Uzay-zamanda Dünya'yı sarsan dalgalanmalar keşfedildi

Manjit Kumar *

14 Eylül 2015 Pazartesi günü, diğer olağan günler gibi başladı. Evrensel Zaman’da, tam olarak 09:50:45’te, Dünya, saniyenin beşte biri boyunca, kütlesinin yüzde birin kentilyonda biri oranında genleşip tekrar sıkıştı. Gezegendeki her şey 1021’de (1 sayısının ardından 21 tane sıfır geliyor) birlik bir oranda genişledi ve daraldı. Bilim insanları, on yıllar boyunca süren bir araştırmanın ardından, sonunda yerçekimi dalgalarını (yeryüzünde bulunan bir hidrojen atomunun çekirdeğinden 10 bin  kat daha küçük olan dalgaları) tespit edebilmek amacıyla oldukça hassas aletler geliştirdiler.

O pazartesi sabahından itibaren evrende ne zaman, nerede, ne olduğu konusuna odaklanmaya başladılar. Hollandalı bilim yazarı Govert Schilling, ilgi çekici kitabında, bazı bilim insanlarının bu olayın “yüzyılın keşfi” olarak adlandırdıkları keşif sürecine katılanların hikayesini anlatarak, kim ve ne üzerinde çalışıldığını aktarmaya devam ediyor; bu hayâl dahi edilemeyecek orandaki küçük dalgalanmalar, uzay-zamanda 1.3 milyar ışık-yılı uzaklıkta bulunan bir galakside gerçekleşen bir felaketten kaynaklanıyordu.

ALBERT EINSTEIN’IN KURAMINDAN HAREKET EDİLİYOR

Kitabın “Kim” bölümü, 1915’te 36 yaşındayken ustalık eseri olan genel görelilik kuramını yeni tamamlayan bir Alman fizikçinin öyküsüyle başlıyor. Albert Einstein’ın yenilikçi kuramında, yerçekimi, kütle tarafından uzamın (uzayın/alanın) bükülmesiyle ortaya çıkıyordu. Dünya, güneşin yörüngesinde dolanır; zira, kimi gizemli ve görünmez güçler onu güneşe çeker; öte yandan, uzay bükülerek maddeye nasıl hareket edeceğini söylerken, madde de uzama nasıl büküleceğini söyler. Genel görelilik kuramı, uzamın oluşturduğu üç boyutun ve zamanın akışının bağımsız ve mutlak olmadığını, ancak birlikte “uzay-zaman” olarak adlandırılan dört boyutlu bir dokuyu oluşturduklarını ortaya koyar.

İlk başta Einstein’ın fikirleri reddedilmişti. Uzay-zaman’ın dokusundaki titreşimler, genel göreliliğin açık bir belirtisiydi; ancak Einstein, kuramında “yerçekimi dalgaları mevcut olamaz” diye not etmişti. Kısa süre sonra fikrini değiştirdi; ancak laboratuvar algılayıcılarını kullanarak yerçekimi dalgaları konusunda yapılacak araştırmalar ancak 1950’lerin sonlarında başlayabilecekti.

ABD Ulusal Bilim Vakfı 1990 yılında, 300 milyon dolarlık maliyetine karşın “Lazer Interferometre Yerçekimsel Dalgalar Gözlemevi” (LIGO) çalışmalarına yeşil ışık yaktı. Proje, 2015 yılına dek, birbirinden yaklaşık 3.000 kilometre uzaktaki farklı tesislerde bulunan iki benzer algılayıcıdan ibaretti. Algılayıcılardan biri Washington eyaletindeki Hanford’da, diğeriyse Louisiana’nın Livingston bölgesinde bulunuyordu. Tek bir algılayıcı, geçmekte olan arabalar gibi mikro ölçekli dalgalanma olaylarını kaydedecek; bu yanlış alarmları araştırma dışında tutabilmek için, araştırmacılar yalnızca birkaç dakika içinde her iki algılayıcıda (eşzamanlı olarak) tespit edilen olayları kaydedeceklerdi.

