Katalog

10 Genel Görelelik Kuramı 100 Yaşında CBT 1494/ 6 Kasım 2015 11 ve yanıtlanamayan GENEL GÖRELİLİK PENCERESİNDEN EVREN Bilim insanları Einstein’ın genel görelilik kuramından yola çıkarak, 100 yıldır evrenin bilinmeyen yönlerini aydınlatmaya çalışıyor: denklemlerini ilk kez Berlin’deki Prusya Bilimler Akademisi’nde bir dizi konferans ile bilim dünyasına sunar. Einstein genel görelilik kuramı yardımıyla, kütleçekimsel dalgaların varlığını öngörür. Bunlar, kütlesi olan cisimlerin birbirleriyle etkileşim içine girmesiyle uzayzamanda üretilen dalgacıklardır. 1916: 1915: Einstein, genel göreliliğin alan Einstein denklemlerine bir terim daha ilave eder. Kozmolojik sabit olarak bilinen bu terimi eklemesinin nedeni, ne genişleyen ne de daralan, statik bir evren yaratmak ve kütleçekimini dengelemektir. 1917: Arthur Eddington, Principe Adası’ndan izlenilen güneş tutulması sırasında Güneş’in kütlesinin ışığı büktüğünü gözlemler. Bu gözlem Einstein’in öngördüğü kütleçekimsel merceklenme etkisinin bir kanıtı gibidir. 1919: Alexander Friedmann ve Georges Lemaitre birbirlerinden bağımsız olarak Einstein’ın tekdüze genişleyen evrenini tanımlayan denklemine çözüm getirir. 1920’ler: terir. Bu da genişleyen evreninin ilk işaretidir. Einstein, kozmolojik sabitin hayatında yaptığı en büyük hata olduğunu söyler. 10 SORU FİZİK Edwin Hubble ve diğer kozmologlar çok uzaklardaki galaksilerin bizden giderek uzaklaştığını gös 1920’ler : Subrahmanyan Chandrasekhar, bazı kütlesel yıldızların, ışığın kaçamayacağı kadar yoğun cisimlere çökebileceğini gösterir. Bu cisimler daha sonraları karadelik olarak isimlendirilir. 1930: 6 “HİÇBİR ŞEYDEN” enerji elde edebilir miyiz? Kuramsal olarak, “boş” bir uzamda kuantum dalgalanmalarının dalgaboylarını yeterince sıkıştırabilirsek, bunları ışığa dönüştürebiliriz. Bu sorunun yanıtı “hiçbir şey”den ne anladığımıza bağlı. Bir fizikçiye vakumun ne olduğunu sorduğunuz zaman son derece faal durumda olan bir boşluk olduğunu söyler. Kuantum kuramına göre bir vakumun içinde dalgabenzeri alanlar sürekli olarak dalgalanır ve bu faaliyetlerin sonucunda ortaya parçacıklar ve eşdeğerleri antimadde çıkar. Bu maddeler bir kaybolup bir ortaya çıkar. Yıldızlararası uzayın derinliklerinde zilç denilen (sıfır veya hiç) çok sayıda bir şeylerin meydana geldiği biliniyor. Bu fikir bazı tuhaf öngörülerin yolunu açıyor. 1948 yılında fizikçi Hendrick Casimir, birbirine paralel iki metal levhayı bir vakumun içinde birbirine yakın bir şekilde yerleştirdiği zaman, levhaların yan taraflarında meydana gelen kuantum elektromanyetik dalgalanmaların, aralarında meydana gelen dalgalanmalardan daha fazla olduğunu ortaya çıkarttı. Bu alanda levhaların birbirine yakınlığı dalgalanmaların dalgaboylarını sınırlar. Böylece ortaya çıkan kuvvet iki levhayı da iter. Bu olguya Casimir etkisi adı verilir. Bu cılız bir kuvvet olsa da tespit edilebilir. Ve son günlerde Chris Wilson gibi fizikçiler, bir diğer eksantrik öngörüde daha bulundular. Bu öngörüye göre bu etki, gizli enerjiyi açığa çıkartmak için kullanılabilir. Dalgalanmaların levhaları çekmesine izin vermek yerine, hızlı bir şekilde levhaları kendi dalgaboylarını sıkıştırmaya zorlarsanız fotonların dışaCasimir rı çıkmasını sağlarsınız. Vakum Bu noktada sıkıntı şu: levhaları dalgalanmaları En küçük aynayı bile gerekli olan devasa hıza çıkartamazsınız. 