İngiltere’de büyük veba salgını olup Cambridge Üniversitesi bile kapandığında, Isaac Newton annesi ile onun ikinci evliliğini yaptığı eşinin evine gitti.

O evin bahçesindeki elma ağacı çok meşhur. Çünkü Newton, o evde geçirdiği zaman içinde kütleçekim yasasını buldu. Elmalar olgunlaştığında neden göğe yükselip havada uçuşmak yerine yere düşüyordu?

Hepimiz Newton’un kütleçekim yasasını lisede öğrendik: Büyük kütleler birbirlerini çeker, aralarındaki çekim kuvveti iki kütlenin arasındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır. Yani mesafe arttıkça çekim etkisi azalır.

Güneş’in kütlesini hesaplayan Newton, nasıl olup da Dünya dahil bütün gezegenlerin Güneş’in etrafında döndüğünü bu yasaya dayanarak açıkladığında fizik biliminde ve astronomide büyük bir devrim yaptı.

Artık onun sayesinde gezegenlerin hareketlerini önceden tahmin edebiliyorduk. Hatta bu kanun sayesinde o güne kadar varlığını bile bilmediğimiz bir gezegen de keşfettik: Neptün.

Ama Newton Yasası maalesef Merkür gezegeninin hareketlerini izah etmiyordu; daha doğrusu Merkür, Newton’un hesaplarından sürekli sapıyordu. Çok minik bir farktı belki ama fark vardı işte.

Newton’a göre kütleçekim kuvveti fiziksel bir kuvvetti ve zamandan bağımsız biçimde anında etki ediyordu. Bu kuvvetin nasıl çalıştığına ve tam olarak ne olduğuna da kafa yordu Newton ama bulamadı.

Gerek Merkür’ün yörüngesindeki tutarsızlık gerekse kütleçekim kuvvetinin nasıl çalıştığına ilişkin izah, yüzyıllar sonra İsviçre’nin Bern kentindeki patent ofisinde çalışan genç bir adamdan geldi: Albert Einstein.

Einstein bu izahı birbirinden 10 yıl arayla iki ayrı sıçrama ile yaptı.

Birinci sıçrama, başlangıçta kütleçekimiyle hiç ilgili değil gibiydi. Einstein, 1905 yılında ilk olarak zamanın sabit, evrensel geçerliliği olan bir şey olmadığını, hıza (ve sonradan kütleye de) bağlı olarak göreli bir şey olduğunu gösterdi bize.

Einstein, zamanın evrensel bir fizik olgusu olmadığını anlatmak için, “Zaman, saatin ölçtüğü şeydir,” diyordu. Ve saatler, onları taşıyanların o anki hızlarına göre farklı hızda çalışıyordu.

O an aslında Einstein da kesin biçimde bilmiyordu ama müthiş bir içgörüyle çok kuvvetli bir tahmin yaptı: Evrende sabit olan tek şey ışığın hızıydı.

Kütlesi olan hiçbir şey, o kütle ne denli küçük olursa olsun, ışık hızına erişemezdi; çünkü ışık hızına kadar hızlanması için sonsuz kütleye sahip olması gerekirdi.

Her gözlemci zamanı farklı ölçerdi. Tam da bu sebeple, matematiksel olarak evrende iki saatin birbirine yüzde yüz senkron olması imkânsızdı; o saat, şaşmaz sabitlikte çalıştığını sandığınız atom saati olsa bile.

Bu teoriye “özel görelilik” adı verildi.

Einstein 10 yıl boyunca özel görelilikten hareketle kütleçekimini de izah eden bir genel görelilik teorisine ulaşmak için çaba harcadı. Bir noktada matematik bilgisi yetmedi; o yaşında gitti, eksiğini tamamlamak için matematik ve iyi bilmediği özel bir geometriyi öğrendi.

1915 yılında genel görelilik teorisini yayımladığında yaptığı sıçrama, bugün hâlâ pek çoğumuzun kavramakta ve gözünün önüne getirmekte zorlandığımız çok büyük bir sıçramaydı.

