Newton’un oluşturduğu ve Principia adlı eserinde yayınladığı, kütleçekimini de kapsayan, klasik fizik üzerinde fizikçiler yüzyıllar boyunca çalıştı. Zaman içerisinde bu çalışmalar sonucunda Newton fiziği değişiklikler geçirerek 20. Yüzyıla kadar geldi fakat burada yeni bir sorun bulunmaktaydı. Newton fiziği evrendeki her şeyin sahip olduğu kütlesi sebebiyle birbirine çekim kuvveti uyguladığını öngörüyordu. Ancak çekim kuvvetinin nasıl oluştuğunu üzerine bir açıklama yapılmıyordu. Özellikle gezegenler arası kütleçekimini ne sağlıyordu?
Klasik fiziğe göre kütleçekimi denklemi
Sonraki dönemlerde Newton fiziği sayesinde Neptün’ün varlığı gözlemlenmeden önce teorik olarak öngörüldü. Güneş Sistemi’nde bulunan gezegenlerin yörüngeleri kütleçekimi ile birbirinden etkilenir ve tam olarak elips (veya çember) şeklinde olmaz. Bu çekim gezegen kütlelerinin ve aradaki uzaklığın ters karesinin hesaba katılması ile bilinmeyen gezegenlerin konumlarının kuramsal olarak hesaplanabilmesini sağladı. Klasik fiziğin problem yaşadığı nokta Merkür’ün yörünge hesabındaki küçük sapmada ortaya çıktı. Neptün’ün kâşiflerinden olan Jean Le Verriere isimli bilim adamı Güneş Sistemi’nin tamamen düzenli bir şekilde hareket ettiğini iddia ediyor ve Merkür’ün yörüngesindeki bu sapmayı olası görmüyordu. Neptün’ün konumunun hesabındaki başarısından sonra Newton fiziğine inancı doruk noktasında olan bu adam, Güneş Sistemi’nde hesapları bozan başka bir gezegen olup olmadığını sorguladı ancak böyle bir durumu ispatlayamadı. Le Verriere, 1877’de hayata gözlerini yumana kadar da arayışına devam etti.
Merkür’ün yörüngesindeki sapmanın gösterimi
1890’larda Newcomb, bu hesaplamaları aynı şekilde tekrarladı fakat bu sefer Newton’un klasik fiziğinde değişiklikler yaptı. Kütleçekimi yasasında bulunan 1/r2 ifadesindeki üssün 2 yerine 2,00000016 olması gerektiğini öngördü. Newton fiziğinin de yanılabileceğini gören fizikçiler, klasik fiziği yeniden irdelemeye başladı. Einstein, Newton fiziğine karşı genel görelilik kuramını oluşturdu, aslında bu kuram yüksek hızlardaki sabit hızlı hareketi tanımlama amacı ile oluşturulmuş özel görelilik kuramını genelleştirmek amacı ile oluşturulmuştu. Özel görelilik kuramının sadece sabit hızlarda olması, ivmeli hareketleri kapsamaması bir sorundu. Einstein, ileriki dönemlerde bunu inceledi ve aslında ivmeli hareket ile kütleçekim etkisinin aslında aynı kuvvetler olduğunu keşfetti (Dünya’da etkilenen 10 N/kg değerli kütleçekimi; 10 m/s2 değere sahip ivmeli hareket etmekle eşdeğerdir). Bu iki değer arasındaki kurulan bağ, kütleçekiminin klasik fizikte görüldüğü gibi cisimlerin birbirine uyguladığı çekim değil, cisimlerin kütleleri ile ilişkili olarak uzayı dokusunu etkilediğini ve çekim kuvvetini bu şekilde sağladığını gösterdi.
Kütlenin uzay-zaman dokusunda oluşturduğu kütleçekimi etkisi
Uzayın tamamen boşluktan değil de fiziksel olarak şekil alabilen bir yapıda olduğunun kanıtlanması fizikçiler için araştırmaların hızlanması anlamına geliyordu. Fizikçilere göre uzay zamandan ayrı düşünülemez, bu yüzden uzayı “uzay-zaman” olarak adlandırırlar. Bunun anlamı uzay dokusunda zaman da değişebilen, sabit olmayan bir olgudur. Zamanın farklı konumlarda farklı hızlarda olmasının sebebi cisimlerin çevresindeki uzay-zaman dokusuna uyguladığı kütleçekimidir. Hepimizin aklına “Interstealler” geldi değil mi? Einstein’ın gösterdiği uzay-zaman yapısının bu davranışından dolayı Merkür’de zaman Güneş’e yakın konumdayken, uzak olduğu konuma göre, daha hızlı ilerlemektedir. Dolayısıyla Le Verriere’in hesaplarındaki hata, uzay-zaman bükülmesini hesaba dahil etmemesinden kaynaklanıyordu. Yani teorik olarak konumları veya yörüngeleri hesaplanan yıldızların veya gezegenlerin deneysel olarak gözlemlerinde ortaya çıkan sapmaların nedeni Einstein’ın özel görelilik kuramı ile çözülmüş oldu. Bundan daha da önemlisi uzay-zaman dokusunun yapısını anlamaya yönelik önemli veriler elde edildi.
Kaynaklar
1.Yazıcı, E., (2015) Bilim ve Teknik Dergisi, 575, 35-41.
Yorumlar