PLANCK DÖNEMİ

Zamanı ve uzayı, hatta her şeyi içeren evren Büyük Patlama ile 13.7±0.2 milyar yıl önce başladı. O zamanlar için, dünyanın güneş yörüngesinde dönmesi ile oluşan "yıl" kavramı olmasa da, bugünkü zaman akışımız ya da alışkanlığımıza göre adlandırmak zorundayız. Büyük Patlamadan hemen sonraki, 10-43 saniye Planck dönemi olarak adlandırılır. Bugün doğada dört temel olarak adlandırdığımız kuvvetlerin hepsi bir arada ve henüz ayrışmamışlar. Daha çok çalkalanıp duran bir köpük olarak ele alınabilir. Sıcaklık 1032 derece. Bir denge içinde her yeri aynı sıcaklıktadır. Madde ve antimadde dengesi madde yönünde bozulur. Sıcak çorba kıvamındaki evren genişlemeye başlar.

Genişleme Dönemi: 10-37 saniye
Evren genişlemeye başlar ve hızlanarak genişlemeye (enflasyon=şişme) devam eder. Ancak, genişleme hızı zaman içinde sabit kalmaz. Evrendeki tüm madde ve enerji biçimleri, daha sonraları ortaya çıkacak olan gökadalar arasında kütleçekimi etkisi ile dışa doğru hareketi kısıtlayan bir fren işlevi görür. Genişleme hızı zamanla aşamalı olarak düşer. Bugüne oranla evren bu dönemde daha hızlı genişliyordu. Genişleme ile birlikte madde yoğunluğu da azalır. Aynı zamanda da genişleme ile evrenin ortalama sıcaklığı da azalır. Yarıçap iki katına çıktığında sıcaklık yarıya düşecektir. Burada bahsedilen genişleme, uzayın kendisindeki genişlemedir. Sıfır hacim yalnızca maddenin sonsuz yoğunlukta olduğu anlamına gelmez, aynı zamanda uzayın hiçbir şeye sıkıştırılmadığı anlamına gelir. Diğer bir ifade ile büyük patlama madde ve enerji kadar, uzayın da kökenidir. Yani, içinde büyük patlamanın olduğu bir uzay yoktur. Aynı şey zaman kavramı içinde geçerlidir. Zamanında bir başlangıcı vardır.
Bu dönemde evren çok sıcaktır. Halen çorba halindedir. Çok sıcak olduğundan madde oluşumuna izin verilmez. Yüksek enerjili fotonlar çarptıkları elektronları protonlardan uzaklaştırdıklarından ve parçacıkların birleşerek kararlı bir hidrojen atomu oluşturması engellenir. Bir atom oluşur oluşmaz hemen yok olur. Var olmaya fırsat bulamaz. Evren genişledikçe soğumaya başladı ve ardından madde oluşumuna izin çıktı. Başlangıçtaki hv=kT denklemi dönemi (her şeyin ışık veya foton olduğu dönem) giderek madde oluşumuna izin verir hale gelir ve enerji maddeye dönüşür: hv=m•c2=E. Bu denklemlerde h Planck sabiti, v frekans, k Boltzmann sabiti, T sıcaklık K, c ışığın boşluktaki hızıdır.

Büyük Birleşik Dönem: 10-35 saniye
Dört temel kuvveti bir arada tutacak enerji 1019 GeV (milyar elektron volt)tur. Enerji genişleme ile azaldıkça kuvvetlerde ayrılırlar. Evrendeki dört temel kuvvet, büyük birleşik kuvvetten her biri ayrılır: önce kütle çekim, güçlü nükleer kuvvet ayrılır. Sıcaklık 1027 derece. Kuarklar ve antikuarkların hâkim olduğu dönemdir. Gözlenebilir evrenin boyutları, 10-35 saniye ile ışık hızının çarpımı sonucu 3•10-25 cm olarak bulunu
Şişme iki katına çıkar: 10-34 saniye
Şişme bu devrede kütleçekim kuvvetine göre inanılmaz derecede güçlüdür. Bir saniyenin yüz trilyon çarpı trilyon çarpı trilyonda biri kadar bir zamanda (10-34 saniye) evren iki kat genişler. Bundan yaklaşık 100 kat zaman sonra evren bir ışık yılına varacak büyüklükte bir ufuk oluşturacak şekilde büyüyecektir.