Einstein’a göre uzay ve zaman birbirinin içine geçmiş iki ayrı şey değil, tek bir şeydi. (Burada ‘şey’ [‘eşya’nın tekili] kelimesini kullanıyorum diye somut, elle tutulur bir nesneden söz ettiğimi sanmayın; uzay-zaman bir anlamda matematiksel bir soyutlama aslında.)

Büyük veya küçük ayırt etmeksizin bütün kütleler etraflarındaki uzay-zamanı “büküyordu”.

Ne demek bükmek?

Uzay-zaman, dediğim gibi, elle tutulur somut bir nesne olmadığı için anlatmak da zor. Verilen en yaygın örnek, gerilmiş bir çarşafın üzerine bırakılan bir ağırlığın yarattığı çöküntü veya bükülme. Videoda da görüyorsunuz; daha küçük ağırlıkları da o çarşafa koyduğunuzda ortadaki büyük ağırlığın etrafında dönmeye başlıyorlar ve sonunda da merkeze düşüyorlar.

Evet, tam olarak bu bükülme uzay-zamanda hareketi var eden şey. Nitekim meşhur söz şunu söyler: “Kütle uzay-zamana nasıl büküleceğini söyler, uzay-zaman da kütleye nasıl hareket edeceğini…”

Bazı çok büyük kütleler, örneğin Güneş’imiz, örneğin çok uzak galaksiler uzay-zamanı o kadar çok bükerler ki arkada bir yerden yola çıkmış olan ve doğal olarak ışık hızında hareket eden ışık bile bu bükülmeden etkilenir, ister istemez ışığın yolu uzar.

Einstein, kütleçekimin Newton’un dediği gibi fiziksel bir kuvvet değil bir etki, kütlelerin varlığının doğurduğu bir sonuç olduğunu söyler. Ve yine Newton’dan farklı olarak kütleçekimi anında etki etmez, ışık hızına bağımlıdır. Yani yarın bir mucize olup Güneş’imiz ansızın ortadan kaybolsa, bizim bunu anlamamız 8 dakika sonra olur.

Burada kütleçekimiyle ilgili bilmemiz gereken en önemli şeylerden biri şudur: Hepimiz, bütün kütleler etraflarındaki uzay-zamanı bükerler.

Bu bükülme, az önce anlattığım çarşaf örneğinde olduğu gibi hep merkeze doğru düşme etkisi yaratır.

Ama tabii, mesela Dünya’mız en azından 4,5 milyar yıldır Güneş’e doğru düşüyor olmasına rağmen aslında Güneş’e hemen hemen sabit bir uzaklıkta kalıyor hep. Öyleyse bu “düşme” etkisi yalan mı?

Hayır değil. Gerçekten de Güneş’e doğru düşüyoruz ama yine hareket yasaları nedeniyle bir türlü düşemiyoruz. Dünya’mızın Güneş’in etrafındaki yanal hareketinden (eliptik yörüngeyi düşünün) dolayı tam düşerken hep Güneş’i ıskalıyoruz ve bu yanal hareket bir anlamda kütleçekimini dengeliyor.

Geçen hafta belki dikkatinizi çekti; NASA, Dünya’nın yörüngesindeki bir gözlem uydusunu kurtarmak için misyon başlattı. Uydu Dünya’ya doğru düşüyordu; bir roket gidecek, onu Dünya’dan uzaklaştıracak, düşüşünü erteleyecekti.

Demek ki o uydunun Dünya etrafındaki yanal hareketi, Dünya’mızın uzay-zamanda yarattığı bükülmeye dayanmak için yeterince güçlü değildi; uydu, Dünya’nın yarattığı çukura doğru düşmekten kurtulamıyordu.

Uzay-zamanın geometrisi, yani kütlelerin uzay-zamanda yarattığı bükülme evrenimizdeki bütün hareketlerin temeli.

Ve hareket de hep aslında düşme yönünde olduğuna göre nasıl oluyor da evrenimiz genişlemeye, hem de hızlanarak genişlemeye devam ediyor?

Gelin onu da haftaya konuşalım…