Yerçekimi nedir, neden var ve neden yukarı itmek yerine aşağı çekiyor? Elektromanyetizma, güçlü ve zayıf nükleer kuvvetler ve yerçekimi evrendeki 4 temel kuvvetten biri. Kütlesi veya enerjisi olan şeylerin birbirini çekmesinin nedeni yerçekimidir. Elmaların yere düşmesinin ve gezegenlerin yıldızların yörüngesinde dönmesinin nedeni bu. Mıknatıslar bazı metal türlerini çekerken diğerlerini itiyor. Öyleyse evrende neden yalnızca aşağı çekim var? Diğer adıyla kütle çekim nedir öğrenelim.
Uzayzaman Nedir?
Bunun cevabını Albert Einstein buldu ve 1915'te genel görelilik teorisini yayımladı. Yerçekiminin aşağı doğru çekmesinin nedeni Dünya gibi kütlesi olan tüm nesnelerin aslında uzayzaman denen evrenin dokusunu bükmesi ve eğmesidir. Yerçekimi olarak hissettiğimiz şey bu eğimdir.
Yerçekiminin karmaşık dünyasına girmeden önce uzay-zamanı anlamanız gerekiyor. Uzayzaman tam olarak kulağa geldiği gibi: Uzayın üç boyutuna – uzunluk, genişlik ve yükseklik – dördüncü bir boyut olan zaman ekleniyor. Einstein çok parlak bir matematik kullanarak zamanın da evrendeki fizik yasalarının parçası olduğunu fark eden ilk kişi oldu.
Bunun anlamı, uzay ve zamanın bağlantılı olmasıdır: Uzayda gerçekten hızlı hareket ederseniz, yavaş hareket eden birine kıyasla zaman sizin için yavaşlar. Bu nedenle uzayda çok hızlı hareket eden astronotlar, Dünya'daki insanlardan biraz daha yavaş yaşlanır.
Madde Yerçekimi Kuyusu Oluşturur, Yerçekimi Tepesi Değil
Yerçekimi, uzayzamanın bükülerek kavis alması ve etraftaki nesnelerin bu kavise "düşmesi" fikridir. Albert Einstein genel göreliliği bulduğunda, evrendeki her şeyin uzayzamanı bükebileceğini gösterdi. Bunlar fizik terimleriyle kütle ve enerjidir. Beynimiz genellikle dünyayı üç boyutlu olarak düşündüğünden uzay-zamanın dört boyutunu birden düşünmek zor olabilir.
Fikri görselleştirmeyi kolaylaştırmak için bir trambolinin yüzeyini düşünün. Üzerinde hiçbir şey yokken düzdür. Ama trambolinin üstünde durursanız ayaklarınızın etrafı çöker ve merkezde sizinle birlikte bir çukur oluşur. Trambolinin üzerinde top varsa ayağınıza doğru yuvarlanır. Yerçekimi işte böyle işliyor.
Kütleniz trambolini gerer ve yerçekimi kuyusu dediğimiz, topun yuvarlanma yolunu oluşturur. Uzay-zamanın nasıl çalıştığının iki boyutlu bir örneği. Dünya gibi ağır bir cismin yarattığı eğim bizim gibi hafif şeyleri ona doğru çekiyor.
Kütle, Zamanı da Büküyor
Uzay ve zaman bağlantılı olduğundan ağır nesneler zamanı da gerer. Ne kadar ağırsanız trambolinin kenarları o kadar diktir. Evrendeki gerçekten büyük kütleli şeyler – Güneş veya kara delik gibi – Dünya ile kıyaslanamaz güçte yerçekimine sahip. Bunlar uzaydaki zamanı o kadar geriyor ki o bükülen alandaki zaman diğer yerlere göre daha yavaş geçiyor. Tıpkı kara deliğe yakın bir gezegende geçen birkaç dakikanın Dünya'da (veya başka bir yerde) birkaç yıla eşit olabileceği gibi. Zaman da tıpkı bir madde gibidir.
Sonuç
Birinin trambolinin altına girdiğini ve sizi yukarı ittiğini hayal edin. Top uzağa yuvarlanacaktır. Bu durumda yerçekimi kuyusu değil, yerçekimi tepesi oluşur. Bilim adamlarının bildiği kadarıyla madde evrende daima çökerek yerçekimi kuyusu oluşturuyor. Evrende yerçekiminin nesneyi yukarı ittiği egzotik madde veya enerjiden yapılmış şeyler olabilir ancak şimdiye kadar hiç kimse yerçekiminin nesneleri uzaklaştırdığı bir olaya rastlamadı.
