Bir çok hikâye dilimizde “bir varmış bir yokmuş” ya da “bir zamanlar” diye başlar. İngilizce anlatılanlar ise benzer şekilde “once upon a time” sözüyle giriş yapar. Benim anlatacağım hikâye ise zaman kavramının olmadığı bir anda başladığı için giriş yapmak biraz paradoks sebebi oluyor. Başladığı “an” demek bile zaman ifade ettiği için paradoksa ilk adımı attırıyor. Akıl sınırlarını binlerce yıldır zorlayan bu hikaye evren ile alakalı.
Adına kâinat, âlem ya da kozmos da diyebileceğimiz evrenin hikâyesi yaklaşık 14 milyar yıl önce başlıyor. Evet, dile kolay, 14 milyar yıl! Bu sürenin nasıl tespit edildiği akla gelen ilk soru oluyor genelde. Elbette bu tespit konusuna mutlaka değinilmesi gerekiyor. Planım bir başka yazıda bu konuya değinmek. Siz şimdilik “bir zamanlar” diye düşünün.
Doğum anı
Hikâyenin başlangıcında tüm evren bir toplu iğne başı kadar bile değildi. Şu an sonsuza uzandığını düşündüğümüz evrendeki bütün madde, enerji ve boşluk, hatta zamanın kendisi bile işte bu toplu iğne başı kadar bile olamayan hacme sığıyordu. Bu küçük sonsuz yoğunluktaki evren formu, sahip olduğu enerjinin miktarından kaynaklanan ısınma sürecini, hepimizin bildiği büyük patlama yani big bang ile genişleme sürecine soktu. Yaklaşık 14 milyar yıl önce başlayan bu büyük patlamadan kaynaklanan genişleme süreci hala baş döndürücü bir şekilde devam ediyor. Bu genişlemenin nasıl tespit edildiğini de yine bir başka yazıya bırakıyorum.
Büyük patlamanın gerçekleştiği çok çok küçük ilk zaman diliminde, ne Newton ya da Einstein‘ın klasik ve modern yer çekimi teoremleri ne de kuantum mekaniği bir anlam ifade etmiyordu. Evren genişleyip soğudukça kütle çekimi bir anlam ifade etmeye başladı. Çünkü o sıcaklık ve enerji düzeyinde madde ya da kütleden bahsetmek mümkün değildi. Hatta atom altı parçacıklar dahi henüz bilinen formlarına ulaşmadığından kuantum mekaniği de oldukça anlamsız kalıyordu.
Işıktan maddeye giden yol
Evrenin bu ilk zamanlarında yalnızca fotonlar vardı. Sıcaklığın çok yüksek olmasından dolayı fotonlar, enerjilerini madde-antimadde parçacıklarına (atomlar henüz ortada yok) dönüştürüyor, ardından bu madde ve antimadde parçacıkları birbirlerini yok ediyordu. Bu yokoluş sırasında enerji yeniden yerini fotonlara bırakıyordu.
Her nedense, madde ve antimadde arasındaki bu denge maddenin lehine bozuldu. Nedeni bilim dünyası için bir muamma; ama bilim, bir çok şeyin aksine bilinmeyeni araştırma ve bilmediğini dile getirme erdeminden yoksun değil.
Bulgular her “bir milyar + 1” madde parçacığı için “bir milyar” antimadde parçacığı olduğunu gösteriyor. Evren soğumaya devam ettikçe ve enerji seviyesi azaldıkça, birbirini yok eden parçacıklardan geriye aynı fotonlardan oluşmamaya başladı. Bu nedenle her bir milyar parçacık için bir madde parçacığı varlığını devam ettirdi. Bunu maddenin zaferi olarak da görebiliriz. Eğer madde-antimadde döngüsü devam etseydi, bugün evren sadece ışığın var olduğu bir yer olacaktı.
Fotonun durgun kütlesinin sıfır olduğu, ancak hareket halinde iken momentum ve kinetik enerji nedeniyle, yani hızları nedeniyle kütleye sahip olduğu ilginçliğine (ya da güzelliği mi desem) değinmek gerekiyor. Bu noktada E=mc² dönüşümü ve ışığın kütle çekiminden neden etkilendiği gibi konuları da anmak gerekiyor. Einstein foton için “ışık kuantumu” tabirini kullanıyor.
Evrenin bu ilk zamanlarında sayısız parçacık bulunuyordu. Bunlar kuark, lepton ve bunların antimaddeleri olan anti-kuark ve anti-leptonlar. Bu parçacıklar henüz bildiğimiz anlamda daha basit parçalara ayrılamıyor, ama biliyoruz ki bir zamanlar atom için de aynı şeyleri söylüyorduk.
Ortalıkta gezen bu parçacıklar; bozon ailesi içinde yer alan fotonlar, elektron ve nötrinolar ailesi leptonlar, proton ve nötronların yapı taşı kuarklar tüm evrene yayılmıştı.
