Bu hafta 10Haber’de bir haber inanılmaz sayıda insan tarafından okundu, bugün de okunmaya devam ediyor. Haber DESI adı verilen bir araştırmanın Einstein’ı neredeyse evrensel ölçekte bir kez daha haklı çıkardığı hakkındaydı. Birkaç tanıdığım benden bunun ne anlama geldiğini anlatmamı istedi, bu yazıyı da o yüzden yazıyorum.

Albert Einstein’ın görelilik teorisi modern fizik ve evren biliminin bugün elinde olan en önemli araç.

Einstein bugün adına ‘Özel görelilik’ dediğimiz teorisini ilk olarak 1905 yılında ortaya attı. Ardından 1911-16 arasında ‘Genel görelilik’ adını verdiğimiz teorisini yayınladı.

Bu teorilerin ortaya attığı ve hepsi de kanıtlanmaya muhtaç büyük çok sayıda iddia vardı. Örneğin kütle ile enerjinin birbirine dönüştürülebildiğine dair meşhur E=MC2 denklemi.

Örneğin büyük kütlelerin uzay zamanı büktüğüne ve bundan ışık hızıyla hareket eden ışık parçacıklarının (foton) bile etkilendiğine dair iddia.

Einstein’ın teorisi temelde kütle çekiminin doğasına ilişkindi. O güne kadar elimizde Isaac Newton’un kütle çekim kanunları vardı. Newton’a göre büyük kütleler küçük kütlelere ‘çekim kuvveti’ uyguluyordu. Bu sayede dünya ve diğer gezegenler güneşin etrafında dönüyordu. Bu sayede biz dünya yüzeyinden uzaya düşmüyorduk, çünkü dünya bizi çekiyordu. Elma da ağaçtaki dalından koptuğunda gökyüzüne yükselmiyor, yere düşüyordu.

Newton’un bu gücün etkisine ilişkin bir matematiksel formülü vardı ama gücün nasıl işlediğini ve ne yolla etki ettiğini bilmiyordu. Yani kütlesi olan cisimler arasında görünmez ipler mi vardı ki büyük kütleli cisim diğerini çekiyordu?

Newton bunu izah etmiyordu, ama hareket dediğimiz şeyi izaha girişmişti. Ona göre hareket dediğimiz şey ister istemez göreli bir şeydi. Ne demek göreli? Aynı hızda ve yan yana sabah koşusuna çıkmış iki insan düşünün. Bu insanlar birbirlerine baktıklarında hareket görmez, çünkü ikisi de aynı hızdadır. Onlar hareket ettiklerini ancak dışarıda, kendilerine göre sabit pozisyonda veya daha yavaş hareket eden nesnelere bakarak anlayabilir. Yani bütün hareketler görelidir, gözlemcinin hızına göre (Newton’un icat ettiği kalkülüs bu hareketli nesnelerin birbirlerine göre hareketini hesaplamamızı sağlayan matematik dalı. Bugün her yerde onu kullanıyoruz).

Newton’un ölümünden yaklaşık 200 yıl sonra Albert Einstein kütle çekiminin mekanizmasını izah eden bir teoriyle ortaya çıktı. Ona göre ‘uzay-zaman’ adını verdiği bir ‘doku’ vardı. Bu öyle elle tutulur gözle görünür bir şey değildi, ama aynen mıknatısın etki alanında oluşan manyetik alan gibi, bir alan olarak vardı. İşte büyük kütleli nesneler bu ‘alan’ı veya ‘uzay-zaman dokusu’nu büküyor, o dokunun üstünde çukurlar yaratıyordu. Bu çukurlar da kütle çekim etkisine neden oluyordu. Az önce söyledim, Einstein’a göre bu çukurlar kendilerini yaratan kütlenin çok büyük olması halinde ışığı bile bükebiliyordu.

Einstein’ın bu büyük iddiası bütün iddiaları içinde en önce kanıtlananı oldu. İngiliz astronom Edward Eddington 1919 yılında bir tam güneş tutulmasını dünyanın iki ayrı noktasından aynı anda görüntüledi ve güneşimizin kütlesinin bile güneş sistemi dışından gelen ışığı büktüğünü gösterdi. Bugün bu etkiye İngilizcede ‘Gravitational lensing’ adı veriliyor. Geceleri gökyüzünde gördüğünüz pek çok yıldız gerçekte sizin gördüğünüz yerde değil; onların ışıkları bize kadar büküle büküle geliyor, o yüzden biz yerlerini farklı görüyoruz.

Einstein’ın kütle çekiminin nasıl işlediğine ilişkin teorisi dediğim gibi ilk olarak 1919’da kanıtlandı, ama ardından bu kanıt belki binlerce kez teyit edildi. Esasen bugün dünyanın çok kuvvetli teleskopları var, bu teleskoplar neredeyse her gün Einstein’ın teorisini teste tabi tutuyor ve teori her gün testlerden başarıyla geçmeye devam ediyor. Güneş sistemimiz çapında son derece hassas bazı ölçümler de yapıldı, bu ölçümler de Einstein’ı hep haklı çıkardı.

Einstein’ın kütle çekimiyle ilgili teorisi bugün evrenin oluşumunu anlamamız için elimizdeki en önemli araç.

Einstein başlangıçta evrenin sabit olduğunu, yani bugün nasılsa başından beri hep öyle olduğunu varsaymıştı. Ancak Amerikalı büyük astronom Edwin Hubble evrenin sabit olmadığını, aksine genişlemekte olduğunu gösterince Einstein da teorisini değiştirdi.