Yerçekiminin Keşfi
Dünya'yı tanımlamaya çalışan antik bilim adamları, nesnelerin neden yere düştüğüne dair kendi açıklamalarını geliştirdi. Yunan filozof Aristoteles (MÖ 384-322) nesnelerin evrenin merkezine doğru hareket etme eğilimine sahip olduğunu söyledi. Merkezi ise Dünya'nın ortası belirledi.
Ancak daha sonraki bilginler Dünya'nın evrenin merkezinde olmadığını fark ederek özellikle bazı dini görüşleri çürüttü. Polonyalı bilgin Nicolaus Copernicus (1473-1543) Güneş'i tüm sistemin merkezine aldığında gökyüzündeki gezegenlerin hareketlerinin çok daha anlam kazandığını fark etti.
İngiliz matematikçi ve fizikçi Isaac Newton (1643-1727) Copernicus'un bu kavrayışını genişletti ve Güneş'in gezegenleri çektiğini ve tüm nesnelerin birbiri üzerine çekim kuvveti uyguladığını belirtti. 1687'de yazdığı ünlü "Doğa Felsefesinin Matematiksel İlkeleri" adlı incelemesinde yerçekimi yasasını duyurdu ve şu şekilde yazdı: Fg = G (m1 ∙ m2) / r2. Denklemde F yerçekimi kuvveti, m1 ve m2 iki cismin kütlesi ve r aradaki mesafedir. Yerçekimi sabiti G'yi ise değeri deney yoluyla keşfedilmesi gereken sabit değer olarak açıkladı.
1798'de İngiliz fizikçi Henry Cavendish dünyanın ilk yüksek hassasiyetli deneylerinden birini yaparak yerçekimi sabiti olan G'nin değerini belirledi. Sonucu %99 oranında doğruydu ve modern deneyler ile kesin değere ulaşıldı. Cavendish, ince bir tel ile yatay olarak asılmış kirişin uçlarına iki küçük kurşun top bağladı ve burulma tartısı denilen cihazı yaptı. Küçük topların her birinin yanına küre şeklinde büyük bir kurşun ağırlık yerleştirdi. Ağır kurşun ağırlıklar küçük kurşun topları yerçekimsel olarak çekti ve telin çok az bükülmesini ve G'nin hesaplanmasını sağladı.
Alman fizikçi Albert Einstein (1879-1955) yerçekimi anlayışımızdaki bir sonraki devrimi başlattı. Genel görelilik teorisi, yerçekiminin uzay-zamanın eğriliğinden kaynaklandığını, yani bu eğriliği takip eden ışık ışınlarının bile aşırı büyük nesneler tarafından büküldüğünü gösterdi. Einstein'ın teorileri bir kara deliğin – yüzeyinden ışığın bile kaçamayacağı kadar büyük kütleli göksel cismi – varlığına dair teori geliştirmeyi sağladı. Newton'ın evrensel yerçekimi yasası kara delik gibi cisimler için geçerli olmuyordu.
Aslında Yerçekimi Yok mu?
Yerçekimi bilim adamlarını şaşırtmaya devam ediyor. Bilinen neredeyse tüm parçacıkların ve kuvvetlerin hareketini tanımlayan parçacık fiziğinin Standart Modeli yerçekimini dışarıda tutar. Işık, foton adı verilen bir parçacık tarafından taşınırken, fizikçiler, yerçekiminin graviton denilen eşdeğer bir parçacık olup olmadığını araştırıyor.
20. yüzyıl fizik camiasının bir diğer büyük keşfi olan kuantum mekaniği yine yerçekimiyle uyumsuzdur. Ancak yerçekimi hala keşifler yapmayı sağlıyor. 1960'larda ve 70'lerde gökbilimciler Vera Rubin ile Kent Ford, galaksilerin kenarındaki yıldızların yörüngede mümkün olandan daha hızlı döndüğünü fark etti. Sanki görünmeyen bir kütle yerçekimsel olarak onları çekiyordu. Bu keşfe şimdi karanlık madde deniliyor.
Bilim adamları Einstein'ın görelilik kuramındaki bir başka sonucu da kanıtladılar: Nötron yıldızı ve kara delik gibi büyük nesneler birbirinin etrafında döndüğünde yerçekimi dalgaları yayıyor. "Lazer İnterferometre Kütle Çekim Dalga Gözlemevi" (LIGO) 2017 yılından başlayarak bu tür olaylardan yayılan son derece zayıf sinyalleri tespit edip evrene dair yeni bir pencere açtı.
Yerçekimi Hakkında Sık Sorulanlar
Yerçekimi nedir?
