Antik Yunan’da her şeyin toprak, hava, ateş ve suyun, yani dört temel elementin değişik oranlarda birleşiminden oluştuğuna inanılırdı. Bu düşünce kuşkusuz doğru değildi; ama altında yatan temel yaklaşım doğruydu. Gerçekten de çevremizdeki her şey belli sayıdaki temel öğeden, onların değişik oranlardaki birleşimlerinden oluşur. Biz bu temel öğelere “element” (kimyasal element) diyoruz. Doğada 94 element bulunur. Her elementin kendine özgü bir atomu vardır. En güçlü mikroskoplarla bile görülemeyecek denli küçük olan atomlar, merkezde proton ve nötron denen parçacıklardan oluşan bir çekirdek ve onun çevresinde dolanan çok daha küçük elektronlardan meydana gelir.
Ancak bilim insanları bu alanda biraz daha ileri gitmiş, maddenin yapısında bir tabaka daha derine inmiş ve atomu oluşturan parçacıkların da aslında daha küçük birtakım “temel” parçacıklardan (kuarklar) oluştuğunu keşfetmişlerdir. Artık elimizde bir dizi temel parçacık var. Bunlar değişik kuvvetlerin etkisiyle çeşitli şekillerde bir araya geliyor ve bizleri oluşturan, sıradan maddeyi yapıyor. Bütün elementler kuarklar ve elektronlardan, çevremizdeki her şey de elementlerden oluşuyor. Bilim insanları temelinde kuarkların ve elektronların olduğu -bildiğimiz- maddeye baryonik madde diyor.
Evren’e baktığımızda tümü de baryonik maddeden oluşan gökadaları, gaz ve toz bulutlarını, yıldızları, gezegenleri vs. görürüz. O nedenle Evren’de neler var diye sorulduğunda kısaca yıldızlar, gezegenler, gökadalar vs. deriz. Ne var ki Evren’de yalnızca baryonik madde bulunmaz. Peki, Evren’de neler bulunur? Evren’in içeriği nedir? Ya da Evren’i oluşturan şeyler nelerdir?
Evren’in beş temel içeriği vardır:
– Baryonik madde,
– Işık (bütün elektromanyetik dalgalar),
– Nötrinolar,
– Karanlık madde,
– Karanlık enerji
Her ne kadar Evren’in beş temel içeriği olsa da bunlar aslında kütle-enerji denen olgunun farklı biçimleridir. Einstein’ın E=mc2 eşitliği her türlü enerjinin ve maddenin birbirine dönüştürülebileceği ve gerçekte aynı “şey” olduğunu ortaya koyar. Kütle de enerji de kütleçekimsel bir etki oluşturur. Buradan maddenin aslında enerjinin çok çok yoğun ve kararlı bir hali olduğu düşünülebilir.
Baryonik madde
Biz tümüyle atomların egemen olduğu bir dünyada yaşıyoruz. Bizler ve çevremizdeki her şey atomlardan oluşmuştur. Günümüz Evren’inde baryonik maddenin neredeyse tamamı yıldızlarda, yıldızların arasındaki ve gökadaların arasındaki sıcak gaz bulutlarında, plazma halinde toplanmıştır. Baryonik maddenin ancak yüzde 0,01’lik (on binde birlik) bölümü Evren’in yeterince serin yerlerinde atomlar halindedir. Atomların birleşerek büyük moleküller oluşturabileceği yerlerse, bazı yıldızların çevresinde belli uzaklıkta dolanan gezegenlerdir. Bu açıdan bakıldığında -ve bütün Evren göz önüne alındığında- aslında çok ender bulunan bir bölgede yaşadığımız anlaşılır. Evren’deki toplam baryonik madde miktarı 1051 kg ya da 1021 Güneş kütlesi kadardır. Ne var ki bu miktar, Evren’in içeriğinin ancak yüzde 4,6’sını oluşturur.
Işık
Evren’de her dalga boyunda ışık vardır. Hesaplara göre Evren’de ortalama 1 m3’te 400 milyon foton bulunur. Bu da her protona ya da elektrona karşılık, yaklaşık 1,5 milyar foton demektir. Ne var ki ışık, Evren’in içeriğinin ancak yüzde 0,005’ini oluşturur.
Nötrino
Nötrinolar foton benzeri parçacıklardır. Neredeyse hiç kütleleri yoktur. Işık hızına çok yakın hızlarla ilerlerler. Ama fotonlardan farklı bir yanları vardır: Baryonik maddeyle çok seyrek etkileşirler. Her saniye Güneş’ten çıkan trilyonlarca nötrino bedenimizden geçip gider, tıpkı bir sis tabakasında ilerleyen kurşunlar gibi, ama hiçbiri bir etkileşime girmez. Nötrinoların varlığı 1930’da Wolfgang Pauli tarafından kuramsal olarak ileri sürülmüştü. Gerçekten de var oldukları 1956’da gözlemsel olarak kanıtlandı ve gözlemi yapan Frederick Reines’e 1995’te (40 yıl sonra) Nobel Fizik Ödülü verildi. Nötrinoların gözlenmesi çok zordur. Gözlenebilmeleri için yeraltına çok büyük laboratuvarlar kurulması gerekir. Yıldızların ürettiklerinden başka, Büyük Patlama sırasında da çok büyük miktarda nötrino oluşmuştur. Onlar hâlâ Evren’imizdedir. Tıpkı fotonların kozmik mikrodalga arka plan ışıması gibi, aslında Büyük Patlama nötrinolarının da kozmik nötrino arka planı vardır. Ama bu nötrinoların da tıpkı fotonlar gibi enerjileri çok azalmıştır ve saptanmaları çok güçtür.
