame ettirecek, mesleklerimizi bırakmayı en azından kısmen meşrulaştıracak ve mantıklı kılacak kadar bir gelir kaynağı elde edemezsek, mecburen Evrim Ağacı'nı bırakıp, kendi mesleklerimize döneceğiz. Ama bunu istemiyoruz ve bu nedenle didiniyoruz.
Hadronlardan ikisi yeterli kararlılığa sahip durumda: Proton ve nötron. Nötron 615 saniyelik yarılanma ömrüne sahip durumda, ardından bir proton, bir elektron ve bir anti elektron nötrinoya bozunuyor. Proton içinse bu süre 1033 yıl, yani evrenin şu anki yaşından dahi kıyaslanamayacak ölçüde fazla.
Bu zamandan sonra madde ve antimadde arasındaki dengesizlik, var olanların birbiriyle yok olmasını tetikliyor. Maddenin daha üstün gelmesi durumundan dolayı, evrende şu anda gördüğümüz tüm yapılar oluşuyor. Bu da neden antimaddeyi görmekte zorlandığımızı bir nebze de olsun açıklıyor. Bu noktadan sonra baryon-foton oranı değişmiyor. Her bir baryon başına, 109 tane foton bulunuyor.
Aynı zamanda bu protonlar ve nötronlar durağan değiller. Bir anti elektron nötrino ve proton birleşerek, bir nötron ve bir pozitron açığa çıkarabiliyor. Aynı şekilde bir elektron nötrino ve bir nötron birleşerek, bir elektron ve bir proton oluşturabiliyor. Bu her iki tepkime de çift yönlü çalışıyor (aslında her ikisi de aynı tepkime sayılabilir, parçacıklardan biri karşı tarafa geçerken antisi olarak geçer kuralı geçerli).
Evrenin yaşı 10-2 saniye olduğunda ortamda çok sayıda nötrino, antinötrino, elektron ve pozitron var. Nötrinonun sıcaklığı, baryonik maddenin sıcaklığı ve ışınımın sıcaklığı ile aynı. Yani birbirlerinden ayrışmamış durumdalar.
t~10-2 saniye iken nn/np (nötron/proton sayısı) oranı yaklaşık olarak 0.9'a eşit. t~10-1 saniye olduğunda ise bu değer 0.65'e düşüyor.
Nötrino Ayrışması (t~1 saniye, T~1.5 x 1010 K, E~1 MeV)
Evrenin yaşı yaklaşık 0.7 saniye iken, az önce bahsettiğimiz proton ve nötron işlemi sadece sağdan sola çalışıyor. Nötrino veya antinötrinonun bir diğer parçacıkla etkileşmesi, sıcaklık ve yoğunluğun azalmasıyla giderek düşüyor. Bunun bir sonucu olarak nötrinolar artık baryon-foton akışkanından ayrılarak serbest bir şekilde hareket etmeye başlıyor. Bu sebeple bu döneme nötrino ayrışması denir.
Ayrışmadan sonra evrenin yaşı yaklaşık 1 saniyeye yakın iken, elektron-pozitron çifti de gözden kaybolmaya başlıyor. Var olanlar, birbirleri ile etkileşerek gama ışını oluşturmaya devam ediyor. Bu yüzden elektron ve pozitron sayısında dramatik bir düşüş gerçekleşiyor. Kalan negatif yüklü elektronların sayısıyla, pozitif yüklü protonların sayısı dengede, yani evren nötr.
Elektron-proton bozunmasının en önemli etkisi; enerjinin foton, baryon ve kalan elektronlar arasında hızlı bir şekilde paylaşılıyor olması. Nötrinolar bu ortamdan ayrıştığı için, gerçekleşen bu süreçlerden enerji kazanamıyorlar. Bu sebeple kozmik nötrino arkaplan ışımasının (CNBR) sıcaklığı, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasından (CMBR'den) daha düşük bir sıcaklık olarak 1.95 K düzeyinde.
t~180 saniye, T~108 K, E~104 eV
Evrendeki baryonik maddenin nötron ve proton formunda olması ve şartların da imkan vermesiyle, ilkel nükleosentez gerçekleşmeye başlıyor. Hidrojenden; helyum, lityum, berilyum gibi elementler türüyor. Bunlardan yalnızca çok hafif olan H, He ve Li kararlı. Burada bulunduğu ön görülen oranlar, evrende şu anda gözlediğimiz oranlarla kıyaslanarak, teorinin doğruluğu test edilebiliyor.
Bonus: Rekombinasyon (t~4 x 105 yıl, T~3000 K, E~eV)
Hafif elementlerin oluşmasından sonra, ciddi başka bir değişiklik olmadan yüz binlerce yıl geçiyor. Bu noktada gerçekleşen en önemli olay, şu anda gördüğümüz kozmik mikrodalga arkaplan ışımasını (CMBR'yi) oluşturan rekombinasyon dönemi.
