Site İçi Arama

egitim

Evrenin Kara Gizemleri

Peter Higgs ve arkadaşları kütlenin Higgs alanından kaynaklandığını öngörmüşler. Tanrı parçacığı! Düne kadar televizyonlarda herkesin heyecanla beklediği deneylerden haberler yapıldı. Aslında adı tanrının belası parçacık idi, bir türlü tespit edilemeyen gizemli parçacık.

Albert Einstein bize maddenin aynı zamanda enerjiye eşit olduğunu söylemiş. Sadece söylemekle kalmamış, bir de meşhur formülünü yazmış.  E=mc2

Peter Higgs ve arkadaşları kütlenin Higgs alanından kaynaklandığını öngörmüşler. Tanrı parçacığı! Düne kadar televizyonlarda herkesin heyecanla beklediği deneylerden haberler yapıldı. Aslında adı tanrının belası parçacık idi, bir türlü tespit edilemeyen gizemli parçacık.

Bugün tam olarak gözlenemese de varlığı ispat edilmiş durumda. Maalesef oldukça kısa bir süre var oluyor ve hemen bozunuyor.

Evet Higgs alanı diye bir şey var ve Higgs bozonu da var. Maddeye kütlesini veren şey bu Higgs bozonu. İspatı yapıldı.

Uzun uğraşlar sonunda bu konu deneyle ispatlanabildi.

Yine de kütle denilen şeyin büyük kısmı enerjiden oluşuyor.

***

Aslında kütle denilen şey birbirine karşı dayanılmaz bir çekim etkisi altında olan bir şey. Henüz ne olduğu tam olarak bilinemese de kütle diye bir şey var. Bunu biliyoruz.

Zamanında Isaac Newton basit haliyle kütle çekimi üzerine bir formül geliştirmiş, F=Gm1m2/r2

Einstein sonradan Newton’un yanıldığını göstermiş, yani bu formülün eksik olduğunu söylemiş. 

Einstein Newton’un öngördüğü gibi zamanın sabit hızda akan bir şey olmadığını, hızımıza göre zamanı farklı algıladığımızı, zamanın hız ile kısalan bir şey olduğunu öngörmüş. 

Uzayın ve zamanın aslında bir bütün olduğunu ve kütle çekim diye de bir kuvvet olmadığını ortaya koymuş, kütlelerin birbirine karşı çekim etkisinin uzay-zaman boyutlarındaki bükülmelerden kaynaklandığını, kütle çekiminin aslında bir yanılsama olduğunu, kütlenin uzay zamanı bükmesi yüzünden kütlelerin birbirlerini çekiyormuş gibi göründüğünü söylemiş.

Üstelik her şeyin birbirine relatif olduğunu, sana göre hızla uzaklaşan bir uzay gemisinin penceresinden bakan içerdeki astronotun senin hızla uzaklaştığını göreceğini falan öngörmüş.

Tüm bu öngörülerini de ışığın sabit hızda olduğu bilerek ve diğer bir takım fiziksek bilgi altyapısı ile ortaya koyabilmiş.

Tarih boyunca birçok bilim insanı insanlığın bilgi dağarcığına katkılarda bulunmuşlar.

Ama bugün bilindik son geçerli formülleri Einstein toparlamış diyebiliriz. 

Biz bilinen son deha olarak Einstein’ı diğerlerinden daha farklı bir yere koyuyoruz.

Özel ve Genel görelilik kuramları! 

Gerçekten bu kuramların çok karışık formülleri var. 

Özel görelilik o kadar karışık değil belki, ama genel göreliliğin formülleri gerçekten çok karışık.

Ama ne kadar karışık olursa oldun, yine de bu bilgilerin tümü bugün artık ispatlanmış durumda.

***

Tabii bugün fizik deyince bir de kuantum mekaniği diye bir şey biliyoruz. 

Nihayet atomu oldukça küçük parçacıklara ayırabildik ve deneylerde bir sürü temel atom altı parçacık bulduk. Kuarklar, nötrinolar, gluonlar, pozitronlar, say say bitmiyorlar atom altı parçacıklar.

Bu parçacıkların birbirleri ile iletişimleri de oldukça karmaşık olduğu için Feynman diyagramları denilen bir sürü karmaşık diyagram ve bir sürü karmaşık formül ile kuantum dünyası da kendi içinde karmakarışık hesapları olan bir dünya.

Ölü mü, diri mi belli olmayan Schrödinger’in kedisi ile özdeşleşmiş kuantum fiziği aslında bir olasılıklar dünyası. 

Ama bir yandan da çift yarık deneyinde olduğu gibi anlaşılmaz kuralları olan bir dünya. Atom altı parçacıklar bazen parçacık olarak hareket ediyorlar, bazen de dalga gibi davranıyorlar.

