Kütle Çekimi Gerçek mi?

İlk bakışta “Kütle çekimi gerçek mi?” diye bir başlık görmek sizleri şaşırtmış olabilir fakat bu konu bilim tarihi boyunca tartışılmış ve Einstein’le birlikte yavaş yavaş aydınlanmış bir konudur. Tabi ki böyle karmaşık bir konuyu açıklayabilmek için tabiri caizse daldan dala atlayıp birçok farklı bilimsel gerçeklikle de karşı karşıya kalacağız. Elden geldiği kadar anlaşılır bir şekilde bunları açıklamaya çalışalım.

Eğer hazırsak arkamıza yaslanalım ve başlayalım…

Evet kütle çekimi yoktur. Ya da bir diğer değişle biz kütle çekimini yanlış tanımlıyoruz.

Newton’a göre her kütleli cisim birbirini çeker yani dünya ve elmayı ele alacak olursak, elma ve dünya birbirine çekim kuvveti uygular. Fakat dünyanın kütlesi elmadan daha büyük olduğundan dolayı elma dünyanın merkezine doğru hareketlenir, dünya elmanın merkezine doğru değil. Fakat Einstein özel görelilik kuramının bu durumla çelişki içinde olduğunun farkındaydı. Her noktasıyla olmasa bile Newton’un teorisi iki yönden hatalıydı.

İlki kütle çekiminin hızı konusuydu. Newton’a göre kütle çekimi sonsuz bir hızda yayılırdı. Fakat Einstein hiçbir şeyin ışıktan hızlı olamayacağını kanıtlamıştı ve kütle çekimi de ışık hızıyla aynı hızda yayılıyor olmalıydı. Bir diğer deyişle Newton’a göre eğer güneş aniden yok olacak olsaydı dünya anında çekim kuvvetinin etkisinden çıkar ve uzay boşluğuna doğru savrulurdu. Einstein ise kütle çekim dalgalarının da ışık hızıyla yayıldığını ve dünyanın bu çekimin etkisinde aşağı yukarı 8 dakika daha kalacağını (bu süre güneşle dünya arasındaki ışık mesafesi oluyor) ardından uzay boşluğuna savrulacağını söylemişti.

İkinci hata ise çekim kuvvetini kütlenin kendisinin oluşturduğu düşüncesi idi. Einstein tüm enerji türlerinin bir kütlesi (ağırlığı) olduğunu kanıtlamıştı. Yani bu çekim kuvvetini sadece kütle enerjisi değil aynı zamanda diğer bütün enerji türleri de oluşturuyor olmalıydı. Einstein aynı zamanda özel görelilik teorisini genelleştirip dünyanın hareketli bir insana nasıl gözükeceğini anlamaya çalışıyordu. Yani bir diğer deyişle bir diğer sorunu da ivme ile ilgiliydi. İşte Einstein bu güçlüklere boğuşurken “hayatımın en mutluluk veren düşüncesi” olarak tanımladığı eşdeğerlik ilkesini fark etmek üzereydi.

Eşdeğerlik ilkesi

İlk olarak İtalyan bilim insanı Galileo’nun 17. Yüzyılda yapığı deneye konuk olmamız gerekir bu ilkeyi daha iyi anlayabilmek için.

Galileo kütleden bağımsız olarak serbest düşmeye bırakılan 2 cismin aynı anda yere düşeceğini söyledi. Bunu kanıtlamak için de Pisa kulesinin tepesine çıkıp ağırlıkları farklı iki cismi aynı anda serbest düşmeye bıraktı fakat tahmin ettiğiniz gibi sonuç onun beklediği gibi olmamıştı çünkü hava sürtünmesi ve daha birçok değişken etken vardı. Fakat bu deney günümüz şartlarında sürtünmesiz ortamda yapılmış ve sonuç tıpkı Galileo’nun tahmin ettiği gibi çıkmıştır. Kuş tüyü ve ağır bir demir top aynı anda aynı yükseklikten serbest düşmeye bırakılmış ve aynı anda yere düşmüşlerdi.

Eşdeğerlik ilkesine geri dönecek olursak, ivme=kütleçekimi.

Bu ilke bir örnekle çok daha basit ve anlaşılabilir olabiliyor. Uzayda yani kütleçekimsiz bir ortamda bir astronot düşünelim. Bu astronot bilincini kaybetmiş olsun ve uzay mekiğinde olduğunu bilmesin. Eğer bu uzay mekiği 9,8 m/s2 lik yani dünyadaki kütleçekimiyle aynı değerde ivmeleniyor olsaydı astronotun dünyada olmadığını düşünmesi için hiçbir sebep olmazdı.

Galileo’nun deneyini kendi başına yapabilir ve cisimlerin aynı anda yere düştüklerini gözlemler (sürtünme olmadığını varsayarsak) dolayısıyla kendisinin kütleçekimi olan bir gezegende, ivme değeri de dünyayla aynı olduğundan dünyada olduğunu düşünürdü. Yani kütleçekimi ve ivme ayırt edilemez, ayırt etmeye gerek de yoktur çünkü her ikisi de aynı şeydir!

Elmanın neden yere düştüğünü veya neden zıpladığımızda öylece uçamadığımızı açıklamak için bir yol bulmamız gerekiyordu. Biz de kütle çekimini bulduk, ama böyle bir kuvvet gerçekte yoktur.

Evet kütle çekiminin ivmeyle eşit olması biraz garip geliyor olabilir, fakat şunu da unutmamalıyız ki biz insanlar uydurma kuvvetler konusunda oldukça başarılıyız. Örneğin merkezkaç kuvveti.

