4 Mayıs 2011: Einstein haklıydı. Dünya’nın etrafında bir uzay – zaman vorteksi var ve onun şekli Einstein’ın yerçekimi teorisinin öngörülerine kesinlikle uyuyor.
Araştırmacılar bugün NASA genel merkezindeki basın konferansında bu noktaları onayladılar, Yerçekimi Sondası B (GP – B) nin uzun zamandır beklenen sonuçlarını duyurdular.
Yerçekimi Sondası B misyonunun baş araştırmacısı Stanford Üniversitesinden fizikçi Francis Everitt “Genel göreliliğin öngördüğü gibi Dünya’nın etrafındaki uzay – zamanın bozulduğu görünüyor” diyor.
Dünyanın etrafındaki bükülmüş uzay – zaman
Washington Üniversitesinden Clifford Will “Bu destansı bir sonuç” diye ekliyor. Einstein’ın teorilerinde bir uzman olan Will, Yerçekimi Sondası B’nin sonuçlarını izlemek ve gözden geçirmek için 1998’de NASA tarafından kurulan Ulusal Araştırma Konseyinin bağımsız panelini yönetiyor. “Bir gün bu ders kitaplarına fizik tarihindeki klasik deneylerden biri olarak yazılacaktır” diyor.
Einstein’ın görelilik teorilerine göre zaman ve uzay birlikte örülmüştür, “uzay – zaman” adı verilen dört boyutlu bir doku oluştururlar. Dünyanın kütlesi bu dokuyu çukurlaştırır, aynen ağır bir insanın tramplenin ortasına oturması gibi. Einstein yerçekiminin sadece çukurun kıvrımlı çizgilerini izleyen nesnelerin hareketi olduğunu söylüyor.
Eğer Dünya sabit olsaydı, bu hikayenin sonu olurdu. Ama Dünya sabit değil. Gezegenimiz döner ve dönüş çukuru hafifçe büker, çukuru 4 boyutlu bir girdaba çeker. GP-B 2004’te bunu kontrol etmek için uzaya gitti.
Deneyin arkasındaki fikir basittir:
Dünyanın etrafındaki yörüngeye dönen bir jiroskop konulur, dönüş ekseni sabit referans noktası olarak uzak bir yıldıza doğru işaret eder. Dışsal kuvvetlerden özgür olarak, jiroskobun ekseni her zaman yıldızı göstermeye devam etmelidir. Ama eğer uzay bükülüyorsa, jiroskobun ekseninin yönü zamanla sürüklenmelidir. Yıldızla ilişkili olan yöndeki bu değişim kaydedilerek uzay – zamanın bükülmeleri ölçülebilir.
Pratikte, deney muazzam zordur.
GP – B’deki dört adet jiroskop insanlar tarafından şimdiye dek yapılan en mükemmel kürelerdir. Bu pin pon topu büyüklüğündeki erimiş kuvars ve silikondan yapılmış olan topların çapı 3,75 santimdir ve mükemmel küre şeklinden 40 atomik katmadan daha fazla asla değişmezler. Eğer jiroskopler bu kadar küre olmasalardı, dönüş eksenleri göreliliğin etkileri olmadan bile yalpalardı.
Hesaplamalara göre, Dünya’nın etrafındaki bükülmüş uzay – zaman, jiroskopların eksenlerinin yılda yalnızca 0.041 arcsaniye dürüklenmesine neden olmalıdır. Bir arcsaniye bir derecenin 1/3600’udur. Bu açıyı makul bir şekilde iyi ölçmek için, GP – B’nin 0.0005 arcsaniyelik kesinliği fantastik kesinliğe ihtiyacı vardı. Bu, bir parça kağıdın kalınlığını 100 mil uzaktan ölçmeye benzer.
Will “GP – B araştırmacıları bunu mümkün kılmak için tamamıyla yeni teknolojiler icat etmek zorundaydı” diye ekliyor.
