Evrenin Oluşumu ve Bigbang Teorisi
Evrenin Oluşumu ile ilgili görüşlerin belki de en bilineni Bigbang yani büyük patlama olarak adlandırılır. Evrenin oluşumundan yani günümüzden yaklaşık 15 milyar yıl önce sonsuza (bilinmeyene) yakın sıcaklık ve yoğunlukta, sıfır boyutlu ve hacimli bir bilinmezin patlaması (Big Bang) gerçekleşir (Evren – Zaman – Madde oluşumunun başlaması). Patlama anında sıcaklığın şu an fiziksel olarak bilinen en yüksek sıcaklık değerinde olduğu tahmin edilmektedir.
Bu sıcaklık değeri, planck sıcaklığı (planck tempature) olarak adlandırılır ve 1032 °C’ye denk gelmektedir. Bu özelliği ile planck sıcaklığı, mutlak sıcaklığın tersi durumundadır. Bu isim, Alman fizikçi Max Karl Ernst Ludwig Planck adına verilmiştir. Büyük patlama sonucu ortaya çıkan enerji öyle yoğundu ki yağ kıvamında bir yapıya sahipti. Bu çok yoğun enerjiye sahip yağımsı sıvı oluşuma mükemmel sıvı adı verilir. Mükemmel sıvı, dalgalar halinde radyasyona uğrayarak ışık hızından daha yüksek bir hızla her yöne doğru yayılmaya başlamıştır. Bu yayılma süreci, aynı zamanda evrenin de genişlemeye başlaması anlamına gelmektedir. Mükemmel sıvı bir süre sonra sahip olduğu çok yüksek sıcaklık ve yağımsı yapısı nedeniyle önce x maddesinin de etkisi ile gaz olan proton, nötron ve
elektronların değil de sıvı özellik gösteren atomik temel parçaların oluşumuna neden olmuştur. Çünkü patlama sonrası sıcaklıkta hiçbir atom bir bütün halinde kalamazdı ve yağ kıvamındaki yapı ancak atomik temel parçaların oluşumuna uygundu.
Sonuç olarak evrende oluşan ilk madde hali – müthiş enerji yoğunluğuna sahip – yoğun sıvı’dır. Atomik temel parçalar; proton, nötron ve elektronu oluşturan, ışık hızında hareket eden, 0 kütleli enerji parçalarıdır. Bu parçalara foton, quarklar ve gluon adı verilir. Einstein’ın “ E = M x C² “ formülü; her enerjinin kütleye, her kütlenin de enerjiye dönüşebileceği gerçeğini ortaya koymaktadır. Eğer enerjiyi ışık hızının karesi kadar yoğunlaştırırsak, yoğun enerji maddeye dönüşür. Bu formül de göz önüne alındığında, ilk oluşum anındaki enerji yaklaşık 10 mikron saniye sonra atomik parçalara (kütleye) dönüşmüştür. Atomik parçalar hareket halinde iken birbirleri ile çarpışmış ve daha küçük parçalara bölünmüştür.
Büyük patlamadan yaklaşık 20 mikron saniye sonra sıcaklık, genişlemeye bağlı olarak 1032 °C’den yaklaşık 1012 °C’ye düşmüş yani hızlı bir soğuma gerçekleşmiştir. Soğumaya bağlı sıkılaşma nedeniyle yoğunluğu artan temel parçacıklar gaz haline dönüşmüş, çekirdeksel kütle çekim kuvveti ön plana çıkmış ve bu kuvvet ile birlikte temel parçacıklar birleşerek kısa süre içerisinde sırası ile elektronlar, protonlar ve nötronları oluşturmuştur. Önce elektronların oluşmasının nedeni; oluşum anındaki sıcaklık (yaklaşık 100 milyar °C) ve hızın ancak çok hafif olan elektronun oluşması için uygun bir ortam içermesidir.
Bu oluşumların gerçekleşmesinden sonra, evrenin sıcaklığının ilk ana göre hızla düşmeye devam etmesine bağlı olarak proton ve nötronlar diğer atomik parçalardan ayrılarak çekirdeksel kütle çekim kuvvetinin etkisi ile birleşmiştir. Bunun nedeni; proton ve nötronların diğer atomik parçalara göre daha ağır olmasıdır. Böylece atom çekirdekleri (nüclei of atom) oluşmuştur. Bu birleşime daha sonra – evrenin soğumasına bağlı olarak hızları yavaşlayan – elektronlar da elektromanyetik kuvvetin etkisi ile bağlanmıştır. Serbest halde evrende bulunan elektronların çekirdek yörüngesine bağlanması, aynı zamanda evrenin daha da saydamlaşmasına neden olmuştur.