Yerçekimi, kütlesi olan nesneleri birbirine doğru çeken temel bir doğa kuvvetidir. Gezegenlerin yıldızlar etrafındaki yörüngeleri ve Dünya üzerindeki nesnelerin hareketi gibi olgulardan sorumludur. Graviton adı verilen parçacıklar aracılığıyla gerçekleşir ve ters kare yasasını takip eder, yani yerçekimi kuvveti mesafenin karesi ile azalır.
Yerçekimi nesnelerin hareketini nasıl etkiler?
Yerçekimi cisimlerin hareketini, birbirlerine doğru ivmelenmelerine neden olan bir kuvvet uygulayarak etkiler. Kuvvetin gücü cisimlerin kütlesine ve aralarındaki mesafeye bağlıdır.
Yerçekimi ile uzayzamanın eğriliği arasındaki ilişki nedir?
Albert Einstein'ın genel görelilik teorisine göre kütleçekimi, kütle ve enerjinin varlığından kaynaklanan uzayzaman eğriliğinden kaynaklanır. Kütlesi olan nesneler, uzay-zamanda diğer nesnelerin kendilerine doğru çekilmesine neden olan bir "çukur" yaratır.
Yerçekimi ışığın davranışını nasıl etkiler?
Yerçekimi ışığın eğri uzayzamandan geçerken bükülmesine neden olabilir. Bu etki yerçekimsel merceklenme olarak bilinir ve astronomik gözlemlerde gözlemlenmiştir.
Bilim insanları yerçekimini nasıl inceliyor?
Bilim insanları, gezegenlerin ve diğer gök cisimlerinin yörüngelerini gözlemlemek, Dünya'daki cisimlerin ivmesini ölçmek ve yerçekimi dalga dedektörleri gibi hassas aletlerle deneyler yapmak gibi çeşitli teknikler kullanarak yerçekimini incelerler.
Yerçekimi yıldızlar ve gezegenler gibi gök cisimlerinin yapısını ve davranışını nasıl etkiler?
Yerçekimi gök cisimlerinin yapısı ve davranışında kritik bir rol oynar. Yıldızların boyutunu, sıcaklığını ve parlaklığını belirler ve gezegenlerin yıldızlar etrafındaki yörüngelerini ve gezegenlerin etrafındaki uyduları yönetir.
Antik çağlardan modern fiziğe kadar yerçekimi anlayışımız zaman içinde nasıl değişti?
Yerçekimi anlayışımız, göksel hareketin ilk gözlemlerinden Newton'un yerçekimi yasalarına ve Einstein'ın genel görelilik teorisinden sicim teorisi ve döngü kuantum yerçekimi gibi modern gelişmelere kadar zaman içinde gelişmiştir. Yerçekimi çalışmaları fiziğin gelişiminde ve evreni anlamamızda merkezi bir rol oynamıştır.
LIGO nedir ve nasıl çalışır?
LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) yerçekimi dalgalarını tespit etmek için tasarlanmış büyük ölçekli bir fizik deneyidir. Her biri birkaç kilometre uzunluğunda iki kola sahip olan ve geçen yerçekimi dalgalarının neden olduğu mesafedeki küçük değişiklikleri ölçmek için lazerler kullanan L şeklinde iki dedektörden oluşur.
LIGO tarafından yapılan ilk tespit neydi ve bize ne söyledi?
LIGO tarafından yapılan ilk tespit, 2016 yılında açıklanan ikili bir kara delik birleşmesiydi. Bu gözlem, kütleçekim dalgalarının varlığını doğruladı ve daha önce sadece teoride kalan kara deliklerin birleştiğine dair ilk doğrudan kanıtı sağladı.
LIGO astrofizik ve kozmoloji anlayışımızı nasıl genişletti?
LIGO, kara delik birleşmeleri ve nötron yıldızı çarpışmaları gibi astrofiziksel fenomenleri yeni yollarla incelememizi sağlayarak bu nesnelerin oluşumu ve davranışları hakkında içgörüler sağladı. Ayrıca yerçekimi teorilerini test etmemize ve iyileştirmemize ve uzayzamanın doğasını keşfetmemize olanak sağladı.
LIGO ve yerçekimsel dalga tespitinin zorlukları ve sınırlamaları nelerdir?
Yerçekimi dalgalarını tespit etmek son derece zordur, son derece hassas ekipman ve teknikler gerektirir ve üretilen sinyaller genellikle çok zayıftır ve gürültüden ayırt edilmesi zordur. LIGO ayrıca yalnızca belirli bir frekans aralığındaki yerçekimi dalgalarını tespit ederek tespit edebileceği kaynak türlerini sınırlandırmaktadır.
Kaynaklar:
