Evreni Anlamak, En Büyükten En Küçüğe – 2: Kütleçekim / Uzay-Zaman

Bu yazıda dünyamıza ve eskilere dönelim biraz.

Newton hepimizin hissettiği, bildiği şeyleri evrensel bir kurala bağlamak istedi. Örneğin yüksek bir apartmandan atlayınca öleceğimizi hepimiz biliriz. Peki nereden biliyoruz? Bunu hissediyoruz aslında. Bu tür pek çok bilgiye sahibiz yaşamımızda.

İşte nasıl başladığını bilirsek bize, düşmenin nerede ve hangi hızla sonlanacağını Newton formülü söyler. Aynı zamanda bu düşüşte pamuk veya kaya parçası arasında fark olmadığını da söyler bize. Ve ayın 28 günde dünya etrafında döndüğünü, güneş etrafında da dünyanın 1 yılda döndüğünü de söyler.

Bu sebeplerle adı Newton’un evrensel çekim yasasıdır. Bunu nasıl test ederiz peki.

Güneş etrafında 8 gezegen var. Bu gezegenlerin hareketlerine bakıp çekim yasasına uyumlu mu diye kontrol edebiliriz. Yaptı da Newton. İyi haber gezegenler tamı tamına bu yasaya uymaktadır. Formül gerçekten de evrenseldir.

Ama dikkat Merkür’e bakınca ufak bir terslik var. Diğer gezegenler tamamen uyumludur formülle ama Merkür bir geçtiği yörüngeden bir daha geçmez. Yuvarlanan yumurta gibidir yörüngesi. Newton’un da tahmin ettiği gibi farklılık diğer gezegenlerin çekim gücünden kaynaklanır. Ancak yine de Merkür’ün yörüngesinde yüzyılda 1/500 saniye kadar sapma vardır. Newton bunu o çağda o bilgi ve teknolojiyle öngöremezdi elbette.

Newton cisimlerin birbirini nasıl çektiğini ölçüyordu ama kütle çekiminin yapısı ve gerçekte ne olduğunu söylemiyordu. Bunu çözemeden de öldü 1727’de.

1915’de birisi kütle çekiminin evrenin kendi dokusuyla, o doku neyse artık, bir ilgisi varsa? diye düşündü. Öyleyse evrende sadece güneş olsa, güneşin bu dokuyu, yani evreni, bükmesi gerekir diye düşündü. Tıpkı gergin bir kumaşa bırakılan ağır bir topun kumaşı bükmesi gibi. Fakat her yönde bükmesi. Topun suya veya okyanusa battığında olduğu gibi bir şey. Bu durumda bir şey, ne zaman düşerse düşsün, cisimleri aşağı çeken bir kuvvet yüzünden değil evrenin dokusundaki görünmez bir bükülmeden dolayı düşer, geometriden dolayı yani. Ta ki düşüşü durduracak bir şeye denk gelene kadar. İşte bunu söyleyen kişi Albert Einstein’dır. Ve bunu o meşhur formülü aracılığıyla söylemiştir. E=mc2

Evreni kavramak için bazı postulatlara ihtiyacımız var.

Uçurumdan atlayınca öleceğimizi bildiğimiz gibi veya bakkala gidip gelince zamanda yolculuk edip Ortaçağ ekmeği alıp gelemeyeceğimizi bildiğimiz gibi. Evrende bazı yasalara tabi olduğumuzu varsaymalıyız. Bunlara kozmolojik ilkeler denir ve 3 tanedir. Sırayla yeri geldikçe açıklamaya çalışalım.

  1. Kozmolojik ilke: doğanın benzer koşullar altında uzay ve zamanın her yerinde şimdi, geçmişte veya gelecekte görebildiğimiz yada göremediğimiz aynı yasalara tabi olduğunu varsayıyoruz.

Bunu anlayabilmek için de önce ışık nedir? ’e bir göz atalım.

Işık, elektromanyetik radyasyonun diğer adı: Hem parçacık –foton, hem dalga olarak yayılır. Dalgaları tarif ederken aynı denizdeki gibi dalgaların yüksekliğini ve dalgalar arasındaki mesafeyi bilirsek onu tarif edebiliriz. Dalga boyu ne kadar kısaysa ya da frekans ne kadar yüksekse dalga tarafından taşınan enerji de o kadar yüksek olur. Tıpkı denizdeki gibi. Dalga boyu dalgaların sıklığını, frekans ise enerjinin yüksekliğini söyler.

