Atomun Olusumu

[boxcigar]

Patlamanın her anındaki sıcaklık, atom parçacıklarının sayısı, o andadevreye giren kuvvetler ve bu kuvvetlerin şiddetleri çok hassasdeğerlere sahip olmalıdır. Bu değerlerin birinin bile sağlanamamasıdurumunda, bugün içinde yaşadığımız evren var olamazdı. Kastettiğimizdeğerlerin herhangi birinin matematiksel olarak "0"a yakın bir miktardadahi değişmesi, bu sonu hazırlamaya yeterlidir.

"0" anı: Ne maddenin, ne de zamanın var olmadığı ve patlamanıngerçekleştiği bu "an", fizikte t (zaman) = 0 anı olarak kabuledilmektedir. Yani t=0 anında hiçbir şey yoktur. YaraPatlamanın heranındaki sıcaklık, atom parçacıklarının sayısı, o anda devreye girenkuvvetler ve bu kuvvetlerin şiddetleri çok hassas değerlere sahipolmalıdır. Bu değerlerin birinin bile sağlanamaması durumunda, bugüniçinde yaşadığımız evren var olamazdı. Kastettiğimiz değerlerinherhangi birinin matematiksel olarak "0"a yakın bir miktarda dahideğişmesi, bu sonu hazırlamaya yeterlidir.

"0" anı: Ne maddenin, ne de zamanın var olmadığı ve patlamanıngerçekleştiği bu "an", fizikte t (zaman) = 0 anı olarak kabuledilmektedir. Yani t=0 anında hiçbir şey yoktur. Yaratılmanın başladığıbu "an"dan önceyi tarif edebilmek için, o anda var olan fizikkurallarını bilmemiz gerekir. Çünkü şu an var olan fizik kanunlarıpatlamanın ilk anlarında geçerli değildir.

Fiziğin tanımlayabildiği olaylar en küçük zaman birimi olan 10-43saniyeden itibaren başlar. Bu, insan aklının asla kavrayamayacağı birzaman dilimidir. Peki acaba, hayal bile edemediğimiz, bu küçük zamanaralığında neler olmuştur? Fizikçiler bu anda meydana gelen olaylarıtüm detaylarıyla açıklayabilecek bir teoriyi şu ana kadargeliştirememişlerdir.

Fizikte her şey 10-43 saniye sonrasından itibaren hesaplanabilir veancak bu andan sonra enerji ve zaman tarif edilebilir. Yaratılışın buanında, sıcaklık değeri 1032(100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) derecedir. Bir kıyaslamayapacak olursak, güneşin sıcaklık derecesi milyonlarla (108), güneştençok büyük yıldızların sıcaklığı ise ancak milyarlarla (1011) ifadeedilir. Şu an tespit edebildiğimiz en yüksek sıcaklık milyarderecelerle sınırlıyken, 10-43 anındaki sıcaklığın ne derece yüksekolduğu konusunda bir kıyas yapabilmek mümkündür.

10-43 saniyelik bu dönemden bir aşama ileri gidip saniyenin 10-37olduğu zamana geliriz. Bu iki süre arasındaki aralık bir-iki saniyegibi bir an değildir. Saniyenin katrilyon kere katrilyonda biri kadarbir zaman aralığından bahsedilmektedir. Sıcaklık yine olağanüstü yüksekolup 1029 (100.000.000.000.000.000.000.000.000.000)°C değerindedir. Buaşamada henüz atomlar yaratılmamıştır.

Bir adım daha atıp 10-2 saniyelik döneme giriyoruz. Bu aralık, birsaniyenin yüzde birini ifade etmektedir. Bu zaman dilimi içindesıcaklık 100 milyar derecedir. Bu dönemde "ilk evren" şekillenmeyebaşlamıştır. Daha atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötron gibiparçacıklar görünürde yoktur. Ortada sadece elektron ve onun zıttı olanpozitron (anti-elektron) vardır. Çünkü evrenin o anki sıcaklığı ve hızısadece bu parçacıkların oluşmasına izin verir. Yokluğun ardındanpatlama gerçekleşeli daha 1 saniye bile geçmeden, elektron vepozitronlar oluşmuştur.

