Köpükten Evren Modelleri

Boğaziçi Üniversitesi’nin ev sahipliğinde uzun zamandır büyük Türk fizikçi Asım Barut anısına geleneksel olarak sürdürülen seminer serisinin bu yılki konuğu kozmoloji çevrelerinde epey tanınan Amerika Tufts Üniversitesi’nden Alexander Vilenkin. İlk kez katıldığım Barut semineri olduğundan serideki tüm seminerlerin genel katılımcı seviyesine hitap ettiğini tahmin ediyorum, dolayısıyla salonun yarısından çoğu ağır top fizikçilerle dolu olsa da seminerin içeriği bir Scientific American yazısından çok da ileri değildi..

 

Alexander Vilenkin – Tufts Institute of Cosmology

 

Geçtiğimiz aylarda büyük olay yaratan, kozmik mikro dalga fon ışınımındaki(CMB) polarizasyon ölçüm sonuçları etkisini alttan alta hissettirmeye başlıyor. Hatırlanırsa, BiCEP2 ekibinin bulguları kozmolojide ‘Şişme Teorisi’(Inflation) olarak bilinen ve evrenin ilk anlarına dair süper-hızlı genişlemeyi ortaya atan teoriyi destekler nitelikteydi. Teorinin mimarları, MIT’den Alan Guth ve Standford’dan Andrei Linde, CMB’de gözlenen homojenliği açıklamak üzere böyle bir açıklama ortaya atmışlardı ve nihayetinde bu anlara dair ön gördükleri kütleçekim dalgalarının CMB üzerinde bıraktığı etki gözlenmişti. Şişme Teorisi, genel olarak tüm bilimsel teoriler gibi, sadece CMB’yi açıklamakla yetinmiyor daha birçok başka tahmin ve öngörüde bulunuyor.. İşte problem de burada başlıyor..

 

 

Söz konusu ‘problem’, Büyük Patlama’nın patladığı ana ve daha öncesine dair birşeyler söyleme durumu aslında... Vilenkin konuşmasında ‘Şişme’ durumunun ilk başlangıç koşulunu, yani ‘evreni oluşturan’ şeyin fiziksel boşluk yani ‘false-vacuum’ olduğunu ve bunun bozunarak hızla genişlemeye yol açtığını açıkladı. Buraya kadar olanlar klasik kozmolojide ‘şişme alanını’ tanımlamak için gereken alan kuramların hemen hepsinde ortak. Fakat devrimsel olan bu şişmenin lokal olarak bizim bulunduğumuz evreni oluşturduğu, ilk baştaki vakumun başka bölgelerinde bizden tamamen bağlantısız, tıpkı ‘sabun köpüğü’ gibi kendi kendine ‘şişen’ başka evrenlerin oluşturduğu.. Yani şişme ne bizim evrenimize özgün ne de sadece birkez olan birşey.. ‘Çoklu Evrenler’(Multiverse) denen ve birçok astrofizikçi ve gözlemsel kozmoloji uzmanı tarafından şüpheyle yaklaşılan kuramların da kaynağı burası..

 

Seminerin seviyesi, denklemler ve fiziksel açıklamaları kaldırmadığından bu konudaki tartışma ve özellikle soru cevap kısmı eski yunan akademisi diyalog usulü devam etti diyebiliriz. Belki de Vilenkin’in sunumunun sonunda St. Agustine’den yaptığı alıntıyla gözü dönen  fizikçilerin ‘saldırılarını’ dingin bir şekilde savurmasına rağmen, senelerdir duyup okuduğum şu çoklu evrenler ve köpük modeller konusunda kafamdaki soruları aydınlattığını söyleyemeyeceğim..

 

Konuyla ilgili geçmişte birşeyler karalamıştım, merak edenler için:

-Büyük Patlama’dan Önce Ne Vardı?

