YERÇEKİMİ BİLDİĞİMİZ MÂNADA BİR KUVVET DEĞİLDİR.
29. Eylül. 2006 tarihli gazetelerde yer alan bir habere göre; Avrupa Uzay Kuruluşu ESA tarafından içi özel olarak düzenlenmiş bir Airbus A300 uçağı kullanılarak havada “yerçekimsiz” bir ortam yaratılmış ve bu ortamda Fransız doktorlar tarafından gönüllü bir hastanın kolundan zararsız bir tümör alınmıştı. Yine bu habere göre bundan amaç, gelecekte uzayda yapılacak uzun yolculuklarda astronotlara uygulanmasına ihtiyaç duyulabilecek benzeri tıbbî müdahaleler için tecrübe kazanılmasını sağlamak idi. O günlerde bu vesileyle ben de yerçekimi kavramına elimden geldiğince açıklık getirmek ihtiyacını hissetmiş ve UTED’in Dergisine bu yazıyı yazmıştım. Orijinali 6 sayfa olan yazıyı, yer darlığı nedeniyle maalesef 2 sayfaya indirmemiz gerekti.
Her şeyden önce belirtmek isterim ki evrenin hiçbir yerinde “yerçekimsiz ortam” diye bir şey olmaz, nerede madde var ise, orada yerçekimi alanı vardır.
Zira doğruluğu çeşitli deneylerle sınanmış olan Einstein’ın Genel Görelilik Kuramına göre; yerçekimi olgusunu, evrenin dört boyutlu dokusunu eğip bükmek suretiyle,maddenin varlığı yaratmaktadır. Çoğunluğun, konuyu yeterince kavramadan “yerçekimsiz ortam” dediklerine de aslında “ağırlıksız ortam” demek gerekir. Bu meyanda olaya evrensel boyutlarıyla baktığımızda, yerçekimi tabiri yerine de kütle çekimi tabirini kullanmak daha uygun olacaktır.
M.Ö. 384 ile 322 yılları arasında yaşamış olan Aristoteles, 17. yüzyıla kadar bilim âleminde ağırlığını korumuş olan çok büyük bir düşünürdür. 1564 ile 1642 yılları arasında yaşamış olan Galileo’ya gelinceye kadar Aristoteles’in bilimin hemen her alanında ileri sürmüş olduğu görüşleri tartışmasız kabul görmekteydi. Doğa olayları hakkında herhangi bir çözümlemenin Aristoteles tarafından dile getirilmiş olması, o çağlarda bilim insanı geçinenlerce bu çözümün tek doğru çözüm olduğuna inanılması için yeterli sebep idi. Böyle durumlarda Latince “Magister dixit” yani “Usta ( bunu böyle ) söyledi” denilirdi.
Örneğin, Aristoteles’in bu şekilde genel kabule mahzar olan görüşlerinden birine göre; yüksek bir yerden aynı anda bırakılan iki cisimden daha ağır olanı yere daha önce varırdı. Esasen akla da yatkın gelen ve Aristoteles böyle hükmettiği için bin dokuz yüz küsur yıl boyunca sınanmasına gerek duyulmaksızın doğruluğuna inanılan bu iddia, ilk defa İtalyan bilim adamı Galileo tarafından yapılan bir dizi deney marifetiyle çürütülmüştür. Bilim dünyasını deney kavramıyla tanıştıran ilk bilginlerden biri olan Galileo, bir kulenin tepesinden ağırlıkları farklı iki cismi aynı anda serbest düşmeye bırakmış ve her iki cismin de aynı hızla düşerek aynı anda yere vardıklarını göstermiştir. Galileo bu deneyleri yaparken muhtemelen cisimleri tahta bir zemine düşürmek suretiyle çıkan seslerin eşzamanlılığını izlemiş olmalıdır. Şayet kütle çekimi bildiğimiz türden bir kuvvet olsaydı neticenin böyle olmaması gerekirdi. Zira siz aynı kas gücünüzle ağırlıkları, dolayısıyla kütleleri birbirinden farklı olan cisimleri farklı hız ve ivmelerle farklı uzaklıklara fırlatırsınız.
Serbest düşme esnasında hava, düşen cisimlerin şekillerine ve kütlelerine bağlı olarak onlara gerçek anlamda engelleyici kuvvet uygular, dolayısıyla aynı anda bırakılan cisimlerden biri diğerine nazaran yere daha geç varabilir. Ancak, bu olay Galileo’nun haksız olduğu anlamına gelmez ki bu tür deneyler takip eden yüzyıllarda havası boşaltılmış tüpler kullanılarak tekrar edilmiş ve tüy parçalarıyla demir kütlelerin yere doğru aynı hız ve ivmeyle düştükleri kanıtlanmıştır. Bu deneyi, lisede okurken fizik laboratuvarında biz de yapmıştık. O çağda izahı mümkün olamayan sonuçlarıyla sağduyuya aykırı görülen bu deneyin ne anlama geldiği, ancak yaklaşık 300 yıl sonra Einstein tarafından açıklanabilmiştir.
