Kütleleri Birbirine Çeken Görünmez Güç: Gravitation

 

Ay’ı Dünya’nın çevresinde döndüren şeyin ne olduğunu sorsam ya da Dünya’nın Güneş etrafında dönmesini sağlayan kuvvet nedir desem, herhalde hepimiz “tabi ki kütle çekim kuvveti” diye cevap veririz. Ancak kütle çekim kuvveti, ısı enerjisi veya manyetik kuvvet gibi bir şey mi ki uzaydaki tüm cisimleri kendisine çekebiliyor?

Gravitation! Onu göremiyoruz ama orada...

- Merhaba Dünya, senden çok etkilendim; ne kadar istesem de sana çekilme gücüne karşı koyamıyorum (AY).

Peki, böyle olamayacağına göre gerçekte Ay’ı Dünya’ya çeken neydi?
Kütle çekim kuvveti ile ilgili ilk ciddi deneyleri başlatan kişi Galileo Galilei’ydi. Pisa Kulesi’nden farklı cisimleri aşağıya bırakan Galilei, tüm cisimlerin aynı ivmeyle yere ulaştığını fark edince kütlelerin aynı kuvvetle Dünya’nın merkezine çekildiği yorumunu yaptı.

 

Galileo Galiei (1564-1642)

 

Daha sonra ise Galilei’nin başlangıç sayılabilecek bu çalışmalarından da etkilenerek araştırmalarına yön veren İngiliz fizikçi ve matematikçi Sir Isaac Newton, 1687'de Principia'yı yayınladı ve bu eserinde evrensel kütle çekim kuvvetinin iki cisim arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olduğunu ifade etti. Böylelikle Newton, kütle çekim kuvvetini formüle etmiş ve gezegenlerin uzaydaki yörüngesel konumlarını doğru olarak hesaplamayı başarmıştı. Işık üzerindeki etkileyici araştırmalarıyla da bilim camiası tarafından büyük beğeni toplayan Newton, ileride Başkanlığını yapacağı Kraliyet Bilimler Akademisi’ne (Royal Society) de kabul edilmişti.

Ancak gezegenlerden birinin yörüngesinin hesaplamalarında hala küçük bir terslik vardı. Güneş sistemindeki tüm gezegenlerin yörüngesel konumları Newton’un cebirsel ifadeleri ile doğru olarak hesaplanabilmesine rağmen Merkür’ün yörüngesinde küçük bir sapma görünüyordu ve bu çok da önemli gibi görünmeyen hatalı sonuç, ileride bazı fizikçilerin de canını sıkan bir sonuç olacaktı. Ayrıca dönemin birçok fizikçisi gibi formülün sahibini de içten içe rahatsız eden ve açıklayamadığı gizemli bir durum vardı; bu kütlelere ne oluyor da bunlar birbirlerine çekiliyordu?

 

Sir Isaac Newton (1643-1727)

 

Newton'un Kütle Çekim Kuvveti Formülü

Bu gizem uzun yıllar çözülemedi ve sonunda Einstein adında Alman bir hayalperest fizikçi -bir ışık huzmesine bindiğini hayal ederek uzayda seyahat ettiği düşünce deneyleri oldukça bilindiktir- çıkageldi ve tüm bu gizemi bozdu. Einstein’in parlak zekasının ürünü olan devrim niteliğindeki o meşhur “Görelilik Teorisi” bu gizemli çekim gücünün uzayın bükülmesinden kaynaklandığını söylüyordu. Bizler üç boyutlu varlıklardık ve bu yüzden 4.boyutu göremiyorduk ancak etkilerini hissedebiliyorduk. Einstein, uzaydaki cisimlerin dördüncü bir boyut olan uzay zamanın dokusunda kütleleriyle doğru orantılı olarak bükülmelere sebep olduğunu ve cisimlerin bozulan bu uzayın dokusunda ivmelendiği için birbirlerine çekildiğini söylüyordu. Bu kuram, tüm bilim camiasını heyecanlandırmıştı ve İngiliz bir fizikçi olan Arthur Eddington, Einstein’in bu kuramını ispatlamaya karar vermişti.

Eddington, ekibi ile birlikte uzayın dokusunun bozulduğunu Afrika’da gerçekleşen tam Güneş tutulması sırasında deneysel olarak ispatlamak istiyordu. Tam Güneş tutulması olduğu sırada arka arkaya hizalanan Güneş ve Ay’ın oluşturacağı kütle çekiminden dolayı uzayın bozulması gerekiyordu ve Dünya’da meydana gelen geçici karanlık sırasında bozulan alandaki yıldızlar da gözlemlenebilecekti. Bu durumda, eğer uzay gerçekten bükülüyorsa Güneş’in arkasında kalan bir yıldızın ışığı da bize bükülerek gelecek ve yıldızın gökyüzünde bulunması gereken “doğal konumu” ile ışık sapmasından kaynaklanan “gözlemlenen konumu” arasında mesafe farkı oluşacaktı. Nihayet Güneş tutulması gerçekleşti veeeeeeeeeeeeeeeee  BİNGO!!! Uzay öyle bir bükülmüştü ki bükülen alanda gözlenen yıldızlar olması gereken konumundan farklı bir konumda görünüyordu.

 

Einstein and Eddington

 

Uzayın bükülmesi sebebiyle yıldızın gerçek konumu ve gözlemlenen konumu arasında oluşan mesafe farkı

 

İşte, bu şekilde uzun yıllar kütleleri birbirine çeken gizemli kuvvet Gravitaton’un tam olarak ne olduğu belirsizken artık bu çekimin nasıl ortaya çıktığını biliyorduk. Bu durum, kenarlarından gergin bir şekilde tuttuğunuz çarşafın ortasına koyduğunuz ağır bir cismin çarşafı çukur şeklinde bükmesi gibi uzayın da benzer şekilde büküldüğünü gösteriyordu. Uzayda bulunan tüm cisimler de bükülmeden kaynaklı olarak bozulan uzay dokusundaki eğimler üzerinde hareket ediyorlardı. Ne kadar da basit; ve bir o kadar mantıklı değil mi?

Bilimin Houdini’lerine sonsuz saygı ve minnetle…