Büyük Patlama'ya karşı görüşler ve alternatif modeller: kararlı durum, plazma evren, yorgun ışık

Büyük Patlama modeli bugün bilim dünyasında geniş kabul görüyor, ancak bu kabul kendiliğinden gelmedi. 20. yüzyılın ortasında güçlü rakipleri vardı ve model, bu rakiplerle yapılan tartışmalarda gözlemlerin hakemliğiyle öne çıktı. Bu sayfa en önemli alternatif modelleri, savunucularının görüşlerini ve neden ana akımın dışında kaldıklarını dengeli biçimde anlatıyor. Modelin kendisi için ana sayfa "Büyük Patlama teorisi"ne bakabilirsiniz.

Kararlı durum kuramı

Ne savundu? 1948'de Hermann Bondi, Thomas Gold ve Fred Hoyle, Büyük Patlama'ya en güçlü rakip olacak modeli önerdi. Benzer modelleri daha önce William Duncan MacMillan da ortaya atmıştı. Kararlı durum kuramına göre evren genişliyordu, ama galaksiler birbirinden uzaklaştıkça boşalan uzayda sürekli yeni madde yaratılıyordu. Böylece evrenin ortalama yoğunluğu ve görünümü hiç değişmiyordu. Kuram "mükemmel kozmolojik ilke" adı verilen bir varsayıma dayanıyordu: evren yalnızca her yerde değil, her zaman da aynı görünür. Bu modelde bir başlangıç anı yoktu.

İlginç bir ayrıntı: 1931 tarihli bir el yazması, Einstein'ın da Hoyle, Bondi ve Gold'dan yıllar önce genişleyen bir evren için kararlı durum modelini düşündüğünü, ancak bu fikirden vazgeçtiğini gösteriyor. "Büyük Patlama" adı da bu tartışmadan doğdu: Hoyle, Mart 1949'da BBC radyosunda rakip modeli anlatırken bu ifadeyi kullandı.

Neden geri plana düştü?

• Radyo kaynakları: Kararlı durum kuramı, evren her zaman aynı olduğuna göre kuasarların ve radyo galaksilerinin yakınımızda da bulunması gerektiğini öngörüyordu. Oysa bu cisimler yalnızca büyük uzaklıklarda, yani geçmişte görülüyor. 1961'e gelindiğinde radyo kaynağı istatistikleri kurama karşı güçlü bir kanıt oluşturuyordu. Gökbilimci Halton Arp bu radyo verilerine itiraz etti.
• X-ışını arka planı: Gould ve Burbidge 1963'te, Gold ve Hoyle'un 1959'da öngördüğü plazmanın yayacağı ışınımın gözlenen X-ışınlarını aşacağını gösterdi.
• Kozmik mikrodalga arka plan: 1964'teki keşif belirleyici oldu. Kuramın savunucuları ışımayı galaksilerdeki tozun saçtığı yıldız ışığına bağlamaya çalıştı, ancak ışımanın çok tekdüze, kutuplanmamış ve neredeyse kusursuz bir kara cisim tayfına sahip olması bu açıklamayla bağdaşmadı.

Hoyle, Geoffrey Burbidge ve Jayant Narlikar 1993'te kuramın gözden geçirilmiş bir biçimini, yarı kararlı durum kozmolojisini önerdi. Bu modelde madde sürekli değil, "küçük patlamalar" denen yerel yaratılma olaylarıyla ortaya çıkıyordu. Bugün kozmologların ve gökbilimcilerin çoğu kararlı durum modelini reddediyor.

Yorgun ışık

Ne savundu? Fritz Zwicky 1929'da, uzak galaksilerin ışığındaki kırmızıya kaymanın evrenin genişlemesinden değil, fotonların uzun yolculuk boyunca madde ya da başka fotonlarla etkileşerek enerji kaybetmesinden kaynaklanabileceğini öne sürdü. "Yorgun ışık" adını 1930'ların başında Richard Tolman koydu. 1935'te Hubble ve Tolman, genişlemeye dayanmayan bir kırmızıya kaymanın "oldukça yeni fiziksel ilkeler" gerektireceğini yazdı.

Neden geri plana düştü?

• Mekanizma yok: Ralph Alpher 1962'de bu enerji kaybı için genel kabul görmüş bir fiziksel mekanizma önerilmediğini vurguladı.
• Bulanıklık: Zwicky'nin kendisi de, ışığın saçılarak enerji kaybetmesi durumunda uzak görüntülerin bulanıklaşacağını fark etmişti. Oysa 10 milyar ışık yılından uzak galaksileri gösteren Hubble Ultra Derin Alan görüntüleri nettir.
• Tolman yüzey parlaklığı testi: Durağan bir yorgun ışık evreni, galaksilerin yüzey parlaklığının uzaklıkla değişmemesini öngörür; genişleyen evren ise sönükleşme öngörür. 1972'deki Geller ve Peebles çalışmasından başlayarak yapılan testler genişlemeden yana çıktı.
• Zaman genişlemesi: Kozmolojik uzaklıktaki kaynaklarda gözlenen zaman genişlemesi yorgun ışıkta olmamalıydı.
• KMA: Yorgun ışık mekanizması, KMA'nın ısıl tayfını açıklayamaz.