Evrendeki proton ve elektron sayısı birbirine eşittir. Eğer eşitlik olmasaydı proton ya da elektron yönünde bir fazlalık meydana gelecek bu da kütle çekim kuvvetinin doğmamasına yani tüm gök cisimlerinin oluşamamasına neden olacaktı.
Pozitif yüklü (+) protonlar ile negatif yüklü (-) elektronların birbirini çekmesini sağlayan kuvvete elektromanyetik kuvvet (electromagnetic force) adı verilir. Bu kuvvet manyetizmanın yani mıknatıslanmanın meydana gelmesini sağlar. Böylece proton, nötron ve elektronların birleşmesiyle atomlar oluşmuştur. Yaşanan birleşmeler sonucu; önce 1 proton ve 1 elektrondan oluşan basit hidrojen atomu (protium), daha sonra 1 proton, 1 nötron ve 1 elektron içeren ağır hidrojen atomu (döteryum) ve en sonunda ise 1 proton, 2 nötron ve 1 elektrondan oluşan hidrojen atomu (trityum) ortaya çıkmıştır. İlk olarak hidrojen atomlarının meydana gelmesinin nedeni; oluşumu en basit elementin hidrojen olmasıdır.
Yaşanan bu oluşumların sürekliliği, hidrojen atomunun artmasına ve evrenin oluşumundaki en önemli gazın hidrojen olmasına neden olmuştur. Günümüzde evrenin kütlece yaklaşık % 80’inin ve atom sayısı bakımından yaklaşık % 90’ının hidrojen olması, evrende enerji dönüşümünde hidrojenin önemini açıklamaktadır. Aradan geçen 200 milyon yıl sonunda evrenin sıcaklığı – 367 °C ‘ye düşmüş ve hidrojen ile helyumdan oluşan bir yapıya bürünmüştür.
Zaman içerisinde hidrojen atomları diğer proton ve nötronlar ile birleşerek 2 proton ve 2 nötron içeren helyum atomuna dönüşmüştür. Helyum, hidrojenden sonra bilinen en hafif ikinci elementtir. Bu dönüşüm sonucu gerçekleşen kütle kaybına bağlı olarak evrenin bilinen enerjisi ortaya çıkar. Bu denli büyük bir enerjinin ortaya çıkmasında; oluşumu en basit element olmasına rağmen hidrojenin tüm yakıtlar içerisinde birim kütle başına en yüksek enerji içeriğine sahip olması etkilidir. Örneğin; 1 kg hidrojen 2.1 kg doğalgaz ya da 2.8 kg petrolün sahip olduğu enerjiye eşittir.
Oluşumundan bugüne nükleer füzyon (kaynaşma) ve nükleer fisyonun (parçalanma) devam etmesi, evrenin durağan olmadığına yani devinimsel olduğuna bir göstergedir. Evrendeki en önemli nükleer füzyon olan hidrojen – helyum dönüşümü sürdükçe ortaya çıkan enerji, evrenin genişlemesine (aynı zamanda çökmesine) neden olmaktadır.
Evrendeki soğumaya bağlı olarak yoğunlaşmanın fazla gerçekleştiği yerlerde kütle çekiminin daha kuvvetlenmesi, atomların bir araya toplanmasına yani nebulaların (gaz bulutlarının) oluşmasına neden olur. Soğumanın devam etmesi, kütle çekim kuvvetinin daha da artmasına ve sonuçta nebulanın kendini daha da sıkıştırarak çok yüksek yoğunluklara ulaşmasını sağlar. Bu yoğunlaşma ve sıkışma süreci sonunda sertleşen kütleler, çeşitli özelliklere sahip kütleleri yani gök cisimlerini oluşturmuştur. Oluşum sırasında yüksek sıcaklığa ulaşabilen gök cisimlerinde gerçekleşen hidrojen – helyum füzyonu yıldızları meydana getirirken; yeterli yüksek sıcaklığa ulaşamayan gök cisimleri ise gezegenleri, uyduları ve meteorları oluşturmuştur.
