Uzayin git gide daha derinlerine baktigimizda, acaba uzayin sonuna ya da zamanin baslangicina ulasabilir miyiz? Evrenin bir baslangici varsa, acaba nasildi? Sonu olacak mi? Tum bunlar, kozmolojiyi, bir butun olarak evrenin yapisi ve evrimini inceleyen astronomi dalini ilgilendiren sorulardir.
Her kultur, kendine ozgu bir kozmoloji icat etmistir. Aristoteles'in evreninde uzerine yildizlarin tutturulmus oldugu buyuk, kristal bir kure olarak dusunulen uzayin kenarlari vardi. Ama bu evrenin ne baslangici, ne de sonu vardi.Yani duragandi. Gokyuzune Ýliskin adli eserinde Aristoteles soyle demektedir: "En temel cisim, sonsuzdur; buyumez, kuculmez, yaslanmaz, degismez ve hareket ettirilemez". Aristoteles, tanrisal ve olumsuz olan evrenin, temel cisim olan 'ether'den olusmasi gerektigini dusunuyordu. Hiristiyan dunya gorusu sonsuzluk kavramindan vazgecmekle birlikte evrenin degismez oldugu fikrine sahip cikti ve surdurdu. Bu gelenege gore evren, Tanri tarafindan yoktan var edilmis ve o gunden bu yana hic degismemistir. 1543 yilinda Dunya'nin evrenin merkezi olmayip yalnizca Gunes cevresinde donen bir gezegen oldugunu gosteren Copernicus cok seyi degistirmekle birlikte, evrenin uzaysal olarak sinirli, zamansal olarak ise sonsuz oldugu yolundaki Aristoteles inanisini degistiremedi.
1576 yilinda, Copernicus ogretisine inanan bir Ýngiliz olan Thomas Digges, yildizlari, uzerinde bulunduklari kristal kureden koparip uzaya dagitan ilk astronom oldu. 1546 yilinda dogan ve matematik egitimi goren Digges, Copernicus'un buyuk eseri The Revolutionibus'un bazi bolumlerini Ýngilizce'ye cevirerek yayinladi. A Perfit Description of the Caelestiall Orbes basligiyla yayinladigi bu ceviriye Digges, yildizlarin dagilimi, ozellikle de uzayin sonsuz oldugu ve yildizlarin bu sonsuz uzayda dagilmis olarak bulunduklari yonundeki kendi goruslerinin anlatildigi bir bolum ekledi (Digges ayni zamanda daha uygulamali olan baska konularla da ilgileniyordu. Top mermilerinin yorungeleri uzerine ilk ciddi calismalari yapan Digges, Ýngiltere'de balistigin babasi sayilir).
Digges'ten sonra evrenin uzayda sonsuz oldugu kabul edilmistir. Bununla birlikte insanlar hala evrenin zaman icinde degismez oldugunu dusunuyorlardi. Buyuk fizikci Isaac Newton ayni problemi yuz yil kadar sonra yeniden ele aldi. Tek tek gezegenlerin hareket halinde olduklari kesindi ama cok buyuk zaman araliklariyla bile bakilsa evrenin degismez oldugu dusunuluyordu.
Newton, buyuk olcekte evreni tanimlayan asil kuvvetin evrensel kutle cekim kuvveti oldugunu anladi. Bunun otesinde, kutle cekim teorisi ile Newton, evrenin bir butun olarak hesaplamalara dayanan modelini yapan ilk insan oldu. Bununla birlikte 1917'deki Albert Einstein'in modeline kadar boyle bir modelden soz edilmemisti. Einstein da Newton gibi genel gorelilik adi verilen kutle cekim teorisini yeni gelistirmisti. Newton gibi Einstein da kozmolojideki temel kuvvetin kutle cekim kuvveti olduguna inaniyordu.
Genel gorelilik, madde ve enerjinin kutle cekimini nasil urettigini, buna karsilik madde ve enerjinin kutle cekimine nasil tepki verdigini anlatan oldukca karmasik ve matemetiksel bir teoridir. Bir butun olarak evren teorisiyle ilgili zor denklemleri cozebilmek amaciyla Einstein, iki basitlestirici varsayim yapmisti: Evren zamanla degismez ve madde evrende duzgun bir bicimde dagilmistir. Her ne kadar Einstein'in baslangic varsayimlari ile ilgili gozlemsel hicbir kanit yoksa da, Einstein bu varsayimlarin tatminkar sonuclar verecek olcude gercege yakin olduklarina inaniyordu. Einstein'in sonuctaki "kozmoloji modeli" duragan ve homojendi.