1986'da Astrophysical Journal'da yayımlanan bir makale yorgun ışığın kırmızıya kaymayı genişlemeden daha iyi açıkladığını savundu; Ned Wright 1987'de aynı dergide bu tür modellerin mevcut gözlemlerle tutarsız olduğunu gösterdi. Bilim gazetecisi Charles Seife 2001'de yorgun ışığı "fiziğin kesinlikle kıyısında" diye niteledi.

Plazma evren

Ne savundu? Plazma kozmolojisinin kuramsal temelini 1960'larda Hannes Alfvén attı. Alfvén, manyetohidrodinamik alanındaki çalışmalarıyla 1970 Nobel Fizik Ödülü'nü almış saygın bir fizikçiydi ve laboratuvardaki plazma deneylerinin sonuçlarını kozmik ölçeklere taşımayı önerdi. Oskar Klein 1971'de bu fikirleri genişletti ve Alfvén-Klein modeli ortaya çıktı. Bu modelde evrende eşit miktarda madde ve antimadde vardır, evren sonsuzdan beri vardır ve genişleme, madde ile antimaddenin sınır bölgelerde yok olmasından kaynaklanır. Bizim bölgemiz madde ağırlıklı bir cep olarak düşünülür.

1980'ler ve 1990'larda Los Alamos'tan plazma fizikçisi Anthony Peratt "plazma evren" programını geliştirdi ve galaksilerin plazma liflerinden oluştuğunu, karanlık madde gerekmeden düz dönme eğrilerinin elde edilebileceğini öne sürdü. Bağımsız araştırmacı Eric Lerner 1991'de The Big Bang Never Happened ("Büyük Patlama Hiç Olmadı") kitabını yayımladı. Modelin ana fikri, uzaydaki yüklü parçacıklar için elektromanyetik kuvvetlerin kütleçekimden çok daha önemli olduğudur.

Neden geri plana düştü?

• Alfvén-Klein modelleri Hubble yasasını, hafif element bolluklarını ve KMA'yı öngörmez.
• Büyük Patlama nükleosentezi olmadan, önerilen süreçlerin gözlenenden çok daha fazla X-ışını ve gama ışını üretmesi gerekir.
• Galaksi oluşumu için gereken büyük elektrik akımları gözlenmedi.
• WMAP ve Planck verileri Büyük Patlama öngörüleriyle yakından uyuşurken, hiçbir plazma kozmolojisi modeli KMA'nın ayrıntılı sıcaklık farkı tayfını açıklayamadı. Jim Peebles, bu modellerin sonuçlarının KMA ve X-ışını arka planının eşyönlülüğüyle tutarlı olmasının "hiçbir yolu olmadığını" yazdı.

Bugünkü eleştiriler

Bugün Büyük Patlama'nın temel fikrine (evrenin sıcak ve yoğun bir hâlden genişlediği) karşı çıkan ciddi bir bilimsel akım yoktur. Ancak standart modelin bazı bileşenleri yoğun biçimde tartışılıyor:

• Karanlık madde: Azınlıkta kalan bir grup gökbilimci, karanlık madde yerine kütleçekim yasasının değiştirilmesini öneriyor (MOND). Ayrıntısı "MOND" sayfasında.
• Şişme: Roger Penrose ve Paul Steinhardt gibi isimler şişme kuramının sınanabilirliğini sorguluyor. Ayrıntısı "Şişme kuramına yöneltilen eleştiriler" sayfasında.
• Hubble gerilimi: Erken ve geç evren ölçümlerinin uyuşmaması, standart modelin bir parçasının eksik olabileceğini düşündürüyor. Ayrıntısı "Hubble gerilimi" sayfasında.
• Başlangıç öncesi: Döngüsel modeller (örneğin ekpirotik model), Büyük Patlama'yı mutlak bir başlangıç değil, daha önceki bir evrenin büzülmesinin (Büyük Çöküş) ardından gelen bir geçiş olarak yorumluyor. Bu modeller Büyük Patlama'nın alternatifi değil, öncesine dair öneriler olarak görülmeli.

Kısaca

• Kararlı durum kuramı (1948) sürekli madde yaratılan, değişmeyen bir evren önerdi; radyo kaynakları ve KMA ile gözden düştü.
• Yorgun ışık (1929) kırmızıya kaymayı ışığın enerji kaybıyla açıklamaya çalıştı; bulanıklık, Tolman testi ve zaman genişlemesi karşısında tutunamadı.
• Plazma evren modeli elektromanyetizmayı öne çıkardı; hafif elementleri ve KMA'yı açıklayamadı.
• Bu modellerin savunucuları arasında Nobel ödüllü Alfvén ve Hoyle gibi önemli bilim insanları vardı.
• Bugünkü tartışmalar Büyük Patlama'nın kendisinden çok karanlık madde, şişme ve Hubble gerilimi gibi bileşenlerle ilgili.

Kaynaklar: Wikipedia — Steady-state model, Wikipedia — Tired light, Wikipedia — Plasma cosmology, Wikipedia — Big Bang, Wikipedia — Inflation (cosmology)