Kütleçekim: Revizyonlar arasındaki fark

{{klâsik mekanik}}[[Kütleçekimi]] ya da '''çekim kuvveti''', kütleli her şeyin gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de dahil olmak üzere birbirine doğru (ya da birbirine doğru çekildiği) hareket ettiği doğal bir [[fenomen]]<nowiki/>dir.  [[Enerji]] ve [[kütle]] eşdeğer olduğu için ışık da dahil olmak üzere her türlü enerji yer çekiminekütleçekimine neden olur ve onun etkisi altındadır.

Kütle çekimi dünya ve evren boyunca gözlemlenen çeşitli olaylardan sorumludur. Örneğin, Dünya ve diğer gezegenlerin Güneş'in yörüngesinde, Ay'ın Dünyanın Yörüngesinde olmasına gelgitlerin oluşumuna, '''[[Güneş Sistemi]]'''<nowiki/>'nin oluşumuna ve evrimine, yıldızlara ve [[galaksi]]<nowiki/>lere neden olur. Planck döneminde (Evrenin doğumundan 10-43 saniye sonrasına kadar) geliştirilen, muhtemelen kuantum yer çekimikütleçekimi, süper gravite veya kütleçekimi tekilliği biçimindeki evrende kütleçekiminin en eski örneği, muhtemelen bir sahte vakum, kuantum vakumu veya sanal parçacık gibi ilkel bir durumdan bilinmeyen bir biçimde meydana gelmiştir.<ref name=":0">[http://abyss.uoregon.edu/~js/cosmo/lectures/lec20.html Birth Of Universe]. [[Oregon Üniversitesi]] evrenin ilk zamanlarında "[[Planck zamanı|Planck Zamanı]]" ve "[[Planck Çağı]]" tartışması.</ref> Bu nedenle, kısmen her şeyin teorisinin araştırılması, genel görelilik teorisinin ve kuantum mekaniğinin (veya kuantum alan teorisinin) kuantum kütleçekimine birleştirilmesi bir araştırma alanı haline gelmiştir.

Modern Avrupalı ​​düşünürler haklı olarak kütleçekimi teorisinin geliştirilmesi ile bağlantı kuruyorsa da, kütleçekimi kuvvetini belirleyen önceden var olan fikirler vardı. İlk açıklamalardan bazıları, Dünya döndüğünde nesnelerin neden düşmediğini açıklamak için yer çekimkütleçekim kuvvetini belirleyen [[Aryabhata]] gibi erken matematikçi astronomlardan geldi.<ref><nowiki>*</nowiki>Sen, Amartya (2005). The Argumentative Indian. Allen Lane. p. 29. [[ISBN]] [[Özel:KitapKaynakları/978-0-7139-9687-6|978-0-7139-9687-6]]</ref>

Galileo, [[Loránd Eötvös]] ve Einstein gibi bir dizi araştırmacı tarafından araştırılan [[Eşdeğerlik İlkesi|eşdeğerlik ilkesi]], tüm nesnelerin aynı şekilde düştüğü ve yer çekimininkütleçekiminin etkilerinin ivme ve yavaşlamanın bazı yönlerinden ayırt edilemez olduğunu ortaya koymaktadır. Zayıf eşdeğerlik prensibini test etmenin en basit yolu, farklı kütlelerin veya kompozisyonların iki nesnesini vakumda bırakıp aynı anda zemine çarpıp vurmadıklarını görmektir.

'''Genel görelilik'''te, yer çekimininkütleçekiminin etkileri, bir kuvvet yerine uzay-zaman eğriliğine atfedilir.

* [[Schwarzschild metriği|Schwarzschild]] çözümü; Bu çözüm, küresel olarak simetrik dönmeyen yüksüz kütleli bir nesneyi çevreleyen uzay-zamanı tarif etmektedir. Yeterince kompakt olan nesneler için bu çözüm, merkezinde tekillik bulunan bir karadelik yaratır. Merkezden radyal uzaklığı Schwarzschild yarıçapından çok daha büyük olan noktalarda, Schwarzschild çözümü tarafından ön görülen ivmelenmeler pratik olarak Newton’un yer çekimikütleçekimi teorisi tarafından ön görülen ivmelenmeler ile aynıdır.

* Teorinin tahminlerinden biri olan düşük potansiyellerde zamanın daha yavaş geçmesi (yer çekimselkütleçekimsel zaman genişlemesi) Pound-Rebka deneyi (1959), Hafele-Keating deneyi ve GPS tarafından teyit edilmiştir.

