top of page

Evreni Oluşturan Çekişme: Kozmolojik Sabit ve Kütle Çekim Savaşı

Evren bundan 13,7 milyar yıl önce oluştuğunda, bizlere duvarları giderek genişleyen bir evin kapısını araladı. Genişlerken aynı zamanda soğuyan ve içerisindeki gaz bulutlarını kütle çekim ile bir araya getirerek galaksilerden odalar ve yıldızlardan lambalar sunan bu ev, sonunda bizlere de yuva oldu. Bu oluşum esasında, büyük patlama sırasında meydana gelen iki ana maddeden oluştu. Bunlar bir nehrin sularıyla canlılara hayat vermesi gibi uzayı besleyen kara madde ve atomların temelini oluşturan baryonik maddelerdi


Görsel 1: Füzyon Tepkimesi
Görsel 1: Füzyon Tepkimesi

Görsel 2: Yıldızların Element-Katman Gösterimi
Görsel 2: Yıldızların Element-Katman Gösterimi






Kozmik mikrodalga arka plan ışımasının incelenmesi ve teorik araştırmaların ışığında, baryonik maddenin neredeyse tamamının en küçük atomlar olan hidrojen ve helyumdan oluştuğu gözlemlendi. %75’i hidrojen, %25’i ise helyumdan oluşan bu maddenin gerçekliği, evrenin başlangıcında oluşan en yaşlı yıldızların spektrum analizleriyle doğrulanmış durumda. Bu iki elementin oluşumunun ardından günümüz yaşamında var olan diğer elementlerin ortaya çıkışının temeli, yıldızlarda gerçekleşen nükleer füzyon reaksiyonlarına dayalıdır. Bir yıldız yaşlanıp öldükçe yeni elementler evrene yayıldı ve kütle çekimin de yardımıyla gezegenlerin oluşumu için gerekli hammaddeyi sağladı. Oluşan yeni elementlerin oranı, bugün gezegenlerin oluşumunda başrol sahibi olsa da evrendeki elementler içindeki toplam oranı %2’den daha düşük durumda.


Elementlerden yaşam için kritik öneme sahip olan karbon ve oksijen ise bazı özellikleriyle birbirlerinden ayrılır. Bu elementler esasında 3 ve 4 helyum çekirdeğinin birleşmesiyle meydana gelirler ancak işler bu kadar kolay ilerlemez. Karbon meydana getirmek için berilyum atomuna bir helyum füzyonu yaptırılmak istendiğinde, oluşan yeni çekirdek çok kararsız olur ve hemen dağılır. 1954 yılında bu sorunu inceleyen Fred Hoyle, yaşamın temel elementlerinden olan karbonun oluşumunu açıklamak adına bir teori geliştirdi. Hoyle’a göre uyarılmış durum olarak adlandırılan bir durumda, berilyum ve helyum atomlarının çekirdekleri belirli bir enerji düzeyinde rezonans yaparak olması gerekenden biraz fazla enerjiye sahip bir karbon atomu oluşturabilirdi. Her enerji seviyesinde varlık gösteremeyen bu rezonans durumu, barındırdığı fazla enerjiyi ise gama ışınının soğurması ile uzaklaştırarak oluşan yeni atomu temel duruma getirebilirdi. Hoyle, helyum ve berilyum çekirdeklerinin toplam enerjileri 7,3667 MeV iken bu yolla meydana gelen bir karbon atomunun -rezonans halde olacağı için- daha yüksek bir enerjiye sahip olmasını bekledi. Yapılan araştırmalar sonucundaysa rezonans hale gelen bir karbon atomu çekirdeğinin 7,6549 MeV olduğu görüldü ve Hoyle’un teorisine büyük bir kanıt ortaya çıkmış oldu.


Kararlı yapıda bir karbon üretildikten sonra oksijen daha basit bir şekilde füzyon tepkimesiyle elde edilebilir. Karbon oluşumunun aksine oksijenin uyarılmış enerji seviyesi karbon ve helyumun birleşim rezonansından yüksek değil, düşüktür. Bu rastlantısal denge, rezonans hale ihtiyaç duymayan bir tepkimeye yol açtığından karbonun çok hızlı bir şekilde oksijene dönüşümünü engeller ve yararlı bir düzen meydana getirir.


“Füzyonlarda hafif çekirdeklerden daha ağır çekirdeklere doğru bir yönelim vardır çünkü ağır bir çekirdekte parçacıkların enerjileri daha az olmaktadır.”


Doğada maddeler mümkün olan en düşük enerji seviyesini bulmaya çalışırlar. Bu ilkesel kuralın en basit örneği suyun aşağı doğru akmasıdır. Kütle çekim alanından yukarıda olan cisimlerin enerjileri de fazladır. Nükleer füzyon reaksiyonları da aynı doğal dengeye dayanır. Füzyonlarda, hafif çekirdeklerden daha ağır çekirdeklere doğru bir yönelim vardır çünkü ağır bir çekirdekte parçacıkların enerjileri daha azdır ancak bu tepkimeye engel olan yeğin nükleer kuvveti yenmek çok zordur. Bu kuvvetleri yenmek için çekirdeklerin birbirlerine yaklaşması gerekir. Bu yaklaşımsa yoğun ve yüksek sıcaklığa sahip yıldızların içinde meydana gelebilir. Demirden daha ağır çekirdeğe sahip elementlerin oluşumu içinse yıldızların oluşturduğu çekim kuvveti de yeterli olmaz ve füzyon ancak süpernova adı verilen büyük yıldız patlamalarında gerçekleşebilir. Bu yüzden yıldızın oluşturabileceği en son füzyon reaksiyon ürünü demirdir ve tepkime çevreden merkeze doğru ilerlediği için yıldızların çekirdeğini demir oluşturmaktadır.


