1

Byk Birleik Kuram

Doaya bak amzda kkl bir deiim sregelmektedir. Yeni yaklamda, eitlilik, zaman, ve karmaklk kendini en ok duyumsatan etmenler olarak ortaya kyor. Makine a ve Newton mekaniinin bir dizi kavramlar yerini Yksek Teknoloji ann ve kuantum mekaniinin kavramlarna brakyor: kararllk kararszla, dzen dzensizlie, dorusallk dorusal olmayan ilikilere, zamanszlk da zaman bamllna yol veriyor. Yeni bir bilimin mayaland ortada! Bir nceki an bilimsel yaklam, dizgeleri paralarna ayrmakt; ancak ayrlan paralarn yeniden biraraya getirilerek btne ulama ilemi unutuldu! Bu grevi, bugnk devrim stlenmi durumda: fizikle dirimbilim (biyoloji), ansla zorunluluk, bilimle insan deerleri yepyeni bir at altnda yeniden biraraya getiriliyor.

nsanlk, doann temel bir dzeyde basit ve kararl olduu yanlgsna Bohrun atomun gezegen modeli ve Einsteinn Birleik Alan Kuram balamlarnda da kaplmt. Zaman getike evrensel yasalarn yalnzca kararl dizgelerde geerli olduunu, dier yandan evrenin byk bir blmnde evrimin, kararszlklarn, basitlik yerine karmakln ve ok eitliliin sregeldiinin ayrdna vardk. Ayrca, temel doa yasalar dediimiz eyler gerekten temel mi? Zamann ilerlemesiyle Tanrnn yerine doa, ilahi yasalar yerine doa yasalar gemedi mi?

1927 ylnda Solvay Konferansnda Einstein ile Bohr arasnda geen o scak tartmalarn znde, Kuantum kuram kapal m ak m?, daha derin bir dzeyde temel bir yasa arayalm m aramayalm m? seeneklerinin savam yatyordu. Havada uuan kilit szckler complete (tam, tamamlanm) ve incomplete (eksik, tamamlanmam) idi. Bu szcklerin szlk anlamlar tartmann zn yanstmayabilir. Solvayde geen tartmann znde temel kuram ve yasalar bulma saplants, yani son bilgi saplants yatyordu. Bu aba mutlak olan bulma abasyd. Gnmzde de Byk Birleik Kuram (BBK) olarak adlandrlan benzer bir aba, Byk Patlamac evrenbilimcilerle parack fizikilerini birbirlerine giderek daha da yaklatrd. Bu yazda, plazma evrenbilimcilerden biri olan Eric Lernerin The Big Bang Never Happened adl kitabnda BBK ya bakn inceleyeceiz. Yaznn geri kalan blm Lernerin grlerini yanstyor; araya girip kendi grlerimi de belirtme zgrln kullandm.

Evrenbilim ve parack fiziinin herikisi de, tmdengelimsel usa vurma yntemini kullanyor. Bu ynteme bavuranlarn hepsi deilse bile ou, kuramlarnn gzlem ve/veya deneyler karsnda ne denli tutarl olduunu grme kaygsna kaplmyorlar. Parack fizikilerinden A. Zee 1986 ylnda yaynlanan Fearful Symmetry: The Search for Beauty in Modern Physics adl kitabnda, ...nce matematiksel gzellii gzetelim; gerek nasl olsa arkadan gelir gibisinden bir saptamada bulunuyor. Bu iki bilim dal (son zamanlarda ulatklar konumlarn dikkate alrsak bunlara bilim dal demekten ok metafizik aratrma programlar demek daha doru olacak!) yalnzca kullandklar yntemle deil ierikleri asndan da birbirine benzemektedir. Parack fizikileri iin Byk Patlama, kusursuz bakkln (perfect symmetry) altn an oluturuyor.

Oysa ki bugn iinde yaadmz evren hi de bakk deil. Bildiimiz drt doa kuvveti deiik yeinliklerde ve deiik biimlerde etkileim sergilemektedir. Drt kuvvet iinde en zayf olan ekim kuvvetidir. rnein, iki elektron arasndaki ekim kuvveti, bu elektronlarn elektriksel itme kuvvetinden 10 42 kez daha zayftr. Ancak, ekim kuvvetinin etki erimi sonsuzdur ve daima ekici zellie sahiptir. Dier bir deyile, iki ktle birbirini daima eker, hibir koul altnda, hibir zaman itmez. Hemen anmsamakta yarar var;

2

enflasyonist evren modelinin savunucular, erken evren aamalarnda negatif basncn, negatif etkin ekimsel ktleye neden olduu ve ekim kuvvetinin o alardaki evre geii srasnda itici bir zellik kazand savn ileri srerler. Drt kuvvet iinde en gl olan elektromanyetik kuvvettir. Kck bir mknatsn, masa zerinde duran bir metal parasn Yerin ekim alanna karn, havaya kaldrabildiini biliyoruz. Elektromanyetik kuvvetlerin etki erimi de ekim kuvvetininki gibi sonsuzdur. Ancak, ekim kuvvetinden farkl olarak, elektromanyetik kuvvetler hem ekici hem de itici olabilir. Zayf kuvvet ve Gl kuvvetin etki erimi atom ekirdeinin ap veya 1 cm nin yaklak trilyonda biri denlidir. Zayf kuvvet elektromanyetik kuvvetten 108 kez daha zayf iken, Gl kuvvet elektromanyetik kuvvetten 2000 kez byktr. Gl kuvvet de hem ekici hem de itici olabilir. Zayf kuvvet ise ne ekici ne de itici zellie sahiptir. Zayf kuvvetin balca grevi, nkleer paracklarn bozunmasn salamaktr.

Drt kuvvetin de etkileim biimi bakk olmaktan uzaktr. rnein, temel paracklarn ou, tpk bir topa gibi, bir eksen evresinde dnerler. Buna paracn spini veya asal momentumu denir. ok sevdikleri bakkla sonsuz gvenleri olan kuramsal parack fizikileri bir zamanlar tm kuvvetlerin tm spinlere ayn biimde etki edeceini dndler. Ancak sonralar, durumun hi de byle olmad ortaya kt! Zayf kuvvet sol el kuralna gre etkir. Bir atom ekirdei bozunmaya urayp bir elektron saldnda, elektronun spini ounlukla devinim ynndedir; dier bir deyile, sol el kuralna gre alm olan vida yivleri ynndedir. Parack ve anti paracklar hemen hemen tm durumlarda birbirinin ayna grnts gibi davranrlar. rnein, bir ekirdek bozunmas srasnda salnan pozitronun spini sa el kuralna gredir. Kald ki, bu kuraln bile geersiz olduu durumlar vardr. Ksa mrl bir paracn bozunmas srecinde anti parack, paracktan daha hzl bozunur. Ksacas, zaman bakkl da her zaman ilerlikte deildir.

Paracklarn sahip olduu zelliklerin kendisi de bakklktan uzak ve karmaktr. Asla bozunmaya uramayan bir avu kararl parack vardr. Bunlardan ikisi, elektron ve protondur. Protonun ktlesi elektron ktlesinin 1836 katdr. Fotonlarn ve ntrinolarn ktlesi yoktur. Dahas, ntrinolar zdekle (maddeyle) ok ok zayf etkileir.

Kararl paracklarn yansra, greli olarak daha uzun mrl olan 22 tane parack vardr. Bu paracklar bozunur. Ancak bu paracklarn ortalama mrleri arpma sresinden (10 23 saniye) daha uzundur. Ad geen paracklarn mr 10 20 saniye ile 15 dakika arasnda deimektedir. Kararl bir atom ekirdeinde ntron da kararl kalr. Temel paracklarn ktleleri elektron ktlesiyle (me) karlatrldnda 207 me - 5274 me aralna der. Bu paracklardan bazlar elektrik yklyken bazlar da elektriksel olarak ykszdr. Protondan daha az ktleli olanlara leptonlar ve mezonlar denir. Bunlar, elektron, ntrino veya saf erkeye bozunurlar. Protondan daha ar olan paracklara baryonlar denir. Bunlar da protonlara bozunurlar. Mezonlar ve baryonlar gl kuvvetle etkileirler. Leptonlar gl kuvvetle etkilemezler.

Bakklk tutkunlar asndan daha da kts, hzlandrclarda parack arpmalar srasnda ortaya kan, varlklarna ilikin dolayl bilgi sahibi olduumuz ksa mrl erke durumlar vardr. Rezonans (zoruna titreim) ad verilen bu erke durumlarndan yzlercesi bilinmektedir.

Parack fizii kuramclar bu karmaaya bir dzen ve bakklk sunmak amacyla parack fiziinin standart modeli ni gelitirmilerdir.

3

Model, doa kuvvetlerinin kuantlatn varsayar. Herbir kuvvet, o kuvvete zg paracklarca tanr. Kuvvet tayan bu paracklar dier paracklarla dei tokua girerler. Bu deiim sonunda bir kuvvet retilir. Standart modelin hipotezine gre mezon ve baryonlar , kuark ad verilen 6 deiik tr paracktan olumulardr. Bunlarn yansra, 6 tr lepton bulunmaktadr: elektron, muon (), tauon() ve tr ntrino() . Elektromanyetik kuvveti fotonlar tar; Zayf kuvveti W ve Z paracklar tar ve gl kuvveti tayan en az 8 gluon vardr. Bu paracklarn toplam says 24 dr. Herbirinin kendine z ktlesi ve zellikleri vardr. Kararl parack says 26 dr. Standart kuram, herhangi bir kuark veya gluonun bugne dek dolaysz olarak gzlenememesinin skntsn yaamaktadr.

Standart modelin sunabildii bakkllk yledir: paracklar aa yukar altl kmeler biiminde gruplanmtr. Dier yandan, doann znde kusursuz bakklk olduuna inanan kuramsal parack fizikileri, kendiliinden bozulmu bakklk kavramn gelitirmilerdir. Bu biliminsanlarna gre, erke ne denli yksekse bakklk derecesi de o denli yksek olacaktr. zdek erke yitirdike bakklk kendiliinden bozulacak ve sonuta deneylerimizdeki bakkszlk gzlenecek veya alglanacaktr. Bakklk bozulmasn betimleyebilmek amacyla ska bavurulan bir benzerlik vardr: suyun donmas. Oda scaklklarnda su bakktr; molekllerin dalm herhangi bir yn yelemez. Ancak donduunda, buzun yzeyi, bakkln bozulduunu gsteren ynbaml (anizotropik) oluumlar sergiler. Buna bakkln kendiliinden bozulmas denir.

Parack fizikileriyle Byk Patlamaclarn yazgsal ilikisi ite bu noktada yatmaktadr. Byk Patlama, kusursuz bakklk ve ultrayksek erkelerin baskn olduu altn a simgeler. Bu a, 10 43 saniye srmtr. Parack fizikileri balangta bakkln baskn olduunu varsayar. Bu kurguya gre, balangta tm parack ve kuvvetler tek trd. Ancak, Byk Patlama ann izleyen zaman aralnda evren genilemeye ve dolaysyla soumaya balaynca bakklk kendiliinden bozulmaya balad. nce ekim kuvveti ayrld. Dier kuvvetin oluturduu tek tr kuvvetten bamsz bir kuvvet durumuna geldi. Daha sonra gl ekirdek kuvveti ve ardndan da zayf ekirdek kuvveti ve elektromanyetik kuvvetler ayrlarak bamszlklarn duyurdular! Tm bunlar saniyenin ok ok kk fraksiyonlarnda gerekleti

Benzer ekilde, balangta tm paracklar da ktle ve dier zellikler asndan birbirine denkti, tek trd. Gnmzde ise bu paracklar birbirinden olabildiince farkldr.

Bakkszln kaynana ilikin baka kuramlar da vardr. Bunlardan nemli bir tanesini Ilya Prigogine gelitirmitir. 1988 ylnda Physica adl bilimsel derginin 147A cilt ve 461 - 486 sayfalarnda yaynlanan An Alternative to Quantum Theory balkl bilimsel bildirisinde Prigogine, bakkszln, erke aksnn artmasyla birlikte ortaya kaca hipotezini kullanyor. Bundan baka, bakkszlklar, ilerici, tarihsel gelimeler olarak grlyor. Bunun yansra, parack fizikileri iin bakkszln kayna, scakln azalmas, altn an geride kalm olmasdr. Bu biliminsanlarna gre, Tanr, bakkszl, evreni ilgin klmak iin tasarlamtr.

Dikkat edilirse, drt kuvvetin birliktelii yalnzca uzak gemite, asla yeniden yaratlamayacak olan scaklklarda olmutur. Bu durum, elektrik ve manyetik kuvvetleri baarl bir biimde birletirerek oluturulan elektromanyetik kuramla byk bir ztlk iindedir. Maxwell, k, elektrik ve manyetizmin, tek bir temel srecin deiik yanlar olduunu ve kuramn tm koullarda geerli olduunu gstermitir. Elektromanyetik kuram gibi, kuantum elektrodinamii de baarl bir birleik kuram niteliindedir. Kuantum

4

elektrodinamii, elektromanyetizmle kuantum mekaniini birletirmitir. leride de deineceimiz gibi, bir dizi glkleri olmasna karn, gnmzde evrende sregelen olaylar (gemite olup bitenleri deil!) betimleyebilmektedir.

Peki, ya Byk Patlama denen kurgu hi olmadysa! O zaman, yksek scaklklarn ve kusursuz bakklln baskn olduu bir dnem hi olmad demektir. Bu durumda, bilinen parack ve alanlar aklayabilecek bir kuram yok demektir. Ksacas, Byk Patlama yanllarnn parack fizii ve bakklk zerine kurmu olduu egemenlii sallanyor !

