Genel Görelilik Teorisi Deneysel Olarak İspatlandı mı?

Einstein 1915 yılında Genel Görelilik Teorisini ortaya attıktan sonra, teorinin test edilebilmesi için aynı zamanda üç öneride de bulundu: Merkür'ün günberi noktasının yaptığı presesyon hareketi, çekimsel alanda hareket eden ışığın sapıncı ve çekimsel kırmızıya kayma. Merkür'ün durumu o zamanlarda da biliniyordu ve bunlar kısa sürede doğrulandı. Aynı zamanda bugün bu yöntemlere ek çeşitli yöntemlerle de görelilik teorisini test edebiliyoruz.

Merkür'ün Enberi Noktasının Presesyonu

Diğer gezegenlerin aksine Merkür, ilginç bir yörünge hareketine sahipti. O zamanlar Newton mekaniği ile yörünge hareketleri gayet başarılı bir şekilde açıklanabiliyordu, lakin Merkür'ün bu garip hareketini açıklamak o kadar kolay değildi. Çünkü denklemler, normal koşullarda böyle bir hareket olmasını mümkün kılmıyordu. Belki de henüz fark edilememiş başka bir gezegen, Merkür'ün yörüngesinde değişimlere sebep oluyordu diye düşünüldü. Bu gezegenin bulunması çok kolaydı, fakat ortada bir gezegen yoktu.

Yörüngenin yaptığı bu kayma hareketini Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi kusursuz bir biçimde açıklıyordu. Çünkü bu harekete sebep olan şey, cisimlerin birbirine uyguladığı çekim değil, bükülen uzay-zamanda yaptıkları hareketti ve böylesi bir fizikte böyle bir yörünge hareketi öngörülebiliyordu. Hatta diğer gezegenler de bu hareketi yapıyordu, yalnızca bu durum Merkür'de daha barizdi. Gözlemler, genel görelilik teorisinin öngördüğü kayma miktarıyla kusursuz bir biçimde örtüşüyordu.

Çekimsel Alanda Işığın Sapıncı

Genel görelilikte, eğer cisimler uzay-zamanı büküyorsa ve cisimler yine bu bükülen uzay-zamanda hareket etmek zorundalarsa ışık çekimsel bir alandan geçerken yönünü değiştirmelidir ve bu ölçülebilirdir. Nitekim Eddington 1919 yılında, bir Güneş tutulması sırasında arka plan yıldızlarının görüntüde ne kadar yer değiştirdiklerini inceledi. Böylece ışıklarının, Güneş'in oluşturduğu çekimsel alan tarafından saptırılıp saptırılmadığını görebilecekti. Sonuçlar, gerçekten de ışığın bir sapınca uğradığını gösteriyordu. Üstelik miktar da tam olarak teorinin öngördüğü miktardı. Bu gözlem Genel Görelilik Teorisini doğrulayan ilk güçlü keşif oldu.

Bugün galaksi kümelerinin arka planlarında kalan cisimlerin görüntülerini merceklemesinden faydalanarak, kümenin kütlesi gibi önemli ölçümler yapabiliyoruz. Bu sebeple çekimsel merceklenme, hâlâ güncel ve önemli bir çalışma alanı. Aynı zamanda eğer teorinin küçük mertebelerde kaçırdığı bir detay varsa, teknolojinin de gelişmesiyle bunun da sınanmasına imkân tanıyacak harika bir araç konumunda.

Kütleçekimsel Kırmızıya Kayma

Çekimsel bir alandan (yani herhangi bir cismin yüzeyinden) bir foton fırlatıldığını düşünelim. Foton, kütleçekimsel alandan kurtulduğu sırada enerjisinin bir kısmını buraya harcar. Enerjisinin azalması, dalga boyunun kırmızıya kayması demektir. Yani farz edelim ki güçlü bir kütle çekimsel alandan mavi bir foton bırakılıyor. Dışarıdaki bir gözlemci bu fotonu kırmızı olarak görebilir. Çünkü yolculuğa mavi bir şekilde (daha yüksek enerjili bir şekilde) başlayan foton, enerjisini bir miktar kaybederek, yoluna kırmızı (daha düşük enerjili bir şekilde) devam etmiştir.

Bu durum da pekâlâ ölçülebilirdir ve ilk olarak 1971 yılında Greenstein tarafından Sirius B yıldızında ölçülmüştür. Bu da Genel Görelilik Teorisinin önemli sonuçlarından birini doğrulamaktadır.

Radar Yankılanması (Zaman Farkı)

Uzayda yer alan bir uyduya gönderilen sinyalin gidiş geliş süresi düz bir uzay için kolaylıkla hesaplanabilir. Yapılan denemeler, gelen ve giden sinyal arasında bir zaman farkı oluştuğunu göstermiştir. Bu durum, kütleçekimsel etkiler sebebiyle arada kalan uzay-zamanın bükülmesi açısından Genel Görelilik Teorisiyle açıklanabilir.

Daha ilginç bir deneme, çok hassas iki saatten birini yüksek bir zirveye çıkarıp, diğerini deniz seviyesinde bırakarak yapılabilir. Deniz seviyesine yakın olan çekimsel alandan daha çok etkilendiği için, zaman onun için çok az bir miktar da olsa daha yavaş akacaktır. Her ne kadar bu miktar kara delik gibi sıkışık cisimler için oldukça fazla olabilse de Dünya için bu değer çekirdek bölgesinin, yüzeyinden yalnızca 2.5 yıl daha yaşlı olduğunu söyler.

Genel Görelilikte Çekimsel Dalgalar

Einstein'ın Genel Görelilik Teorisinden tam 100 sene sonra, varlığını öngördüğü kütleçekimsel dalgalar gözlemsel olarak 2015 yılında doğrulandı. Biri 39 Güneş kütleli, diğeri 29 Güneş kütleli olan iki karadeliğin birleşmesi sonucunda, 62 Güneş kütleli bir kara delik ortaya çıktı. Geriye kalan 3 Güneş kütlesi ise, çekimsel dalga olarak ortama yayıldı ve Dünya'ya ulaştı.

Bize ulaşan bu dalga, bir atom çekirdeğinden daha küçük bir ölçekte Dünya'nın büzülüp genişlemesine neden oldu ve bu dalga, LIGO tarafından tespit edildi. Teori, böylesi dalgaları öngörüyordu ve teknolojinin gelişmesiyle gözlenmeleri bu ilk defa 2015 yılında mümkün oldu. Böylelikle Genel Görelilik Teorisi bir kez daha doğrulanmış oldu.