içinde

Doğanın En Gizemli Gücü: Yerçekimi Nedir ?

Havaya atılan bir nesnenin aşağı düşeceğini hepimiz biliyoruz. Peki neden? Yerçekimi ( hatta kütle çekimi dersek daha doğru olur) işte tam da bu noktada karşımıza süprizlerle çıkıyor

Kütle çekimi olmadan olmazdık. Bizi yeryüzünde tutan güç de, Dünya’nın Güneş etrafındaki yörüngesinde tutunmasını sağlayan da kendisi.Daha en başta Solar Sistem’in oluşumunda görev almaktadır ve Güneş’teki kütle çekim etkisiyle tüm materyallerini sıkıca birbirine çekerek nükleer füzyonun gerçekleşmesini mümkün kılar. Böylece bize ısı ve ışık verir.Her yerde görülüp bulunabilmesine karşın evrendeki en gizemli güçlerden biri, değil mi?

Kütle Çekimi Nedir?

Zayıf Nükleer Kuvvet, Güçlü Nükleer Kuvvet ve Elektromanyetik Kuvvet’in yanında doğada bulunan dört temel kuvvetten olan kütle çekim kuvveti son derece etkili bir fenomendir.Basitçe açıklamak gerekirse bir maddenin özelliğidir. Yani ; tüm maddeler diğer tüm maddelerle çekim içerisindedir.Ne kadar fazla ve birbirine yakın madde, o kadar fazla çekim gücü.Ayrıca Elektrik ve Manyetizmanın itme çekme olayının aksine kütle çekimi her zaman bir şeyleri yaklaştırır.

Newton’ın Kütle Çekim Teorisi Ne idi?

Newton kütle çekimin nasıl işlediği hakkında bir hipotezi olmadığını belirtmişti.Yerçekimi dendiğinde onun adının akla gelme nedeni aslında kütle çekim kuvvetinin evrensel oluşuna işaret etmesiydi. Yani elmayı ağaçtan düşürenle Ay’ı yörüngesinde tutan ona göre aynı kuvvetti.

Bu konseptle , belirli bir astronomik bilgi birikimi ve akıllıca düşünülmüş deneylerle Newton iki nesne arasındaki çekim gücünü etkileyen üç şey olduğunu gösterebildi: birinci objenin kütlesi, ikinci objenin kütlesi ve aralarındaki mesafe.

Bunu asla bu şekilde yazmamış olsa da, teorisi kütle çekim kuvvetinin bir ‘ters kare yasasını’ izlediğini gösterecekti. Kütle çekim kuvveti, iki cismin kütlelerini birbiriyle çarparak ve sonra aralarındaki mesafenin karesine bölerek hesaplanabilir.Bu nedenle, nesnelerin kütleleri arttıkça veya birbirlerine yaklaştıkça çekim kuvveti artar.

Bu basit ilişki, Ay’ın ve gezegenlerin neredeyse tüm hareketlerini açıklamaya yeterliydi ve NASA’nın, Apollo’nun Ay’a olan görevinde güvenli bir yörünge hesaplaması için ihtiyaç duyduğu tek şey olacaktı.

Peki Eşdeğerlik İlkesi Nedir?

Eşdeğerlik ilkesi, Albert Einstein’ın “en mutlu düşüncesi” olarak tanımladığı şeye dayanır..Yani ‘Birisi yüksek bir yerden aşağı serbestçe düşerken kendi ağırlığını hissedemez’ diyebiliriz. Diğer bir ifade ise ivme ve kütle çekim Kuvvetinin kesinlikle eşdeğer ve ayırt edilemez oluşudur.

Aslında bunu Uluslararası Uzay İstasyonu’nda açıkça görüyoruz. İstasyonun Dünya’dan yörünge mesafesindeki yerçekimi, yüzeydekinin yaklaşık yüzde 90’ı kadardır – ve astronotların boşlukta süzülmesi için yeterlidir.