Sonraki kaderin belli olması: 10-32 saniye
Evrenin temel yapısı ve fiziksel içerikleri bu süre sonunda tamamlanmış süreçlerle belirlenir. Bundan sonrasının maddesel kaderi artık belli olmuştur.
Elektrozayıf dönem: 10-12 saniye
Elektrozayıf kuvvet, zayıf ve elektromanyetik kuvvete ayrılır. Yaklaşık 19.yüzyıla kadar elektrik ve manyetik alanın farklı şeyler olduğu düşünülüyordu. Günümüzde elektromanyetik ve zayıf çekirdek kuvvetlerin tek bir elektrozayıf kuvvet oluşturdukları bilinmektedir. Evrenin başlangıç aşamasındaki bu zamanda her iki kuvvet birbirinden ayrıldı.

Hadron dönemi: 10-6 saniye
Hadronlar atom altı parçacıklardır ve güçlü nükleer kuvvete maruz kalırlar. Kuark ve antikuarklardan oluşurlar. Aracı olan gluonlarla bir arada kalır, birbirlerine yapışır gibi dururlar. Bu dönemde baryonlarla, karşıt baryonlar ufak bir farkla hemen hemen eşit miktardadır. Baryonlar ve karşıt baryonlar birbirlerini yok etmekte ve çok yüksek enerjili gamma fotonları da maddeleşerek "baryon" "karşıt-baryon" oluşturmaktadır.
Lepton dönemi: 1 saniye
Bu çağ pi-mezonlarını bozunması ile başlar. Evrenin yaşı 10 saniye mertebesine ulaşınca elektron ve pozitronların birbirlerini yok. Lepton çağı sonunda serbest nötronlar ve protonlar eşit sayıda bulunur. Nötron ve protonlar birleşirler. Hidrojen, helyum, lityum ve döteryum çekirdekleri oluşur.
Nükleosentez dönemi: 3 dakika
Nükleer aktivite için evren artık çok soğumuştur. Sıcaklık 109 derece. İlk atom çekirdekleri kararlı olarak oluşmaya başladı. Evrenin %75'i hidrojen, %25'i helyum ve eser miktarda döteryum, lityum, berilyum ve borondan oluşur. Ağır elementler henüz oluşmamıştır. Evrenin bundan sonra nasıl davranacağı konusunda tüm fiziksel kanunların nasıl seyredeceği bir bakıma belirlidir.
İlk 13.8 dakika
Helyum ve trityum çekirdekleri ağırlıklı olarak ortamı doldururlar
İlk 1000 yıl
Evrenin ortalama sıcaklığı 18 K. Ön galaksiler ve kuarsarlar ortaya çıkar
Deiyonizasyon dönemi: 379,000 yıl sonra
Sıcaklık 6-10 bin derece. Madde ve enerjinin tam olarak ayrılması Başlangıçtaki hızlı genişleme ile ışık enerjisi (fotonlar) zayıflar ve madde yoğunluğu artmaya başlar. Bu dönem genellikle büyük patlamanın sonu olarak kabul edilir. Teleskopların zamanda geriye baktığı düşünüldüğünde, bu noktadan geriyi görebilmesi imkânsızdır. Bu noktadan geride atomların var olabilmesi için evren çok çok sıcaktır. Madde iyonlar halinde bulunur. Bu iyonlar, evrenin opak bir ışık olarak görünümüne neden olurlar. Yeterli atom oluştuğunda (soğuma ile) elektronlar ve çekirdekler atomları oluşturur. Atomlardaki elektronlar yalnızca belli dalga boyunda fotonları emerler. Bu dalga boyu dışında kalanlar emilmezler. Evren bu nedenle birçok dalga boyu için saydamdır. Bu nedenle deiyonizasyon döneminden önceki dönemin fotoğrafı çekilemez. Bu döneme ait kozmik mikrodalga fon ışıması, evrenin her yanından tek biçimli olarak kaydedilebilir.
Galaksi ve yıldız oluşumu: 100,000,000-1,000,000,000 yıl sonra
İlk olgun galaksiler ve kuarsarlar ortaya çıkar. Hidrojen çekirdeklerinin reiyonizasyonu oluşur. Bu dönemde "bir sinekten daha basit olan yıldızlar" oluşur. Bu yıldızların büyük kütleli olanları, hızla yakıtlarını tüketerek ağır elementleri oluştururlar.
Şimdiki Zaman