Konuyu biraz çağdaşlaştıralım: Çok yüksek hayalî bir gökdelenin en üst katındayken içinde bulunduğunuz bir asansörün halatı bir anda kopmuş olsun. Bu asansör, içindeki insanlarla birlikte (Galileo’nun kuleden bıraktığı cisimler gibi) serbest düşmeye başlayacaktır. Asansörün içindeki her şey yere doğru aynı hız ve ivme ile düşmekte olduklarından bunların birbirlerine göre hız ve ivmeleri sıfır olacak ve cebinizden çıkarıp bıraktığınız, örneğin metal bir para – size göre – havada asılı kalacaktır. Asansör ve dolayısıyla asansör tabanı da sizinle aynı hız ve ivme ile düşmekte olduğundan ayaklarınız yere baskı yapmayacak, bir başka ifadeyle ağırlığınızı hissetmeyeceksiniz ve hafif bir taban hareketiyle asansörün içinde taklalar atabileceksiniz. Buna karşılık, eğer asansörde sizin gibi havada yüzmekte olan bir başka kişi daha varsa, siz onu ittiğiniz takdirde kütlesini kollarınızda hissedeceksiniz. Şayet asansörün halatının koptuğunu bilmiyorsanız, bir anda kütleçekiminin yok olduğuna hükmedebilirsiniz. Aslında kütleçekimi vardır, havada asılı durduğunu sandığınız metal para ve asansör, kütleçekimi sayesinde sizinle birlikte aynı hız ve ivme ile yere doğru düşmektedirler ve birkaç saniye sonra siz kablonun kopmuş olduğunu muhtemelen fecî bir şekilde anlayacaksınız.
Şimdi başa dönelim; yukarıdaki gazete haberinde adı geçen A300 uçağını, kablosu kopan asansör ile özdeşleştirirsek, uçağın içindeki yerçekimsiz dedikleri ortamın ne anlama geldiğini kolaylıkla kavrayabiliriz. Bu haberde bahsedilen deneme sırasında A300 uçağı, üç saatlik zaman dilimi içerisinde 31 defa yüksek irtifalara çıkarılıp, ortalama 20’şer saniye sürelerle parabolik dalışlar yaptırılmak suretiyle yere doğru serbest düşmeye bırakılmış, toplam 11 dakika zarfında, asansörümüzde olduğu gibi bu uçağın içinde de sanal bir “yerçekimsiz ortam“ yaratılmıştır. Hijyenik bir plastik çadır içinde gerçekleştirilen ameliyat boyunca doktorların ve hastanın dengesi yere bağlı kayışlarla sağlanmış, bu deney için tasarlanmış ameliyat araçlarının sahip oldukları mıknatıs özellikleriyle metal ameliyat masasına yapışmaları sayesinde ani iniş ve çıkışlarda bunların etrafa saçılmaları önlenmiştir.
Aslında işin başından beri kullandığımız “yerçekimsiz ya da kütle çekimsiz ortam“ tabiri doğru bir tabir değildir. Bunun yerine asansör ve uçak örnekleri için “ağırlıksız ortam“ tabirini kullanmak daha doğru bir ifade olur. Aynı şekilde, TV belgesellerinde, içinde astronotların serbestçe taklalar attığını izlediğimiz uzay istasyonları gibi araçlar da tıpkı yere doğru serbest düşmekte olan asansör ya da pike yapan A300 uçağı gibi mütalâa edilmelidirler. Böyle ortamlarda her şey aynı hız ve ivme ile serbest düşme halinde olduklarından üzerinde basıp durabileceğiniz bir zemin bulamaz, dolayısıyla ağırlığınızı da hissedemezsiniz.
Kütleçekimi dediğimiz olgu büyük bilim adamı Newton’un üç yüz küsur yıl önce tarif etmiş olduğu anlamda olmamak kaydıyla evrenin her köşesi için geçerlidir, nerede madde ve enerji var ise orada yukarıda belirttiğimiz manada kütleçekimi vardır, zira Genel Görelilik Kuramına göre kütle çekimi etkisini evrenin dokusunu eğip, bükmek suretiyle bizzat maddenin mevcudiyeti yaratır.
Newton’un mekanik evreni, boş bir ortamda çekim yasalarına uygun olarak dolaşan, aralarında ışık parçacıklarının gidip geldiği madde kümelerinden oluşmaktadır ve madde ayrı, uzay ayrı şeylerdir. Uzay ve zaman mutlaktır. Einstein’ın evreni ise en, boy ve yükseklik olmak üzere üç uzay boyutu ile bir zaman boyutundan oluşan ve geometrisini içinde bulunan maddenin belirlediği “dolu” bir evrendir. Uzay ve zaman göreceli (izafî) kavramlardır. Newton’a göre kütleçekimi kuvvettir, madde kütleleri kütle çekimi sayesinde birbirlerini çekerler. İlk gençlik yıllarımda tanıştığım eski fizik kitaplarında Newton’un çekim kanunu şu şekilde ifade edilirdi: “Her madde kütlesi diğer bir madde kütlesini, kütleleri hasıl –ı zarbıyla mebsuten (kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı olarak), aralarındaki mesafenin murabbaı (karesi) ile makûsen mütenasip (ters orantılı) olarak cezbeder (kendisine çeker)”.
