Evrenin Eğimini Laboratuvarda Bulabilir miyiz?

Nature Photonics dergisinin son sayısında yayımlanan makalelerinde, değeri pek bilinmeyen bir malzeme özelliği olan yüzey eğriliğini kullanarak, laboratuvar ortamında gökbilimsel soruları yanıtlamayı başardıklarını belirtiyorlar.

Einstein’ın genel görelilik kuramına göre kütleçekim, dört boyutlu uzay-zamandaki eğrilik olarak tanımlanabilir. Bu eğri uzayda göksel cisimler ve ışık, iki nokta arasındaki en kısa mesafe olan jeodezik yollar izler. Jeodezikler dışarıdan bakıldığında düz görünmezler.

Ekibin laboratuvarda kullandıkları deney düzeneği.

Friedrich Schiller Üniversitesi’nden Prof. Dr. Ulf Peschel liderliğinde bir araştırma ekibi, ışığın böyle eğri uzaylarda yayılışını laboratuvarda incelemek için özel bir teknik kullanmış. Uzay-zamanın dört boyutunun hepsini değiştirmek yerine, problemi iki boyuta indirgemiş ve ışığın eğri yüzeyler boyunca yayılışını incelemişler. Bununla birlikte, tüm eğri yüzeyler aynı değildir.“Örneğin bir silindiri ya da koniyi düz bir kağıt üzerine kolayca serebilirken, bir kürenin yüzeyini çarpıtmadan düz bir yüzeye aktarmak mümkün değildir. Bunun en bilinen örneği, yüzeyi hep çarpık gösteren dünya haritalarıdır. Bir kürenin yüzeyinin eğriliği, değiştirilemeyecek bir içsel özellik olup bu iki boyutlu yüzeyin içindeki geometri ve fizik üzerinde etkileri vardır,” diyor çalışmanın başyazarı olan doktora öğrencisi Vincent Schultheiß.

Araştırmacılar yaptıkları deneyde uzayın bu içsel eğiminin, ışığın yayılması üzerindeki etkilerini incelemiş. Bu amaçla, özel olarak üretilen bir nesnenin yüzeyine yakın küçük bir alana hapsettikleri ışığı, yüzey şeklini izlemek durumunda bırakmışlar. Işık yayılırken, tıpkı devasa kütlelerden saptığındaki gibi davranmış. Yüzeyin eğimini değiştirmek suretiyle, ışığın yayılışının kontrol edilebileceği böylece anlaşılıyor. Tabi aynı şekilde, ışığın nasıl yayılmakta olduğuna bakarak, yüzeyin eğimi hakkında çıkarım yapmak da mümkün. Bunu astronomik gözlemlere taşıdığımızda, uzak yıldızlardan bize ulaşan ışığın, geçtiği uzaya ilişkin değerli bilgiler taşıdığı sonucuna varıyoruz.

Bilimciler bu çalışmada, İngiliz fizikçiler Robert Hanbury Brown ve Richard Twiss’in öncülük ettiği ve güneşe yakın yıldızların büyüklüklerini belirlemek için kullandıkları yeğinlik interferometresi (İng. intensity interferometry) incelemesi yapmışlar. Bu ölçüm tekniğinde, iki teleskop belirli bir aralıkla yerleştirilir ve incelenecek yıldıza odaklanır. Teleskoplar tarafından ölçülen ışık şiddetindeki çalkalanmalar karşılaştırılır. Yeğinlik çalkalanmaları, yıldızın yüzeyinden ayrık olarak yayımlanan ışığın girişiminin bir sonucudur ve ortaya çıkan görüntüde ışık noktacıkları deseni biçiminde görülür. Bu da gözlemlenen nesnenin boyutları hakkında bir sonuç çıkarılmasını sağlar.

Eğimli uzayda ışığın izlediği yolların yakınsama ya da ıraksama olasılığı, düz uzaydakinden daha fazla olduğu için noktacıkların büyüklükleri eğime bağlı olarak değişir. Araştırmacılar, eğimi bilmenin sonuçları yorumlamada büyük önem taşıdığını gösterdiler. Evrenin genel eğiminin daha net ölçümü için interferometre kullanan deneylerin uygun olduğunu da ortaya koydular. Ekibin çalışmasının sonucunun evrenin daha iyi anlaşılmasını sağlayıp sağlamayacağı hala yıldızlarda yazılı. “Araştırmamızın temel amacı, genel görelilik kuramı bazlı bulguların, nesne yüzeylerinin dikkatlice modellenmesi yoluyla malzeme bilimine aktarılması,” diyor Prof. Peschel. İlk bakışta ilişkisiz gibi görünen bu iki alan arasında önemli bağlantılar var.

“Üretim açısından bakarsak, düz tasarımlar yapmak genelde daha kolaydır. Bununla birlikte, eğimli yüzeylerin de henüz yararlanılmayan bazı potansiyelleri var ve bunları örneğin optik sistemlerde ışığın izleyeceği yolun kontrolü için kullanmak mümkün olabilir. Yüzey eğiminde yerel çeşitlemeler yaratmak, çoğu zaman malzemenin hacmini değiştirmekle aynı etkileri doğurabiliyor. İşte bu sayede entegre optik devre veya mikro-optik bileşen üretiminde kullanılması gereken malzeme miktarı ve adım sayısı düşürülebilir,” diye ekliyor Peschel.

Eğri yüzeylerde üçgen ve daire gibi geometrik şekiller, yüzeyin eğimine bağlı olarak çarpıklaşır.

Kaynak
*Bilimfili - "Evrenin Eğimini Laboratuvarda Bulabilir miyiz?"
http://bilimfili.com/evrenin-egimi/