Bu yazı başka bir yazımızın devamı niteliğindedir. Birinci bölümü okumadan anlaşılması güç olabilir.
Şimdi uzay örneğimize geri dönelim. Roket iticilerini çalıştırırsanız ve saniye karede 9,8 metre ile hızlanırsanız ne olur? Dışarıdaki biri, roketin zemini ona doğru hızlanırken tüm nesnelerin sabit kaldığını görecektir. Roketin içinden ise her şey roketin zeminine doğru hızlanıyormuş gibi görünecek ve ayaklarınızı yukarı iten bir kuvvet hissedecektiniz. Bu kuvvet, siz bu yazıyı okurken sizi yukarı iten kuvvet ile aynıdır. Bu durum, Dünya yüzeyinde varlığımızı sürdürürken hissettiğimizle tamamen aynıdır.
Şimdi kendiniz cevaplayın, bu yazıyı eylemsiz bir referans çerçevesinde mi okuyorsunuz? Yani, kendinizi ağırlıksız hissediyor musunuz? Hayır, yani eylemsiz bir gözlemci değilsiniz. Durumunuz, bir uzay gemisinde hızlanan biriyle tamamen aynı. Dolasıyla sabit bir varlık veya bir yerçekimi alanının, hızlanma ve bir uzay gemisi gibi olduğu değil. Demek istediğim, bunların aynı şey olduğu. Hızlanıyorsunuz ve yerçekimi alanı yok. Yerçekimi alanları mevcut değil. Şimdi bunun size absürt veya saçma geldiğini biliyorum, birazdan ne demek istediğimi anlayacaksınız. Kendinizi hayal edin. Standart (ve sıkıcı) Newton fiziğinde ağırlığınız/ kütleçekim kuvvetiniz vardır1, yerçekimi kuvveti sizi aşağı doğru çekerken zeminden gelen normal kuvvet2 (Fn) sizi yukarı itiyor.Bu kuvvetlerin eşit ve aynı zamanda zıt olduğunu söylüyoruz. Bu yüzden üzerinizde net bir kuvvet yok ve sonuç olarak yükselmiyorsunuz.
Biraz teknik bilgi…
Ancak genel görelilikte yerçekimi bir kuvvet değildir. Kilonuz yoktur. Yani üzerinizdeki tek kuvvet, sizi yukarı iten bu normal kuvvetlerdir. Yani yukarı doğru hızlanıyorsunuz/yükseliyorsunuz.
-“Bu da saçmaladı iyice, bak hem ben yükselmiyorum!”
-Neye göre?
-“Buradaki insanlara, yerdeki taşlara, her şeye göre…”
Ama bunların hepsi sizin referans çerçevenizde, bildiğiniz eylemsiz şeyler değiller.Uzay gemisi örneğine döndüğünüzde, astronot uzay gemisindeki şeylere göre hızlanmıyor. İvmenizi ya da hızlanıp hızlanmadığımızı gerçekten ölçmek istiyorsanız ihtiyacınız olan şey, eylemsiz bir referans çerçevesindeki biri. Mesela çatıdan düşen adam. Ve eğer siz o binadaki bir pencerede oturuyor olsaydınız saniye karede 9,8 metre hızla hızlandığınızı görecekti. Sanırım bu, ivmenin gerçekte jeodezik sapma* olduğunu gösteriyor. Uzay zamanı boyunca düz bir çizgi izleyemezsiniz; çünkü zemin bunu yapmanızı engeller: Size yukarı doğru bir kuvvet uygular, böylece hızlanıyorsunuz/yükseliyorsunuz.
