Evren Yaşam İçin İnce Ayarlanmış – Taeil Albert Bai
Einstein bir keresinde şöyle demişti: “Beni asıl ilgilendiren, Tanrı’nın dünyanın yaratılmasında herhangi bir seçeneği olup olmadığıdır. Bu temel bir soru.” Bu soruyla karşılaştırıldığında, diğer tüm sorular önemsiz görünüyor. Evet, eğer çorak bir evren yaratmak isteseydi, Tanrı birçok seçeneğe sahip olurdu. Ancak, bizimkiyle aynı doğa yasalarıyla yaşamın mümkün olduğu bir evren yaratmak için, O’nun yalnızca sınırlı seçenekleri olduğu görülüyor. Son bulgulara göre, evrende yaşamın ortaya çıkmasını mümkün kılmak için fiziksel sabitlerin değerleri ince ayarlanmalıdır. Bu ilk olarak Brandon Carter 1 tarafından fark edildi ve bu kavram son zamanlarda birkaç kitapta popüler hale geldi. 2 3
Işık hızı c, yerçekimi sabiti G, Planck sabiti h ve Boltzmann sabiti k gibi birçok fiziksel sabit vardır. Elektromanyetik etkileşimin, güçlü etkileşimin ve zayıf etkileşimin büyüklüklerini belirleyen elektron kütlesi, proton kütlesi ve sabitler de temel sabitler olarak kabul edilir. Bu temel sabitlerin neden gerçek değerlere sahip olduklarını bilmiyoruz. Sadece değerlerini bulmak için onları ölçüyoruz. Örneğin, evrendeki maksimum hız olan ışık hızının saniyede 300.000 kilometre (saniyede yaklaşık 186.000 mil) olduğunu biliyoruz. Ancak ışık hızının neden bu özel değere sahip olması gerektiğini bilmiyoruz.
George Gamow, görelilik teorisini ve kuantum teorisini halka açıklamak için Bay Tompkins Harikalar Diyarında adlı popüler bir kitap yazdı.4 Gamow, Harikalar Diyarı’ndaki günlük etkinliklerde göreli ve kuantum etkilerini fark edilebilir kılmak için c değerini gerçek değerinden çok daha küçük, G ve h değerlerini ise gerçek değerlerinden çok daha büyük ayarlamıştır. Örneğin, Harikalar Diyarında bir bisikletçi, hızları göreceli olduğu için (c ile karşılaştırılabilir) hızlandıkça şehir bloklarının kısaldığını görebilir. Harikalar Diyarı’nda avcılar, kuantum belirsizliği nedeniyle konumları bulanık olduğu için av hayvanlarını vurmakta zorlanırlar.
Harikalar Diyarı’nda c, G ve h değerleri, çok büyük faktörlerle gerçek değerlerinden farklıdır. Ancak bu fiziksel sabitlerden herhangi birinin değeri, evrenimizin başlangıcında birazcık bile farklı ayarlansaydı, tamamen farklı bir yer olurdu. Hayat böyle bir evrende ortaya çıkamazdı. Bazı durumlarda yaşam ortaya çıksa bile akıllı yaşam formlarının ortaya çıkması mümkün olmazdı. Sadece basit durumları kısaca açıklıyorum, çünkü bunun argümanlarının çoğu oldukça teknik. (Bu konuyla derinden ilgilenen okuyuculara The Accidental Universe’i tavsiye ederim.)