2011 yılında Wilson ve meslektaşları, ışığın dörtte biri hızında yol alan küçük aynaların etkisini simüle etmek için hızla değişen elektrik akınlarını kullanarak dinamik Casimir etkisini test etti. Kuşkuya yer bırakmayacak şekilde bir çift foton vakumdan dışarı sıçradı. Her ne kadar minicik olsa da... Bu deney toplamda enerji üretmedi, zira üretilenden daha fazla enerji tüketildi. Fakat Casimir etkisinden yararlanabileceğimiz düşüncesinin kuramsal olarak mümkün olabileceğini gösterdi. Dalgalanan alanlara farklı yollarla müdahale etmenin bir yolu daha var: aynaların iç yüzeylerini işleyerek dışarı doğru bir basınç yaratmak ve bu basıncın iki nesneyi birbirinden uzaklaştırmasını sağlamak. Bu “ters Casimir etkisi”nden yararlanarak nano ölçekli cihazlar için anahtar üretilebilir. Ancak şu anda hareketli parçalar arasındaki elektrik yükü birikimi, bu etkiyi boğar. Bu da şimdilik sorunlardan yalnızca biri. Bazı fizikçiler, bırakın Casimir’in düz ve ters etkisini, hâlâ bir vakumun içindeki kuantum dalgalanmalarının gerçek olduğuna inanmak istemiyor Wilson, eleştirilere yanıt vermek için deneylerini yeniden gözden geçiriyor. Eleştiriler Wilson’ın yalnızca ısı enerjisi ürettiği yönünde... Eğer Casimir tarafından öngörüldüğü şekilde, Wilson üretilen parçacıkların birbirinin içine geçmiş olduğunu gösterebilirse, sıfırdan enerji çıkartıldığına ilişkin en inandırıcı kanıtı sağlamış olacak. Reyhan Oksay New Scientist, 5 Eylül 2015 1933: Fritz Zwicky, küme halindeki galaksilerin, görünmeyen bir maddenin kütleçekiminin etkisiyle dairesel olarak dönüyormuş gibi göründüğünü açıklar. Bu da karanlık maddenin varlığını kanıtlayan ilk ipucudur. Teorisyenlere göre big bang’in yoğun ve sıcak başlangıcından bu yana, evren genişliyorsa, arkasında bir ışıma bırakmış olması gerekir. Bu da daha sonraları kozmik mikrodalga arka planı olarak isimlendirilir. Arno Penzias ve John Wilson, rastlantısal olarak radyo anteninden gelen açıklanamayan bir gürültüyü incelediklerinde, bunun kozmik mikrodalga arka planı olduğunu keşfeder. Böylece göreliliğin “altınçağı” başlamış olur. 1940’lar: 1964: Vera Rubin galaksilerin pek çoğunun karanlık madde içerdiğine ilişkin ikna edici kanıtlar elde eder. Karanlık madde galaksilerin daha hızlı dönmesine neden olur. 1970’ler: Cygnus Takımyıldızı’nda X1 olarak bilinen bir cisimden yayılan X ışınları, karadeliğin içine çökmüş bir yıldızla ilgili ilk kanıttır. 1972: Russell Hulse ve Joseph Taylor bir çift nötron yıldızı keşfeder. Bu yıldızların yörüngeleri, kütleçekimsel dalga yaydıklarından enerji kaybediyormuş ve yavaşlıyormuş gibi görünür. 1974: Stephen Hawking kuramsal olarak kuantum etkilerinin karadelikleri buharlaştırabileceğini gösterir. Karadeliklerin yuttuğu maddenin ne olduğu konusundaki soruya yanıt olarak Hawking, kendi ismiyle anılan bir radyasyonu yaydıklarını ileri sürer. Alan Guth ve diğer kozmologlara göre evren, big bang’in ilk anlarında muazzam bir hızla genişleyerek düzgün bir hal alır. Buna enflasyon denir. 1974: 1980: Kozmik mikrodalga arka planını incelemek için NASA COBE uydusunu fırlatır. Uydu, büyük ölçüde homojen bir radyasyon alanı olduğunu ortaya çıkartır. Bu da enflasyona dayalı big bang fikrini destekler. 