04 Ekim 2020

Uzay-zaman ve ötesi

Uzay-zaman bükülmeseydi bugünkü evren olmazdı. Onun evrenin sonunu da belirleyeceğini tahmin etmek zor değil

Evreni anlamak istiyorsak önce "uzay-zaman"ı anlamamız gerekiyor.

Bizim klasik gerçekliğimiz, üç uzay boyutu ile zaman boyutundan oluşur. Yani dört boyutlu bir gerçeklik algısı içinde bulunuyoruz.

Çoğu zaman uzay denildiğinde doğa olaylarının oluştuğu, üzerinde durduğumuz dış mekan anlaşılır: Düz, katı, her zaman aynı, bir anlamda tüm doğal olayların meydana geldiği arka plan, bizlerin üzerinde olmak zorunda olduğumuz bir dekor.

Zaman ise tüm doğal olgu ve olayların, her şeyin, hepimizin kontrol edildiği mutlak, tek yönlü, kontrol dışı ve sürekli akan bir saat gibi algılanır.

Ancak bu algı bir yüzyıl önce dramatik bir şekilde değişecektir. Albert Einstein'ın bize söylediğine göre uzay ve zaman ayrı boyutlar değil, uzay-zaman (space-time) olarak birlikte ve sürekli bir yapıdır ve evrenin dokusunu oluşturmaktadır.

Yani, uzay-zaman bir anlamda evrenin kendisidir.

Peki, evrenin bugünkü yapısı nasıl oluştu?

Bu öykü için başa dönüyoruz: Hiçbir şeyin olmadığı, zamanın bile olmadığı ana.

Biliyoruz ki, uzay-zaman bir anda ve birlikte büyük ve çok sıcak bir patlamayla oluştu ve ışık hızından daha büyük bir hızla genişlemeye başladı.

Fizik kuralları ihlal edildi mi?

Hayır: Burada bir yer değiştirme yok, genişleyen şey uzay-zamanın kendisi.

Ancak bu genişleme homojen değildi ve genişleyen uzayda dalgalanmalara neden oldu.

Genişleme ile sıcaklık azalırken enerji maddeye dönüştü ve homojen olmayan bölgelerde hızlı yoğunlaşmalar meydana geldi. Bu bölgeler yıldızların oluşumunu, galaksileri ve dolayısıyla bir kozmik mimari tasarım yapılmış gibi günümüz evreninin oluşumunu sağladı.

O kozmik mimar ise uzay-zamanın kendisiydi.

Kütlesel çekim

Burada uzay-zamanı esnek, daha az katı, bükülebilir, başlangıcı olan veya sonlanabilir bir yapı olarak düşünmeliyiz. Bu esnek yapısı nedeniyle kütlesi olan her şey uzay-zamanı bükebiliyor.

Bu, bir trapezcinin ağa düşmesine benzer bir şey. Düzgün duran ağ, trapezcinin düşmesi ile eğrilir ve çukurlaşır. İki trapezci varsa ağdaki bozulma daha fazla olur. Yani, kütle ne kadar büyükse bükülme o kadar büyük olur. Bu durumda ağ üzerinde yakınlarda bulunan daha az kütleli bir başka cisim trapezcilerin ağ üzerinde oluşturduğu eğrilik boyunca bir hareket kazanacaktır.

 

Ağ üzerindeki trapezci örneği gibi bizim yerküremiz de uzay-zaman dokusu üzerinde benzer türde bir bükülme yaratıyor. Bizler, yani minik kütleli cisimler bu bükülme doğrultusunda yerin merkezine doğru ivmeleniyoruz.

Buna biz "yerçekimi" diyoruz.

Bu çekim, kara delik gibi çok büyük kütleli cisimlerde öyle güçlüdür ki ışığı bile bükebilmektedir.

Uzay- zamanın bükülmesinin bir sonucu olarak ortaya çıkan bu güçlü etki "kütlesel çekim" olarak tanımlı, aynı zamanda nesnelerin hareketini de belirliyor.

Kütleçekimsel merceklenme ve kütleçekim dalgaları

Kütlesel çekimin ışığı bükebilme etkisi, Einstein’in Genel Görelilik Kuramı'nın öngörüleri içinde olmakla birlikte gözlemlerle doğrulanması, ilk kez 1979 yılında gerçekleşti. Bir ikiz kuasar sistemi, arka planından gelen ışığı bükerek bir mercek etkisi yaratıyordu.