Bu andan sonra oluşacak her atom parçacığının hangi anda ortayaçıkacağı çok önemlidir. Çünkü şu andaki fizik kurallarının ortayaçıkması için her parçacık özel bir anda ortaya çıkmak zorundadır. Hangiparçanın önce oluşacağı çok büyük bir önem taşımaktadır. Bu sıralama yada zamanlamadaki en ufak bir oynama sonucunda, evrenin bugünkü halinegelmesi mümkün olmazdı.

Bir aşama sonra, 10-1 saniye kadar bir zamanın geçtiği bir ana geliriz.Bu sırada sıcaklık 30 milyar derecedir. t=0 anından bu döneme gelenekadar henüz 1 saniye bile geçmemiştir. Ancak atomun diğer parçacıklarıolan nötron ve protonlar artık belirmeye başlamıştır. Daha sonrakusursuz yapılarını inceleyeceğiniz nötron ve protonlar, işte buşekilde yokluktan "an"dan bile kısa bir süre içerisindeyaratılmışlardır.

Patlamadan sonraki 1. saniyeye gelelim. Bu dönemdeki kütleselyoğunluğun derecesine baktığımızda, yine olağanüstü büyük bir rakamlakarşı karşıya olduğumuzu görürüz. Yapılan hesaplamalara göre budönemdeki mevcut kütlenin yoğunluk değeri, litre başına 3.8 milyarkilogramdır. Milyar kilogram olarak ifade edilen bu rakamı, aritmetikolarak tespit edebilmek ve bu rakamı kağıt üzerinde göstermek kolaydır.

Ancak, bu değeri tam olarak kavrayabilmek mümkün değildir. Bu rakamınbüyüklüğünü daha kolay ifade edebilmek için çok basit bir örnek verecekolursak; "Himalayalardaki Everest tepesi bu yoğunluğa sahip olsaydı,kazanacağı çekim kuvveti ile dünyamızı bir anda yutabilirdi"diyebiliriz.

Bir sonraki zaman diliminin en belirgin özelliği ise sıcaklığın oldukçadüşük bir değere ulaşmış olmasıdır. Evren artık yaklaşık 14 saniyelikbir ömre sahiptir ve sıcaklık da 3 milyar derecedir ve çok müthiş birhızla genişlemeye devam etmektedir.

Hidrojen ve helyum çekirdekleri gibi kararlı atom çekirdeklerininoluşmaya başladığı dönem de işte bu dönemdir. Yani bir proton ile birnötron ilk defa yan yana durabilecekleri bir ortam bulmuşlardır.Kütleleri var ile yok arası olan bu iki parçacık olağanüstü bir çekimoluşturarak, o müthiş yayılma hızına karşı koymaya başlamışlardır.Ortada son derece bilinçli, kontrollü bir gidiş olduğu bellidir.İnanılmaz bir patlamanın ardından, büyük bir denge, hassas bir düzenoluşmaktadır. Protonlar ve nötronlar bir araya gelmeye, maddenin yapıtaşı olan atomu oluşturmaya başlamışlardır. Oysa bu parçacıkların,maddeyi oluşturabilmek için gerekli hassas dengeleri sağlayabilecek birgüce ve bilince sahip olmaları elbette ki mümkün değildir.

Bu oluşumu takip eden dönemde, evrenin sıcaklığı 1 milyar dereceyedüşmüştür. Bu sıcaklık güneşimizin merkez sıcaklığının 60 katıdır. İlkdönemden bu döneme kadar geçen süre sadece 3 dakika 2 saniyedir. Artıkfoton, proton, anti-proton, nötrino ve anti-nötrino gibi atom altıparçacıklar çoğunluktadır. Bu dönemde var olan tüm parçacıklarınsayıları ve birbirleri ile olan etkileşimleri çok kritiktir. Öyle ki,herhangi bir parçacığın sayısındaki en ufak bir farklılık, bunlarınbelirlediği enerji düzeyini bozacak ve enerjinin maddeye dönüşmesiniengelleyecektir.

Örneğin elektron ve pozitronları ele alalım: Elektron ve pozitron biraraya geldiğinde enerji açığa çıkar. Bu sebeple ikisinin de sayılarıçok önemlidir. Diyelim ki 10 birim elektron ve 8 birim pozitron karşıkarşıya geliyor. Bu durumda, 10 birim elektronun 8 birimi, yine 8 birimpozitronla etkileşime girer ve böylece enerji açığa çıkar. Sonuçta, 2birim elektron serbest kalır.