Byk Patlama ve parack fiziinin ilikisini ve bunlarn gzlemlerle olan dolaysz elikilerini sergileyebilecek daha somut veriler de bulunmaktadr. Parack fizii alanndaki kuramlar yksek dereceden bakklk elde etmek iin giderek daha yksek erkelerle ilgilendiinden bu kuramlarn ngrlerini snamak iyice olanaksz duruma geliyor. Aslnda bu durum, birletirme programnn ilk aamalar iin ciddi bir kstlama oluturmad. Programn ilk aamas zayf kuvvetle elektromanyetik kuvvetlerin birletirilmesini amalyordu. Elektrozayf kuram ad verilen bu program baarl diyebileceimiz bir biimde tamamland. Elektrozayf kuram, 80 GeV ve 90 GeV (1 GeV = 10 9 eV) erkelerine sahip olan W ve Z paracklarnn varln ngrd. Bu paracklar daha sonra laboratuvarlarda gzlendi. imdi gzler, kuramn 3. ngrs olan ve TeV ( 1 TeV = 1012 eV) erke dzeylerinde gzlenmesi beklenen Higgs bozonuna evrildi. Texas eyaletinde yaplmakta olan speriletken sperarptrcnn ( SSC ) Higgs bozonunu ortaya karmas bekleniyor. Standart modelin paracklar cmbnn tesine gitme abalar, bugn ilerlikte olan parack hzlandrclarnn yapabileceklerinin tesine gitme anlamna gelir. Gl, Zayf ve Elektromanyetik kuvvetleri birletirmeyi amalayan BBK lar, 10 15 GeV luk erke dzeylerine ilikin ngrlerde bulunmaktadr. Bu dzeyler, bugnk teknolojik dzeyimizi ok ok amaktadr. Tam bu noktada parack fizikileri bayra evrenbilimcilere teslim etmektedir! nk ad geen erke dzeyleri yalnzca Byk Patlamann bandan gemi olan dzeylerdir. Dier bir deyile, BBK larn dolayl olarak kantlanabilmeleri ancak Byk Patlamadan arda kalan kozmik fosillerin gzlenmesiyle olasdr.

Hemen anmsayalm, BBK larn snanabilir ngrlerinden birinin doru olmad gsterildi. BBK lar protonun bozunacan ngrr. Protonlarla elektronlarn yksek erkelerde birbirine denk tek tr paracklar olaca savunulduuna gre, bu paracklarn birbirine dnmesi beklenir. Daha ak olmak gerekirse, pozitronlar bir tr mezon olan pionlarla birleerek proton oluturmaldr. Pozitronun da bir kuarka dnmesi gerekir. Ancak zaman tersinirlii dncesine gre bylesi bir srecin tersinin de dk scaklklarda gereklemesi gerekir. Ksacas, protonlar pion ve pozitronlara bozunurken byk niceliklerde erke aa karmaldr.

Byk Patlama, protonlarla pozitronlarn karlkl olarak deiimini gerektirir. zdek ile anti zdein bakk olarak yaratld savunulduundan Byk Patlamann hipotezi olan son derece yksek younluklarda tm zdekle anti zdek birbirini yokederek saf erkeye dnecektir. Bu, zdek iermeyen, saf erkeden oluan bir evren demektir. Ancak, eer pozitronlardan bazlar protonlara dnecekse, tm anti zdein ortadan kalkmasyla birlikte geride proton ve elektronlardan oluan bir artk kalacaktr. Bu durum, Byk Patlamay ayakta tutmaya alan pamuk ipliklerinden biridir.

Protonlar gerekten bozunuyor mu? BBK lar protonlarn ortalama mrlerinin 1030 yl olduunu ve bu sre sonunda bozunacan ngrmektedir. Bu ngrnn snanmas amacyla eski maden ocaklarnn en derin galerilerine kurulmu olan su tanklarnda proton

5

bozunma deneyleri balad. Deneyler, brakn normal srede bozunmay, BBK larn ngrd srenin 100 kat sre iinde bile bir tek protonun bozunmadn gsterdi. Protonlar lmsz!

BBK savunucular bu sonular hi dikkate almadlar. Bu konuda oluturulmu olan ilk kuramlarn ok basit olduunu ileri srdler. Kendilerine yeni bir grev vererek, deneylerin yadsd yatan daha byk bir ya ngrecek olan yeni bir kuramn hazrlna baladlar. Protonlarn kararl paracklar olduunu onamak BBK yanllarna zor geliyor. Zor nk, Byk Patlama protonlarla pozitronlarn birbirine dnm olmas gerektiini savunur. Bu nedenle protonlarn kesinlikle bozunmas gerekiyor!

Eer Byk Patlama diye bir ey olmadysa, BBK lar snayabilen tek deney olan proton bozunmas olumsuz sonular vererek BBK larn yanlln gsterdi. Eer proton bozunmaya uramyorsa, Byk Patlama byk bir yara daha ald demektir. Bu durum, evrenin eit sayda zdekle anti zdekten olutuu anlamna gelir. Olduu savunulan zdek anti zdek yoketme srecinden arda belli niceliklerde zdek kaldna gre, evren hibir zaman youn bir aama geirmedi; ksacas, Byk Patlama diye bir ey hibir zaman olmad. BBK lar ve Byk Patlama ya birlikte var ya da birlikte yoklar!

Proton bozunmas ve anti zdek konular, doann bakk olduunu savunan dncenin ne denli yanl bir gr olduunu sergiler. Aslnda, eit niceliklerde zdek ve anti zdek ieren bir evren modeli, BBK clarn daha fazla zdek ieren evreninden daha bakktr. Dier yandan, bozunmaya uramayan proton dncesi, bozunan proton dncesinden daha kusursuzdur. Buna karn BBK clar, Byk Patlama modellerine ve de balang ilkelerine uymad iin bu dnceleri yadsdlar.

Bir kez daha yineleyelim: estetik gzellie sahip dncelerden yola karak doa yasalarna erime abalar ksr abalardr. Hangi evrenin daha gzel olduunu sonsuza dek tartabiliriz, ancak hangisinin gerek olduuna yalnzca deney ve/veya gzlemler karar verir. Eer parack fizii kuramclarnn proton bozunmas deneylerinde yapt gibi yapp, gzlemleri dikkate almazsak, ortaa kalnts yntemlere doru gerilemi oluruz.

Bilimsel kuramlar deerlendirmede esas ltmz gzlemler olacaksa, Byk Patlamann da BBK larn de geerli olmadn onamak zorundayz. BBK lar evrenbilimcilere axionlar gibisinden kurgusal paracklar salar. Axionlar, evrenin karanlk zdek bileenlerinden biridir. BBK lar yanlsa karanlk zdek de yok Byk Patlama da yok! Dier yandan Byk Patlamaclar da BBK clara kuramsal bakklklar ve bir dizi kurgusal paracklar iin gerekli olan ar erkeleri salar. Heriki alma alannn kuramlar, dorulanabilmek iin birbirine bamldr; bir eit kozmik ksr dng! Herhangi ikisinden birini snayan deneyler, ayn anda herikisinin de geersizliini gsterebilir.

BBK lar iin sylediklerimiz son zamanlarn kuramsal modas olan spersicimler ve sperbakklklar iin de geerlidir. BBK larn dorulanmam olmas yetmiyormu gibi, baz kuramclar imdilerde doann drt kuvvetini birletirme abasna giritiler. ekim kuvvetini de dikkate alan bu kuramlar, sicim ad verilen, uzunluu olup genilii olmayan kurgusal niceliklerle yola kyorlar. Hereyin Kuram ( TOE - Theory Of Everything ) ad verilen bu ereve, tm paracklar ve alanlar bnyesinde barndryor. Ancak, sicimler ylesine devasa erkelere sahip ki, kuram, dorulanabilir bir tek ngrde bile bulunamyor. Bu aamada TOEcular yine beklemede! Byk Patlamann bugne dek bilinmeyen bir etkisinin

6

spersicimlerin varln ortaya karacana inanyorlar. Byk Patlama dnda TOE kuramn destekleyen hibir ey yok!

Kuark Sorunu

Eer parack fizii alanndan BBK lar ve spersicim kuramlarn dlarsak geriye standart model ve bu modelde ortaya kan kuarklar kalr. Ancak ne yazk ki sorunlar tamamen ortadan kalkmaz. Aslnda standart model, ekirdek kuvvetlerine veya zdein dier yaplarna aklama getirebilecek denli doyurucu bir kuram deildir.

Parack fiziinin standart kuram 1940l ve 1950li yllarda bulunmu olan temel paracklar cmbn bir dzene sokma abas sonunda ortaya atlmtr. 1911 ylna dnersek, o yllarda fizikiler yalnzca iki tr paracn (proton ve elektron) varlna inanyordu. 1930 ylnda ntron bulundu. Protondan biraz daha ar, elektriksel olarak ntr ve atomun nemli bileenlerinden biri olduu anlald. Herey yolunda gidiyordu. zdek ktlesinin en byk blm atom ekirdeinde yeralyordu. Atom, proton ve ntronlardan oluuyor, elektronlar da atom ekirdei evresinde dolanyorlard. Ancak, cyclotron ad verilen parack hzlandrclarnda atom ekirdekleri giderek artan hzlarda arptrlmaya balannca bu basit atom modeli bozuldu. Bu almalara kout olarak kozmik n bileenlerinin zmlenme almalar balad. ou kararsz olan yeni paracklar bulundu.

Cmbe nce mon ( ) katld. Monun ktlesi elektronunkinin 207 katyd. Bunun zerine nkleer fizikilerden I.I. Rabi nin belleklerde kalan tepkisi geldi: Bu parac kim sipari etti? Daha sonra, kuramda ekirdek kuvvetinin taycs olarak grlen ve daha ar olan pion ( pi ) bulundu. Ve giderek yeni parack trleri akmaya balad!

1960l yllara gelindiinde, biliminsanlar bu cmb basite indirgeme almalarna baladlar. Murray Gell - Mann, gsterdikleri zelliklere gre paracklarn bakk diziler biiminde snflanabileceine dikkat ekti. Uzun sredir uykuda olan kusursuz bakklk gr ban kaldrmaya balad.

1963 ylnda Gell - Mann, mezon ve baryonlarn, kuark ad verilen daha kk yap talarndan olutuu varsaym kullanlrsa, parack gruplarnn bakkllna bir aklama getirilebilecei dncesini gelitirdi. Gell - Mann kuark kavramn gelitirirken, nl yazn ustas James Joyceun Ulysses adl eserindeki bir blmden esinlendi. Gell - Mann, up, down ve strange adn verdii tr kuarkn varln ngrd. Ad geen kuark trlerinin elektrik ykleri, elektron yknn 1/3 veya 2/3 denliydi. ki kuark biraraya geldiinde bir mezon; biraraya geldiinde bir baryon oluturuyordu. Leptonlar (elektron, mon, ntrino) ve fotonlar bu erevenin dnda kalmt. Tm paracklar, leptonlar, foton ve kuark olmak zere toplam 7 bileene indirgenebiliyordu.

Son derece dzenli grnen bu erevenin dourduu karmaa, ok gemeden kendini gsterdi. unu hemen eklemeliyiz ki, parack hzlandrclar, protonlar, usa gelebilecek en byk hzlarla ve teknolojinin izin verdii en son donanmlarla arptrm olmasna karn zgr kuarklar gzlenemedi! Kuarklar henz gzlenemedi. Bunun zerine kuramsal fizikiler kukusuz salt usa vurmayla sorunun stesinden geleceklerdi! Evet, kuarklar arasnda, yeinlii uzaklkla artan bir kuvvet bulunmalyd. Bu kuvvet kuarklar birarada tutuyor ve zgr duruma gemelerine izin vermiyordu. Baz paracklardaki tm kuarklarn ayn spine sahip olaca, bu nedenle birbirinden ayrdedilemeyecei anlalnca, bu alandaki ikinci kargaa patlak verdi. nk bu durum, denk paracklarn ayn erke

7

durumunda bulunamayacan savunan alan kuram hipotezine uymuyordu. Bunun zerine kuarklara yeni zellikler biildi. Bu zellikleri tanmlamak zere de geliigzel seilmi olan renk (color) szc kullanlmaya baland. Kuarklarn farkl rengi olabilirdi: krmz, mavi, yeil. Balangtaki saylar olan kuarklarn nfusu bylece dokuza kt!

Daha da kts, bu almalara kout olarak ortaya yeni yeni paracklar kmaya balad. Bu durum, charm kuark, bottom kuark, beauty kuark gibisinden yeni kuarklara gereksinim duyulduunu anlatyordu. Bu arada, (mon ntrino) ve (tauon) ad verilen yeni bir ar lepton da bulundu.

Gl ve zayf kuvvetlerin doasn aklayabilmek iin daha fazla paraca gereksinim duyulmaya baland. Bunun zerine, kuantum kromodinamii (QCD - Quantum chromodynamics) ad altnda yeni bir kuram oluturuldu. Bu kuram da, bugne dek henz gzlenememi olan ve adna gluon denilen paracklarn varl hipotezi zerine kurulmutur. Gl ekirdek kuvvetini bu paracklarn tad ileri srld. Bu arada elektromanyetik kuvvetlerle zayf ekirdek kuvvetini birletiren yeni bir kuram oluturuldu ve adna elektrozayf kuvvet kuram dendi. Ad geen iki kuvvetin yksek erkelerde nasl birleip tek bir kuvvete dntn betimlemeye alan bu kuram iki yeni paraca gereksinim duydu.

QCD ile elektrozayf kuramn birleimi parack fiziinin standart modelini oluturur. Bu model aslnda bir dizi baar elde etti. Zayf kuvvetin tayclar olan W ve Z paracklarnn ktleleri, bu paracklar bulunmadan nce kuram tarafndan ngrlmt (paracklar 1980 li yllarda bulundu). QCD ile elektrozayf kuramn birleimi olan ereve, ou paracn ktlesi ve bazlarnn mrne ilikin kaba ngrlerde bulunabilmektedir. Hzlandrclarda yaplan deneylerin bazlarnda, belli ynlere doru devinen ve olduka youn parack jetleri gzlenmitir. Bu parack demetlerinin, gzlenemeyen kuarklarn arpmas sonucunda retilen ve kuarklarn devinim ynnde devinen, gzlenebilir paracklar olduu savunulmaktadr.

Tm bu baarlarna karn standart model, birok ynyle snrl bir modeldir. Hereyden nce, ngrebildikleri, ngremediklerinin yannda zayf kalyor. Tm kuarklarn ktle ve etkileim deerleri (toplam 20 sabit deer) gzlemlerden elde edildikten sonra kurama yamanyor! Ktleler niin o (gzlenen) deerlere sahip? rnein, protonun ktlesi niin elektronunkinin 1836 katdr? Niin o denli ok parack var? Niin nesil kuark ve lepton var? Ntrinolara kim gereksinim duyuyor? Kuvvet alanlarnn yeinli daha da artc. Alan yeinlikleri birbirinden niin bu denli farkl? Elektromanyetik kuvvetlerden 10 42 kez daha zayf olan ekim kuvveti kendisine birleik kuramlarda nasl yer bulacak?

