Evrendeki en eski akustik titreşimler tam olarak ses değildi; ışık hızının yarısı kadar bir hızda hareket ediyorlardı ve zaten etrafta onları duyacak kimse yoktu. Ancak Jim Baggott ilk anlardan itibaren evrenin şarkı söylediğini söylüyor
Evrenin erken dönemlerindeki küçük salınımlar evrende büyük bir iz bıraktı
Aşağıdakiler Lost in Space-Time haber bültenimizden bir alıntıdır. Her ay evrenin dört bir yanından büyüleyici fikirlere dalıyoruz. Yapabilirsiniz Lost in Space-Time’a buradan kaydolun.
“Başlangıçta”.
Bu üç kelime 5. yüzyıldan beri oldukça büyük bir büyü yarattı.o yüzyılda İncil bilginleri tarafından “P” olarak bilinen İsrailli rahip parşömen üzerine mürekkep sürdü ve kitabın açılış satırlarını yazdı. Yaratılış Kitabı. Yaratılış hikâyesine dair modern anlatımımız, bugün evrende gözlemleyebildiğimiz şeylerle tutarlı olması açısından daha az şiirsel değildir. Bildiğimizi düşündüğümüz bilgilere dayanarak, genel olarak bu böyle oluyor.
Başlangıcını anlatacak kelimemiz yok çünkü bu, fiziğin ve insan deneyiminin çok ötesinde. Ancak günümüzden geriye doğru bir çıkarım yaparak evrenin yaklaşık 13,8 milyar yıl önce sıcak bir büyük patlamayla oluştuğunu söyleyebiliriz. Genişledikçe, evrenin en erken dönemleri bir dizi kuantum spazmına maruz kaldı. Kozmik şişme adı verilen bir genişleme patlaması, uzayı düz bir hale getirdi, ancak küçük dalgalanmalar, kehribardaki kabarcıklar gibi sıkışıp kaldı.
Bu kuantum dalgalanmaları iz bıraktı. Evrenin cepleri diğerlerinden daha hızlı genişledi, sıcak maddeyi erken oluşturdu ve aşırı yoğunluk olarak adlandırılan diğerlerinden biraz daha yoğun alanlar yarattı. Diğer cepler daha yavaş genişleyerek düşük yoğunluklar yarattı. Yaklaşık 100 saniye sonra madde tanıdık biçimler aldı: Hidrojen çekirdekleri (tek protonlar) ve toplu olarak baryonik madde olarak adlandırılan helyum çekirdeklerinin yanı sıra serbest elektronlar. Bu tanıdık maddeye, alışılmadık bir büyük kardeş de eşlik ediyordu: Karanlık madde.
Bu aşamada evren, yoğun radyasyonun hakim olduğu ve daha çok sıvı gibi davranan yüksek sıcaklıktaki bir plazmaydı. Büyük patlamanın kökenindeki momentumun etkisiyle, altta yatan karanlık enerjinin, sözde boş uzayın itici enerjisinin yardımıyla genişlemeye devam etti. Büyük patlamanın enerjisi tükendikçe genişleme hızı 9 milyar yıl daha yavaşladı; bu noktada karanlık enerji devreye girdi ve genişlemeyi yeniden hızlandırmaya başladı.
Erken evrene yayılan aşırı yoğunluklar çoğunlukla karanlık maddeden ve küçük bir oranda baryonik maddeden oluşuyordu. Yerçekimi işe yaradı, her tür maddeden daha fazlasını kendine çekti; çevredeki radyasyon hem baryonik madde hem de elektronlar üzerinde bir yapıştırıcı gibi davrandı. Bu radyasyonun basıncı, daha fazla sıkıştırmaya direnecek bir noktaya ulaştı ve yerçekimi ile radyasyon basıncı arasındaki rekabet, plazmada akustik salınımları (ses dalgalarını) tetikledi.