Elektron, evrenin yapı taşı olan atomu oluşturan parçacıklardan biriolduğundan, evrenin var olabilmesi için bu dönemde gerekli miktardaelektron olması şarttır. Az önceki örnek üzerinde düşünmeye devamedersek, karşı karşıya gelen elektron ve pozitronlardan, eğerpozitronların sayısı daha fazla olsaydı, sonuçta açığa çıkan enerjidenelektron yerine pozitronlar arta kalacak ve madde evreni aslaoluşamayacaktı.

Pozitron ve elektronların sayısı eşit olsaydı, bu kez de ortaya sadeceenerji çıkacak, maddesel evrene dair hiçbir şey oluşmayacaktı. Oysaelektron sayısındaki bu fazlalık, sonradan evrendeki protonlarınsayısına eşit olacak şekilde çok hassas bir ölçüyle ayarlanmıştır.Çünkü daha sonradan oluşacak olan atomda, elektron ve proton sayılarıbirbirine eşit olacaktır.

İşte, Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkan parçacıkların sayısı bukadar ince bir hesapla belirlenmiş ve sonuçta madde evrenioluşabilmiştir. Prof. Dr. Steven Weinberg bu parçacıklar arasındakietkileşimin ne derece kritik olduğunu şu sözleriyle vurgulamaktadır:Evrende ilk birkaç dakikada gerçekten de kesin olarak eşit sayıdaparçacık ve karşıt parçacık oluşmuş olsaydı, sıcaklık 1.000.000.000derecenin altına düştüğünde, bunların tümü yok olur ve ışınım dışındahiçbir şey kalmazdı.

Bu olasılığa karşı çok iyi bir kanıt vardır: Var olmamız. Parçacık vekarşı parçacıkların yok olmasının ardından şimdiki evrenin maddesinisağlamak üzere geriye bir şeylerin kalabilmesi için, pozitronlardanbiraz daha çok elektron, karşı protonlardan biraz daha çok proton vekarşı nötronlardan biraz daha çok nötron var olmalıydı.

İlk dönemden bu yana toplam 34 dakika 40 saniye geçmiştir. Evrenimizartık yarım saat yaşındadır. Sıcaklık milyar derecelerden düşmüş, 300milyon dereceye ulaşmıştır. Elektronlarla pozitronlar birbirleriyleçarpışarak enerji açığa çıkarmayı sürdürürler. Artık atomu oluşturacakolan parçacıkların sayıları, madde evreninin oluşmasına imkansağlayacak şekilde dengelenmiştir.

Bu noktada ünlü fizikçi Prof. Stephen Hawking'in konuyla ilgili sözleriilgi çekicidir. Hawking, anlatılan olayların aslındakavrayabildiğimizden çok daha ince hesaplar üzerine kurulduğunu şöyleaçıklamaktadır: Eğer Big Bang'ten bir saniye sonra genişleme oranı,100.000 milyon kere milyonda bir değeri kadar az olsaydı, evrengenişlemeyi bırakıp kendi içine çökecekti.
tılmanın başladığı bu "an"dan önceyi tarif edebilmek için, o anda varolan fizik kurallarını bilmemiz gerekir. Çünkü şu an var olan fizikkanunları patlamanın ilk anlarında geçerli değildir.

Fiziğin tanımlayabildiği olaylar en küçük zaman birimi olan 10-43saniyeden itibaren başlar. Bu, insan aklının asla kavrayamayacağı birzaman dilimidir. Peki acaba, hayal bile edemediğimiz, bu küçük zamanaralığında neler olmuştur? Fizikçiler bu anda meydana gelen olaylarıtüm detaylarıyla açıklayabilecek bir teoriyi şu ana kadargeliştirememişlerdir.

Fizikte her şey 10-43 saniye sonrasından itibaren hesaplanabilir veancak bu andan sonra enerji ve zaman tarif edilebilir. Yaratılışın buanında, sıcaklık değeri 1032(100.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000) derecedir. Bir kıyaslamayapacak olursak, güneşin sıcaklık derecesi milyonlarla (108), güneştençok büyük yıldızların sıcaklığı ise ancak milyarlarla (1011) ifadeedilir. Şu an tespit edebildiğimiz en yüksek sıcaklık milyarderecelerle sınırlıyken, 10-43 anındaki sıcaklığın ne derece yüksekolduğu konusunda bir kıyas yapabilmek mümkündür.

