Kainatın Karanlık Yüzü – Karanlık Madde ve Tanrı Parçacığı

İnsanlık zamanı ele alındığında o kadar da uzun olmayan bir müddet öncesine kadar dünyamızın evrenin merkezinde olduğu düşünülüyordu. Genel kanı buydu. Herkes bu bilgiyi kati malumat olarak görüyor buna karşı çıkanlar ise tanrıtanımaz asiler olarak algılanıyor ve üstelik cezalandırılıyor ve hatta sonları ölümle dahi sonuçlanabiliyordu. Bugün hepimizin genel kültür olarak bilmiş olduğu, aksini söyleyene güldürmüş olduğu bir malumat yüzünden insanoğlu oldukça zor dönemler geçirmişti anlayacağınız.

Kopernik başlatmıştı bu devrimi de. Güneşin evrenin merkezi olduğu yanılgısı olsa bile o vakit için devrimsel bir fikirle bütün yanlış algıyı değiştirmiş ve 15. Yüzyılda dünyanın düz olduğuna ve evrenin merkezinde olduğuna inananların içinde oldukça devrimsel bir perspektif geliştirmişti. Yıl olmuş 2020 hala dünya düz diyenler var gerçi… İşte o kafalar 15. Yüzyılda oldukça sevinçli yaşayabilirlerdi… Neyse.

Tabi bu idrak derhal değişmeyecek ve Kopernik bu çalışmasını yayımladıktan sonrasında 1 sene arasında eceliyle ölme şansına erişecek ve tutucu çevrenin gazabından kurtulacaktı. Tabi bu muhit Kopernik’in bütün fikirlerin reddetmeye devam edecekti. Birkaç asır boyunca. Sonra 17. Ve 18. Yüzyılda artık Newton benzer biçimde bilim adamlarının katkılarıyla bu idrak tamamen oturacak ve evrende ortlama bir yıldızın etrafında dönen bir gezegende yaşadığımızı artık öğrenecektik.

20. Yüzyılın başlangıcında da başka galaksilerin bulunduğunu da öğrenecek ve izotropik şu demek oluyor ki yönden bağımsız kainat modeli ile evrenin bir merkezi olmadığını anlayacak ve artık bu arayışımıza son verecek yönümüzü oldukça başka bulgulara çevirecektik.

1998 senesinde tip 1a süpernova adlı bir çalışmada mesela evrenin genişlediği bilgisinin ötesinde evrenin genişlemesinin gittikçe hızlandığı bulgusu elde edilmiştir. Yani evrenin genişlediğini biliyorduk. Boşluk teorisi şu demek oluyor ki uzayın boş olduğu teorisi ile bu genişlemenin durağan olması gerektiği düşünülebilir sadece bir şeyler bu genişlemeyi hızlandırıyordu.

Göremediğimiz bir şey veya şeyler veya her neyse…

Ama buna yanıt vermek için ilkin sormamız ihtiyaç duyulan bir sual var. Madde iyi mi ortaya çıktı? Biz. Nereden geliyoruz. Yani ancak hepimiz değil. Gezegenimizdeki her şey, gezegenler, yıldızlar, galaksiler… Hubble teleskobunun çekmiş olduğu bu ikonik fotoğrafa baktığımızda 10 binlerce galaksi çarpıyor gözümüze. Bazıları oldukça sönük. Çünkü oldukça eski. Çünkü bu fer ortalama 13 milyar sene önceden geliyor. Yani bu teleskopla bu ışığa baktığımızda geçmişe seyahat yapıyoruz. Başlangıç noktasına. Büyük patlamaya.

Ama sual şu. Bu galaksiler dahil. Her şeyi meydana getiren madde nereden ortaya çıktı. Yıldız tozu. Nereden ortaya çıktı?

İşte bu kozmik gizemle alakalı bir cevabımız var benzer biçimde.

Gördüğümüz her şeyin göremediğimiz iki şeyin arasındaki müthiş savaştan çıktığını düşünüyoruz.