Ne yazık ki etrafta dinleyen biri olsa bile bunlar duyulabilecek ses dalgaları değildi. Milyonlarca ışıkyılı cinsinden ölçülen dalga boylarıyla, ışık hızının yarısından daha fazla hızlarda hareket ediyorlardı. Yine de ben yine de bunu evrenin var olduğu bir dönem olarak düşünmeyi seviyorum. şarkı söylemek.
Plazmada gelişen basınç dalgası, radyasyonun hakim olduğu sıvıyı sıkıştırdıkça, dışarı doğru genişledi ve negatif yüklü elektronlar, daha ağır, pozitif yüklü baryonları arkalarında sürükleyerek yolculuk için çekildi. Karanlık madde radyasyonla etkileşime girmediği için geride kaldı. Sonuçta, dışarı doğru genişleyen ve arkasında seyrekleşme (düşük madde yoğunluğuna sahip bir bölge) adı verilen bir şeyi bırakan küresel bir aşırı yoğun baryonik madde dalgası oluştu.
Bu ses dalgalarının hızı, baryonik maddenin yoğunluğu ile radyasyon yoğunluğu arasındaki denge tarafından kontrol ediliyordu. Evrenin zaman çizelgesinin erken dönemlerinde üretilen ses dalgaları, daha küçük aşırı yoğunluklardan üretildi ve bu nedenle daha küçük genliğe ve daha yüksek frekansa sahipti. Oldukça sönümlenmişlerdi ve tek bir sıkıştırma-seyreltme döngüsünden fazla dayanamadılar. Havada dolaşan ultra yüksek frekanslı ses dalgaları da benzer nedenlerden dolayı sürdürülemez.
Bütün bunlar olup biterken evren genişlemeye ve soğumaya devam ediyordu. Yaklaşık 380.000 yıl sonra, elektronların hidrojen ve helyum çekirdekleri tarafından yakalanıp nötr atomlar oluşturmasına yetecek kadar soğumuştu. Kozmologlar buna rekombinasyon diyorlar. Bu işlemin tamamlanması yaklaşık 100.000 yıl sürdü ve madde yoğunluğunun yüksek olduğu bölgelerde daha yavaş gerçekleşti. Etkileşime girecek açıkta hiçbir elektrik yükü kalmadığından radyasyon serbest bırakıldı. Daha sonra kozmik arka plan radyasyonu diyeceğimiz şeyi oluşturmak için dağıldı. Bu radyasyonun bir kısmı o sırada görülebiliyordu ama etrafta onu görecek kimse yoktu.
Kozmik mikrodalga arka plan ışınımının bir haritası, biraz farklı yoğunluktaki bölgelere karşılık gelen küçük sıcaklık dalgalanmalarını gösteriyor
Radyasyon basıncı ve ses hızı dramatik bir şekilde düştü ve baryonik maddeden oluşan küresel bir kabuk, yüksek bir gelgit tarafından sahile taşınan bir parça parça parça gibi yerinde donmuş halde kaldı. Son ve en büyük sıkıştırma dalgası, ses ufku adı verilen, başlangıçtaki aşırı yoğunluktan yaklaşık 480 milyon ışıkyılı uzakta, görünür maddeden oluşan yoğun bir küre bıraktı.
İlk, aşırı derecede sönümlenmiş dalgalar, maddenin evrendeki dağılımı üzerinde küçük ölçekli bir iz bırakmış olmalı. Ancak rekombinasyondan hemen önce oluşan sonraki dalgalar daha büyük genliğe ve daha düşük frekansa sahipti. Aslında bunların kanıtlarını bugün hala görebiliyoruz, çünkü bir sıkıştırma dalgasıyla ilişkili yüksek madde yoğunluğuna sahip bölgeler biraz daha sıcak arka plan radyasyonu üretirken, seyrekleşmeyle ilişkili düşük madde yoğunluğuna sahip bölgeler biraz daha soğuk arka plan radyasyonu üretmiş olurdu. Yani, kozmik arka plan radyasyonunda donmuş halde, büyük patlamadan sadece birkaç yüz bin yıl sonra maddenin dağılımının bir izi var. Kozmologların “evrenin imzası” dediği şey budur.
