Düz bir çizgi iki nokta arasındaki en kısa yoldur. Bir kağıdın üzerinde bu durum kesinlikle doğru. Peki ama, eğri bir yüzey üzerinde? Diyelim ki, dünyanın yüzeyi üzerinde? Londra ve New York arasındaki en kısa rotayı seçen bir uçak düşünün. Uçak nasıl bir rota izleyecektir? Uzaydan bakan bir gözlemci için bu rotanın eğik olacağı açık bir şekilde ortadadır. Ya da engebeli bir arazi üzerinde ilerleyen bir dağcıyı düşünelim. Onun rotası nasıl olur? Bu dağcıyı, arazi engebelerinin ayırt edilemeyeceği kadar yüksek bir noktadan seyreden gözlemci için, dağcı oldukça dolambaçlı bir şekilde ileri-geri hareket edip duracaktır.
O halde, sanılanın aksine, iki nokta arasındaki en kısa mesafenin her zaman düz bir çizgi olması gerekmiyor. Aslına bakacak olursanız, düz bir çizgi ancak özel bir tür yüzey üzerinde var olabilir – düz bir yüzey üzerinde. Dünyanınki gibi eğri bir yüzey üzerinde, iki nokta arasındaki en kısa mesafe her zaman eğri olmak durumundadır. Bu gerçeğin fark edilmesiyle matematikçiler, düz çizgi kavramını eğik yüzeyleri de dahil edecek şekilde yeniden tanımladı. Yalnızca düz değil, her türlü yüzey üzerinde iki nokta arasındaki en kısa rotaya jeodezik adı verildi.
Bütün bunların kütleçekimiyle ne bağlantısı var? Bağlantı, ışık. İki nokta arasındaki en kısa mesafeyi almak, ışığın karakteristik bir özelliği. Mesela tam şu anda, okuduğunuz bu kelimelerden gözlerinize gelen ışık da en kısa rotayı izliyor.
Yeniden, karartılmış kabin camlarıyla ivmelenmekte olan mekiğin içindeki astronotumuza dönelim. Çekiç ve tüyle sayısız deneyin ardından bu cisimlerden sıkılan astronot, bir lazer alarak kabinin sol tarafındaki raf üzerine yerleştirsin. Diyelim ki, 1,5 metre yüksekliğe. Ardından da kabinin sağ tarafına geçerek, kabin duvarına yine 1,5 metre yükseklikte bir kırmızı çizgi çeksin. Bu düzeneğin kurulmasının ardından açtığı lazer ışını, kabini yatay olarak kesecektir. Peki ama, lazer sağ duvardaki kırmızı çizgiye neresinden çarpar?
Lazer ışınının yatay olarak çalıştırıldığı düşünülürse, karşı duvarı tam olarak kırmızı çizgi üzerinden vurması gerekir. Peki bunu yapar mı? Elbette hayır!
Işık kabin içinde uçuştayken, uzay mekiğinin zemini de sürekli olarak roket motorlarıyla itilmektedir. Bu nedenden ötürü, zemin ışıkla bir araya gelmek için yukarı doğru sürekli bir hareket içinde olacaktır. Işık kabinin sağ duvarına yaklaştıkça, zemin de ışığa yaklaşır. Ya da astronotun bakış açısıyla, ışık zemine doğru yaklaşır. Dolayısıyla ışığın karşı duvara çarptığı nokta kırmızı çizginin altında olur. Astronot, ışık huzmesinin kabini geçerken aşağı doğru düzgün bir eğri çizdiğini görür.
Işığın her zaman iki nokta arasındaki en kısa rotayı izlediğini biliyoruz. Düz bir şey üzerindeki en kısa rota düz bir çizgiyken, eğik bir yüzeyde ise bir eğridir. Peki o zaman, mekik kabininin içinde süzülen ışık huzmesinin rotasının eğik olması gerçeğinden nasıl bir sonuç çıkarırız? Buradan çıkarabileceğimiz tek sonuç, kabin içindeki uzayın bir şekilde eğik olduğudur.
Bunun, mekiğin ivmelenmesi nedeniyle oluşan bir hayal olduğunu öne sürebilirsiniz. Öte yandan unutmamamız gereken nokta, önemli olanın astronotun ivmelenen bir mekiğin içinde bulunduğunu kesinlikle bilmiyor oluşudur. Yalnızca dünya üzerindeki bir odada yerçekiminden etkileniyor da olabilirdi. Bunu anlamasının imkanı yok. İvme ve kütleçekimi ayırt edilemez. Bu durum eşdeğerlik ilkesidir. Lazer ışınıyla gerçekleştirilen deneyin aslında ortaya koyduğu (ve bu durum eşdeğerlik ilkesinin inanılmaz gücünü gösterir), ışığın kütleçekimi etkisinde eğik bir rota izlediğidir. Ya da bir başka şekilde söyleyelim: Kütleçekimi ışığın yolunu eğer.