“Ama ben hızlanıyorsam/yükseliyorsam ve dünyadaki diğer herkes de benim gibiyse ve muhtemelen dünyanın tüm yüzeyi de, o halde dünyanın genişlemesi gerekmez mi?” diye sorduğunuzu duyar gibiyim. Cevaplayayım: Hayır, mekansal koordinatlarınız değişmese bile, yükselmeniz mümkündür. Size genel görelilikten bir denklemden bahsedeceğim:
Bu, konumunuzun zamana göre ikinci türevi:
ivmenize eşittir, ivmeniz sadece f/m, ancak bu, eğer ki düz bir uzay-zamanda bulunuyor olsaydınız mümkün olurdu, ki siz savunurken tam olarak bunu söylüyorsunuz. Eğer ivmeleniyorsanız, uzaysal koordinatlarınız değişmelidir. Ama düz uzay zamanında değilsiniz ve bu terim uzay zamanın eğriliği ile ilgilidir.
Bu ise zaman karedeki hızınızdır.
Buradaki ayrıntılar için endişelenmenize gerek yok, mesele şu ki, konumunuz değişmiyor. İşlemin sol tarafı sıfır olabilir,
bu da ivmenizin tam olarak eşit olması gerektiği anlamına gelir. Bu eğrilik terimi, zaman karesi boyunca hızdır. Yani kavisli uzay-zamanda, sadece hareketsiz durmak için hızlanmanız gerekir. Bunların çoğu Newton fiziğinden daha karmaşık görünebilir. Ama klasik fizikte bir gizem, genel görelilikte çok daha basit görünüyor bu nedenle tüm nesneler aynı oranda düşüyor.
Klasik fiziğe göre açıklama formülü:
Serbest düşen bir cisim üzerindeki tek kuvvet , ağırlığı G*M*m/r2, bu da kütle çarpı ivmeye eşittir. Denklemin her iki tarafındaki nesne kütlesini iptal edebilirsiniz.
Dolayısıyla, tüm nesneler aynı ivmeye sahip olacaktır. İşin sırrı bu iki m’yi neden iptal edebildiğimizdir. Soldaki kütle-çekimsel kütle, bir çekim alanı yaratan ve deneyimleyen bir nesnenin özelliğiydi. Sağdaki m atalet kütlesi iken, ivmeye direnç ölçüsüdür. Kavramsal olarak farklı bu iki özellik neden sayısal olarak özdeş olmalıdır?
Bilim adamları bunu deneysel olarak test etmek için çok zaman ve çaba harcadılar. Aradaki fark, 10 trilyonda bir parçaya indi ki bu iki tür kütle için gerçekten aynı diyebiliriz. Ancak genel görelilikte bir gizem yoktur. Tüm nesneler aynı şekilde düşüyor çünkü hızlanmıyorlar. Onları durduran bir şeyle karşılaşıncaya kadar uzay-zamanda düz bir çizgiyi takip ediyorlar. Uzay gemisindeki nesneler gibi, aynı oranda hızlanıyor gibi görünüyorlar. Çünkü gerçekten hızlanmıyorlar. Onlara doğru hızlanan şey zemin. Şimdi, çoğumuz kafası karışıklığı hissedebiliriz, her şeyi barışa ulaştırmak için Einstein’ın 1915 yılında yaptığı gibi, bilim insanları tafrandan test edilebilir bir örnek verelim.
