Hem atomların hem de galaksilerin kökenine mantıklı bir açıklama getiren Büyük Patlama, her şeyin nihai kuramı.
Büyük Patlama kuramı basit bir önermeden yola çıkıyor: Eğer evren genişliyor ve soğuyorsa (Edwin Hubble ve arkadaşları tarafından 20. yüzyıl başında kanıtlandı.) bir zamanlar küçük ve çok sıcak olmuş olmalıydı. Buradan sonrasıysa basit olmaktan çıkıp müthiş bir karmaşıklığa gidiyor.
Büyük Patlama kuramı insan düşüncesinin tarihinde şimdiye dek çok büyük (astrofizik) ve çok küçük (kuantum fiziği) şeylere ilişkin öğrendiğimiz her şeyin toplamından başka bir şey değil. Kozmologlar, yani evrenin kökenini ve evrimini araştıran bilim insanları bundan 13,7 milyar yıl önce boşluktan bir baloncuğun oluştuğu kuramını savunuyor.
Tek bir protondan çok daha küçük olan bu baloncuk şu anki evrenimizde var olan tüm maddeyi ve radyasyonu içeriyordu. Gizemli bir harici kuvvetin etkisiyle baloncuk bir anda 1.027 mertebedeki(101027 kat) genişledi (Patlamadı!) ve böylece bildiğimiz haliyle yıldızların, galaksilerin ve yaşamın ortaya çıktığı bir kozmik domino etkisini tetikledi.
Planck Dönemi
Planck dönemi evrenin mutlak başlangıcıyla 10 üzeri -43 saniye (Sayıyorsanız bir yoktosaniyenin 10 trilyonda biri.) arasındaki akıl almaz derecede kısa süreyi anlatıyor. Bir anın bu küçücük kısmında evren sonsuz bir yoğunluktan “Planck yoğunluğu” denilen (1093 g/cm3) ve 100 milyar galaksinin bir atomun çekirdeğine sıkıştırılmış hali olan yoğunluğa geçti.
Planck yoğunluğunun ötesinde Genel Görelilik kuralları geçerli olmadığından zamanın başlangıcı hala bizler için büyük bir gizem.
Parçacık Çorbası
Isıyı yeterince yükseltirseniz her şey erir. Evren 10 üzeri eksi 32 saniye yaşındayken 1.000 trilyon kere trilyon derece sıcaklıktaydı. Bu akıl almaz sıcaklıkta maddenin en küçük yapıtaşları olan kuarklar, antikuarklar,leptonlar ve leptonlar adına kuark-gluon plazması denen parçacık çorbasında serbestçe yüzüyordu. Gluon, baskın kuvveti taşıyan görünmez “yapıştırıcı” ve kuarkları protonlarla nötronlara bağlıyor.
Işık Olsun
Erken evrenin ilkel çorbası, parçacık ve anti parçacık çiftlerinden oluşuyordu (çoğunlukla kuarklar, antikuarklar, leptonlar ve anti leptonlar). Bu ultra sıcak, aşırı yüklü ortamı ilk süper parçacık çarpıştırıcı olarak düşünebilirsiniz. Parçacıklar ve anti parçacıklar “yok oluş” denilen süreçte çarpışarak foton huzmeleri (ışık radyasyonu) oluşturdu.
Daha çok parçacık çarpıştıkça daha fazla ışık üretildi. Bu fotonlardan bazılar parçacığa dönüştü ama evren nihayet atomların kararlı hal alabileceği kadar soğuyunca boştaki fotonlar serbest kaldı. Bunun net etkisi, gözlemlenebilir evrenin maddenin bir milyar katı ışık içermesi.
X Bozonları
Zamanın başlangıcından 10 üzeri eksi 39 saniye sonra tuhaf bir şey oldu. Evren, X bozonu denen ve protonlardan 1.015 kat daha büyük kütleli, devasa parçacıklar üretti. X bozonları ne maddeydi ne de antimadde. Sadece Büyük Birleşik Kuvvet’i; yani bugün mevcut olan elektromanyetik, zayıf ve baskın kuvvetlerin bir bileşimini taşıyorlardı.
Büyük Birleşik Kuvvet evrenin erken dönemdeki gelişiminin itici gücüydü ama hızlı soğuma nedeniyle X bozonları bozunarak protonlara ve anti protonlara dönüştü. Net olmayan sebeplerden ötürü her bir milyar anti proton için bir milyon bir proton oluştu ve bu da küçük ama net bir madde kazancı sağladı. Zamanın çok küçük bir anında gerçekleşen bu dengesizlik, evrenimizde maddenin ağırlıkta olmasının nedeni.
Maddenin Kökenleri
Evrendeki her şey, galaksiler, yıldızlar, gezegenler, hatta parmağınız bile maddeden oluşur. Başlangıçta (kabaca 13,7 milyar yıl önce) madde ve radyasyon süper ısınmış, süper yoğun bir sisin içinde birbirine bağlıydı. Evren soğuyup genişledikçe ilk element parçacıkları ortaya çıktı: kuarklar ve antikuarklar.
Soğuma devam ettikçe baskın güç ayrıştı, kuark öbeklerini bir araya toplayarak protona ve nötrona dönüştürdü, ilk atom çekirdeğini ortaya çıkardı.
Yarım milyon yıl sonra koşullar çekirdeklerin serbest elektronları kendine çekerek ilk kararlı atomları oluşturabileceği kadar soğumuştu. Madde dağılımındaki küçük dalgalanmalar kümelerin ve bulutların yüz milyonlarca yıl boyunca katılaşarak, bugün keşfettiğimiz yıldızlara ve galaksilere dönüşmesini sağladı.
Karanlık Kuvvet
Peki, evren neden oluşuyor? Aslında evrende göze çarpandan daha fazlası var. Kozmologlar, kozmosun görülür veya “parlak” kısmının (yıldızlar, galaksiler, kuasarlar ve gezegenler) evrenin toplam kütlesinin ve bileşiminin sadece küçük bir yüzdesini oluşturduğunu keşfettiler.
Kozmik mikrodalga ışımasının süper hassas ölçümleri sayesinde bilim insanlar , evrenin yalnızca %4,6’sının atomlardan (baryonik madde) oluştuğunu , %24’unun karanlık madde olduğunu (Görünmez ve saptanamaz ama baryonik maddeye etkiyen kütle çekimi var.) ve % 72’sinin kütle çekimin ters yönünde işleyen tuhaf bir madde biçimi olan karanlık enerjiden meydana geldiğini buldular.
Birçok kozmoloğa göre karanlık enerji, aslında kendi kütle çekim kuvveti yüzünden küçülmesi gereken evrenin hızlanarak genişlemesinden sorumlu.
Tanrı Parçacığı (Higgs Bozonu)
“Bir şey protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşuyorsa kütlesi vardır.” diye düşünmeye şartlanmışız; ancak kozmologlar şimdi bize hiçbir parçacığın sırf var olduğu için kütle sahibi olamayacağını söylüyor. Onun yerine parçacıklar, bir Higgs alanından (adını ingiliz fizikçi Peter Higgs’ten alan bir kuramsal kuantum alanından) geçerken kütle kazanıyor.
Higgs alanını bir kase bal, kuantum parçacıklarını ipe dizili inciler olarak düşünebilirsiniz. İncileri balın içinde sürükledikçe kütleleri artacaktır. Her kuantum alanının bir temel parçacığı var ve Higgs alanıyla ilişkili parçacık da Higgs bozonu. CERN‘deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nın hedeflerinden biri, saptaması güç Higgs bozonunun varlığını kanıtlamak.
Kaynak: How It Works