Bilim insanları evrenin hassas ayarlarını açıklıyor

BİLİM | BETÜL GÜL

Doktorasını Cambridge Üniversitesi’nde tamamladıktan sonra Western Sydney Üniversitesi’nde doktora sonrası çalışmalar yapan astrofizikçi Dr. Luke Barnes, Prof. Geraint Lewis ile birlikte yazdığı ve Cambridge University Press’in yayımladığı kitabıyla ve akademik makaleleriyle dikkatleri evrenin ince ayarlarına çekiyor.

Barnes, The New Atlantis’de yayımlanan bir makalesinde şöyle söylüyor: “Temel sabitleri çok az değiştirilmiş bir evrende molekülleri oluşturan kimyasal bağların hiçbiri olmayabilir, dolayısıyla DNA’ya, kayalara, suya ve gezegenlere veda edin. Bazı küçük değişiklikler yıldızların, hatta atomların oluşumunu imkansız hale getirirken, fizik sabitlerinin bazı değerleri de, evrenin saniyenin çok küçük bir bölümünde yok olmasına neden olur. Fizikçilerin evrenin yaşam için ‘ince ayarından’ bahsettiklerinde kastettikleri şey, matematiksel olarak konuşursak, sabitlerin tümünün devasa, kompleks, yaşam barındıran evrenimizi mümkün kılan çok olasılık dışı kombinasyonda düzenlenmiş olmasıdır.”

NASA

“Closer to Truth” adlı televizyon programının kısa süre önce yayımlanan bir bölümünde konuşan Dr. Barnes, ince ayarın en çok bilinen örneğinin kozmolojik sabit olduğunu belirtti. (Kozmolojik sabit karanlık enerji olarak da biliniyor.) 1998 yılında, evrenin genişlemesinin önceden sanıldığı gibi yavaşlamadığı, aksine hızlandığı anlaşılmıştı. Bu hiç beklenmiyordu ve nedeni de bilinmiyordu. Evrenin genişlemesini hızlandıran; galaksilerin zaman geçtikçe bizden daha hızlı uzaklaşmasına neden olan şeye karanlık enerji adı verildi. Barnes konuşmasında, kozmolojik sabitin değerinin yaşam için uygun olma olasılığının yaklaşık 10 üzeri 120’de 1 olarak hesaplandığını belirtti ve “Değerlerin büyük çoğunluğu, evrenin hiçbir yapının oluşamayacağı kadar hızlı genişlemesine, ya da var olduktan çok kısa süre sonra çökmesine neden olurdu.” dedi. Tabii, kütle çekiminin (yerçekiminin) değeri de çok önemli. Iowa Eyalet Üniversitesi’nden Dr. Guillermo Gonzalez ve Dr. Jay Richards, The Privileged Planet (Ayrıcalıklı Gezegen) adlı kitapta şunları söylüyor: “Kütle çekimi biraz daha zayıf olsaydı, Büyük Patlama’dan sonraki genişleme maddeyi fazla hızlı yayar galaksilerin, gezegenlerin oluşumunu önlerdi. Çok az daha güçlü olsa evren çökerdi.”

İngiltere’nin Newcastle Üniversitesi’nden tanınmış matematik profesörü Jonathan Borwein ve California Üniversitesi’nden Prof. David Bailey, 2014 yılında The Conversation’da yayımlanan makalelerinde, son yıllarda fizikçiler ve kozmologların evrende açıkça görülen ince ayarın son derece etkileyici çok sayıda örneğini ortaya çıkardıklarını belirtti. Atom çekirdeğini oluşturan protonları ve nötronları bir arada tutan güçlü çekirdek kuvvetinden ve bir tür atomaltı parçacığı başka tür atomaltı parçacığa dönüştüren zayıf kuvvetten söz eden bilim insanları, makalelerinde şu sözlere yer verdi: “Karbondan başlayarak daha ağır elementlerin oluşumu çok hassas bir şekilde güçlü ve zayıf kuvvetlerin dengesine bağlıdır. Güçlü çekirdek kuvveti çok az daha güçlü veya çok az daha zayıf olsaydı (her iki yönde de sadece %1), evrenin hiçbir yerinde karbon ve karbondan ağır elementler olmazdı.” Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden fizik profesörü Max Tegmark da şöyle söylüyor: “Zayıf etkileşim çok daha güçlü olsaydı, ağır elementler süpernova patlamalarıyla yıldızlar arası ortama saçılmazdı.”

NSF

Elektronlar ve protonlar birbirini çekiyor; protonlar protonları, elektronlar elektronları itiyor. Peki ama, birbirini iten protonlar atom çekirdeğinde nasıl bir arada kalıyor? Amerika’da bulunan parçacık fiziği laboratuvarı Fermilab’in web sitesinde şu bilgiler yer alıyor: “Helyum gibi iki protona sahip bir çekirdek kararlıdır, çünkü güçlü kuvvet elektromanyetik kuvvetleri aşar. Çekirdekteki iki protonu ayırmak için yaklaşık 1 milyon elektronvolt enerji gerekir.”

