Uzay-zamanın nabzı ve kütleçekim dalgaları
İnsanlık uzun yüzyıllar boyunca, evreni gözlemleyerek anlamaya çalıştı. Teleskoplarla yıldızlara, galaksilere ve gezegenlere bakıldı. Modern fizik, evrenin yalnızca teleskoplara bakarak gözlemlenen bir yer olmadığını; aynı zamanda titreşebilen ve dalgalanabilen ses dalgaları ile de izlenebilen bir yapı olduğunu ortaya koymaya başladı. Özellikle kütle çekim dalgalarının keşfi, uzay-zamanın düşündüğümüzden çok daha hareketli bir yapıya sahip olabileceğini gösterdi.
Kütle çekim teorisi en sade haliyle, evrendeki maddelerin birbirini çektiğini anlatan fizik düşüncesidir. İnsanlık yüzyıllar boyunca cisimlerin neden yere düştüğünü, Ay’ın neden Dünya’nın etrafında döndüğünü ya da gezegenlerin neden uzaya savrulmadığını anlamaya çalıştı. Bu soruların ilk büyük bilimsel cevabı 17. yüzyılda Isaac Newton tarafından verildi. Newton’a göre evrendeki her madde başka bir maddeyi kendine doğru çekiyordu. Dünya büyük bir kütleye sahip olduğu için insanları, taşları ve diğer cisimleri kendine çekiyordu. Bu yüzden havaya attığımız bir taş tekrar yere düşüyordu. Newton bunu “kütle çekim kuvveti” olarak tanımladı.
Fakat 20. yüzyılda Albert Einstein bu düşünceyi daha farklı bir şekilde yorumladı. Einstein’a göre aslında görünmez bir çekim kuvveti yoktu. Ona göre büyük kütleli cisimler uzay-zamanı eğiyor, diğer cisimler de bu eğilmiş yapının içinde hareket ediyordu. İşte bu düşünce daha sonra modern kozmolojinin temelini oluşturdu. Çünkü eğer uzay-zaman gerçekten eğilip bükülebiliyorsa, o zaman evren tamamen hareketsiz bir boşluk olmayabilirdi. Belki de uzay-zaman düşündüğümüzden çok daha hareketli, dinamik ve değişken bir yapıydı.
Modern fiziğin en çarpıcı keşiflerinden biri de uzay-zamanın gerçekten dalgalanabildiğinin doğrudan gözlemlenmiş olmasıdır. Aslında bu düşünce ilk kez Albert Einstein tarafından 1916 yılında ortaya atılmıştı. Einstein, genel görelilik kuramının denklemlerini incelerken çok büyük kütlelerin hareket etmesi durumunda uzay-zamanda dalgalar oluşabileceğini düşünüyordu. Nasıl ki bir göle taş attığımızda suyun üzerinde halkalar oluşuyorsa, evrendeki devasa olaylar da uzay-zamanda titreşimler yaratıyor olabilirdi.
Fakat burada insanı düşündüren başka bir nokta vardır. Bu dalgalar inanılmaz derecede zayıftı. Einstein bile uzun yıllar boyunca bunların doğrudan ölçülmesinin neredeyse imkânsız olabileceğini düşünmüştü. Çünkü uzay-zamandaki bu titreşimler o kadar küçüktü ki, bir atomun çapından bile daha küçük değişimler yaratıyordu. Yine de bilim insanları onlarca yıl boyunca bu dalgaları ölçebilmenin yollarını aradı. Sonunda Amerika Birleşik Devletleri’nde LIGO adı verilen dev gözlemevleri kuruldu. LIGO’nun açılımı “LaserInterferometerGravitational-WaveObservatory” idi. Türkçesiyle “Lazer girişim ölçerli kütle çekimdalgasıgözlemevi.” Bu sistem, kütle çekim dalgalarını tespit etmek için yapılmış son derece hassas bir ölçüm cihazıydı.
LIGO’nun çalışma mantığını şu şekilde açıklayabiliriz; elimizde “L” şeklinde iki uzun koridor olduğunu hayal etmek gerekiyor. Bu koridorların her biri diyelim ki yaklaşık dört kilometre uzunluğunda olsun. Koridorların içine lazer ışınları gönderelim. Normal şartlarda ışık iki kolda aynı hızda ilerlediği için geri dönüş sürelerinin tamamen aynı olması gerekir. Fakat eğer uzay-zamanda bir dalgalanma olursa, bu kolların biri çok çok küçük miktarda uzayıp diğeri çok küçük miktarda kısalabilir. İşte LIGO tam olarak bunu ölçmeye çalışıyordu. Üstelik ölçmeye çalıştığı değişim, insan aklının kolayca kavrayabileceği bir şey değildi. Çünkü bu değişim, insan saçının çapından trilyonlarca kat daha küçüktü.
