Büyük Patlama Teorisinin Geçmişi ve Sorunları

“Büyük patlama teorisinden” tek başına bahsetmek aslında doğru değildir. Gerçekte, her biri başı dertten kurtulmayan en azından beş farklı teori vardır. Birincisi, görmüş olduğumuz gibi, 1927’de Lemaître tarafından ileri sürüldü. Bu teori, kısa sürede bir dizi farklı temelde çürütüldü: genel görelilik ve termodinamikten türetilen hatalı sonuçlar, kozmik ışınlar ve yıldızların evrimi hakkında yanlış teoriler vb. İtibarını kaybeden teori, İkinci Dünya Savaşından sonra yeni bir biçim altında George Gamow ve diğerleri tarafından yeniden canlandırıldı. Büyük patlamadan kaynaklanmış olabilecek çeşitli olguları –maddenin yoğunluğu, sıcaklık, radyasyon düzeyleri vb.– açıklamak için Gamow ve diğerleri tarafından birtakım (yeri gelmişken, bir parça bilimsel “yaratıcı muhasebecilikten” yoksun olmayan) hesaplar yapıldı. George Gamow’un parlak yazım tarzı, büyük patlamanın, popüler hayal gücünü ele geçirmesini sağladı. Teori bir kez daha, beklenmedik biçimde ciddi sorunlarla yüz yüze geldi. Sadece Gamow’un modelini değil, onun ardından gelen Robert Dicke ve diğerlerinin “salınan evren” modelini de geçersiz kılan birçok tutarsızlıklar bulunmuştu. Robert Dicke’in “salınan evren” modeli, evreni sonu olmayan bir döngüde salındırarak, büyük patlamadan önce ne olduğu sorununu halletmeye dönük bir girişimdi. Ancak Gamow önemli bir öngörüde bulunmuştu; böyle muazzam bir patlama, geride büyük patlamanın uzaydaki bir çeşit yankısı olarak “fon ışıması” şeklinde bir iz bırakmalıydı. Bu kehanet, birkaç yıl sonra teoriyi yeniden canlandırmak için kullanıldı.

Başından beri bu fikre karşı olanlar vardı. 1928’de Thomas Gold ve Hermann Bondi, bir alternatif olarak, daha sonra Fred Hoyle tarafından popülerleştirilen “kararlı durum”u ileri sürdü. Genişleyen evreni kabul eden bu yaklaşım, evreni “maddenin hiçlikten aralıksız yaratılışı” olarak açıklamaya çalıştı. Bu durumun her an gerçekleşmekte olduğu, ancak bugünkü teknolojiyle fark edilemeyecek kadar yavaş bir hızla ilerlediği farzedildi. Bunun anlamı, evrenin esas olarak hep aynı kaldığıydı, bu nedenle teorinin adı “kararlı durum” teorisi oldu. Böylece sorun daha beter bir hal aldı. “Kozmik yumurta”dan hiçlikten yaratılmış maddeye! İki rakip teori on yıl boyunca yumruklaşıp durdu. Birçok ciddi bilimcinin, Hoyle’ın maddenin hiçlikten yaratıldığı hakkındaki inanılmaz görüşünü kabul etmeye hazır olması gerçeğinin bizzat kendisi kesinlikle şaşırtıcıdır. Sonuçta bu teorinin yanlış olduğu görüldü. Kararlı durum teorisi evrenin zamanda ve uzayda homojen olduğunu varsaymıştı. Eğer evren bütün zamanlar boyunca “kararlı durumda” ise, radyo dalgaları yayan bir cismin yoğunluğunun sabit olması gerekirdi, çünkü uzayda ne kadar ileri doğru bakarsak zamanda o kadar geriyi görürüz. Fakat gözlemler durumun bu olmadığını gösterdi; uzayda ne kadar ileri bakıldıysa, radyo dalgalarının şiddeti o kadar büyüyordu. Bu kesin olarak evrenin sürekli değişim ve evrim halinde olduğunu kanıtladı. Her daim aynı değildi. Kararlı durum teorisi yanlıştı.