 

Bu olay, ışığın bükülmesinin dolayısıyla uzay-zamanın bükülmesi olgusunun ilk gözlemlenmesiydi ve "kütleçekimsel merceklenme" olarak tanımlandı.

Bir başka kanıt 2015 yılında geldi: Birbirinin etrafında dönmekte olan iki karadeliğin uzay-zamanda oluşturduğu dalgalarının varlığı bir başka çarpıcı keşif oldu.

Aslında Genel Görelilik Kuramı, uzay-zaman tanımına bağlı olarak bu dalgaların varlığını öngörüyordu. Dahası uzay, aynı bir okyanus örneğinde olduğu gibi kütle-çekim dalgaları ile dolu olmalıydı. Ancak bu dalgalar Dünya'ya ulaştığında çok zayıf ve çok kısa süreliydiler, dolayısıyla varlıklarını saptamak teknolojik olarak imkansız görünüyordu.

2015 yılında gerçekleşen bu keşif, tam 100 yıl önce Einstein'ın ileri sürdüğü öngörüyü kanıtlamış oldu.

Kütle çekim dalgaları, bize uzay- zamanda oluşan dalgalanmayı göstermesi açısından olduğu kadar, bu dalgaların izini sürerek evrenin ilk anlarına ilişkin bilgilere ulaşabilme potansiyeli içermesi açısından çok önemli bir keşifti.

Zamanda bükülme

Uzay-zamanda bükülme yalnızca uzayı değil zamanı da bükmektedir. Kara delikler uzay-zamanı öylesine bükerler ki, zaman durma noktasına kadar yavaşlar ve zamanda geleceğe gitmeyi mümkün hale getirebilir.

Nasıl mı?

Bir uzay aracına biner ve en yakın karadeliğe gidersiniz, biraz olay ufkunun etrafında oyalanırsınız. Geri döndüğünüzde belki de onlarca yıl geçmiş olur, yani artık gelecektesinizdir.

Uzay-zamanda bükülmenin zaman üzerindeki etkisi yaşlanmamızı da kontrol ediyor, yerçekimi bunun temel nedeni. Yerçekiminin daha fazla olduğu deniz seviyesine yakın yerlerde olanlar daha az yaşlanıyor, yüksek tepelerde olanlar ise daha hızlı. Çok küçük olsa da zamandaki bu farklılığı ölçebilecek saatlerimiz var.

Bu zaman farklılığı uydu sistemler için de büyük sorun. Uydulardaki saatler ile Dünya zamanı bu nedenle sürekli düzeltilmek zorunda.

Yani, zamanda bükülme bir fantezi değil!

Uzay-zaman bükülmeseydi bugünkü evren olmazdı. Onun evrenin sonunu da belirleyeceğini tahmin etmek zor değil.

Çok değil, 100 yıl öncesine kadar tüm bunlardan habersizdik. Şimdi yalnızca uzayda değil, zamanda yolculuğu bile düşünür olduk.

Yerkürenin uzay-zaman dokusunu bükerek oluşturduğu çukurda, onun merkezine ivmelenmiş biz minik varlıklar için tüm bunlar biraz fazla görünüyor, değil mi?


Kaynakça

Yazarın Diğer Yazıları

Kilonovalar ve insanın ölümcül tutkusu "altın"

Altın, tüm zamanlarda ihtişamın, zenginliğin, soyluluğun, zalimliğin, insanın bitmez tükenmez açgözlülüğü ve hırsının sembolü olmuştur. Bu güdülerinin esiri altında insan çılgınca bu elementin peşinde koşmuş, uğruna savaşlar çıkarmış, cinayetler işlemiş...

Zihnimizdeki resimler ve Dorian Gray'in Portresi

Kişiler gözümüzün önünde onların aynadaki görüntüleri ile değil, beynimizde yüklü özellikleri ile canlanır. Nasıl görünürlerse görünsünler zihinlerdeki resim bu algılara göre şekillenir

Tek elektron evren

Wheeler haklıysa, bizler bilinçli gözlemciler olarak gerçekliğimizin yaratıcıları mı oluyoruz? Ya da evreni görselleştirme sürecinin katılımcıları mı, tabii kapasitemiz ölçüsünde!