İnsanların orada süzülmelerinin nedeni, aslında bir yandan da sürekli gezegenimize doğru düşmeleridir. Düşündüğümüzde “ Öyleyse neden Dünya’nın yüzeyine çarpmıyorlar” diyebiliriz , ancak aynı zamanda doğru hızda yanlara doğru hareket ederek sıyrılmaktadırlar – yörüngede olmanın gerektirdiği şey de budur.

Eşdeğerlik ilkesi, bir kişi düştüğünde olduğu gibi hızlanmanın, ağırlığını ortadan kaldırdığını gösterir.  Einstein, ivme ve yerçekiminin aslında aynı şey olduğunu önererek mutlu düşüncesinden bir seviye daha ileri gitmiştir.Ve bu, hem kütle çekim kuvvetini tahmin eden hem de nasıl çalıştığını açıklayan Genel Görelilik Teorisine ilham vermiştir.

Einstein’ın Genel Görelilik İlkesi Ne idi?

Einstein, denklik ilkesinden yola çıkarak, kütlesi olan her cismin – atomdan yıldıza kadar her şeyin – uzayı ve zamanı çarpıttığını yansıtabildi.Ve bu çarpıklık Newton’un bize asla gösteremediği bir şeyi açıkladı : yerçekiminin neden sadece belirli bir mesafeden etki edebildiği.

Mermerlerle çevrili bir trambolin üzerindeki bir basketbol topu gibi, nesne ne kadar büyükse uzay-zaman dokusunda da o kadar büyük eğrilikler üretir, yakındaki nesneleri çizer ve eğri yörüngelerde hareket etmelerine neden olur.Ancak elbette daha küçük cisimlerin de etkisi yok değil, her birimiz etrafımızdaki nesnelere küçük de olsa bir yerçekimi kuvveti uygularız.

Einstein, Newton’dan çok farklı bir yaklaşım benimsediği için başlangıçta hakkında çok az şey bildiği farklı bir eğri uzay matematiğiyle uğraşmak zorunda kaldı. Ve Newton’un varlığından şüphelenmek için hiçbir nedenin bulunmadığı çeşitli ikincil etkileri de hesaba katmak zorundaydı. (örneğin kütle çekiminin kendi üzerinde bir etkisinin olduğu şaşırtıcı keşfi gibi.)

Einstein’ın Genel Görelilik denklemleri, Newton’un denkleminin yaptığı her şeyi yapar, iki cisim arasındaki çekici kuvvetin boyutunu tahmin eder, ve hatta kütleli herhangi bir şeyin uzayı ve zamanı nasıl büktüğünü tanımladıkları için çok daha fazla şeyin yoluna ışık tutabilirdi.

Peki Einstein Newton’un Yanıldığını Kanıtladı mı?

Tabii ki hayır. Newton,gözlemlenenlere basit bir matematiksel denklem uydurmuştu.Matematiksel denklemleri bize yerçekiminin nasıl çalıştığı hakkında hiçbir şey anlatmasa dahi günlük hayatımızda bir çok şeyin davranış biçimini oldukça iyi açıkladı ve hala da açıklamakta.Einstein’ın yaptığı şey, yerçekimi olarak tanımladığımız kuvvete neyin sebep olduğunu anlamamıza yardımcı olmaktı.

Newton denkleminin yeterince iyi bir yaklaşım olmadığı, tipik olarak Kütle Çekim Kuvvetinin çok güçlü olduğu belirli durumlar bulunduğunu gösterebildi.Bu durumlarda, daha doğru bir rakam elde etmek için Einstein’a geri dönmeliyiz.

Ve Einstein, Newton fiziğinin temel işleyişi altında tasavvur bile edilemeyecek tahminler yapmak için de çalışmalar yapmıştı.

Genel Görelilik için bir kanıtımız var mı?

Hem de nasıl!Einstein teorisini ortaya koymadan önce, astrofizikçiler, Merkür’ün yörüngesinin, Güneş’e en yakın yaklaşım noktasının yavaş yavaş konumunu değiştirdiği, devinim adı verilen bir yönünü açıklamak için mücadele etmişlerdi.  Newton’un denklemleri tam etkiyi açıklayamadı, ancak Einstein’ın çalışması bunu başardı!

