Göreliliği anlamak-7: Bükülen evren: Düz giderken dönmek

Kasım 1915. Birinci Dünya Savaşı'nın ortasında, Berlin'de Prusya Bilimler Akademisi'nde Einstein arka arkaya dört sunum yapar. Sonuncusunda genel görelilik denklemleri tamamlanmıştır.

Anlattığı fikir, tek cümleye indirgenebilir: Madde uzay-zamana nasıl bükülmesi gerektiğini söyler; uzay-zaman maddeye nasıl hareket etmesi gerektiğini söyler.

Gerilmiş çarşaf — ve benzetmenin yalanı

Hepimizin bir yerlerden duyduğu gördüğü en bilinen anlatım şudur: gerilmiş bir çarşafın ortasına ağır bir top koyun. Çarşaf çöker. Kenarından yuvarladığınız misket, çukura doğru kıvrılarak yol alır. Güneş de uzayı böyle çukurlaştırır, gezegenler o çukurda dolanır.

Bu benzetme faydalıdır ama içinde bir hile saklar: misketi çukura düşüren şey, odanın yerçekimidir. Yani yerçekimini yine yerçekimiyle açıklamış oluruz. Okurun kafasında "uzay aşağı doğru çöküyor" gibi yanlış bir resim bırakır; oysa çökecek bir "aşağı" yoktur, doku her yönde eğilir.

Doğru resim daha zariftir ve şudur: Dünya, Güneş tarafından çekildiği için dönmüyor. Dünya, elinden geldiğince dümdüz gidiyor. Sadece, üzerinde yürüdüğü zemin eğri.

Dünya küresinin üstünde ekvatordan kuzeye doğru dümdüz yürüyen iki kişi düşünün. Aralarında bin kilometre olsun. İkisi de asla sağa sola sapmıyor, dosdoğru yürüyor. Yine de kuzeye çıktıkça birbirlerine yaklaşırlar ve kutupta çarpışırlar. Aralarında bir çekim kuvveti yoktur. Sadece zemin eğridir.

Yerçekimi dediğimiz şey budur. Kuvvet değil, geometri. Durun bir dakika, ne dedik biz şimdi...

Peki yerçekimi gerçekten var mı, yoksa biz mi öyle sanıyoruz?

Buraya kadar okuyan haklı bir telaşa kapılabilir: madem yerçekimi bir kuvvet değil, o hâlde yok mu? Yüzyıllardır boşuna mı konuştuk?

Hayır. Ve bu durumu iyi anlamamız gerekiyor.

Elma düşüyor. GPS uydusu düzeltilmezse şaşıyor. İki kara delik çarpıştığında çıkan dalga, Dünya'daki dört kilometrelik bir dedektörü fiziksel olarak esnetiyor. Bunlar yorum değil, olgu. Yerçekimi vardır ve etkileri ölçülür.

Değişen şey, onun ne olduğuna dair tasvirimizdir. Bakın burası çok önemli ve bunu kafamızda canlandırmaya, kavramaya çalışmamız lazım.

Burada Einstein'ın "geometri" derken kastettiği şeyi bir tahtaya çizilmiş şekil sanmayalım. Uzay-zaman dokusu, tıpkı bir mıknatısın çevresindeki manyetik alan gibi fiziksel bir alandır: enerji taşır, esner, titreşir. Onu geometri diliyle anlatmamız gerçekliğini azaltmaz. Aksine, bir şeyi ölçülebilir bir dille anlatabiliyorsak, onu ciddiye alıyoruz demektir. Gerçeklik üzerinde bizim bir hesap yapıp onu kavrayıp ondan bir sonuç çıkartabilmemiz için onu bir matematiksel modelle, bir denklemle yazabilmemiz tarif edebilmemiz lazım.

Öte yandan şunu da unutmayalım: Newton'un modeli de yanlış değildi. Bugün hâlâ köprü hesaplarında, uydu fırlatmalarında Newton kullanılır; çünkü bizim ölçeğimizde sonuçları mükemmele yakın verir. Einstein onu çürütmedi, sınırını gösterdi ve daha geniş bir çerçeveye yerleştirdi.