14 Eylül 2015 tarihinde LIGO tarihî bir sinyal yakaladı. Bu sinyal, iki ayrı gözlem evinde neredeyse aynı anda ortaya çıktı. Bilim insanları önce bunun cihaz arızası olabileceğini düşündüler. Çünkü ölçülen şey gerçekten inanılmazdı. Daha sonra yapılan hesaplamalar sonucunda sinyalin yaklaşık 1,3 milyar yıl önce birbirinin etrafında dönen iki kara deliğin çarpışmasından geldiği anlaşıldı. Bu kara deliklerden biri Güneş’in yaklaşık 36 katı, diğeri ise yaklaşık 29 katı büyüklüğündeydi. Bu iki dev kara delik zamanla birbirine yaklaşıyor, giderek daha hızlı dönüyor ve sonunda birleşiyordu.
Fakat burada insanın aklına doğal olarak şu soru geliyor: Kimse kara delikleri doğrudan görmediğine göre, bilim insanları onların çarpıştığını nasıl anlayabildi?
Aslında gördükleri şey kara deliklerin kendisi değildi. Gördükleri şey, bu çarpışmanın uzay-zamanda bıraktığı etkidir. Bunu şu örnek ile açıklayalım; gece karanlığında uzaktan gelen bir kamyonu doğrudan görmeyebilirsiniz ama, yerin sarsılmasından büyük bir aracın geçtiğini anlayabilirsiniz. LIGO’nun yaptığı şey de biraz buna benziyordu. Bilim insanları kara delikleri değil, onların uzay-zamanda yarattığı titreşimi ölçtüler.
İki kara delik birbirine yaklaşırken uzay-zamanda dev dalgalar oluşturuyordu. Bu dalgalar tıpkı su halkaları gibi evrene yayılıyordu. Milyarlarca yıl boyunca yol alan bu dalgalar sonunda Dünya’ya ulaştı. Dünya’dan geçerken de uzay-zamanı çok küçük miktarda gerip sıkıştırdı. İşte LIGO’nun lazer sistemi bu minicik değişimi fark etti.
Peki, bilim insanları bu sinyalin gerçekten kara delik çarpışmasına ait olduğunu nasıl anlayabildiler?
Çünkü bilgisayarlar yıllardır kara delik çarpışmalarının nasıl bir sinyal üretmesi gerektiğini hesaplıyordu. Tespit edilen dalga tam da bu teorik hesaplamalara uyuyordu. Özellikle sinyalin son anlarında frekansın hızla yükselmesi, iki büyük cismin birbirine giderek daha hızlı yaklaşmasına çok benziyordu. Bilim insanları bu sesi daha sonra insan kulağının duyabileceği frekanslara çevirdiklerinde kısa bir “cıvıltı” sesi ortaya çıktı. Aslında duyulan şey, iki kara deliğin birleşmeden önceki son anlarının matematiksel iziydi.
Bu keşif yalnızca Einstein’ın yüz yıl önceki teorisini doğrulamakla kalmadı. Aynı zamanda insanlığın evrene bakışını da değiştirdi. Çünkü insanlar ilk kez evreni yalnızca ışıkla değil, uzay-zamanın titreşimleriyle de “izlemeye” başlamış oldu. Eskiden astronomi büyük ölçüde teleskoplarla yapılan bir gözlem işiydi. İnsanlık yıldızlara bakıyor, ışığı inceliyordu. Fakat LIGO ile evren artık yalnızca görülen bir yer değil, aynı zamanda dinlenebilen bir yer haline geldi.
İşte benim burada üzerinde düşündüğüm mesele de tam olarak budur. Çünkü artık biliyoruz ki uzay-zaman tamamen hareketsiz ve katı bir yapı değildir. Gerilebilir, sıkışabilir, titreşebilir ve dalgalar oluşturabilir. Bu nedenle evrendeki devasa olayların uzay-zaman üzerinde uzun vadeli etkiler bırakabileceği düşüncesi bana tamamen mantıksız görünmüyor. Belki de evrendeki sürekli çökmeler, kara delik birleşmeleri, yıldız patlamaları ve devasa enerji boşalmaları, düşündüğümüzden çok daha büyük ölçekte bir kozmik etki yaratıyordur; uzay-zaman yalnızca sessiz bir boşluk değil, sürekli gerilen, titreşen, kırılan ve yeniden şekillenen dev bir kozmik dokudur.
Bu keşif, uzay-zamanın düşündüğümüzden çok daha dinamik ve hareketli bir yapı olduğunu göstermiştir. Kanımca, insanlığın önündeki en büyük sorulardan biri yalnızca “Evren ne kadar büyük?” sorusu değildir. Asıl soru şu olmalıdır; evrenin dokusu gerçekten nasıl bir yapıya sahiptir? Çünkü uzay-zamanın doğasını anlamadan, evrenin nasıl genişlediğini, nasıl şekillendiğini ve belki de yaşamın başka yerlerde nasıl ortaya çıkabileceğini tam olarak anlamamız mümkün görünmemektedir.
…devam edecek