Genel Göreliliğin Sonuçları

Zamanın genleşmesi, Einstein’ın genel görelilik teorisinin çığır açıcı öngörülerinden yalnızca birisidir. Bir diğeri ise az önce değindiğimiz, kütleçekimsel dalgaların mevcudiyetidir. Bu dalgaların var olduğunu biliyoruz, çünkü astronomlar, en azından biri nötron yıldızı olan bir yıldız çiftini gözlemlediklerinde, bu yıldızların birbirlerine doğru sarmal oluştururlarken enerji kaybettiklerini fark etmiştir. Bu enerji kaybı ancak kütleçekimsel dalgalar tarafından taşınıyor oldukları takdirde açıklanabilir.

Günümüzde, kütleçekimsel dalgaların doğrudan tespit edilebilmesi üzerinde çalışılıyor. Bu dalgaların, uzayı dönüşümlü olarak gerip sıkıştırmaları gerektiği düşünüldüğünden, dalgaları tespit etmek için kurulan deney düzeneklerinde birkaç kilometre uzunluğunda dev “cetveller” kullanılıyor. Cetveller ışıktan yapılıyor olsa da, bu düzeneğin ardındaki fikir oldukça basit – kütleçekimsel dalgalar bizi geçerken, cetvellerin uzunluklarında oluşan değişiklikleri tespit etmek.

Einstein’ın teorisinin, şu ana dek üzerinde yorum yapmadan geçtiğimiz bir diğer öngörüsü de, ışığın kütleçekimi tarafından eğilmesidir. Bu eğilmenin nedeni, ışığın dört boyutlu uzay-zamanın bükülmüş coğrafyasını takip etmek durumunda olmasıdır. Her ne kadar Newton’un kütleçekim kanunu bu türden bir etkinin mevcudiyetini ortaya koymasa da, bu kanun -ışık da dahil olmak üzere tüm enerji türlerinin etkin kütleye sahip olduğuna yönelik özel görelilik fikriyle birleştirildiğinde, bunun böyle olması gerektiği ortaya çıkıyor. Işık, güneş gibi büyük kütleli bir cismi geçerken, yıldızın kütleçekiminin etkisine maruz kalarak rotasından hafif bir şekilde sapar.

Elbette özel görelilik Newton’un kütleçekim kanunuyla uyumsuz olduğundan dolayı, ışığın eğilmesine yönelik bu öngörüye şüpheyle yaklaşmak gerekiyor. Aslına bakılacak olursa, doğru olan teori -yani genel görelilik- ışığın rotasının iki kat eğrileceğini öngörmektedir.

Bu iki kat eğilme, eşdeğerlik ilkesindeki ince bir noktayı öne çıkarmaktadır. Mekik kabininin içinde lazer ışınını yatay olarak yansıyacak şekilde açan ve lazerin aşağı doğru eğrildiğini gören astronotu hatırlayalım. Dünya üzerindeki bir odanın içinde yerçekimine maruz kalmadığını (yani bir mekikte olduğunu) bilmesinin hiçbir yolu olmadığından, astronotun, yerçekiminin ışığın rotasını eğdiğini düşünmesini makul sayarız. Fakat astronotun dünya yüzeyinde mi, yoksa bir uzay mekiğinin içinde mi olduğunu anlaması aslında imkan dahilinde.

İvmelenen roketin içinde astronotun ayaklarını zemine sabitleyen kuvvet, kabinin neresinde duruyor olursa olsun, onu dikey düzlemde aşağı doğru iter. Öte yandan dünya yüzeyinde nerede durduğunuz önemlidir, çünkü yerçekimi her şeyi dünyanın merkezine doğru çeker. Dolayısıyla yerçekimi İngiltere’de bir yönden çekim uygularken, Yeni Zelanda’da bu çekim zıt bir yönde olacaktır. Bir anlamda, İngilizler için Yeni Zelandalılar baş aşağı durmaktadır. Yeniden kabinimize dönelim. Kütleçekimi kabinin her yerinde az çok aynıdır, çok ciddi bir değişiklik olmaz. Yine de yeterince hassas ölçüm aletleriyle astronotumuz kütleçekimindeki değişimleri tespit ederek, uzayda ivmelenen bir mekiğin içinde mi, yoksa dünya yüzeyinde mi olduğunu söyleyebilir.

Bu durum eşdeğerlik ilkesini geçersiz kılar ve genel göreliliğin temelden çökmesine neden olur, öyle değil mi? Böyle düşünüyor olabilirsiniz, ancak bir kütleçekim teorisi oluşturmak için, eşdeğerlik ilkesinin uzayın küçük alanlarına uygulanabilir olması yeterlidir ve de bu aşırı ölçüde küçük, yeri belli olan uzay parçacıkları için kütleçekimi yön değişikliklerini asla tespit edemezsiniz.

Bütün bunların, Einstein’ın teorisinin, Newton’un teorisine göre, ışığın sapmasını iki kat fazla öngörmesiyle ne bağlantısı var? Dünya üzerindeki bir odayı kateden lazer ışığının aşağı doğru sapacağını belirledik. Ve bu sapma az çok, Newton’un yerçekimi teorisinin öngördüğü kadardır. Şimdi de odanın serbest düşüşte olduğunu (mesela bir uçaktan aşağı atıldığını) ve astronotun aynı deneyi gerçekleştirdiğini düşünelim. Serbest düşüşte kütleçekiminin hissedilmediğini biliyoruz. Bu nedenle ışık huzmesi odayı yatay eksende aşmalı ve kesinlikle rotasından sapmamalıdır. Ancak odanın her yeri kusursuz bir serbest düşüş konumunda değildir. Dünyanın yerçekimi odanın bir köşesinde bir yöne doğru çekerken, diğer bir köşede bir başka yöne doğru çeker; oda havada düşerken yerçekimi her yerde aynı ölçüde sönümlenmez. Bu nedenden dolayı, astronotun gerçekte gördüğü, ışık huzmesinin az çok dünya üzerindeki bir odada olduğu gibi aşağı doğru sapacağıdır. Bu iki etki bir araya geldiğinde, Newton’un yerçekimi teorisi ile özel görelilik arasındaki fark ortaya çıkar.