Bir de meselenin ucu açık tarafı var. Fizikte diğer üç temel etkileşim — elektromanyetizma ve iki çekirdek kuvveti — parçacıklarla taşınır. Yerçekiminin de böyle bir taşıyıcısı olması beklenir; adı şimdiden konmuştur: graviton. Henüz tespit edilmiş değildir, belki hiç edilemeyecektir.

Ama şu son derece anlamlıdır: fizikçiler bu ikinci yolu denediler. Geometriyi hiç işin içine katmadan, düz bir uzayda uygun bir alan varsayıp hesabı yürüttüler. Karşılarına çıkan denklemler, Einstein'ın bükülen doku dilinden çıkardığı denklemlerin aynısıydı.

İki bambaşka tasvir, tek bir sonuç. Biri "uzay büküldü" diyor, öteki "parçacıklar alışveriş yaptı" diyor ve ikisi de aynı rakamı veriyor.

O hâlde hangisi gerçek? Dürüst cevap şudur: bilmiyoruz. Genel görelilik ile kuantum kuramı henüz birbiriyle barıştırılabilmiş değildir ve bu, fiziğin bir asırlık açık yarasıdır.

Bizim çıkarmamız gereken ders ise şu: model, gerçekliğin kendisi değildir. Elimizdeki en iyi haritadır. Harita ne kadar isabetli olursa olsun, arazi ondan ibaret değildir — ve bunu bilmek bilimi küçültmez; bilim adamına haddini, okura ise tevazuyu öğretir.

Zamanın eğrilmesi

Şimdi tekrar genel göreliliği anlatacak analize geri dönelim. Bu tablonun, çoğu anlatımın atladığı bir inceliği var. Gezegen yörüngelerini belirleyen esas eğrilme, mekânın değil zamanın eğrilmesidir.

Kütlenin yanında zaman daha yavaş akar ve cisimler uzay-zamanda, zamanın daha yavaş aktığı tarafa doğru yönelir. Elmayı yere düşüren şey, ayaklarınızın hizasında zamanın başınızın hizasından daha yavaş akmasıdır.

Kulağa inanılmaz geliyor. Konu iyice karışıyor diyorsunuz ama sabır.. Çünkü bu, ölçülmüş bir olgudur ve dizinin son yazısında rakamlarıyla göreceğiz.

İlk sınav: Merkür'ün inadı

Birinci yazıda, Le Verrier'nin 1846'da kâğıt üstünde hesap yaparak Neptün'ü bulduğunu anlatmıştım. Aynı adam, aynı yöntemi Merkür için de denedi. Çünkü Merkür'ün yörüngesinde küçük bir tuhaflık vardı: yörüngenin Güneş'e en yakın noktası, her yüzyılda 43 yay saniyesi kadar kayıyordu. Saçın kalınlığı kadar bir sapma; ama Newton'un yasası bunu açıklayamıyordu.

Le Verrier, Neptün'de işe yarayan çözümü tekrarladı ve Merkür'ün yörüngesinin içinde bilinmeyen bir gezegen olduğunu ilan etti. Adını da koydu: Vulcan. Astronomlar onlarca yıl boyunca Vulcan'ı aradılar. Yoktu.

Einstein 1915'te denklemlerini Merkür'e uyguladı. Hiçbir ayar yapmadan, hiçbir gezegen uydurmadan çıkan sonuç: yüzyılda 43 yay saniyesi.

Sonucu görünce kalbinin çarpıntısından günlerce kendine gelemediğini yazdı. Merkür'e yakın olduğu için orada uzay-zaman biraz daha bükülüyordu ve Newton'un hesabı bu yüzden şaşıyordu.

Ama Merkür geçmişi açıklamaktı. Asıl cesaret, henüz görülmemiş bir şeyi öngörmektir. Einstein da bunu yaptı: Güneş'in kenarından geçen yıldız ışığının bükülmesi gerektiğini, üstelik tam olarak ne kadar bükülmesi gerektiğini söyledi.

Yarın, bu öngörünün 1919'da Afrika'da bir ada üzerinde nasıl sınandığını ve yüzyıl boyunca kuramın karşısına çıkarılan bütün delilleri konuşacağız.