Gözlerimiz, eğer ışık yüksekse kör olur, yüksek şiddetteki ışığı algılayamayız. Çok düşük şiddetteki ışıkları da algılayamaz gözümüz. Dalga boyu meselesine gelince de gözlerimiz hepsini algılayamaz. Bu konu renklerle ilgilidir.  Algılayamasak da evrende her tür ışık sürekli olarak vardır elbette.

Gözlerimizin gördüğü ışığa “görünür ışık” diyoruz. En düşükten yükseğe:

Radyo dalgaları

Mikrodalgalar

Kızılötesi ışık

Görünürışık

Morötesi

X ışınları

Gama ışınları şeklinde sıralayabiliriz.

Bugüne kadarki icat ettiğimiz tüm teleskopların özelliği ışığı toplamaktır. Gözlerimiz de aynı işi yapar. Işık uzayda saniyede 299.792.458 km ile yol alır. Bu cümleyi okurken ışık dünyanın etrafını 26 kez dolaştı bile. Işık çok hızlıdır elbet ama evrende belki de yeterince hızlı değildir. Mesela güneş şimdi parlamayı bıraksa, bizim 8 dakika 20 saniye sonra haberimiz olur. Güneş hiçbir zaman sizin gördüğünüz zamanki gibi değildir. Hatta gördüğünüz yerde de değildir. Bu 8 dk. 20 saniyede güneş, gök adamızın merkezi etrafındaki yörüngesinde 117,300 km ilerler.

Evrende tespit edebildiğimiz en uzak-eski ışık 13,8 milyar yıllıktır.

Mesafeler öyle büyüktür ki, örneğin 2014, 24 Ocakta bilim insanları uzaklardaki bir galakside bir yıldızın patlamasını kaydettiler. Ve canlı canlı izlediler teleskoplarıyla. Bize göre bu yıldız o tarihte öldü. Ancak yıldızın yanında yönünde yaşayan birine göre bu yıldızın patlaması 12 milyon yıl önce oldu.

2015e kadar uzay hakkında bilgi toplama işini teknolojimiz sadece ışık üstünden yapıyordu. Bu tarihte bir sinyal tespit edildi, ışıkla taşınmayan bir sinyal. 2016 Şubatta da ölçümler kesinleşti ve açıklandı. Bu, uzay ve zamanın dokusundan meydana gelen bir sinyaldi.

Bu ilerde çığır açacak elbet. Artık ışık kullanarak göremediğimiz şeyleri de tespit edebiliyoruz. Mesela karadelik, büyük patlama gibi.

Işığında yapıtaşı atomlar elbette, kısaca bir şeyler söylemek gerekirse

Atomlar bir çekirdeğin etrafında dönen elektronlardan oluşur kabaca. Ve bu elektronların katmanları vardır dönebilecekleri. Bu durumu güneş etrafında dönen gezegenler gibi düşünmek bizi yanıltır. O yüzden bu yörüngelere orbital adı verilir. Orbitaller enerji seviyeleridir. Yasak bölgeleri vardır, geçebilecekleri bölgelervardır. Elektronlar bir orbitalden diğerine dolaşır dururlar. Bu geçişi yapabilmeleri için elektronların bir miktar enerji emmesi veya salması gerekir. Elektron ne kadar çekirdekten uzaksa taşıdığı enerji de o kadar yüksek olur. Yani bir elektronun yakın bir orbitalden uzaktaki orbitale atlaması için enerji kazanması gerekir. Yakınlaşıyorsa da enerjisinin birazını kaybetmelidir.

Peki bu enerji nereden gelir? IŞIKTAN

Elektronlar bir orbitalden diğerine atlarken ışık emer veya bırakırlar. Ama herhangi bir ışığı değil elbet. Belli miktardaki, ne az ne çok.

Bu bilgi 20’yy başında insanlığa ulaştı. Ve bu bilgiyi bulduğu için Einstein Nobel aldı. Aslında bulduklarının hepsine ayrı ayrı Nobel verilmeliydi en azından 4-5 tane daha. Okudukça neden öyle dediğimi anlayacaksınız.

Bu salınan veya kazanılan enerjinin o atoma özgü bir enerji olduğu ve her atomda ayrı tür olduğunu artık biliyoruz. Bu büyük şans çünkü farklı enerjiler farklı ışık kaynaklarına denk gelir. Ve biz de teleskoplarımızla her ışığı topladığımız için oralara gitmeden her tür bilgiyi alabiliriz.