Karanlık madde ve hemen hemen yeni sayılacak bir zamanda keşfettiğimiz karanlık enerji…

İşte karanlık madde ve karanlık enerji beraber evreni yönetiyor…

Ama bunun için ilkin Hubble teleskobundan oldukça daha öncesine, daha eskiye bakmamız, başlangıca bir vakit yolculuğu yapmamız gerekiyordu. Bu amaçla 2001 senesinde WMAP adlı bir uyduyu yolladık feza boşluğuna. Amacı da evrenin ilk ışığını yakalamaktı.

Evrenin ilk ışığı mı? Evet. Büyük patlamadan ortalama 380 bin sene sonrasında fer yayılabilecek yoğunluğa indirilmiş olduğu andan itibaren oluşan ışıktan bahsediyoruz. Büyük patlama teorisinin de ortaya çıkışına vesile olan bir olgudan. Kozmik Mikrodalga Arkaplan Işımasından. Tamamen talih eseri 1960’lı yıllarda radyo sinyallerinde yakalanan parazitler sebebi ile Arno Penzias ve Robert Wilson adlı iki gökbilimci tarafınca tespit edilen bu ışıma işte büyük patlamadan arda kalan bir miras bizlere. 1992 senesinde NASA’nın gönderilmiş olduğu COBE uydusu bu ışımanın varlığını ilk defa kati bir halde kanıtlamış ve işte WMAP adlı uydu da bu ışımanın ayrıntılı bir haritasını çıkarmak suretiyle yola çıkmış ve 9 sene devam eden emekler nihayetinde bu resim ortaya çıkacaktı. Evrenin “bebeklik fotoğrafı” ismi verilen bu resim.

Bu gördüğünüz evrenin doğuşunun imzasıdır. Büyük patlamanın izi. Bu değişik renk desenlerine bakarak astronomlar evrenin doğuşundan itibaren neler bulunduğunu net bir halde görebiliyor ve evrenin yaşını oldukça daha duyarlı bir halde hesaplayabiliyorlar. 13.7 milyar sene. Ama bizlere sunmuş olduğu aslolan en mühim malumat şuydu. Evrenin %95’inden fazlası karanlık madde ve karanlık enerji ismini verdiğimiz şeyle doluydu. Aklın sınırlarını zorlayan bir qüç ve maddeyle.

Şimdi bu kanıya iyi mi vardık onu konuşalım.

Bunun için de hızdan bahsetmemiz lazım ilkin. Biliyorsunuz. Dünyamız güneşin etrafında saatte 1670 km hızla dönüyor. Güneş sistemimiz ise samanyolu galaksisinin merkezinin çevresinde ne kadar hızla dönüyor biliyor musunuz? Saatte ortalama 800.000 km hızla. Müthiş bir hız…

Fakat burada bir gariplik var.

Güneş sistemimize bakarsanız gezegenler güneşten uzaklaştıkça dönüş hızları düşmektedir. Daha yavaş dönmektedir. Newton yasaları da bizlere bunu anlatır. Merkezde uzaklaştıkça hızın düşmesi gerekir.

Bu mantıkla galaksi merkezine nazaran dönen yıldızların da galaksinin sınırlarına yaklaştıkça dönüş hızlarının düşmesi gerektiği kararına varabiliriz.

Ama işte gariplik burada.

Yıldızlar galaksi merkezinin neresinde olursa olsun. Uzaklaştıkça daha yavaş dönmeleri beklenirken nerede ise tamamı aynı hızla ve hatta kimi yıldızlar daha süratli dönüyor.

Nasıl şu demek oluyor ki? Bu oldukça garipti.

Ve bu keşfi icra eden Vera Rubin’in hikayesi de bir o denli alışılmadık. 1960-70’lerde her yerde olduğu benzer biçimde astronomide de adam başat bir ortamda çocukluğundan beri uzaya duyduğu merakını ve hayranlığını mesleği olarak belirleyen Vera Rubin hepimiz galaksilerin merkezine odaklanmışken galaksilerin dışındaki yıldızlara odaklanmış ve işte bu sırada bu deli bulguyu ortaya koymuştu.