Bu son ses dalgasının dalga boyu hassas bir şekilde uzayın eğriliğine bağlıdır. Ve Dünya üzerindeki görüş noktamızdan gökyüzünde gördüklerimiz, yaklaşık 13 milyar yıllık daha fazla genişlemenin sonucu olduğundan, evrenin bugün genişleme hızının bir ölçüsü olan Hubble sabitinin değeri de bu açıklamaya sıkı sıkıya bağlıdır.
Hem kuantum dalgalanmaları hem de akustik salınımlar, kozmik bir suç mahallinde kanlı parmak izleri gibi işaretler bıraktı. İlki, COBE uydu misyonu tarafından tespit edilen kozmik arka plan radyasyonunun tüm gökyüzü haritasındaki sıcaklık değişimleri modeliyle ilk kez 23 Nisan 1992’de dünyaya açıklandı. Bunları tespit edecek projenin baş araştırmacısı George Smoot, keşfin önemini aktaracak üstünlük ifadeleri bulmakta zorlandı. “Eğer dindarsan” dedi, “Tanrıyı görmek gibidir.” Akustik salınımların ortaya çıkması çok daha hassas enstrümanlar gerektirdiğinden biraz daha uzun sürdü.
Yörüngedeki bir uydudan ölçülen gökyüzünde iki farklı yöne baktığımızı varsayalım. Uzaya doğru uzanan bir üçgen oluşturmak için bu yönleri birleştiriyoruz. Bu üçgenin tepesindeki açıya açısal ölçek denir.
Ses ufku, kozmik arka planda başka bir sıcak noktadan yaklaşık 480 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir sıcak nokta bulma şansının ortalamanın biraz üzerinde olduğu anlamına gelir. Mevcut büyük patlama kozmolojisi, bu mesafenin ~1˚ açısal ölçeğe karşılık geldiğini öne sürüyor. Bu, COBE’deki cihazda mevcut olan açısal çözünürlüğün yaklaşık 10 katıdır. Ancak sırasıyla 2001 ve 2009’da başlatılan WMAP ve Planck uydu misyonları yalnızca ses ufkunu değil, aynı zamanda 0,1˚’den daha küçük açısal ölçeklere uzanan akustik salınımları da ortaya çıkardı.
Baryonik maddenin son durumu başka bir ipucu daha bıraktı. Küçük aşırı yoğunluklar, yıldızların ve galaksilerin oluşumu için kozmik tohumlar görevi gördü ve düşük yoğunluklar, evrenin büyük ölçekli yapısında kozmik ağ olarak bilinecek boşluklara yol açtı. Bu nedenle, başka bir gökada dizisinden yaklaşık 480 milyon ışıkyılı uzaklıkta bir gökada dizisi bulma şansının ortalamanın biraz üzerinde olması gerekir.
Akustik salınımların analizi, astrofizikçilerin baryonik maddenin yoğunlukları, karanlık madde ve karanlık enerjinin yanı sıra Hubble sabiti, ses ufku ve evrenin yaşı gibi kozmolojik parametreleri benzeri görülmemiş bir hassasiyetle belirlemesine olanak sağladı. Ama çok da rahat olmamalıyız. Lambda-CDM olarak adlandırılan standart enflasyonist kozmoloji modeli, bizi görebildiklerimizin evrenin yalnızca yüzde 4,9’unu oluşturduğu, karanlık maddenin yüzde 26,1’ini ve karanlık enerjinin yüzde 69’unu oluşturduğu gerçeğiyle yetinmeye zorluyor.
Sorun şu ki, karanlık madde ve karanlık enerjinin ne olduğu hakkında gerçek bir fikrimiz yok.
Jim Baggott’un yeni kitabı Uyumsuzluk: Hubble sabitinin sorunlu tarihi Ocak 2026’da Oxford University Press tarafından ABD’de yayınlanacak