1989: GENEL GÖRELİLİĞİN 100. YILI: E Devrim yaratan kuramın eksikleri tamamlanıyor beslenen Einstein’ın özel görelilik kuramı, birbirleriyle göreceli hareket halinde olan iki gözlemcinin cetvelin uzunluğunu ve saatin tiktaklarını aynı şekilde algılamadıklarını ortaya çıkartmıştı. Einstein, genel görelilik kuramı için özel görelilik kuramı ile bir başka gözlemini birleştirdi: Kütlesi olan bir cismin üzerindeki kütleçekimi etkilerini, hız etkilerinden ayırt etmek olanaksızdır. Yaklaşık 10 yıllık bir hesaplamadan sonra ulaştığı sonuç ise şuydu: Kütleçekimi, bükülmüş uzayzamanın bir ürünüdür. Güneş’in Dünya’yı yörüngesinde tutmasının nedeni, Dünya’nın üzerinde fiziksel bir kuvvet uygulaması değildir; asıl neden Güneş’in kütlesinin çevresindeki uzayı bükmesi ve Dünya’yı o şekilde hareket etmeye zorlamasıdır. Fizikçi John Archibald Wheeler bu durumu şöyle ifade ediyor: “Uzay, maddeye nasıl hareket etmesi gerektiğini, madde ise uzaya nasıl bükülmesi gerektiğini söyler.” 1919 yılındaki güneş tutulması sırasında İngiliz astronom Arthur Eddington, Güneş’in kütlesinin Dünya’ya uzak Einstein’ın genel görelilik kuramı bir dehanın ürünüdür. İlk ortaya çıkışından bu yana aradan 100 yıl geçmesine karşın kuramın yarattığı çok sayıda soru hâlâ yanıtlanmış değil. Fizikçiler var güçleriyle Einstein’ın “Bitmemiş Kuramı”nı tamamlamaya çabalıyor. resmedilen karadeliklerdir –varlıkları kanıtlanmış olsa bile.. Bir diğer sorun da genel göreliliğin kuantum kuramı ile tam olarak uyuşmamasıdır. Tüm sorunlar bununla da bitmiyor; fizikçilerin kütleçekimsel dalgaları da doğrudan tespit edememiş olması rahatsızlığın sona ermesini engelliyor. Artık bir sonraki yüzyılda bu soruların yanıtlanacağına kesin gözüyle bakılıyor. Reyhan Oksay New Scientist, 10 Ekim 2015 instein’ın modern fiziğe katkıları tartışmasız emsalsizdir, ancak en önemlisi 1915 yılında Prusya Bilimler Akademisi’nde sunduğu genel görelilik kuramıdır. Genel görelilik kuramının kalbinde kütleçekimi kuramı yatar. Einstein büyük ölçekli gerçeklikte kütleçekiminin nasıl çalıştığını açıklarken, aslında dünya görüşümüzde devrim yaratmış oluyordu. 1915’ten 10 yıl önce, Einstein hareketin uzay ve zamanı nasıl büktüğünü açıklamıştı. 40 yıl öncesinde James Clerk Maxwell’in ortaya attığı elektromanyetik kuvvet kuramından KURAM MÜKEMMEL Mİ? yıldızlardan gelen ışığı nasıl büktüğünü gözlemledi. Bu da Einstein’ın kuramının doğruluğunu kanıtlayan ilk gözlemdi. Zaten son yüzyılda genel görelilik kuramı deneysel testlerin hepsinden yüzünün akıyla çıkmayı başardı ve 13.8 milyar yıl önce big bang ile genişlemeye başlayan evrenin yeni yüzünün neye benzediğini anlamamızda temel şablonu oluşturdu. Bütün bu başarılarına karşın genel görelilik çok sayıda fizikçiyi huzursuz ediyor. Bu rahatsızlığın en büyük nedenlerinden biri temas ettiği her şeyi yutan canavarlar olarak Çok uzaklardaki süpernovaların incelenmesi sonucu, şaşırtıcı bir şekilde evrenin genişleme hızının giderek arttığı ortaya çıkar. Kozmologlar Einstein’ın kozmolojik sabitine itibarını yeniden kazandırarak, bu genişlemede etkin rol oynadığını keşfeder. 1998: Kozmik mikrodalga arka planı üzerinde gerçekleştirilen ayrıntılı araştırmalar, karanlık madde ve karanlık enerjinin güdümünde genişleyen big bang ile başlayan kozmos görüntüsünü destekler. 2000’ler: Merkezi İtalya’da bulunan Gran Sasso dağı altındaki DAMA deneyi, Yeryüzü’nün bir karanlık madde denizinde yüzdüğüne ilişkin sinyalleri ortaya çıkartır. Fakat diğer deneyler bunu kanıtlamakta yetersiz kalır. 2003: sı (LHC) ateşlenir. LHC’nin hedeflerinden biri karanlık madde parçacıkları üretmektir. Geliştirilmiş LIGO, kütleçekimsel dalgaları doğrudan gözlemlemek için gerçekleştirilen son girişimdir. 2015: 2008: CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcı Güney Kutbu’ndaki BICEP2 Teleskopu ile çalışan fizikçiler, big bang’in ilk anlarına ait kütleçekimsel dalgaların izini tespit ettiklerini iddia eder. Bu iddia daha sonda geri çekilir. 2014: