Einstein ‘ın 100 Yıl Önceki Öngörüsü Nobel Ödülü Getirdi!

Bugünlerde bilim dünyasını çok fazla meşgul eden konuların başında şüphesiz “kütle çekim dalgaları” konusu gelmektedir. Peki, nedir bu mesele? Einstein ile ilgisi nedir veya 100 yıl önceden bunu nasıl öngördü?  Bu konu neden bu kadar önemli?

“Kütle çekim dalgaları nedir?” Sorusunu tam anlamıyla kavrayabilmek için; “kütle çekim etkisi”, “uzay-zaman dokusu”, “nötron yıldızı”, “kara delikler” gibi kavramlar hakkında az çok bilgi sahibi olmamız gerekmektedir.

Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı Ve Kütle Çekim Kuvveti

17.yy da Sir Isac Newton, Gezegenlerin Güneş’in etrafındaki hareketlerini matematiksel olarak ifade edebilmek adına bir kuram geliştirdi. Daha sonradan bu kuram evrenselleşerek “Kütle Çekim Yasası” olarak adlandırdığımız ve sadece gezegenlere değil, yaşadığımız evrende, birbirleriyle kütle çekim etkisi altında olan her nesneye uyarlandı. Newton bunu matematiksel olarak ifade etmişti ancak bu kuvveti neyin meydana getirdiğini açıklayamamıştı. Newton’dan yaklaşık 230 yıl sonra Albert Einstein, bu kuvvetin uzay-zaman dokusundaki bükülmelerden dolayı meydana geldiğini bizlere açıkladı. Einstein’ı anlayabilmek için; evreni 4 kenarından gerilmiş bir çarşaf olarak düşünelim ve bu çarşafa bir bowling topu bırakalım. Bowling topu çarşafın yüzeyinde bir çukur meydana getirecektir. Bu çarşafa bırakılacak bir bilye bowling topunun oluşturduğu çukura doğru hareket edecektir. Yani bowling topu çarşafta bir bükülmeye sebep olarak, bilyeyi kendine doğru çekecektir.

Einstein’ın hayal ettiği ve günümüzde yavaş yavaş anlamlandırabildiğimiz evrende ki bu bükülmeler, basit örneğimizdeki çarşaf gibi 2 boyutta değil, uzay-zaman adını verdiğimiz 4 boyutlu bir dokuda gerçekleşmektedir. Yıldızlar gibi büyük kütleli cisimlerin, uzay zaman dokusunda meydana getirdikleri bükülmeler ile yıldızların gezegenleri, gezegenlerin meydana getirdiği bükülmeler ile uyduları yörüngelerinde tutabildiğini anlayabildik. Dolayısıyla Newton’un matematiksel olarak ifade edebildiği kütle çekim kuvvetini meydana getiren sebebi kavrayabildik.

Nötron Yıldızları ve Kara delikler

Einstein; uzay-zaman dokusunda meydana gelen bükülmelerin, kütle ile doğru orantılı, yüzey alanı ile ters orantılı olarak artacağını söylemiştir. Yani kütlesi büyük hacmi küçük olan bir cisim uzay-zaman dokusunda çok daha büyük bükülmeler meydana getirecektir. Mesela nötron yıldızları veya kara delikler…

Nötron Yıldızı; Güneş’ den kütlece en az sekiz kat büyüklükte olan yıldızların ömürlerini sonlandırırken meydana getirdikleri süpernova patlamalarının kalıntılarıdır. Büyük bir yıldız süpernovaya dönüşmeden önce içe doğru çöker, böylece kütlesinin bir kısmı çok küçük bir hacme sıkışır. Bu sıkışma esnasında yıldızın çekirdeğindeki proton ve elektronlar birbirleri içerisinde eriyip nötronları oluştururlar.  Binlerce yıl süren bu patlama sonrası merkezde kalan bu sıkışmış cismi nötron yıldızı olarak tanımlarız.

Nötron yıldızları evrendeki en yoğun madde olarak tanımlanabilir.  Yaklaşık 20 km çapında olan bu yıldızların kütleleri Güneş’imizin 1,4 katı kadardır. Bu yoğunluk o kadar fazladır ki, nötron yıldızından alınmış bir çay kaşığını dolduracak hacimdeki maddenin, Dünya’da yaklaşık 10 ton ağırlıkta olacağı anlamına gelir.

Kara delikler ise; süpernova patlamaları sonucunda merkezdeki kütlenin çok daha fazla artması sonucunda uzay-zaman dokusunda meydana gelen çok büyük çaptaki çukurlar olarak tanımlanabilir. Binlerce Güneş kütlesinin 50-60 km çapındaki bir alana sıkıştığını hayal edin.

Peki, uzay-zaman dokusunda devasa bükülmelere yol açacak yoğunlukta olan iki nötron yıldızı birbiri etrafında dönerse ne olur? Veya iki kara delik birbiri ile çarpışırsa…

Kütle Çekim Dalgaları Nedir?

