Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi, yıldızların ve gezegenlerin yerçekimini tanımlarken son derece başarılı olmasına rağmen değişik ölçeklendirmelere tam olarak oturmuyor.
Evrendeki her şey yerçekimi tarafından etkilenmektedir. Tüm temel güçlerin bu en bilinen olanı, fizikçilere en büyük zorlukları sunmaktadır. Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi, yıldızların ve gezegenlerin çekim kuvvetini tanımlarken son derece başarılı oldu, ancak daha büyük yada daha küçük ölçeklerde uygulanamıyor.
Genel görelilik, Eddington’un 1919 yılında tam güneş tutulması ile yıldızlarda ölçülen ışık sapmasından kütleçekim dalgalarının son algılanmasına kadar yıllarca süren gözlem testlerinden geçmiştir. Teorideki boşluklar, kanunu kuantum mekaniğinin geçerli olduğu çok küçük parçalara uyarlamaya çalıştığımızda veya evrenin tamamı üzerine uygulamaya çalıştığımızda ortaya çıkmaktadır.
Nature Astronomi’de yayınlanan yeni çalışmamız, Einstein’in teorisini çok daha büyük ölçeklerde tüm evren üzerinde test etti. Yaklaşımımızın bir gün kozmik anlamdaki en büyük gizemlerin çözümünde yardımcı olabileceğini düşünüyor ve elde edilen sonuçların, bu kadar büyük ölçekte genel görelilik teorisi üzerinde ince ayarlar yapmamız gerekebileceğini ortaya koymaktadır.
Kusurlu Model mi?
Kuantum teorisi, boşluğunda enerji ile dolu olduğunu biliyor. Enerjinin varlığını ölçemiyoruz çünkü Cihazlarımız yalnızca enerji değişikliklerini ölçebildiği için toplam enerji miktarını bilemiyoruz.
Ancak Einstein’e göre, vakum enerjisinin değişken bir yerçekimi vardır ve bu, boş alanı birbirinden ayırır.
İlginç bir şekilde, 1998 yılında evrenin genişlemesinin aslında hızlandığı keşfedildi (fizik dalında 2011 Nobel ödülüne layık görülen bir araştırma). Ancak, Vakum enerjisi veya karanlık enerji miktarı kuantum teorisinin tahmin ettiğinden daha küçük bir ivme ile hızlandığı bulundu.
Bu nedenle, “Eski kozmik sabit sorun” olarak da anılmış en büyük soru, vakum enerjisi kütle çekim kuvveti uygulayarak evrenin genişlemesini değiştiriyor mu?
Yanıtınız evet ise yerçekiminin tahmin edilenden çok daha zayıf olmasının nedeni nedir?
Eğer vakum enerjisinde kütle çekim yoksa evrenin genişlemesine neden olan şey nedir.
Karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz, ama evrenin genişlemesini açıklamak için var olduğunu varsaymamız gerekir. Benzer şekilde, galaksiler ve kümelerin bugün onları gözlemleme şeklimiz olarak nasıl geliştiğini açıklamak için karanlık madde olarak da anılmış bir tür görünmez madde varlığı olduğunu da varsaymalıyız.
Bu varsayımlar, bilim insanlarının standart kozmik teorisi olan lambda (Kimyada radyoaktif bozunumu temsil eder) soğuk koyu madde (LCDM) modeli olarak adlandırılır ve kozmoslarda %70 karanlık enerji, %25 karanlık madde ve %5 bildiğimiz madde olduğunu öne sürmektedir. Ve bu model, kozmologlar tarafından son 20 yıl içinde toplanan tüm verileri sığdırma konusunda son derece başarılı olmuştur.
Ancak evrenin büyük bir bölümü karanlık kuvvetlerden ve maddelerden oluşmuş ve mantıklı olmayan garip değerler almış olsa da, birçok fizik uzmanının Einstein’in yerçekimi teorisinin tüm evreni tanımlamak için yeni bir uyarlamaya değişikliğe ihtiyacı olup olmadığını merak etmesine neden olmuştur.
Yeni olarak birkaç yıl önce, kozmik genişleme hızını ölçmenin farklı yollarının farklı cevaplar vermesi Hubble sabitini sorgulamamıza ve Hubble tension olarak bilinen yeni bir soruya neden oldu.