Ancak birbirini çeken iki madde kütlesinin aralarında (ip ya da halat gibi) anlaşılır bir bağlantı olmadığına göre madde kütlelerinin bunu nasıl başardıkları sarih değildir. Einstein ise kütleçekimine bir anlamda geometrik bir mahiyet kazandırmıştır. Örneğin, Güneş, Dünya’yı, ya da Dünya, Ay’ı kendisine çekmez. Buna karşılık, Güneş ve Dünya içinde bulundukları dört boyutlu evrenin dokusunu eğip bükerler, Dünya ile uydusu Ay, Güneş’in etrafında yarattığı uzay/zaman da denilen bu dört boyutlu evren dokusuna uygun olarak onun çevresinde, oluştukları andan beri, eylemsizlikleriyle (ataletleriyle) dönüp dururlar ve bu esnada en kısa yoları izlerler ki bu manada en kısa yollar doğrular olmayıp eğrilerdir.
Güneş sistemindeki diğer bütün gökcisimleri, gezegenler, kuyrukluyıldızlar, toz ve gaz bulutları ile asteroidler de Güneş’in etrafında aynı nedenle hareket ederler.
Güneş sistemi de bütün üyeleri ile birlikte Samanyolu dediğimiz iki yüz milyar yıldızdan oluşmuş gökadanın (galaksinin) merkezinin etrafında aynı nedenle yaklaşık olarak 250 milyon yılda bir tur atmaktadır. Samanyolu gökadası da, hep birlikte ortak bir kütle merkezi etrafında dönmekte olan irili, ufaklı 19 gökadasından oluşan bir grubun üyesidir ve lokâl grup adı verilen bu grubumuz da milyonlarca ışık yılları ötelerdeki başka gökada gruplarıyla beraber oluşturdukları bir başka kütle merkezinin etrafında dönmektedirler. Ve bu böyle ilânihaye devam eder, gider. Bu esnada evrenin genişlemesinden ötürü, bütün gökadalar da birbirlerinden de, giderek artan hızlarla uzaklaşmaktadırlar. Bütün bu deveranın nedeni evrenin; gözümüzde canlandırılması mümkün olamayan, ancak Einstein’ın önerdiği matematik çözümlerine, yapılan deneylere göre öyle olması gerektiği günümüzde ilgili bütün bilim insanlarınca da kabul edilen dört boyutlu uzay – zaman dokusu ve bu doku içinde hareket halinde olan gökcisimlerinin atalet momentleridir. Atalet ya da eylemsizlik, buradaki anlamıyla; oluşurken hareket kazanmış olan bir gökcisminin bu hareketi sürdürme eğilimidir. İşin özünde, sonsuza kadar sürecek ve bir yerlerde bitmeyecek bir tür serbest düşme olarak da vasıflandırılabilecek olan bu evrensel deveranda, tıpkı Galileo’nun deneyinde olduğu gibi hareket eden kütlelerin büyüklüklerinin bir önemi bulunmamaktadır. Önemli olan, devreden gökcisimlerinin üzerinde hareket ettikleri uzay-zamanın dört boyutlu geometrisidir. Bu gökcisimlerinin kütleleri de olaya bu geometriyi etkilemek suretiyle katılırlar. Aynı dokuda yer alan; kuleden bırakılan cisimler, hayalî asansörümüz,
A300 uçağımız, doğal ve yapay uydular, gezegenler, yıldızlar ve galaksiler başka türden güçlerin etkisiyle itilip, kakılmadıkları takdirde evrenin bulundukları yerdeki uzay-zaman çizgilerine uygun olarak hareket ederler. Çağdaş fiziğin kütleçekimi kavramına ilişkin kuramları ve çözümlemeleri herhalde bu kısa yazıda özetlemeye çalıştığımız kadar basit değildir. Esasen, benim burada anlatmak istediğim şey de sadece, toplumda genel olarak kabul edildiğinin aksine, çevremizdeki uzayda – Lagrange noktaları hariç – kütle çekiminin sıfır olduğu bir yerin bulunmadığı, bu kabulün; bir nevî serbest düşme halindeki uzay istasyonları gibi ortamlarda yaşanan ve TV ekranlarından evlerimize yansıtılan tecrübelerin, işin aslını bilmeyen kişilerce yanlış yorumlanmasından kaynaklanmakta olduğudur.
Yurdaer İhsan AKSOY
NOT: Bilim Merakı Kitabı
Bu kitap, 1968 yılında Türk Hava Yolları’nda kurulmuş olan Uçak Teknisyenleri Derneği – UTED’in aylık dergisinde, yaklaşık yedi yıl boyunca değişik konularda, ancak tek bir amaca yönelik olarak yayınlanan yazılarımdan derlenmiştir.
yurdaerihsan@gmail.com