Kuantum dolanıklık diye bir şey var ve bu adeta bir hokus pokus gösterisi, sihirbaz işi. 

Einstein tanrı zar atmaz demiş, ama tanrının zar attığı da ispatlandı yakın zamanda. Einstein da yanılmış anlaşılan. 

Sonra bu atom altı parçacıklarda spin denen bir özellik var, elektronlar topaçlar gibi kendi etraflarında dönüyorlar sanki, ama bu dönüş tam da topaç dönüşü gibi bir şey değil. Bu sayede atomun çekirdeğine düşmüyorlar. 

Tüm bu kuramlar oldukça karışık kuramlar.

Dalga denklemleri, hızı ve pozisyonu aynı anda bilinmediği için belirsizlik kuramı geçerli olan ve ne zaman nerede olduğu tam olarak bilinmeyen elektron mesela, halen daha tam olarak çözülememiş elektronun davranışları.

Max Planck’ın çalışmaları ve olabilecek en küçük boyut, olabilecek en küçük kütle. Planck sabiti.

Tüm bunlar kuantum mekaniğinin halen daha araştırma konuları.

Kuantum dünyasının kendine has kuralları var.

***

Tüm bu atom altı parçacıkların bir de kendilerince kütleleri var.

Evet, Higgs ortaya bir teori atmış ve oldukça uzun bir sürede, hem de oldukça çok büyük paralar harcayarak onun haklı olduğu bugün ispatlanabildi.

Kütle Higgs bozonunun Higgs alanı ile etkileşiminden kaynaklanıyor. Bunu artık biliyoruz.

Aynı elektrik yüklerinin fotonun elektrik alanından etkilenmesinden kaynaklanması gibi, ya da güçlü nükleer kuvvetin gluonların güçlü nükleer kuvvet alanından etkilenmesi ile oluşması gibi, kütle de Higgs alanı ile Higgs bozonunun etkilenmesinden kaynaklanıyor. 

Kuantum alanlar teorisi! 

Ama başta dedim ya, Higgs alanından kaynaklanan kütle enerjiden kaynaklanan kütle yanında oldukça düşük bir oran teşkil ediyor.

Atom çekirdeğinin içinde, protonların ve nötronların kütlesinin büyük kısmının Higgs alanından değil de, gluonlardan kaynaklı güçlü nükleer kuvvetin enerjisinden kaynaklandığını hesaplayabiliyoruz.

Evet, E=mc2, kütle eşittir enerji, enerji eşittir kütle. Bunu da deneysel olarak ispatladık.

Çünkü kurakların ayrı ayrı kütleleri toplamı atom çekirdeğinin kütlesinden çok daha düşük çıkıyor.

Kütle gerçekten enerji demek, Einstein bugün bilinen tüm bu bilgilerden yoksun olarak nasıl olmuş da bu gerçeği ortaya koyabilmiş inanılır gibi değil. 

E=mc2 çok sihirli bir formül! 

Tümüyle olmasa da atom çekirdeğinde yüklü kütleyi bir şekilde enerjiye dönüştürmek mümkün!

***

Tüm bu teoriler dünyanın hesabı kitabı yapılarak defalarca kontrol edilmiş, dünyanın deneyi yapılarak teoride öngörülen şeyler bizzat deneylerle ispatlanarak formüllerin doğruluğundan emin olunmuş ve artık bu formüller ile başka başka hesaplar yapılır olmuş.

Bugün artık önümüze konulmuş olan bu formüllerin yanlışlanmasının neredeyse imkânsız olduğunu biliyoruz.

Tamam, halen daha bilemediğimiz bir sürü şey var, ancak eldeki formüller de öyle hemen kenara atılabilecek cinsten, öyle basitçe vazgeçilecek formüller değiller.

***

Gelelim bilinen şeyler dışında biraz da mistik diyebileceğimiz bir başka konuya.

Bu formüllerden yola çıkarak gözümüzle görmediğimiz, ama doğruluğuna şüphe olmayan bir sürü çıkarımlar da öngörebiliyoruz.

Peki gözümüzle görmeden formüllerden yola çıkarak bugün fiziksel konularda başka ne biliyoruz?

Mesela evrende ışık salabilen bildiğimiz madde dışında bir de kara madde olduğunu biliyoruz.

Evet, biliyoruz diyorum, çünkü formüllerin doğruluğuna eminiz.

Bakın bu da ilginç gerçekten, göremiyoruz, ama varlığından eminiz öyle mi?

Evet, varlığından eminiz!

Peki bunu nasıl biliyoruz? Nasıl emin olabiliyoruz?

Yine yapılan hesaplarla, gözlemlerle bu bilginin doğruluğuna emin olabiliyoruz.

***

Evet yapılan kozmolojik hesaplar bize evrende görünen maddenin beş katından fazla görünmeyen madde diyebileceğimiz bir maddenin varlığını ispat ediyor.