Einstein’ın kuramına göre; uzay-zaman dokusunda bükülmelere yol açan büyük kütleli cisimlerin yer değiştirmesi veya hareket etmesi, uzay-zaman dokusunda kütle çekimsel dalgalar oluşmasına sebep olacaktır. Örneğin iki kara deliğin birbiri etrafında hızla dönmesi çevrelerinde bulunan uzay-zaman dokusunda bir dalgalanma meydana getirir. Bu dalgalanma ise, kütle çekimsel dalgalar olarak uzaya dağılır. Kara deliklerden uzaklaştıkça da bu dalgaların evrende yarattığı etki gittikçe azalır.

Kütle Çekim Dalgalarını Nasıl Gözlemledik?

Einstein 1915 yılında bu dalgaların varlığını öngördüğünden beri çeşitli deneyler yapıldı ancak o zamanın teknolojisi bu teoriyi kanıtlama için yeterli değildi. Ta ki 2010 yılında LIGO adındaki tesis kurulana kadar...

LIGO; Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) Kütle çekimsel dalgaları gözlemlemek için inşa edilen bu gözlem evinde, iki farklı yönde 4km uzunluğunda, içerisindeki hava vakumlanmış tüpler bulunmaktadır.

Bir lazer ışını özel bir mekanizma yardımıyla ikiye ayrılarak bu tüplerin içerisine gönderiliyor. Tüplerin sonuna ulaşan ışınlar yansıyarak geri dönüyor ve ayrıldıkları noktada tekrar birleşiyor. Kütle çekimsel dalgalar Dünya’ ya ulaştığında çok küçük ölçeklerde (yaklaşık bir atom genişliğinde) esneme ve sıkışma meydana gelmektedir. Bu olay, tünelin içerisindeki ışınları etkileyerek birleştiği noktadaki desenin değişmesene sebep oluyor. Bu ufak değişimler bilim insanlarına kütle çekim dalgalarını ispatlamak ve fiziksel olarak ortaya koyma imkânı sağlıyor.

2015 yılının Eylül ayında iki farkı LIGO laboratuarında aynı anda, tüplerin içerisinde bulunan lazer ışınlarında dalgalanmalar meydana geldi. Yapılan araştırmalar sonucu bu dalgalanmanın sebebi, orta büyüklükte iki kara deliğin birbiri ile çarpışması sonucu uzaya yayılan kütle çekim dalgaları olduğu saptandı.

LIGO laboratuarlarında 4km lik tüplerdeki lazer ışınlarında meydana gelen, atomik çaptaki bu dalgalanma, bilim dünyasında bir deprem etkisi yarattı…

Bu Olay Neden Bu Kadar Önemli…

1609 yılında Galileo teleskopu icat etmeden önce evren hakkındaki bilgilerimiz çıplak gözle görünen kadardı. Galileo dan günümüze kadar geçen süreçte evrenin çıplak gözle görünenden fazlası olduğunu keşfettik. Çeşitli dalga boylarında çalışan teleskoplar sayesinde evren hakkında çok fazla bilgi edindik ancak bu bilgiler, uzaydaki cisimlerden yayılan ışınlarla sınırlıydı.

2015 yılında Reiner Weiss, Barry C. Barish ve Kip S. Thore ismindeki 3 fizikçi, bize evreni incelemenin başka bir yolu olduğunu ispatladı. Yaptıkları bu çalışma onlara 2017 yılı Nobel Fizik Ödülü’nü kazandırdı.

Artık evreni incelemek ışıkla, yani o küçük foton parçacıkları ile sınırlı değildi. Daha önceden göremediğimiz, hissedemediğimiz, ancak evrende önemli sonuçlara yol açan bazı olayları bambaşka bir kaynak, yani kütle çekim dalgaları ile gözlemleyebileceğiz. Bu durumu anlamak için 5 duyunuz haricinde başka bir duyu daha elde ettiğinizi düşünün. Bilim dünyasının kazandığı şey tam olarak budur. Yepyeni bir duyu…

Bu ufak dalgaların keşfedileli daha iki yıl olmadan, Einstein’ın “genel görelilik” teorisinin bazı kısımları büyük ölçüde ispatlandı. Orta büyüklükteki kara deliklerin varlığı kanıtlanıp, bunların çarpışması sonucunda daha büyük kara deliklerin oluşacağı gözlemlendi. İki nötron yıldızının çarpışması sonucunda oluşan “kilonova” patlaması ile evrende hatta dünyamızda bulunan; altın, platin, uranyum gibi ağır elementlerin kaynağı hakkında çok önemli veriler elde edildi.

Evreni algılamak için sahip olduğumuz bu yeni duyu organının, yakın bir gelecekte bilinmeyen veya anlamlandırılamayan pek çok olaya ışık tutacağı kesin…

Astronom Abdullah Karalar

Okyanus Kolejleri Uzay Bilimleri Araştırma Merkezi (UBAM) Sorumlusu