Daha önce bu konuyu birkaç kez yazdım; evrenin genişleme hızı ve bu genişlemeye neyin neden olduğu konusunda çok büyük bir tartışma var. Üstelik birkaç on yıl önce evrenin genişleme hızının giderek arttığı da gösterildi.

Ünlü fizikçi John Wheeler’ın Einstein’ın görelilik teorisini özetleyen şu cümlesi çok ünlüdür: ‘Uzay zaman kütleye nasıl hareket edeceğini söyler, kütle uzay zamana nasıl büküleceğini…’

Bu doğrudur ama evrensel ölçek söz konusu olduğunda Einstein’ın görelilik teorisine neden hala ‘teori’ deyip ‘kanun’ adını takmadığımızın cevapları da belirir. Bir kere evrende, evrenin mevcut durumunu ve genişlemesini, üstelik hızlanarak genişlemesini izah edecek kadar kütle yok; ama buna karşılık sanki o kadar kütle varmış gibi oluşan bir kütle çekimi var.

Fizikçilerin hesabına göre evrende bizim görebildiğimiz toplam kütle Einstein’ın denklemlerine göre olması gereken kütlenin sadece yüzde 5’i.

Peki orada olması gereken ama bizim göremediğimiz, kalan yüzde 95 ne?

Fizikçilere göre bu geri kalan yüzde 95’in yüzde 26’lık dilimi ‘karanlık madde’ adı verilen bizim göremediğimiz bir madde. Yüzde 69’luk dilimi ise ‘karanlık enerji’ adı verilen bir enerji. İşte bu ‘karanlık enerji’ evrenin genişlemesinin de sorumlusu. Bu enerji ‘kütle çekimi’ni bir çeşit ‘kütle itimi’ haline getiriyor, o yüzden galaksiler birbirlerinden uzaklaşmaya devam ediyor.

Burada bir hatırlatma yapmam lazım: Dikkat edin, bu hesapların hepsi Einstein’ın teorisinin ‘doğru’ olduğu varsayımıyla yapılıyor.

Bilim son 100 yıldır sayısız testten başarıyla geçen Einstein’ın teorisi için haklı olarak ‘Herhalde doğrudur’ diye düşünüyor. Şunu da unutmayın: Elde henüz ‘Hayır Einstein’ınki değil benimki doğru’ diyen bir başka teori de yok.

Dediğim gibi ‘Eğer Einstein haklıysa’ kalıbıyla cümleye başlayan araştırmacılar uzun zamandan beri karanlık enerji ve karanlık maddeyi bulmaya çalışıyor.

Bu çalışmaların en büyüklerinden biri DESI adını taşıyor ve tamamlanmak üzere. DESI, yani ‘Dark Energy Spectroscopic Instrument’ (Karanlık Enerji Spektroskopisi Aracı) aslında bir teleskopun adı. Bu teleskop için gereken finansmanı Amerikan Enerji Bakanlığı sağladı, teleskop son derece karmaşık ve uzun işlemlerden sonra Amerika’daki Berkeley Lab’de hizmete girdi, Arizona çölünde Amerikan yerli kabilesi ‘tohono o’odham’ın kutsal kabul ettiği bir dağın tepesinde son dört yıldır gözlem yapıyor. DESI beş yıl çalışacak, yani artık son yılının içinde.

Ama bu ilk dört yılda o kadar çok veri üretti ki, bu verileri gözden geçirmek, onlardan sonuç üretmek bu araştırmaya katılan dünyanın dört bir yanından 70 bilim kurumundan 900’den fazla bilim insanını önümüzdeki uzun yıllar boyunca meşgul etmeye devam edecek.

Şimdi aslında DESI’nin sadece ilk yılının verilerinden hareketle elde edilen sonuçları konuşuyoruz, 10Haber’in o çok okunan haberi de bu sonuçlar hakkındaydı. Araştırmacılar DESI’nin ilk yıl sonuçlarını ilk olarak bu yılın Nisan ayında duyurmuştu, şimdi aynı sonuçların çok daha ayrıntılı çalışmasını yayınladılar.

Peki ne yaptı DESI? Yani neyi araştırdılar?

Bu güçlü teleskop bir yıl boyunca kabaca altı milyon ayrı galaksiyi gözledi, gözlemleri bundan 11 milyar yıl öncesine kadar uzandı. Böylece bu altı milyon galaksi için çok ayrıntılı bir üç boyutlu evren haritası çıkarıldı ortaya. Bu haritanın bir videosu aşağıda.

Sonra oturup bu harita üzerinde simülasyonlar yapmaya başladılar. Örneğin kütle çekiminin Einstein’ın söylediğinden daha az olduğunu varsaydıklarında acaba bu altı milyon galaksiye ne oluyordu veya tam tersi kütle çekimi Einstein’ın söylediğinden çok daha güçlü olsa ne oluyordu?

Buraya videosunu da koyduğum bu simülasyonlar daha önce bizim güneş sistemimiz özelinde tamamen doğru işlediği kanıtlanmış olan Einstein’ın kütle çekim teorisinin bu devasa ölçekte de aynen işlediğini, yani bize doğru resmi vermeye devam ettiğini gösterdi.

Bu tabii bir yandan Einstein’ın teorisi açısından çok büyük bir zafer anlamına geliyor, ama bir yandan da bilim için bir büyük bulmacanın hala çözülemediği anlamına.

Eğer Einstein haklıysa, ki gördünüz bir kez daha haklı çıktı, o zaman evrenin geri kalan yüzde 95’i nerede? Ve biz o yüzde 95’i neden hala göremiyor, ne olduğunu çözemiyoruz?

Umarım DESI’nin geri kalan verileri içinde bu soruların da cevapları vardır.