ALBERT EINSTEIN 'IN GENEL GÖRELİLİK KURAMI

 

  Eşdeğerlik ilkesinin bize söylediği, Dünya'nın içinde yaşadığımız uzay-zamanı değiştirdiği ve uzayda hızlanan bir roketin içinde olduğumuz etkisini yarattığıdır. Bu basit bir etki değil çünkü söz konusu değişim her yerde farklı. Örneğin, yukarı çıkıldıkça yerçekimi ivmesi azalır. Bu nedenle, Dünya'nın yerçekimi etkisini basit bir hızlanan roket modeliyle  tam olarak tanımlamak mümkün değildir. 

 Yapılması gereken, Dünya'nın uzay-zamanın geometrisini tam olarak nasıl değiştirdiğini bulmaktır. Einstein, 1907'de denklik ilkesini önerdiğinde başlayarak, bu problemle uzun süre mücadele etti. Birçok yanlış başlangıçtan sonra, nihayet 1915'te eksiksiz bir teori elde etmeyi başardı. 

  Bu süreçte birçok bilim insanı  aynı amaç için çalıştı. Önemli bir tarihsel kayıt olarak, ünlü matematikçi David Hilbert'in aralarında olduğu ve genel görelilik denklemlerini Einstein ile neredeyse aynı anda  elde ettiği belirtilmelidir. 

 Genel görelilik teorisi, doğrudan denklik ilkesinden çıkarılamaz. Einstein'ınkinden farklı olan, ancak aynı denklik ilkesiyle uyumlu olan görelilik teorileri vardır. Bunlar farklı teoriler; ama hepsi Dünya ve Güneş gibi nispeten düşük kütleli nesnelerin etkileri hakkında benzer tahminlerde bulunuyor. Yani elimizdeki kaynaklarla hangisinin yanlış olduğunu çözemiyoruz. Ancak, "genel görelilik" kelimesine gelince, insanlar genellikle Einstein'ın teorisini anlarlar. 

 Teori bunu fazlasıyla söylüyor. Her nesne, bulunduğu uzay-zamanı değiştirerek bükülmesine neden olur. Bu değişim konu çevresinde oldukça güçlü olmakla birlikte zayıflayarak uzaklara yayılmaktadır. 

 Yerçekiminin havayı nasıl düzenlediğini gördük. Uzay için de benzer bir etki var. Bu durumda bildiğiniz birçok geometri kuralı değerini kaybedecektir. Örneğin, bir kürenin yarıçapı ile alanı arasındaki ilişkiyi ele alalım. Yerçekimi nedeniyle, Dünya'nın toplam  alanı, gerçek yarıçapından bulacağınızdan milyonda 300 parça daha azdır. Bu da yaklaşık 2 milyon metrekareye denk geliyor. 

  Bu tür sonuçlar düzlemsel olmayan eğri geometride çok yaygındır. Örneğin, bir kürenin yüzeyinde yaşayan iki boyutlu organizmaları düşünün. Bu yüzeyden  çıkamadıkları için doğal olarak  bu yüzey üzerine çizdikleri çizgileri ölçerek uzunluklarını bulurlar. Bunlar için  doğru, iki noktayı birleştiren en kısa çizgidir. Bu uzaydaki doğrular (boylam ve ekvator gibi) küreyi iki eşit  parçaya bölen dairelere karşılık gelir.  

 Bu yaratıklar da çemberi benzer bir şekilde tanımlarlar. Yani, noktalar seçilen bir noktadan eşit uzaklıkta olduğunda. Planda geçerli olan olağan formülleri kullanarak bu dairelerin çevresini ve alanını hesaplamak mümkün değildir. Ölçülen uzunluk ve alan bu formüllerden daha küçüktür. 

 Ayrıca zıt nitelikteki alanlar da vardır. Örneğin semer şeklindeki bir mekanda seçili merkezden uzaklaştıkça düz bir mekanda beklediğinizden daha büyük bir alanla karşılaşırsınız.

  Yerçekiminin etkisi altında cisimler etraflarındaki uzayı ve zamanı, kısacası uzay-zamanı bozarlar. Yani düzlem geometriden uzaklaşıyoruz. Bu nedenle, diğer hareketli nesneler kaçınılmaz olarak bu eğrilikten etkilenir. 

 Uzay-zaman tamamen düz olsaydı, üzerinde hiçbir kuvvet olmayan nesneler veya ışık düz bir çizgi boyunca hareket ederdi. 

  Aynı şey eğri uzay-zaman için de geçerlidir. Üzerine herhangi bir kuvvet etki etmeyen nesneler veya ışık, "düz bir çizgi" boyunca, yani mümkün olan en kısa yolda hareket edecektir. Eğrilik nedeniyle, bu yollar artık farklıdır. 

 Hatırlanması gereken önemli bir ayrıntı, görelilik teorisinin 4 boyutlu uzay-zamanın geometrisi ile ilgili olduğudur. Uzay-zaman olaylarında noktalar diyoruz. Olaylar kısaca belirli bir yere (yani uzayda bir noktaya) ve belirli bir zamana karşılık gelir. Uzay-zamandaki düz bir çizgi aynı zamanda iki olayı birbirine bağlayan "en kısa yoldur". Bu nedenle yanında gördüğünüz görüntü zamanı hesaba katmadan sadece uzayın eğriliğini gösterdiği için bahsettiğimiz konuyu tam olarak yansıtmamaktadır. Bu fotoğrafları çok ciddiye almayın, onlara kötü örnek olarak davranın. Yine aynı farktan dolayı, uzay-zamandaki çizgiler, yani en kısa çizgiler, sadece uzayda çizildiklerinde açıkça eğri görünürler. 