Bu yüzden, uzak bir yıldızdan gelen ışık dünyaya doğru yol alırken güneşe yakın bir noktadan geçecek olursa, ışığın rotası Newton’un tahmin ettiğinden iki kat daha fazla sapar. Bu etki bir yıldızın konumunu diğer yıldızlara göre
hafif şekilde kaydırabilir. Örneğin bu durum, her ne kadar gün ışığında fark edilmesi imkansız olsa da, ayın parlak güneş diskini kapattığı tam tutulma zamanında gözlemlenebilir. İngiliz astronom Arthur Eddington’ın, 29 Mayıs 1919’da gerçekleşecek tutulmayı gözlemlemek için gittiği Batı Afrika kıyısındaki Principe adasında çektiği fotoğraflar, yıldız ışığının gerçekten de genel görelilik teorisinin öngördüğü ölçüde yolundan saptığını teyit etmiştir.

Eddington’ın gözlemleri Einstein’a, “Newton’u çürüten adam” unvanını kazandırdı. Ancak genel göreliliğin isabetli öngörüleri bununla bitmeyecekti. Newton gezegenlerin güneşin etrafında daire değil, elips şeklinde yörüngeler çizdiğini teorik olarak ortaya koyarak, bunun, kütleçekim kuvvetinin ters kare kanunuyla azalmasının doğrudan sonucu olduğunu kanıtlamıştı. Diğer bir deyişle, güneşten iki kat uzakta olduğunuzda, kütleçekim kuvveti dört kat zayıflar; üç kat uzaklaştığınızda ise dokuz kat ve böyle devam eder.

Görelilik ise her şeyi değiştiriyor. Öncelikle şunu belirtelim; yalnızca kütle enerjisi değil, tüm enerji türleri kütleçekimi üretir. Kütleçekiminin kendisi de bir enerji türüdür. Büzülen trombolinin içerdiği elastik enerjiyi düşünün. Sonuçta, kütleçekimi bir enerji türü olduğundan, güneşin kütleçekiminin kendisi de kütleçekimi yaratır. Bu etki küçüktür ve güneşin kütleçekiminin büyük bir kısmı halen kütlesinden gelmektedir. Bununla birlikte, kütleçekiminin çok etkili olduğu güneşe yakın bölgelerde, kütleçekiminin kendisi de küçük bir katkıda bulunur. Dolayısıyla güneşin yakınlarındaki bir yörüngede olan cisimler, ters kare kanununun ortaya koyduğundan biraz daha fazla kütleçekimi hisseder.

Şimdi asıl noktamıza geliyoruz. Gezegenler yalnızca, ters kare kanununa riayet eden bir kuvvet tarafından çekildikleri zamanlarda eliptik bir yörünge izler. Bu, Newton’un bir keşfiydi. Görelilik ise kütleçekiminin tam olarak ters kare kanununa riayet etmediğini öngörmektedir. Aslına bakılacak olursa, Newtoncu kütleçekim kanunundan farklı başka etkiler de söz konusu. Örneğin kütleçekiminin uzayda mesafe kat etmesi belli bir zaman alır. Dolayısıyla hareket halindeki bir gezegenin herhangi bir anda hissettiği kütleçekimi, daha önceki konumuna dayanır. Buradan çıkardığımız sonuç, gezegenlerin tekdüze eliptik rotalar değil, uzaydaki yönelimi hafifçe değişen ve gül şekli verilmiş bir rozeti andıran yörüngeler izlediğidir. Bu etki güneşe uzak noktalarda fark edilemez. Etkinin en fazla olduğu yer, kütleçekimin en büyük olduğu yer olan güneşin yakınlarıdır.

Gerçekten de, en içteki gezegen olan Merkür’ün yörüngesinde tuhaf bir durum söz konusu. Einstein’ın 1915 yılında kütleçekim teorisini yayımlamasından bir süre önce, astronomlar Merkür’ün yörüngesinin uzayda hafifçe bir rozet şekli çizdiği gerçeği karşısında şaşkınlığa sürüklenmişlerdi. Bu etkinin nedeni büyük ölçüde Venüs ve Jüpiter’in kütleçekimsel kuvvetinden kaynaklanmaktadır. Tuhaf olansa, Venüs ve Jüpiter orada olmasaydı bile Merkür’ün yörüngesinin yine de rozet şeklini çizeceğidir. Bu küçük bir etkidir. Öte yandan her ne kadar Merkür güneşin etrafındaki bir turunu 88 günde tamamlıyor olsa da, rozet şeklinin ortaya çıkışı 3 milyon yılı bulmaktadır. Ve de bu, tam olarak Einstein’ın teorisinin öngördüğü bir durum. Genel göreliliği kullanarak, Einstein, Merkür’ün yörüngesini en ince detayına kadar açıklayabilmiştir. Bu başarılı öngörüyü de göz önüne alacak olduğumuzda, Einstein’ın doğru kütleçekim teorisini ortaya koyduğuna dair bir şüphe kalmamaktadır.

Bir yanıt yazın