Kütle Çekim Dalgalarının İspatı: LIGO Deneyleri

Kütle Çekim Dalgalarının İspatı – LIGO Deneyleri : Bu yazıda sizlere 3 bilim insanına Nobel ödülünü kazandıran ve evrene karşı olan bakış açımızı değiştiren LIGO deneylerinden ve Kütle çekim dalgalarından bahsetmeye , bildiklerimizen basit şekilde sizlere aktarmaya çalışacağım. Keyifli okumalar dilerim.

Biraz Teorik Alt Yapı

Dünya üzerinde var olan eğitim sistemi sonucu çoğumuz fiziğe karşı önyargılı konumdayız. Ancak size teorik fiziğin heyecanlandırıcı ve zevkli olduğuna inandırabilirim. Siz sayın okuyucu , eğer modern bilime biraz ilginiz varsa ve bu konular üzerine kafa yormayı seviyorsanız, büyük olasılıkla daha önce Nobel ödülü almış veya bilime katkılarıyla fizik camiasında söz sahibi olan ya da olmuş bir fizikçiyle aynı düşünceleri paylaşmış olma olasılığınız çok yüksek.

Örnek vermek gerekirse : Daha önce bir astronot kara deliğe düşerse ona ne olur diye düşündünüz mü  ? ( Enformasyon paradoksunu çözmeye çalışan fizikçilerin zihinlerindeki kapıyı aralayan soru budur. ) ya da acaba kara delikler başka bir evrene açılan giriş kapıları mı ? Tahminimce bu tarz sorular sizlerin de aklına gelmiştir.

Teorik Fizik

O zaman size(sadece bu iki soruyu baz alarak ) şunu rahatlıkla söyleyebilirim : Dolaylı yoldan da olsa Leonard Susskind , Stephen Hawking , RogerPenrose ve daha nice ismini sayamadığım fizikçilerle aynı düşüncelere sahipsiniz. Tek eksik üst düzey matematik . Neyse ki teorik fizikte matematik kadar önemli olan bir şey varsa o da hayal gücüdür.

Çünkü : Teorik fizikteki çoğu gelişme ; basit ve saçma gibi gözüken soruların ardından çıkan düşünce deneylerinin matematiğe dökülmesi sonucu elde edilmiştir ve elde edilmektedir. Yine örnek  vermek gerekirse : Hepimizin bildiği bir fizikçi Newton ; Bir “elma” sonucu ( Gereksiz bir ek bilgi : Newton’un kafasına elma düştüğü yanlış bir bilgidir, deniyor.

Ancak burada önemli olan husus bu değildir. ) klasik fiziğin temellerini atmıştır. Ve bilinenin aksine Newton’un bize kattığı bilgiler hâlâ fazlasıyla kullanılmaktadır.

Hepimizin bildiği bir fizikçi daha Albert Einstein ; Biri hareket eden bir trende ve diğeri dışarıda sabit duran iki gözlemcinin o an düşen “ iki adet yıldırımı “ gözlemlemesi  düşünce deneyiyle bize kazandırdığı zamanın göreceli olduğu  yani “ Özel Görelilik Teorisi “ bu şekilde ortaya çıkmıştır. Bu konuda örnekleri arttırmak mümkündür.

Ancak bunları bilmeniz bazı bilimsel gelişmelerin nasıl gerçekleştiğini,  temellerinin neye dayandığını anlamamız ve teorik fiziğin %50’lik bir kısmının ( bana göre) hayal gücüne dayandığına sizi ikna etmem için yeterlidir diye düşünmekteyim. Aynı zaman da fark edeceğiniz üzere,  fizik bir “birikimdir”.

ilginizi çekebilir: Gerçek Yaşamda Einstein’ın Görelilik Teorisini Görebilmenin 8 Yolu

Edindiğimiz bilgiler , öne sürdüğümüz düşünceler (doğru ya da yanlış fark etmeksizin ) bizi fizikte ileriye taşımaktadır. Bunu ister bir bina olarak hayal edip , her yeni bilgiyi yeni bir tuğla olarak düşünebilir, ya da benim gibi yapboz yapma olayı olarak hayal edebilirsiniz. Şimdi birkaç yapboz parçasını birleştirip asıl konumuz olan kütle çekim dalgalarına odaklanalım.