Yeryüzündeki yaşamın gerekleri hakkında kısa bir açıklama yapmak gerekiyor. Dünyadaki tüm canlılar karbon bazlıdır. Yani, dört kimyasal bağ kancasına sahip karbon atomları, karmaşık moleküller yapmak için zincir bağlantıları görevi görür. Tüm canlılar doğrudan veya dolaylı olarak fotosenteze bağlıdır. Son zamanlarda, güneş ışığının giremediği derin okyanus tabanlarında yaşam dolu ekosistemler bulundu; bu organizmalar, hidrotermal menfezlerden yayılan kükürt bileşiklerinden enerji alırlar. Bununla birlikte, bilim adamları, deniz tabanında bir termal bacadan diğerine göç ederken, okyanus tabanlarındaki (dolaylı olarak yaşam için fotosenteze bağlı olan) büyük balinaların leşleriyle beslendiklerini varsayıyorlar. 5
Fotosentez için görünür ışık gereklidir. Kızılötesi ışığın her fotonu, fotosentez için çok düşük bir enerjiye sahiptir. Öte yandan, ultraviyole ışığın her bir fotonu çok yüksek bir enerjiye sahiptir ve yaşam için zararlıdır. Diğer gezegenlerdeki yaşam formları, dünyadaki fotosentezden farklı kimyasal reaksiyonlar kullanabilir, ancak karmaşık moleküllerin kimyasal reaksiyonlarının enerji seviyeleri benzerdir ve elektromanyetik etkileşimin büyüklüğü ile belirlenir. Bu nedenle, diğer gezegenlerdeki yaşam formlarının da görünür ışık tarafından sürdürülmesini bekliyoruz.
Güneş dışındaki yıldızlar yaşamı destekleyebilir mi? Belirli bir nesne tarafından yayılan ışığın yoğunluğu, dalga boyuna veya frekansına bağlıdır. Yoğunluğun frekansın bir fonksiyonu olarak nasıl değiştiğine ışık tayfı denir. Bir yıldızın yaydığı ışığın spektrumu, yıldız çekirdeğindeki enerji üretim hızından ve yüzey alanından etkilenen yüzey sıcaklığı tarafından belirlenir. Enerji üretim hızı ve yüzey alanı, sırayla, güçlü etkileşimin büyüklükleri, yerçekimi etkileşimi ve elektromanyetik etkileşim gibi birçok fiziksel sabit tarafından ve elektron kütlesi, proton kütlesi ve ışık hızı tarafından belirlenir.
Anakol yıldızlarını iki sınıfa ayırabiliriz: mavi devler ve kırmızı cüceler. Mavi devler büyük kütleli yıldızlardır ve mavi devin çekirdeğinde üretilen enerji, ışığın yıldızların içinde yayılmasıyla taşınır. Mavi devler bol miktarda morötesi ışık yaydıkları için yaşamı desteklemek için uygun değillerdir. Kırmızı cüceler düşük kütleli yıldızlardır ve kırmızı cücenin çekirdeğinde üretilen enerji esas olarak konveksiyonla taşınır. (Isıtılmış bir tencerede, suyun konveksiyonu ile enerji aşağıdan yukarıya taşınır.) Kırmızı cüceler esas olarak enerjisi yaşamı destekleyemeyecek kadar zayıf olan kızılötesi ışık yayar. Güneş benzeri yıldızlar özellikleri bakımından kırmızı cüceler ve mavi devler arasında yer alırlar: hem konveksiyon hem de radyasyon bu tür yıldızlarda enerjinin taşınmasında rol oynar ve enerjilerinin çoğunu fotosentezi destekleyen görünür bantta yayarlar. Yıldızların çoğu mavi dev rejimi ile kırmızı cüce rejimi arasındaki sınırın yakınında yer aldığından, yukarıda bahsedilen fiziksel sabitlerden birinin değerindeki küçük bir değişiklik, şu ya da bu şekilde tüm yıldızları mavi dev ya da kırmızı cüce olmaya itecektir. Evrende yaşamı sürdürebilecek güneş benzeri yıldızlara sahip olmak için bu temel sabitlerin değerlerinin ince ayarlanması gerekir.
Örnek olarak, güçlü kuvvetin büyüklüğündeki bir değişikliğin sonuçlarını ele alalım. Güçlü etkileşimin büyüklüğü biraz daha yüksek olsaydı, yıldızların içindeki nükleer füzyon oranları şimdi olduğundan daha yüksek olurdu. Yıldız ısınacağı için genişleyecektir. Yıldız yapısındaki kesin değişimin sayısal simülasyonlarla araştırılması gerekecekti. Ancak artan füzyon hızı nedeniyle yıldızların ömürleri kısalır. Karbon, oksijen ve azot şu anda hidrojen ve helyumdan sonra en bol bulunan kimyasal elementlerdir. Bununla birlikte, güçlü etkileşim şimdi olduğundan biraz daha güçlü olsaydı, bu elementler daha az bol olurdu çünkü yıldızın iç kısmında daha ağır elementler oluşturmak için daha kolay birleşirlerdi. Bu nedenle, ağır elementler daha bol olacaktır. Karbonun daha az bol olmasıyla, böyle bir evrende karbon temelli yaşamın ortaya çıkıp çıkmayacağı şüphelidir.
