Evren Nasıl Soğumuştur

0
1095
Evren Nasıl Soğumuştur

Kozmik mikrodalga arkaplan ışıması nedir isimli makalemizde keşfedilen mikrodalga arkaplan ışımasının büyük patlamadan sonra atomların oluşmasına engel olacak kadar sıcak olması gereken bir ışıma olması gerektiğinden bahsetmiştik. Günümüzde bu ışıma yaklaşık olarak 2,7 K sıcaklığındadır. Peki bu ışınım başlarda çok sıcakken nasıl oldu da günümüze kadar soğuyarak bu sıcaklığa geldi?

Bunu tek cümlede açıklayabiliriz. Fakat bunu tam manada anlamak için kuantum fiziğine biraz değinmek gerekir. Kuantum fiziğiyle beraber değişen aynı zamanda da gelişen ışığın doğası makale konumuzu açıklayan şey olacaktır.

Yukarıdaki bahsettiğimiz makalede yine kara cisim ışımasını açıklamıştık. Hatırlatmakta fayda var, kısaca bu ışıma ortamın sadece sıcaklığına göre farklılık gösteren bir elektromanyetik ışımadır. Fakat bu durum daha fark edilmeden önce 19. Yüzyıl fiziğine göre fizikçiler yalıtılmış, herhangi sıcaklığa sahip bir bölgede kara cisim özelliği gösteren bir cismin yapacağı elektromanyetik ışımanın taşıdığı enerjiyi hesapladıklarında beklemedikleri bir sonuca ulaştılar. Sıcaklığı ne olursa olsun bu ışıma sonsuz enerjiye sahip oluyordu. Yani bu ışımaların sahip olduğu elektromanyetik dalgaların dalga boyu frekans ve genliğinin özellikleri bakılmaksızın aynı miktarda enerjiye sahipti. Sorun da işte tam buradan ortaya çıkar. Bu duruma Alman fizikçi Max Planck ayrı bir bakış açısıyla değinerek çözmüştür. Bunu bir örnekle açıklamaya çalışmakta fayda var.

Not: Bu örnek Brian Greene’nin Evrenin Zarafeti isimli kitabında durumu anlatmak için kullandığı örnektir.
Sonsuz sayıda insanla birlikte, cimri bir ev sahibine ait geniş, soğuk bir depoya sıkış tepiş doluşturulduğunuzu ve orada yaşadığınızı hayal edin. Duvarda sıcaklığı kontrol eden şık bir termostat var, ancak ev sahibinin ısınmanız için aldığı parayı duyunca dudağınız uçukluyor. Termostat 50 Fahrenhayt dereceye ayarlandığında herkesin ev sahibine 50 dolar vermesi gerekiyor, 55 dereceye ayarlandığında ise 55 dolar vs. Depoyu sonsuz sayıda insanla paylaştığınızdan termostat açılacak olursa ev sahibinin sonsuz miktarda para kazanacağını fark ediyorsunuz.

