Kütleçekimiyle İlgili (Muhtemelen) Bilmediğiniz 20 Gerçek!

Kütleçekimi, fiziğin ve Evren'in en temel kavramlarından ve kuvvetlerinden birisidir. Şu anda oturduğunuz sandalyede, ayaklarınız yere basar halde kalabilmenizin sebebidir. Ancak onu ne kadar tanıyorsunuz? Gelin 20 ilginç gerçeğe hızlıca göz atalım:

1. "Kuvvet" dendiğinde akla gelen ilk şey genellikle fizikten ziyade, Star Wars (Yıldız Savaşları) serisi olmaktadır. Obi-Wan Kenobi filmde "kuvvet"i tanımlarken "etrafımızı sarar, içimize işler, galaksimizi bir arada tutar" kelimelerini kullanmaktadır. Bahsettiğinin kütleçekimi olması çok muhtemeldir. Galaksimizi gerçekten de birbirine bağlayıp bir arada tutan odur. Gerçekten her bir hücremize ve atomumuza kadar "içimize işler" (belki kütleçekiminin etkisini tanımlamanın en iyi yolu bu değildir ama yine de...). Bizi Dünya'ya bağlar ve her yanımızı sarar.

2. Star Wars'da sözü edilen, karanlık ve aydınlık tarafları olan Kuvvet'in aksine, kütleçekiminin ikiliği yoktur: sadece çeker; asla itmez.

3. NASA, şu anda kütleçekimine baskın gelerek cisimleri ileriye taşıyabilen bir sistem üzerine çalışmaktadır.

xkcd

4. Bir roller-coaster'a (lunaparktaki hız trenine) bindiğinizde hissettiğinizle, mikro-kütleçekimi alanında bulunan Uluslararası Uzay İstasyonu'ndaki (ISS) aynıdır. ISS ve diğer uydular için yaygın olarak kullanılan "kütleçekimsiz ortam" tanımı hatalıdır. Tüm uydular üzerinde kütleçekimi vardır. Aslında onlar, "serbest düşme" hareketi yapmaktadırlar. Ancak kütleçekimi, sizin ve Newton'un sandığının aksine doğrusal bir şekilde çekmez! Uzay-zamanı bükerek, yörüngesel bir düzlemde "çeker". Bu sebeple cisimler birbirlerinin yörüngesine girerler ve yeryüzünden yeterince uzakta olan bir cismin "düşmeye çalıştığı" yer o kadar uzak bir noktadır ki, serbest düşmeyle yörüngede çok uzun süreler dönebilir.

5. Dünya'da 68 kilogram olan biri, eğer ki Jüpiter yüzeyinde ayakta kalabilecek olsaydı, 160.5 kilogram kütleye eşdeğer ağırlığa sahip olurdu. Aslında bireyin kütlesi değişmese de, aynı kütle üzerine etki eden kütleçekimi değiştiği için, ağırlık da değişmektedir. Kütle, belli bir yoğunluğa sahip bir hacim içerisindeki madde miktarıdır. Atom alıp vermedikçe değişmez. Ağırlık ise, kütle ile kütleçekim ivmesinin çarpımıdır.

6. Eğer Dünya'nın kütleçekiminden kaçmak isterseniz, saatte yaklaşık 41.000 kilometre hızla sıçramanız gerekir. Evde denemeyin!

7. Her ne kadar onu en güçlü şekilde hissediyor olsak da kütleçekimi, Evren'e hükmeden 4 temel kuvvetin en zayıfıdır (kuvvetsizidir). Diğer 3 temel kuvvet: elektromanyetizma, zayıf çekirdek kuvveti, güçlü çekirdek kuvvetidir. İlki elektrik alanlar ile manyetik alanlara (ki ikisi teorik olarak aynı şeydir) hükmeder. İkincisi bir atomun bozunma hızını ve tipini belirler. Üçüncüsü ise atomun çekirdeğini bir arada tutar.

8. 1 Kuruş büyüklüğündeki bir mıknatısın manyetik alanı, Dünya'nın kütleçekimini yenerek buzdolabına yapışabilmektedir. Elektromanyetizmada mesafeler birincil öneme sahip değildir, dolayısıyla "ama buz dolabına çok yakın, ondan" argümanı geçerli değildir.

9. Isaac Newton'un başına hiçbir zaman bir elma düşmedi. Elmayı sadece bir metafor olarak kullandı ve cisimlerin yere doğru hareketi onu, Dünya üzerindeki hareketlerin neden kaynaklandığını düşünmeye itti. Elma da, tipik olarak düşen bir cisimdir.

10. Sizin için sıradan bir "düşen elma", Newton'un gözünde $F=\genfrac{}{}{0ex}{}{G\times m\times M}{r^2}$ olarak canlandı. Göze korkutucu gelse de, bu çok basit ve zarif bir denklemdir. İki cismin birbirine uyguladığı çekim kuvvetinin, kütlelerinin çarpımı ile bir G sabitinin çarpımının, kütleler arasındaki mesafenin karesine bölümünden ibaret olduğunu söylemektedir. Denklem oldukça yüzeyseldir ve Evren'deki tüm işleyişi açıklamaktan çok uzaktır. Zaten asırlar sonra, Einstein'ın Görelilik İlkesi'nin açıklamaları tarafından egale edilmiştir. Ancak Newton'un Kütleçekim Teorisi, günlük yaşamda sıradan olarak karşılaştığımız hemen her şeyi açıklamaya yeter: arabaların gitmesini, uçakların uçmasını, gemilerin yüzmesini sağlamıştır. Ama tamamen isabetli değildir.

