Kütle Çekimi ve Uzay-Zaman Bükülmesi

Kütle çekim kuvveti; gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de dahil olmak üzere kütleli her şeyin birbirine doğru hareket ettiği veya çekildiği doğal bir kuvvettir. Bu kuvvet gezegenleri Güneş’in etrafında, Ay’ı Dünya’nın yörüngesinde tutar. Dünya’daki etkilerine, Ay’ın çekim kuvvetiyle oluşan deniz gelgitlerini örnek verebiliriz.

Fizik alanındaki büyük isimler, kütle çekim kuvvetinin yaşamımıza etkisi ile ilgili çalışmalar yaptılar fakat bu kuvvet hâlâ evrenin gizemlerinden biri.

Ağırlığımızın nasıl oluştuğuna gelirsek, Dünya’nın kütlesi, vücudumuzun kütlesine çekim uygular ve bu çekim ağırlığımızı oluşturur. Eğer Dünya’dan daha düşük kütleli bir gezegende olsaydık, ağırlığımız da çekim azaldığından dolayı azalırdı. Biz de  aynı çekim kuvvetini uyguluyoruz fakat kütlemiz Dünya’nın kütlesi yanında çok az kaldığı için Dünya’yı etkileyemiyor.

Antik Çağ düşünürlerinin de yerçekimi hakkındaki iddialarına göz atalım:

Aristoteles, cisimlerin ait olmaları gereken yere doğru hareket ettiklerini belirtti. Aristoteles’e göre cisimlerin hareket etmesi için kuvvete ihtiyaç vardı ve kuvvet ortadan kalkınca hareket olmazdı. Ama Galileo, cisimlerin hareket için kuvvete ihtiyaç duymadığını kanıtladı (Eylemsizlik Yasasında belirtilir). Yine Aristoteles, ağır ve hafif iki cisim yüksekten bırakıldığında ağır olanın önce düşeceğini iddia etti. Galileo’nun Pisa Kulesi deneyinde Pisa Kulesi’ne çıkarak kütlenin düşüş hızında etkili olmadığını kanıtladığı rivayet edilir. Ayrıca şöyle formüle ettiği söylenir:’’ Yere düşen cisimlerin kat ettiği mesafeler, geçen zamanın karesine eşit oranda artar.’’

Galileo yer çekiminin varlığını kabul ediyordu ama bu olayın neden olduğu hakkında fikri yoktu.

Daha sonra Newton; kütle çekim teorisi’ni ortaya atmış ve fizik alanında bir devrim yaratmıştır. Kütle çekim kuvveti, iki cismin sahip olduğu kütle ile doğru orantılı olarak artarken, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılı olarak değişir. Örneğin Ay Dünya’dan 2 kat uzakta olsaydı, Dünya’nın Ay üzerindeki kütle çekim kuvveti 1/4 oranında azalacaktı. Kütle çekimi, cisimlerin kütleleriyle doğru orantılı olarak arttığı için, 2 cisimden birisinin kütlesi 2 katına çıkarsa, aralarındaki kütleçekimi de 2 kat artacaktır. 2 cismin kütlesi birden 2 katına çıktığı takdirde kütleçekimi kuvveti 4 kat artacaktır.

Bu şekilde kütle çekim teorisi matematiksel bir değer kazandı. Ama hâlâ kütle çekiminin neden oluştuğu bilinmiyordu.

Einstein’in Genel Görelilik Teorisi tüm bu soruların çözümünde büyük bir adım olmuştur.

Öncelikle Einstein, bu teoriyi ortaya atmadan önce asansörde düşen bir insanın ağırlığı hissetmeyeceğini öne sürmüştür. Asansörle yukarı çıkarken fazladan bir ağırlık hissederiz. Aynı durumun tersini inerken yaşarız. Asansöre etki eden bir kuvvet olmadığı için de içindeki insan düşerken ağırlık hissetmez. Daha sonra Genel Görelilik Teoremini ortaya atan Einstein, daha önce kimsenin bahsetmediği bir şeyden söz etti. Aslında kütle çekimi diye bir şey yoktu, bu olaya sebep olan uzay-zaman bükülmesiydi. Uzaydaki kütleler, uzay-zaman dokusunu bölerek eğri bir ortam oluşturuyordu.

Örneğin Güneş gibi ağırlığı fazla olan bir cisim uzay-zaman ortamını daha çok bükeceğinden ağırlığı az olan çevresindeki gezegenler Güneş’in uzay-zamanda oluşturduğu bükülü ortamda hareket eder. Ay da, Dünya’nın oluşturduğu uzay-zaman bükülmesiyle o ortam içerisinde Dünya’nın etrafında dönme hareketini gerçekleştirir.

Böylelikle uzay-zamanın da belirli bir ortam olduğu söylenir. Newton’un boşluk dediği uzay ortamında nasıl kütle çekim olduğu sorusu, aslında uzay zaman ortamının bükülmesiyle var olduğu ortaya çıkar.