Elimizdeki
bir taşı bıraktığımızda yere düşer. Bilimin ilk doğduğu
andan bu yana bilim insanları taşın neden yere düştüğünü
anlamaya çalıştılar. İlk düşünceler taşın doğasının
aşağıda olduğu ve dolayısıyla taşın doğasına dönmek
istediği yönündeydi. 17. yüzyılda Isaac Newton taşın aşağıya
düşmesinin taşın veya yerin doğasından değil yer çekiminden
doğduğunu ortaya koydu.
Newton'a
göre taş Dünya üzerine, Dünya da taş üzerine bir çekim
kuvveti uyguluyordu. Taşın Dünya üzerine uyguladığı kuvvet
Dünya'yı çok çok az hareket ettirse de Dünya'nın taş üzerine
uyguladığı çekim kuvveti taşı Dünya'ya doğru hareket
ettiriyordu. Biz de bunu taşın Dünya'ya düşmesi olarak
algılıyorduk. Problem artık çözülmüştü. Yer çekimi taşın
neden yere düştüğünü ve Dünya'nın neden Güneş etrafında
döndüğünü güzelce anlatabiliyordu.
Ancak
daha sonraları gelişen ölçüm teknikleri yer çekimi kanununun
açıklayamadığı ufak farklar bulmaya başladı. Özellikle Merkür
gezegeninin yörüngesindeki ufak sapmaları Newton'un kanunları ile
açıklamak mümkün olamadı. Einstein 1915 yılında geliştirdiği
teori ile taşın neden yere doğru düştüğü konusuna yepyeni bir
bakış getirdi.
Biz
üç boyutlu bir evrende yaşıyoruz. Şu anda bulunduğumuz yeri
tanımlamakta üç koordinat kullansak da bir de “şu anda”
kelimesiyle bir koordinat daha belirliyoruz, bu da zaman. Yani biz
esasında üç değil dört boyutlu bir evrende yaşıyoruz ve bu
evren üç uzay koordinatının yanında bir de zaman koordinatından
oluşuyor. Öncelikle Einstein bu zaman koordinatının da uzay
koordinatlarına eşdeğer olduğunu göstermiştir. Dört boyutta
oluşan bu evren için de uzay ve zaman yerine uzayzaman kavramı
kullanılmıştır. Yani uzayzaman dediğimizde içinde yaşadığımız
dört boyutlu evreni kasdediyoruz.
Einstein
yer çekiminin aslında uzayzamanın eğilmesinden ibaret olduğunu
göstermiştir. Cisimlerin kütlesi ne kadar fazla olursa uzayzamanı
da o kadar fazla eğerler.
Buna
göre taş aslında Dünya tarafından çekilmez. Dünya varlığından
dolayı etrafındaki uzayzamanı büker ve taş bu bükülen
uzayzamanda aşağıya doğru yuvarlanır. Newton'un yer çekimi
kanunu bunun basit durumlar için bir açıklamasıdır. Ama
özellikle ışığın kütlesi yüksek cisimlerin yakınında
eğilmesini bize açıklayamaz çünkü ışık kütlesizdir ve
kütleli cisimlerin kütlesiz bir cismi çekmeleri beklenemez. Işığın
bu şekilde bükülmesinden dolayı Güneş'in arkasındaki bir
yıldızı Güneş'in yanındaymış gibi görebiliriz.
Einstein'ın
teorisinin kanıtını türlü olayda görmemiz mümkündür. Bugüne
kadar da bu teoriye ters düşen bir olaya rastlanmamıştır. Ancak
Einstein teorisinde büyük bir kütle yer değiştirdiğinde bu yer
değişikliğinin çevresindeki uzayzamanda yaratacağı etkinin yer
çekimi dalgaları ile iletileceğini öne sürmüştür.
Mesela
birbiri etrafında hızla dönen iki kara delik çevrelerindeki
uzayzamanda bir dalgalanma yaratır. Bu dalgalanma da dalgalar
halinde tüm evrene yayılır. Ara deliklere ne kadar yakın olursak
bu dalgaları da o derece şiddetli hissederiz, ama uzaklaştıkça
bu dalgaların evrende yarattıkları etki gittikçe azalır.
