Kategoriler
Bilim & İnsan

Yerçekimi: Nedir, neden var ve neden aşağı çekiyor?

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.

Uzay-zaman 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 uzay-zaman denen evrenin dokusunu bükmesi ve eğmesidir. Yerçekimi olarak hissettiğimiz şey bu eğimdir.

Yerçekiminin karmaşık dünyasına girmeden önce uzay-zamanı anlamanız gerekiyor. Uzay-zaman 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

Dünya uzay-zamanı büker, bu yüzden Dünya'ya doğru düşersiniz.
Dünya uzay-zamanı büker, bu yüzden Dünya'ya doğru düşüyoruz. (Görsel: Mark Garlick/Science Photo Library/Getty Images)

Yerçekimi, uzay-zamanın bükülerek kavis alması ve etraftaki nesnelerin bu kavise "düşmesi" fikridir. Einstein genel göreliliği bulduğunda, evrendeki her şeyin uzay-zamanı bükebileceğini gösterdi. Bunlar fizik terimleriyle kütle ve enerjidir. Beynimiz genellikle dünyayı üç boyutlu olarak düşündüğünden uzay-zamanın dört boyutunu birden düşünmek zor olabilir.

İLGİLİ:  Omega-3 ve balık yağlarının yararları

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.

İLGİLİ:  Dünya'daki en soğuk yerler

Yerçekiminin keşfi

nikolas kopernik
Kopernik'in doğduğu Torun şehrinde 1853 yılında dikilmiş heykeli, gökbilimciyi bir halkalı küreyi (tutulum çemberini içeren gökküre) tutarken gösteriyor.

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 Nikolas Kopernik (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) Kopernik'in 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.

İLGİLİ:  Zamanın ve saatin icadı ve tarihsel hikayesi

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.

Yazar Berkay Alpkunt

Coğrafya ve astronomi üzerine geniş kapsamlı içerikler hazırlıyor. Diğer ilgi alanları canlı hayatı, bilim tarihi ve ülkeler olarak sıralanır. Aynı zamanda bağımsız video oyunlarına ilgilidir.