Cok gecmeden, baska kozmoloji modellerinin de olasi oldugu ortaya cikti. 1922 yilinda Alexander Friedmann, zamanla degisen evreni tanimlayan bir kozmoloji modeli olan duragan olmayan evren modelini ortaya atti. Bir Rus matematikci ve meteorolog olan Friedmann, ise Einstein'in cekim teorisi ile basladi ama homojenlik varsayimini kabul ederken duraganlik varsayimini sorgulamaya acti. Hollandali astronom Wilhelm de Sitter'in de dedigi gibi, ne kadar buyuk bir teleskopla
bakarsak bakalim evreni gorusumuz bir fotograf karesinden baska bir sey degildir, dolayisiyla da evrenin uzun donemli davranislari konusunda cok az fikir verir. Friedmann, genel gorelilik denklemlerinin baska cozumunu buldu. Bu cozume gore evren, yogunlugu son derece yuksek bir durumdan baslayarak zaman icinde genisliyordu.
Friedmann'in kozmoloji modeline gore ilk patlamadan sonra genislemeye baslayan evren gittikce daha daginik bir duruma geliyordu. Bu kozmoloji modeline 'buyuk patlama' modeli adi verildi. 1923 yilinda Friedmann'in evrimlesen modelinin elestirisinde Einstein, Friedmann'in hesaplamalarinin matematiksel gecerliligini kabul etmekle birlikte, bunlarin gercek evrene uygulanabileceginden kuskuda oldugunu bildirdi. Teorik fizikte, baslangic kosullarina bagli olarak bir denklem setine birden fazla cozum bulunmasi oldukca sik rastlanan bir seydir; bu nedenle Aristoteles, Copernicus ve Newton gibi Einstein da evrenin duragan olduguna inanmaya devam etti. Bununla birlikte ne Friedmann'in ne de Einstein'in baslangic varsayimlari ampirik olarak sinanabilirdi. O zamanlar her iki gorus dogrultusunda da deneysel kanit hemen hemen yok gibiydi. Einstein ve Friedmann, evren teorilerini kagit uzerinde uretmislerdir.
1929 yilinda durum kokten degisti. O yil, teleskopla gozlem yapan Amerikali astronom Edwin Hubble, evrenin genislemekte oldugunu kesfetti. Galaksiler surekli olarak birbirlerinden uzaklasiyorlardi.
Gercekte Hubble teleskopla baktiginda galaksilerin birbirlerinden uzaklastigini gormedi; boyle hareketleri dogrudan gormek icin milyonlarca yil gerekir. Hubble, Doppler kaymalarina bakarak galaksilerin hareket ettigi sonucuna vardi: Galaksilerin renkleri tayfin kirmizi ucuna dogru kayiyordu. 'Kirmiziya kayma' olarak bilinen bu kayma, uzaklasma hareketinin bir sonucudur. Butun galaksiler Samanyolu'ndan uzaklasiyordu. Aslinda bircok kozmik bulutsunun kirmiziya kaymalari 1900'lerde Arizona'daki Lowell Gozlemevi'nde calisan Vesto Slipher tarafindan olculmustu. Hubble'in Slipher'in calismasina ekledigi tek sey, Cepheid yildizlarini kullanarak uzaklasan galaksilerin uzakliklarini saptamak oldu. Hubble, galaksilerin uzakliklarinin, uzaklasma hiziyla dogru orantili oldugunu kesfetti. Baska bir deyisle, bir galaksinin bize olan uzakligi bir baska galaksinin iki katiysa, uzaklasma hizi da iki kati oluyordu. Bu sonuc, her yonde duzgun olarak genisleyen bir evren icin beklenen bir sonuctu.