 Bu nedenle, ışığın veya dünyaya düşen nesnelerin yolları, aslında en kısa uzay-zaman yollarının uzaya doğru izdüşümleridir. Aslında, Dünya bu nesnelere herhangi bir kuvvet uygulamaz. Bunlar ücretsiz aktivitelerdir. Ancak, zorunlu olarak kavisli bir yörüngeyi takip etmeleri gerekir, çünkü Dünya, içinde bulundukları uzay-zamanı düzenler. 

 Genel görelilikte yerçekimini bu şekilde açıklıyoruz. Nesneler birbirlerine doğrudan  bir kuvvet uygulamazlar. Sadece çevrelerindeki uzay-zamanı değiştirirler ve bu eğri uzay-zamanda farklı bir hareket sunarlar. Sonuç, cisimlerin uzay-zaman yoluyla dolaylı etkileşimidir. Ve aradaki ortamı algılayamadığımız için, birbirlerine çekildikleri izlenimini ediniriz. 

 Işık, aynı nedenle, uzay-zamanın eğriliği nedeniyle, yerçekimi tarafından yolundan sapar. Bu sapmanın ışıkla, onun maddi yapısıyla hiçbir ilgisi yoktur. Işık hızında hareket eden kütlesiz tüm parçacıklar  aynı yolu takip eder ve yollarından saparlar. 

 Son olarak, uzay-zamandaki eğriliğin sadece nesnelerin kütlelerine değil, aynı zamanda hareketlerine de bağlı olduğu belirtilmelidir. Sabit bir Dünya ve dönen bir Dünya, uzay-zamanı farklı şekillerde çarpıtacaktır. 

 Aynı nedenle, ışık uzay-zamanı büker. Işık Dünya'ya yaklaştıkça, Dünya  etkilenir ve yörüngesinden ışığa doğru sapar. İki ışık darbesi aynı şekilde etkileşebilir.

  Genel görelilikte uzay-zaman artık pasif bir ortam değildir. Fiziksel olaylara aktif olarak katkıda bulunur ve bunlardan etkilenir. Alternatif olarak uzay-zamanın eğriliğinin enerji taşıdığını ve bu enerjinin yerçekimi dalgalarıyla çok uzaklara iletildiğini de söyleyebiliriz. 

 Büyük bir nesne hareket ettiğinde etrafındaki eğrilik  zamanla değişir. Bu eğrilik değişiklikleri uzayda dalgalar halinde  yayılır. Bu dalgalara yerçekimi dalgaları diyoruz. Genel görelilik, bu dalgaların ışık hızında hareket edeceğini söylüyor. 

  Girişte bahsettiğimiz Newton'un yerçekimi kanunundaki zaman problemi bu şekilde çözülür. Her iki nesnede de bir değişiklik varsa, bu nesnenin uzay-zamandaki eğriliği her yerde anında değişmez. Değişim, yerçekimi dalgaları yoluyla ışık hızında yayılır. Bu dalgalar diğer cisme ulaşana kadar diğer cisim değişimden etkilenmez. 

 Yerçekimi dalgalarının var olduğunu gösteren dolaylı  deneyler de vardır. 1974'te dönen bir atarcaya sahip sıradan bir yıldızı  incelemeye başlayan Princeton Üniversitesi'nden Hulse ve Taylor, torkun dönüş süresinin zamanla uzadığını buldu. Daha sonra bunun, çiftin enerji kaybetmiş yoğun yerçekimi dalgaları yaymasından kaynaklandığını fark ettiler. Bu, çiftin hareketini yavaşlattı. Hulse ve Taylor, göreliliğin bu çok farklı tahminini desteklemek için dolaylı olarak da olsa çalışmaları nedeniyle 1993  Nobel Ödülü'ne layık görüldü. Günümüzde pek çok araştırmacı bu dalgaların doğrudan gözlemlerini yapıyor ancak hala somut bir  sonuç yok. 

  Genel görelilik, Newton'un yerçekimi yasasını da değiştirir. Kanundaki bu değişiklik, güneş sistemindeki nispeten düşük kütleli nesneler için oldukça küçük düzeltmeler sağlar. Çok zayıf olmasına rağmen, bu etkiler Merkür gezegeninin yörüngesinde  tespit edilmiştir.

  Newton'un yerçekimi yasasına göre, tüm gezegenler  periyodik bir eliptik yörüngeyi takip etmelidir. Bu nedenle, gezegen başlangıçta belirli bir noktadan geçtiğinde, Güneş'in etrafında bir tur attıktan sonra tam olarak o noktaya geri dönmelidir. 

 Ancak genel görelilik  bunun tam olarak olmayacağını, gezegenin bir devrimden sonra biraz daha ileri bir noktaya ulaşacağını söylüyor. Bu nedenle, gezegenin yörüngesi kapalı bir elips değildir. Başka bir deyişle, yörünge ileri doğru yavaşlar. Merkür'ün yörüngesinden bu tür sapmalar, görelilik teorisi geliştirilmeden yaklaşık 50 yıl  önce fark edildi. Ölçülen sapmanın çoğu başka nedenlerle açıklanabilir, ancak bu şekilde açıklanamayan önemli bir kısım var ki bu o zamanlar büyük bir sorun olarak görülüyordu. Einstein, söz konusu kısmın  genel göreliliğin Newton yasalarına uyarlanmasından kaynaklandığına dikkat çekti. Bu, teorinin ana başarılarından biridir.