Işığın kütlesi yoksa neden karadelikten kaçamıyor ve ışığın kütlesi yoksa neden gözlerimizle görebiliyoruz?

Aslında bu soruyu çözmenin anahtarı, Einstein'ın bize öğrettiği devrimsel bir gerçeği anlamaktan geçiyor: Kütle çekiminin asıl kaynağı kütle değil, enerjidir. Kütlenin kendisini de en temelde "paketlenmiş" veya "yoğunlaşmış" bir enerji olarak düşünebiliriz.

Konuyu adım adım açalım:

1. Evet, Kütle Çekimi Işık Hızında Hareket Eder

Öncelikle sorunun ilk kısmındaki tespitin doğru; kütle çekimi ışık hızında hareket ediyor. Bu artık sadece bir teori değil, kanıtlanmış bir gerçek. Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı bunu öngörüyordu. 2017'de ise LIGO ve Virgo gözlemevleri, 130 milyon ışık yılı uzakta birleşen iki nötron yıldızının hem kütle çekimsel dalgalarını hem de bu olaydan çıkan ışığı (gama ışını patlaması) tespit ettiler. İki sinyalin de bize neredeyse aynı anda ulaşması, kütle çekiminin de ışık gibi evrenin hız sınırında hareket ettiğini kesin olarak kanıtladı (LIGO Scientific Collaboration and Virgo Collaboration, 2017).^[1]

2. Kütlesiz Olmak "Etkisiz" Olmak Değildir: 'nin Ötesi

Sorunun özündeki "kütlesiz bir şey nasıl etki edebilir?" kısmına gelelim. Ünlü denklemi, resmin sadece bir parçasıdır. Bu formül, bir cismin durgun haldeki enerjisini anlatır. Fiziğin daha temel ve tam denklemi olan Enerji-Momentum İlişkisi şöyledir:

Burada toplam enerjiyi, durgun kütleyi, ise momentumu (yani hareket miktarını) temsil eder.

• Bir elektron gibi kütleli bir cisim durduğunda, momentumu () sıfırdır ve denklem 'ye dönüşür. Kütlesi, onun durgun enerji paketidir.
• Foton (veya kütle çekimini taşıdığı düşünülen teorik parçacık olan graviton) için ise kütle () sıfırdır. Bu durumda denklem haline gelir. Yani:

• Bu, kütlesi olmayan bir parçacığın enerjiye sahip olabilmesi için mutlaka momentuma (harekete) sahip olması gerektiğini gösterir. Kısacası, fotonun veya gravitonun kütlesi yoktur ama enerjisi ve momentumu vardır. Bu enerji sayesinde etki yaratabilirler.^[2]

3. Kütle Çekiminin Gerçek Tanımı: Bükülen Uzay-Zaman

Newton'dan beri kütle çekimini, kütlelerin birbirini çekmesi olarak düşünmeye alışkınız. Ancak Einstein'ın Genel Görelilik Kuramı, kütle çekiminin bir kuvvet olmadığını, bunun yerine enerji ve momentumun uzay-zaman dokusunu bükmesinin bir sonucu olduğunu ortaya koydu. Ünlü fizikçi John Wheeler'ın harika bir şekilde özetlediği gibi: "Uzay-zaman, maddeye nasıl hareket edeceğini söyler; madde ise uzay-zamana nasıl büküleceğini." (Wheeler, 1990).^[3]

Uzay-zamanı büken şey sadece "kütle" değil, bir cismin sahip olduğu toplam enerji ve momentumdur.

• Bir gezegenin uzay-zamanı bükmesinin sebebi, kütlesinin temsil ettiği o devasa durgun enerjidir.
• Kütlesiz olan ışık (foton) bile enerjiye sahip olduğu için kütle çekiminden etkilenir ve hatta kendisi de uzay-zamanı çok az da olsa büker. Kara deliklerin etrafında ışığın bükülmesi bunun en net örneğidir.

Sonuç ve Cevap

Şimdi tüm bu bilgileri birleştirip soruna geri dönelim: Kütlesiz bir parçacık (graviton), kütleli bir elmayı nasıl etkiliyor?

1. Elma, kütlesinden dolayı aslında devasa bir "paketlenmiş enerji"dir.
2. Bu enerji, etrafındaki uzay-zamanı büker.
3. Bu bükülme bilgisi, kütlesiz ama enerjili gravitonlar aracılığıyla ışık hızında yayılır.
4. Başka bir cisme ulaşan bu "bükülmüş uzay-zaman" bilgisi, o cisme nasıl hareket edeceğini dikte eder. Biz de bunu 'kütle çekim kuvveti' olarak hissederiz.

Yani etkileşim, kütlesiz bir parçacığın kütleli bir parçacığa doğrudan "dokunması" gibi değil. Kütlesiz graviton, taşıdığı enerji ile uzay-zamanın geometrisini değiştiriyor ve kütleli cisimler de bu değiştirilmiş geometriyi takip ediyor. Temelde her şey, senin de sorduğun ikilemi çözen 'enerji' kavramına bağlanıyor.