Einstein'ın genel görelilik kuramı

    Genel görelilik, fizikçi Albert Einstein'ın yerçekiminin uzay - zaman dokusunu nasıl etkilediğine dair anlayışıdır.

    Einstein'ın 1915'te yayınladığı teori, 10 yıl önce yayınladığı özel görelilik teorisini genişletti. Özel görelilik, uzay ve zamanın ayrılmaz bir şekilde bağlantılı olduğunu savundu, ancak bu teori yerçekiminin varlığını kabul etmedi .

    Einstein, iki yayın arasındaki on yılı , NASA'ya göre yerçekimi olarak ortaya çıkan bir çarpıklık olan, özellikle büyük nesnelerin uzay - zaman dokusunu çarpıttığını belirleyerek geçirdi.

    Genel göreliliğin bir tezahürü, burada çarpışan iki kara delik tarafından yaratılmış olarak gösterilen yerçekimi dalgalarıdır. 

Genel Görelilik Nasıl Çalışır?

    Genel göreliliği anlamak için önce, iki cismin birbirine uyguladığı çekim kuvveti olan yerçekimi ile başlayalım. Sir Isaac Newton, üç hareket yasasını, " Principia "yı formüle ettiği aynı metinde yerçekimini nicelleştirdi .

    NASA'ya göre, iki cisim arasındaki çekim kuvveti, her birinin ne kadar büyük olduğuna ve ikisinin ne kadar uzak olduğuna bağlı . Dünyanın merkezi olsa bile sizi kendisine doğru çekerken bile ( sizi yere sıkıca bağlı tutarak ), kütle merkeziniz Dünya'yı geri çekiyor. Ancak daha büyük beden sizden gelen çekişi zar zor hissederken, çok daha küçük kütlenizle aynı kuvvet sayesinde kendinizi sağlam bir şekilde kök salmış buluyorsunuz. Yine de Newton yasaları, yerçekiminin, bir mesafe boyunca hareket edebilen bir nesnenin doğuştan gelen bir gücü olduğunu varsayar.

    Albert Einstein, özel görelilik teorisinde, ivmelenmeyen tüm gözlemciler için fizik yasalarının aynı olduğunu belirlemiş ve bir gözlemcinin hareket hızı ne olursa olsun, ışığın boşluktaki hızının aynı olduğunu göstermiştir. Wired'a göre . 

    Sonuç olarak, uzay ve zamanın, uzay - zaman olarak bilinen tek bir süreklilikte iç içe geçtiğini buldu. Ve bir gözlemci için aynı anda meydana gelen olaylar, bir başkası için farklı zamanlarda meydana gelebilir.

    Einstein, genel görelilik teorisi için denklemleri çözerken, büyük nesnelerin uzay-zamanda bir bozulmaya neden olduğunu fark etti. Bir trambolinin ortasına büyük bir nesne koyduğunuzu hayal edin. Nesne kumaşa bastırarak çukurlaşmasına neden olur. Daha sonra bir bilyeyi trambolinin kenarına yuvarlamaya çalışırsanız, bilye vücuda doğru spiral şeklinde içe doğru çekilir ve tıpkı bir gezegenin yerçekiminin uzaydaki kayaları çekmesiyle aynı şekilde çekilir. 

    Einstein'ın teorilerini yayınlamasından bu yana geçen on yıllarda, bilim adamları görelilik tahminleriyle eşleşen sayısız fenomen gözlemlediler.

Yerçekimi Merceklenmesi

    Işık, kara delik gibi büyük bir nesnenin etrafında bükülür ve onun arkasında yatan şeyler için bir mercek görevi görmesine neden olur. Gökbilimciler, büyük nesnelerin arkasındaki yıldızları ve galaksileri incelemek için rutin olarak bu yöntemi kullanırlar.