Güçlü etkileşimin büyüklüğü sadece yüzde iki daha büyük olsaydı, iki proton sadece iki protondan oluşan bir çekirdek oluşturmak için birleşebilirdi. Güçlü etkileşimin yönettiği bu süreç, zayıf etkileşimin yönettiği döteron oluşumundan çok daha hızlı olacaktır. Bu durumda, Big Bang nükleosentezi sırasında tüm hidrojen helyuma dönüşmüş olurdu. Hidrojen olmadan, yıldızlar helyumu karbonla birleştirerek parlayacak ve yıldızların ömrü milyarlarca yıl yerine birkaç milyon yıl olacaktı. Dünyanın en basit organizmaları bile üretmesinin yaklaşık 800 milyon yıl sürdüğü düşünülürse, bu tür yıldız yaşamları yaşamın evrimine izin vermeyecek kadar kısadır. Ancak bu nokta tartışmalıdır; çünkü hidrojen olmadan su da olmazdı ki bu da yaşamın ön koşuludur.
Doksan iki doğal element vardır. Doğal elementlerin sayısını ne belirler? Güçlü etkileşim ve elektromanyetik etkileşimin büyüklükleri nükleer yapıyı, bunların göreceli büyüklükleri ise doğal elementlerin sayısını belirler. Nükleonlar (protonlar ve nötronlar) arasında işleyen çekici bir kuvvet olan güçlü etkileşim, kısa menzilli bir etkileşimdir ve yalnızca 10 üzeri −13 santimetreden (bir santimetrenin on trilyonda biri) daha kısa mesafelerde çalışır. Öte yandan, elektromanyetik etkileşim, büyüklüğü iki elektrik yükü arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olan uzun menzilli bir etkileşimdir. Bu nedenle, ağır bir çekirdekteki bir proton, diğer tüm protonların elektrik kuvvetleri tarafından itilirken, yalnızca çekirdekteki yakındaki nükleonlar tarafından çekilir. Bundan, çekirdekteki nükleon sayısı arttıkça bir protona uygulanan elektriksel itme kuvvetinin arttığı sonucu çıkar; ancak, güçlü etkileşimden kaynaklanan çekici kuvvet, nükleon sayısı belirli bir eşiği geçtikten sonra artmaz.
Bu nedenle, çok ağır elementler gevşek bir şekilde bağlanır ve bazıları doğal olarak bozunur. Bu tür elementlere radyoaktif denir. Güçlü etkileşimin büyüklüğü gerçekte olduğundan biraz daha zayıf olsaydı, kararlı elementlerin sayısı daha az olurdu ve demir radyoaktif olabilirdi. Demir, insan kan hücrelerinin bir bileşenidir. Diğer elementlerin kan hücrelerindeki demirin işlevini değiştirip değiştiremeyeceği açık değildir. Kalsiyum gibi ağır elementler olmasaydı, yapılarını korumak için kemiklere ihtiyaç duyan büyük hayvanlar ortaya çıkamazlardı. Güçlü etkileşimin büyüklüğü karbon, nitrojen ve oksijeni radyoaktif hale getirecek kadar zayıf olsaydı, o zaman yaşam hiç mümkün olmazdı.
Güçlü etkileşimin büyüklüğü yüzde beş azaltılsaydı, nükleosentez sürecinde daha dramatik bir değişiklik meydana gelirdi: bir proton ve bir nötron, bir döteron oluşturmak üzere birleşemezdi. Döteron oluşumu nükleer sentezin ilk adımıdır; bu nedenle, ilk adım olmadan nükleosentez hiç mümkün olmazdı. Bir yıldız enerji kaynağı ve ağır kimyasal elementler olmadan yaşam mümkün olmazdı.