Dahası, yerçekiminin uzay ve zamandaki bir bükülmeden kaynaklandığı fikri de test edilebilirdi, çünkü bu, (örneğin) çok büyük bir cismin yakınından geçen ışığın eğri bir çizgide hareket etmesi gerektiği anlamına geliyordu.

Bu ilk olarak 1919’daki tam tutulma sırasında ışığın Güneş’in yakınından geçmesiyle gözlemlenmişti ve o zamandan beri uzaktaki galaksilerin mercek gibi davranarak arkalarındaki ışığın yolunu büktüğü görüldü.Einstein’ın denklemlerinin bir başka öngörüsü de, büyük bir cismin yakınında olmanın zamanı yavaşlattığıdır: Bu nedenle, bize uydu navigasyonundan GPS uydu sinyalini düzeltmemiz gerekir.

Aynı şekilde, Yerçekimi Sondası B adlı bir deney, Einstein’ın öngördüğü gibi, dönen büyük bir cismin, balın içinde dönen bir kaşık gibi, uzay-zamanı kendi etrafında sürüklediğini göstermiştir.

Yerçekiminin Kara Deliklerle Ne İlgisi Var?

Einstein’ın teorisinin tahminleri genellikle denklemlerinin basitleştirilmiş versiyonlarını çözmenin sonucudur.  En eskilerinden biri, tüm maddenin tek bir noktada olduğu sıkıştırılmış bir kütlenin tanımlanmasıdır – bir “yerçekimi tekilliği”.

Daha sonra, yaşlanan bazı yıldızların yerçekimine karşı koyamayacakları ve böyle bir nokta oluşturmak için kendi içlerine çökerek bir kara delik oluşturmaları gerektiği anlaşıldı.  Bir kara delikte çekim kuvveti o kadar güçlüdür bir ışık huzmesi bile kaçamaz..

Benzer şekilde, Genel Görelilik, Evrenin dokusunun genişleyip büzülebileceğini de öngördü.  Gözlemlerle birleştiğinde bu, Büyük Patlama Modeli ile birlikte evrenin nasıl geliştiğine dair en iyi teorimizin temeli haline geldi.Aynı zamanda, Evrenin genişlemesini hızlandırıyor gibi görünen gizemli fenomen olan karanlık enerjiye ışık tutabilecek olan Genel Görelilik’tir.

Kütle Çekim Dalgaları Nelerdir?

Kütlesi olan bir cisim uzay ve zamanı büker, bu yüzden bu cisim uzayda hızlanırsa, etrafındaki uzay-zamanda dalgalanmalara neden olmalıdır.

Bu dalgalanmalara Kütle çekim dalgaları denir ve dışa doğru hareket eder, tıpkı bir antenin yukarı ve aşağı hızlanan elektronlarının radyo ve televizyonla elektromanyetik dalgalarını oluşturması gibi.Einstein’ın Genel Görelilik Teorisini geliştirdikten kısa bir süre sonra öngördüğü yerçekimi dalgaları, her zaman çok sayıda kaynaktan üretilmelidir.  Ancak yerçekimi son derece zayıf bir kuvvettir, bu da bu dalgaların tespit edilmesinin son derece zor olduğu anlamına gelir.

LIGO deneyi, yerçekimi dalgalarını ilk kez Eylül 2015’te gözlemlediğinde, bu, birleşen iki kara deliğin neden olduğu uzay-zamanda büyük bir bozulmanın sonucuydu.LIGO’nun dedektörleri o kadar hassastır ki, geçen arabalardan sahile çarpan uzak dalgalara kadar her türlü titreşimi hissedebilmektedir.

Yerçekimi dalgaları, “Einstein’ın teorisini kanıtladıkları” için değil -bunun için zaten oldukça fazla kanıtımız var- bize evreni incelememiz için ışığın bile ulaşamadığı ilk yıllarına bakarak yeni bir yol sundukları için önemlidir.