Büyük Patlamadan Gelen Dalgalar

Tarihe tanıklık ettiğimiz günlerden biri aslında bugün! Evren anlayışımızın geldiği son noktayı en iyi şekilde ifade eden, günümüzün en hassas bilimsel alanlarından kozmoloji konusunda bugün yapılan basın duyurusu kesinlikle devrimsel! Evrenin ilk anlarına dair görüp görebileceğimiz en uzak (ve zamanda en geri) görüntü olan Kozmik Mikrodalga Fon Işınımında (Cosic Microwave Background - CMB) uzun zamandır aranan, evrenin ilk saniyesinde yayımlanan kütle çekim dalgalarının oluşturduğu etkiler, BICEP2 deneyi ekibi tarafından gözlenerek doğrulandı! Evrenin ilk anları için önerilen hızla genişleme (teknik ifadesiyle "inflation") teorisi böylece ciddi anlamda desteklenmiş ve tahminleri doğrulanmış oldu.. Bir başka deyişle şu anda elimizdeki bilgilerle "büyük patlamanın" ardından saniyenin trilyonda birinin trilyonda birinin trilyonda biri(yazım hatası değil!) kadar sonrasını açıklayabiliyoruz. Bu da epey yol kat ettiğimizi gösteriyor sanırım!

BICEP2 ekbi tarafından yayınlanan veride, kozmik mikrodalga fon ışınımı üzerinde, evrenin ilk başlarındaki kütleçekim dalgalarının oluşturduğu polarizasyon örüntüsü görülüyor (Kaynak: Nature)

Harvard Smithsonian Astrofizik Enstitüsü'nün başını çektiği ve Güney Kutup Bilimsel Araştırma Üssündeki mikrodalga dalga boyunda gözlem yapan radyo teleskoplarla gerçekleştirilen gözlemlerde, CMB'yi oluşturan sinyaller üzerinde, kütle çekim dalgası adı verilen evrenin ilk zamanlarındaki kütle çekim alanından kaynaklanan dalgalarının oluşturduğu bir etki aranıyordu. Bu etki, söz konusu sinyaldeki ışık parçacıklarının(foton) belirli bir yöne doğru yönelmesine, polarize olmasına neden oluyor. BICEP2 ile ölçülen, bu tip polarizasyonun iki farklı modundan biri olan B-Modu polarizasyonu. Bu polarizasyon yukarıdaki görüntüde görüldüğü üzere büyük çaplı yapılarda net bir rotasyona sahip bir etki olarak kendini gösteriyor.

Konu, içerdiği kavramlar ve altında yatan fizik nedeniyle epey karmaşık fakat tamamıyla anlaşılmaz değil.. Evrenin ilk anlarını, hızlı genişleme ve Kozmik Mikrodalga Işınımı konularında biraz "altyapı" olması için ufak bir özet geçmeye çalışacağım:

Büyük Patlama teorisine göre kabaca, evrenin ilk zamanında tekillik (singularity) olarak adlandırılan yüksek enerjili "noktanın" ters bir bozunma etkisiyle (false vacuum decay) oluşturduğu kuantum dalgalanmaları (quantum fluctuations), oluşumdan hemen sonra sonra başlayan devasa bir hızlı genişleme (infation) ile evrenin tümüne yayılmıştır. Zamanla bu dalgalanmalardan oluşan madde, kütle çekim etkisiyle bir araya gelerek günümüzde gözlediğimiz yapıları, yıldızları, galaksileri ve galaksi kümelerini oluşturmuştur.