Doç. Dr. Sultan Tarlacı tarafından yazıldı. 
Evrenin sıcaklığı ya da kozmik arka plan ısısı 2.72 K kadardır. Evren genişledikçe bu ışınım gücü azalacak ve yüz milyar yıl sonra yaklaşık 1 K olacaktır. Büyük patlamadan 10-35 saniye sonra evrenin genişliği iki katına çıktı. Bugün ise evrenin boyutu 1026 kat artmıştır. Şu andan itibaren ise iki kat genişleme için gereken zaman 3•1017 saniye, yani 10 milyar yıldır. Genişlemenin doruk noktasında sıcaklık iyice azalarak dibe vuracaktır.

Evrenin bu geniş ölçekli yaşına rağmen, Dünya denilen gezegende yaşayan insan türü, ortalama 70 yıl olan yaşamını daha çok ölüm ve kan üzerine kurmakta. Enerji kaynakları, topraklar elde etmek için birbirlerini öldürmeye çalışmaktalar.
Evrenimizin sonsuza kadar genişleyeceğini ya da bir süre sonra kendi üzerine çökeceğini anlamamızı sağlayacak olan bilgi evrenin kütlesel yoğunluğunun ne kadar olduğunu bilmektir. Genişleyen bir evrende herhangi iki nokta arasındaki uzaklık sürekli olarak artar. Evren-uzay üç boyutlu olduğundan, hacimde artışa neden olur. Evren genişlerken birim hacimdeki yoğunluk azalır. Buna göre, evren 2 kat genişlediğinde yoğunluk 8 kat azalır (23=8).
Evrenin genişlemesi, kinetik itici enerji ve potansiyel durdurucu enerjiler arasındaki denge ile sağlanır. Genişleyen evrende, madden oluşan cisimlerin kütle çekimi genişlemeyi yavaşlatır, frenler. Kinetik enerji üstün gelirse evren sonsuza kadar genişlemeye devam edecektir. Potansiyel enerji üstün gelirse evren tekrar geriye çökmeye başlayacaktır. Omega (W) yoğunluk ölçütü, gerçek evren yoğunluğunun kritik yoğunluğa bölünmesi ile elde edilen bir değerdir. Eğer günümüzdeki yoğunluk kritik yoğunluktan küçükse (W<1) evren sonsuza kadar genişleyecektir. Yıldızlar sönecek ve soğuk bir evrenle sonsuz zamanda ölü olarak devam edecektir. Eğer büyükse (W>1) evren eninde sonunda, başlangıçta genişlemesinin tam tersi şekilde çökmeye mahkûm olacaktır. Bu çökme sırasında, büyük patlamadan beri yaşanan aşamalı seyir tam tersine dönecek ve evren başlangıçtaki tekilliğine ve muazzam sıcaklığıyla son bulacaktır.
Evrenin başlangıcını oluşturan büyük patlama gördüğümüz pek çok maddenin kaynağı olmasının yanı sıra, aynı zamanda göremediğimiz maddenin de kaynağıdır. Gördüğümüz madde gerçekte var olması gerekenden çok azdır. Evrendeki tüm nesneler ışık yayan parlaklıkta ve görünür değildir. Buna en güzel örnek maddenin düşünülebilecek en karanlık hali olan kara deliklerdir. Kara delikler doğrudan gözlenemezse de dolaylı yöntemlerle varlıkları ortaya konulabilir. Bunun yanında zamanla sönükleşmiş ve ışığını kaybetmiş yıldızlarda bizim göremediğimiz evrensel maddeler arasındadır. Bütün bunlara ilave olarak karanlık madde denilen ayrı bir madde türü de vardır. Yıldızların bir araya gelmelerinden oluşan gökadaların hareketini etkileyen bol miktarda karanlık maddenin var olduğu anlaşılmaktadır. Gökadalar köpük ya da dev tabakalar şeklinde yayılmışlardır. Böyle kümeli ve köpüksü yapıyı oluşturabilecek olan, büyük patlama ile beraber ortaya çıkmış olan parlak olmayan ve görünmeyen karanlık maddenin etkisidir. Normalde eğer gökadalar sadece bildiğimiz maddeden yapılmış olsalardı, gökada diskinin kenarındaki yıldızlar, merkeze yakın yıldızlara göre çok daha yavaş hareket etmelidirler. Ama gözlemler bununla çelişmektedir. Diskin her tarafındaki yıldızlar yaklaşık olarak aynı hızda hareket ederler. Bunu sağlayabilecek olan göremediğimiz gökada dış kısmında bulunan karanlık maddedir. Yine gökadalar karanlık madde olmadan, şu an ölçülen hızlarda hareket ederseler çözünüp dağılırlardı. Bu nedenle galaksileri dağılmadan bir arada kalabilmelerini için %80'inin karanlık madde biçiminde olması gerektiği düşünülmektedir. Evrendeki karanlık madde miktarının ne kadar olduğu tartışmalıdır. Bilinen bir gerçek, karanlık maddenin evrenin önemli bir kısmını oluşturduğudur. Bu oran %70 karanlık madde olabileceği yönündedir. Karanlık maddenin miktarı, evrenin genişlemesini durduracak kadar karanlık maddenin var olup olmaması açısından önemlidir.