Gerçekten alışılmadık bir vakaydı bu ve bir açıklaması olmalıydı. Adını oldukça azca ferdin bilmiş olduğu isimsiz kahraman Vera Rubin bunun da açıklamasını yapacaktı. Hem de hanım olduğundan Princeton üniversitesi astronomi programına kabul edilmemesine karşın ve üstelik 4 evladı bulunmasına karşın yapacaktı bunu.

Bu durumun kendisine nazaran tek açıklaması olabilirdi. Mesela burada andromeda galaksisini görüyorsunuz. Bize en yakın spiral galaksilerinden birisi. İşte burada fer huzmesinin dışındaki yıldızlar da merkeze oldukça yakınmış benzer biçimde hareket ediyorlardı. İşte bunun tek açıklaması, burada fer olmasa bile bir şeyler olmalıydı. Bir madde olmalıydı.

Karanlık Madde olmalıydı bu…

Vera Rubin’in gözlemleri bizlere galaksilerin karanlık madde dediğimiz fakat teleskoplarımızın yakalayamadığı bir maddeden oluşan bir halkanın içerisine gömülü bulunduğunu gösteriyordu. Galaksilerin boşlukta değil, bu maddenin arasında hareket ettiklerini…

Galaksilerin kütlelerinin büyük kısmını bu maddenin oluşturduğunu…

Gökyüzüne baktığımızda aslına bakarsak galaksinin küçücük bir bölümüne bakıyoruz. Görünmez bir madde ile dolu bir okyanustaki toz tanelerini görüyoruz. Bir okyanusun içindeyiz anlayacağınız…

Ama buradaki sorun, en büyük sorun şu. Karanlık Madde bildiğimiz hiç bir maddeye benzemiyor. Biz, bildiğimiz hiç bir şey, gördüğümüz hiç bir gezegen, yıldız, galaksi… Hiçbir şeyde bu maddenin izi yok. Bildiğimiz hiç bir maddeye benzemiyor ve bundan dolayı karanlık maddeyi ararken harbiden büyük bir karanlığın içindeyiz.

Olduğundan eminiz o ayrı. Bunun temel göstergelerinden biri de yıldızların oluşumu en önemlisi. İlk başta yıldızların oluşması için hiç bir koşul yokken iyi mi oluşturlar mesela? Atomlar neye nazaran karar verip bir araya gelip yıldızları oluşturdular? İşte bunun cevabı şu. WMAP haritasına da baktığımızda gördüğümüz birtakım yerlerde karanlık maddenin yoğun bulunduğunu görebiliyoruz. Bu kesafet işte karanlık maddenin de kütleçekim tesiri ortaya çıkarmasına niçin oldu. İşte atomlar bu noktalarda birleşerek yıldızları oluşturdu. Orada bir yerdeler fakat işte neredeler bilmiyoruz. Bulmak içinse uğraşıyor muyuz? Evet.

Nerede peki?

İşte tam olarak burada. CERN’de. Büyük Hadron Çarpıştırıcısında.

Ne yapıyoruz CERN’de?

Şöyle ki.  Atomaltı parçacıklardan. Atomları ve dolayısıyla evrende gördüğümüz her şeyi oluşturduğunu düşündüğümüz parçacıklardan. Bunlar da fermionlar şu demek oluyor ki gördüğümüz bütün maddeleri meydana getiren parçacıklar ve bosonlardır. Bosonlar da fermionlar arasındaki güç alışverişini elde eden parçacıklardır. 3 temel qüç şu demek oluyor ki güçlü, sıska nükleer qüç ve elektromanyetik qüç bu bosonlarla taşınırlar. Kütleçekimi nerede diye sorarsanız hemen hemen Standart Model bu kuvveti denkleme dahil edebilmiş değil. Ama bir noktada gerçekleşecektir bu da.