Kütleçekimi ışığı eğer, çünkü uzay, kütleçekiminin mevcudiyetinde, bir şekilde eğiktir. Kütleçekiminin olduğu şey aslında budur: eğri bir uzay.
Eğri uzayla tam olarak neyi kastediyoruz? Dünyanın yüzeyi gibi bir eğikliği aklımızda canlandırmamız daha kolay. Bunun nedeni, dünya yüzeyinin yalnızca iki yöne ya da boyuta sahip olmasıdır: kuzey-güney, doğu-batı. Uzayın durumu ise bundan biraz daha karmaşık. Üç uzay boyutuna (kuzey-güney, doğu-batı ve yukarı-aşağı) ilaveten bir de zaman boyutu söz konusu (geçmiş-gelecek). Ancak Einstein’ın gösterdiği gibi, uzay ve zaman aslında aynı şeyin farklı yüzleri olduğundan, dört “uzay-zaman” boyutu olduğunu düşünmek daha doğru olacaktır.
Üç boyutlu cisimlerin dünyasında yaşadığımızdan ötürü, dört boyutlu uzay-zamanı hayal etmemiz mümkün değil. Bu yüzden, dört boyutlu bir uzay-zamandaki eğriliği zihnimizde canlandırmamız ise iki kat daha zor. Ancak kütleçekimi budur: dört boyutlu uzay-zamanın bükülmesi.
Neyse ki bunun ne anlama geldiği hakkında biraz fikir yürütebiliyoruz. Gergin bir trombolinin iki boyutlu yüzeyinde yaşayan bir karınca ırkı düşünün. Karıncalar yalnızca yüzeyde olanı görebilir; trombolinin aşağısındaki ya da yukarısındaki uzaya, yani üçüncü boyuta dair hiçbir fikirleri olmaz. Üçüncü boyuttan çıkıp gelmiş muzır karakterler olarak aramızdan birinin, trombolinin üzerine bir gülle koyduğunu düşünelim. Karıncalar önünde sonunda, gülleye yaklaştıkları zamanlarda yollarının esrarengiz bir şekilde gülleye doğru eğim kazandığını keşfedecek ve bunu, güllenin Üzerlerinde bir çekim gücü uyguladığı şeklinde açıklayacaklardır. Hatta belki onlar da buna kütleçekimi der.
Ancak elbette ki, olan bitene üçüncü boyuttaki tanrısal noktamızdan baktığımızda, karıncaların yanıldığı açık bir şekilde görülecektir. Onları gülleye çeken herhangi bir kuvvet yoktur. Yaşadıkları durum, güllenin trombolin üzerinde vadi benzeri bir çöküntüye neden olmasından başka bir şey değildir ve yollarının gülleye doğru eğim kazanması da bundandır.
Einstein’ın büyük buluşu, trombolin üzerindeki karıncalardan çok da farklı bir durumda olmadığımızı fark etmesiydi. Uzayda yol almakta olan dünyanın rotası sürekli olarak güneşe doğru bir meyil yapar ve gezegenimiz neredeyse dairesel bir yörünge izler. Hiç de mantıksız olmayacak bir şekilde, güneşin dünya üzerinde bir çekim gücü uyguladığını düşünürüz ve buna kütleçekim kuvveti deriz. Ve tıpkı karıncalar gibi yanılmış oluruz. Eğer olaylara dördüncü boyutun tanrısal perspektifinden bakabilseydik (ki bu durum karıncaların üçüncü boyuttan cisimleri görmesi kadar imkansızdır), bu türden bir kuvvet olmadığını görürdük. Aslında olan, güneşin dört boyutlu uzayzaman içerisinde vadi benzeri bir çöküntü yaratması; dünyanın güneş etrafında neredeyse dairesel bir yörünge izlemesinin nedeni de, bükülmüş uzay içerisinde bunun izlenebilecek en kısa rota olmasıdır.
Kütleçekim kuvveti diye bir şey yoktur. Yalnızca dünya, uzay-zaman içerisinde mümkün olan en düz çizgiyi izlemektedir. Güneşin yakınlarında uzay-zamanın bükülmesinden dolayı, bu çizgi neredeyse dairesel bir yörüngeye dönüşür. Raymond Chiao ve Achilles Speliotopoulos’a göre: “Genel görelilikte, kütleçekimsel kuvvet yoktur. Bir parçacık üzerinde kütleçekiminin kuvveti sandığımız şey, aslında hiçbir şekilde kuvvet değildir. Olan yalnızca, parçacığın eğri bir uzay-zaman içerisinde mümkün olan en düz rotayı izlemesidir.”
Uzay-zaman dahilinde mümkün olan en düz rotayı izleyen bir cisim serbest düşüş içerisindedir ve serbest düşüş içinde olduğundan ötürü, kütleçekimini hissetmez. Dünya da güneşin etrafında bir serbest düşüş içerisindedir. Dolayısıyla gezegenimizde güneşin kütleçekimini hissetmeyiz. Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki astronotlar da dünyanın etrafında bir serbest düşüş içerisindedir. Dolayısıyla onlar da dünyanın kütleçekimini hissetmemektedir.