Kozmolojik Dalgalar : Kütle Çekim Dalgaları

Newton bize kütle çekimin tanımını değil , işleyişini öğretti diyebiliriz. Einstein ise bize kütle çekimin tanımını vermiştir. Peki kütle çekim nedir ? Basit olarak , isminden de biraz belli olacağı üzere kütle çekim: Uzay-zaman dokusunun “bükülmesidir” diyebiliriz . İçinde bulunduğumuz yıldız sistemini göz önüne alarak şunu da söyleyebiliriz ki :

Belli bir uzay-zaman bölgesinde kütlesi büyük olan cisim oyunun kurallarını yazar. Yani sonuçta güneşin etrafında dönüyoruz değil mi ? Çünkü: yıldız sistemimizin sahip olduğu toplam kütlenin %99,8’i Güneşimize aittir ve Güneş uzay-zaman dokusunu öyle bir büker ki , bu kader gezegen etrafında dönmeye mahkumdur.Şimdi o kadar düşünce deneyi , hayal gücü dedik . Madem bu kadar anlattık o zaman olayı biraz buraya saptıralım ve işleri karıştıralım.

ilginizi çekebilir: Uzay zaman nedir?

Bizim sistemimizde oyunun kuralını yazan Güneş ise Güneş’i ortadan kaldırırsak ne olur ? Güneşi ortadan kaldırırsak, yaklaşık 8 dakika sonra var olan eliptik yörüngemizden çıkarak uzaya savruluruz ya da savrulmadan başka bir gezegenle çarpışırız. ( Bu konu üzerine olabilecekler sizin hayal gücünüze kalmış) Burada ki önemli husus neden bu durumu 8 dakika sonra hissederiz ?

Ve neden biz uzaya savruluruz ? Güneşi ortadan kaldırdığımızda uzay-zaman dokusu bükülmüş durumundan düz duruma geçmek isteyeceği için kütle Çekim dalgaları yayar ve bu dalgalar ışık hızıyla yayıldığı için biz bu durumu 8 dakika sonra fark ederiz.

Uzaya savrulmamızın sebebi

Bunu ister açısal momentum korunumu ile açıklayın ( Yani : bir ipin ucuna bağlı taşı siz sallarken aniden ipin kopması durumunda taşın o an ki konumuna göre 90° derecelik açıyla savrulması gibi ), isterseniz kütle çekim dalgalarının enerjisiyle. İki yol da aynı kapıya çıkacaktır. Peki Güneş’i yani canlılığı yok etmeden bu kütle çekim dalgalarının varlığını nasıl ortaya koyabiliriz ? Bizi cevaba ulaştıran seçenek şudur: İki kara deliğin çarpışması ve birleşmesi durumunda.

Basitçe iki kara deliğin çarpışma anını kafanızda canlandırmaya çalışın. Ne olur ? İki kara delik birbiri etrafında dönmeye başlar . ( Daha küçük yoğunluğa sahip olan , daha büyük yoğunluğa sahip olana doğru düşmeye başlayacaktır. ) Bu durumda iki kara delik de kütle yani enerji kaybedecektir.

Ortaya çıkan enerji o kadar büyüktür ki uzay-zaman dokusunda dalgalanmalara yol açar . Yani bu iki kara delik kütle çekim dalgaları oluşturur. Teorik olarak mantıklı, anlatması kolay olsa da bu durumu kaydetmek yani deneye döküp ispatını yapmak oldukça zordur. Yani zor bir durumdu , insanoğlu olarak LIGO deneyleri sayesinde bunu da başardık.

LIGO Deneyleri

LIGO’nun açılımını doğrudan Türkçeye çevirmek yerine size şöyle anlatabilirim : LIGO bir nevi kütle çekim teleskobudur. Ancak ortada bir teleskop yoktur. Bu sadece bir benzetmedir. İşin mantığını açıklamak  gerekirse , size LIGO deneylerinde kütle çekim dalgalarının varlığının nasıl ispatlandığını kısaca anlatmak istiyorum.