Neyse. İşte fermion yada boson dediğimiz atomun çekirdeğinde bulunan proton ve nötronu meydana getiren kuark adlı en temel parçacıkları da içerir. Ve hacmi olan bildiğimiz en minik parçacık da budur. Ama sual şu. Bu kütle nereden geliyor?

İşte bunun yanıtını da Peter Higgs veriyor. Bu parçacıklar Higgs alanı dediğimiz ve bütün evreni kapladığı düşünülen, şu anda sizlerin de arasında bulunduğunuz, her şeyin arasında bulunmuş olduğu bir alanda hareket ediyor. Ve bu alan arasında parçacıklar yavaşlayarak kütleye haiz oluyor. Aksi biçimde fer hızında hareket edecek ve her şey enerjiye dönüşecek ve hiç bir şey fakat hiç bir şey olmayacaktı.

İşte bu alanı Peter Higgs 1960’larda öngörmüş fakat CERN’deki parçacık çarpıştırıcısı ile 2012 senesinde Higgs Bosonunun keşfedilmesi ile kanıtlanmıştı. Peter Higgs bu keşif ile 2013 senesinde Nobel Fizik Ödülü almıştır.

Higgs Bosonu dediğimiz şey ise bu her yeri kaplayan Higgs Alanında oluşan dalgalar ile ortaya çıkan bir parçacık. Bu dalgaları kurmak içinse işte parçacıkları çarpıştırmanız ve bir dalga ortaya çıkarmanız gerekiyor. Bu sayede keşfedilen Higgs Bosonu azca ilkin de bahsettiğim benzer biçimde Higgs Alanı ile beraber bildiğimiz bütün parçacıklara ve dolayısıyla bizlere kütlemizi kazandıran parçacıktır. Bu nedenle öteki ismi Tanrı Parçacığıdır. Fizikçiler bu tabiri oldukça sevmezler ayrıca fakat akılda kalıcı değil mi?

Bu Higgs Bosonu niçin mühim diye sorarsanız birtakım bilim adamlarına nazaran maddeleri bir arada tutan karanlık maddeyi açıklayabilecek bir portal olabilir. Henüz bu aşamaya gelemedik fakat emekler devam ediyor.

Karanlık maddeyi açıklayabildiğimizde ise galaksilerin, galaksi kümelerinin, evrendeki her şeyin iyi mi oluştuğunu açıklayabileceğiz.

Fakat karanlık maddenin daha da karanlık bir düşmanı var.

En başta bahsettiğim savaşın öteki kahramanı.

Astronomlar uzak galaksileri, büyük patlamanın kalıntılarını çalışırken bir şey keşfediyorlar. Evren büyük patlama ondan sonra beklendiği suretiyle 8 milyar sene sonrasına kadar yavaşlayarak genişliyor. Hatta bu yavaşlamanın bir müddet sonra duracağı ve Büyük Çöküş ismi verilen bir olguyla çökeceği bile düşünülüyordu. Fakat 8 milyar sene ondan sonra bir şeyler oluyor. Çok ilginç şeyler. Evrenin genişlemesi aniden hızlanıyor. Gittikçe hızlanıyor. Ve bugün de bildiğimiz kadarıyla bu hızlanma daha da artacak. Bugün bu genişlemenin ortalama saatte 240.000 km olduğu düşünülüyor. Hızı daha da artacak. Ve elimizdeki veriler bizlere bunun sonsuza dek süreceğini gösteriyor.

Peki ne olmuştu? Bu alışılmadık olayın nedeni neydi?

Bilmiyoruz. O yüzden ona KARANLIK ENERJİ diyoruz.

Evrenin %68’ini kapladığı düşünülen, varlığından güvenilir olduğumuz fakat hemen hemen anlayamadığımız alışılmadık qüç.

Ama bunu dilerseniz başka bir yazıda konuşalım.

 

Kaynaklar:

https://home.cern/science/physics/higgs-boson

https://home.cern/science/physics/dark-matter

https://www.space.com/20930-dark-matter.html