Standart modelin gzlemlerle uyuabilmesi (hem de olduka zayf bir biimde!) iin ne yazk ki, tpk Batlamyusun Gne dizgesi modeli gibi bir dizi zel varsaymlarda bulunmas gerekiyor. Standart model tpk Batlamyus modeli gibi, olduka byk bir yanlg aralnda bir dizi geerli ngrlerde bulunabiliyor. Ancak bu ngrlerin snanabilmesi pratikte olas deil! Bu nedenle, daha byk hzlandrclara gereksinim duyulduu gibisinden zrlerin ardna snlyor! Elektromanyetizm ve kuantum kuram, atomlarn zelliklerini baarl bir biimde ngrd. Atom ekirdeindeki kuvvetlere ilikin bir kuramn da en azndan baz ekirdek zelliklerini ngrebilmesi beklenir. Ancak bu alanda bir baar beklemenin fazla iyimserlik olacan da hemen eklemeliyiz. nk, atom ekirdei fiziiyle parack fizii birbirinden kopmu durumdadr. Atom ekirdeinin sergiledii zellikler, QCDden teleme yaparak deil, ekirdek zerine yaplan almalarda ortaya kan deneysel sonulardan yola karak yorumlanr.

8

Standart model gzlemlerle elimektedir. Modelin bakklnn tamamlanabilmesi iin 6 paraca gereksinim vardr. Ancak, bunlardan altncs olan top kuark, kuramn ngrd erke dzeylerinde bulunamamtr. Elektrozayf kuramn gereksinimi olan dier bir parack da Higgs bozonudur. Bu parack da henz bulunamamtr. ABD nin Texas eyaletinde yapm srmekte olan speriletken sperarptrcnn (SSC) yapl nedenlerinden en nemlisi, Higgs bozonlarn bulmaktr. Dk erkelerde yaplan deneyler bugne dek baarsz olmutur.

Standart model ile deneyler arasndaki en ciddi eliki, spinleri ayn ynde olan protonlarla yaplan deneylerden gelmitir. Michigan niversitesinden Alan Krisch ve arkadalarnn 10 yl gibi olduka uzun bir zaman aralnda gerekletirdikleri deneyler u gerei ortaya karmtr: spinleri birbirine kout olan protonlarn arpmalar srasnda yanstlma olasl, spinleri ters protonlarn yanstlma olaslndan daha yksektir. Dahas, protonlarn sola yanstlma olasl, saa yanstlma olaslnn katdr. Bu deneyler srasnda protonlar kk boyutlu girdaplar gibi davranarak birbirlerini iterler.

Bu zellik, proton iindeki kuarklarn birbirinden bamsz olarak davrandn varsayan QCD kuramn yanllar! Gzlenen zellik, proton spininin proton devinimi zerine olan etkisinin ok az olduuna iaret eder. Kuarklarn herbirinin spini, 1/2 asal momentum biriminden llr. Protonun spininin yars bir yne doru dnen iki kuarktan, dier yars da ters yne doru dnen nc kuarktan gelir. Bu durumda, iki proton arptnda, arpmann sonucunu arpan kuarklarn spini belirlemelidir. Eer kuram doruysa, ters ynde spine sahip olan kuarklarn arpma oran, kout spinli protonlarn arptrlmas srecinde % 75 , ters ynl spine sahip protonlarn arptrlmas srecindeyse % 25 dir. Ancak, Krischin gzledii oran, kuramsal ngrden % 50 - % 35 orannda daha byktr. Bu sonu, atom spinini kuarklarn deil (eer kuark denen eyler gerekten varsa!) protonlarn tadn gsterir. ou kuramsal fiziki ve Alan Krische gre bu deney sonucu, QCD kuramyla elimektedir.

Daha da nemlisi, QCD, dier tm bakkszlklarda olduu gibi, yksek erkelere kldka spin etkisinin azalmas gerektiini ngrr. Bu ngr, parack fizii kuramlarnn bakklk bozulmas ilkesiyle ilgilidir. Ancak Krischin deney sonular, beklenenin tersine, spin etkisinin, artan arpma erkesine kout olarak arttn gstermitir. Spin etkisi zdek yapsnn temel bir zelliidir. Bu sonular, zdek yapsnn znde bakksz olduunu gstermektedir. Ancak bu tr elikiler, tpk proton bozunmas rneinde olduu gibi, ne yazk ki dikkate alnmyor.

Aslnda Standart modelin sorunlar, BBK larn veya Byk Patlamann sorunlaryla karlatrldnda o denli derin deildir. Standart model, bir dizi gzlemler ve a priori varsaymlar temelinde oluturulmutur. Bu model, ngrme gcnden yoksundur. Gzlenen olaylarla kabaca uyumann tesinde bir yarar salayamamaktadr. Standart model, tpk BBK lar ve evren modellerinin ou gibi doay bir dizi kalplara sokmaya alyor.

Standart modelin temel varsaymlarndan ikincisi temelsiz bir varsaymdr! Model, evrenin nokta paracklardan olutuunu varsayar. Kuark dncesinin ortaya atlmasna neden olan ey ite bu varsaymdr. Hzlandrclarda yaplan arpma deneyleri, protonun llebilir bir yarapa (10 -13 cm) sahip olduunu kukuya yer brakmayacak bir biimde sergilemitir. Nokta parack varsaym, protonun ok daha kk paracklardan olumu olmas gerekliliini dayatr. Ancak gnmzn moda kuram olan spersicim kuramnda

9

nokta parack hipotezi deitirilmitir. Yeni hipoteze gre paracklar, kalnl sfr olmasna karn son derece kk dorusal boyutlara sahiptir. Sicim ve spersicim kuramlar gnmzde bilinen birok olaya aklama getiremedii gibi bilinen birok gerekle de elimektedir. 3 - 7 Ekim 1985 tarihleri arasnda Kopenhagda dzenlenen bir toplantda Niels Bohrun 100. doum gn kutland. Bu konudaki ilgin bir tartma, bu toplantda gemitir:

Lee: Siz, string kuramnn birka yl iinde ya doruluu kantlanacak ya da yokolup gidecek dediniz. Yokolup gideceini sanmyorum. Bugne dek yaadmz deneyimler gsterdi ki, doa ve biz insanlar, kuramlarmzn uzun mrl olmas konusunda zekice davranamyoruz. Belki kuramn doruluunu veya yanlln gsteremeyeceiz ama, string kuram bir sre sonra yine karmza kacak.

Weinberg: Evet, string kuramlarnn canlandna tank olabiliriz ama o zaman da ben onlarn can cehenneme diyeceim!

Evet Nobel dll fiziki Steven Weinbergin stringler konusundaki gr byleydi. Daha sonraki yllarda grleri deiti mi bilemiyorum. Son alntmz da ayn toplantdan ve yine bir Nobel dll fizikiden verelim. Sheldon Glashowun bu konuda ne denli otorite olduunu bilemiyorum. Ne denli byk bir otorite olursa olsun, sylediklerine, deerlendirmelerine kukuyla yaklamak zorundayz. Son bilgi, son otorite yok ! Evet Glashow yle diyor: Bir yanda ar ar ilerleyen bir yaya, dier yanda gsterili, tantanal biri : 1) basit deneylerden kurama doru ilerleyen bir yol ve 2) salt usa vurmay yeleyen, pozitivist bir yol. Biri Bohrun dieriyse Einsteinn kulland yol. Sanrm gemiten bir ders karmamz gerekiyor. Bohrun izledii yolun baarl bir yol, Einsteinn yolununsa - tamamlanm bir birleik kuram - berbat bir baarszlk olduu kantland.

Hepimizin de anmsayaca gibi, Einsteinn mrnn son 30 yl, elektromanyetik kuvvetlerle ekim kuvvetini bir tek kavramsal emada birletirme abasyla gemi ve bu aba sonusuz kalmtr.

Son sz olarak unu syleyebiliriz: Bu birletirme asla olamaz biiminde bir saptama bilimsellikten uzaktr. Hele hele gnmzn paradigmas kaos, felsefi anlamda evrenin ak olduunu, her an yeni olgu, sre, bilgi, vb. nin fiziksel ve ussal evrenimize girdiini savunurken! Ancak BBK larda kullanlan yntem yanl! Gzlem ve deneyleri dikkate almayan, fizik, olgu, sregelen yerine, matematiksel gzellie vurgu yapan bu yntem baarsz olacak, can cehenneme gnderilecek!

EVRENN BYK LEKL YAPILARI

Einstein, evren modelini olutururken, en byk uzay leklerinde ele alndnda, evrendeki zdein uzayda eit daldn (homojen) dnmtr. Bu ilk ilkeden yola kan Einstein, Genel Grelilik kuramn kullanarak uzayn sonlu olduu sonucuna vard.

10

Dier bir deyile, belli bir younluktaki ktle ne denli bykse, uzay da o denli ok eecektir. Eer younluk yeterince bykse, uzay, kendi zerine tamamen kapanacak biimde erilecektir. Ksacas, eer evrendeki zdein younluu her yerde eit olacak biimde edalm gsteriyorsa, evren sonlu olmak zorundayd.

Ancak, 1919 ylnda, evrenin edalml olmadna ilikin yeterince ok sayda kant vard. Newton zamannda bilim adamlar, evrendeki hemen tm zdein birbirinden dev uzaklklarla ayrlm olan yldzlarda toplandna inanyordu. Newton'dan sonra yaplan gzlemler (Einstein'dan nce yaplan gzlemlerdir) yakn komuluumuzdaki yldzlarn Samanyolu gkadasn oluturduunu gstermitir. 1850 yllarnda gkbilimciler, sarmal kollu bulutsularn varln biliyorlard. ou gkbilimci, hakl olarak bu bulutsularn baka gkadalar olduunu savunuyordu. Yine bu sarmal kollu bulutsularn gkyznde geni bir bandda topland dikkat ekmiti.Bugn bu oluumlara gkada sper kmeleri ad verilir.

Ksacas Einstein, hangi leklerde alnrsa alnsn, gzlemlerin evrenin edalml olmadna iaret ettiini biliyordu! Buna karn, salt felsefi ve estetik nedenlerle, edalml bir evren modeli nerdi. Oysa ki, bir seenek olarak, edalmsz bir evren modelini dnrsek, uzayn byk oylumlarnn younluu, kklerin younluundan daha az olduundan, evrenin bir kre gibi kendi zerine kapanmasna gerek kalmayacaktr.

Einstein'n edalml evren varsaymnn evrenbilim zerinde olumsuz etkisi olmutur: Birincisi, nceki dnemlerde sama ve bilimin antitezi olarak tanmlanm olan ortaa sonlu evren kavramn hortlatmtr. kincisi, edalm varsaymnn estetik basitlii Einstein'n bilimsel saygnlyla birleince, bu varsaymn tm dier relativistik evren modellerinde de kullanlmasna neden olmutur. ncs, ve belki de en nemlisi, gelecekte yaplacak gzlemlerin edalm varsaymn dorulayaca beklentisinden yola karak, gzlemlerle elien varsaymlarn yaplmasna izin vermitir. Konuyu Einstein'n evren modeli balamnda incelersek, Einstein, evrenin, gkada kmelerinden ve gkada sper kmelerinden daha byk leklerde edalml olacann beklentisi iindeydi. Ancak gzlemler bu beklentiyi ykt (ekil 1).

11

GKADA DAILIMLARI

Samanyolu gkadas dndaki gkadalarn varl 1925 ylnda Hubble'n Andromeda bulutsusunda Cepheid tr deien yldzlarn varln bulmasyla kesinlik kazanmt. Drt yl sonra Hubble krmzya kayma-uzaklk bantsn buldu. Bu bulgu, nce Friedmann daha sonra da de Sitter'in yapm olduu kuramsal almalarla birletirilince, genileyen bir evrene iaret ettii ynnde yorumland. Max Wolf, bulutsu kmelerinin varln 1903 ylnda yapt gzlemlerle gstermiti. Gkadatesi gkbilimin balad andan beri, gkadalarn en az 1 Mpc (yaklak 3 milyon kyl) leklerde kmelendii biliniyordu. Daha sonra, ister ender sayda (Samanyolunun da iinde bulunduu Yerel gkada grubu) ister daha byk saylarda (Virgo, Coma Berenices ve Perseus gibi) gkada ieren tm yaplarn kmelenme eiliminde olduu kantland. Gkadalarn daha da byk leklerde kmelenip kmelenmedii uzun yllar tartma konusu oldu. Brent Tully'nin 1986 ylnda bulmu olduu sper gkada kme kompleksleriyle bu tartma noktalanm oldu. Tully - Fisher kompleksleri yaklak 100 milyon k yl geniliinde ve bir milyar k yl uzunluundaki yaplardr. 1957 ylna dnersek, Abell, 1. Palomar Gkyz Aratrmasn kullanarak 2500 gkada kmesinden oluan dizelgesini oluturdu. Abell kmelerinin krmzya kaymas 0.15 dir (1000 Mpc uzakla karlk gelir). Bu kmelerdeki gkada says olduka yksektir, yle ki, nl Virgo kmesi yeterli sayda gkada iermediinden bu dizelgeye alnmamtr. 1958 ylnda Abell, kendi hazrlam olduu dizelgedeki gkada dalmn inceledi ve bu gkadalarn ilgili kmelere ilikin olmama olasln 10 60 da 1 olarak belirledi. Abell almalarnda birka "sper kme" rnekleriyle de karlat.

ekil 1. Evrenin en yeni haritas. Harvard - Smithsonian Astrofizik Merkezinde alan J. Huchra, M. Geller ve R. Marzke tarafndan hazrlanmtr.Samanyolu gkadasndan gkada diskine dik ynde 1 milyar kyl uzaklatmz dnelim. Greceimiz grnt ekildeki gibi olacaktr. ekildeki herbir nokta bir gkaday simgeler. Samanyolu gkadas eklin zeinde, You are here yazl yerdedir. ekildeki toplam gkada says 14

12

000 dir. 9h - 16h arasnda uzanan yapya Byk Duvar (Great Wall) denir. 3.5h - 23h arasndaki zincir Pisces - Perseus kme zinciri olarak anlr. ekildeki ember biimindeki blgelere boluk (void) denir. Hangi leklerde alnrsa alnsn zdein edalm gstermediine dikkat ediniz.

