Büyük Patlama'dan önce ne oldu?

Evrenin oluşma aşaması incelenirken iki temel dönem var: Önce evren genişledi ve ardından patladı. Bu iki dönem arasındaki bağlantının çözülmesi ile beraber, evrenin sırrı da çözülmüş olabilir...
Bir sanatçının Büyük Patlama tasviri. (Görsel: NASA Goddard Uzay Uçuş Merkezi / CI Laboratuarı)

Tim Childers

Evrenimizin nasıl ortaya çıktığına dair hikâyemizde bir boşluk var. İlk olarak, evren bir balon gibi hızla şişti, sonra her şey patladı. Ancak, bu iki dönemin birbiriyle bağlantısı, fizikçiler tarafından çözülemiyordu. Şimdi, yeni bir çalışma iki dönemi birbirine bağlamanın bir yolunu sunuyor.

İlk dönemde, evren, saniyenin bir trilyonda birinden daha kısa bir zamanda, neredeyse sonsuz derecede küçük bir noktadan yaklaşık bir oktilyon (yani bir ve ardından 27 sıfır) kat büyüklüğe ulaştı. Bu enflasyon (genişleme/şişme) dönemini, Büyük Patlama adıyla bildiğimiz daha çok aşamalı ve şiddetli bir genişleme dönemi izledi. Büyük Patlama sırasında -protonlar, nötronlar ve elektronlar gibi- temel parçacıklardan oluşan inanılmaz derecede sıcak bir ateş topu, bugün gördüğümüz atomları, yıldızları ve galaksileri oluşturmak için genişledi ve soğudu.

İKİ FARKLI AŞAMA BİRBİRİNE NASIL BAĞLANDI?

Kozmik Enflasyon’u tanımlayan Büyük Patlama teorisi, evrenimizin nasıl başladığına dair desteklenen en yaygın açıklama olmaya devam ediyor; fakat bilim insanları bu tamamen farklı genişleme dönemlerinin nasıl ilişkilendiğine hâlâ şaşırıyorlar. Kenyon College, Massachusetts Institute of Technology (MIT) ve Hollanda’daki Leiden Üniversitesi’ndeki bilim insanlarından oluşan bir araştırma ekibi, bu kozmik bilmeceyi çözmek amacıyla, Kozmik Enflasyon ve Büyük Patlama arasında yaşanan ve ‘yeniden ısıtma’ diye adlandırılan bir dönemdeki kritik geçiş aşamasını bilgisayar ortamında canlandırdı.

MIT’de fizik profesörü olan David Kaiser, yaptığı açıklamada, “Enflasyon sonrası ‘yeniden ısıtma’ dönemi, Büyük Patlama’nın koşullarını oluşturuyor ve bir anlamda ‘patlamayı’ büyük patlamadaki yerine oturtuyor” diyor. “Bu, tüm cehennemin dağıldığı ve maddenin basit bir şekilde davrandığı bir geçiş dönemi” diyerek devam ediyor.

Evren, Kozmik Enflasyon sırasında bir saniyelik bir süre içinde genişlediğinde, mevcut olan tüm madde yayıldı ve evreni Büyük Patlama’yı ateşlemek için gereken sıcak parçacık çorbasından yoksun, soğuk ve boş bir yer olarak bıraktı. Illinois Üniversitesi’nde fizik alanında doktora öğrencisi ve çalışmanın başyazarı olan Rachel Nguyen’in aktardığı kadarıyla, yeniden ısıtma döneminde ‘enerji itici enflasyonun’ parçacıklara dönüştüğüne inanılıyor.

Nguyen, Live Science dergisine verdiği demeçte, “Bu parçacıklar bir kez oluştuktan sonra etrafta sıçrar ve birbirlerine çarparlar, bu esnada birbirlerine ivme ve enerji aktarırlar. Ve bu, Büyük Patlama’nın başlangıç koşullarını hazırlamak için evreni ısı dengesine kavuşturan ve yeniden ısıtan şeydir” diyor.

