24 Mayıs 2020

Kütleçekim dalgaları: Evreni anlamada yeni bilgi kaynağımız

Solucan delikleri; onlar da uzay-zamanın bir bükülmesi ise, kütle çekim dalgaları bize bunları aydınlatabilecek bilgiler verebilecek midir? Muhtemelen evet!

Öyle gelişmeler yaşıyoruz ki, bilim kitaplarının gözden geçirilmesi bir yana, belki de tümüyle yenilenmesi gerekecek.

Özellikle 2012'de Higgs Bozonu'nun bulunması ve ardından 2015'te kütleçekim dalgalarının gözlenmesi bilim tarihinde ve yaşamımızda çok önemli başlangıçların habercisi olarak kabul görüyor.

Bugüne kadar evren hakkında edindiğimiz tüm bilgileri, içinde görünür ışığın da yer aldığı elektromanyetik spektrum yardımıyla edindik.

Şimdi elektromanyetik dalgaların dışında yeni bir bilgi kaynağına daha sahibiz.

Kütleçekim dalgalarının kaynağı

Aslında kütleçekim dalgalarının varlığı veya olması gerektiği tam 100 yıl önce Albert Einstein tarafından ileri sürülmüştü.

Einstein'ın 1916 yılında bilim dünyasına sunduğu Genel Relativite Teorisi, uzay-zaman tanımı ile kozmolojiye farklı ve devrimsel bir bakış getiriyordu. Buna göre uzay ve zaman birlikte ve tek bir boyut olarak evrenin dokusunu oluşturuyor ve "kütlesel çekim" de uzay-zamanda oluşan bükülmenin bir sonucu olarak tanımlanıyordu.

Uzay-zamanda bükülmeyi anlayabilmek için uzay-zamanı, yani evrenin dokusunu, esnek ama gergin bir örtü gibi düşünebiliriz. Bu esnek örtünün üzerine bırakılan ağır bir cismin örtü üzerinde yarattığı bükülmeye benzer şekilde kütleli gök cisimleri de esnek uzay-zaman dokusu üzerinde bükülmelere neden olurlar.

Einstein'a göre, kütlesel çekimin kaynağı uzay-zamanda oluşan bu bükülmelerdir. 

Dolayısıyla Dünya üzerinde deneyimlediğimiz yerçekimi, yerkürenin uzay-zaman dokusu üzerinde oluşturduğu bükülmenin bir sonucudur.

Kurama göre, gök cisimleri hareketleri sırasında uzay-zaman dokusunda dalgalanmaya neden olurlar ve oluşan enerji, aynı bir deniz üzerinde hareket halinde olan büyük bir geminin oluşturduğu dalgaların yayılması gibi, kaynaktan dışarıya doğru dalga formunda yayılır.  

Dev yıldızların çökmesi ile oluşan karadelikler uzayda en büyük kütleye sahip gök cisimleridir. Böylesine dev kütleli bir karadelik uzay-zamanda büyük ve derin bükülmeler yaratırlar. Birbirlerinin yakınında olan iki karadelik, eğer birbirlerinin çekim alanı içine girerlerse büyük hızlarla birbirlerinin etrafında dönmeye başlarlar ve uzay-zamanda dalgalanmaya neden olurlar. Bunun sonucu ortaya çıkan devasa miktarda enerji kütle çekim dalgaları ile uzaya yayılır.

LIGO kütleçekim dalgalarını saptadı

Einstein'a göre uzay kütle-çekim dalgaları ile doluydu, ancak bu dalgaların varlığını saptamak imkansızdı. Çünkü bu dalgalar Dünya'ya ulaştığında çok zayıftılar ve çok kısa süreliydiler. Dolayısıyla saptanmaları çok zordu, elbette o günün teknolojisine göre!