Einstein
bu dalgaların varlığını 1916 yılında ortaya koymuştur. Ancak
bu dalgaların varlığnı kanıtlamak o günün teknolojisiyle
mümkün değildi. Geçen zaman içerisinde gelişen teknoloji ile bu
konuda deneyler yapılmaya başlandı.
Bu
deneylerden en bilineni LIGO'dur (Laser Interferometer Gravitational
Wave Observatory). LIGO aslında bir değil iki dedektörden oluşan
bir sistemdir ve bu dedektörlerden biri Livingston, Lousiana, diğeri
de Hanford, Washington'da bulunmaktadır. İki dedektör olmasının
bir sebebi iki farklı ölçüm yaparak tek bir dedektörün çevresel
faktörlerden dolayı yanlış bir şey ölçmesinin önüne geçmek,
diğeri de ölçülmesi beklenen dalganın nereden geldiğinin
belirlenmesidir. Benzer dedektörlerden biri İtalya'da, biri
Japonya'da, biri de Hindistan'da yapılmaktadır.
ABD'deki
yapımı tamamlanmış olan iki dedektör, test aşamasında, 14
Eylül'de bir sinyal yakalamışlardır. Bu sinyal aslında basitçe
şöyle gösterilebilir:
Burada
beklenen tam ortada düz bir çizgidir. Düz çizgiden olan sapmalar
ise keşfedilen kütle çekimi dalgaları anlamına gelmektedir. Yani
sakin bir denizde dalga yüksekliğini ölçecek olsak sıfır
çıkacaktır. Ama suya bir taş attığımızda yukarıdakine benzer
bir dalga ölçümüyle karşılaşırız.
Ancak
burada gözlemlenen bunun da ötesinde bir şeydir. Dalganın
yüksekliği ve frekansı gittikçe artmakta ve sonunda da yok
olmaktadır. Einstein'ın teorisine göre Güneş'in 30 katı kütleye
sahip iki kara deliği birbiri etrafında döndürecek olursak bu iki
kara delik gittikçe hızlanarak birbirlerine yaklaşacak ve sonunda
birleşerek daha büyük bir kara delik oluşturacaktır. Yukarıda
verilen veri de aynen bunu göstermektedir.
Bugün
yapılan açıklama neden önemlidir?
1.
Einstein'ın teorisinin doğruluğu iki kara deliğin birbirlerine
yaklaşarak birleşmelerinin doğru olarak tahmin edilmesiyle bir kez
daha gösterilmiştir.
2.
Einstein'ın tahmin ettiği ama daha önce gözlenmesi mümkün
olmayan kütle çekim dalgaları ilk defa gözlemlenmiştir.
3.
Orta büyüklükte kütleye sahip kara deliklerin varlığı bağımsız
bir ölçümle kanıtlanmıştır.
4.
İki orta büyüklükte kara deliğin birleşerek yeni bir kara delik
oluşturmaları ilk defa gözlenmenmiştir.
5.
Ama belki de en önemlisi, bugüne kadar astronomi ve astrofizik ışık
ve benzeri elektromanyetik dalgalar kullanılarak yapılırken artık
yepyeni bir gözlem aracı kazanmıştır. Bu astronomi alanında
1609'da Galileo Galilei'nin teleskobu ilk defa gök cisimlerini
gözlemleyecek şekilde geliştirmesinden sonraki en önemli
keşiftir.
Daha
bugün üniversitedeki dersimde “evren hakkındaki bilgilerimizin
%95'ini ışık ve benzeri elektromanyetik dalgalar kullanarak elde
ederiz” demiştim. Kütle çekim dalgalarını ölçebilmemiz
sonunda artık evren hakkında bilgi elde edebileceğimiz kaynakların
sayısı önemli miktarda artmıştır. Bugünkü buluşla ders
kitaplarının güncellenmesi gerekecektir.