UZAY-ZAMANDAKİ DALGALANMALAR KAYDEDİLİYOR

LIGO algılayıcılarındaki lazer ışınları, 4 km uzunluğundaki L biçimdeki vakumlanmış borular içerisinde ateşleniyor ve her birinin ucunda bulunan aynalardan yansıtılıyor. Ortaya çıkan ışık kırılmalarını analiz etmek yoluyla, uzamdan gelip geçen yerçekimi dalgalarıyla oluşan genleşip-daralma oranını ölçmek için aynalar arasındaki mesafe değişimlerini kullanmamız mümkün. Buna karşın, yerçekimi zayıf bir güçtür ve uzay-zamanın eğilmesi, bükülmesi, gerilmesi veya sıkışması pek de kolay olmadığından, evrendeki etkisi oldukça azdır. Uzamda gerçekleşen en ufak dalgayı yaratmak için bile inanılmaz derecede büyük bir enerji gerekir. Birbirlerinin yörüngesinde dönen yıldız çiftleri bile LIGO’nun tespit edebileceği yerçekimi dalgalarını üretecek güçte değiller; ancak kara delikler, bu olay için oldukça elverişli ortamlar olabilir.

Genel göreliliğin başka bir öngörüsü olan kara delikler, güneşimizden kat be kat büyük yıldızlardan geriye kalan kalıntılardır. Bu yıldızlar oldukça parlak biçimde yanarlar ve ölüm aşamalarında bir süpernovaya dönüşerek iyice sıkışmaya başlarlar; ardından, inanılmaz biçimde yoğunlaşan çekirdekleri içine çöker ve ortaya bir kara delik çıkar.

LIGO tarafından 14 Eylül 2015 günü saptanan ilk yerçekimi dalgası olan GW150914, güneşten 36 ve 29 defa daha büyük olan iki kara deliğin birleşmesiyle ortaya çıktı. 1,3 milyar yıl önce birbirine dolanan bu iki kara delik, uzay-zamanda ışık hızıyla yayılan kısa dalgalanmalar oluşturdu. Dalgalar, iki kara deliğin birbirine yakınlaşması ve birbirlerinin yörüngesinde yüzlerce defa dönmeleriyle birlikte, ortaya çıkan enerjiyi uzaya dağıttı. Uzay-zaman genleşip sıkıştıkça, oluşan küçük dalgalar devasa dalgalara dönüştü. İki kara delik çarpışıp birleştiklerinde yerçekimi dalgalarında adeta bir tsunami’ye neden oldu. Bu yok edici çarpışmalar galaksimizde milyonlarca yıl içinde ancak bir defa ortaya çıkar; öte yandan, gözlemleyebildiğimiz evrende en az 100 milyar galaksi bulunur.

Albert Einstein, “Bir teori üzerinde düşünürken, kendi kendime ‘şayet ben Tanrı olsaydım, dünyayı bu şekilde mi yaratırdım?’ diye sorarım,” diye itiraf etmişti. Belki de yalnızca o ya da Newton böyle bir açıklama yaparak bu tür bir durumdan kurtulabilirdi; geri kalan bilim insanlarıysa, kuramsal bakış açısı ile bilimsel yöntemin odağında bulunan deneysel inceleme arasındaki yakın bağlantıya güvenmek zorunda. Kanıtlar doğadan koparılmış olsalar bile bir kuramı destekler ya da reddederler ve geçerlilik konusundaki tek hakem olarak hizmet verirler. Yerçekimi dalgaları, genel göreliliğe dair bir başka emare ve kara deliklerin varlığına ilişkin ilk doğrudan kanıtlardı; geriye kalan kanıtların tamamıysa koşullara bağlı.

Yerçekimi dalgalarına ilişkin av sona erdi; ancak yerçekimi dalgalarını inceleyen gökbilim alanı, fizikçilerin önünde engel teşkil eden kimi sırların açığa çıkarılmasına katkı sağlayabilir: ve hatta, birlikte evrenin yüzde 96’sını oluşturan karanlık maddenin ve karanlık enerjinin yapısını anlamamıza yardım edebilir.

*Manjit Kumar, “Kuantum: Einstein, Bohr ve Gerçekliğin Doğası Hakkındaki Büyük Tartışma” adlı kitabın yazarıdır.

Yazının aslı New Statesman sitesinde yayınlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)