Onlar, jiroskopları bozmadan Dünya’nın atmosferinin dış katmanlarına hafifçe sürtebilen “sürüklenmesiz” bir uydu geliştirdiler. Dünya’nın manyetik alanının uzay aracına nüfuz etmesini nasıl önleyeceklerini çözdüler. Ve jirometrenin dönüşünü, jirometreye dokunmadan ölçen bir cihaz yarattılar. Bu teknolojiler ile ilgili daha fazla bilgi Science@NASA story’de bulunabilir”
Deneyin başarılması olağanüstü zordu. Ama bir yıl veri toplama ve yaklaşık beş yıl analizden sonra, GP – B bilim adamlarının bunu başardığı görülüyor.
Everitt “6.600 artı veya eksi 0.017 arcsaniyelik jeodezik presesyon ölçtük ve 0.039 artı veya eksi 0.007 arcsaniye çerçeve sürüklenme etkisi ölçtük” diyor.
Görelilikte uzman olmayan okuyucular için: Jeodezik presesyon, Dünya’nın statik kütlesinin neden olduğun yalpalama miktarıdır (uzayzamandaki çukur) ve çerçeve sürüklenme etkisi Dünya’nın dönüşünün neden olduğu yalpalama miktarıdır (uzayzamandaki bükülme). Her iki değer Einstein’ın öngörülerine kesin uyumlu.
Will, “Başkanlık yaptığım komitenin fikrine göre, bu çaba gerçekten kahramanca. Yenilgiye uğramış olabilirdik” dedi.
Yerçekimi Sondası B’nin sonuçları fizikçilere, Einstein’ın teorisinin garip öngörülerinin aslında doğu olduğunun yenilenmiş güvenini veriyor ve bu öngörüler başka yerlere de uygulanabilir. Dünya’nın etrafındaki uzay – zaman vorteksinin tipi, kozmosta başka yerlerde kopyalanmış ve büyütülmüş olabilir – muazzam nötron yıldızların, kara deliklerin ve aktif galaktik çekirdeğin etrafında.
Will “Eğer bir jiroskubu bir kara deliğin etrafındaki uzay – zamanda döndürmeye çalışsaydınız, yalnızca bir derece kesriyle yalpalamazdı, çılgınca yalpalardı ve muhtemelen ters dönerdi” diyor.
İkili kara delik sistemlerinde – yani, bir kara deliğin diğer bir kara deliğin etrafında döndüğü sistemler – kara deliklerin kendileri döner ve bu nedenle jiroskoplar gibi davranır. Yörüngede dönen, kendi etrafında dönen, yalpalayan, ters dönen kara delikler sistemini hayal edin! Bu, genel göreliliğin öngördüğü türden şeylerdir ve GP – B bize bunun gerçekten doğru olabileceğini söylüyor.
GP – B’nin bilimsel mirası genel görelilik ile sınırlı değil. Proje ayrıca yüzlerce genç bilim adamının yaşamlarına dokunuyor:
“Bu üniversiteye dayalı olduğu için, birçok öğrenci projede çalışabilir” diyor Everitt. Stanford’daki 86 dan fazla PhD tezi ve diğer Üniversitelerdeki 14 tane daha tez GP – B üzerinde çalışan öğrencilere verildi. Yüzlerce lisans öğrencisi ve 55 lise öğrencisi de katıldı, bunlara astronot Sally Ride ve en son Nobel ödülü kazanan Eric Cornell de dahildir”
NASA 1963 sonbaharında Yerçekimi Sondası B’nin başlaması için fon sağladı. Bu, Everitt ve bazı iş arkadaşlarının 47 yıldan fazla bir süredir planlama yaptıkları, inşa ettikleri, operasyon yaptıkları ve deneyin verilerini analiz ettikleri anlamına geliyor – gerçekten destansı bir çaba.
Bundan sonra ne var?
Everitt kendisinin tez danışmanı ve Nobel ödülü sahibi Patrick M.S. Blackett’nin tavsiyesini hatırlıyor: “Eğer fiziğin sonra ne yapabileceğini düşünemiyorsan, bazı yeni teknolojiler icat et ve bu yeni fiziğe götürecektir.”
Everitt, “Yerçekimi Sondası B için 13 yeni teknoloji icat ettik. Bunun bizi nereye götüreceğini kim bilebilir ki?” diyor.