Ayn verileri daha ayrntl bir yntemle inceleyen Yu ve Peebles (1969) gkada kmelerinin nemli bir kmelenme gstermedii sonucuna vard. Daha nceleri, yakn komuluumuzdaki parlak gkadalarn dalmn inceleyen De Vaucouleurs (1956) iinde bulunduumuz Yerel Grubun, Virgo sperkmesi ad verilen (zei Virgo kmesinde bulunan uzun ve yass bir sperkme) kmenin d blgelerinde yerald sonucuna vard.

Gkbilimciler yerel sper kmelerin nemini kavramada, bazen varln onamada olduka yava davrand. Ancak son yllarda, gkada sper kmelerinin evrenin temel yaplar olduu konusunda yeterince kant birikti. 1983 ylnda yaynlad bilimsel bildirisiyle Oort, ou gkbilimciyi sper kmelerin nemine inandrmak iin byk aba gsterdi. Bu arada, krmzya kaymas daha byk olan gkadalarn gzlenmesiyle, evrenin boyutta incelenmesi almalar da hz kazand. 1956 ylnda Humason, Mayall ve Sandage, o zamana dein elde edilen gkada krmzya kaymalaryla 580 elemanl bir dizin elde etmiti. Harvard-Smithsonian Astrofizik kuruluunda alan Huchra, J.P. nin dizelgesinde ise 7500 gkada bulunmaktadr. Bu gkadalarn konum ve krmzya kaymalar bilindiinden yakn komuluumuzdaki gkadalarn boyutlu dalm yaplabilmitir (ekil 4). Daha byk krmzya kayma gsteren gkadalarn dalmndan da benzer bir harita kmaktadr. Bu almalardan ilgin bir sonu kmtr: belli bir krmzya kayma aralnda hemen hemen hi bir gkada bulunmamaktadr. Bu sonuca gre gkadalar, birbirinden dev boluklarla (voids) ayrlm sper gkada zincirleri zerinde kmelenmektedir. Parlak gkadalarn ok ender bulunduu boluklarn gkada dalmlarnn temel zelliklerinden biri olduu gr gnmzde yaygn onay kazanmtr. Kirshner ve arkadalarnn (1981) Bootes takm yldznda bulduu geni boluun ap 100 Mpc dir.

1974 ylnda Peebles ve Hauser, Shane-Wirtanen saymlarn kullanarak ok uzak ve snk gkadalarn dikkate deer bir haritasn kard. Bu haritann hazrlanmas srasnda 1 milyon gkada tek tek elle saylmtr! Bu gkadalarn krmzya kayma lmlerinin tamamlanmas ve tm kuzey yarm kmedeki gkadalarn 3 boyutlu haritasnn tamamlanmas uzun srecektir. Ancak, 2 boyutlu haritadan bile byk lekli gkada dalmnn petek benzeri (gkada kme zincirleri ve onlarn evreledii boluklar) bir yapya sahip olduu grlmektedir

Dr. Tully ve alma arkada J.R. Fischer, yakn komuluumuzdaki 2000 gkadann uzaklk lmlerini kullanarak, evrenin bizim kemizdeki 3 boyutlu grntsn karma ilemine giritiler. Tully ve Fischer de gkadalarn birbirine bal filamentler boyunca dizildiini gsterdi. Bu filamentler birka milyon kyl kalnlnda ve yzmilyonlarca kyl uzunluundaki yaplardr; yle ki, bu yaplar Tully ve Fischer'in haritalarndan darya tat. Bunun zerine Tully daha byk bir harita yapm iin ie giriti. Yer'den 1.5 milyar kyl tede bulunan gkadalarn haritas amaland. Bu uzaklklardaki gkada says 2 milyonun zerindedir. ada teleskoplar bu uzaklklar "grebilmektedir", ancak bu gkadalarn tek tek saymn yapmak olas deildir. Bu nedenle Tully, 40 yl nce gkbilimci Abell'in gkada kmeleri olarak tanmlad byk gkada kmelerinin bulunduu blgelerin haritasn karmaya karar verdi.

13

Kmelerin sergiledii desen Tully'i de artt. Kmeler, herbiri en az 20-30 sperkme filamentlerinden oluan dev kurdelalar biiminde uzanyordu. Tully yaklak be tane "sperkme kompleksinin" tansn yapt. Bu yaplarn herbiri milyonlarca trilyonlarca yldz ieriyordu. "Kurdela " iindeki kmelerin younluu, "kurdela" d ortamn younluunun yaklak 25 katyd. Dahas, bu sperkme komplekslerinden bazs Tully'nin yeni haritasndan darya tat. Daha da ilginci, bu komplekslerin tm birbirine kout dzlemlerde yeralyordu; sanki daha da byk bir yapnn alt birimleriydiler!

Gkada sperkme kompleksleri Byk Patlama varsaymlarndan biri olan "zdein byk leklerde edalm gsterdii" ilkesiyle dolaysz olarak eliiyordu. Einstein'n kozmolojik ilkesi Byk Patlama evren modeline her zaman sorun yaratmtr. nk evrendeki zdein edalml deil, "yumrulu" olduu gerei her yeni gzlemle bir kez daha kantlanmaktadr. Eer evren sanld gibi, Byk Patlama sonucunda, edalml plazma-foton orbasndan evrim geirerek bugnk duruma geldiyse, edalm gstermeyen yaplar nasl ortaya kt? Bu soruya verilen genel yant: "Erken evrende ok kk zdek yumrular olumutu. Bu yumrular zamanla byd, yldzlar, gkadalar, ve gkada kmelerini oluturdu" biimindedir.

Kukusuz yumru ne denli bykse olumas iin geecek olan zaman dilimi de o denli byk olacaktr. Yldzlar iin birka milyon yl yeterlidir. Gkadalar iinse 1-2 milyar yl gerekmektedir. Gkada kmelerinin oluumu ise daha uzun bir zaman diliminde gerekleir. Sper gkada kmeleri bulunduunda , evrenbilimciler byk bir glkle karlatlar ve bu gln stesinden gelmek iin olduka byk aba harcadlar. Tully'nin sper gkada kompleksleri durumu gletirmiti; bu yaplar, Byk Patlamadan gnmze getii sanlan 20 milyar ylda oluamayacak denli bykt!

Ksacas, olduu sanlan Byk Patlamadan gnmze geen 20 milyar ylda bir gkadann (veya gkaday oluturan zdek) devinebilecei uzaklklar ancak 65 milyon kyldr. Ancak, evreni Byk Patlamayla balatp, zdei uzaya edalm gsterecek biimde datr ve yalnzca 65 milyon kyl uzaklklara devindirirseniz Tully kompleksleri cinsinden dev boyutlarda ve yksek younluklardaki yaplar oluturamazsnz! nk bu yaplarn oluabilmesi iin zdein en az 270 milyon kyl uzaklklar katetmesi gerekir. Bu

14

da, 1000 km s -1 lik zdevinim gsteren zdek iin yaklak 80 milyar yl demektir. Bu sre, Byk Patlama kuramclarnn izin verdii srenin drt katdr!

Aslnda durum daha da kt! nk nce zdein 1000 km s -1 lik hzlara ivmelendirilmesi gerekir. Ondan da nce, zdei Tully kompleksleri boyutlarnda olumak zere ekecek olan ekirdek zdein olumas gerekir. Ksacas, bu tr komplekslerin oluabilmesi iin gerekli zaman, en tutucu deerlendirmeyle 100 milyar yldr. Byk Pat-lamaclarn bu skntdan k yolu olarak nce gzlemsel bir gerek olan sperkme komplekslerini yadsmay denediler. Daha sonra bunun geersiz bir k yolu olduunu anlaynca yeni "yara bandlar" (epicycles) aradlar: "Evrendeki zdek dalm aslnda yumrulu deil, ancak yumruluymu gibi grnyor" savn gelitirdiler. nk evrende denge durumu arama istei evrenbilimcileri gkada haritalarnda aka sergilenen boluklar (voids) karanlk zdekle doldurmaya itiyordu. Gkada kmeleri zerine yaplan gzlemleri yorumlamak ve sonular beklentilerine uydurabilmek iin karanlk zdek varsaymna sarldlar. Aslnda bu olduka yrekli (!) bir varsaym; nk bu varsaym, gkadalarn birbirine ekimsel olarak bal kalabilmesi iin evrenin % 99 undan fazlasn karanlk zdekle doldurmaktadr.

Karanlk zdek varsaym yerine, Prigogine'in nerdii biimiyle karmaadan dzenin doacan ve gkada kmelerinin byk lekli Erke Sac Yaplar (dissipative structures) olduunu onamak daha az ekincelidir. Eer bu seenein olaslnn yksek olduunu gsterebilirsek gkada kmelerinin birbirine ekimsel olarak bal kalmas iin gerek duyulan karanlk zdek sorununun stesinden gelmi oluruz.

KOZMK MKRODALGA ARDALAN IINIMI

Yldzlararas ortamn en bol bileeni, kozmik mikrodalga ardalan nm fotonlardr.

Serendip Bulgu

Mikrodalga ardalan nm ilk kez 1965 ylnda Arno Penzias & Robert Wilson tarafndan ou radyo gkbilim bulgular gibi serendip olarak alglanmtr. Serendip szc ilk kez yazar ve tarihi Horace Walpole tarafndan 18. yzyln ortalarnda kullanlmtr. Bu szcn alnd peri masalnda Serendipin (Eski Seylon imdiki Sri Lanka) prensi olduka ansldrlar; srekli olarak beklenmedik bulgular yaparlar. Walpole bu szcn, ansn yansra usun da devrede arlkl olarak bulunduu bulgular iin kullanlmas gerektiine iaret etmitir. Bu gerei en arpc biimde dile getiren biliminsan Louis Pasteur olmutur: Gzlemsel almalarda ans, bulguya ussal olarak en hazrlkl olan kiiyi yeler. Ad geen bilim adamlar bu bulgular nedeniyle 1978 ylnda Fizik dalnda Nobel dl almlardr.

Ardalandan gelen ve kara cisim tayf sergileyen bu nmn Byk Patlama kuramnn gerekli bir bileeni olduunu 1948 ylnda Gamow ngrmt. II. Dnya sava srasnda bilim adamlar sava projelerinde altrldndan, bar zamannn ou aratrmasnn yansra, evrenbilim de askya alnd. Savan sona ermesiyle birlikte evrenbilim de dnme urad. Sava ncesi dnemde, evreni oluturan elementlerin nasl olutuu konusu, speklatif kuramsal bir konuydu. Ksacas ne doruluu ne de yanll kantlanabiliyordu. ekirdek tepkimelerine ilikin ok az ey biliniyordu. Atom bombasnn retilmesinden sonra,

15

elementlerin kayna artk bir hipotez olmaktan km, teknolojik bir gerek durumuna dnmt. New Mexico llerinde snanan ve Japonya zerine atlan bombann yakt bile, uranyumdan retilmi bir element olan pltonyumdu. Atom bombalar, bilinen elementleri, yeni ve egzotik elementler ve bu elementlerin izotoplarna dntrmt. Bu yeni elementler, zellikle Trinity testinin sonucunda ortaya kan serpinti zerine yaplan almalarda bulunmutu. Atom bombasn ortaya karan Manhattan Projesinden gelen dev aratrmalar, ekirdek tepkimeleri zerine yeni veriler sunuyordu.

Manhattan Projesinde grevli bilim adamlarndan biri olan George Gamow'a gre, atom bombasnn patlamas evrenin balangcna gzel bir benzerlik oluturuyordu: "eer bir atom bombas saniyenin yzmilyonda biri gibi ok ksa bir srede yeni elementler yaratyor ve bunlar yllar sonra bile lde gzlenebiliyorsa, niin birka saniye sren evrensel bir patlama, milyarlarca yl sonra bugn gzlediimiz elementleri yaratamasn?" 1946 yl sonbaharnda yazd bir makalede Gamow dncelerini ileri sryor ve Byk Patlamann Lemaitre eitlemesinden sonraki ikinci eitlemesi ortaya kyordu. Ancak Gamow, Lemaitre'n tersine hipotezinin gzlemsel kant olarak, kozmik nlar deil de element bolluklarn almt. Bunun yansra Gamow da tpk Lemaitre gibi, gzlenen bolluklarn gnmz evreninde sregelen fiziksel srelerce retilemeyeceini varsaymtr. Gamow, 1930 lu yllarda yaplan almalarda, elementlerin kaynan aklama abalarnn boa ktn biliyordu. nk kuramlar, atom arlnn artmasyla birlikte element bolluunun eksponansiyel olarak deceini ngryordu. yle ki, karbon atomunun bolluu hidroje-ninkinden bir trilyon kez daha azdr; kurun gibi daha ar elementler ise, hemen hemen yok denecek denli azdr. Bu sonu, gzlemlerle mthi bir biimde eliiyordu. 1940'l yllarn ortalarna gelindiinde, bilim adamlar, yldz ve gaz bulutu tayflarndan edindikleri bilgiler nda, evrenin ok byk bir ksmnn hidrojen ve helyumdan olutuunu ve gzlenen evrendeki ktlenin drtte nn hidrojen olduunu biliyordu. Ktlesi biraz daha ar olan elementlerden balca karbon, azot ve oksijen (yaam iin gerekli elementler) toplam ktlenin yaklak yzde birini olutururlar. Bu gzlemsel deerler, ngrlen deerlerden trilyonda bir denli fazladr. Azottan daha ar ancak demirden daha hafif olan element bolluklarnn gzlenen deeri, yzbinde bir denli byk dalgalanma gsterir. Daha ar elementlerin gzlenen bolluu, yaklak milyarda bir olup, yine kuramsal ngrlerden ok daha fazladr.