  

Biraz detaylandırırsak; evrenin daha ilk saniyelerinde başta belirttiğim kuantum dalgalanmalarından temel parçacıklar olan quarklar oluşmaya başlamış ve quarklar da proton ve nötronları oluşturmuştu. Bu oluşum sırasında hem protonlar hem de bunların karşı madde çifti olan anti protonlar oluşmuş ve ilk saniyelerde oluşan bu proton-anti proton ve elektron-anti elektron çiftlerinin karşılıklı yok olması sonucu (şanslıyız ki proton ve elektronlar bu savaşı kazanmıştır) evren ışıma ile dolmuştur. Evrenin o yoğun döneminde bu ışınlar hareket ederken her cm'de bir elektrona çarpıyorlardı ve yol alamıyorlardı. Bu yüzden ilk 380 000 yıl boyunca evren ışığın dışarıya çıkamadığı opak bir görünümdeydi. Ancak evren yavaşlayarak da olsa genişlemeye devam ediyordu, bu da evrenin gittikçe soğumasına neden oluyordu. Patlamadan 380 000 yıl sonra erişilen sıcaklık, elektronların atom çekirdeklerine tutunabilmelerine artık müsaitti ve ışınların önündeki "perde" böylece kalkmış oldu. Bunun sonucunda evrenin geçmişine dair bir çok bilgi edinebildiğimiz Kozmik Mikrodalga Fon Işınımı (CMB) evrenin her yönüne yayılmaya başladı. Bu ışınım şu anda bile gökyüzünde her noktadan ve sürekli olarak üzerimize yağıyor (hatta televizyon ve radyolarımızda yayınların arka planındaki gürültünün bir kısmını oluşturuyor).

 

Planck uydusu tarafından elde edilen kozmik mikrodalga fon ışınımı görüntüsü, diğer bir deyişle evrenin elde edebildiğimiz "ilk görüntüsü".. Farklı renkler yübinde bir mertebesindeki yoğunluk farklarını gösteriyor. Bu yoğunluk farkları lerleyen zamanlarda, evrendeki yapıları, galaksii kümelern oluşturacak. (Kaynak: ESA)

90'lı yılların sonunda NASA tarafından gönderilen WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) ve yakın zamanda da Planck uydusu, evrenin ilk zamanlarından gelen bu ışınların haritasını çıkardı ve 70'lerden beri teorisi geliştirilen Büyük Patlama'ya dair bir çok ipucu elde edildi. İşin en güzel tarafı teorilerde önerilen çoğu şey, verilerle oluşturulan grafiklere tek tek oturuyordu. Bu çok büyük bir başarıydı.

İnsanlığın tarih boyunca evreni anlama yolcuğunda geldiği böylesine detaylı ve hassas kavrayış, kesinlikle nefes kesici.. Çok yakın bir zamanda, son zamanlarda geliştirdiğimiz ve kozmoloji ile ilgili harika bir projeyi de buradan paylaşıyor olacağım. Bu arada, kozmolojinin bu gelişmelerini daha yakından incelemek ve öğrenmek adına meraklısına birkaç kitap önermeden de edemeyeceğim:

Alfa ve Omega - Charles Seife (Metis Bilim)

Evrenin Kısa Tarihi - Joseph Silk (Tübitak Yay.)

İlk Üç Dakika - Steven Weinberg (Tübitak Yay.)

The Inflationary Universe - Alan Guth





Daha detaylı bilgi edinmek  isteyenler için birkaç bağlantı:

Gravitational Waves in the Cosmic Microwave Background - Sean Carrol
Some B-Mode Background
Nature Special - Waves from the Big Bang

Evreni Anlayalım Programı ve Dünya Küresi

Bir süredir, uluslararası anlamda Dünya Astronomi Birliği'nin, Türkiye'de de Türk Astronomi Derneği ve Bilim Akademisi'nin desteklediği Evreni Anlayalım (Universe Awareness - UNAWE) programını uygulamak üzere çalışıyoruz Gökyüzü Gönüllüleri ekibi olarak. Özellikle 4-10 yaş arası çocuklara yönelik olan programla, birbirinden renkli mataryel ve etkinliklerle çocuklara astronomi yoluyla "evren farkındalığı" kazandırmayı hedefliyoruz. Geçen yıl Heidelberg'deki UNAWE toplantısının ardından, hızlı bir şekilde materyallerin yerelleştirilip Türkçeleştirilmesi, ülkemizde çeşitli yerlerde pilot uygulamalar yapılması ve gerçekleştirilecek öğretmen eğitimleri için planlar yapmaya başladık ve yola koyulduk. Dün de, bu planlar dahilinde Çekmeköy'de Çekmeköy Gönüllüleri Derneği evsahipliğinde, bir grup beşinci sınıf öğrencisiyle Evreni Anlayalım'ın en etkili materyallerinden "Dünya Küresi"ni kullanarak çok güzel bir etkinlik gerçekleştirdik.

