Nurdanhaber- Prof. Dr. Zeki EKER

KÂİNATIN İLK YARATILIŞI ve YARATILAN İLK MADDE HEYÛLÂ

Bugün genişleyen bir kâinat içindeysek, bu genişlemenin bir başlangıcı ve bu başlangıcı tetikleyecek bir patlama olmalıdır. Bu yüzden “Büyük Patlama” özenle seçilmiş, kâinatın yaratılma anını iyi anlatan bir kelime gibi görünüyor. Ancak bu patlamayı bir bomba patlaması gibi düşünmek hatadır. Öncelikle patlama görüntüsü ve sesi yoktur. Patlamadan sonra bomba parcacıkları uzay içinde patlama noktasından uzaklaşırlar. Oysa, “Büyük Patlama” ile anlatılmak istenen bu değildir. Anlatılmak istenen sıfır anında kâinatın birden bire her yöne doğru büyük bir hızla genişlemeye başlamasıdır.

Teoriye göre yaratılma anında kâinatın sıcaklığı, yoğunluğu ve basıncı sonsuzdur. Kâinatın şimdiki durumundan geçmişine doğru giderseniz, daha yoğun olduğu zamanlarına gidersiniz. İçindeki maddesi azalmadan bir hacmi sıkıştırırsanız yoğunluğu artar. Sıkışmayla birlikte basıncı ve sıcaklığı da artar. El pompasıyla bisiklet lastiği şişirenler bilirler ki pompa ısınır. Pompayı ısıtan havanın sıkışmasıdır. Geçmişine doğru kâinatın sıkışması; böylece sıcaklık, basınç ve yoğunlunun artması astronomik gözlemlerin kaçınılmaz bir sonucudur. Ancak sıkışmanın nerede duracağı belli değildir. Bu yüzden ısınmanın üst limiti yoktur. Kısaca sıfır anında kâinatın sıcaklığı, yoğunluğu ve basıncı sonsuzdur denir. Böylesi bir duruma fizikçiler tekillik adını vermiştir.

Tekillik durumunda fizik yasaları çalışmaz. Sanki, kâinatın başlangıç koşulları bilinemez bir sır olarak saklanmış gibidir. Dolayısıyla, kâinatın geçmişini öğrenmek isteyen kozmologların günümüzden başlayıp, zamanda geriye doğru adım adım araştırmaktan başka çareleri yoktur.

Sıcaklık artarsa, belli bir sıcaklığın üstünda katı madde kalmaz, erir. Sıcaklığın artmasıyla bir noktadan sonra erimiş maddenin, kaynaması, gaz haline geçmesi kaçınılmazdır. Zamanda geriye doğru gittikçe, sıcaklığın daha da artmasıyla, gaz da gaz olarak kalmaz, gazı oluşturan moleküller parçalanmaya, atomlar elektronlarını kaybetmeye başlarlar. Gaz elektron ve atom çekirdeklerinden oluşan bir plazma haline gelir. Bir vakit sonra artan sıcaklık ve yoğunluk nedeniyle atom çekirdekleri de özelliklerini koruyamaz; madde proton, nötron ve elektronlarına, hatta daha alt düzey diğer atom altı parçacıklara bölünürler.

Yüksek enerji fiziği kâinatın ilkel şartlarını Büyük Patlamadan 10^-43 saniye (1 bölü birin yanında kırküç sıfır olan sayı) sonrasına kadar götürebilmektedir. Bu andan önce, fizik yasalar bilinemediği için bilimsel bilgiye ulaşmak mümkün değildir. Ancak spekülasyonlar vardır. Patlama anı ile ilgili bilimsel bilgilere set çekilmiş gibidir. Söylenenleri özetlemek gerekirse; bu andan önce gravitasyon kuvvetinin kuantalaşması ve uzay-zamanın dört değil, çok fazla sayıda boyut ile var olduğudur. Biz bu yazımızda bu andan sonra kainatin ilk maddesinin (heyula) yaratılmasına kadar neler olduğunu anlatacağız.

Büyük patlamadan 10^-35 saniye sonrası büyük birleşmenin (grand unificatiıon)¹ sona erdiği noktadır. Kainatın sıcaklığı 10³² Kelvin dereceye düşmüş, evren hızla genişlemektedir. Bu andan sonra, güçlü çekirdek kuvveti, zayıf kuvvetten ayrılır, bu ayrılma evrende 10^-32 saniye süren enflasyon dönemi olarak adlandırılan, evrendeki boyutların 10⁵⁰ kat (1 in yanında elli sıfır olan sayı) büyüdüğü bir döneme girilmesini tetiklemiştir. Kozmologlar böylesi bir enflasyonun (şişmenin) varlığını kâinatta bugün gözlenen düzlüğe bağlamaktadır. Enflasyon dönemi olmasaydı, bugün içinde yaşadığımız evren bu kadar düz olmayacaktı diyorlar². Ayrıca, böylesi bir enflasyon, kozmologların evrende var olan baryonik maddeyi³ açıklayabilmeleri kadar, Büyük Patlamadan kalan fosil ışınım olarak bilinen, evrenin şimdi 2.7 K derece sıcak olduğunu belirten, kozmik mikrodalga zemin (KMZ) ışınımının neden izotropik olduğunu açıklayabilmeleri için de gereklidir.