Bunun zerine Gamow, gzlemlerle kuram arasndaki bu ar elikinin kaynann, patlamann genliini hesaplamada yetersiz kalan ilk kuramsal almalar olduunu ileri srd. Eer evren gerekten tekil bir noktadan geldiyse, Genel Grelilik eitlikleri, evrenin scaklnn birka saniye iinde hzla deceine ve elementleri oluturan ve ayrtran ekirdek tepkimelerinin duracana iaret eder. Ar elementlerin olumas iin yeterince zaman bulunacak, ancak bu elementlerin paralanmas iin zaman yetmeyecektir. Evren tpk A bombas gibi, scak bir ntron gaz olarak balayacaktr; daha sonra ntronlar birbirini bombardmana tutacak, birbiriyle birleerek hafif elementleri oluturacak ve giderek ar elementler ortaya kacaktr. Belli bir anda evrenin younluunu saptayan parametreyi istedii biimde ayarlayarak Gamow, bugn gzlenen niceliklerde ar element retmeyi becerdi. Helyum ve Dtoryumun gzlenen kozmik bolluklarndan yola kan Gamow, mikrodalga ardalan nmnn scakln 5 K olarak ngrd. O dnemde bu lmleri gerekletirebilecek aygtlar bulunmasna karn dncenin peine dlmedi.

1964 ylnda Dick, mikrodalga ardalan nm kavramn yeniden canlandrd. Bu nm Dickin evrimsel evren modelinin gerekli bir bileeniydi. Bu modelde evrenin ardarda

16

geirdii herbir bzlmede ar ekirdekleri ayrtracak yksek erke fotonlarna ( T > 10 10 K ) gereksinim vard. Bylece bir sonraki evrim yalnzca temel paracklar ve nmla balayacak, nceki evrimlerden arda ekirdekler birikmeyecekti. Dicke modelinde ssal ardalan nm artn da ngrm, Roll ve Wilkinson'dan bylesi bir nm gzleyecek bir lm dzenei yapmalarn istemiti. Hazrlanan aygt gzlemlere balama aamasna geldiinde Penzias & Wilson' un gkyznden geldii sanlan beklenmedik bir grlt kayna kefettikleri haberi geldi. Penzias & Wilson , gkada nmnn 7 cm de mutlak scaklk haritasn yapmak zere Bell Laboratuvarnn "horn" antenini dikkatli bir biimde ayarlyorlard. Heriki alma grubu biraraya gelip almalarn gzden geirince, mikrodalga ardalan nmnn bulgusunu duyurup yorumunu yaptlar.

Kozmik mikrodalga ardalan nmnn evrenbilimdeki nemi

Standart Byk Patlama modeli evrendeki zdein edalml (homojen) olduunu, uzayn da herhangi bir yn yelemeksizin (ynbamsz - izotropik) genilediini savunmaktadr. Bu model, erken evrenin scak ve bu evrendeki zdekle nmn ssal dengede olduunu varsayar. Byle bir ortama kara cisim (blackbody) denir. ngrlen mikrodalga ardalan nmnn frekans tayfnn kara cisim frekans tayfn yknecei savunulur.

Byk Patlama senaryosuna gre, balangta bir ateten top vard. Bu ilk anlarda, zdek veya saf erke gibisinden bir ayrm yaplmyordu. Bu arada uzay geniliyor, temel paracklar ortaya kyordu. Bir sre sonra ateten top, zdek ve nm bileenlerine ayryordu. Bu aamada zdek yeterince youn olduundan, k hzyla uzaklamak isteyen nm oraya buraya saarak orbadan kamasn engelliyor, nm da bu engellemeye tepki olarak zdei iyonlatryordu; yani, elektronlarla protonlarn biraraya gelerek hidrojen atomuna dnmelerini engelliyordu. Bu arada uzay genilemesini srdryordu. Genileme sonucunda evren T 4000 K scakln altnda bir deere soumu ve fotonlarn erkesi artk zdei iyonlam durumda tutamayacak denli azalmtr.. Bu aamada nmn tayf kara cisim tayfdr. nk nceki aamalarda, iyonlam zdekle nmn ssal dengede olduu varsaylr. Evrenin sonraki aamalarda geirdii genileme nmn tayfnn ssal doasn etkilememi, ancak nmn scakl, uzayn genilemesine bal olarak azalmtr.

Scak Byk Patlama modelinin tutarll ve geerlilii birok etmenin yansra ardalan nmnn ssal tayfna da baldr. Mikrodalga ardalan nmnn geni bir frekans aralnda yaplan duyarl parlaklk lmleri 2. 73 K termodinamik scaklndaki ssal tayftan hibir sapma gstermemektedir ( ekil 1 ). Frekans tayf gerekten de Gamowun bekledii gibi kara cisim tayf biimindeydi. Gzlenen bu gereklerin anlam kazanabilmesi iin evrendeki baz fiziksel niceliklerin belli deerlere sahip olmas gerekiyor.

Erke aks T = 2.73 K 3

2

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 19 Frekans

17

ekil 1. 2.73 kelvin scaklndaki kara cismin frekans tayf. 1, 2, 3, ... ile gsterilen izgilere ayrk erke kanallar gzyle bakabiliriz 1. erke kanalndan 12. erke kanalna doru gidildike herbir kanala aktlan erke niceliinde art sonrakilerde de azal olduuna dikkat ediniz.Eer 1 - 19 erke kanallar arasndaki gzlem saysn arttrrsak, dier bir deyile erke kanal saysn ayrk deil de hemen hemen srekli bir grnm oluturacak biimde arttrrsak, tayf srekli bir tayfa dnr.

Bu modelde baryonik zdek (elektron, proton, ntronun kombinasyonlarndan oluan zdek) younluu kapanma younluunun 0.02 katndan daha azdr. Kapanma younluu, evrenin gnmzdeki genilemesini asimptotik (sonsuz zaman iinde evrenin yarap belli bir R deerine yaklaacak ) olarak durdurmak iin gerekli younluktur. nk, eer Byk Patlama anndaki younluk bu deerden daha dk idiyse, sper scak plazma yldz ve gkadalarn olumasna olanak tanmadan dalp yokolacakt. Yok, eer younluk kapanma younluundan biraz daha byk idiyse evren bir mikrosaniyeden daha az bir srede genileyip hemen kendi zerine kecekti. Gnmz evreni ancak younluk parametresinin tam tamna 1 olmas durumunda olasdr. Kuramn bu ngrs anthropic ilke denen ilkeyi gndeme getirmitir. Byk Patlama senaryosuna gre evrenin % 99 denlisi baryonik olmayan souk karanlk zdektir. Baryonik olmayan souk karanlk zdein doas imdilik bilinmiyor! baryonik zdekle nasl etkiletii bilinmiyor ! evrende aranyor, yok! parack fizikilerinin hzlandrclarnda aranyor, yok! Ama adlar hazr: WIMPler, inolar, axionlar, manyetik monopoller, stringler, vb.

Mikrodalga ardalan nmnn kefinden hemen sonra Peebles bu nmn zdek ile nmn ayrld ada evrenin yapsna ilikin bilgi sunacana iaret etti. Mikrodalga ardalan nmnn bugn gzlenen scaklk dalgalanmalarn lerek, zdek ile nmn ayrld adaki ktle younluk dalgalanmalarnn genliine ilikin bilgilenebileceimiz ileri srld. Eer ktle younluk dalgalanma genliklerini bulabilirsek, ekim kuvvetinin 12 milyar ylda (Hubble Uzay Teleskobu lmlerinden bulduumuz ya ) bugn gzlediimiz byk lekli yaplar oluturup oluturamayacan syleyebiliriz. 1970li yllardaki kuramsal almalar ad geen scaklk dalgalanmalarn 104 dzeylerinde ngryordu [5] . Daha dk deerler bugn gzlediimiz evreni yaratamazd ! Ancak bu deerler gzlenemeyince kuramsal deerler srekli aaya ekildi ! [1] COBEnin bulduu sonu, T / T 10 - 6 dr [2]. Bu sonu, eer Byk Patlama modeli doruysa, bugn gzlediimiz yldzlarn, gkadalarn, gkada kmelerinin, boluklarn, byk duvarn, vb. henz olumam olmas gerekiyor !

COBE lmleri

2. 73 K scaklna sahip mikrodalga ardalan nmna, erken evrene ilikin aratrmalarda kullanlabilecek en etkin aygt gzyle baklyor. Byk asal leklerde ele alndnda (70) mikrodalga ardalan nmnn ilkalardaki ekimsel gizilg (potansiyel) dalgalanmalarnn izini tad savunulur. Bugn evrende gzlediimiz byk lekli yaplarn oluumuna neden olan etmenin, ekimsel gizilg (potansiyel) dalgalanmalar olduuna inanlmaktadr. COBE' nin DMR (Differential Microwave Radiometer) adl aygt mikrodalga ardalan nmnn byk asal leklerde sergiledii ynbamll lmek amacyla tasarlanmtr. Bu aygt frekansta gzlem yapmtr : 31.5 GHz , 53 GHz , 90 GHz ( Bu frekanslara karlk gelen dalgaboylar srasyla 9.5 mm , 5.7 mm , 3.3 mm dir ). Bu frekanslar, gkada nmnn minimum ve mikrodalga ardalan nmnn maksimum akya sahip olduu dalgaboyu aralklardr. Bylece gzlem sonular d mikrodalga kaynaklarnca ok kirletilmemi olacaktr. Herbir frekansta gzlem yapan ve birbirinden hemen hemen

18

bamsz iki frekans kanal vardr. COBE' nin yrngesi ve dnme ekseni, alt ayda tm gkyz haritasn karacak biimde ayarlanmtr ( ekil 2 ).

DMR ift "horn" antenden oluur. Dewar ad verilen soutucu tank zerinde, birbirinden 1200 lik aklklarla konulandrlmlardr. Herbir radyometre kanal, aralarndaki ayrm 60 0 olan iki ayr gkyz blgesini 70 lik aklklarla gren iki "horn" antenden gelen radyo ak farkn ler. Antenlerin iimlerinin dnme ekseniyle yapt a 300 dir. Dewar, 650 litrelik sperakkan helyum cryostatdr.

Yukarda da belirtildii gibi, DMR, aralarnda 60 0 bulunan iki gkyz parasndan gelen nmn anten scakl arasndaki fark ler. DMR haritalarnda baskn olan iki zellik vardr : 1) nmn iftuay ynbamll ; dier bir deyile, haritada bir blge scak (mavi) dier bir blgeyse souktur (krmz). Bu blgeler arasndaki scaklk fark 3.36 m 0.1 mK dzeylerindedir.

iftuay ynbamll ( T /T 10 -3 ) tm frekans kanallarndan amaz bir biimde gelmektedir. ( ekil 3 ). Karacisim nm alan olan mikrodalga ardalan nmna gre greli devinimde bulunan gzlemci iftuay ynbamll gzleyecektir. Gzlenen tm iftuayn Samanyolu'nun yerel kme iindeki zgn hzndan kaynakland varsaylmtr ; ve 2) gkada dzleminden gelen nm.

ekil 2. COBE uydusu.

19

COBEnin gzlem sonular gerekten nefes kesici. Bu harita bize, Samanyolu gkadasnn, Kova burcu - Aslan burcu dorultusu boyunca, Kovadan Aslana doru 600 km/s lik hzlarla srklendiini sylyor.

COBE DMR haritalarndaki karakteristik ynbamllk T / T 10 - 6 dzeylerindedir. Bu yap greli olarak daha byktr ve tans yaplabilmi olan tm sistematik yanlglardan farkldr. Bu yapnn Gkadamzdan m, gkadatesinden mi yoksa mikrodalga ardalan nmndan m kaynakland henz anlalamam kritik bir sorundur. COBEden sorumlu G.F. Smoot, En ekonomik hipotez, bu yapnn mikrodalga ardalan nmndan kaynakland hipotezidir saptamasn yapmaktadr.

Eer mikrodalga ardalan nmnn ynbamll olarak yorumlanabilirse, bu sonular evrenin yapsn aklamaya alan ime(enflasyon)+ karanlk zdek modellerini snayabilir; bu modeller younluk tedirginliklerinin kullanlan leklerden hemen hemen bamsz olduunu ngrr. DMR haritalarndaki ynbamllklar, ayn zamanda, yap oluumlarnda kullanlan ekimsel kararszlk modellerini de snar.

20

ekil 3. (st) Samanyolunun evren iindeki srklenmesinden kaynaklanan iftuay bamll. (Orta) Samanyolu gkadasndan ve ardalandan gelen mikrodalga nm. (Alt) Samanyolunun katksnn dlmesinden sonra elde edilen mikrodalga ardalan nm haritas.

Issal Sunyaev - Zel'Dovich Etkisi

Mikrodalga ardalan nm tanmndaki ardalan szc bize ne anlatyor ? Bu nmn, herhangi bir gk cisminden kaynaklanmadn, Byk Patlamadan ardakalan fosil nm olduunu ve gzlenebilir evrenimizin telerinden geldiini anlatyor. Bu nmn gerekten de ardalandan geldiini kantlayabilecek gzlemler yaplabilir mi ? Evet yaplabilir. Issal Sunyaev ZelDovich etkisinin gzlenmesi bizim bu konudaki kukularmz giderebilir.

Youn gkada kmeleri gl X - n kaynadr. Bu nmn ana kaynann, kmenin gkadalararas ortamnda tuzaklanm olan scak, iyonlam gazdan gelen ssal bremsstrahlung olduu gsterilmitir. zgr elektrik ykl paracklar birbirlerinin elektrik alan iersinde ivmelenirler. Bunun sonucunda erkelerinin bir ksmn nm olarak salarlar Bu srece Bremsstrahlung denir. Gkada kmelerinde salnan nm X - n blgesine der (Ancak bremsstrahlung srecinde nm X - n blgesine de optik blgeye de radyo blgesine de debilir). Gkada kmelerinde bu nmn X - n tayf salma izgileri gsterir. Bu izgilerin, yksek derecede iyonlamaya uram demir atomlarndan geldiine inanlmaktadr. Bu izgiler, daha youn ve daha scak kmelerde gaz scaklnn 10 8 K denli yksek olduuna iaret etmektedir.

Mikrodalga ardalan fotonlaryla kmelerdeki gkadalararas plazmann gl bir etkileime girmesi beklenir. Plazma, nmdan ok daha scak olduundan etkileim ters Compton salmas sreciyle olacaktr. Yani elektron, proton, vb. elektrik ykl paracklardan oluan plazma erkesini mikrodalga nmna aktarr. Bu sre plazmann soumasna neden olurken nmn tayfn da bozar. Etkileim foton saysn korur. Ancak salmaya uram olan fotonlarn erkesi, bu ortama giren foton erkesinden daha yksek olur. Inm Rayleigh - Jeans blgesinde (radyo blgesi) "daha souk", Wien blgesinde (optik - morte) "daha scak" olur. Bozulmaya uramam olan tayfn tepe noktasndan ( 162 GHz ) biraz daha yksek frekanslarda ( 218 GHz) tayf bozulma gstermez ( ekil 4 ) [1].