Bir uzay gemisinin uzayda süzüldüğünü hayal edin…
Uzay gemisinin bir duvarından bir duvarına bir lazer tutarsanız, tam olarak beklediğiniz şeyi yapacaktır: Işık düz bir çizgi üzerinde hareket eder ve kaynakla tam olarak aynı yükseklikte karşı duvardaki bir noktaya çarpar. Peki ya bu gemi hızlanıyorsa? Bir dış gözlemciye göre, onlar yine de aynı şeyi görecekler:Düz bir çizgide hareket eden ışık, ancak lazer ışığı kabinin bir duvarından bir duvarına giderken, roket ışığı hızlandıracaktır. Yani diğer duvara çarptığında, roket hızlanmadan önceki noktadan biraz daha aşağıya doğru çarpar. Böylece bir referans hızlandırıcı çerçeve içerisinde hafif aşağı döner. Burada örneği çok abartıyorum ki daha iyi anlaşılsın, 10 G’de hızlanıyor olsun uzay gemisi, ki bu muhtemelen astronotu öldürür, sapma, bir protonun genişliği mertebesinde olacaktır. Yine de, hızlanan bir referans çerçevesinin ışığı bükeceğini gösteriyor. Dolayısıyla Einstein, ışığın büyük bir kütleyi geçtiğinde de bükülmesi gerektiğini düşündü. Ama yeterince büyük bir kütleyi nerede bulabilirdi ki? Ve, Dünya’nın yakınındaki tek bariz büyük kütle güneştir. Dolayısıyla ideal deney, güneşin hemen yanından geçen ışığa bakmak ve onun yönünün değişip değişmediğini görmek olacaktır. Uzak yıldızlardan gelen ışık kullanılınabilinirdi. Fakat güneş çok parlak, hemen yanında olan yıldızları göremiyorsunuz. Tabii, bir Güneş tutulması olmadıkça! Tam olarak 1919’da olan buydu. Bu yüzden Arthur Eddington, tutulma sırasında güneşin hemen yanındaki yıldızların fotoğraflarını çekmek için yola çıktı. Ve bu resimleri analiz ederek bulduğu şey, konumlarının, Einstein’ın genel görelilik teorisinin öngördüğü kesin miktarda saptırılma görünmesiydi. Sonuç, bazılarının kesin bir Newton modeli kullanarak hesapladığı sapmanın iki katıydı. Ve genel görelilik, son yüz yıldır uygulanan neredeyse her testi geçmiştir. Ama denenecek daha çok şey var tabii ki.
Peki madem böyle bir şey biliniyor neden okullarda hala Newton’un yasalarını kullanıyoruz?
Çünkü okulda öğrendiğimiz fizik, günlük hayatımızda göz ardı edilebilecek seviyede yanlışlar içerir. Einstein’ın teorisini Dünya ile Ay arasındaki çekim kuvveti gibi basit problemleri çözmek için kullanmıyoruz. Ancak Kara Deliğin davranışını veya Merkür’ün Güneş etrafındaki yörüngesini belirlemeye ve ayni zamanda Newton mekaniğinin başaramadığı zamanlarda Einstein’ın teorisini kullanmak durumunda kalıyoruz.
İyi bilinen ve deneysel olarak doğrulanmış bulgu yükü hızlandırmanın elektromanyetik radyasyon yayar olmasıdır. Yani kavramsal olarak basit bir deneysel test sabit bir yükün ve bir yerçekimi alanının davranışını serbest düşen bir yük ile karşılaştırmak olacaktır. Daha Newton’cu bir yerçekimi resmi doğruysa, o zaman sabit yük elektromanyetik radyasyon yaymamalıdır, ancak serbest düşen bir kütle hızlanıyor ve bu nedenle Radyasyon yayması gerekiyor. Aksine, genel görelilik, serbest düşüş yükünü hızlanmayan olarak görür. Sadece eğri uzay zamanı boyunca düz bir çizgide ilerliyor, oysa sabit yük hızlanır ve bu nedenle elektromanyetik radyasyon yayması gerekir. Şimdiye kadar lojistik zorluklar, herhangi birinin bu deneyi gerçekten gerçekleştirmesini engelledi. Ama olacağına inandığınız şey, yerçekiminin doğası hakkında gerçekten ne düşündüğünüzü ortaya çıkarır. Serbestçe düşen bir yükün elektromanyetik radyasyon yayacağını düşünüyor musunuz?
Yerçekimi bir illüzyon mu?
Kaynakça
1.Weight and mass – Forces – GCSE Physics (Single Science) Revision – Other. (o. D.). BBC Bitesize. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zqb9hv4/revision/5#:%7E:text=Weight%20is%20a%20force%20acting,Weight%20is%20measured%20in%20newtons.
2.What is normal force? . (o. D.). Khan Academy. https://www.khanacademy.org/science/physics/forces-newtons-laws/normal-contact-force/a/what-is-normal-force
- *Genel relativite bağlamında jeodezik sapma kavramından, objelerin uzaysal değişken yerçekimi alanlarının etkisinde hareket ederken birbirlerinden uzaklaşmaları veya birbirlerine yaklaşmaları anlaşılır