Büyük patlama ile evren önce hızlı bir genişleme dönemi geçirmiş ve ardından yavaşlama dönemine girmişti. 6 milyar yıl önce karanlık madde etkisi ile tekrar hızlanarak genişlemeye başladı. Normal madde kütle çekimi ile birbirini çekme ve bir arada tutmaya eğilim gösterirken, karanlık madde itici etki yapar, birbirinden uzaklaştırır. Evrenin her santimetre küpü başına düşen karanlık madde miktarı, evrenin genişlemesine rağmen sabit kalmaktadır ya da çok az değişmektedir. Eğer karanlık madde miktarı artacak olursa, atomlardan galaksilere kadar her şey birbirinden sonsuza kadar uzaklaşacaktır.

Karanlık maddeyi doğrudan göremezsek de, dolaylı çekim etkilerini görerek varlığını ortaya koyabiliriz. Evrenin genişlemesi, galaksilerin birbirine çekim kuvveti uygulaması nedeniyle yavaşlaması gerekirken, 1998 yılında yapılan gözlemlerle, uzak galaksilerin hızlanarak bizden uzaklaştığı tespit edildi. Bu hızlanmayı açıklamanın en mantıklı yolu "karanlık enerji"nin varlığıdır. Bu enerji uzayın her birimine hemen hemen eşit oranda dağılır. Bu dengeli dağılım, yalnızca evrenin genişleme oranını değil uzayın kendi eğriliğini de etkiler. Evren genişledikçe, içindeki maddenin yoğunluğu azalır. Madde içeriği azalınca "boşluk/vakum enerjisi" içerir hale gelir. Boşluk enerjisinin etkisi genişlemenin hızlanmasına katkıda bulunur. Genişleme ile boşluk enerjisi uzayın her biriminde aynı kalır. Gelecekte, evrensel genişleme ile daha fazla uzay oluşacak ve boşluk enerjisi evrende en baskın enerji olacaktır.

Şu anda görünür evrendeki madde miktarı, evrenin çökmesini engelleyecek düzeyin çok çok altındadır. Ancak evrendeki büyük orandaki maddenin "görünmeyen" karanlık madde olduğu yönünde birçok kanıtlar vardır. Yani, evrende "kayıp bir madde" vardır. Bunun yanında evrenin kaderini tahmin etmenin bir yolu da "geometrisini gözlemlemek"tir. Evrenin ortalama eğrilik durumu ortalama yoğunluğu ile yakından ilişkilidir. Yüksek yoğunlukta evrenin bir balon gibi pozitif eğriliği varken, düşük yoğunluklu evrenin eyer gibi yapısı vardır. Buna göre, evrenin geometrisi, pozitif (bir kürenin yüzeyi), düz (yüzey) ve negatif (eyer biçimli ya da hiperbolik) şeklinde olabilir. Bunlardan küresel pozitif geometrik evrende kütleçekimsel potansiyel enerji kinetikten üstün gelirken, düz evrende toplam enerji sıfırdır (kinetik ve potansiyel enerjiler birbirini dengeler). Negatif eğrilikte ise genişlemenin itici kinetik enerjisi üstün gelir. Pozitif eğriliği olan küresel bir evrende, kütle çekimsel potansiyel enerji üstün geleceğinden kendi üzerine çökecektir. 

Doç. Dr. Sultan Ketenci