    Avrupa Uzay Ajansı'na ( ESA ) göre Pegasus takımyıldızındaki bir kuasar olan Einstein Cross, yerçekimi merceklenmesinin mükemmel bir örneğidir. Kuasar, yaklaşık 11 milyar yıl önce olduğu gibi görülüyor; arkasında oturduğu galaksi Dünya'ya yaklaşık 10 kat daha yakındır. İki nesne çok hassas bir şekilde hizalandığından, gökadanın yoğun yerçekimi kuasardan gelen ışığı büktüğü için gökada çevresinde dört kuasar görüntüsü belirir.

    Einstein'ın haçı gibi durumlarda, kütleçekimsel olarak merceklenen nesnenin farklı görüntüleri aynı anda görünür, ancak bu her zaman böyle değildir. Bilim adamları ayrıca, mercek etrafında dolaşan ışığın farklı uzunluklarda farklı yollar izlediğinden, özellikle ilginç bir süpernova durumunda olduğu gibi , farklı görüntülerin farklı zamanlarda ulaştığı merceklenme örneklerini gözlemlemeyi başardılar .

Merkür'ün Yörüngesideki Değişiklikler

    NASA'ya göre , Merkür'ün yörüngesi, uzay - zamanın devasa güneş etrafındaki eğriliği nedeniyle zaman içinde çok yavaş değişiyor . 

    Güneşe en yakın gezegen olan Merkür'ün günberisinin ( yörüngesi boyunca güneşe en yakın olduğu nokta ) zamanla biraz farklı bir yön izleyeceği tahmin ediliyor. Newton'un tahminlerine göre, güneş sistemindeki yerçekimi kuvvetleri Merkür'ün presesyonunu ( yörünge yönelimindeki değişiklik ) ilerletmelidir. Yüzyılda 5,600 arksaniye ( 1 arksaniye bir derecenin 1 / 3600'üne eşittir ) olarak ölçülür. Bununla birlikte, Einstein'ın genel görelilik kuramının açıkladığı gibi, yüzyılda 43 arksaniyelik bir tutarsızlık vardır. Einstein'ın eğri uzay - zaman teorisini kullanarak, gezegenler güneşi statik bir eliptik yörüngede yörüngede döndürmediğinden, Merkür'ün günberisinin devinimi Newton'un tahminlerine göre biraz daha fazla ilerlemelidir. 

    Tabii ki, 20. yüzyılın ortalarından beri yayınlanan birkaç araştırma makalesi, Einstein'ın Merkür'ün günberi devinimi hesaplamalarının doğru olduğunu doğruladı.  

Dönen Cisimler Etrafında Uzay - Zamanın Çerçeve Sürüklemesi

    Dünya gibi ağır bir nesnenin dönüşü, etrafındaki uzay - zamanı bükmeli ve çarpıtmalıdır. 2004 yılında NASA, Yerçekimi Sondası B'yi ( GP-B ) başlattı. NASA'ya göre , uydunun hassas bir şekilde kalibre edilmiş jiroskoplarının eksenleri, Einstein'ın teorisiyle eşleşen bir sonuç olarak, zaman içinde çok hafif bir şekilde sürüklendi.

    Stanford Üniversitesi'nden Gravity Probe - B baş araştırmacısı Francis Everitt, NASA'nın görevle ilgili açıklamasında, "Dünyayı bala batırılmış gibi hayal edin" dedi.

    "Gezegen döndükçe, etrafındaki bal döner ve bu uzay ve zamanla aynıdır. GP-B, Einstein'ın evreninin en derin tahminlerinden ikisini doğruladı ve astrofizik araştırmalarında geniş kapsamlı etkilere sahip."

Yerçekimi Kırmızıya Kayma

    Bir nesnenin elektromanyetik radyasyonu , bir yerçekimi alanı içinde hafifçe gerilir . Bir acil durum aracının sireninden yayılan ses dalgalarını düşünün; araç bir gözlemciye doğru hareket ederken ses dalgaları sıkıştırılır, ancak uzaklaştıkça uzar veya kırmızıya kayar . Doppler Etkisi olarak bilinen aynı olay, tüm frekanslardaki ışık dalgalarında meydana gelir.

