Kozmik Enflasyon Teorisi

1980 başlarında Guth ve diğerleri, Büyük Patlama’nın problemlerine bir çözüm getirmek amacıyla “şişme” (kozmik enflasyon) ile düzeltişmiş Büyük Patlama Kuramı’nı öne sürmüşlerdir. Genel olarak şişme, standart Büyük Patlama’da olduğu gibi evrenin genişlemesinin “kuvvet yasası” (mesafenin belli bir kuvveti) olarak değil “üstel” olması anlamına gelir. Şişme, evrenin hemen başlangıçta, ilk 10-35 – 10-33 saniye aralığında çok kısa süren, ancak üstel olarak 1030 kat büyüyerek devasa bir şekil aldığı döneme verilen isimdir. Bunu açıklamak için BB sıraında muazzam bir enerji ile etrafa saçılan parçacıkları (radyasyonu) geri toparlayarak bütünlüğü korumaya çalışan kütleçekim kuvvetini yenen bir “basınç kaynağınna” ihtiyaç vardır..

Bu kaynak, Genel Göreliliğe göre yavaş değişen bir skaler (spinsiz) alandır ki buna şişirici denmektedir. Örneğin, CERN’de geçen yıl keşfedilen Higgs parçacığı da bir şişirici ödevi görebilir; bu konudaki çalışmalar çok yoğun bir biçimde sürdürülmektedir. Özetlemek gerekirse, şişmenin işlevi şu şekilde açıklanabilir: Başlangıçta çok sıcak olan foton gazı yalnızca normal termal basınca sahiptir. Sıcaklık, ışınım basıncı negatif basınç ile karşılaştırılabilecek kadar düştüğünde, üstel genişlemeye neden olan negatif bir basınç kuvveti ortaya çıkar. Kütle çekiminin uyguladığı çekici kuvvetin tersine, negatif basınç iticidir. Şişmeden sorumlu olan işte bu itici etkidir. Şişme, büyük patlamadan yalnızca 10-35 saniye sonra başladı. Üstel genişleme hızı, evren ölçeğinin izleyen her 10-35 saniyede iki katına çıktığı anlamına geliyordu. Her ne kadar şişme büyük patlamadan 10-35 saniye sonra başladıysa da 10-33 saniye sonra da durmuştur. Bu noktadan sonra evren genişlemesini, ölçeğini iki katına çıkarmak için gereken zaman sürekli olarak artacak bir biçimde sürdürdü. Enflasyon sırasında iki kat genişleme 10-35 saniye sürüyordu. Bugün ise iki kat genişleme için gereken zaman 10 milyar yıldır.

Son olarak vurgularsak, Büyük Patlama denildiğinde akla birşeyin patlaması gibi bir olay gelmektedir fakat bu yanlıştır. Büyük Patlama Genel Çekim teorisi çerçevesinde doğru bir yorumla “uzay-zamanın başlangıcı” demektir. Uzayın bir noktasından bakan biri Büyük Patlama buradan başladı diyemez; işte bu nedenden ötürü evren uzaydaki herhangi bir yerden başladı diyemeyiz. Aynı zamanda Büyük Patlama’dan önceki zamandan bahsetmek de mümkün değildir zira “zaman” kavramı (ve uzay kavramı) evrenin oluşmasıyla başlar. Büyük Patlama’yla meydana gelen evrenimizin hangi zaman aralıklarında nasıl bir yapıya sahip olduğunu tahmin edebilir ve dolaylı-dolaysız bir takım gözlemlerle sınayabiliriz. Son derece yüksek sıcaklık ve yoğunluktaki ve de son derece küçük hacimdeki bir noktacık olan evrenin “gümlemesi” bir kuantum olasılığına dayanmaktadır. Ancak, gravitasyonun bir kuantum teorisi henüz mevcut olmadığından, gerek bu olasılığın hesabı, gerekse evrenin o aşamasının tam olarak anlaşılması mevcut bilgilerimizle mümkün değildir. Bu bakımdan uzay ve zamanın başlangıç durumları gibi sorular şimdilik fizik-metafizik sınırında kalmayı sürdürecektir.

