•Kütleçekimin geometrik bir teori olarak ortaya çıkışı
1915’te Albert Einstein tarafından yayımlanan genel görelilik, kütleçekimin güncel ve geometrik teorisidir; modern fizikte kütleçekiminin en güncel açıklamasını oluşturur. Kuram, özel göreliliği ve Newton’ın evrensel çekim yasasını genelleştirerek yerçekiminin uzay ve zamanın ya da dört boyutlu uzay-zamanın geometrik bir özelliği olarak birleşik bir tanımını sağlar. Özellikle uzay-zaman eğriliğine maruz kalmış maddenin ve radyasyonun enerjisi ve momentumuyla doğrudan ilişkisi, kısmi bir diferansiyel denklemler sistemi olan Einstein alan denklemleriyle belirlenir.
Denklemlerin tarihsel gelişimi
Einstein, 1905’te özel göreliliği açıkladıktan hemen sonra kütleçekimini göreli çerçeveye dahil etme üzerine düşünmeye başladı. 1907 yılında serbest düşen bir gözlemciyi ele alan bir düşünce deneyinden yola çıkarak sekiz yıl sürecek bir araştırmaya girişti ve Kasım 1915’te Prusya Bilimler Akademisi’nde bugün Einstein alan denklemleri olarak bilinen çalışmasını sundu. Bu denklemler kuramın çekirdeğini oluşturur ve herhangi bir maddenin uzay ve zamanı nasıl etkilediğini belirler.
Bu denklemler doğrusal olmayan ve çözümü oldukça zor diferansiyel denklemlerdir. Einstein kuramını başlangıçta öngörüye dayanarak biçimlendirmişti. Ancak 1916 yılında astrofizikçi Karl Schwarzschild, denklemlerin ilk kesin ve sıfırdan farklı çözümünü buldu. Bu çözüm Schwarzschild metriği olarak adlandırılır ve kütleçekimsel içe çökmenin son evrelerinin, yani karadeliklerin tanımının temellerini ortaya koyar. Aynı yıl, elektrik yüklü cisimler için genelleştirilmiş çözüm olan Reissner-Nordström çözümüne ulaşıldı; bu çözüm günümüzde elektrik yüklü karadelikler için kullanılmaktadır.
Klasik mekanikten göreli genellemeye geçiş
General göreliliği anlamanın yolu, klasik mekanikle benzerlik ve farklılıklarını gözden geçirmekten geçer. Klasik mekaniğin özünde bir cismin serbest ya da ivmeli hareketinin ve bu serbest hareketten sapmaların bileşimi yatar. Bu sapmalar cisme etkiyen dış kuvvetlerin varlığından kaynaklanır. Standart referans sistemlerinde serbest hareket yapan cisimler düz çizgiler boyunca sabit hızla hareket eder; günümüz terminolojisinde bu yollara jeodezik denir.
Newton’ın evrensel kütleçekim yasası ve bağımsız doğrulanan Eötvös deneyi, serbest düşüşün bir evrenselliğine işaret eder. Serbest düşüş halindeki test cisminin yörüngesi sadece pozisyonuna ve ilk hızına bağlıdır, materyal özelliklerine değildir. Serbest düşüşün evrenselliği göz önünde tutulursa, eylemsiz hareket ile kütleçekimsel kuvvet etkisi altındaki hareket arasında gözlemlenebilir fark yoktur. Bu durum, serbest düşüş yapan cisimler olarak adlandırılan eylemsiz hareketin yeni bir sınıfının tanımını destekler.
Kütleçekimin kaynağı ve deneysel doğrulama
Newton kütleçekiminde kaynağı kütledir. Özel görelilikte ise kütle, basınç ve kayma yanı sıra enerji ve momentum yoğunluklarını içeren enerji-momentum tensörü olarak adlandırılan daha genel bir niteliği çağrıştırır. Eşitlik ilkesini kullanarak bu tensör eğri uzay-zamana genelleştirilir. Gezegen yörüngeleri için teorisinin öngördüğü sonuçlarla gözlemlenen sonuçları eşleştirerek orantı sabiti sabitlenebilir; burada G kütleçekimi sabitidir.
General göreliliğin zamanın akışı, uzayın geometrisi, serbest düşme yapan cisimlerin hareketi ve ışığın yayılımı gibi konulardaki öngörüleri, klasik fiziğin önermeleri ile belirgin farklılıklar gösterir. Kütleçekimsel zaman genişlemesi, kütleçekimsel merceklenme, ışığın kütleçekimsel kızıla kayması ve kütleçekimsel zaman gecikmesi bu farklılıkların örnekleridir. General göreliliğin bugüne kadarki tüm önermeleri deney ve gözlemler ile doğrulanmıştır.
Cevaplanmamış sorular
Her ne kadar genel görelilik kütleçekimin tek göreli kuramı olmasa da, deneysel veri ile uyum sağlayan en basit teoridir. Buna rağmen, teorinin hala cevaplayamadığı sorular varlığını sürdürmektedir. Bunlara örnek olarak pioneer anomalisi, galaksilerin dönüş eğrisi ve genel görelilik ile kuantum mekaniğinin yasalarının hangi şekilde bağdaştırılarak tamamlanmış kendi içinde tutarlı bir kuantum alan kuramı yaratılabileceği gösterilebilir.
Bu açıklama Vikipedi kaynaklarından uyarlanmıştır ve şu lisans altında sunulur: CC BY-SA 4.0.
Ingen kommentarer endnu