 

 

Etkinliğin temasını, "Dünya'yı dışarıdan görmek" olarak belirledik ve öncelikle Dünya'nın Samanyolu galaksimizdeki ve Güneş Sistemi'ndeki yerini etkinlik kitapçığımız üzerinde işaretledik. Ardından küçük bir video ile Dünya'ya uzaydan bir bakış attık.

 

 

Sonrasında, Dünya'nın şekli ve insanlığın tarih boyunca bunu nasıl algıladığı üzerine konuştuk. Dünya eğer düz olsaydı ne gibi sonuçlarının olacağını, Dünya'nın küresel olduğunu nasıl anlayabileceğimizi Dünya Küresi'nin üzerinde kağıttan gemiler yüzdürerek inceledik.

 

 

Etkinliğin sonunda da geçen haftalarda internette karşılaştığım, İngiltere'den bir lisenin hazırladığı, bir öğrencilerini "uzaya gönderdikleri" videoyu izledik hep beraber. Dünya'nın yüzeyinden uzaklaşarak, atmosferin dışından Dünya'nın nasıl göründüğünü hepberaber izledik. Sonunda da bu videodaki çocuğun gerçekten uzaya çıkıp çıkmadığını tartıştık. Doğru cevabı söylemedik ki evlerine döndüklerinde, yanlarında cevaplamaları gereken bir soruları olsun..

 

 

Kısacası, doğal "merak içgüdüleri", okulları, ortamları ve dış dünya tarafından daha tahrip edilmemiş, gözlerinin içi parlayan, birşey öğrendiğinde gözlerini kocaman açıp şaşkınlığını gizleyemeyen pırıl pırıl çocuklarla birlikteydim ve buna uzun zamandır "proje-planlama-fon bulma" gibi işler yüzünden zaman ayıramadığım için kendime kızıp durdum. Elbette diğer "sıkıcı ve uğraştırıcı" işler olmadan bu projeler hayata geçmiyor fakat doğrudan sahaya inip çocukların zihinlerine dokunabilmek kısmını kesinlikle atlamamam gerektiğini gördüm.

 

Evreni Anlayalım çalışmalarımız yıl içinde birçok yerde pilot uygulamalar şeklinde devam ediyor olacak. Bu süreçte beraber çalıştığımız öğretmenler ve öğrenciler kadar bizler de çok şey öğreniyoruz. Bu deneyimlerimizi Mayıs ayında Sabancı Üniversitesi'nde geçekleştirilecek olan Eğitimde İyi Örnekler Konferansı'nda iki saatlik uygulamalı atölye şeklinde öğretmenlerle paylaşacağız. Eylül ayında da İTÜ Bilim Merkezi'nde düzenleyeceğimiz öğretmen eğitim programıyla birçok öğretmenin materyallerle ve eğitim programımızla tanışmasını hedefliyoruz.. Uzun bir yıl bizi bekliyor..

 

NOT: Dünya Küresi materyalinin yanında, bu küre ile yapılabilecek etkinliklerin yer aldığı harika bir Aktivite Kitapçığı bulunuyor. Çok yakın zamanda Türkçe’ye de kazandırılacak bu dökümanın İngilizce haline erişmek için tıklayınız.

Rosetta – Bir Kuyruklu Yıldızın Yüzeyine İnmek!