Düzlük Problemi
Standart Büyük patlama teorisinin açıklama getiremediği konulardan biri de düzlük problemi olarak bilinir.
Bu sorun, evrenin kütle yoğunluğu ile ilgilidir ve evrenin kütle yoğunluğu evrenin şeklini belirler. Kütle yoğunluğunun kritik değerden fazla, az veya eşit olması onun geometrisiyle ilgili değişikliğe neden olur.
Kabaca evrenin üç farklı geometriden bahsediyoruz: Evrendeki madde miktarı kritik yoğunluk olarak adlandırılan değere eşitse, evrenin düz bir geometrisi olduğunu söyleyebiliriz. Böyle bir evrende iki paralel çizgi sonsuza kadar paralel kalır.
Eğer evrendeki madde miktarı kritik değerden fazlaysa evrenin kapalı bir geometrisi olduğunu söyleriz. Böyle bir evreni gözümüzde canlandırabilmek adına küre analojisini kullanabiliriz. Kapalı bir evrende aynen bir kürenin yüzeyinde olduğu gibi evrenin kapalı şekli nedeniyle iki düz çizgi birbiriyle kesişir.
Diğer durumda, evrenin kütle yoğunluğunun kritik yoğunluktan azdır. Böyle bir evreni gözümüzde canlandırmak adına at eğeri ile analoji kurabiliriz ve böyle bir evrende iki düz çizgi zaman içinde birbirinden uzaklaşır.

Burada düzlük problemini anlamak için önce şunu bilelim: Evrenin başlangıcında kütle yoğunluğu kritik yoğunluğa eşitse, zaman içinde her zaman eşit olur. Fakat başlangıçta kritik değerden çok çok küçük bir oranda azsa veya fazlaysa, bu sapmanın evrenin genişlemesi nedeniyle giderek artmasını bekleriz.
Bu, tüfekle nişan almaya benzer. Nişan alırken milimetrik bir sapma merminin hedeften uzağa gitmesine neden olur. Hedef ne kadar uzakta ise bu küçük sapmanın etkisi o kadar büyüyecektir. Aynen bu şekilde evrenin başlangıcında kritik değerden çok az farklı bir değer, zamanla genişleyen evrende çok büyük bir farklılığa neden olmalıdır.
Sorun şurada: Bugün evrendeki kütle yoğunluğunun kritik yoğunluğa çok yakın olduğunu biliyoruz. Bu da, uzak evrende bu değere daha fazla yakın olması gerektiği anlamına geliyor. Oysa başlangıçtaki en küçük bir sapmanın, gözlemlenen evrende bugün büyük bir farka neden olması gerekirdi.
Örneğin evrenin başındaki kütle yoğunluğu kritik değerin sadece biraz üstünde olsaydı, fark hızlıca açılmış ve evrenin şimdiye kadar çökmüş olması gerekirdi. Oysa biliyoruz ki işler böyle olmadı. Günümüz değerlerinin izin verdiği aralıkta herhangi bir yerde olması için, evrenin başlangıcında kütle yoğunluğunun kritik yoğunluğa 15 ondalık basamağa kadar bir yaklaşıklıkta olması gerekiyordu!
Böyle bir ince ayar fizikçilerin sevmediği, açıklama gerektiren bir konudur. Nasıl olur da evren madde miktarını tam da kendini yok etmeyecek bir değere bu kadar hassas bir şekilde yakınlaştırmış olabilir? Geleneksel Büyük Patlama teorisinin bu konuda bir açıklaması yoktur.
Enflasyon Teorisi’nin (şişme modelinin) getirdiği bir açıklama var. Henüz şişirilmemiş bir balon düşünün, yüzeyi oldukça eğri gözükür. Şimdi balonu şişirmeye başlayın, genişleme üzerindeki eğrilikleri giderecektir. Bu analojide olduğu gibi evrenin başlangıcında eğrilik ne kadar fazla olursa olsun, enflasyonun öngördüğü muazzam şişme, uzay zamanın dokusunu düz hale getirmiştir. Böylece Şişme Kuramı’nda, kritik değere bu kadar yaklaşık bir değere sahip olmak için ince ayara gerek kalmaz.
Gözlenen evrenin temel özelliklerini basit ve tatmin edici şekilde açıklayabiliyor olsa da, şişme modelinin yeterli kanıtlarla desteklenebildiğini söylemek için henüz çok erken. Şişme modeli, gözlemlenen evreni açıklayan özel bir patlama yaratmıştır.
Kuramın sahibi Alan Guth’un da işaret ettiği gibi “Şişme olgusu güçlü olmakla birlikte bunun bir teori değil, gerçekte bir paradigma olduğu vurgulanmalıdır. Evrenin enflasyondan kaynaklandığı iddiası doğruysa bu, evrenbilim kökenli çalışmaların sonu değil – aslında başlangıcına daha yakın. Enflasyonun ayrıntıları, temel parçacık fiziğinin detaylarına bağlıdır. Genel enflasyon fikrine uygun bir alternatif göremesem de, ayrıntılı bir tablo oluşturulmadan önce hala yapılması gereken çok iş var. Ve pek çok yeni önemli fikre yer olduğunu düşünüyorum.”