Genel Gorelilik Kuramı Einstein’ın en buyuk başarısı idi; klasik, deterministik dunya goruşunun gununu dolduruşunu temsil ediyordu. Einstein, uzay, zaman ve madde fikirlerini modern bicimlerine getirerek Newton fiziğinin otesine giderken, fiziğin cercevesi tamamen deterministik idi. Newton evreninin buyuk saati Einstein tarafından değiştirilmişti -carklar ve bolumler farklıydı- fakat, Einstein saatin hareketinin hala sonsuz gecmiş ve gelecekte tamamen onceden belirli olduğu konusunda Newton ile anlaşıyordu.

Genel Gorelilik Kuramı Nasıl Geliştirildi?

Genel Gorelilik Kuramı'nı bir tek kişinin yaratmış olduğuna inanmak zordur. Kuram, uzay, zaman, enerji, madde ve geometriyi muazzam bir ufku ve anlamı olan uyumlu bir butun halinde birleştirmektedir.

Einstein, Zurih’te iken ve Berlin’deki ilk yıllarında, fizikte pozitivizmin buyuk savunucusu olan filozof fizikci Ernst Mach’ın entellektuel etkisi altında kalmıştı.

Mach, kuramsal fizikcilerin, fizikte deneysel işlemlerle kesin, doğrudan bir anlam kazandırılamayan herhangi bir fikir kullanmamaları gerektiğini duşunuyordu. Deneysel dunyayla ilgisi olmayan fikirler, fiziksel kuram icin yuzeysel olarak değerlendiriliyordu. Mach’ın yontemi yeni fiziğin gelişiminde onder bir kuvvet oldu.

Einstein, bu yontemin ustasıydı. Einstein’ın uzay ve zaman tanımlarını hatırlayın: uzay bir olcu cubuğu ile olctuğumuz şeydir. Olcme işine doğrudan başvuran bu tanımlar, uzay ve zaman kavramlarının yuzyıllardır taşımış oldukları tum aşırı felsefi bagajı kesip attılar. Pozitivist, yalnızca, olcme gibi doğrudan işlemler yoluyla bildiğimiz şeylerden soz etmekte ısrar eder. Fiziksel gerceklik, kafalarımızdaki fantezilerle değil, fiili deneysel işlemlerle tanımlanır.

Ancak Einstein, Berlin’e yerleştikten sonra, katı pozitivist tutumdan uzaklaştı ve bu durum, kısmen, iş arkadaşı Planck’ın ikna edici tezlerinin sonucunda oldu. Aynı zamanda Einstein’in Genel Gorelilik Kuramı konusundaki başarısı ve ona ulaşmak icin kullanmış olduğu duşunce yontemi, onu katı pozitivist yontemin sınırlılıkları konusunda ikna etti.

Einstein bir pozitivist olarak kalmış olsaydı, genel Gorelilik Kuramı'nı keşfetmiş olup olmayacağı şuphelidir. Einstein daha sonra, kendisinin Berlin'de patent ofisinde calıştığı gunlerden arkadaşı olan filozof Maurice Solovine’e yazdığı bir mektupta, kendi yontemini anlattı. Bu yontem Einstein’ın onerme yontemi olarak isimlendirilebilir.

Genişleyen Evren'in Gozlenmesi

Einstein, genel Gorelilik Kuramı'nı, Evren'in butunune uyguladı. Sonlu ve sınırsız bir Evren modeli kurdu ve bunun matematiksel yapısını geliştirdi. Amerikalı astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953), 1920'li yıllarda Evren'in yaşı, oluşumu ve dağılımı konusunda calışmaları başlatan bilim adamı.

Hubble, 1929'da yaptığı gozlemlerle uzak gokadalarının ışığının kırmızıya kaydığını, buradan kalkarak da bunların Dunya'dan uzaklaştığını ortaya koydu. Evren genişliyordu. Oysa Einstein'in evreni durağandı.