* Işığın sapması öngörüsü, ilk olarak [[Arthur Stanley Eddington]] tarafından29 Mayıs 1919 tarihinde gerçekleşen güneş tutulması sırasında yaptığı gözlemler yolu ile teyit edilmiştir. Eddington yaptığı ölçümlerde, yıldız ışıklarındaki sapmanın Newton’un parçacık teorisine göre iki kat fazla ve genel göreliliğin öngörüleri ile uyumlu olduğunu görmüştür. Ancak, sonuçlar hakkında yaptığı yorumlar daha sonra eleştirilmiştir. Güneşin arakasından geçen kuvasarların radyo girişim ölçümlerini kullanan daha yakın zamanda yapılan testler, daha kesin ve tutarlı bir biçimde ışığın genel görelilik tarafından öngörülen miktarda saptığını göstermişlerdir.<ref>[[Steven Weinberg|Weinberg, Steven]] (1972). Gravitation and cosmology. John Wiley & Sons. sf. 194.</ref> Ayrıca yer çekimselkütleçekimsel lense bakın.

* '''Kütleçekimsel radyasyon''', çiftli pulsarların incelenmesi sırasında dolaylı olarak ortaya konmuştur. 11 Şubat 2016 tarihinde, '''LIGO ve Virgo''' işbirlikleri, bir yer çekimikütleçekimi dalgasının ilk defa olarak tespit edildiğini duyurmuşlardır.

* Genel görelilik, büyük kütleli cisimlerden uzaklaşan ışığın yer çekimselkütleçekimsel kırmızıya kayma nedeniyle enerji kaybedeceğini öngörmektedir. Bu öngörü, 1960’lı yıllarda hem dünyada hem de güneş sisteminde teyit edilmiştir.

Genel göreliliğin keşfini takip eden on yıllarda, genel göreliliğin [[kuantum mekaniği]] ile uyumsuz olduğu görülmüştür. Diğer temel kuvvetlerde olduğu gibi yer çekiminikütleçekimini de kuantum alan teorisi çerçevesinde açıklamak mümkündür. Burada, yer çekimininkütleçekiminin çekimsel kuvvetinin, tıpkı sanal [[foton]]<nowiki/>ların değiş tokuş edilmesi yolu ile elektromanyetik kuvvetlerin açığa çıkması gibi, sanal gravitonların alışverişi sırasında ortaya çıktığı düşünülür. Bu açıklama, genel göreliliği klasik limitte ortaya çıkarır. Ancak, bu yaklaşım, [[Planck sabiti|Planck]] mesafesi ölçeğindeki kısa mesafelerde başarısızdır. Bu ölçeğe inildiğinde, kuantum çekiminin daha eksiksiz bir teorisine (veya kuantum mekaniğine daha yeni bir yaklaşıma) ihtiyaç bulunmaktadır.

Bütün gezegensi cisimler kendi yer çekimselkütleçekimsel alanları ile çevrelenmişlerdir. Bu alanlar, Newton fiziği kullanılarak bakıldığında, bütün cisimler üzerinde çekim gücü uyguluyor olarak tarif edilebilirler. Küresel olarak simetrik bir gezegen varsaydığımızda, bu alanın, gezegensi cismin yüzeyinin üzerindeki herhangi bir noktadaki gücü, cismin kütlesi ile doğru orantılı, cismin merkezine olan uzaklığın karesi ile ters orantılıdır.

[[File:Falling_ball.jpg|bağlantı=https://en.wikipedia.org/wiki/File:Falling_ball.jpg|küçükresim|336x336pik|Başlangıçta durağan olan bir cismin yer çekimikütleçekimi etkisinde serbestçe düşmesine izin veriliyor. Bu cismin kat ettiği mesafe, geçen zamanın karesi ile orantılıdır. Bu resim, yarım saniyelik bir zaman dilimini kapsamaktadır ve saniyede 20 flaş ile çekilmiştir.]]