1964’te ABD’de iki genç gökbilimci, Arnas Penzias ve Robert Wilson’ın uzaydaki fon ışımasını keşfiyle birlikte kararlı durum teorisi öldürücü bir darbe aldı. Bu hemen, büyük patlamanın Gamow tarafından öngörülen “artçı yankısı” olarak kabul edildi. Yine de çelişkiler vardı. Radyasyonun sıcaklığının Gamow’un öngördüğü gibi 20 ºK veya halefi P. J. E. Peebles’ın öngördüğü gibi 30 ºK değil, sadece 3,5 ºK olduğu anlaşıldı. Bu sonuç göründüğünden daha da kötüdür. Çünkü bir alandaki enerji miktarı sıcaklığın dördüncü kuvvetiyle orantılı olduğundan, gözlenen radyasyonun enerjisi öngörülen miktardan aslında birkaç bin kat daha azdı. Robert Dicke ve P. J. E. Peebles teoriyi Gamow’un bırakmış olduğu yerden ele aldılar. Dicke, Einstein’ın kapalı evren fikrine geri dönülebilirse, büyük patlamadan önce ne olduğuna ilişkin hassas sorunu halletmenin el altında hazır bulunan bir yolu olduğunu fark etti. Bu takdirde, evrenin belli bir zaman boyunca genişlediği, daha sonra tek bir noktaya (bir “tekillik”) veya ona benzer bir şeye çöktüğü, ve ondan sonra tekrar genişleme durumuna sıçradığı ileri sürülebilirdi, tıpkı bir çeşit sonsuz kozmik pingpong oyunu gibi. Sorun, Gamow’un, evrenin enerjisini ve yoğunluğunu, kapalı bir evren oluşturmak için gerekli olandan farklı seviyelerde hesaplamış olmasıydı. Gamow’un hesaplarında, evrenin yoğunluğu aşağı yukarı bir metreküp uzay başına iki atom kadardı; ve büyük patlamanın kalıntılarını temsil ettiği varsayılan fon ışımasının öngörülen sıcaklığıyla ifade edilen enerji yoğunluğu da, 20 ºK idi, yani mutlak sıfırın 20 derece üstündeydi. Aslında Gamow bu rakamları büyük patlamanın ağır elementler ortaya çıkardığını kanıtlamak için saptamıştı, ki bugün hiç kimse bunu kabul etmiyor. Bu nedenle Dicke bu rakamları bir kenara atıverdi ve kendi kapalı evren teorisine uyacak yeni ve aynı derecede keyfi rakamlar seçti.

Dicke ve Peebles, evrenin radyasyonla, en başta da 30 ºK sıcaklığındaki radyo dalgalarıyla dolu olması gerektiğini öngörmüşlerdi. Sonraları Dicke, kendi grubunun 10 ºK’lik bir sıcaklık öngörüsünde bulunmuş olduğunu iddia etti, ki bu rakam onun yayınlanmış eserlerinin hiçbirinde mevcut değildi ve üstelik bu haliyle bile gözlenen sonuçlardan hâlâ yüz kat fazlasını ifade ediyordu. Bu durum, evrenin Gamow’un düşünmüş olduğundan çok daha dağınık ve daha az kütleçekime sahip olduğunu gösterdi, bu da büyük patlama için gerekli enerjinin nereden kaynaklandığı temel sorununu kızıştırdı. Eric Lerner’in işaret ettiği gibi: “Penzias-Wilson keşfi, Peebles-Dicke modelini doğrulamak şöyle dursun, kapalı salınım modelini açıkça geçersiz kıldı.” Böylece büyük patlamanın standart model olarak bilinen üçüncü bir versiyonu ortaya çıktı; sürekli genişleyen açık bir evren. Fred Hoyle bazı ayrıntılı hesaplamalar yaptı ve büyük patlamanın sadece helyum, döteryum ve lityum gibi (son ikisi gerçekten oldukça nadirdir) hafif elementler ortaya çıkarabileceğini ilân etti. Eğer evrenin yoğunluğu aşağı yukarı sekiz metreküpte bir atom ise, bu üç hafif element miktarının gözlemlenen gerçek miktarlara oldukça yakın olması gerektiğini hesapladı. Bu şekilde, teorinin eski teorilere hiç benzemeyen yeni bir versiyonu ileri sürüldü. Bu, artık ne Lemaître’in kozmik ışınlarından ne de Gamow’un ağır elementlerinden bahsediyordu. Bunun yerine öne sürülen kanıt, mikrodalga fon ışıması ve üç hafif elementti. Fakat bunların hiçbiri büyük patlamanın kesin kanıtlarını oluşturmaz. Mikrodalga fon ışımasının son derece düzgün oluşu esaslı bir sorundu. Fondaki sözde düzensizlikler o kadar küçüktür ki, gözle görünenden çok daha fazla madde (ve bundan dolayı çok daha fazla kütleçekim) varolmadığı sürece, bu dalgalanmaların galaksilere büyüyecek zamanı olmayacaktır.

Başka sorunlar da vardı. Zıt yönlerde uçuşan bu madde kırıntılarının hepsi birden nasıl olmuştu da aynı sıcaklığa aynı anda ulaşmayı başarmıştı (“ufuk” sorunu)? Teorinin yandaşları evrenin sözde kökenlerini, bir matematiksel mükemmellik modeli olarak, tümüyle kusursuz bir düzenlilikte, Lerner’ın sözcükleriyle “özellikleri saf akla uygun düşen simetri Cenneti” kadar düzenli bir model olarak sunarlar. Fakat bugünkü evren kusursuz ölçüde simetrik olmaktan başka her şeydir. Düzensiz, çelişkili ve “topak topak”tır. Evren hiç de Cambridge’de hakkında güzel denklemlerin yazıldığı şey değildir! Sorunlardan biri, büyük patlamanın neden düzgün bir evren ortaya çıkarmadığıdır? Neden ilk basit madde ve enerji uzaya uçsuz bucaksız bir gaz ve toz bulutu olarak düzgün bir biçimde yayılmadı? Neden bugünkü evren bu kadar “topak topak”tır? Bütün bu galaksiler ve yıldızlar nereden geldi? Yani A’dan B’ye nasıl geçtik? Erken evrenin saf simetrisi bugün gözümüzün önündeki düzensiz evreni nasıl ortaya çıkardı?