Hadronların hakimiyeti
Evrendeki soğumanın devamı yeni kuark ve leptonların oluşmasına engel oldu. Kuarklar kendileri için bir eş bularak hadronlara dönüştü. Artık ağır partikül aileleri oluşmaya başlamıştı. Elbette atomların oluşmadığı bir dönemden bahsediyoruz. Başlangıçtan beri geçen süre henüz saniyenin milyonda biri kadar var. Kuarklardan hadronların oluşması proton ve nötronların oluşumunun kapısını açtı.
Hadron döneminde artık fotonlar kuark-antiquark dönüşümünü gerçekleştirecek enerjiye sahip değillerdi. Yok olan parçacık-antiparçacıklardan ortaya çıkan fotonlar genişleyen evrende enerji kaybetmeye devam etti. Başlangıçtan itibaren henüz bir saniye geçmişti ki artık antiparçacığı kalmayan hadronlar evrene hükmediyordu.
Evren sağumaya devam ediyordu ama hala sıcaklığı milyon dereceleri buluyordu. Bu sıcaklık hadronların proton ve nötronları oluşturması için yeterli bir sıcaklıktı ve evrenin doğumundan itibaren geçen iki dakika içerisinde atom çekirdekleri oluşmaya başladı. Oluşan bu ilk atom çekirdekleri %90 oranında hidrojen ve %10 oranında helyum çekirdeğiydi.
Hidrojenden yıldızlara
Evrende artık hidrojen, helyum, elektron ve fotonlardan oluşan bir partikül bulutu hüküm sürüyordu. Sıcaklık o kadar fazlaydı ki elektronlar sahip oldukları enerji nedeniyle tıpkı fotonlar gibi serbestçe dolaşabiliyordu. Geçen 380 bin yıl sonrasında elbette sıcaklığın belirli bir düzeye kadar düşmesi (3000 Kelvin derece), enerji kaybeden elektronların proton ve nötrondan oluşan çekirdeklerin etrafında bir yörüngede dönmesine neden oldu. İşte bu durum bildiğimiz anlamdaki ilk atomları (proton, nötron ve elektron üçlüsü) oluşturmaktadır.
Milyarlarca yıl boyunca evren genişlemeye ve soğumaya devam etti. Kütle çekiminden kaynaklanan maddedeki yoğunlaşma, parçacıkları bulundukları bölgelerde bir araya toplamaya başladı. Çoğunluğu hidrojenden oluşan gaz kütleleri bir araya gelerek yıldızları ve yüz milyarlarca yıldız bir araya gelerek galaksileri oluşturdu.
Bugün sadece gözlemleyebildiğimiz evrende yüz milyarlarca galaksi olduğunu görüyoruz. Her bir galakside de yine yüz milyarlarca yıldız olduğunu gözlemliyoruz.
Kendisi de bir yıldız olan güneşimizden onlarca hatta yüzlerce kat büyük ilk yıldızlardaki basınç ve sıcaklık, hidrojenden başka elementlerin de oluşmasına imkan tanıdı. Hidrojenden daha ağır bu elementler (mesela karbon, oksijen, demir ve hatta altın gibi) bu devasa yıldızların içine doğru çöküyordu. Yıldızlardaki bu elementlerin oluşumunu sağlayan nükleer kuvvetler ile kütle çekimi arasındaki dengenin bozulması sonucunda, bir nevi yakıtın azalması diyebiliriz, yıldızlar patlamaya başladı.
Bir güneş doğuyor
Yıldızların patlaması ile birlikte yıldızın kalbindeki bu kıymetli elementler gaz ve toz olarak tüm galaksiye saçıldı. Saçılan bu gaz ve toz bulutu yine milyarlarca yıl sonrasında kütle çekiminin etkisiyle yeni yıldızların doğmasına ve bu yıldızların etrafında gezegenlerin oluşmasına neden oldu. Tıpkı Güneş ve gezegenimiz Dünya gibi.
Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluşan Güneş sistemi ve dolayısıyla Dünyanın oluşumu, işte böyle devasa bir yıldızın infilak etmesiyle başlamıştır. Güneş her ne kadar hidrojen ile yanmaya devam etse de ilk yıldızların sahip olduğu sıcaklığa sahip olmadığından ağır elementlerin oluşumuna imkan tanımamaktadır.
Bu hikayede bizim konumumuz, gözlemlenen evreninin Virgo (Başak) süper kümesinin bir galaksisi olan Samanyolu‘nun (Milky way) Orion kolunda yer alan Güneş sisteminin üçüncü gezegeninde olmak.
Bu hikâyenin en sevdiğim tarafı ise, üzerinde yaşadığımız bu mavi gezegen üzerindeki her şeyin; yürüdüğümüz zemindeki karbonun, kanımızdaki demirin, kemiklerimizdeki kalsiyumun ve sevdiklerimize hediye ettiğimiz altının bile milyarlarca yıl önce devasa bir yıldızın patlaması ile ortaya çıkan toz taneleri olması.
Yani siz, ben ve hepimiz aslında birer yıldız tozuyuz.