Dünya üzerindeki yer çekimikütleçekimi kuvveti iki kuvvetten kaynaklanır (bu iki kuvvetin vektörel toplamıdır): a) Newton’un evrensel yasaları uyarınca uygulanan yer çekimselkütleçekimsel çekim b) merkezkaç kuvveti; bu kuvvet, dünyaya bağlı dönen bir referans noktası almamızdan kaynaklanmaktadır. Yer çekimi kuvveti, ekvatorda en düşük düzeydedir. Bunun iki nedeni vardır: Birincisi, ekvatorun üzerindeki noktalar, Dünya’nın merkezine en uzak noktalardır. İkincisi ise, merkezkaç kuvvetinin en güçlü biçimde hissedildiği yerin Ekvator olmasıdır. Yer çekimi kuvveti enlemin artması ile birlikte ekvator çizgisi üzerindeki 9.780 m/s2’lik değerinden kutuplar üzerindeki 9.832 m/s2’lik değere doğru artar.

Sabit bir yer çekimselkütleçekimsel çekim kuvveti varsayımı altında, Newton’un evrensel çekim kuvveti kanunu, ''F=mg'' formülüne indirgenir. Burada m, cismin kütlesi, g ise Dünya üzerindeki ortalama büyüklük değeri 9.81m/s2 olan sabit bir vektördür. Ortaya çıkan kuvvete cismin ağırlığı denir. Kütleçekiminden kaynaklanan ivmelenmeye bu g değerine eşittir. Başlangıçta durağan olan bir cisim, serbest bırakıldığı takdirde, serbest düşüş sırasında geçirdiği zamanın karesi ile orantılı bir biçimde yol alır. Sağda görülen resimde, yarım saniyelik süre zarfında stroboskopik flaş kullanılarak saniyede 20 flaş hızı ile çekilmiştir. Saniyenin ilk 20’de 1’lik kısmında, düşen top bir birim mesafe kat etmektedir (burada, bir birim mesafe yaklaşık 12 milimetredir). İkinci 20’de 1’lik süre sonunda, cisim toplamda 4 birim düşmüş olmakta ve bu hızlanma üçüncü 20’de 1’lik saniyede 9 birim şeklinde devam etmektedir.

Aynı sabit yer çekimikütleçekimi varsayımları altında, h yüksekliğinde duran bir cismin potansiyel enerjisi ''Ep= mgh (veya Ep=wh, w=ağırlık)'' ‘tır. Bu gösterim, Dünya’nın yüzeyine olan mesafe olan h’ın yalnızca çok kısa olduğu mesafeler için geçerlidir. Benzer şekilde, ilk hız v ile fırlatılan bir cismin ulaşabileceği en büyük yüksekliğin gösterimi de <math>h = \tfrac{v^2}{2g}</math> küçük yükseklikler ve küçük başlangıç hızları için geçerlidir.

Newton’un yer çekimikütleçekimi kanunlarının uygulanması, [[Güneş Sistemi|Güneş Sistemi’]]<nowiki/>ndeki gezegenler, Güneş’in kütlesi, kuvasarların detayları ve hatta karanlık maddenin varlığı hakkında bile bugün sahip olduğumuz detaylı bilginin çoğunun kaynağını oluşturmaktadır. Her ne kadar ne bütün gezegenlere ne de Güneş’e yolculuk etmemiş olsak da, bunların kütlelerini biliyoruz. Bu kütleler, yer çekimikütleçekimi kanunlarının yörüngenin ölçülen karakteristiklerine uygulanması yolu ile elde edilmektedirler. Uzayda bir cisim, ona etki eden kütleçekimi nedeniyle yörüngesini muhafaza eder. Gezegenler, yıldızların yörüngesinde dolanır, yıldızlar ise galaktik merkezlerin çevresinde dolanırlar. Galaksiler, yığınların ortasındaki ağırlık merkezinin çevresinde dolanırlar ve yığınlar da süper yığınların yörüngesindedirler. Bir cisim üzerine diğer bir cisim tarafından etki eden yer çekimikütleçekimi kuvveti, bu cisimlerin kütlelerinin çarpımı ile doğru orantılı ve aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır.

