Yaşadığımız evrenle ilgili bildiğimiz hemen her şey, Alman bilim insanı Albert Einstein’ın 1905-1915 yıllarında geliştirdiği Genel Görelilik Kuramı ile değişti.

Albert Einstein, kendi dönemine kadar fizik dünyasını domine eden Isaac Newton’un kütle çekim kuramını geliştirerek, zamanı da bir boyut olarak devreye soktu ve uzay-zaman kavramını ortaya çıkardı.

Gezegenlerin yörüngede kalmasından kara deliklere, hatta her gün kullandığımız navigasyon cihazlarına kadar etki eden bu teoriyi anlayabilmek ve anlatabilmekse oldukça güç.

Siz de böyle düşünüyorsanız, animasyon videomuz bu konuda size yardımcı olabilir.

Genel Görelilik Kuramı Nedir?

Genel görelilik ya da göreliliğin genel kuramı, 1916 yılında Albert Einstein tarafından yayımlanan kütleçekimin geometrik kuramı, ve bugün modern fizikte kütle çekimi tanımladığı düşünülen kuramdır. Genel görelilik, özel görelilik ve Newton’ın evrensel kütleçekim yasasını genelleştirerek kütleçekimin uzay ve zaman ya da uzay-zamanda tanımlanmasını sağlar. Bu kuramın Newton’un kütleçekim kuramından temel farkı, kütleçekimini cisimlerin kütlelerinden kaynaklanan bir kuvvet ile değil, uzayın eğriliği ile açıklamasıdır. Genel görelilik kuramına göre kütle, içinde bulunduğu uzayın bükülmesine neden olur ve iki nokta arasında hareket eden serbest (üzerine hiçbir kuvvet etki etmeyen) cisimler, aradaki en kısa yolu takip eder.

Üç boyutlu uzayın eğilmesini gözümüzde canlandırmak çok zor olduğu için eğik uzayın tam olarak ne anlama geldiğini basit bir örnekle açıklayalım: Kürenin yüzeyi iki boyutlu, eğik bir uzaydır. Küreyi iki eşit parçaya bölen herhangi bir çember üzerinde birbirine yakın iki nokta alın ve bu noktalardan çembere dik doğrultuda birbirine paralel iki çizgi çizin. İki çizgi arasındaki mesafe zamanla azalacak ve bir noktada kesişeceklerdir. Başlangıçta birbirine paralel olan iki doğrunun daha sonra birbiriyle kesişmesi, uzayın eğriliğinin bir sonucudur. Bu uzayda hareket eden ışık ışınları -genel görelilik kuramına göre- çizdiğiniz çizgileri takip edecektir.

Genel görelilik kuramı pek çok deneysel veri ile destekleniyor. Örneğin Merkür’ün yörüngesinde gözlemlenen kaymalar, genel görelilik kuramı tarafından büyük bir kesinlikle tahmin edilir. Işığın kütleçekim alanından etkilenmesi de genel görelilik kuramını doğrular.

Newton kütleçekiminin geometrisi

Klasik mekaniğin özünde, bir cismin hareketinin serbest (ya da ivmeli) hareketinin ve bu serbest hareketten sapmaların bileşimi yatar. Bu sapmalar cisme etkiyen dış kuvvetlerin varlığından kaynaklanır ve kuvvetin tanımı Newton’un ikinci yasası ile verilmiştir. İkinci yasa bir cisme etkiyen net kuvvetin cismin eylemsiz kütlesi ve ivmesinin çarpımı kadar olacağını söyler.Cismin tercih edeceği eylemsiz hareket, uzay ve zamanın geometrisine bağlıdır: Standart olarak klasik mekaniğin referans çerçevelerinde serbest hareket yapan cisimler düz çizgiler boyunca sabit hızla hareket ederler. Günümüz terminolojisinde, cisimlerin eğri uzayzamandaki bu yollarına jeodezik denilmektedir. Aksine bir zaman koordinatının yanı sıra, gözlemleyerek ve dış kuvvetleri (elektromanyetizma ve sürtünme gibi) tolerans ederek tanımlanan eylemsiz hareketlerin uzayın geometrisini belirlemek için kullanılması beklenilebilir. Fakat yerçekimi devreye girer girmez bir belirsizlik oluşur. Newton’un evrensel kütle çekim yasası ve bağımsız doğrulanan Eötvös deneyi ve onun ardıllarına göre, serbest düşüşün bir evrenselliği vardır. (ayrıca eylemsiz ve pasif yerçekimsel kütlenin evrensel eşitliği ya da zayıf eşitlik ilkesi olarak da bilinir): serbest düşüş halindeki test cisminin yörüngesi sadece pozisyonuna ve ilk hızına bağlıdır fakat materyal özelliklerine bağlı değildir. Bunun basitleştirilmiş versiyonu Einstein’ın asansör deneyinde, sağ tarafta gösterilen figürde, somutlaştırılır. Küçük kapalı bir odadaki bir gözlemci için odanın kütle çekimsel alanda durağan ya da kütleçekimine eşit kuvvet üreten ve ivmelenen bir rokette boş uzayda olup olmadığına aşağı bırakılan bir cisim gibi yörüngelerini haritalayarak karar vermek mümkün değildir. Serbest düşüşün evrenselliği göz önünde tutulursa eylemsiz hareket ile kütleçekimsel kuvvet etki altındaki hareket arasında gözlemlenilebilir fark yoktur. Bu kütleçekimi etkisi altında serbest düşüş yapan cisimler olarak adlandırılan eylemsiz hareketin yeni bir sınıfının tanımını destekler. Tercih edilmiş hareketlerin yeni sınıfı ayrıca matematik terimleri ile uzayın ve zamanın geometrisini açıklar.Bu bir kütleçekimsel potansiyelin değişim derecesine bağlı olan özel bağlantı ile ilişkili jeodezik bir harekettir. Bu yapıdaki uzay hala tipik bir Öklit geometrisine sahiptir. Fakat uzay zaman bir bütün olarak daha karışıktır. Farklı test parçacıklarının serbest düşüş yörüngelerini takip eden basit bir düşünce deneyi kullanarak gösterilebileceği üzere, bir parçacığın hızını gösterebilen uzay zaman vektörlerinin (zaman vektörleri gibi) taşınmasının sonucu parçacığın yörüngesine göre değişiklik gösterecektir; matematiksel konuşmak gerekirse Newtonsal ilişkisi tümlevlenemez. Bundan uzay zamanın eğri olduğu sonucu çıkarılabilir. Sonuç sadece eşdeğişken kavramları kullanan Newton kütleçekiminin geometrik bir denklemlendirilmesidir, i.e herhangi bir koordinat sisteminde arzulanan geçerli bir tanım. Bu geometrik tanımda gelgit etkileri serbest düşüş halindeki cisimlerin göreceli ivmesi- kütlenin varlığının geometriyi nasıl değiştirdiğini gösteren bağlantının türevi ile ilişkilidir.