Bu kuvvette aslında yoktur. Şöyle de söyleyebiliriz ki evrende hızlanan her madde düz bir çizgiyle en kısa yolu takip etme eğilimindedir. Yani bir arabada giderken araba dümdüz gidiyorsa sıkıntı yoktur fakat ani bir virajda kendinizi kapıya yapışmış olarak bulabilirsiniz. İşte burada da aslında merkezkaç kuvveti diye bir şey yoktur sadece kapıya çarpmamızı basitçe açıklayabilmek için merkezkaç kuvvetini uydurmuşuz. (ve uzunca bir süre gerçek olduğuna inandık.)

Şöyle düşünelim, araba virajı döndüğünde kapıya yapışıyoruz. Ve araba sürekli aynı şekilde aynı virajı döner durursa sürekli aynı şekilde aynı kapıya yapışırız. Bu kapıya yapışma olayının ivme değişiminin bir unsuru olduğunu biliyoruz (ivmenin  sadece hızdaki değişim olmadığını, aynı zamanda istikametteki değişim olduğunu hatırlatmakta fayda var). İşte bu ivme yüzünden kapıya çarptığımız gerçeğini nasıl ki bir eylemsizlik çeşidi olan merkezkaç kuvveti diye uydurma bir kuvveti kullanarak görmezden geldiysek, aynı şekilde dünyanın eylemsizliği sonucu yere çekildiğimiz gerçeğinin de görmezden geldik.

Bir başka deyişle düz bir istikamette gitmeye olan doğal eğilimimiz yüzünden çekim kuvvetine maruz kalırız.

O zaman bunun anlamı dünya gibi cisimlerin düz bir çizgi üzerinde, sabit bir hızla gidiyor olması gerektiğidir.

Bu biraz saçma gibi gelebilir fakat düz bir çizgiyi nasıl tanımladığınıza bağlı bu. 2 boyutta düşünecek olursak düz çizgi tıpkı hayal ettiğiniz gibi olur. (Evrendeki tüm maddelerin en kısa rotayı izlemeye çalıştığını ve bunun düz bir çizgi olarak tanmılandığını yukarıda belirtmiştik.)

Fakat 3. boyuta geçtiğimiz zaman en kısa rota her zaman düz çizgi olmayabilir şöyle düşünün ki karşımıza bir dağ çıktığında dağın arkasına daha kolay geçebilmek için etrafından dolanırız bize göre en kısa yol budur çünkü. Fakat kuşbakışı bize bakan birisi yolu neden uzattığımızı anlayamaz ve zikzaklı hareketimize anlam veremez. Tıpkı az önce dünyanın yörüngedeki dairesel hareketinin en kısa mesafe olmasının size saçma gelmesi gibi!

Uzayda aynı zamanda ışıkta en kısa rotayı izler. Bunu açıklamak için yeniden astronotumuza dönelim.

İvmelenen uzay mekiğinde bulunan bu astronot mekiğin karşılıklı iki kenarına aynı hizada düz çizgi çeksin ve bu çizgilerden birinden yere paralel olacak şekilde bir lazer tutsun. Bu durumda lazer ışığı karşıda da aynı çizgi üzerine gelir öyle değil mi?

Hayır öyle değil, bu ışık o çizginin biraz altına gelir. Bu da uzayın eğri yani bir diğer değişle bükülmüş olması gerektiği anlamına gelir ki ışığın yolu değişsin ve en kısa mesafe eğik bir yol olsun. Evet durum tam olarak da budur!

Uzay eğilip bükülebilir fakat 4 boyutlu bir bükülmeyi hayal etmemiz imkansız olabilir çünkü etrafımızdaki her şey 3 boyutlu olduğundan algılarımızda buna göre çalışır.

Fakat olayı 2 boyuta indirgersek gayet rahat anlayabiliriz bu durumu. Bir çarşaf hayal edelim. Bu çarşafın ortasına bir gülle koyalım, çarşafın her yerinde de ufak misketler olsun. Bu gülle çarşafı nasıl ki büküp misketleri kendisine doğru çekiyorsa uzayın bükülmesi de bu şekildedir. Olayı 2 boyuta indirgersek gayet rahat anlayabiliriz bu durumu. Bir çarşaf hayal edelim. Bu çarşafın ortasına bir gülle koyalım, çarşafın her yerinde de ufak misketler olsun. Bu gülle çarşafı nasıl ki büküp misketleri kendisine doğru çekiyorsa uzayın bükülmesi de bu şekildedir.

Kafalar biraz karışmış olabilir, ama doğruları bilmek ve konuşmak önemlidir…

Mehmet Eren Yüksel – Süleyman Yalçıner

Matematiksel

Paylaşmak İsterseniz

Yazıyı Hazırlayan: Suleyman Yalciner

Öğretmenim, matematikçiyim, eğitimciyim. Gezmeyi, eğlenmeyi, hayattan keyif almayı yeğleyenlerdenim. 1980 yılında Osmaniye'de başlayan öğrenme merakım, ilk orta lise eğitiminden sonra Gaziantep Üniversitesi Matematik Bölümü ile devam etti. 2004 yılında Tekirdağ' da başlayan öğretme idealim ise hala zevkle ve şevkle görev yaptığım Seyhan İmkb Fen Lisesi'nde devam ediyor. Evliyim iki oğlum var.

Bunlara da Göz Atın

Işık Hızı Neden Aşılamaz?

Bir çok insan için ışık hızının sabit olması rahatsız edici ve pek de inandırıcı olmayan …

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

ga('send', 'pageview');