İşin ilginç bir yanı da, güçlü çekirdek kuvvetinin kütle çekiminin aksine çok kısa mesafede etkili olması. Dr. Barnes, 2013’de PASA adlı akademik dergide yayımlanan bir makalesinde, “Güçlü kuvvet kısa menzilli değil de, uzun menzilli bir kuvvet olsaydı atomlar olmazdı,” diyor. “Yüklü parçacıkların çekilmesine ve itilmesine neden olan elektromanyetik kuvvet güçlü çekirdek kuvvetine kıyasla çok güçlü veya çok zayıf olsaydı, yıldızlardan kimyasal bileşiklere kadar her şey imkansız olurdu,” sözlerini kullanan Barnes, benzer yükler birbirini çekse, zıt yükler itseydi atomlar olmazdı diyerek de önemli bir noktaya işaret ediyor.

Hidrojen, helyum ve lityum gibi hafif elementlerin evrenin başlangıcında Büyük Patlama ile oluştuğu biliniyor. Demir ve demirden hafif olan diğer elementler ise, karbon ve oksijen de dahil, yıldızlarda nükleer füzyonla oluşuyor. (Füzyon, hafif element çekirdeklerinin bir araya gelerek daha ağır bir elementin çekirdeğini oluşturma tepkimesi.) Cosmos dergisi için kaleme aldığı bir makalede, “Yaşamın varoluşu bıçak sırtında dengeleniyor” diyen Arizona Eyalet Üniversitesi’nden ünlü fizik profesörü Paul Davies, fizik kanunlarındaki ince ayarın en iyi bilinen örneklerinden birinin yaşamın temelindeki karbon elementi ile ilgili olduğunu belirtiyor. Davies şöyle söylüyor: “Yıldızlardaki nükleer reaksiyonların çoğu yüksek sıcaklıklarda, muazzam hızla hareket eden iki atom çekirdeğinin çarpışıp kaynaşmasıyla meydana gelir. Fakat karbon, böyle oluşamaz.”

NASA

Cambridge Üniversitesi’nden ünlü astronom Fred Hoyle, karbonun üç helyum çekirdeğinin aynı anda çarpışmasıyla oluştuğu sonucuna varmış ve nadiren meydana gelebilecek bu reaksiyonu artıran, karbonun bol miktarda bulunmasını sağlayan rezonans denilen özel bir etkenin devrede olması gerektiğini fark etmişti. Araştırmalar Hoyle’u haklı çıkardı. Prof. Davies, Cosmos’daki makalesinde, “Karbonun rezonans hali, tam olarak yıldızların bol miktarda karbon üretmesine imkân veren doğru enerji düzeyinde” diyor.

Sydney Üniversitesi’nden astrofizik profesörü Geraint Lewis de, 2015 yılında The Conversation’da yayımlanan bir makalesinde ilginç bilgiler verdi: “Karbon yapıldıktan sonra daha ağır elementlere, özellikle oksijene dönüştürülmek üzere hazırdır. Güçlü çekirdek kuvvetinin gücünden dolayı karbonun oluşma verimliliğini artıran belirli rezonans özelliklerinin oksijende olmadığı ortaya çıktı. Bu, karbonun tümünün hızla tüketilmesini engeller. Güçlü kuvvetin özel gücü, evrende neredeyse eşit karbon ve oksijen karışımı olmasına neden oldu.”

Prof. Lewis ve Dr. Barnes, birlikte yazdıkları “A Fortunate Universe: Life in a Finely Tuned Cosmos” adlı kitapta, “Yaşamın varlığı, kritik şekilde parçacık kütlelerine bağlı,” diyor. Prof. Paul Davies, The Guardian’da yayımlanan bir makalesinde evrendeki ince ayara dair şöyle demişti: “Nötronlar, protonlardan çok az daha ağır. Bunun tersi olsaydı, atomlar var olmazdı. Çünkü büyük patlamadan kısa süre sonra evrendeki tüm protonlar nötronlara dönüşürdü.” Davies, ilk olarak 2006 yılında yayımlanan “Goldilocks Enigma” adlı kitabında da şöyle diyor: “Evren, birçok etkileyici yönden yaşam için tam olarak uygun görünüyor. Bu mantıklı (judicious kelimesini kullanıyor) tasarım görünümünü açıklamadıkça, evrene dair hiçbir bilimsel açıklama tamamlanmış sayılmaz.”

***

“Çünkü sayısız vaziyet içinden birini seçmek; bir ayırma, bir tercih, bir kasıt ve irade ile olur. O vaziyet bir niyet ve arzu ile ayrılır. Elbette bu ayırma, o vaziyeti bir şeye mahsus kılma, bir mahsus kılanı gerektirir. Tercih, bir tercih ediciyi ister. Ayıran ve tercih eden ise iradedir.” (Kısmen Sadeleştirilmiş Mektubat, 20. Mektup)

***

NOT: Daha detaylı bilgi edinmek isteyenler, Dr. Luke Barnes’in şu makalelerini inceleyebilir:

https://arxiv.org/pdf/1112.4647v1.pdf

https://arxiv.org/pdf/1112.4647.pdf

https://researchdirect.westernsydney.edu.au/islandora/object/uws:56352/datastream/PDF/view