Kütleçekimi yalnızca, bir cismin doğal hareketini izlemesi engellendiğinde ortaya çıkar. Bizim doğal hareketimiz, dünyanın merkezine doğru bir serbest düşüştür. Ancak zemin bizi engeller ve vücudumuzun üzerinde hissettiğimiz şey zeminin kuvvetidir. Bunu kütleçekimi olarak yorumlarız. Tıpkı araç, virajı alırken düz bir çizgi üzerindeki doğal hareketimizi izlemekten bizi alıkoyduğunda hissettiğimiz şeyin merkezkaç kuvveti olması gibi, kütleçekim kuvveti de, çevremizdeki unsurlar bir jeodezik boyunca doğal hareketimizi izlememizi engellediğinde hissettiğimiz şeydir.
Muhtemelen, kütleli cisimlerin bükülmüş uzay-zaman içerisinde kendi eylemsizlikleri altında hareket ettiklerini düşünmek, kütleçekimin evrensel kuvveti altında hareket ettiklerini düşünmeye kıyasla, işi gereksiz yere karmaşıklaştırmak olarak görünebilir. Fakat bu iki durum birbiriyle eşdeğer değildir. Üstün durumda olan Einstein’ınkidir. Öncelikle, bükülen şey yalnızca uzay değil, özel göreliliğin uzay-zamanıdır. Dolayısıyla bu resim, ışık hızını sabit tutan uzay ve zaman arasındaki karşılıklı etkileşimi de otomatik olarak içerir. Bunun yanında, Einstein’ın ortaya koyduğu resim yeni şeyler de öngörmektedir.
Trombolin üzerindeki karıncalarımıza dönelim. Trombolinle, yalnızca onu gülle gibi ağır bir kütleyle çökertmek dışında yapılabilecek başka şeyler de var. Mesela bir köşesinden trombolini aşağı-yukarı sallayabilirsiniz. Bu durum trombolin üzerinde, dışa doğru yayılan titreşimlere neden olur. Tıpkı bir gölet üzerindeki küçük dalgalar gibi. Aynı şekilde, kara delik gibi büyük bir kütlenin titreşmesi de uzay-zamanın “dokusunda” dalgalanmalara neden olabilir. Bu kütleçekimsel dalgalar henüz doğrudan saptanamamış olsa da, Einstein’ın teorisinin önemli öngörülerinden biridir.
Uzay-zaman içerisinde dalgalann yayılabileceği gerçeği, uzayın Newton’un hayal ettiği gibi pasif, boş bir ortam olmadığını gösteriyor. Aslında uzay, gerçek özelliklere sahip aktif bir ortamdır. Newton’un sandığı gibi, madde boş uzayın içinde bir başka maddeye çekilmez. Madde uzay-zamanı bozmaktadır; diğer maddeyi etkileyen de bozulmuş uzay-zamandır. John Wheeler’ın ortaya koyduğu gibi: “Kütle, uzay-zamana nasıl büküleceğini ve bükülmüş uzay-zaman da kütleye nasıl hareket edeceğini söylemektedir.”
Uzay-zamanda kütleli bir cismin neden olduğu bu bükülmenin diğer bir kütleyi etkilemesi zaman alır. Güllenin trombolinde oluşturduğu bükülmenin uçlara ulaşmasının zaman alması gibi. Bu yüzden kütleçekimi (bükülmüş uzay-zaman) ancak bir gecikmenin ardından ve ışık hızı tarafından ortaya konan kozmik hız sınınyla mükemmel bir uyum içinde devreye girer.
Uzay-zamanın, hava veya su gibi gerçek bir ortamın özelliklerinden bazılarına sahip olmasının, gezegenler ve yıldızlar gibi daha büyük cisimler üzerinde de etkisi vardır. Bu cisimler kendi eksenleri etrafında dönerken, aslında uzay-zamanı da kendileriyle birlikte sürüklerler. NASA, sürüklenme iframe dragging) olarak bilinen bu etkiyi aydınlığa kavuşturmak üzere 2004 yılında Gravity Probe B uydusunu uzaya yolladı. Etki, her ne kadar potansiyel anlamda ölçülebilir olsa da, dünyanın çevresinde oldukça düşükken, hızla dönmekte olan bir kara deliğin yakınlarında korkutucu boyutlardadır. Bu türden bir cisim, dönmekte olan uzay-zaman anaforunun tam merkezinde bulunur. Kara deliğe düşen birisi bu anaforla sürüklenip gidecektir ve evrende bunun önüne geçebilecek hiçbir kuvvet yoktur.
E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Abonelik için e-posta yazmalısınız. Yorumda html etiketleri kullanabilirsiniz.