Günümüz teknolojisi ile donanımlı LIGO Kütleçekim Dalga Gözlemevi (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory), 2015 yılında iki karadeliğin oluşturduğu kütleçekim dalgalarını saptayarak Einstein'ın tam 100 yıl öncesinde ileri sürdüğü öngörüsünü kanıtlamış oldu.

LIGO, kütleçekim dalgalarının varlığını araştırma amacıyla kurulmuş bir gözlemevi ve çok hassas ölçüm yapabilen bir deney düzeneğine sahip. Dalgaların girişim özelliğine dayanarak ölçüm yapabilen bu düzenek, son derece gelişmiş lazer sistemleri ve olağanüstü pürüzsüz aynalardan oluşuyor.

LIGO’nun 2015 yılında kaydettiği sinyal çok kısa süreli olmakla birlikte doğrudan kütleçekim dalgalarının varlığını göstermekteydi. Ayrıca bu olayla birlikte ilk kez iki karadelikten oluşan bir sistem de gözlenmiş oluyordu. Güneş kütlesinin yaklaşık 30 katı büyüklüğünde iki kara delik birleşerek ışık hızı ile yayılan çok güçlü kütleçekim dalgaları oluşturmuşlardı.

Bulgular kozmolojide devrimsel bir buluş olarak kayıtlara geçti.

2017 yılı Nobel Fizik Ödülü, bu büyük keşif nedeniyle LIGO'ya verildi. Ödül, deneylerin tasarım ve uygulayıcısı olan üç bilim insanı Barry Barish, Kip Thorne ve Rainer Weiss arasında paylaşıldı.

LIGO'nun bulguları, Einstein'ın "anlaşılması ve kanıtlanması" en zor görünen öngörülerini kanıtlar niteliktedir.

Neydi bu öngörüler:

  1. İlk kez kütle çekim dalgalarının varlığı kanıtlandı. Beraberinde evrenin sonlu ve genişlemekte olduğu öngörüsü de kanıtlanmış oldu. Evrenin sınırları olduğu görüşü önem ve anlam kazandı.
  2. Yine ilk kez kara deliklerin varlığı net bir şekilde ortaya kondu. Ayrıca iki karadeliğin birbirine yaklaşarak tek bir karadelik oluşturması tezi de doğrulandı.

Kütle çekim dalgaları, yakın gelecekte bizlere evren ile ilgili başka bilgiler de sağlayacaktır.

Örneğin solucan delikleri; onlar da uzay-zamanın bir bükülmesi ise, kütle çekim dalgaları bize bunları aydınlatabilecek bilgiler verebilecek midir?

Muhtemelen evet!

Stephen Hawking'e göre bu dalgalar sayesinde evrenin çok erken dönemlerini anlama ve kozmik kalıntıları gözlemleme şansımız da olabilecek.

Öyle anlaşılıyor ki, ışık ve elektromanyetik spektrumdan sonra kütleçekim dalgaları evreni anlamada bizim yeni gözümüz olacak!


Kaynakça

Yazarın Diğer Yazıları

İnsanın uzaya çıkışının 60. yılı ve "Space Doggity" Laika

Gagarin'in ölümü sarsıcı oldu ama zihinlerde Laika vardı. Biliyorlardı ki Laika'nın yolcusu olduğu Sputnik 2 geri dönmemek üzere tasarlanmıştı. Ve dönmedi de

İnsan adıyla yaşar: Özgen Berkol Doğan

Baba Nevzat Doğan ve anne Ferhan Doğan, evlatlarının anısını yaşatmak adına bir kitaplık oluşturuyorlar. Bu oluşum sonraları büyüyerek bir kütüphaneye dönüşüyor. Evlatlarını yaşatmak için bundan daha özel bir şey yapılabilir miydi?

Çoklu evrenler ve Everett yorumu

Beynimizin çalışma biçimini oluşturan klasik algoritma, Kuantum Kuramı'nı anlamamızın önünde ciddi bir engel oluşturuyor. Öte yandan bu kuramın kaynağının da insan aklı olduğunu unutmayalım...