Muhtemelen kuantum çekimi, süper çekim veya yer çekimselkütleçekimsel tekillik şeklindeki en erken yer çekimikütleçekimi, uzay ve zaman ile birlikte, Evren’in başlangıcını takip eden 10-43 saniyelik bir süre olan Planck evresinde ortaya çıkmıştır. Daha öncesinde ise Evren’in sahte vakum, kuantum vakumu veya sanal parçacık gibi daha ilkel bir düzeyde olduğu düşünülmekte fakat Planck evresine nasıl geçiş yaptığı bilinmemektedir.<ref name=":0" />

Genel göreliliğe göre, [[yer çekimikütleçekimi radyasyonu]], uza-zamanın [[Salınım|osilasyon]]<nowiki/>u gösterdiği yerlerde ortaya çıkar. Bu, birbirinin çevresinde yörüngeye girmiş cisimlerde görülür. Güneş sistemi tarafında yayılan yer çekimselkütleçekimsel radyasyon ölçülemeyecek kadar küçüktür. Ancak, ikili pulsar sistemlerde zaman içerisinde oluşan enerji kaybı olarak yer çekimikütleçekimi radyasyonunun dolaylı gözlemi yapılabilmiştir. PSR B1913+16 bu tip pulsarlara bir örnektir. Nötron yıldızı birleşmelerinde ve kara delik oluşumlarının da tespit edilebilir büyüklükte yer çekimikütleçekimi radyasyonu oluşturabileceği düşünülmektedir. Lazer İnterferometre Kütleçekimsel Dalga Gözlemevi ([[LIGO]]) gibi yer çekimselkütleçekimsel radyasyon gözlem evleri, bu problem üzerinde çalışmak üzere inşa edilmişlerdir. 2016 yılının Şubat ayında, Gelişmiş LIGO takımı kara deliklerin çarpışmasından doğan yer çekimselkütleçekimsel dalgaları keşfettiklerini açıkladılar. 14 Eylül 2015 tarihinde LIGO, dünyadan 1.3 milyar ışık yılı uzaklıktaki iki kara deliğin çarpışmasından doğan yer çekimikütleçekimi dalgalarını ilk kez kayıt etti. Bu gözlemler, Einstein ve diğerlerinin, bu tip dalgaların var olduğuna ilişkin teorik tahminlerini teyit etmiştir. Olay aynı zamanda ikili kara delik sistemlerinin varlığını da göstermiş ve yer çekimininkütleçekiminin doğasının, [[Büyük Patlama]] ve sonrası dahil evrendeki olayların anlaşılmasına yönelik olarak pratik gözlemlerin de önünü açmıştır.

2012 yılının Aralık ayında, Çin’deki bir araştırma ekibi, dolunay ve yeni ay boyunca oluşan Dünya’nın gelgitleri arasındaki faz gecikmesini bulduğunu açıkladı. Bu sonuçlar, yer çekimininkütleçekiminin hızının ışık hızı ile aynı olduğunu gösteriyordu. Bunun anlamı şudur; eğer güneş bir anda ortadan kaybolacak olsa, dünya, ışığın bu mesafeyi kat etmesi için gereken süre olan 8 dakika daha normal bir şekilde yörüngesinde kalacaktır. Takımın bulguları Şubat 2013 tarihli [[Çin Bilim Bülteni]]’nde yayınlanmıştır.

* '''Ekstra enerjili fotonlar:''' Galaksi kümelerinden geçen fotonların bu kümelere girişleri sırasında enerji kazanmaları, çıkarken de bu enerjiyi geri vermeleri beklenmektedir. Evrenin hızlanan genişlemesi nedeniyle, bu fotonların kazandıkları enerjinin tümünü geri vermemeleri beklenebilir. Fakat bu dikkate alındığında dahi, kozmik mikro dalga arka plan radyasyonuna ait fotonların beklenenden iki kat fazla enerji kazandıkları görülmektedir. Bu durum, belirli uzaklıklar söz konusu olduğunda yer çekimininkütleçekiminin mesafenin karesinden daha hızlı bir biçimde azaldığı anlamına gelebilir.

* '''Ekstra kütleli hidrojen bulutları''': Lyman-alfa ormanını spektral çizgileri belirli ölçeklerdeki hidrojen bulutlarının beklenenden daha fazla bir biçimde birbirlerinin içine kümelenmiş olduğunu göstermektedir. Siyah akışa’a benzeyen bu durum, belirli mesafe ölçeklerinde yer çekimininkütleçekiminin mesafenin karesinden daha yavaş bir biçimde sönümlendiği anlamına gelebilir.

* '''Güç''': Önerilen ekstra boyutlar yer çekimikütleçekimi kuvvetinin neden bu kadar zayıf olduğunu açıklayabilmektedir.<ref>CERN (20 Ocak 2012). "[http://home.cern/about/physics/extra-dimensions-gravitons-and-tiny-black-holes Ekstra boyutlar, yerçekimi ve minik kara delikler]".</ref>