Hubble'in gozlemleri bir yandan cok acik bir bicimde Fiedmann'in duragan olmayan modelinin Einstein'in duragan modeline gore ustunlugunu ortaya cikarirken, ote yandan da Hubble'in gozlemleri gorunuse gore her iki bilim adaminin da one surdugu temel varsayimi dogruluyordu: Evren hemen hemen homojendir. Yalnizca evren eger homojense galaksilerin uzaklasma hizlari uzakliklari ile dogru orantili olabilir. Dahasi, homojen evren her noktanin diger noktalardan farkli olmadigi anlamina gelir. Nasil sisen bir balonun, balon yuzeyinde bir genisleme merkezi yoksa, evren de genisliyor olmasina karsin bir genisleme merkezi yoktur. Bir balonun yuzeyine her biri bir galaksiyi temsil eden noktalar koydugumuzu dusunelim. Balon siserken herhangi bir noktadan bakildiginda diger noktalarin uzaklastigi gorulecektir. Hicbir nokta merkez degildir.
Eger galaksilerin uzaklasma hizlari uzakliklari ile dogru orantiliysa, butun galaksiler icin hizin uzakliga orani sabit olmalidir. Hubble sabiti adi verilen bu oran evrenin su andaki genisleme hizini vermektedir. En duyarli olcumlere gore su andaki genisleme hizi ile evrenin boyutlari yaklasik 10 milyar yil icinde iki katina cikacaktir. Daha kesin konusmak gerekirse, birbirlerinden uzakta bulunan iki galaksinin aralarindaki uzaklik, yaklasik 10 milyar yil sonra iki katina cikacaktir.
Zaman gectikce galaksiler birbirlerinden uzaklasiyorlar. Dolayisiyla gecmiste birbirlerine daha yakin olmalari gerekiyor. Eger evren filmini geriye dogru oynattigimizi dusunursek, galaksiler gittikce birbirlerine yaklasarak kalabaliklasacaklar. Gecmiste oyle bir an olacak ki evrendeki butun madde, yogunlugu sonsuz olan bir noktaya sikismis durumda bulunacak. Astronomlar bu durumun gerceklesmis oldugu zamani hesaplayabiliyorlar: Gunumuzden 10-20 milyar yil once. Bu ana 'buyuk patlama' adi veriliyor. Buyuk patlamadan once ne oldugu, halen teorik fizikciler arasinda yogun tartisma konusu.
1930'larda, astronomlar evrenin yasini ilk kez hesapladiklarinda, bunu Dunya'mizin yasiyla karsilastirmislardi. Daha once soz edildigi gibi, 1910'larda baslayan uranyum filizinin radyoaktif tarihlendirme calismalarina gore Dunya'nin yasi yaklasik olarak 4.5 milyar yildir. Dunya'nin ve Gunes'in olusumu ile ilgili tum teoriler, Dunya'nin yasinin, evrenin yasinin yuzde onu ile yuzde doksani arasinda bir yerlerde olmasi gerektigini belirtiyorlar. Baska bir deyisle, yeryuzundeki kayalarin yaslarini saptayan bilim adamlari, evrenin yasinin 5.5 milyar ile 50 milyar yil arasinda olmasi gerektigini soyluyorlar. Galaksilerin hareketlerini gozleyen baska bilim adamlari da evrenin yasini 10-20 milyar yil arasinda buluyorlar. Bu ikisi birbirinden cok farkli olcumler. Bulunan yas araliklarinin kesismesi ise buyuk patlama modeli lehinde cok kuvvetli bir kanit. Bununla birlikte surasini da unutmamak gerekir ki kozmoloji, astronominin tum dallari, hatta butun bilimler, uzay ve zamanin en uc kesismelerini gerektirirler. Her ne kadar cok genis kesimlerce tutulduysa da buyuk patlama modeli henuz cok az sayida gozlemsel testlerden gecmis durumdadir.
Dunya'nin yasiyla karsilastirma testinden sonraki iki onemli test, evrenin kimyasal yapisi yuzde 74 hidrojen, yuzde 24 helyum, yuzde 2 agir elementler ve kozmik fon isinimi adi verilen ve tum uzayi kaplayan duzgun radyo dalgalaridir.
Buyuk patlama modeline gore hem evrenin temel kimyasal yapisi, hem de kozmik fon isinimi evrenin bugunkunden cok farkli oldugu uzun zaman once bicimlenmistir. Eger kozmik evrim filmimizi gene geriye dogru oynatirsak, evren buzulur, galaksiler gittikce birbirlerine yaklasirlar ve sonunda yildizlar ve galaksiler kendilerine ozgu kimliklerini yitirirler. Evrendeki madde, bir gazi andirmaya baslar. Evren gittikce buzulerek yogunlastikca kozmik gazin sicakligi da gittikce artmaya baslar. Sicaklik 10000 santigrat dereceye ulastiginda, elektronlar atomlarindan kacip kurtulmaya baslar. Daha yuksek sicakliklarda ise atom cekirdekleri proton ve notronlara ayrisir. Evrenin dogum ani olan buyuk patlama yaklastikca, sicaklik artmaya devam eder. Sicaklik 10 trilyon dereceye ulastiginda proton ve elektronlar kuark adi verilen uc temel parcaciga bolunurler.