Işık atomlardan geçerken bir çeşit etkileşime girer az önce açıkladığımız üzere, orbitaller ve enerji alıp salma meselesi. Kullanılmayan ışığın tamamı ise atomun içinden geçer gider, biz hangisi eksik bakar ve kalanlar üstünde dalga boyunu araştırarak orijinal halini hesaplayabiliriz. Ve yine eksiklere bakarak ışığın yolu üstünde hangi atomlar olduğunu da biliriz. Bugüne kadar topladığımız tüm ışıklar, teleskoplarla yani, güneşten uzak gökadalara ve bize, bitkilere kadar her şeyin aynı maddelerden, atomlardan yapılmış olduğunu gösterdi.

Dolayısıyla 1. Kozmolojik ilkenin herkesçe doğru kabul edilmesinin nedeni de buydu.

Tüm deneylerle bunlar doğrulanmıştır defalarca. Aynı zamanda evrenin değişen ve büyüyen bir evren olduğu da doğrulanmıştır. Her şey bizden hızla uzaklaşıyor evrende. Ama bizden uzaklaşan şey gökadalar değil, içinde bulundukları ortam gerildiği için uzaklaşıyorlar diyoruz. Tıpkı balonun şişmesinde mesafelerin değişmesi gibi.

Eğer her şey bizden uzaklaşıyorsa biz de evrenin merkezinde olmak zorundayız. Bu fenomen zorlayıcı bir fenomendir. Sıkı durun: Ama sadece biz değil diğer her yer de evrenin merkezindedir. Her yer bulunduğu yerden evrenin merkezindedir. Bunu da yeri gelince konuşacağız.

Dolayısıyla da 2. Kozmolojik ilke olarak: uzayda neler olduğunu tahmin edebilmek için  herhangi bir konum olmadığını, bir kişi yolculuk yapabilse tüm yönlerin ona daima aynı görüneceğini varsayar.

  1. İlke ise: Tıpkı dünyada olduğu gibi uzak galaksilerde de gözlemcinin bulunduğu yerden her şey daima uzaklaşır.

Evrenin genişlemesi 29’da Edwin Hubble tarafından keşfedildi, Hubble yasası da bunu anlatır.

Peki içinde bulunduğu ortam gerilir derken hangi ortamdan bahsediyoruz?

Kütleçekimi ve dalgaları

Evrenimize hükmeden dört temel kuvvet içinde belki de en fazla farkına vardığımız kütle çekimidir. Diğerlerine de geleceğiz. Kütle çekimi (eskiden yerçekimi diyorduk)

Cisimler dünya tarafından aşağı çekildiklerinde en yoğun olanı en aşağı yerleşme eğilimi gösterir. Havadan hafif cisimler yukarı doğru gidiyormuş gibi görünüyorsa nedeni havanın daha yoğun olması ve o cisimlerin yerini almasıdır.

Kütle çekimi daima çeken özelliktedir. Ve her şeyin hep düşmesine neden olur. Ve bu rekabet sonucu da katmanlar oluşur. Kayalar sudan yoğundur, o yüzden aşağıdadır, su ise havadan yoğundur o yüzden atmosfer suyun ve kayaların üstündedir. Dünyadan uzaya bir cismin gitmesi için dikey olarak saatte 40.320 km’yi aşması gerekir. Daha yavaş olursa düşer.

Yani evrenin dokusunda eğimler vardır. Her şey her yönde kütle çekimi adı verilen görünmez bir eğim yaratır. Kütlesi olan tüm cisimler evreni büker ve bükebiliyorsa o zaman ışık da bükmelidir. E=mc2 ye göre kütle enerjidir çünkü.

Sonraki yazımızda evrenin dokusunu anlamaya çalışacağız.

 

Matematiksel

 

Yazıyı Hazırlayan: Emir Emirmahmudoglu

Y.Emir Emirmahmudoglu
1973 K.Maraş doğumlu, İTÜ’de Matematik ve mühendislik okuduktan sonra, Ankara Üniversitesinde Hukuk okudu. Uzun yıllar Ankara ve İstanbul’da dershanelerde Matematik, Fizik ve Felsefe öğretmenliği yaptı. Amsterdam’da Vrije Universiteit’da Yapay Zeka eğitimi aldı ve halen yeniden burada Matematik öğretmenliği okuyor. Rotterdam’da yaşıyor. Halen evreni ve varoluş sorunlarımızı düşünmekten büyük zevk alıyor. Ve bu zevki çocuğu da dahil tüm çocuklara aşılamak istiyor.

Bunlara da Göz Atın

Entropi İlkesinin Kadim Düşmanı: Maxwell’in Cini

Makro evrenin ısı ve iş kavramlarıyla ilintili değişkenlerini inceleyen ve tüm mühendislik dallarında ayrıntısıyla okutulan, …

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

ga('send', 'pageview');