Enflasyondan önce, kâinattaki kuark, anti kuark ve foton sayıları eşittir. Günümüzün kozmologlarına göre, enflasyon olmasaydı, kâinattaki parçacıklar ve anti-parçacıklar birbirlerini yok edecek ve bugünkü kâinatta madde olmayacaktı. Bu yüzden enflasyon kâinat için bir faz geçişi gibidir, çünkü Heisenberg belirsizliğine göre kuantum durumlarında mikro ölçekte asimetri var olabilir. Enflasyon öncesi bu mikro asimetri, enflasyon sonrası makro asimetriye dönüşmüştür ki, kâinattaki parçacıkların saysının anti-parçacıkların sayısından büyük olmasıyla neticelenmiştir. Günümüzde, fotonların kuarklardan yapılmış baryonlara oranı 10^9-10 mertebesinde olması, enflasyondan sonra günümüze kadar parçacık-antiparçacık yok oluşu işleminden geriye kalanın kabaca bir milyar kuark içinde sadece bir kuark olduğunu göstermektedir. Enflasyondan sonra evrende fotonlar, kuarklar, anti kuarklar ve renkli gluonlar vardır. Enerji yoğunluğu ve sıcaklık yüzünden, bu zamanda, fotonlar da kararlı değildir, bu yüzden henüz elementlerden en basit olanı, hidrojen bile yoktur.

Kâinatın yaşı 10^-12 saniye olduğunda, zayıf çekirdek kuvveti ile elektro-manyetik kuvvet ayrıldı. Bu andan sonra, fizikte bilinen dört temek kuvvet bağımsız olarak davranmaya başladı. Parçacık-antiparçacık çarpışmaları sonrasında yok olmadan varlığını sürdürebilen kuarklar proton ve nötronları oluşturacak şekilde yoğunlaştılar.

Kâinat 1 saniye yaşına geldiğinde füzyon tepkimeleri ile döteryum⁴ üretmeye yetecek kadar proton üretilmişti. Döteryumun üretilmesi, periyodik tablodaki helyum ve daha ağır elementlerin üretilmesine doğru atılacak ilk adımdır. Proton yoğunluğu⁵ ve kinetik enerjileri füzyon tepkimeleri için çok elverişli olmasına rağmen, bu zamandaki füzyon tepkimeleri verimsizdir, çünkü kâinat hâlâ çok sıcaktır (10¹⁰ K, on milyar Kelvin) bu yüzden yüksek enerjili gama ışını fotonlarının sayısı çok fazladır. Bu yüksek enerjili fotonlar ortaya çıkan döteryumun füzyon tepkimeleri ile helyum ve helyum izotopu haline gelmesine fırsat vermiyor, fotoayrıştırma⁶ olarak bilinen süreçle sentezlenen yeni çekirdekler bu yüksek enerjili fotonlar yüzünden hemen bozuluyordu.

Kâinat 10² saniye (1.66 dakika) yaşına geldiğinde, sıcaklığı 10⁹ K dereceye (1 milyar Kelvin) düştü. Bu sıcaklık azalması nedeni ile, sentezlenen çekirdekleri parçalayan enerjik fotonların sayısı azaldı ve füzyon tepkimelerinin verimi artmaya başladı. Hidrojen ve helyumun mümkün olan tüm izotopları sentezlendi, ancak şişe ağzı⁷ daha ağır elementlerin oluşumunu engelliyordu. Süreci engelleyen bir zorluk, şişe ağzı, ortaya çıkıyordu çünkü, periyodik tabloda atom numarası 5 ile 8 arasında kararlı element yoktur. Sentezlenen bu çekirdekler, devam etmiyor, kararsızlıkları yüzünden bozuluyordu. Kozmik sentezleme süreci sadece 15 dakika sürdü. Füzyon tepkimeleri böylesi kısa bir süre sonunda durmak zorundaydı çünkü, genişleyen kâinatta yoğunluk ve sıcaklık hızla düşüyor, buna paralel parçacıkların kinetik enerjileri azalıyor, bunun sonucu artı yüklü parçacıklar Coulomb engelini (artı yüklerin birbirini itmesi) artık aşamaz hale geliyordu. Kâinat 10³ saniye (16.66 dakika) yaşına geldiğinde kozmik nükleosentez tamamen durdu. Yok denecek kadar çok az sayıda (her 10 milyar Hidrojen çekirdeği yanında yaklaşık 1 tane) lityum ve berilyum dışında hiçbir ağır element yaratılmadı. Kozmik nükleosentez sonrası kâinatta %25 oranında helyum çekirdeği vardı. Geriye kalan %75 oranında proton yani hidrojen çekirdeğidir. Kâinatın ilkel maddesi %75 hidrojen, %25 helyum ve ihmal edilebilir düzeyde döteryum ve helyum izotopu (her 10 bin Hidrojen yanında bir tane) ve daha az yani yok denecek kadar lityum ve berilyum.