Genel Görelilik Her Şeyi Açıklıyor mu?

Neredeyse hayır.Genel Görelilik son derece etkilidir ve konu gündelik nesnelerin davranışları hakkında tahminler yapmak olduğunda yanlış bir adım atmaz, ancak birkaç koşul vardır – özellikle bir kara deliğin kalbinde veya Evren’i Big Bang’ten önce tanımlarken- teorinin çöktüğü yerdir.

Çok küçüğün fiziği, kuantum fiziği tarafından etkileyici bir doğrulukla tanımlanır, ancak Genel Görelilik ve kuantum teorisi uyumsuzdur.  Doğanın diğer tüm güçleri “nicelenir” – sürekli değişken miktarlar yerine parçalar halinde gelir.Varsayım, onu diğer kuvvetlerle aynı hizaya getirecek ve yine de daha büyük nesneler için Einstein’ın teorisiyle aynı sonuçları üretecek bir kuantum yerçekimi teorisi geliştirmenin mümkün olması gerektiğidir.

Şimdiye kadar, en iyi girişimler sicim teorisi/M-teorisi ve döngü kuantum kütle çekimidir, ancak hiçbiri henüz kullanılabilir herhangi bir tahmin üretmedi.

Yerçekimi Atom Altı Bir Parçacıktan Kaynaklanabilir mi?

Çok muhtemel ve zaten bir adı var: graviton.  Kuantum teorisinin elektromanyetizma gibi bir kuvvetin iletimini temsil etmesinin bir yolu, “bozonlar” adı verilen taşıyıcı parçacıkların akışıdır.Elektromanyetizma durumunda parçacık fotondur.  Her parçacık, nicelenmiş fenomenin bir “kuantumu” – bir yığınıdır.

Yani yerçekimi bir kuantum etkisiyse, taşıyıcı olarak bir graviton olacağını varsayıyoruz.  Ancak, Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda yakın zamanda birinin ortaya çıkmasını beklemeyin.  Bir gravitonun başka bir parçacıkla tespit edilebilir bir şekilde etkileşime girmesi o kadar olası değildir ki, şu anda bir tanesini tespit edebilecek gerçekçi olarak düşünülebilecek hiçbir deney yoktur.

Peki Antigravite Yani Antiyerçekimi Diye Bir Şey Var mı?

Bildiğimizden değil ancak elektromanyetizmanın aksine, yerçekimi tek yönlü bir etkidir – sadece çeker.  Yerçekimini diğer kuvvetlerle dengeleyebiliriz;  Bunu her elinize bir şey alışınızda yaparsınız aslında.

Karşıt güç görünmez elektromanyetizma olduğunda – örneğin bir şey bir mıknatısın üzerinde yüzerken – etkileyici geliyor kulağa evet, ancak bu anti-yerçekimi sayılmaz.Yerçekimine karşı koruma sağlamanın bir yolunu da bilmiyoruz: o her şeyin içinden geçer.  Yerçekimini raylarında durdurabilirsek, sürekli hareket eden bir makine yapabilir ve serbest enerji üretebiliriz.

Bariyer madde ile bir su çarkının her bir küreğinin aynı tarafını boyayın. Tekerleğin bir tarafındaki kürekler, çıplak tarafları Dünya’ya bakacak şekilde yerçekimini hissedecek, diğer taraftaki kürekler ise yerçekiminden korunacaktır.  Yani tekerleğin sadece bir tarafı aşağı doğru çekilecek ve sonsuza kadar dönecek.

Anti-yerçekimini keşfetmek için küçük bir şans, antimaddenin sıradan madde tarafından yerçekimsel olarak geri itilebilmesidir.

CERN’deki bilim adamları yakında bunu test etmek için yeterli antimaddeye sahip olacaklar, ancak çoğu fizikçi her şeyin aynı normallikte süreceğini düşünüyor.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

1 Yorum