Geçtiğimiz aylardaki “asrın kuyruklu yıldızı” ISON’un dramatik sonu, birden herkesin ilgisini Güneş Sistemi’nin bu en yaşlı üyeleri olan kuyruklu yıldızlara yönlendirdi. Her ne kadar ISON hikayesi “mutlu son” ile bitmemiş olsa da bu yıl bizi bekleyen çok daha heyecan verici bir görev var : Avrupa Uzay Ajansı(ESA)’nın Rosetta Görevi! Bu görevle 67P/Churymov-Gerasimenko adlı kuyruklu yıldızın yüzeyine iniş yapılması planlanıyor! Bu plan, kesinlikle şu ana kadar astronomide duyduğum en olağanüstü ve heyecan verici hedeflerden biri ve bunun için sadece Kasım ayına kadar beklememiz gerekecek!

 

 

Rosetta görevi 90’ların sonlarında planlanmaya başlanarak, uzun hazırlıklardan sonra 2004’de uzaya gönderilmişti.. O tarihten beri Rosetta, hedefi olan kuyruklu yıldıza ulaşmak için Mars ve Dünya etrafında birden çok kütle-çekim manevraları yaparak kazandığı enerji ile randevusuna doğru yol alıyor. Bu arada Meteor kuşağından iki kere geçmek durumunda kalan uzay aracı, 2010’da asteroid Lutetia’nın üç bin kilometre yakınından geçerek yüzeyinin detaylı fotoğraflarını çekmişti.. Bu ek görevin ardından 2011’de güç kullanımını en alt seviyeye çekmek amacıyla Rosetta uyku-moduna geçirildi ve o zamandan beri uzayın karanlık ve sessizliğinde uykusunu sürdürüyor… Hedefi olan kuyruklu yıldıza yönelik son manevrayı yapmak amacıyla Rosetta bu ay, yani Ocak ayının 20’sinde Dünya’dan gönderilecek bir sinyal ile uyandırılıyor olacak!

 

Rosetta’nın uyanma öyküsü

 

Ağustos ayında kuyruklu yıldıza varacak olan Rosetta, etrafında yörüngeye girerek Kasım ayında da yüzeyine Philae adındaki sondayı indirecek. Bir kuyruklu yıldızın yüzeyine bu ilk kontrollü iniş, astronomi tarihinde kesinlikle en önemli olaylardan biri olacak! İnsanlık tarihinin en eski zamanlarından beri gökyüzündeki etkileyici görünüşleri nedeniyle kimi zaman korku ve dehşet, kimi zaman da hayret ve keşif hazzı uyandıran bu görkemli gökcisimlerini doğrudan üzerine inerek incelemek tam anlamıyla bilimkurgu senaryosu değil de ne?

 

Rosetta uzay aracı üzerindeki yüzey iniş sonrası Philae’nın kuyuruklu yıldız yüzeyine iniş benzetimi

 

Rosetta’nın 20 Ocak’ta uykusundan uyandırılması için ESA tüm herkesi, Rosetta için “uyandırma mesajı” göndermeye çağırıyor. 20 Ocak’a kadar mesajınızı kendi dilinizde kayıt ederek görevin internet sayfasına gönderebilirsiniz. Beğenilen videolar için birçok ödül var ve en iyi video sahibini de Almanya’da Rosetta Görev Merkezi’ni ziyaret bekliyor! Kişisel olarak ya da okulunuzda öğrencileriniz ile birlikte bu yarışmaya katılabilirsiniz.

 

Alman Uzay Ajansı’nın Rosetta hakkında hazırladığı harika kısa film

 

Yıl boyunca bu görev ile ilgili GökGünce’de birçok yazı ve haber paylaşacağım.. Takipte kalın..

 

Detaylı bilgi için:

ESA Science – Rosetta Mission

NASA ScienceCast – Mission to LAnd on a Comet

İyi yıllar!