21

ekil 4. Youn gkada kmeleri iindeki scak, iyonlam gaz iinden geen mikrodalga ardalan nmnn baz fotonlar ters Compton salmas sreciyle daha yksek frekanslara kayarlar. Bu srete foton says korunurken kara cisim tayf bozulmaya urar. Ters Compton sreci nm "stmasna" karn nmn Rayleigh - Jeans blgesindeki tayfsal erke younluu Sunyaev - Zel'Dovich etkisi nedeniyle azalr.

Issal Sunyaev - Zel'Dovich etkisinin inandrc lmleri, kozmik mikrodalga ardalan nmnn yksek krmzya kayma gsteren blgelerden geldiini kantlayaca gibi, Standart Byk Patlama modelinin en belirsiz iki parametresi olan H0 , Hubble sabiti ile q0 , yavalama parametresinin saptanmasnda da yardmc olur.

COBE bu etkiyi gzleyemezdi nk horn antenlerinin asal zmleme gc, gkada sperkmelerinin asal boyutlarndan ok bykt. Ancak tasarlanan yeni aygtlarn asal zmleme gc, bu etkiyi gzlemeye yetecek denli yksek olacaktr. Bu arada unu da belirtmek isterim: 5 Eyll 1997 gn Trkiye Ulusal Gzlemevinin al yapld. Bu al srasnda sayn Raid Sunyaev ile yaptm syleide, ssal Sunyaev - Zeldovich etkisinin krmzya kaymas 0.82 ye dek olan kmelerde gzlendiine ilikin inandrc kantlar olduunu syledi. Sunyaev ayrca bu etkiyi gzleyebilecek uydularn grebildii uzakln z = 1 denli olduuna da iaret etti. Daha uzaklar grebilecek, ad geen etkiyi gzleyebilecek uydularmz henz yok. Ancak, z 5 uzaklklarn grebilen yer konulu radyo teleskoplarn lm sonular belirsizliin srdne iaret ediyor.

zetleyecek olursak, en byk leklerde gzlediimizde evren bugn sper gkada kmeleri, "bubble"lar, boluklar gibisinden devasa yaplar sergilemektedir. Eer evren Standart Byk Patlamann ileri srd gibi edalml zdek ve nm "orbasndan" bugnk durumuna geldiyse, bu yaplar nasl olutu ? Bu sorunun Standart Byk Patlama modelindeki yant , " Bu yaplarn kayna, enflasyonist an sonunda, kozmik orbada ortaya kan kk lekli kuantum dalgalanmalardr" biiminde verilir. COBE'nin gzledii scaklk dalgalanmalar da bu dalgalanmalarn gnmzdeki byk lekli durumudur. Dier

22

bir deyile, zdek younluundaki kuantum dalgalanmalar kendisini foton scaklklarndaki dalgalanmalar olarak gsterir.

Inmn frekans tayf 2.73 K scaklndaki bir kara cismin tayfn yknmektedir. Bu gerekten yola kan standart Byk Patlamaclar mikrodalga ardalan nmnn , evrenin scak youn bir balangc olduunun kant olduuna iaret etmektedirler.

Dier yandan scaklklardaki ynbamllklar bugnk yumrulu yaplar aklama grevi grecekti. Ancak, ynbamllklarn genlii (T / T 10 - 6 ), bugn gzlenen sperkme yaplarn aklayamayacak denli kk olduundan "karanlk zdek" kavram bir "epicycle" (yara band!)olarak evren modellerine szmtr. COBE sonular, Byk Patlama, Enflasyon ve Karanlk zdek ieren evren modelleriyle tutarldr.

Inmn ardalandan m geldii yoksa yerel bnir etki mi olduuna ilikin belirsizlii akla karabilecek olan ssal Sunyaev - Zeldovich etkisi henz inandrc bir biimde alglanamamtr.

Seenek Aklama

Yukarda da deindiimiz gibi, gzlemsel bir gerek olan Mikrodalga Ardalan Inm , evrenin scak bir balangc olduunu savunan Byk Patlama modelinin gl bir kant olarak sunulur. COBE uydusu verileri bu nmn tayfnn 2. 73 K scaklndaki kara cisim tayfna uyduunu gstermitir. Bu sonu, ou evrenbilimci tarafndan Byk Patlama modelinin dorulanmas olarak yorumlanmtr. Baka yorumlar da var.

Ancak, Byk Patlama modeli, erken dnemlerin kara cisim tayfnn daha sonra gerekleen ve termodinamik karakterde olmayan olaylarca bozulacan ngrmektedir. Termodinamik karakterde olmayan olaylara rnek olarak, gkadalarn, gkada kmelerinin ve bugn gzlediimiz, boyutlar 100 Mpc e dek uzanabilen hcre benzeri yaplar sayabiliriz. Mikrodalga ardalan nmnda bu olaylarn izi alglanmalyd. Alglanamam olmas, on yl nceki kuramsal beklentilerin boa ktna iaret eder. Gzlemler karsnda snanmaktan kanan Byk Patlama modeli yerine yeni araylar balamtr.

Byk Patlama modeli evrenin dz ve yapsz (yap szcnden gkadalar, gkada kmeleri, gkada sper kmeleri ve boluklar anlalmaldr) olarak baladn ancak daha sonra yaplarn olutuunu syler. Bu mucizenin (mucize, nk evren boyutlarna da dikkatsiz bir biimde uyguladklar termodinamiin II. yasas, edalml bir ortamdan byk lekli yaplara gemenin, dier bir deyile, karmaadan dzen dourmann olas olmadn savunur!) nasl olutuunu aklayabilmek iin saysz abalar harcanmtr. Bu abalarn iki ortak yan bulunmaktadr. Birincisi, daha st dzeyde fizie ka ; ikincisi, snlan yeni fizikte ortaya kan devasa boyutlu ayrntlarn deneysel veya gzlemsel olarak snanamyor olmas. Belki de bu nedenle bu modellere senaryo deniyor!

Sorunun z olaylarn gelime srasnda yatyor. Byk Patlama modeline gre nce Mikrodalga Ardalan Inm vard; gkadalar sonra olutu. Ancak gzlemler bunun tam tersi bir gelimenin olduunu kukuya yer brakmayacak bir biimde sergiliyor. Mikrodalga Ardalan Inmnn gkada oluumlarndan sonra ortaya km olabilmesi iin belli yaplara sahip paracklarn gkadatesi ortamda olduka yaygn olarak bulunmas gerekir. Gnmzde ya da greli olarak yakn gemite gkadatesi ortamda bulunan bu paracklarn mikrodalgada gl sourucu ve ayn zamanda da grsel blge ve daha uzun dalgaboylarnda

23

da nma geirgen olmalar gerekir. Bu durumda kendimize soru yneltebiliriz: 1) Bu tr paracklarn varl kuramsal olarak olas m? 2) Bu tr paracklarn varlna ilikin laboratuvar kantlar var m? 3) Bu tr paracklarn varlna ilikin gkbilimsel - gzlemsel kantlar var m?

Birinci sorunun yant kesinlikle evet tir! Mie tr bir hesaplama, ine biimindeki ince metalik paracklarn 1 mm dalgaboylu radyo dalgalarn sourma gcnn, 5000 A dalgaboylu optik nm sourma gcnden 100 kez daha byk olduunu gsterebilir. Bu sonular oda scaklnda geerlidir. ok dk scaklklarda metalik diren scaklkla azaldndan yukardaki karlatrma katsays 100 den 1000 e kmaktadr. Ksacas, gkadatesi ortam mikrodalgalarda son derece sourucuyken grsel blgede de son derece geirgendir. Metalik inelerin yksek sourma gc uzun dalgaboylarnda aplar ve boylarna bal olarak azalr. rnein, 1 mm uzunluundaki metalik ine, yaklak 10 cm radyo dalgaboylar iin sourma yeteneini yitirir.

kinci sorunun yant de evet tir. Laboratuvar deneyleri yava yava soutulan metal buharnn, ap 10 -6 cm ve uzunluu da 1 mm olan ineler biiminde younlaacan gstermitir. Metal buharndan oluan ilk yumaklanmalar birka bin atom ieren sv damlacklar biimindedir. Kat duruma doru anszn kristalleme balaynca, aa kan erke kristalin yapsnda krklara neden olur. Bu krlmalar deiik biimlerde gerekleir. zgn bir krlma biimi burgu krlmadr. Bu krlma tr zdein boyutlarnn zamanla dorusal olarak bymesini salar. Dier tr krlmalar zdein kresel bymesine neden olur. Kresel byme gsteren yumaklarn yarap zamanla doru orantl olarak artarken, doru biiminde byyen paracklarn boyu zamanla eksponansiyel olarak artar. Ksacas, boylar zamanla doru orantl byyen paracklar zamanla daha baskn byme biimi olduklarn gsterirler. Eksponansiyel bymenin baskn olmas nedeniyle, metal buharndaki atomlarn ou, ine biimindeki kat metallerden oluur.

nc sorunun da evet biiminde yantlanabileceine iaret eden iki gkbilimsel kant var. Kantlarn herikisi de spernovalardan gelmektedir. Yldzlararas ortama doru genileyen spernova artklarnda metaller senteze urarlar. Bu nedenle spernova artklarnda metalik, zellikle de demir inelerin varl beklenir. Yenge bulutsusundaki atarcadan gelen nm 30 - 10 cm aralnda ok belirgin bir azalma gstermektedir. Bu aralk, demir inelerin sourma gcnn en yksek olduu dalgaboyu araldr. lgili band aralnda atarca nm yapmyor olabilir. Ancak bu olduka dk bir olaslktr. Bu azalmaya getirilebilecek daha uygun bir aklama, atarcann evresinde bulunan (ancak Yenge bulutsusunun d blgelerinde bulunmayan) demir ineler alglayamadmz nm souruyor olabilir.

kincisi, gkadalarn radyo tmalaryla uzak krmzte ( 100 ) tmalar arasnda olaanst bir iliki bulunmaktadr. Bu iliki, varln olduka geni bir aralkta korumaktadr (10 4 arpan denli). Radyo nm atarca kaynakl yksek erkeli elektronlarn synchrotron nmndan gelmektedir. Atarcalarn kayna olan spernovalar ayn zamanda demir ine paracklarn da kaynadr. Evrende ne denli ok spernova olursa o denli ok atarca ve yine o denli ok demir ine paracklar olacaktr. Bu durum da bize, aklanmas zor olabilecek bir ilikinin doal olarak aklanabilmesini salar.

Demir ineciklerin uzak krmztedeki sourma gc ok yksektir. Bu inecikler yaknlarndaki bir krmzte nm alanndan olduka yksek nm basnc duyumsarlar. Bu tr nm alanlarnn erke younluunu kullanarak demir inelerin gkadalararas uzaya

24

kma hzn 10. 000 km s -1 olarak bulabiliriz. Bu hz, paracklarla onlar douran ebeveyn gkadalarn Hubble zamannda (H -1 ) birbirlerinden 100 Mpc uzaklklara ayrlmalarn salayabilir. Bu nedenle, kozmolojik adan baktmzda, demir ine paracklarn gkadalararas ortamdaki dalm gkadalarn kendi dalmlarndan daha tekdze olacaktr.

Aslnda, yalnzca 10 6 gkadann ine parack retimi, bu dalmn Hubble zaman iersinde tekdzelie kavumas iin yeterlidir.

Bununla ilikili olarak unu syleyebiliriz : nm alan kara cisim tayfna kavutuktan sonra nmn tayfn ssal yapan etmenin uzay dalm hi nemli deildir. Issal tayf salayan etmenlerin tekdze dalm olmas gerekmiyor. Mikrodalga nm kuantnn sourulup salnmadan nceki ortalama zgr yolu olsun. Hubble zaman iersinde nmn szma uzakl ( c H -1 ) dir. = 10 -2 c H -1 iin bu uzaklk, 0.1cH-1 olur. Bu deer, kozmolojik optik derinlik 100 bile olsa, nm alanndaki dalgalanmalarn H -1 zamannda ortadan kalkacana iaret eder.

Sonu olarak, tayfn dzgn ve ynbamsz olmasn salayan iki eilim vardr. Bu eilimin birisi nmn kara cisim nmna brnmesini salayan etmen (metal ineler) dieriyse nm alanndaki gl eilimdir. Bu iki eilimin Mikrodalga Ardalan Inmnda gzlenen ynbamszl retmesi beklenir. Metal ineler uzak krmztede yksek bir salma gcne sahip olduundan souk kalma eilimindedirler. Bir gkada yaknndaki metal inelerin scakl bile Mikrodalga Ardalan Inmnn scakln geemez. Mikro paracklarla arpan bu metal inelerin buharlama olasl var m ? Yok ! Yabanc molekller ineler zerinde younlaabilirler. H

2 molekl dndaki tm kat zdekler 2. 7 K scaklnda younlaabilirler. Bu metal inelerle arpan mikro paracklar ineler zerindeki moleklleri buharlatrabilir ama ineleri buharlatramazlar [4].

Kaynaklar :

[1] Verschuur, G.L. & Kellermann, K.I. (eds), Galactic & Extragalactic Radio Astronomy, Springer Verlag, NY, 1988, s. 619. [2] Smoot, G.F. ve ark., Ap.J. Lett., Vol. 396 : L1 - L5, 1992, Sept. 1. [3] Redhead, A.C.S & Lawrence, C.R., Ann.Rev. Astron. & Astrophys., Vol. 30, 692, 1992. [4] Arp, H.C., Burbidge,G., Hoyle, F., Narlikar, J.V., Wickramasinghe, N.C., Nature, Vol.346, 30 Aug. 1990. [5] Oort, J.H., Ann. Rev. Astron. Astrophys. Vol.21, 1983, s.374.

EVREN GENLYOR MU ?