Kozmik nükleosentez durduğunda (ilk 15 – 20 dakika sonunda) bugünkü kâinatın ilkel maddesi heyula yaratılmış oldu. Bu anda kâinatın sıcaklığı 300 Milyon Kelvin dereceydi. İlkel madde gaz formunda, çoğunluk hidrojen çekirdekleri olmak üzere, helyum çekirdekleri, serbest elektronlar ve foton karışımından ortaya çıkmış bir maddedir. Henüz günlük hayatta kullandığımız, periyodik tabloda sınıflandırdığımız elementlerin ilk ikisi hariç hiç birisi yoktur. O ilk ikisi de elektronlarını kaybetmiş, iyonize durumda, uzayda serbest dolaşan hidrojen ve helyum çekirdekleri formundaydılar. Çok az sayıda helyum izotopu, lityum ve berilyum çekirdekleri ve izotopları vardıysa da hidrojen ve helyum çekirdeklerinin sayısı yanında sayıca yok denecek kadar azdır. Periyodik tabloda listelenen nötr hidrojen, ve nötr helyum atomlarının ortaya çıkabilmesi için kâinatın genişleme sebebiyle sıcaklığının 3000 Kelvin derecelere düşmesi gerekmektedir. Modern kozmolojiye göre sıcaklığının 3000 K dereceye düşmesi için Kainat kozmik nükleosentezin durmasından sonra 30 milyon yıl (10¹⁵ saniye) daha beklemesi gerekiyordu. Sıcaklığın düşmesi elektronların pozitif yükler (protonlar ve helyum çekirdekleri) tarafından yakalanmasına imkan sağladı. Böylece bugünkü Galaksi ve yıldızların ilk hamuru (heyula) olan madde, naturel (iyonlaşmamış) gaz teşekkül etmeye başladı. Kâinat 300 Milyon yıl (10¹⁶ saniye) yaşına geldiğinde, artık ilk yıldızlar ve galaksilerin yaratılma evresi başlamıştır. İlkel yıldızlar ilkel madde heyuladan, ilkel galaksiler de ilkel yıldızlardan yaratılmışlardır.

Aslında, esir ve Heyula kavramları modern bilimde terk edilmiştir. Sadece, bugünkü maddeden farklı, onun ilkel formu olması bakımından Büyük Patlama teorisine göre kozmik nükleosentez olarak adlandırılın bir olay sonucu kainatta yaratılan ilk maddeye heyula benzetmesi yapılmıştır. Heyula, Türkiye Diyanet Vakfı (TDV) İslam Ansiklopedisinde “Âlemin ilk maddesi anlamında felsefe ve kelam terimi”⁸ diye tarif edilmektedir. Madem etrafımızdaki maddeler yani evler, arabalar, patatesler, laleler, kuşlar, krallar, aylar, güneşler, galaksiler, kısaca proton, elektron ve nötronlardan teşekkül etmiş herşey, gelecek yazılarımda anlatılacağı gibi, heyula maddesinin yıldız içlerinde ve diğer astrofiziksl süreçlerle işlenip, periodik tablodaki elementlerin uygun oranda yaratılmasından sonra şekillenmiştir. Bu yüzden, yaratılışın ilk maddesi anlamında, “heyula” kelimesinin bu yazıda kullanılması, tarihsel açıdan modern bilimden önceki yaratılış tartışmalarını da hatırlatması, geçmişle bağın tekrar tesis edilebilmesine imkan tanıması bakımından tercih edilmiştir.

İnsanın yaratılmasına kadar varacak olan modern bilimin modern miti olan yaratılış yap-boz tablosunun detaylarına devam etmeden önce, bir sonraki yazımızda “MODERN BİLİM, HEYULA VE ESİR” başlığı altında esir ve heyula kavramlarının nasıl veya neden ortaya çıktığı, ve modern bilimde neden terkedildikleri anlatılacaktır.

Galaksi cehenneminde bir küçük cennet

Prof.Dr. Zeki EKER

Akdeniz Üniv. Fen Fakültesi.

Uzay Bilimleri ve Teknolojileri Bölümü

Antalya