Zaman Neden Herkes İçin Aynı Hızda Akmıyor?

Bir trenin içinde yürüdüğünüzü düşünün. Siz vagona göre birkaç kilometre hızla ilerlersiniz; fakat dışarıdaki bir gözlemci, hızınıza trenin hızını da ekler. Buraya kadar her şey gündelik sezgilerimize uygundur. Şimdi aynı deneyi bir ışık demetiyle yapalım. Mantıken trenin hareketi ışığın ölçülen hızını değiştirmelidir. Ne var ki doğa, bu noktada sezgilerimize kibarca gülümser: Işığın boşluktaki hızı, kaynağın veya gözlemcinin hareketinden bağımsız olarak aynıdır. Einstein’ın görelilik kuramına açılan kapı tam da bu şaşırtıcı sabitten geçer.

Göreli Olan Nedir?

Görelilik, popüler söylemde bazen “Her şey kişiye göre değişir” düşüncesine indirgenir. Oysa fiziksel anlamı bundan çok daha kesin ve disiplinlidir. Einstein’ın 1905’te ortaya koyduğu özel görelilik, fizik yasalarının sabit hızla hareket eden tüm gözlemciler için aynı olduğunu söyler. Ayrıca ışık hızı herkes için değişmezdir. Bu iki ilke birlikte kabul edildiğinde, değişmek zorunda kalan şeyler zaman, uzunluk ve eşzamanlılık olur.

Zamanın Yavaşladığı Yer: Karadeliklerin Evrene Attığı Saat Çelmesi

Evreni çoğu zaman dev bir sahne gibi hayal ederiz: Gezegenler, yıldızlar ve galaksiler bu sahnede dolaşır; zaman da arka planda tıkır tıkır işleyen görünmez bir metronomdur. Newtoncu sezgimiz bize bunu fısıldar: Mekân ayrı, zaman ayrı; cisimler de bu ikisinin içinde uslu uslu hareket eder. Fakat Einstein sahneye çıkıp ışıkları kapatınca durum değişti. Meğer sahne sabit değilmiş; oyuncular sahneyi eğiyor, sahne de oyunculara nasıl hareket edeceklerini söylüyormuş. Üstelik bükülen yalnızca mekân değil, zamanın akış hızı da.

Genel göreliliğin kalbinde şaşırtıcı derecede sade bir fikir vardır: Kütle ve enerji, uzay-zamanın geometrisini değiştirir. Buradaki kritik kelime uzay-zamandır. Yani üç boyutlu mekân ile zaman tek bir dokunun farklı yönleri gibidir. Ağır bir yıldız, bu dokuda bir çukur oluşturur; gezegenler bu çukurun kenarında dönüyormuş gibi görünür. Ancak bu benzetme eksiktir, çünkü çukur sadece sağa sola, yukarı aşağı bükülmez; saatlerin çalışma hızını da değiştirir.

Tekillik ve Ötesi

Evrenin genişleme sürecini tersten düşünelim. Evren tek bir taneciğe doğru büzülürken, maddesel içeriği de sıkıştırılmış ve sıcak bir duruma geçer. Aslına bakılacak olursa, bu sürecin bir sınırı yok. Evren, genişlemesinin başladığı an olan doğum anında, sonsuz derecede yoğun ve sıcaktı. Fizikçiler herhangi bir değerin sonsuzluğa doğru fırladığı noktaya tekillik demektedir. Standart Büyük Patlama projeksiyonuna göre, evren bir tekillik içinde doğmuştur.

Einstein’ın kütleçekim teorisinin tekillik öngördüğü diğer yer, bir kara deliğin kalbidir. Bu durumda, düşünülemeyecek bir şekilde büzülen bir yıldızın maddesi, en sonunda sıfır hacme sıkışarak sonsuz yoğun ve sıcak bir hale gelir. Zamanında dendiği gibi, “kara delikler, Tanrı’nın sıfıra bölme işlemini yaptığı yerdir.”

Kara Enerji nedir?

İki ayrı ekip, uzak galaksilerdeki “süpernovaları” gözlemliyordu. Ekiplerden biri Amerikalı Saul Perlmutter, diğeri ise Avusturalyalı Nick Suntzeff ve Brian Schınidt yönetimindeydi. Süpernovalar, içinde bulundukları galaksiden bile daha parlak bir ışık yayarak patlayan yıldızlar olduğundan, çok uzak mesafelerden görülebilirler. İki ekibe ayrılmış astronomların gözlemlediği tür ise “Type la” süpernovaları olarak biliniyordu. Bu türden süpernovaların özelliği, patladıklarında hep aynı parlaklık düzeyine çıkıyor olmalarıdır. Bu yüzden, bir diğerine göre daha soluk olan bir süpernovanın daha uzakta olduğunu saptayabiliriz.

Oysa, astronomların gözlemlediği, daha uzakta olan süpernovaların (Dünyaya olan mesafeleri göz önüne alındığında) olması gerekenden daha soluk olduklarıydı. Bunu açıklamanın tek yolu, yıldızın patlamasından itibaren evrenin genişleme sürecinin hızlandığı ve böylelikle gözlemlenen süpernovanın daha uzakta kalarak beklenenden daha soluk göründüğü olabilirdi.

Evrenin Bilimi

Einstein’ın kütleçekim, yani genel görelilik teorisi kütlelerin nasıl diğer kütlelere çekildiğini açıklamaktadır. Bildiğimiz en büyük madde bileşimi, evrenin kendisidir. Hiçbir zaman bilimin can sıkıcı ciddi sorunlarından kaçmayan bir bilim adamı olarak, Einstein 1916 yılında kütleçekim teorisini evrenin tümü için geçerli olacak şekilde yeniden ortaya koydu. Böylece evrenin kökeni, evrimi ve nihai kaderi üzerine yoğunlaşan evrenbilim alanının da (bir diğer ifadeyle, her şeyin biliminin) kapıları açılmış oldu.

Her ne kadar Einstein’ın kütleçekim teorisinin ardındaki fikirler insanı aldatacak ölçüde basit olsa da, teorinin matematiksel karşılığı kesinlikle basit sayılamaz. Maddenin belli bir dağılımının uzay-zamanı tam olarak nasıl büktüğü konusu üzerinde çalışmak aslında ciddi anlamda zordur. Mesela uzay-zamanda, dönmekte olan bir kara deliğin neden olduğu çarpılmanın hesaplanması, ancak Einstein’ın genel görelilik teorisini yayımlamasından bir yarım yüzyıl sonra, 1962 yılında, Yeni Zelandalı fizikçi Roy Kerr tarafından gerçekleştirilebildi.