Ev sahibinin ödeme kurallarını ayrıntılı olarak incelediğinizde bir açığın olduğunu görüyorsunuz. Ev sahibi çok meşgul bir adam olduğundan, hele bir de söz konusu sonsuz sayıda kiracı olunca para üstü vermekle uğraşmak istemiyor. Bu yüzden çekle ödeme gibi farklı bir sistemle çalışıyor: Borçlarını tam olarak ödeyebilenler ödüyor. Diğerleri ise, sadece para üstü almaksızın ödeyebilecekleri kadarını ödüyor. Bu suretle, herkesin dahil olabileceği, ama ısınmak için fahiş ücretler ödenmesinin önüne geçecek bir çözüm arıyorsunuz ve depoyu paylaştığınız insanları sahip olduğunuz zenginliği şu şekilde düzenlemeye ikna ediyorsunuz: Bir işi bütün sentlikleri taşıyor, biri bütün beş sentlikleri, biri bütün on sentlikleri biri bütün 25 sentlikleri, biri bütün bir dolarları biri bütün beş dolarları, biri bütün on dolarları ve 20’likler, 50’likler, 100’lükler, 500’lükler derken daha da büyük ce bilinmedik banknotlara göre ayrışıyorsunuz. Yüzsüzlük bu ya, termostatı 80 dereceye ayarlayıp ev sahibinin gelmesini bekliyorsunuz. Ev sahibi geldiğinde, önce bir sentlikleri taşıyan gidip 8000 tane bir sent veriyor Arkasından 5 sentlikleri taşıyan gelip 1600 tane beş sent, sonra 10 sentlikleri taşıyan gelip 800 tane 10 sent, 25 sentlikleri taşıyan gelip 320 tane 25 sent veriyor. Sonra bir dolarlık banknot taşıyan kişi 80 tane, 5 dolarlık banknot taşıyan 16 tane, 10 dolarlık banknot taşıyan 8 tane, 20 dolarlık banknotlar taşıyan 4 tane, 50 dolarlık banknotlar taşıyan bir tane veriyor(çünkü iki tane 50 dolarlık banknot gerekli tutarı aşıyor, ev sahibinin de para üstü ödemesi gerekiyor). Fakat bunların dışında herkes ödenmesi gereken tutarı aşan miktarda para taşıyor(minimum miktarda bir para ‘‘öbeği’’). Onun için bunlar ev sahibine ödemede bulunamıyor. Ev sahibi de beklediği gibi sonsuz sayıda para kazanacağına, 690 dolarlık bir meblağ ile oradan ayrılmak zorunda kalıyor.

Bu ne anlama geliyor?
Bahsettiğimiz elektromanyetik dalgaların sahip olduğu sonsuz enerji sorununu yukarıdaki akıl yürütmeyle çözebiliriz. Planck enerji bu elektromanyetik dalgalarda öbekler halinde bulunur şeklinde bir tahmin yürütmüştür. Yani enerji temel birim enerjinin katları halinde olabilir, küsurat şeklinde değil(mesela 1,5 katı vs.). Aynı zamanda bu dalgaların taşıyacağı minimum enerji miktarı onların dalga boyuna bağlıdır. Vardığı sonuca göre elektromanyetik dalgaların dalga boyunun kısalması(ya da frekansın artması) daha fazla minimum enerji gerektirir. Sonuç olarak Planck’tan önceki hesaplamalarda kara cisim ışımasındaki elektromanyetik dalgaların sahip olduğu toplam enerjiyi hesaplarken herhangi bir sıcaklıkta her dalganın toplam enerjiye katkıda bulunacağı varsayımı sonsuz enerji sorununa yol açıyordu. Fakat bir elektromanyetik dalganın taşıyabileceği minimum enerji katkıda bulunması gereken miktarı aşıyorsa toplam enerjiye katkıda bulunamaz.

Konuyu biraz dağıttıktan sonra varmamız gereken sonuç şudur; bir elektromanyetik dalganın sahip olduğu enerji ile dalga boyu arasında ters bir orantı vardır. Dalga boyu küçüldükçe elektromanyetik dalganın sahip olduğu enerji daha fazla olur. Büyük patlamayla birlikte evrenin ilk zamanlarında bulunan bu yüksek enerjili ışıma zamanla evrenin her bir köşesine yayılır. Bu ışınlar evrende yol alırken, dalga boyları kırmızıya kaymanın etkisiyle büyür. Haliyle bu dalga boylarında taşınan enerji miktarı zamanla azalır ve evren soğur. İlk zamanlarda milyonlarca Kelvin sıcaklığındaki o radyasyon günümüzde 2,7 K sıcaklığına zamanla artan dalga boyu ile düşer.

Paylaşır mısınız?
Önceki İçerikNükleer Enerji Neden Kötüdür
Sonraki İçerikNasıl Nefes Alıp Veririz?
İbrahim Güzelkaya
Merhaba arkadaşlar Selçuk Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü'nde öğrenim görmekteyim. Mühendislik alanını meslek olarak seçmemin yanında bilime oldukça ilgiliyimdir ve bu alanda da bir şeyler yapmak veya yapmaya çalışmak hayallerimden biridir. Umarım yazılarımla da faydalı olurum.

Düşünceleriniz Nedir?