Kozmik şişme (enflasyon)

Kozmik şişme (enflasyon), evrenin çok erken bir anında uzayın üstel bir hızla, yani sürekli katlanarak büyüdüğünü öne süren kuramdır. Bu çok kısa evre sona erdiğinde onu süren enerji sıcak ve yoğun parçacıklara dönüştü; evren genişlemeye devam etti ama çok daha yavaş bir hızla.

Nasıl işler?

Kurama göre şişme sırasında uzaydaki uzaklıklar yaklaşık her 10⁻³⁷ saniyede iki katına çıktı. Şişme en az 10⁻³⁵ saniye sürdü; kesin süresi bilinmiyor. Bugün görebildiğimiz bütün galaksilerin kütle-enerjisi, şişmenin başında yarıçapı yaklaşık 4 × 10⁻²⁹ metre olan bir kürenin içindeydi ve şişme bittiğinde bu küre yaklaşık 0,9 metre yarıçapa ulaşmıştı.

Şişmeyi süren şeyin, "inflaton" adı verilen varsayımsal bir alan olduğu düşünülür. Şişme sona erdiğinde bu alanın enerjisi parçacıklara dönüştü; bu sürece "yeniden ısınma" denir. Şişmeden kalan en önemli iz, kuantum dalgalanmalarıdır: mikroskobik ölçekteki küçük yoğunluk farkları şişmeyle kozmik boyutlara büyüdü ve daha sonra galaksilerin ve galaksi kümelerinin oluşacağı tohumlara dönüştü.

Örnekler

Kuram, Büyük Patlama modelinin tek başına açıklayamadığı üç bilmeceye cevap verir. Ufuk sorunu: gökyüzünün birbirine hiç ışık gönderememiş kadar uzak bölgeleri neden neredeyse aynı sıcaklıktadır? Şişmeye göre bu bölgeler şişmeden önce birbirine temas edecek kadar yakındı. Düzlük sorunu: evrenin geometrisi neden bu kadar düzdür? Şişme, şişirilen bir balonun yüzeyinin düzleşmesi gibi her eğriliği düzleştirir. Manyetik tek kutup sorunu: bazı parçacık fiziği kuramlarının bol miktarda üretilmesini öngördüğü manyetik tek kutuplar neden hiç gözlenmez? Şişme onları o kadar seyreltir ki bulmak neredeyse imkânsızlaşır.

Gözlemler de kuramın bazı öngörülerini doğruladı. 1992'de COBE uydusunun ölçtüğü kozmik mikrodalga arka plan sıcaklık dalgalanmaları, şişmenin öngördüğü ölçekten neredeyse bağımsız bir dağılım gösterdi; WMAP verileri de kuramı güçlü biçimde destekledi.

Kuramın kökleri daha eskiye gider. Erast Gliner 1965'te boşluğa benzer bir madde hâlinin negatif basınç yaratabileceğini gösterdi; Yakov Zeldoviç 1970'lerin başında Büyük Patlama modelindeki düzlük ve ufuk sorunlarına dikkat çekti. Şişmenin enerji ölçeğinin yaklaşık 10¹⁶ GeV, yani Planck enerjisinin binde biri civarında olduğu düşünülür. Guth, Linde ve Steinhardt 2002'de Dirac Ödülü'nü, Guth ve Linde 2012'de Temel Fizik Atılım Ödülü'nü aldı.

Tarihçe

Kuram 1970'lerin sonu ve 1980'lerin başında gelişti. Alan Guth 1979'da manyetik tek kutupların neden görülmediğini araştırırken, yüksek enerjili bir "yalancı boşluğun" uzayı üstel olarak genişletebileceğini fark etti. Ocak 1981'de kuramı yayımladı ve "şişme" adını o koydu. Sovyetler Birliği'nde Alexei Starobinsky benzer bir genişlemeyi farklı bir yoldan ortaya koymuştu. Guth'un ilk modelindeki sorunları Andrei Linde ile, ondan bağımsız olarak Andreas Albrecht ve Paul Steinhardt "yeni şişme" modeliyle giderdi. Starobinsky, Guth ve Linde 2014'te kozmik şişme kuramına öncülük ettikleri için Kavli Ödülü'nü aldı.

Şişme bugün yaygın kabul görse de eleştirisiz değildir. Roger Penrose kuramın kendisinin de çok özel başlangıç koşullarına ihtiyaç duyduğunu savunur; kuramın kurucularından Steinhardt da daha sonra eleştirenler arasına katıldı. Kozmik mikrodalga arka plan ışımasının kutuplanmasında aranan "B-modu" desenleri, şişmenin ürettiği kütleçekim dalgalarını gösterebilecek ve kuramı sınayacak başlıca gözlemdir.

İlgili terimler

• Büyük Patlama
• Kozmik mikrodalga arka plan ışıması
• Evren
• Kuantum dalgalanması
• Karanlık enerji