Nguyen ve meslektaşları, oluşturdukları bilgisayar modellerinde, ‘enflasyon’ olarak adlandırılan egzotik madde biçimlerinin davranışını yeniden canlandırdılar. Bilim insanları, doğada Higgs bozonuna benzer olan bu varsayımsal parçacıkların, Kozmik Enflasyon’u yönlendiren enerji alanını yarattığını düşünüyorlar. Oluşturdukları model, doğru koşullar altında enflasyon enerjisinin, evreni yeniden ısıtmak için gereken parçacıkların çeşitliliğini yaratmak noktasında, verimli bir şekilde yeniden dağıtılabileceğini gösterdi. Elde ettikleri sonuçları 24 Ekim’de Physical Review Letters dergisinde yayınladılar.

YÜKSEK ENERJİLİ FİZİK İÇİN YENİ BİR POTA

Ohio’da bulunan Kenyon Koleji’nde fizik profesörü ve çalışmanın ortak yazarı olan Tom Giblin, “Erken evreni incelerken aslında yaptığımız şey aşırı yüksek sıcaklıklarda gerçekleşen bir parçacık deneyi” diyor. “Soğuk enflasyonist dönemden sıcak döneme geçişin, hangi parçacıkların gerçekten bu son derece yüksek enerjilerde var olduğuna ilişkin önemli kanıtlar barındırması gerekiyor.”

Fizikçileri rahatsız eden temel sorulardan biri, kütle çekiminin enflasyon sırasında var olan aşırı enerjili bir ortamda nasıl davrandığı. Albert Einstein’ın Genel Görelilik teorisinde, tüm maddelerin kütle çekiminden aynı şekilde etkilendiğine inanılır; burada, kütle çekimi kuvveti bir parçacığın enerjisinden bağımsız olarak sabittir. Bununla birlikte, kuantum mekaniğinin garip dünyası nedeniyle, bilim insanları, çok yüksek enerjilerde maddenin kütle çekimine farklı biçimde tepki verdiğini düşünüyorlar.

Araştırma ekibi, parçacıkların kütle çekimiyle ne düzeyde güçlü bir etkileşime girdiğine ilişkin bu varsayımı da oluşturdukları modele dahil etti. Kütle çekiminin gücünü ne kadar artırırlarsa, enflasyonun, Büyük Patlama sırasında var olan sıcak madde parçacıklarından oluşan kozmik ‘hayvanat bahçesini’ meydan getirmek için daha verimli bir şekilde enerji aktardığını keşfettiler.

Artık, modellerini desteklemek için evrende bir yerlerde bulunan kanıtlara ulaşmaları gerekiyor.

Giblin, Live Science dergisine verdiği demeçte, “Evren çok karmaşık yollarla gizlenmiş birçok sır barındırıyor” diyor. “Bizim işimiz, evrenden bilgi edinmenin bir yolu olarak bir şifre çözme cihazıyla gerçekliğin doğasını öğrenmek. Evrenin neye benzemesi gerektiği hususunda tahminler yürütmek için simülasyonlar (bilgisayar canlandırmaları) kullanıyoruz; bu sayede onu gerçekten de çözmeye başlayabiliriz. Bu ‘yeniden ısıtma’ dönemi evrende bir yerlerde bir iz bırakmış olmalı. Yapmamız gereken şey onu bulmak” ifadelerini kullanıyor.

Buna karşın, bu izi bulmak güç olabilir. Evrene dair tespit edebildiğimiz ilk izlenim, Büyük Patlama’dan birkaç yüz bin yıl sonra ortaya çıkan ve ‘kozmik mikrodalga arka plan’ (SPK) olarak adlandırılan bir radyasyon kabarcığından ibaret. Ve maalesef SPK yalnızca doğumun ilk kritik saniyelerindeki evrenin durumuna ilişkin ipuçları sunuyor. Giblin gibi fizikçiler, gelecekte kütle çekimsel dalgalar hakkında yapılacak gözlemlerin yeni ipuçları sağlamasını umuyorlar.

Yazının aslı Live Science sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)