    1960'larda, Amerikan Fizik Derneği'ne göre , fizikçiler Robert Pound ve Glen Rebka, Harvard Üniversitesi'nde önce gama ışınlarını sonra bir kulenin yanına vurdular. Pound ve Rebka, yerçekiminin neden olduğu bozulmalar nedeniyle gama ışınlarının frekansını biraz değiştirdiğini buldu.

Yerçekimi Dalgaları

    Einstein, iki kara deliğin çarpışması gibi şiddetli olayların uzay-zamanda yerçekimi dalgaları olarak bilinen dalgalanmalar yarattığını öngördü. Ve 2016 yılında Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi ( LIGO ) ilk kez böyle bir sinyal tespit ettiğini duyurdu.

    Bu tespit 14 Eylül 2015'te geldi . Louisiana ve Washington'daki ikiz tesislerden oluşan LIGO, yakın zamanda yükseltildi ve çevrimiçi olmadan önce kalibre edilme sürecindeydi. İlk tespit o kadar büyüktü ki, o zamanki LIGO sözcüsü Gabriela Gonzalez'e göre, ekibin kendilerini bunun bir arıza değil gerçek bir sinyal olduğuna ikna etmeleri birkaç ay sürdü.

    Haziran 2016'daki 228 Amerikan Astronomi Derneği toplantısında, "Bu kadar açık olduğu ilk tespitte çok şanslıydık" dedi.

    O zamandan beri, bilim adamları hızla yerçekimi dalgalarını yakalamaya başladılar. Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemcisi y'ye göre, program yetkililerine göre, LIGO ve Avrupalı ​​mevkidaşı Başak toplam 50 yerçekimi dalgası olayı tespit etti.

    Bu çarpışmalar, bilim adamlarının kara delik veya nötron yıldızı olarak kesin olarak tanımlayamadığı bir nesneyle çarpışma, parlak bir patlamanın eşlik ettiği nötron yıldızlarının birleşmesi, uyumsuz karadeliklerin çarpışması ve daha fazlası gibi olağandışı olayları içeriyordu.

Nötron Yıldızlarını Gözlemlemek

    2021'de Physical Review X dergisinde yayınlanan araştırma , Dünya'dan yaklaşık 2.400 ışıkyılı uzaklıkta bir çift pulsar sistemi gözlemleyerek Einstein'ın tahminlerinden birkaçına meydan okudu. Genel göreliliğin yedi tahmininin her biri çalışma tarafından doğrulandı.  

    Pulsarlar, manyetik kutuplarından yayılan elektromanyetik radyasyon ışınları nedeniyle atıyormuş gibi görünen bir tür nötron yıldızıdır. 

    Pulsar test denekleri çok hızlı dönüyor - saniyede yaklaşık 44 kez - ve güneşten %30 daha büyükler, ancak çapları sadece 15 mil ( yaklaşık 24 kilometre ) ve bu da onları inanılmaz derecede yoğun yapıyor. Bu, kütleçekimlerinin muazzam olduğu anlamına gelir; örneğin, bir nötron yıldızının yüzeyindeki yerçekimi, Dünya'daki çekiminden yaklaşık 1 milyar kat daha güçlüdür. Bu, nötron yıldızlarını Einstein'ın teorilerindeki yerçekiminin ışığı bükme yeteneği gibi tahminlere meydan okumak için harika bir test konusu yapar. 

    Vancouver'daki British Columbia Üniversitesi'nden Profesör Ingrid Stairs yaptığı açıklamada, "Kozmik bir deniz fenerinden, bir pulsardan yayılan radyo fotonlarının yayılımını takip ediyoruz ve onların eşlik eden bir pulsarın güçlü yerçekimi alanındaki hareketlerini takip ediyoruz." Dedi. 

    "İlk kez, yoldaşın etrafındaki uzay - zamanın güçlü eğriliği nedeniyle ışığın nasıl geciktirildiğini değil, aynı zamanda ışığın algılayabildiğimiz 0,04 derecelik küçük bir açıyla saptığını da görüyoruz. Daha önce hiç böyle bir deney olmamıştı. Bu kadar yüksek bir uzay - zaman eğriliğinde yürütüldü" diye ekliyor Stairs.