10-43 saniyelik bu dönemden bir aşama ileri gidip saniyenin 10-37olduğu zamana geliriz. Bu iki süre arasındaki aralık bir-iki saniyegibi bir an değildir. Saniyenin katrilyon kere katrilyonda biri kadarbir zaman aralığından bahsedilmektedir. Sıcaklık yine olağanüstü yüksekolup 1029 (100.000.000.000.000.000.000.000.000.000)°C değerindedir. Buaşamada henüz atomlar yaratılmamıştır.

Bir adım daha atıp 10-2 saniyelik döneme giriyoruz. Bu aralık, birsaniyenin yüzde birini ifade etmektedir. Bu zaman dilimi içindesıcaklık 100 milyar derecedir. Bu dönemde "ilk evren" şekillenmeyebaşlamıştır. Daha atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötron gibiparçacıklar görünürde yoktur. Ortada sadece elektron ve onun zıttı olanpozitron (anti-elektron) vardır. Çünkü evrenin o anki sıcaklığı ve hızısadece bu parçacıkların oluşmasına izin verir. Yokluğun ardındanpatlama gerçekleşeli daha 1 saniye bile geçmeden, elektron vepozitronlar oluşmuştur.

Bu andan sonra oluşacak her atom parçacığının hangi anda ortayaçıkacağı çok önemlidir. Çünkü şu andaki fizik kurallarının ortayaçıkması için her parçacık özel bir anda ortaya çıkmak zorundadır. Hangiparçanın önce oluşacağı çok büyük bir önem taşımaktadır. Bu sıralama yada zamanlamadaki en ufak bir oynama sonucunda, evrenin bugünkü halinegelmesi mümkün olmazdı.

Bir aşama sonra, 10-1 saniye kadar bir zamanın geçtiği bir ana geliriz.Bu sırada sıcaklık 30 milyar derecedir. t=0 anından bu döneme gelenekadar henüz 1 saniye bile geçmemiştir. Ancak atomun diğer parçacıklarıolan nötron ve protonlar artık belirmeye başlamıştır. Daha sonrakusursuz yapılarını inceleyeceğiniz nötron ve protonlar, işte buşekilde yokluktan "an"dan bile kısa bir süre içerisindeyaratılmışlardır.

Patlamadan sonraki 1. saniyeye gelelim. Bu dönemdeki kütleselyoğunluğun derecesine baktığımızda, yine olağanüstü büyük bir rakamlakarşı karşıya olduğumuzu görürüz. Yapılan hesaplamalara göre budönemdeki mevcut kütlenin yoğunluk değeri, litre başına 3.8 milyarkilogramdır. Milyar kilogram olarak ifade edilen bu rakamı, aritmetikolarak tespit edebilmek ve bu rakamı kağıt üzerinde göstermek kolaydır.

Ancak, bu değeri tam olarak kavrayabilmek mümkün değildir. Bu rakamınbüyüklüğünü daha kolay ifade edebilmek için çok basit bir örnek verecekolursak; "Himalayalardaki Everest tepesi bu yoğunluğa sahip olsaydı,kazanacağı çekim kuvveti ile dünyamızı bir anda yutabilirdi"diyebiliriz.

Bir sonraki zaman diliminin en belirgin özelliği ise sıcaklığın oldukçadüşük bir değere ulaşmış olmasıdır. Evren artık yaklaşık 14 saniyelikbir ömre sahiptir ve sıcaklık da 3 milyar derecedir ve çok müthiş birhızla genişlemeye devam etmektedir.

Hidrojen ve helyum çekirdekleri gibi kararlı atom çekirdeklerininoluşmaya başladığı dönem de işte bu dönemdir. Yani bir proton ile birnötron ilk defa yan yana durabilecekleri bir ortam bulmuşlardır.Kütleleri var ile yok arası olan bu iki parçacık olağanüstü bir çekimoluşturarak, o müthiş yayılma hızına karşı koymaya başlamışlardır.Ortada son derece bilinçli, kontrollü bir gidiş olduğu bellidir.İnanılmaz bir patlamanın ardından, büyük bir denge, hassas bir düzenoluşmaktadır. Protonlar ve nötronlar bir araya gelmeye, maddenin yapıtaşı olan atomu oluşturmaya başlamışlardır. Oysa bu parçacıkların,maddeyi oluşturabilmek için gerekli hassas dengeleri sağlayabilecek birgüce ve bilince sahip olmaları elbette ki mümkün değildir.