Þimdi baslangictan itibaren zaman icinde ileriye dogru gittigimizi dusunelim. Buyuk patlamadan yaklasik 0.00001 saniye sonra kuarklar birleserek proton ve notronlari olusturdular. En basit ve hafif kimyasal element olan hidrojenin cekirdeginde yalnizca bir proton bulunur. Bu sure icerisinde baska hicbir kimyasal elementin bulunabilmesi mumkun degildir. Diger tum kimyasal elementler iki veya daha fazla atom-alti parcacigin biraraya gelip kaynasmasiyla ortaya cikar ki evrenin baslangic asamasindaki yogun sicaklik kosullarinda boyle kaynasmalar gerceklesemezdi. Evren genisledikce sogudu. Baslangictan birkac dakika sonra sicaklik milyar derece mertebesine dustu. Bu kritik sicakliklarda proton ve notronlar, aralarindaki nukleer kuvvetler nedeniyle birlesmeye basladilar. Teorisyenlerin 1960'lar ve 1970'lerde yaptiklari hesaplara gore, doteryum, helyum ve lityum bu sirada olusmus olmalilar. Bu tur ilk hesaplar 1964 yilinda Cambridge Universitesi'nden Fred Hoyle ve Roger Tayler ile Moskova Kozmik Arastirma Enstitusu'nden Yakov B. Zel'dovich tarafindan yapildi. Princeton'dan James Peebles, Kaliforniya Teknoloji Enstitusu'nden Robert Wagoner ve arkadaslari ile Chicago Universitesi'nden David Schramm ve arkadaslari da daha ileri duzeyde hesaplar yaptilar. Bu teorik hesaplarin sonuclari, gozlemsel olarak saptanan hidrojen, helyum, lityum ve doteryum miktarlari ile dikkat cekici bir uyum icindedir (Karbon, oksijen, ve demir gibi tum diger elementler cok daha sonralari, yildizlar tarafindan uretilmislerdir). Bu uyum buyuk patlama modelini destekleyen bir baska kanittir.
Yeni dogmus ve dolayisiyla cok sicak olan evren, kozmik fon isinimini da uretmis olmalidir. 1948 yilinda ilk kez George Washington Universitesi'nden Ralph Alpher, George Gamow ve Robert Herman tarafindan yapilan ve 1965 yilinda bagimsiz olarak Princeton'dan Robert Dicke ve James Peebles tarafindan tekrarlanan teorik hesaplar, buyuk patlamanin uzerinden henuz yalnizca birkac saniye gectigi siralarda uzayda kara cisim isinimi adi verilen ozel bir cins isinimin uretilmis olmasi gerektigini gosterdi. Kara cisim isinimi, isinimin sicakligina karsilik gelen tek bir parametre tarafindan belirlenir. Teorik olarak kara cisim isinimi evrenin ilk anlarinda, uzayda duzgun olarak uretilmis ve evren 300000 yil yasina gelip de atom cekirdekleri biraraya gelerek atomlari olusturuncaya kadar atom-alti parcaciklar tarafindan sacilmaya devam etmis olmalidir. Zaten bu noktadan sonra, maddeyle hic etkilesmeyen isinim uzayda yayilmasini surdurmustur. Evren genisledikce isinimin dalgaboyu buyumus ve gunumuzde isinimin dalgaboyu radyo dalgalarina karsilik gelen bir degere, sicakligi da mutlak sifirin uzerinde yaklasik 3 dereceye kadar dusmustur. Bir onceki bolumde soz edildigi gibi, bu isinim bir raslanti sonucu 1965 yilinda kesfedilmisti. Son yillarda veri toplayan COBE uydusu, kozmik fon isiniminin ozelliklerinin buyuk patlama teorisinin ongordugu ozellikler oldugunu dogruladigindan, bu teoriyi destekleyen bir kanit daha elde edilmis oldu.
__________________