Kuram, buyuk kutlelerin yakınından gecen ışık ışınlarının kutlecekim alanının etkisiyle eğileceğini, bu nedenle de uzak bir yıldızın ışığının Guneş'in kenarından gecerken yapacağı sapmanın hesaplanabileceğini ongoruyordu. Birinci Dunya Savaşı ve kotu hava koşulları, ilk gozlemin yapılmasını engelledi. Kuram'ın ilk genel kanıtları iki İngiliz bilim adamından geldi: 29 Mayıs 1919'da Guney Afrika'da (Gine Korfezi'ndeki bir adada) ve Brezilya'da gozlenen Guneş tutulmaları sırasında elde edildi.

Sonuclar tam Genel Gorelilik Kuramı'nı kanıtlayacakken, iki ayrı yerin sonucları birbirine ters duşuyordu. Daha sonraları da gozlemler ve deneyler, onu doğrulamaya devam etti. 1922'de Guney Afrika ve Brezilya'dan alınan verilerin farklı souclar vermesi uzerine Lick Gozlemevi'nin yoneticisi William W. Campbell, bir sonraki tutulmayı izlemek icin Avustralya'ya gitti.

Tutulma, yaklaşık beş dakika izlenebildiği icin "Naif yıldızlarda kaydedilebilecek; boylece Guneş'e yakın gozlenebilir yıldızların sayısı artacaktı" diye acıklama yapıyor Osterbrook ve "gozlem yapanlar 'etkiyi olcmek icin daha iyi bir şans'elde edecekler" diyor.

12 Nisan 1923'te, Campbell, yıldızların goruntulerinin yerleşimleri iki durum icin, yani tutulma ve gercek gece durumundaki yıldızların farklılık gosterdiğini keşfetti. " Einstein'in tahminleriyle karşılaştırıldığında Guneş kenarındaki yıldız ışıkları 1.75 saniyelik bir acıyla saptırılıyor olması, verilen Gorelilik Kuramı'na yaklaşabildiğinin bir kanıtıdır" diyordu.

Garip ama, Campbell, kendisini goreli bir Evren'de bulmak istemiyordu. "Tanrım umarım doğru değildir" diyordu. Einstein, tabii ki, goreliliği Evren'in normu olarak goruyordu. Doğrusu Kuram'ın doğruluğu kanıtlandığında "Ama ben zaten Kuram'ın doğru olduğunu biliyordum" diyecekti oğrencisi Schneider'a.

Schneider, Einstein'"eğer tutulmalar, Kuram'ı doğrulamasaydı ne olurdu" diye sorduğunda Einstein " O zaman Tanrı'dan ozur dileyerek, Kuram doğru derdim" diyordu.


Genel Gorelilik ve Evren Modelleri

Roger Penrose: "Sizlere Einstein’in kutlecekim kuramının temel yapıtaşlarını hatırlatmak istiyorum. Temel yapıtaşlarından birisi Galilei’nin Eşdeğerlik İlkesi adıyla bilinir. Galilei Piza Kulesi’nin tepesinden biri buyuk biri kucuk iki taş bırakıyor. Bu deneyi gercekten gercekleştirmiş olsa da olmasa da, kendisi, hava direncinin yarattığı etkiyi gormezden gelmek koşuluyla, her iki taşın da yere aynı anda carpması gerektiğini gayet iyi anlamıştı.

Eğer bu taşlar beraberce aşağı doğru duşerlerken bir tanesinin ustune oturup diğerini seyretme imkanınız olsaydı, onu onunuzde, havada asılı bir halde dururken gorecektiniz. Uzay seyahatlerinin yapıldığı gunumuzde buna benzer durumlara fazlasıyla alışığız.

Einstein’in Kuramı, bize yercekimin ortadan kalktığını değil, yercekimi kuvvetinin ortadan kalktığını soylemektedir. Geriye bir tek şey kalıyor, o da kutle cekiminin yarattığı gelgit etkisi.