Karanlık madde ve karanlık enerji
Karanlık madde ve karanlık enerji bilim insanları için hâlâ çok gizemli yapılardır. İkisi birlikte Evren’in içeriğinin yüzde 95’lik bölümünü oluşturur. Karanlık maddeye yönelik en iyi tahmin, onun Büyük Patlama sırasında oluşmuş, birkaç proton kütlesinde nötrinoya benzer atomaltı bir parçacık olduğu yönündedir. Çünkü karanlık madde parçacıkları da tıpkı nötrinolar gibi baryonik maddeyle etkileşime girmezler. Bu nedenle saptanmaları da çok zordur. Dünya’da karanlık madde parçacıklarını saptamaya çalışan birkaç ekip var. Yapılan hesaplara göre, Evren’de baryonik madde kütlesinin yaklaşık 6 katı kadar karanlık madde bulunuyor. Yeryüzünde de yaklaşık 1 kg kadar karanlık madde bulunduğu düşünülüyor.
Karanlık enerjiyse, varlığı çok değil, daha 1998’de ortaya çıkmış bir olgudur. Tıpkı karanlık madde gibi onun da ne olduğu henüz bilinmiyor; hatta hakkında hiçbir şey bilinmiyor bile denebilir. Onun da varlığı dolaylı yoldan yine kütleçekimsel etkilerden anlaşılmıştır. Ancak karanlık enerjinin yarattığı kütleçekim etkisinin bildiğimiz kütleçekim kuvvetine ters yönde işlediği ve Evren’in genişleme hızını arttırdığı düşünülüyor. Karanlık enerjinin, uzayın (boşluğun) kendisiyle ilgili çok çok çok küçük bir enerji olduğu tahmin ediliyor. O nedenle de zaman zaman “vakum enerjisi” olarak da adlandırılıyor. Bu enerjinin kütle cinsinden yoğunluğu 5 hidrojen atomu/m3 kadardır. Ama bu enerjinin Evren’in her yanında olduğu göz önüne alındığında, Evren’in yüzde 73’ünün karanlık enerjiden oluştuğu ortaya çıkar.
Evren’in tümü düşünüldüğünde, Evren’in ortalama yoğunluğu ortalama 5,8 hidrojen atomu/m3 kadardır. Bu yoğunluk, Dünya büyüklüğünde bir hacmin içinde yalnızca 1 kum tanesinin bulunmasına karşılık gelir. Buradan da Evren’in gerçekte aşırı derecede boş olduğu ortaya çıkar. Bu yoğunluğun Evren’i oluşturan temel öğeler arasındaki dağılımı şöyledir:
karanlık enerji: yüzde 72,6
karanlık madde: yüzde 22,7
baryonik madde: yüzde 4,6
ışık yüzde: 0,005
nötrinolar yüzde: 0,0034
Bu oranlar Evren’in tarihi boyunca aynı kalmamış, zamanla değişmiştir. Baryonik madde ve karanlık madde miktarı artmadığından, maddesel yoğunluk Evren genişledikçe sürekli azalmıştır. Bunun yanında karanlık enerji uzayla ilişkili olduğundan Evren’in genişlemesi onun miktarını arttırmıştır; ama yoğunluğu hep sabit kalmıştır. Yaklaşık 5 milyar yıl önce madde ve karanlık enerji yoğunluklarının aynı olduğu düşünülüyor. Daha önceyse -yaklaşık 9 milyar yıl boyunca- Evren’de madde egemendi. Hatta Evren’in ilk dönemlerinde karanlık enerji yok gibiydi. Nötrinoların ve fotonların yoğunlukları da Evren’in genişlemesiyle birlikte sürekli düşmüştür ve düşmektedir. Ayrıca Evren’in genişlemesi nedeniyle kızıla kaymaları bunların enerjisini de sürekli azaltır. Dolayısıyla yoğunlukları madde yoğunluğundan biraz daha hızlı düşer. Büyük Patlama’dan 60.000 yıl sonrasına kadar ışığın egemen olduğu düşünülüyor. Sonra ışık yerini maddeye bırakmıştır. Dokuz milyar yıl kadar sonra da karanlık enerji Evren’in işleyişinde de egemen olmuştur.
Kaynak: Çağlar Sunay, 50 Soruda Evren, Bilim ve Gelecek kitaplığı, Ekim 2011, 1.Baskı, s.242-246