Zayıf etkileşimin büyüklüğünü düşünelim. Devasa bir yıldızın demir çekirdeği, güneşin kütlesinin 1,4 katını aştığında, aniden çöker ve çekirdekten yayılan nötrinolar, bir süpernova patlamasına neden olmak için yıldız zarfını dışarı iter. Yıldız zarfı içindeki nötrino reaksiyonu, zayıf etkileşim tarafından yönetilir. Bu nedenle, zayıf etkileşimin büyüklüğü şimdi olduğundan biraz daha az olsaydı, süpernova patlamaları mümkün olmazdı. Süpernova patlamaları, büyük kütleli yıldızların derinliklerinde sentezlenen ağır elementleri yıldızlararası uzaya fırlatır.
Bu nedenle, süpernova patlamaları olmasaydı, dünya gibi gezegenlerde bazıları yaşam için gerekli olan ağır elementler olmazdı. Karbon, azot ve oksijenin yanı sıra kükürt ve fosfor da bu tür elementlerdir.6 Kan hücrelerimizdeki hemoglobinde bulunan demir oksijen taşımak için gereklidir; kemik yapmak için kalsiyum gereklidir. Bu nedenle, zayıf kuvvetin büyüklüğü ince ayarlanmadıkça evrende yaşam ortaya çıkamaz.
Yerçekimi sabiti mevcut değerinden daha büyük olsaydı, yıldızlar merkezi sıcaklıkları arttıkça daha sıkı bağlanırlardı. Merkezi basıncın ve güneşin sıcaklığının artması nükleer enerji üretim oranını artıracaktır. Yüzeyde daha fazla enerji yaymak için sıcaklık ve/veya yüzey alanı artmalıdır. Bununla birlikte, daha güçlü yerçekimi, yüzey alanını azaltma eğiliminde olacaktır. Bu nedenle yüzey sıcaklığı Güneşin şu an olduğundan daha yüksek olması ve enerjisinin büyük bir kısmını ultraviyole ışıması şeklinde yayması gerekirdi. Güneş kütleli yıldızlar, yaşamı desteklemek için uygun olmayan mavi devler gibi olacaktır. Daha güçlü yerçekimi ile, bazı düşük kütleli yıldızlar, enerjilerinin çoğunu yaşamı desteklemek için uygun olan görünür ışıkta yayarlar. Bununla birlikte, bu tür yıldızlar, yaşamın uzun evrimsel tarihine başkanlık edecek kadar ana dizi aşamasında kalmayacaklardı.
Benzer şekilde, elektrik kuvvetinin büyüklüğünde, ışık hızında, Planck sabitinde veya Boltzmann sabitinde küçük bir değişiklik, korkunç sonuçlara yol açardı: evren yaşam üretemezdi. Elektronun kütlesindeki küçük bir değişiklik de felaket olur.
Çevirmen: Onur Kenan Aydoğdu
Kaynak: Taeil Albert Bai , Evren Yaşam İçin İnce Ayarlanmış , (Çev. Onur Kenan Aydoğdu) , https://www.academia.edu/50950164/Evren_Yasam_Icin_Ince_Ayarlanm%C4%B1s , Erişim Tarihi: 13.06.2022
Referanslar;
1. Carter, B. in Confrontation of Cosmological Theories with Observation. ed. M. S. Longair, p.
291, Dodrecht: Reidel, 1974.
2. Davies, P. C. W. The Accidental Universe. London: Cambridge University Press, 1982.
3. Rees, M. Just Six Numbers, New York: Basic Books, 2000.
4. Gamow, G. Mr. Tompkins in Wonderland. London: Cambridge University Press, 1940.
5. Humphris, S. E., R. A. Zierenberg, L. S. Mullieanx, and R. E. Thomson, eds. Seafloor Hy-
drothermal Systems, Washington, D.C.: American Geophysical Union, 1995.
6. de Duve, C. Vital Dust, 15 and 44. New York: Basic Books, 1995.