Bu etkiye gel git etkisi denmesinin cok makul bir nedeni vardır. Eğer Yerkure’yi Ay’la, parcacıklardan oluşan kure bicimindeki kabuğu da, okyanusların kapladığı Yerkure ile değiştirecek olursanız, o zaman, Ay’ın okyanusların yuzeyi uzerinde Yerkure’nin parcacıklardan oluşan kuresel kabuğa uyguladığı etkiye benzer bir kutlecekim etkisi yarattığını goruyoruz.

Ay’a yakın konumda bulunan deniz yuzeyi, Ay’a doğru cekilirken, Yerkure’nin arka yuzunde kalan denizler adeta uzağa doğru itilirler. Deniz yuzeyinin Yerkure’nin her iki tarafında bel vermesinden ve denizde her gun iki kez oluan yukselmeden bu etki sorumludur.

Einstein’in Genel Gorelilik Kuramı'nı keşfinin oykusu, kıssadan hisse onemli bir ders icermektedir. Bir butun halinde ilk formulleştirildiği tarih 1915'tir. Herhangi bir gozlemsel ihtiyac sonucunda değil, birtakım estetik geometrik ve fiziksel kaygıların gudusuyle geliştirilmişti. Temel yapıtaşlarını, farklı kutlelere sahip taş parcalarının aşağı bırakılması nedeniyle orneklenen Galilei’nin Eşdeğerlik İlkesi ve uzay-zaman eğriliğini tanımlamada doğal bir yol olan Oklit-dışı geometrilerin kendine esas aldığı fikirler oluşturmaktaydı. 1915'lerde yapılan gozlemsel calışmaların bu konuyla pek bir ilgisi yoktu.

Genel Goreliliğin Ongoruleri ve Test Edilmeleri

Genel Gorelilik, son bicimi ile formulleştirildiğinde, Kuram'ın kilit noktasında gozleme dayalı uc adet sınamaya yer verdiği goruldu.

Birincisi: Merkur Gezegeni'nin yorungesinin gunberi noktası yer değiştirmekte ve diğer gezegenlerin etkileri hesaba katılsa dahi, Newtoncu kutlecekim etkileşimleri ile acıklanamayan bir donuş hareketi yapmaktadır. Genel Gorelilik, bu kaymayı olağanustu bir şekilde ongormekte ve acıklamaktadır.

İkincisi: Işık ışınlarının izledikleri yollar, Guneş'e yaklaştıkca Guneş'e doğru eğrilir (bukulur). Bu da 1919'daki Guneş tutulmasını gozlemlemek amacıyla Arthur Eddington’un başkanlığında gercekleştirilen unlu yolculuğun gercekleştirilme sebebidir. Eddington, yaptığı gozlemler sonunda Einstein’in ongorusunu destekleyen sonuclar elde etmiştir.

Ucuncusu: Kuram, bir kutle cekim etkisi altında saatlerin daha yavaş işleyeceğini ongormekteydi. Yani yere yakın konumda bulunan bir saat, bir kulenin tepesinde bulunan bir saate gore daha yavaş calışmalıydı. Bu etkinin de deneysel olarak olcumu yapılmıştır. Oysa butun bunlar, o kadar da etkiliyici testler/sınamalar sayılmaz. Cunku soz konusu bu etkiler her zaman hem cok kucuktur, hem de aynı sonuclar pekala başka kuramlar tarafından da ongorulebilirdi.

Şimdilerde ise durum artık dramatik olcude değişmiştir. Yaptıkları son derece olağanustu bir dizi gozlemden dolayı Hulse ve Taylor 1993 yılında Nobel Odulu’nu aldılar.

Bir de Genel Gorelilik’e ozgu olan ve Newtoncu kutlecekim kuramında hic mi hic bulunmayan bir başka ozellik vardır. Buna gore, birbiri etrafında donme hareketi yapan cisimler, kutlecekim dalgaları halında enerji yayar. Bunlar ışık dalgalarını andırsalar da, aslında elektromanyetik alan icinde değil, uzay-zaman icinde oluşan dalgalanmalardır.