11. Newton'un Kütleçekim Teorisi (yasası değil!), cisimlerin arasındaki mesafe yarıya indiğinde, çekim kuvvetinin 4 katına çıktığını söyler. Aynı zamanda bu denklem, birbirine değen iki cisim arasındaki çekim kuvvetinin sonsuz olduğunu ileri sürer (ki pratik olarak doğru olmadığını biliriz).

12. Kütleçekiminin İngilizcesi olan gravity, Latincedeki gravis sözcüğünden gelmektedir. Bu, "ciddi anlamda ağır" anlamına gelir. Aslında bu sözcük, ilk başta fiziksel bir kuvvet için değil, ciddi insanları tanımlamak için kullanılmaktaydı.

13. Kütleçekim ivmesi her cismi eşit miktarda hızlandırır. Bu hızlanma miktarı, kütlelerinden bağımsızdır. Eğer 8 katlı bir binanın tepesinden bir fili ve 1 kuruşu aynı anda bırakacak olsanız, teorik olarak ikisi yere aynı anda düşer. Ancak elbette bu muhtemelen gerçekleşmeyecektir; çünkü cisimlerin düşüşü sırasında sadece kütleçekimi işlevsel değildir. Hava sürtünmesi/direnci, adhezyon kuvvetleri gibi diğer kuvvetler sonucu etkilemektedir. Ancak kütleçekiminin iki cisim üzerindeki etkisi birebir aynıdır! Bunun sebebi, ağır cisimlerin daha yüksek atalete (ivmelenme direncine) sahip olmalarıdır. Ağırlıkları nedeniyle daha hızlı düşmeleri beklenir; ancak ivmelenmeye karşı dirençleri bunu dengeler ve bu sebeple aynı anda (aynı hızda değil!) düşerler.

14. Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi, Newton'un iddia ettiğinin aksine 3 boyutlu uzay ile 1 boyutlu zamanın birbirinden ayrı/bağımsız olmadığını, hepsini bir arada 4 boyutlu bir uzay-zaman dokusu oluşturduğunu ortaya koydu. Bu sebeple, Newton'un açıklamalarının süper-kütleli cisimler ve atomik/atomaltı yapılar için geçerli olmadığı anlaşıldı. Uzay-zaman dokusu, tüm Evren'imizi kaplamakta ve şekillendirmektedir.

15. Kütlesi olan her cisim, etrafındaki uzay-zamanı büker! Yani siz, şu anda, çok çok az da olsa, Evren'in dokusunu bükmektesiniz. Bunun ne kadar hayranlık uyandırıcı bir gerçek olduğunu hayal edebiliyor musunuz? 2011 yılında NASA'nın Kütleçekim Probu B isimli deneyi, Einstein'ın bu öngörüsünü pratik olarak da ispatladı.

16. Uzay-zamanı büken bir cisim, onun üzerine doğru gelen ışığı da bükebilir. Bu, kabaca bir lensin ışığı kırması gibidir. Kütleçekim lenslemesi denen bu olay, uzak bir galaksinin olduğundan büyük gözükmesine ve şeklinin yamuk yumuk görülmesine neden olabilir.

17. 3-Kütle Problemi olarak bilinen problem, birbirlerinin yörüngesinde olan ve sadece kütleçekiminden etkilenen 3 cismin takip edebileceği bütün desenleri tahmin etme sorunudur. Bu problem, fizikçileri 300 yıldır meşgul etmektedir; çünkü bugüne kadar bu desenlerden sadece 16 tanesi bulunabilmiştir. Son 300 yılda keşfedilen desenlerin 13 tanesi Mart 2014'te, geri kalanları daha önceki 3 asırda keşfedilebilmiştir. Çok karmaşık bir matematik denkleminin olması, sorunu çözülmesi çok güç kılmaktadır.

18. Her ne kadar diğer 3 temel kuvvet, atomaltının fiziği olan Kuantum Mekaniği ile son derece iyi anlaşsa da, kütleçekimi bu konuda son derece inatçıdır. Eğer kuantum denklemlerine kütleçekimi dahil edilirse, denklemler çökmektedir/işlevsizleşmektedir. Bu iki olguyu fiziksel ve matematiksel olarak birleştirme çabası, modern bilimin en büyük uğraşlarından birisidir. Eğer bu yapılırsa, "Her Şeyin Teorisi" adı verilen ve tüm Evren'i açıklayabilme potansiyeli olan fizik teorisine koca bir adım daha yaklaşılmış olacaktır.

19. Kütleçekimini daha iyi anlayabilmek için fizikçiler, kütleçekim dalgalarını incelemektedirler. Bu dalgalar, karadeliklerin çarpışması veya yıldızların patlaması sonucu oluşan, uzay-zaman düzlemindeki kıvrım ve buruşukluklardır. Aynı zamanda, Büyük Patlama sonrasındaki aşırı hızlı genişleme döneminde de oluştukları düşünülmektedir.

20. İnterferometre Kütleçekim Dalgaları Gözlemevi (LIGO) isimli araştırma merkezinde çalışan uzmanlar, kütleçekim dalgalarını bir kez tam olarak anladıklarında, kozmosu daha önce hiç görmediğimiz bir şekilde görmemiz mümkün olacaktır. LIGO'da çalışan Prof. Dr. Amber Stuver, "Evrene her farklı şekilde baktığımızda, kozmosa bakış açımızda devrim yaratan keşifler yaptık." diyor.