Byk Patlama erevesinde alan tm evren modelleri evrenin genilediini savunmaktadr. Uzay gerekten geniliyor mu ? Biliminsanlar bu sonucu hangi gzlemsel gerekten karyorlar ? Bu sorularn yantlarna aada deineceiz. Evrenin genilediinden son derece emin olan Byk Patlamac evrenbilimcilerin ska kullandklar savszleri: Kuazarlar en uzak gk cisimleridir. Ne denli uzaa bakarsak zamanda da o denli geriye, balangca gideriz biimindedir. Bugn birinci tmcenin doruluuna ilikin ok ciddi kukular duymay hakl gsterecek gzlemsel veriler bulunmaktadr. kinci tmceninse yars doru yars yanltr! Ne denli uzaa bakarsak zamanda da o denli geriye gideriz. Bu tmce doru. In boluktaki hznn sabit ve bilgi tamada eriilebilecek en byk hz olduunu

25

gzlem ve deneylerden biliyoruz. Ik bolukta bir saniyede 300. 000 km yol kateder. Dier bir deyile, 1 saniye 300. 000 km denklii dorudur. Bu denklik bants, fiziin homojenlik ilkesini inedi demeyin! Bilindii gibi fizik, eitliklerin veya denkliklerin heriki yannda yeralan fiziksel niceliklerin fiziksel boyutlarnn ayn olmas konusunda son derece dikkatlidir. Einstein n Grelilik kuramnda c = 1 alnr. Bu eitlik, L / T = 1 L = T anlamna gelir. Yani, uzunluk demek zaman demektir ! Einstein zaman ite byle uzaysallatrmtr; zamann 4. Boyut olarak alnmas byle bir usa vurmayla gereklemitir. Zamansz Einstein bu nedenle, Zaman bir ilzyondur demitir. Dier yandan Einsteinn alan denklemlerinin zm evrenin dinamik tarihesini verir; yani, evrenin R yarapnn t zamanyla nasl deieceini anlatmaya alr.

Yukarda doru olarak belirlediimiz tmcenin iaret ettii sonulara deinerek dier tmceye geelim. ok ok ok 300. 000 km ler, ok ok ok saniyeler demek olacandan, ne denli uzaa bakarsak zamanda da o denli geriye gitmi oluruz. Ancak, zamanda geriye gitmek niin balangca yaklamak anlamna gelsin? Zamanda bir balang olduuna ilikin elimizde gzlemsel-bilimsel veriler var m? Hubble ilikisini kuazarlara uyguladmzda evrenin genilediini savunamayacak duruma geldiimizi greceiz.

Uzay, zaman ve erkenin bir balangc olduuna ilikin iki gzlemsel sonu bulunmaktadr : 1) Hubble ilikisi. Bu iliki, Sb tr sarmal kollu gkadalar iinde krmzya kaymas 0.5 e dek olan gkadalar iin saptanm olan bir ilikidir. likiyi tm gkcisimlerine dek uzatmann olanakszlna deineceiz ; ve 2) Termodinamiin II. Yasas.

Bu yaznn konusu Hubble ilikisi olduundan termodinamiin II. Yasasna deinip geelim. Entropi yasas olarak da bilinen bu yasa, evresiyle s, erke, zdek, bilgi, vb. al veriinde bulunmayan kapal dizgelerdeki fiziksel srelerde entropi ya sabit kalr ya da artar. Eer entropi artyorsa srece tersinemez sre denir. Dizge giderek termodinamik denge durumuna yaklar; yle ki, dizge en sonunda s lmne ular.

Dne dein evrensel bir yasa olarak sunulan II. Yasa dier adyla Entropi yasas doada kendiliinden ortaya kan srelerde zgr ve kullanlabilir erkenin daima azaldn savunur.

Ktmser varoluu felsefeye veya yazgc dinlere destek olarak kullanlan bu yasann geerlilik snrlarn iyi izmek gerekiyor. Evrende gerek anlamda kapal dizgelerin olmad gereini bir yana brakrsak, gnmzn popler paradigmas olan Kaos kuram termodinamiin II. Yasasnn geerlilik snrlarn ok gzel iziyor ve bizi bu tarihsel ve mantksal tuzaktan kurtaryor. Analitik olarak zlebilen denge d dinamik dizgeler kaostan dzenin doabileceini kantlamlardr. Bu kantlar, fizik, kimya, gkbilim, biyoloji ve toplumsal bilimler alanndan ok eitli rnekleri iermektedir. Karmaadan dzenin domas demek, dizge II. Yasann geerlilik snrlarnn dnda demektir. ersinde entropi reten ancak rettii entropiyi dizgenin dna atabilen yaplara erke tketici yaplar (dissipative structures) denir. Bu yaplar, rgtlenmelerinin nnde engel oluturan entropinin d satmn ok etkin bir biimde yapabilmektedirler. Bylece giderek daha st dzeyde rgtlenebilirler. te insan, ite canllar, ite insan toplumlar, ite Benard hcreleri, vb. Bu konunun ayrntlar bir baka yaznn konusu olabilir.

imdi Hubble ilikisinin iaret ettii gereklere deinmeye alalm. Edwin Hubble zamannda gkadalar, eliptik, sarmal, ubuklu sarmal, dzensiz olarak snflandrlyordu (ekil 1). Hubble 60 adet Sb tr gkada zerinde yapt almada, gkadalarn grnrdeki

26

parlaklyla gkada tayflarndaki izgilerin sergiledii krmzya kayma arasnda dorusal bir bantnn varln saptyor (ekil 2). Eer gzlenebilir evrenimiz iindeki tm gkcisimleri ayn dorusal bantya uyarsa, bu sonucun, evrenin genilediine iaret ettii yorumunu yapabiliriz. Sarmal kollu gkadalar o dnemde bilinen toplam trler iinde % 25 oranndadr. Hubble, Realm of the Nebulae adl esiz kitabnda ilgili okuyucuyu bir konuda srekli uyaryor : Gzlemler, krmzya kaymann gerekten de devinimi temsil edip etmediini iyice ortaya karmadan nce herhangi bir kozmolojik yargya varlmamaldr Bu arada, krmzya kaymalar, uygunluk asndan hz lekleriyle anlatlabilir. Krmzya kaymann davran biimi hz kaymalarnkine benzemektedir. Dikkatli bir biimde kurduumuz tmcelerimizde grnrdeki hz kavramn kullanmal

ekil 1: Gkadalarn Hubble snflamas. E ve S trleri arasndaki gei tr S0 dr. a, b, c, d, m dizisi ile gsterilen gkadalarn sarmal kollar disk evresinde sk skya sarl ve iyi tanmlanm kollardan ak, paralanm kollara doru gidii anlatr.

27

ekil 2. Hubble nin Sb tr gkadalar iin oluturduu fotografik salt parlaklk - hz logaritmas grafii. (Hubble, Edwin, The Realm of the Nebulae, Yale University Press, London, 1936).

ve genel kullanm iinde grnrdeki sfatn dikkate almasak da varln daima anmsamalyzTanm gerei gzlenebilir evrenin tam ortasndayz. Yakn komuluumuzu olduka iyi tanyoruz. Uzaklklarn artmasyla birlikte bilgimiz azalyor, stelik hzla azalyor. En sonunda teleskoplarmzn snrna eriiyoruz. O snrda artk glgeleri lmeye balyoruz. Burada lm yanlglarmzn yansra bize ipucu olabilecek grntleri de aratrmaya balyoruz. Aratrmalarmz srecek. Deneysel-gzlemsel kaynaklarmz tamamen tkenmedike dsel speklasyon alanna kaymamza gerek yok.

Hubble kendi almalarnn snrnn ayrdndayd. Gkbilim tarihi giderek genileyen evrenimizin (ufkumuzun) tarihidir derken belli leklerdeki almalarn geerlilik snrlarnn genileyen evrenle srekli denetlenmesi gerekliliini vurguluyordu. Burada bir uyar yapmakta yarar var; evrenimizi genileten etmenler, asal, renk ve zaman znrl ilerleyen teknolojiye kout olarak artan algalardr. rnein, teleskobumuzun ap bydke daha uzaklar grmeye balyoruz, dier bir deyile, evrenimiz geniliyor. Bu genilemenin uzayn genilemesiyle ilgisi yoktur!

Yinelemede yarar var: krmzya kayma deerleri en ok 0.5 olan Sb tr gkadalar iin saptanm olan bu ilikiyi krmzya kaymalar llmemi olan dier gkadalara dek uzatan biliminsanlar Eddington ve Lemaitredr. Evet, serenin iki aya iki kanad ve gagas var ve uar. yleyse, iki aya, iki kanad ve gagas olan her ku uar gibisinden bir nerme, hindi, devekuu, tavuk, evcil rdek vb. kanatllar iin geerli deildir! Dahas, Hubble zamannda bilinmeyen ancak bugn gkada yaznna girmi olan deiik trden gkadalar vardr. Bunlar toptanc isimleriyle Etkin Gkada ekirdekleri (AGN) olarak anlmaktadr. Bu gkadalar, sarmal kollularn toplam nfus iindeki % 25 orann kimbilir ne denli kltt!

28

Biraz da kuazarlara deinelim. Kuazarlar ok parlak, yldz benzeri nokta kaynaklardr. Bazlarnn evresinde, gazoz reklamndaki yzbin baloncuun oluturduu hale benzeri bir yap vardr. Kuazarlarn d grnm, bilinen dier gkadalarn grnn andrmaz; ok uzakta olduklar varsayldndan, varsa bile sarmal kollarnn alglanamayaca savunulur. Itmalar ok yksek olduundan zeklerinde dev ktleli karadelikler bulunduu varsaylr ; nk bu denli yksek erkelerin ancak ekimsel erkenin zgr duruma gemesiyle aa kabilecei savunulur. ekimsel erkeyi zgr duruma geiren fiziksel sre ise gkadadaki yldzlarn karadelie doru dmeleridir. Bu nedenle karadeliklere kozmik yamyam denir.

Neliine ksaca deindiimiz kuazarlar gerekten ok uzakta m? Kuazarlarn sergiledii krmzya kaymann inanlmaz boyutlar, kozmolojik krmzya kayma kavramn gndeme getirmitir. Kozmolojik krmzya kayma Doppler kaymas ve ekimsel krmzya kaymadan farkldr. Kozmolojik krmzya kayma uzayn genilemesinin dourduu bir etki olarak sunulur. Ancak, bunu syleyebilmek iin Hubble kutusunun dnda yeralan tm gkadalarn veya gkcisimlerinin dalmnn da dorusal yasaya uygun olmas gerekir (ekil 3). ekil 4 , kuazarlar iin izilmi olan Hubble ilikisidir. Aslnda ilikisizlii demek daha dorudur. Gerekten de kuazarlarn grnrdeki parlakl ile krmzya kaymalar arasnda bir ilikinin varlndan szedebilmek iin bilim kart derecesinde yanl olmak gerekiyor. ekil 4 deki gzlem verilerine ok eitli istatistiksel yntemler uygulanmasna, ayn verilerin deiik biimlerde yerletirilmi olmasna karn veri noktalarnn dalm asla ve asla eimi 5 olmas gereken bir doru ile temsil edilememitir. Eer bunu baarabilseydik, dier bir deyile, Hubblen Sb tr gkadalar iin saptad dorusal ilikinin, Hubble kutucuunun dnda da geerli olduunu gsterebilseydik, evrenin genilediinden szedebilirdik.

ekil 3. Hubble kutusu (Hubbles Box) dndaki baz gkadalar ve kuazarlar dorusal bant ile betimlenemez. Bu nedenle evrenin genilemesinden szetmek doru deildir.

29

ekil 4. Kuazarlar iin Hubble bants. Grafikteki noktalarn bir doru ile anlatlamayacana dikkat ediniz.

kincisi, kozmolojik hipoteze gre, birbirinden olabildiince farkl krmzya kayma sergileyen iki gkcisminin Yerdeki gzlemciden ayn uzaklkta bulunmas olanakszdr.

Halton Chip Arp 1949 ylnda Harvard Collegedan mezun olur. 1953 ylnda California Institute of Technology de doktorasn tamamlar. 29 yl sreyle Mt. Wilson ve Palomar gzlemevlerinde kadrolu alr. 1980 - 1983 yllar arasnda Astronomical Society of the Pacific topluluunun bakanln yapar. Yapt almalardan dolay, Helen B. Warner; Newcomb Cleveland ve Alexander von Humboldt dllerini alr. Gnmzde de etkin olan bilimsel yaamna 1965 ylnda balar ve ou Astrophysical Journal, Astronomy & Astrophysics adl birinci snf gkbilim dergilerinde olmak zere birok makalesi yaynlanr. Bulgular, evrenbilimin ana akntsndaki grleri rttnden nl gzlemevlerindeki teleskop zaman elinden alnm, bilimsel makaleleri yllarca bekletildikten sonra ya baslmam ya da baslabilmesi iin bilimsel dnlerde bulunmas istenmitir! Bilimsellikten dn vermeyen Arp kendi deyiiyle, Bilimsel sonularn standart bilim dergilerinde yaynlanmas ve tartlmas engellenince yapacak bir tek ey kalyor : kitap yazmak. Bunun zerine Halton Chip Arp , 1987 ylnda Interstellar Media adl yayneviyle anlaarak Quasars, Redshifts and Contraversies adl kitabn yaynlatr.

Bu kitapta Big Bang evren modelini yanllayan birok gzlemsel veri yeralmaktadr. Kitabn iletisi son derece aktr: Gzlemsel veriler krmzya kaymann kuazarlar iin iyi bir uzaklk lei olmadn gsteriyorBugn elimizdeki zengin veriler yalnzca kuazarlarn deil ou gkadalarn da grnrdeki parlaklk - krmzya kayma bantsna yani Hubble bantsna uymadn gstermektedir.

Pekiyi, tm bu salam kantlara karn bilim dnyas gereklere sarlmada, onlar yceltmede niin yava veya isteksiz davranyor ; rtld savunulan Big Bang modelini niin brakmyor? sorusu sorulabilir. Bu sorunun yantn, ne yazk ki evrenbilim ve parack fizii alanlarnda ortaan sonlu evren modeli hortlamtr. Gzlemsel - deneysel sonular yerine fiyakal matematiksel sonular yelenmektedir biiminde vermek zorundayz. Big Bang yalnzca evrene ilikin bir model deildir. Bu model, birok fiziksel srelerin yansra, insann tanrlaryla olan ilikileri gibisinden metafizik sorunlarna; ynetici snflarn

30

ynetilenlerle olan hiyerarik ilikilerine de yant veriyor. Ksacas, Big Bangin yks yalnzca gkyznn ve gkbilimcilerin yks deildir.

