Lineer olmayan Manyetik Monopol Alanı ile Evrenin Enflasyonu ve İvmelenmesi

Inflation and Acceleration of the Universe by Nonlinear Magnetic Monopole Fields by Dr. Ali Övgün from Eastern Mediterranean University (EMU), Northern Cyprus

TÜRKÇE

Doğu Akdeniz Üniversitesi Fen ve Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü öğretim görevlisi Dr. Ali Övgün’ün Kozmoloji üzerine yazmış olduğu “Lineer olmayan Manyetik Monopol Alanı ile Evrenin Enflasyonu ve İvmelenmesi” “Inflation and Acceleration of the Universe by Nonlinear Magnetic Monopole Fields” başlıklı makalesi 5 Şubat tarihlerinde Avrupa Fizik Dergisi (The European Physical Journal C (EPJ C) (WOS SCI-index, Q1, Impact=4.9 “Övgün, A. Eur. Phys. J. C (2017) 77: 105. doi:10.1140/epjc/s10052–017–4673–4”)’inde yayınlandı.

1980 başlarında Guth ve diğerleri, Büyük Patlama’nın problemlerine bir çözüm getirmek amacıyla “şişme” (kozmik enflasyon) ile düzeltilmiş Büyük Patlama Kuramı’nı öne sürmüşlerdir.

Enflasyon teorisi; neden evrenin her yönde eşit dağıldığını, neden kozmik mikrodalga arka plan ışımaların eşit bir şekilde dağıldığını, neden evrenin düz olduğunu ve neden manyetik tek kutbun gözlemlenemediğini açıkladığına inanılıyor.

Bu makale Dr. Övgün lineer olmayan manyetik monopol alanı kullanarak Evrenin hızlanarak genişlemesi ve enflasyonunu modellemesi açısından önem taşıyor.


Kozmik Kronoloji

Kozmik zaman boyunca evrenin tarihindeki belli başlı olaylar aşağıdaki şekilde özetlenebilir:

Zaman ≈ 10^(–43) saniye: Evrenin doğum anı denilebilecek bu zamandaki boyutu bir protondan bile küçük (yani bir metrenin milyar kere milyonda biri) ve sıcaklığı 10^(32) K civarındadır. Uzay- zamanın bu safhasında kuantum titreşimleri bugün varlığına tanık olduğumuz galaksilerin, yıldızların, gezegenlerin tohumları niteliğindedir.

Zaman ≈ 10^(–34) saniye: Evren bu anlarda şişme (kozmik enflasyon) safhasına girmiş ve büyüklüğünü 10^(30) kat artırmıştır. Evren adeta fotonlardan, kuarklardan ve leptonlardan meydana gelen yaklaşık 10^(2)7 K sıcaklığında bir çorba gibidir bu aşamada.

Zaman ≈ 10^(–12) saniye: Evren bu anlarda kuarklar ile zamk parçacıklarının oluşturduğu bir çorba (plazma) şeklindedir. CERN’deki LHC-ALICE Deney’inde bu çorba gözlemlenmeye çalışılmaktadır.

Zaman ≈ 10^(–4) s : Bu anda kuarklar bir araya gelerek hadronları (protonlar ve nötronlar) ve bunların karşıt-parçacıklarını meydana getirirler. Evren daha yavaş genişlemeye ve soğumaya başlamıştır. Parçacıklar ve antiparçacıklar birbirleriyle çarpışarlar ve foton ve diğer parçacıklara dönüşürler.

Zaman ≈ 3 dakika : Artık evren protonların ve nötronların birbirleriyle çarpışıp elementleri oluşturabileceği kadar soğumuştur. Bu sürede 2H, 3He, 4He ve 7Li oluşmuştur. Ayrıca bu safhada çok fazla ışıma vardır; fakat eskiye oranla alabileceği serbest yol daha azdır çünkü dalgalar atomlarla ve parçacıklarla çarpışmaktadır.

Zaman ≈ 379 000 yıl : Sıcaklık artık 2970 K’e kadar düşmüş, elektronlar çekirdeklere bağlanmış, atomlar oluşmuştur. Işık nötür parçacıklarla etkileşmediği için daha uzun bir yayılma mesafesine sahip olmuştur. Bu ışıma Kozmik Arkaplan Işımasıdır (CMB). Hidrojen ve helyum atomları kütleçekim sayesinde bir araya gelip yıldızları ve galaksilerin oluşumunu başlatırlar ve bunun sonucu olarak artık evren daha karanlıktır.