Serbest halde dolaşan elektronlar, atomların yörüngelerindeki yerlerini rahat bir şekilde alabilmeye başlıyorlar. Eğer ortamdaki fotonların enerjisi çok yüksek olursa, elektronlar iyonlaşacağından sıcaklığın yeteri miktarda düşmesi gerekiyordu. 3000 K düzeyi bunun gerçekleşmesi için uygun bir sıcaklıktır. Aslında burada rekombinasyon talihsiz bir yanlış isimlendirmedir, çünkü "re" ifadesi "tekrar" anlamını taşır. Halbuki bu durum, ilk defa gerçekleşmektedir.
Elektronların atom çekirdeği etrafındaki yerlerini edinmeleriyle, fotonlar ortamda serbest bir şekilde hareket edebilmeye başlıyorlar. Dolayısıyla bu andan itibaren ortaya çıkan fotonlar, evrende bir engelle karşılaşmadan rahatlıkla ilerleyebildiğinden, bu andan itibaren gelen fotonları görebiliyoruz. Son saçılmalar gerçekleşip bittiği için böylesi bir hayali yüzeye, son saçılma yüzeyi diyoruz ve buradan gelen fotonlar şu anda yaklaşık 2.73 K'lik kara cisim ışımasına karşılık gelen kozmik mikrodalga arkaplan (CMB) fotonlarını oluşturuyor.
3000 K düzeylerinde başlayarak, 2.73 K'de neden göründüğünü merak edebilirsiniz. Bu durum tamamen, o andan bu yana evrenin genişleyerek fotonların enerji kaybetmelerine neden olmasından kaynaklanmaktadır. Yani CMB geçmişte daha sıcak görünüyordu, gelecekte ise daha soğuk görünecektir. Aynı zamanda fotonların ortamdan ayrışmadan önce baryonlarla birlikte olduğu ortam baryon-foton akışkanı olarak adlandırılır ve enerji transferlerinde önemli bir yeri vardır. Her bir ayrışma olduğunda, evrenin önemli bir faz geçişi yaşadığını fark etmiş olmalısınız. Belki de bu noktadaki en derin soru, bunların sayıları ve neden bu zamanlarda gerçekleştikleridir.
Bu seti edinerek elde edeceğiniz kitaplar şunlardır:
- Olağanüstü Yaşamlar için Olağandışı Kurallar: Mutluluğu Farkındalığı ve Etkinliği Geliştirmek İçin – The Code of the Extraordinary Mind, Vishen Lahkiani
- Zahmetsiz: Önemli İşleri Yapmayı Kolaylaştırın – Effortless: Make It Easy to Do What Matters, Greg McKeown
- Özcülük: Daha Azın Disiplinli Arayışı – Essentialism: The Disciplined Pursuit of Less, Greg McKeown
- Bilgenin Güncesi: Naval Ravikant – The Almanack of Naval Ravikant, Eric Jorgenson
Kozmoloji konularını detaylı olarak ele aldığımız başlıklara yazı dizilerimize giderek ya da aşağıdaki bağlantılardan ulaşabilirsiniz.
1. Kozmoloji - 0: Kozmoloji (Evren Bilimi) Nedir?
2. Kozmoloji - 1: Evrenin İlk Üç Dakikası
3. Kozmoloji - 2: Kozmolojik İlke – Homojenlik ve İzotropi
4. Kozmoloji - 3: Robertson-Walker Metriği
5. Kozmoloji - 4: Kozmik Uzaklık Merdiveni
6. Kozmoloji - 5: Evrenin Geometrisi
7. Kozmoloji - 6: Evrenin Yoğunluğu
8. Kozmoloji - 7: Evrenin Yaşı
9. Kozmoloji - 8: Hubble Sabiti
10. Kozmoloji - 9: Son Saçılma Yüzeyi ve Foton Ayrışması
11. Kozmoloji - 10: Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işınımı (CMBR)
12. Kozmoloji - 11: CMB Kuvvet Tayfı
13. Kozmoloji - 12: Genel Görelilik Teorisinin Gözlemsel Testleri
14. Kozmoloji - 13: Kozmolojik Parametreler ve Belirlenme Yöntemleri
15. Kozmoloji - 14: Gökada Dönme Eğrisi
16. Kozmoloji - 15: Çekimsel Merceklenme
17. Kozmoloji - 16: Aktif Galaksi Çekirdeği (AGN)
Ögetay Kayalı
Referanslar
1. Weinberg S., The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe.
2. Kılınç C., Ege Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri, Galaksiler ve Kozmoloji ders notları.
3. Griffiths D., Introduction to Elementary Particles.
İçeriklerimizin bilimsel gerçekleri doğru bir şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen bir şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikte bize ulaşın!
Bu içeriğimizle ilgili bir sorunuz mu var? Buraya tıklayarak sorabilirsiniz.Soru & Cevap Platformuna Git
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
- 0
Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?
Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:
kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci
Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 09/12/2022 16:22:15 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/12892
İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.