Görsel 3: Kütle çekim ve Genişleme
Görsel 3: Kütle çekim ve Genişleme

Evrenin toplam yoğunluğu %30 iken evrendeki toplam baryonik madde miktarı incelendiğinde kritik yoğunluğun %4’üne denk geldiği hesaplanmıştır. Geriye kalan yaklaşık %26 oranındaki madde ise büyük patlamayla yayılarak uzay boşluğunda varlığını sürdüren ve bilim insanlarının henüz tam olarak açıklayamadığı kara maddedir. Evrenin yoğunluğunu kritik yoğunluğa yaklaştıran %70’lik eksik parçaysa Einstein’ın “kozmolojik sabit” adını verdiği ve uzay boşluğunun enerjisi olarak tanımladığı karanlık enerjidir.


Görsel 4: Evrendeki madde yoğunlukları (Künyesi “Ade PAR, Aghanim N, Arnaud M, Ashdown M, Aumont J, et al. Planck 2015 Results. XIII. Cosmological Parameters. A&A 2016:594;E1. 9 Haziran 2019 DOI: 10.1051/0004-6361/201629543” olan kaynaktan uyarlanmıştır.)
Görsel 4: Evrendeki madde yoğunlukları (Künyesi “Ade PAR, Aghanim N, Arnaud M, Ashdown M, Aumont J, et al. Planck 2015 Results. XIII. Cosmological Parameters. A&A 2016:594;E1. 9 Haziran 2019 DOI: 10.1051/0004-6361/201629543” olan kaynaktan uyarlanmıştır.)

Karanlık madde, evrendeki tüm maddelerin yaklaşık %85’ini oluştursa da varlığı ancak diğer maddeler üzerine yaptığı kütle çekimsel etki ile belirlenebilir ve kendileri tek başlarına elektromanyetik dalgalarla etkileşim gösteremez. Burada ise devreye kütlenin uzayı eğdiğini söyleyen genel görelilik kuramı girer. Bu kuram bir kütleye sahip olan tüm maddelerin çekim kuvveti oluşturduğunu söyler ve yapılan araştırmalar, kara maddenin ışığı saptırdığını göstererek buna bir kanıt oluşturur. Güneş gibi büyük kütleli cisimlerdeyse başka yıldızlardan gelen ışığın sapması çok daha belirgin olarak izlenebilmektedir.


Bilim; hiç durmadan gelişmeye, evreni merak etmeye ve evrenin yapısını anlamaya çalışmaya devam etmekte. Bu arayışta kara madde, kuarklar, sicim teorileri gibi birçok konu hâlâ cevaplanması gereken sorularla dolu durumda. Son 20 yıldaki gelişmelere baktığımızdaysa evrenin sınırlarını anlamaya ve “Her Şeyin Teorisi”ni bulmaya her zamankinden daha yakınız.


Kaynakça

  1. Gibbin J. Çoklu Evrenler, İstanbul, Alfa Yayınları, 2012:53-78.

  2. Bjerrum-Bohr NEJ, Donoghue JF, Holstein BR, Planté L, Vanhove P. Bending of Light in Quantum Gravity. Phys. Rev. Lett. 2015;114(6). 1 Haziran 2019 DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.061301

  3. Sancisi R, van Albada TS. Dark Matter, Observational Cosmology 1986:699-712. 1 Haziran 2019 DOI: 10.1007/978-94-009-3853-3_82

  4. Peebles PJE, Page LA, Partridge RB. Finding the Big Bang. Cambridge, Cambridge University Press, 2009:408-477. 1 Haziran 2019 DOI: 10.1017/CBO9780511626500

  5. Amendola L, Tsujikawa S. In Dark Energy: Theory and Observations. Cambridge, Cambridge University Press, 2010:109-133. 1 Haziran 2019 DOI: 10.4236/am.2013.411A2005

  6. Lidsey J. In The Bigger Bang. Cambridge, Cambridge University Press, 2002:23-31. 1 Haziran 2019 DOI: 10.1017/CBO9780511536588

  7. Gamow G, Penrose R. In Mr Tompkins in Paperback (Canto, pp. 31-43). Cambridge, Cambridge University Press, 1993:31-43. 1 Haziran 2019 DOI: 10.1017/CBO9781107295643

  8. Akarsu Ö, Bianchi Tipi Evrenlerin Kozmolojik Çözümleri, Doktora Tezi, İzmir: Ege Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2010.


Kaan Emre Yılmaz

400 görüntüleme

Son Yazılar

Hepsini Gör

Bilimin Sihri

Comments


bottom of page