Bu dalgalar, sistemden surekli olarak enerji ceker. Enerjinin cekilme hızı, Einstein’in kuramına başvurularak kesin olarak hesaplanabilir. İkili notron yıldızı sistemindeki enerji kaybının bu yolla hesaplanan hızı, yapılan gozlemlerle tastamam uyuşuyor. Bu durum, son yirmi yılı aşkın suredir yapılan gozlemlerce, bu notron yıldızlarının yorunge periyotlarında ortaya cıkan hızlanmaya ilişkin olcum sonuclarında gorulmektedir.

Sozkonusu sinyallere ilişkin zamanlama oyle şaşmaz bir doğrulukla saptanmaktadır ki, son yirmli yılı aşkın bir sure boyunca kuramın bilinen doğruluk derecesinin on uzeri ondortte bir dolaylarında olduğu ortaya cıkmaktadır. Bu, Genel Gorelilik’i bilim tarihi boyunca en duyarlı bicimde sınanan kuram olma konumuna getirmektedir.

Bu oykude kıssadan hisse bir ders var. Einstein’ı, omrunun sekiz yılını ya da belki daha fazlasını harcayarak Genel Kuramı geliştirmeye motive eden etkenler, gozlem ve deney sonucları değildi. İnsanlar zaman zaman şu sozleri dile getirmektedirler:

"Aslında, fizikciler elde ettikleri deney sonucları cercevesinde bicimsel bir duzen arayışı icerisine girerler ve birgun gelir bu sonuclarla uyuşabilecek zarafette bir kurama ulaşırlar. Bu, fizik ile matematiğin birbirleriyle neden bu kadar iyi gecindiklerini acıklamaya yeterli olsa gerek".

Oysa sozunu ettiğimiz durumda işler hic de bu şekilde yurumedi. Kuram, ozgun bicimiyle hiccbir motive edici gozlem bulgusuna dayanmadan geliştirildi ve ortaya matematiksel acıdan cok zarif ve fiziksel acıdan da son derece iyi motiflenmiş bir kuram cıktı. Buradaki ana fikir şudur: matematiksel yapı zaten Doğa’nın kendisinde mevcuttur ve kuram asılnda uzayda ait olduğu yerde durmaktadır; bu, herhangi birinin Doğa’ya zorla dayattığı bir şey değildir.

Bu, bu bolumde esas alınan ana noktalardan bir tanesidir. Einstein, zaten yerli yerinde duran bir şeyi acık secik hale getirmiş oldu. Ustelik, keşfettiği fizik oylesine bir fizik değil, Doğa’da en temelden sahip olduğumuz bir şey:uzayın ve zamanın doğası.

Genel Gorelilik'te, fizik dunyasının sergilediği davranışların temelerini gercekten de olağanustu kesin derecede kesin bir bicimde belirleyen bir yapıyla karşı karşıya bulunmaktayız. Gerci Doğa’nın ne yonde davrandığına dikkat etmenin onemi acıkca ortada ise de, dunyamızın sozu edilen temel ozellikleri coğunlukla bu yolla keşfedilmemektedir.

Yalnız bu aşamada butun diğer nedenler acısından cazip gorunen, gelgelelim gerceklerle uyuşmayan kuramlar yumurtlamamaya dikkat edilmelidir. Oysa burada elemizde, gerceklerle fevkalede şaşmaz bir bicimde uyuşan bir kuram bulunmaktadır. Kuram'ın icerdiği doğruluk derecesi, Newtoncu Kuram'ın erişebildiği basamak sayısının iki katıdır.

Bir başka deyişle, Newtoncu Kuram'ın duyarlılığı on milyonda birlik bir doğruluk derecesinde iken, Genel Goelilik icin bu oranın on uzeri ondortte bir olduğu bilinmektedir. Bir kuramdan otekine sağlanan iyileşme, Newton’un kendi kuramının icerdiği doğruluk derecesinde 17. yy’dan bugune dek gecen zaman icinde gorulen artış mertebesindedir. Newton, kendi kuramının binde birlik bir duyarlılıkla doğru olduğunu bilmekteydi; şimdi ise bu duyarlılığın on milyonda bir olduğu bilinmektedir.
__________________