H.C. Arpa gre Big Bangin k sreci, Ermenistanda, kk bir Schmidt teleskopla gzlem yapan Markarian adl bir gkbilimcinin bulgusuyla balyor. Gl morte nm salan srekli kaynaklar zerine bir aratrma yapan Markarian NGC 4319 sarmal kollu gkada yaknnda kuazar benzeri bir cisim buluyor ve bu cisme Markarian 205 adn veriyor (ekil5). Daha sonra Daniel Weedman kuazarn tayfn alyor ve krmzya kaymasndan uzaklama hzn 21000 km s -1 olarak buluyor. Dier yandan NGC 4319 gkadasnn bizden uzaklama hz 1700 km s -1 olarak bulunuyor. Arp, fotoraf pla zerinde birbirine ok yakn bulunan bu iki gkcisminin birbirine yakn olup olmadn incelemeye balyor. Eastman Kodak firmasnn zellikle gkbilim almalar iin rettii, son derece duyarl IIIa-J filmiyle kuazar-gkada iftinin fotorafn yeniden ekiyor. Bunun iin Mt. Palomardaki 5 m lik yanstc teleskopta 4 saatlik poz sresi gerekiyor. ekmi olduu fotoraf plan banyo eden Arp kuazar ile gkada arasnda yeralan kl bir kprnn varlna dikkat ediyor. Byk teleskoplarla alan deneyimli gkbilimciler bir fotoraf plandaki grntnn netlii, biimi ve boyutlarna bakarak onun gerek bir gkcisminin grnts m yoksa emlsiyon bozukluu mu olduunu hemen syleyebilir. Arpa gre NGC 4319 gkadasyla Markarian 205 kuazar arasndaki kl kpr gerek bir grntyd.Bunun zerine Arp kendisine, Kuazarla gkada fotoraf pla zerinde birbirine ok yakn duruyorlar. Acaba Markarian kprs nalandaki bir gkadayla ardalandaki bir kuazarn klarnn salmas sonucunda olumu bir sznt m? sorusunu yneltiyor. Yant, Olamaz! oluyor. nk, gkyznde birbiriyle fiziksel iliki iinde bulunmayan ancak fotoraf pla zerindeki grntleri birbirine yakn konumlara izden gkcisimlerinin grntleri birleirken arada kum saatine benzer bir k sznts oluur. Markarian kprs dar ve dz ulara sahip bir kpr olduundan iki cismin birbirine fiziksel olarak bal olduunu kukuya yer brakmayacak biimde sergiliyor.

Bulgunun bilim dnyasnda dolama girmesiyle birlikte Big Bang yanllar da kendi fotoraflarn ekiyorlar. 2 m apndaki bir teleskopla ektikleri fotoraf planda NGC 4319 gkadasyla Markarian 205 kuazar arasndaki kl kpr kendisini gstermiyor. Onlar da kendi plaklarn bilim dnyasnda dolama sokuyorlar. Amalar, Arpn iyi bir fotoraf olmad izlenimini brakmak. Ancak Arp iki farkl grnty oluturan teleskoplarn foton toplama gleri orannn (2 / 5) 2 = 0. 16 olduunu, dolaysyla 2 m lik teleskobun Markarian kprsnden gelen fotonlar toplayamayacan gsteriyor. Bunun zerine dier grup, Arpn sergiledii bilimsel gerei yadsmak iin iki sav gelitiriyor: 1) Markarian kprs gerek deil; 2) Ikl kpr gerekse bile byk bir olaslkla ardalanda bulunan ve tam kenardan gzlenen bir gkada grntsdr.

Ancak Markarian kprsnn yzey parlakl bir gkadannkinden olduka ok dktr. Bu nedenle bir gkada olma olasl yoktur! Ayrca, tam kenardan gzlenen gkadalarn yzey parlakl gkada zeinden ulara doru gidildike azalr. Dikkat edilirse Markarian kprsnde byle bir azalma yok! Daha sonra gelitirilen CCD teknolojisiyle elde edilen grntler de kprnn ne kum saati biiminde ne de tam kenardan gzlenen gkada diski biiminde olduunu gstermitir. Ancak, yukarda ileri srdkleri savlardan vazgemeyen Big Bang yanllar deiik krmzya kayma gsteren gkcisimlerinin fiziksel olarak ilikili olamayaca konusunda ayak diretmeyi srdrmektedirler.

31

ekil 5. NGC 4319 sarmal kollu gkadas ve hemen yannda okla gsterilen Markarian 205 kuazar.

Teknik ayrntlarda boulan Big Bang yanllar ok nemli bir zellii gzden kardlar. Dikkat edilirse NGC 4319 allmn dnda bir sarmal kollu gkadadr. Gkadann sarmal kollar kknden kopmu durumda! Gkada yaklak 10 milyon yl nce ya bir patlama ya da byk bir tedirginlik yaam olmaldr. Kuazar gkadaya balayan kl kprnn nemi, kpr boyunca gkadaya doru ilerlediimizde gkadann tam zeine varyor olmamzda yatyor. Bu gerek, kuazarn gkada zeinden frlatldna ilikin hipotezi dorular grnyor. ou gkada ekirdekleri etkindir; yani zekten darya doru yksek erkeli nm, radyo yumaklar ve nm yapan zdek frlatrlar. Frlatlan zdek ve nm zamanla deiir. Markarian kprs de Markarian 205 kuazarnn NGC 4319 gkadasnn zeinden frlatlm bir cisim olduunu dorularcasna orada yatyor.

1973 ylnda balayan bu tartma 1984 ylnda Jack Sulenticin almasyla Arpn savn dorular ynde bir gelime gstermitir. Aradan geen 11 yllk sre iinde Palomardaki 5 m lik teleskopla alnan en iyi 4 grntyle, Kitt Peak Ulusal Gzlemevindeki (KPNO) 4 m lik teleskopla alnan en iyi 3 grnty JPL deki grnt ilemcisine sokan Sulentic, Markarian kprsnn NGC 4319 gkadasnn zeine dek uzandn gsteren bir grnt elde etmitir. Aslnda kpr, gkada diskini boydan boya geen bir omurgann varln da ortaya karmtr. Gkcisimlerinin frlatt jetlerin hemen hemen daima bir de kar jeti bulunur. Bu gerekten yola kan Sulentic, omurgann dier ucunda, Markarian kprs ile bakk konumda yldzms bir nesnenin olup olmadn aratrd. Gerekten de morte CCD grntsnde kar jetin varl grld. Bu arada Palomardaki 5 m lik teleskop Arp ve Sulentice kapatldndan (!) kar jetin tayfn 4 m lik KPNO teleskobunda almak zorunda kaldlar. Gvenilir bilimsel sonularn elde edilebilmesi iin daha fazla teleskop zamanna gereksinimleri var. Ancak almalar ana akntdan sapt iin bu tr projeler teleskop zaman bulamyorlar.

Bu arada KPNOda elde ettikleri tayflar hi beklenmedik sonular gsterdi. H nm sarmal kollu gkadalar iin tipiktir. Ancak NGC 4319 gkadas H nm gstermemektedir. Bunun yerine tm gkada diskinden yalnzca iyonlam azotun nm gelmektedir. Bu da

32

sarmal kollu gkadalar iin olaanst bir durumdur. Tayf verileri gkadann iddetli tedirginliklerle sarsldn gstermektedir.

NGC 4319 - Markarian 205 ifti zerine yaplan almalarn en ilginci de bir ift suskun (!) gkbilimciden geldi. 5 m lik Mt. Palomar teleskobunda olduka uzun gzlem zaman bulabilecek denli ayrcalkl olan Caltechli bir gkbilimciyle onun ngiliz arkada, dk krmzya kaymal cisimler yanndaki yksek krmzya kaymal cisimler zerinde younlamlard. Bu kiiler, yksek krmzya kaymal cismin tayfnda dk krmzya kaymal cismin sourma izgilerini algladklarnda, bu sonular, yksek krmzya kaymal cismin daha uzakta olduunun kant olarak yorumluyorlard. Bu yorum ok salkl saylmaz. Aslnda yksek krmzya kaymal cisim dierinin hemen arkasnda veya iinde olabilir ve hatta dk krmzya kaymal cisim tarafndan frlatldysa o cismin zdeini bir kuyruklu yldzn sa gibi evresinde toplam da olabilir. yle ya da byle! Eer yksek krmzya kaymal cismin tayfnda dk krmzya kaymal cismin sourma izgileri yoksa, bu bulgu, yksek krmzya kayma gsteren cismin dierinin nnde olduu biiminde yorumlanmaldr. Bu durumda Big Bang yanllarnn bir tek kar yolu kalyor: eer yksek krmzya kaymal cisme dk krmzya kaymal gkadadaki vakum benzeri bir boluktan bakyorsak sourma izgileri gzlenemeyebilir (Gerekten de Samanyolu gkadasnn zeine yakn bir yerde, gkada konsaylar l = 00. 9 ve b = - 30. 9 olan noktada bir gkada penceresi bulunmaktadr. Bu blgede yldzlararas gaz ve toz ok dk younluklu olduundan o blgede optik gzlemlerin yaplabilmesine izin verir). Ancak NGC 4319 gkadasnn Holmberg yarapn belirlemek amacyla oluturulmu olan eykselti haritas o denli dzgn dalml ki bu olasl da rtyor.

Ad geen Caltechli ve ngiliz gkbilimcinin Markarian 205 rnei zerinde ok youn altklar haberi Arpa szdrlr. 1983 ylnda Liegedeki uluslararas toplantda Arp bu iki bilimciye Markarian 205 ile ilgili alma sonularn sorar. Onlar da kuazar tayfnda sourma izgileri gzleyemediklerini aklarlar. Bu yknn tyler rpertici yan udur: Dnyann en byk teleskoplarndan devasa boyutlarda gzlem zaman alabilme ayrcalna sahip olan bu biliminsanlar (!) yapm olduklar bilimsel alma sonularn yaynlamamlar, elde ettikleri bilgileri, kendi evren modellerine aykr dt iin gizlemilerdir.

NGC 4319 - Markarian 205 ikilisi ok tartlm bir rnek olduundan zerinde ayrntlaryla durduk. Arpn kitabnda benzer tartmal rneklerin says ok (ekil 6a, b) Yansz bir okuyucu iin, kuazarlarn etkin gkada zeklerinden frlatlan cisimler olduu hipotezi kitabn sayfalarndan darya frlyor! Etkin gkadalarn evren iindeki konumlarysa hi de ayrcalkl deil. Bunlar ok yaknlarmzda da orta uzaklklarda da ok uzaklarda da bulunabilir. Dolaysyla kuazarlar hi de sanld gibi uzak gkcisimleri deil. Sergiledikleri krmzya kaymann belli bir blm Doppler, kozmolojik veya ekimsel kaynakl olabilir. Ancak kuazarlarn krmzya kaymalarnn esas nedeni zgn bir fiziksel srecin varlna iaret ediyor; ama ne? Henz bilemiyoruz (Wolf etkisi, dispersion,vb.). izelge 1, yakn komuluunda birden ok kuazar bulunan gkadalar gsteriyor.

33

ekil 6(a) NGC 7603 gkadas ve kl kpr ile balanan kuazar; (b) Parkes 1327 - 206 kuazar ve onu gkadaya balayan kl kpr.

Kuazarlar konusunda ana akntya kar yzen gen ve yaratc biliminsanlarndan bir dieri de K.G. Karlssondur. Karlsson, kuazar krmzya kaymalarnn kuantlatn gstermitir. Bulduu iliki, log (1+ z) = 0. 089 bantsyla anlatlr. Ancak bu parlak gkbilimci, gkbilim dnyasnda i bulamam ve tp alannda gelecek aramak zorunda kalmtr.

Sb tr gkadalar iin elde edilmi olan Hubble ilikisine bakarak ya da geerlilik snrlar, denge durumundaki dizgelerle snrlanm olan termodinamiin II. Yasasna yaslanarak evrenin belli bir zamanda baladn, genilediini ve s lmne doru gittiini syleyebilmek iin ya yazgcln prangalarna gnll balanmak ya da ktmser varoluu olmak gerekiyor.

izelge 1. Yakn komuluunda birden ok kuazar bulunan gkadalar. z , krmzya kayma deerini ; p de ilgili kuazarn gkada yaknnda raslantsal olarak bulunma olasln simgeler. Eer p > 0. 01 ise kuazarn gkada yaknnda raslantsal olarak bulunduunu syleriz. Uzaklklar yaysaniyesi cinsindendir.

GKADA KUAZAR

Ad z Ad uzakl parlakl z p

NGC 622 0. 018 UB1 71 18.5 0. 91 0. 001 BSO1 73 20. 2 1. 46 0. 02

NGC 470 0. 009 68 95 19. 9 1. 88 0. 015 68D 95 18. 2 1. 53 0. 002

34

NGC 1073 0. 004 BSO1 104 19. 8 1. 94 0. 01 BSO2 117 18. 9 0. 6 0. 006 RSO 84 20. 0 1.4 0. 02

NGC 3842 0. 02 QSO1 73 19. 0 0. 34 0. 003 QSO2 59 19. 0 0. 95 0. 002 QSO3 73 21. 0 2. 20 0. 01

Kaynaklar :

Arp, H.C., Quasaras, Redshifts & Controversies, Interstellar Media, Berkeley, 1987. Hubble, Edwin, The Realm of the Nebulae, Yale University Press, London, 1936

Byk Patlama Evren Modeline Eletiriler

Bu alma, Byk Patlama modelinin varsaymlarnn, kulland yntemin ve ngrlerinin eletirel incelemesini ieren bir alma olmay amalyor.

Konu evrenbilim... Evrenbilimin ura alann tanmlarken, evrenin bir btn olarak nasl baladn, geirdii evrim aamalarn, geleceini inceleyen; evrendeki byk lekli yaplarn, Mikrodalga Ardalan Inmnn, Hafif Element Bolluklarnn kaynan aratran bilim alandr diyoruz. Ancak bu tanmlama tam gerei yanstamyor. Fizik, Matematik, Kimya ve Gkbilimin arlkl olarak kullanld evrenbilim, ad geen reti alanlarndan szan felsefe ve teolojiyle birlikte tam bir cad kazanna dnyo