Yani literatürde kullanılan adı ile “kara madde” evrende ışık salan madde dışında, ışık ile herhangi bir iletişimde bulunmuyor, kendisi de ışık yaymıyor, ama kütle çekim etkisi ile bildiğimiz madde ile etkileşimde bulunuyor. 

Bildiğimiz maddenin hareketlerinde bir şeylerin söz sahibi olduğunu gözlemliyoruz.

Kara madde! Başka bir şey olamaz!

***

Olaya enerji boyutuyla bakacak olursak durum çok daha ilginç.

Evrenin genişlemekte olduğunu gözlemliyoruz ve bu genişlemenin hızlanarak devam etmesini dikkate aldığımızda, formüllere koyduğumuzda bildiğimiz kinetik enerji yanında bir de kaynağını tam olarak bilemediğimiz, varlığını da tespit edemediğimiz, ancak varlığından yine emin olduğumuz bir de “kara enerji” dediğimiz bir enerjinin var olması gerektiğini hesaplıyoruz.

Ne kadar garip değil mi? 

Rusların çocuk masallarındaki gibi, oraya git, ama orası neresi bilme, onu al, ama neyi alacağını bilme. Ruslarda böyle bir masal vardır.

***

Kara madde, kara enerji, bunlar ayrı şeyler, var olduklarını hesapladığımız, ama varlıklarını bir türlü de gözlemleyemediğimiz gizemli kuramlar.

İşte bilim insanları tüm bu bilgileri enerji boyutuyla bir grafiğe dökmüşler ve ortaya kapak resmindeki grafik çıkmış.

Uzun süredir de en azından kara maddenin varlığını deneysel olarak da ispatlamaya çalışıyorlar.

***

Peki neler bilim insanlarını bu hesaplara yönlendirmiş ve nasıl emin olabilmişler evrende görünen maddenin beş katından çok kara madde olduğuna?

Gelin bu konuya da biraz değinelim.

Öncelikle ilk gözlem galaksi kümeleri üzerine yapılmış. 

Bunu daha önce yazmıştım, mevcut formüllerle galaksiler içindeki yıldızların hareketleri izlendiğinde galaksilerin ortalarındaki kara deliklerin etrafında yıldızların dönüş hızlarında bir takım anormallikler tespit edilmiş. 

Galaksilerin toplam kütleleri etraflarından geçerken bükülen ışık hesapları ile tespit edilebiliyormuş. Bu toplam kütlenin yıldızların galaksi içindeki hızları ile yapılan kinetik enerji hesapları dikkate alındığında galaksinin bir arada durabilmesi için gerekli kütlenin hesaplanan kütleden beş kat daha fazla olması gerektiği hesaplanmış.

Tabii bu hesaplar oldukça karışık hesaplar, yıldızlardan gelen ışıklar analiz ediliyor, yıldızların içindeki hidrojen oranları ile kütleleri hesaplanıyor, yıldız hareketleri ile hızlarından yola çıkılarak galaksinin kinetik enerjisi hesaplanıyor ve tüm bu bilgiler bugün artık bilim dünyasının hizmetinde olan süper bilgisayarlara yüklenerek uzun hesaplar yapılıyor.

Sonuç ortamda görünen madde dışında yuvarlak hesap beş kat daha madde olması gerektiği. 

***

Ama sadece bu yöntem yeterli değil kara maddenin varlığından emin olmak için.

Diğer bir yöntem evrenin var oluşuyla ilgili büyük patlama teorisinin, o evrenin en başlarında maddenin ortaya çıkış aşamasına ait hesaplardan yola çıkılarak kara maddeye ulaşım üzerine.

Evet, büyük patlama ile henüz ışığın ortama saçılmadığı o ilk karanlık çağlarda evren sadece üç elementten oluşuyordu deniyor. 

Yapılan hesaplarda tek bir protondan oluşan hidrojen ortamdaki ana elementken, hidrojen atomlarının birbirlerine çarpışmasıyla hidrojenin bir izotopu olan dütoryum oluşuyor, düroryum çekirdeğinde bir proton ve bir nötron olan hidrojen izotopu.

Ardından da helyum oluşuyor, yani bir proton, bir nötrondan oluşan çekirdeği ile dütoryumların birbirleriyle çarpışmasıyla iki proton ve iki nötrondan oluşan çekirdeği ile helyum ortamdaki baskın madde olmaya başlıyor.

Bu ilk dönemde helyum ortamda %25 oranına kadar yükseliyor.

Bu dönemde çok az miktarda da lityum oluşuyor, yani lityum dediğimiz çekirdeğinde üç proton ve üç nötron olan element. 