Öncelikle LIGO çok ama çok hassas ölçüm ( Bu hassaslık bir protonun çapının on binde biri kadardır.) yapan bir deney düzeneğidir. Bu deney , girişim-ölçer denilen bir metoda dayanmaktadır. İş bu kadar hassas olunca bu deney düzeneğinde dünyanın en pürüzsüz aynaları ve en iyi lazerleri bulunmaktadır. Deney düzeneği her biri 4 km uzunluğunda olan iki koldan oluşmaktadır. Peki burada yapılan şey nedir ?

Öncelikle lazerler çalıştırılır ve lazerlerden çıkan fotonlar aynalardan yansıyarak tekrardan geri döndürülmektedir. Normal şartlar altında, aynı anda oluşan iki dalganın aynı yolu aynı sürede kat etmesini bekleriz değil mi ?

Ancak eğer uzay dalgalanırsa yani dünyamıza kütle çekim dalgaları ulaşırsa bu senkronizasyon bozulacaktır. LIGO deneylerinde temel prensip budur. Biraz önce insanoğlu olarak bunu da başardı diyerek aslında sizlere spoiler vermiştim. LIGO deneylerinde ilk başarılı kütle çekim dalga ispatı 14 Eylül 2015 tarihinde kaydedilmiş oldu.

Peki nasıl bir şey kaydedildi ?

Kütle çekim dalgaları bize ulaştığında çınlamaya benzer bir ses kaydedildi. Çınlama diyerek bu ispatı küçümsüyor gibi gözüksem de bu çınlama bilim dünyası için destansı bir sesti. Kaydedilen kütle çekim dalgaları bize yaklaşık olarak 1 milyar ışık yılı uzaklıktan geliyordu. Yani bu kütle çekim dalgalarının oluşmasına sebep olan iki kara delik birleştiğinde daha dünya üzerinde mikro organizmalar bile yoktu.

Daha da önemlisi bu kütle çekim dalgaları   bize kozmoloji alanında daha önce cevaplayamadığımız soruların cevabını taşıyordu . Durum böyle olunca projenin başındaki üç fizikçi; RainerWeiss , Kip Thorne ve Barry Barish 2017 yılında Nobel fizik ödülüne layık görüldüler.

Son Olarak

Burada aklınıza takılabileceğini düşündüğüm bazı ince hususları siz sormadan cevaplamak istiyorum. Arkadaşım bu kadar hassas bir deney düzeneğinden bahsediyorsun ancak kıtalar yani üzerinde durduğumuz kara parçası  biz hissetmesek de her zaman hareket halinde. Belki bu durum var olan senkronizasyonu bozuyor ? Diye düşünüyor olabilirsiniz.

Bu durumu şöyle açıklayabilirim: Var olan ekipmanlar bu durumu ‘ekarte’ edecek kadar hassastır. Ayrıca Dünya üzerinde 4 adet ( İki tanesi Amerika , bir tanesi Avrupa ve bir tanesi de Japonya’da olmak üzere) LIGO deney düzeneği bulunduğu için,  elde edilen sonuçlar karşılaştırılabiliyor ve bu bizi daha net sonuçlara ulaştırıyor.

Tabii ki bu da yeterli değildir. Bu sebeple ESA ( Avrupa Uzay Ajansı) 2030 yılında ( şimdilik karar verilen tarih bu ) dünya yörüngesine 3 adet detektör yerleştirerek bu sorunu kökten çözmeyi planlıyor.
Son olarak, görüş ve önerilerinizi lütfen yorumlarda belirtiniz.

Bizimle kalın

BİLİMLE kalın

Evinizde kalın

Yazan: Alper Kirlioğlu

Daha önce yazdığım makaleler de ilginizi çekebilir:

• Big Bang Teorisinin Eksikleri ve Şişme (Enflasyon) Kuramı
• Kara Delikler ve Bilgi Üzerine ( Enformasyon Paradoksu )
• Kara Delikler Aslında O Kadar Da Kara Değil
• Evrenin Gizemleri – Evren Nasıl Yok Olacak?
• Evrenin Gizemleri – Karanlık Enerji
• Evrenin Gizemleri – Karanlık Madde
• Sicim Teorisi, Herşeyin Teorisi Mi?
• Sicim Teorisi, Herşeyin Teorisi Mi? – Bölüm 2