Uyuşmazlık veya anlaşmazlık, Hubble sabitinin iki değeri arasındadır. Bunlardan biri, Big Bang‘in kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu) üzerinde kalan ışığa uyacak şekilde geliştirilmiş olan LCDM kozmik modelinin tahmin ettiği sayıdır.
Diğeri ise uzak galaksiler arasında süpernova olarak bilinen patlayan yıldızların gözlemlenmesiyle ölçülen genişleme oranıdır.
Hubble tensionu açıklamak için LCDM’yi değiştirmenin yolları için birçok teorik fikir önerilmiştir. Bunlar arasında alternatif yerçekimi teorileri de yer alıyor.
Evrenin Einstein teorisinin kurallarına uyup uymadığını kontrol etmek için testler tasarlayabiliriz. Genel görelilik yerçekimini, uzayın ve zamanın madde ve ışığın hareket edebilmesi için hafif ve önemli hareketlerin geçtiği yolları bükerek alanın ve zamanın kıvrılması veya çarpılması olarak tanımlar. Daha da önemlisi, ışık ışını ve madde yörüngelerinin yerçekimine göre aynı şekilde bükülmesi gerektiği tahmin edilir.
Kozmologlardan oluşan bir ekiple birlikte, temel genel görelilik yasalarını test etmek için koyulduk. Ayrıca Einstein teorisini, Hubble tension gibi kozmoloji problemlerinin bazılarını çözmeye yardımcı olup olamayacağını da inceledik.
Büyük ölçekli ölçeklerde genel olarak ilişkilendirirliğin doğru olup olmadığını öğrenmek için ilk kez üç yönüyle aynı anda inceleme yapmak üzere yola çıktık. Evrenin genişlemesi, yerçekiminin ışık üzerindeki etkileri ve yerçekiminin madde üzerindeki etkileri.
Bayes teoremi olarak bilinen istatistiksel bir yöntem kullanarak, bu üç parametreye dayanarak bir bilgisayar modelinde kozmik geçmiş aracılığıyla evrenin yerçekimini yeniden yapılandırdık. Planck uydusundan gelen kozmik mikrodalga arka plan verilerini, süpernova kataloglarını ve ayrıca SDSS ve DES teleskoplar tarafından uzaktaki galaksilerin şekillerini ve dağılımını gözlemleyerek parametreleri tahmin edebiliriz. Daha sonra yeniden yapılandırmamız ile LCDM modelinin (temelde Einstein modeli) tahminini karşılaştırdık.
Einstein’in tahminiyle uyumsuzluk olasılığına ilişkin ilginç ipuçları bulduk, ama bu daha düşük istatistiksel önemli Buna rağmen, yerçekiminin büyük ölçeklerde farklı şekilde çalışması ve genel görelilik teorisi üzerinde ince ayarlar yapmak gerekebileceği anlamına gelir.
Çalışmalarımız ayrıca yerçekimi teorisini değiştirerek Hubble tension sorununu çözmenin çok zor olduğunu da ortaya çıkardı. Büyük olasılıkla proton ve elektronların Big Bang’ın hemen ardından hidrojen oluşturmak için ilk kez bir araya geldiği, örneğin özel bir karanlık madde, erken bir karanlık enerji türü veya prizmoral manyetik alanlar gibi, kozmik modelde yeni bir bileşen gerektirecektir. Ya da verilerde bilinmeyen bir sistematik hata olabilir.
Bununla birlikte, araştırmamız gözlemsel verileri kullanarak kozmik mesafeler üzerinde genel ilişkilendirimin geçerliliğini test etme olasılığının olduğunu göstermiştir. Hubble sorununu henüz çözmesek de Einstein’in tahminiyle uyumsuzluk olasılığına ilişkin ilginç ipuçları bulduk, ama bu daha düşük istatistiksel veriler ile aynı. Buna rağmen, yerçekiminin büyük ölçeklerde farklı şekilde çalışması ve genel ilişkisel teorinin ince ayar yapmak gerekebileceği anlamına gelir.
Bu, genel ilişkilendirimi ayarlamaya, değişikliklerin sınırlarını keşfetmeye ve kozmik açıdan bazı açık sorunları çözmenin önünü açmak için bu istatistiksel yöntemleri kullanabileceğimiz anlamına gelir.
Çevirmen: Ayşegül Eryürekli