Sonuçta ortamda çok az dütoryum kalıyor, çok az da lityum oluşuyor ve genelde %25’e %75 gibi bir helyum-hidrojen oranı ile ilk yıldızlar ortaya çıkıyorlar. 

Böylece ilk ışık da ortama salınarak evrenin karanlık çağları sona eriyor.

Bu hesabı yapan üç bilim insanı R. A. Alpher, H. Bethe, ve G. Gamow 1948 yılında “Kimyasal elementlerin kaynağı” adıyla bir bilimsel çalışma yayınlamışlar ve bu çalışmalarında ortamda kara madde olmadan bu ilk nükleer birleşmelerin olamayacağı hesaplamışlar.

Hesaplardan yine kara madde ile görünen madde oranı yuvarlak hesap beşe bir olarak çıkmış.

***

Kara maddenin varlığına dair yapılan hesaplara son bir örnek de yine evrenin oluşumuna ait o büyük patlamadan sonra geçen karanlık çağın sona ermesi üzerine.

Evrenin yeterince şeffaf bir ortama dönüşmesi ve ilk nükleer reaksiyonlardan arta kalan bugünkü kozmik mikrodalga art alan ışıması dediğimiz ilk ışıkların ortaya çıkışını gözlemlediğimiz harita üzerinde yapılan incelemelerde bilim insanları yine aynı orana rastlamışlar.

Çıkartılan kozmik art alan ışıması haritasında görünen maddenin belirtisi olan turuncu bölgeler ile kara maddenin belirtisi olan mavi bölgeler arasında da beşe bir gibi bir oran olduğu hesaplanmış.

***

Yani bunca hesap sonrasında varılan sonuç kara madde diye bir şeyin var olması gerektiği.

Yapılan tüm bu hesaplar kara maddenin var olduğunu adeta müjdeliyor. 

***

Ama böyle bir şeyin varlığını nasıl tespit edeceğiz? 

Kara madde nedir? 

Elle tutulur bir şey olmadığı kesin, muhtemelen yaşadığımız şu ortamda etrafımızı sarmış durumda, ama ne görebiliyoruz ne kokusu var, ne de sesi var. 

Neden kaynaklanıyor onu da bilmiyoruz. 

Işık da çıkartmıyor, sadece görünen ışık değil, ışık tayfında hiç bir dalga boyunda bir ışık yaymıyor. Çünkü fotonlar bu madde ile iletişimde bulunmuyorlar.

Acaba yine kuantum dünyasında kara maddeye ait bir atom altı parçacık var mıdır? 

Kim bilir, belki vardır. Bu konuda çalışmalar yapan çok bilim insanı var.

Sonuçta insanlığın bilim tarihinden gelen ve adım adım geliştirdiği tüm formüller gözümüzle görebildiğimiz ışık ile bir şekilde ilintili formüller.

Kara madde ise ışık ile iletişim kurmadığı için tespit edilebilmesi neredeyse imkansız.

Bu durumda da hesaplardan var olması gerektiği çıksa da, varlığını ispatlamak o kadar da kolay gözükmüyor.

Bilim insanları uğraşıyorlar, belki bir şekilde varlığı bir gün deneysel olarak da ispatlanabilir.

Mevcut formüllerin doğruluğu yeterince ispat edildiğine göre formüller de yanlış diyemiyoruz, ama bir anormallik olduğu da kesin.

Yeni bir Einstein bekleniyor diyelim isterseniz.

***

Bugün yine bilimsel bir fırtına olsun dedim yazının konusu. 

Bu konuları daha önce de yazmıştım, ama sanırım bu sefer biraz daha toparlayıcı bir yazı oldu. 

Diğer bir konu olan kara enerji oranları da benzer şekilde yapılan hesaplardan ortaya çıkıyor. 

Evrenin büyümesi, üstelik hızlanarak büyümesi üzerine yapılan hesaplar evrendeki toplam kinetik enerjinin böyle bir hızlı harekete yeterli olmadığını ortaya koyuyor ve hesaplardan evrendeki toplam enerjinin %68’inin yine kaynağı belli olmayan bir kara enerji olduğu sonucu ortaya çıkıyor.

Kim bilir, belki bir gün gerçekten birileri bu kara şeyler üzerine bir ışık tutar da biz de artık kara demekten vaz geçeriz bunlara. Daha sırada sırları çözülecek kara delikler var. Kara delikler en azından varlıkları gözlenebilmiş gök cisimleri. Sanırım gizemleri en hızlı çözülecek kara şey kara delikler olacak diyebiliriz.

Bilimle kalın diyerek bitireyim yazıyı.

Moskova’dan herkese sevgi ve saygılarımla

Araştırmacı Yazar Deniz BURSALIOĞLU
Araştırmacı Yazar Deniz BURSALIOĞLU
Tüm Makaleler

  • 13.05.2024
  • Süre : 5 dk
  • 195 kez okundu

Google Ads