Bu oluşumu takip eden dönemde, evrenin sıcaklığı 1 milyar dereceyedüşmüştür. Bu sıcaklık güneşimizin merkez sıcaklığının 60 katıdır. İlkdönemden bu döneme kadar geçen süre sadece 3 dakika 2 saniyedir. Artıkfoton, proton, anti-proton, nötrino ve anti-nötrino gibi atom altıparçacıklar çoğunluktadır. Bu dönemde var olan tüm parçacıklarınsayıları ve birbirleri ile olan etkileşimleri çok kritiktir. Öyle ki,herhangi bir parçacığın sayısındaki en ufak bir farklılık, bunlarınbelirlediği enerji düzeyini bozacak ve enerjinin maddeye dönüşmesiniengelleyecektir.

Örneğin elektron ve pozitronları ele alalım: Elektron ve pozitron biraraya geldiğinde enerji açığa çıkar. Bu sebeple ikisinin de sayılarıçok önemlidir. Diyelim ki 10 birim elektron ve 8 birim pozitron karşıkarşıya geliyor. Bu durumda, 10 birim elektronun 8 birimi, yine 8 birimpozitronla etkileşime girer ve böylece enerji açığa çıkar. Sonuçta, 2birim elektron serbest kalır.

Elektron, evrenin yapı taşı olan atomu oluşturan parçacıklardan biriolduğundan, evrenin var olabilmesi için bu dönemde gerekli miktardaelektron olması şarttır. Az önceki örnek üzerinde düşünmeye devamedersek, karşı karşıya gelen elektron ve pozitronlardan, eğerpozitronların sayısı daha fazla olsaydı, sonuçta açığa çıkan enerjidenelektron yerine pozitronlar arta kalacak ve madde evreni aslaoluşamayacaktı.

Pozitron ve elektronların sayısı eşit olsaydı, bu kez de ortaya sadeceenerji çıkacak, maddesel evrene dair hiçbir şey oluşmayacaktı. Oysaelektron sayısındaki bu fazlalık, sonradan evrendeki protonlarınsayısına eşit olacak şekilde çok hassas bir ölçüyle ayarlanmıştır.Çünkü daha sonradan oluşacak olan atomda, elektron ve proton sayılarıbirbirine eşit olacaktır.

İşte, Büyük Patlama'dan sonra ortaya çıkan parçacıkların sayısı bukadar ince bir hesapla belirlenmiş ve sonuçta madde evrenioluşabilmiştir. Prof. Dr. Steven Weinberg bu parçacıklar arasındakietkileşimin ne derece kritik olduğunu şu sözleriyle vurgulamaktadır:Evrende ilk birkaç dakikada gerçekten de kesin olarak eşit sayıdaparçacık ve karşıt parçacık oluşmuş olsaydı, sıcaklık 1.000.000.000derecenin altına düştüğünde, bunların tümü yok olur ve ışınım dışındahiçbir şey kalmazdı.

Bu olasılığa karşı çok iyi bir kanıt vardır: Var olmamız. Parçacık vekarşı parçacıkların yok olmasının ardından şimdiki evrenin maddesinisağlamak üzere geriye bir şeylerin kalabilmesi için, pozitronlardanbiraz daha çok elektron, karşı protonlardan biraz daha çok proton vekarşı nötronlardan biraz daha çok nötron var olmalıydı.

İlk dönemden bu yana toplam 34 dakika 40 saniye geçmiştir. Evrenimizartık yarım saat yaşındadır. Sıcaklık milyar derecelerden düşmüş, 300milyon dereceye ulaşmıştır. Elektronlarla pozitronlar birbirleriyleçarpışarak enerji açığa çıkarmayı sürdürürler. Artık atomu oluşturacakolan parçacıkların sayıları, madde evreninin oluşmasına imkansağlayacak şekilde dengelenmiştir.

Bu noktada ünlü fizikçi Prof. Stephen Hawking'in konuyla ilgili sözleriilgi çekicidir. Hawking, anlatılan olayların aslındakavrayabildiğimizden çok daha ince hesaplar üzerine kurulduğunu şöyleaçıklamaktadır: Eğer Big Bang'ten bir saniye sonra genişleme oranı,100.000 milyon kere milyonda bir değeri kadar az olsaydı, evrengenişlemeyi bırakıp kendi içine çökecekti.