Zaman ≈ 14 milyar yıl : Bu gün etrafımızda bulunan gözlemlenebilen evren 1028 cm büyüklüğüne ulaşmış, düz, izotropik ve homojen bir yapıdır. Einstein’ın kütleçekim kuramının mevcut evreni tasvir edebilmesi için evrendeki toplam maddenin yalnızca % 4’ü bizler gibi atomlardan oluşmalı, kalan miktarın % 23’ü Karanlık Madde ve % 73’ü de Karanlık Enerji olmalıdır. Bu yapı WMAP, PLANCK, BICEP gibi çalışmalarda esas alınarak test edilen modeldir.

ENGLISH

The sky has been a curiosity for mankind throughout history. How can people know what the world is like, how it has come to fruition, how stars in the sky and the whole universe are formed.

They tried to understand. From the pyramids of the ancient mystic civilization to the temples of the Mayan army, it is possible to find images of the sky in many places. There are three ideas of revolution that have been proposed in the understanding of the universe. First is the “world-centered universe model” that Claudius Ptolemy introduced in the second century. The second is the “solar-centered universe model” proposed by Nicolaus Copernicus in the sixteenth century.

According to the theory of inflation, the early Universe expanded exponentially fast for a fraction of a second after the Big Bang. Cosmologists

Alan Guth and others, introduced this idea in 1981 to solve several important problems in cosmology. They have proposed the Big Bang Theory, which is corrected by “inflation” (cosmic inflation). In physical cosmology, cosmic inflation, cosmological inflation, or just inflation is a theory of exponential expansion of space in the early universe. The inflationary epoch lasted from 10−36 seconds after the conjectured Big Bang singularity to sometime between 10−33 and 10−32 seconds after the singularity. Quantum fluctuations in the microscopic inflationary region, magnified to cosmic size, become the seeds for the growth of structure in the Universe . Many physicists also believe that inflation explains why the Universe appears to be the same in all directions (isotropic), why the cosmic microwave background radiation is distributed evenly, why the Universe is flat, and why no magnetic monopoles have been observed.

Despite impressive phenomenological success, cosmological models are incomplete without an understanding of what happened at the big bang singularity. Maxwell electrodynamics, considered as a source of the classical Einstein field equations, leads to the singular isotropic Friedmann solutions. In the context of Friedmann–Robertson–Walker (FRW) spacetime, Dr. Ali Övgün from Eastern Mediterranean University (EMU), Northern Cyprus, have showed that singular behavior does not occur for a class of nonlinear generalizations of the electromagnetic theory for strong fields. A new mathematical model is proposed for which the analytical nonsingular extension of FRW solutions is obtained by using the nonlinear magnetic monopole fields.

Cosmology has experienced remarkable advances in recent decades as a consequence of tandem observations of type-Ia supernovae and the cosmic microwave background. These observations suggest that cosmological expansion is accelerating. The last two decades have witnessed enormous progress in our understanding of the source of this accelerated expansion. Furthermore, standard cosmology assumes that at the beginning, there must have been an initial singularity — a breakdown in the geometric structure of space and time — from which spacetime suddenly started evolvin. The standard cosmological model, with the source of Maxwell electrodynamics based on the Friedmann–Robertson–Walker (FRW) geometry, leads to a cosmological singularity at a finite time in the past. In order to solve this puzzle, researchers have proposed many different mechanisms in the literature, such as nonminimal couplings, a cosmological constant, nonlinear Lagrangians with quadratic terms in the curvature, scalar inflation fields, modified gravity theories, quantum gravity effects, and nonlinear electrodynamics without modification of general relativity.

One possible solution is to explore the evolution while avoiding the cosmic initial singularity contained in a given nonlinear effect of electromagnetic theory. 1934, the nonlinear electrodynamics Lagrangian known as the Born–Infeld Lagrangian was published by the physicists Max Born and Leopold Infeld This Lagrangian has the amusing feature of turning into Maxwell theory for low electromagnetic fields; moreover, the nonlinear Lagrangian is invariant under the duality transformation.

To solve the initial singularity problem, the early stages of the universe are assumed to be dominated by the radiation of nonlinear modifications of Maxwell’s equations, which include a large amount of electromagnetic and gravitational fields. This is true inasmuch as strong magnetic fields in the early universe can cause deviations from linear electrodynamics to nonlinear electrodynamics. In this paper Dr. Övgün have used the nonlinear magnetic monopole (NMM) fields to show the source of the acceleration of the universe without an initial singularity.

Büyük Patlama ve Enflasyon ile ilgili yararlı kaynaklar