Yer Çekimi ve Uzayzaman

İçinde yaşadığımız evren birçok parçadan oluşmaktadır. Gezegenler, gök taşları, gözlemleyemediğimiz uzay cisimleri hatta belki de şu an bilmediğimiz elementler ve maddeler evrenimizde serbest bir şekilde gezinmekte. Peki bu cisimleri bir arada tutan nedir? Neden Ay bizim uydumuz? Neden etrafımızda bir yörüngede dönüyor da uçup gitmiyor? Neden Güneş’in etrafında dönüyoruz? Bu soruların hepsini yer çekimi ya da kütle çekimi diye cevaplandırmak mümkün fakat bu çekim neden var ve nasıl işliyor? Yazımızda bu noktalara değineceğiz.

Kütle çekimini üstünde durduğumuz Dünya için yer çekimi olarak da adlandırıyoruz. Fakat olay, gezegenler ve uyduları arası gibi büyük kütlelere geldiğinde ise kütle çekimi ismini kullanıyoruz.

Kütle çekimi için fizikte iki ana görüş var. Bunlardan ilki 1687’de Newton’ın yazdığı kitapta yer alan kütle çekim yasaları iken ikincisi ise Einstein’ın 1915’te Genel İzafiyet Teorisi içerisinde yer alan açıklamalarıdır. Fakat bu iki görüşe değinmeden önce yapmamız gereken bazı tanımlar var.

Uzay Nedir?

Uzay, gezegenlerin atmosferleri dışında kalan, farklı gök cisimleri arasındaki boşluğa verilen isimdir. Uzayda tahminen milyarlarca galaksi ve gök cismi bulunmaktadır. İlgi çekici olması nedeniyle birçok farklı bilim insanı tarafından araştırma konusu olarak seçilmiştir. Geçmişten bu yana merak ettiğimiz uzay hakkında bilgilerimiz geçmiş yüzyıldan bu yana teknolojinin ilerlemesiyle birlikte epeyce ilerledi.

Zaman Nedir?

Fizik için zaman göreceli bir kavramdır. İçinde olduğumuz üç boyut ve bir zaman boyutlu uzayzamanın soyut olan boyutu olarak da kabul edilir. Zamanın objektif olarak var olup, olmadığı veya ne yönde ilerlediği fizikçiler tarafından hala tartışma konusudur.

Uzayzaman Nedir?

Uzayzaman, Einstein tarafından ortaya konulan, uzay ve zamanı birleştiren bir matematik modelidir. Göreliliğe dayalı bağlamda uzay boyutları ve zaman ayrı olarak düşünülemez. Çünkü uzayda bir olayı belirtirken konumundan sonra olayın zamanını da belirtmemiz gerekir. Bunu bir konser gibi düşünebiliriz. Konserin konumunu bilebiliriz fakat zamanını bilemezsek konumunun bir önemi kalmaz. Bu nedenle konum ve zaman birlikte ifade edilir ve ortaya uzayzaman çıkar.

Bu teoreme göre uzay bir düzlem değildir. Uzayzaman içinde bulunan kütleler uzayzamanı büker. Bu bükülmenin en ilgi çekici yanlarından biri ise düzlemsel olmayan bölgelerde ışık ve zamanın da bükülmeye uğramasıdır.

uzay-zaman-1-300x150-1 — İki boyutta farklı cisimlerden dolayı farklı boyutlarda bükülmüş bir uzayzaman modeli

Newton’a Göre Yer Çekimi

Newton’ın kafasına düşen elmanın hikayesini neredeyse hepimiz biliriz. Efsaneye göre bu elma sayesinde yer çekimini keşfeden Newton, fizik alanında çok büyük çalışmalar yapmıştır. Newton’a göre uzay bükülmemiş bir düzlemdir ve bu durumda ışık veya zamanda sapmalar gözlenmez. Bu görüşe göre evrende bulunan maddeler kütlelerinden dolayı birbirlerine bir kuvvet uygular. Bu kuvvet kütlelerin çarpımı ile doğru orantılı, cisimlerin arasındaki uzaklığın karesi ile ters orantılıdır. Bir insanın dahi Güneş’e bir çekim kuvveti uyguladığı kabul edilir fakat tahmin edebileceğiniz üzere bu kuvvet ihmal edilecek düzeydedir. Ayrıca önceden bahsettiğimiz gibi bu modellemede uzayda herhangi bir bükülme söz konusu olmadığından zaman değişmez bir sabit olarak kabul edilir.

https___blogs-images-forbes-com_startswithabang_files_2018_03_spacetime_strip-300x130-1 — Newton’ın ve Einstein’ın uzay geometrisi karşılaştırması

Einstein’a Göre Yer Çekimi

Newton’dan yaklaşık olarak iki yüz elli yıl sonra Einstein birçok olaya farklı bir görüş getirdi. İzafiyet Teoremi ile birlikte Newton’ın yasalarına farklı yorumlar ekleyen Einstein, yer çekimini, uzay ve zamana bağlayarak ortaya uzayzaman kavramını attı. Uzayın geometrisini ve uzaydaki bükülmeleri açıkladı. Yer çekiminin bu bükülmelerin bir sonucu olduğunu söyledi. Bu teoremdeki bazı görüşler klasik fizikten oldukça farklıydı. Einstein, uzayın geometrisi, zamanın göreceliliği ve serbest düşme gibi olaylara farklı açıklamalar getirdi. Einstein’a göre zaman göreceliydi ve aynı zamanda uzayzaman üzerindeki bükülmeler yüzünden ışık da sapabiliyordu. Öncesinde bu teorem çok fazla ilgi görmese de 1919’da Sir Arthur Eddington tarafından yapılan bir deneyde bir yıldızın ışığının Güneş’in yakınından geçerken saptığı gözlendi ve bu olay Einstein’ın teoremini doğruladı. Bu doğrulamayla birlikte Einstein dönemin bilim insanlarının arasına girdi.