Genel Görelilik Teorisine İnce Ayar Gerekiyor

Öne Çıkan İçerikler

Genel Görelilik Teorisine İnce Ayar Gerekiyor

Teori ve gözlemsel kanıtlar arasındaki çelişki, Evren’in erken dönemlerine ilişkin anlayışımızda eksik bir bileşene işaret etmektedir.

Einstein’ın 1915’da formüle ettiği genel görelilik teorisi, kütle çekimini farklı parçacık ve alanların bir sonucu olarak uzay-zamanın deformasyonu olarak ele alır. Elektromanyetik, zayıf ve güçlü kuvvetleri tanımlayan Standart Model ile birlikte, modern parçacık fiziği anlayışımızın temelini oluşturur.

Bu teorinin gezegenler, yıldızlar ve galaksiler ölçeğindeki yerçekimi etkilerini açıklamadaki dikkate değer başarısına rağmen, genel göreliliğin hala sınırlamaları vardır. Yaklaşık bir asırdır, yerçekimi durumunda bir atomun boyutundan yaklaşık 20 mertebe daha küçük ölçekte önemli hale gelmesi beklenen kuantum etkilerini açıklamadığı bilinmektedir. Bu da bu kadar küçük mesafelerdeki yerçekimi fiziğini tanımlamak için genel göreliliğin kullanılamayacağı anlamına gelmektedir.

Bununla birlikte, son zamanlarda yapılan astronomik gözlemler, en büyük ölçekte – tüm Evren ölçeğinde – genel göreliliğin de geçerliliğini yitirebileceğini göstermektedir.

Simon Fraser Üniversitesi’nden Profesör Levon Pogosian liderliğindeki uluslararası bir fizikçi ekibi, genel göreliliğin ya da bilinen herhangi bir modifikasyonunun bu büyük ölçekte doğru bir yerçekimi teorisi sağlayıp sağlamadığını belirlemek için geniş bir astronomik veri yığınını analiz etti ve bilinen tüm yerçekimi teorilerinin mevcut gözlemlerle bir şekilde gerilim içinde olduğu sonucuna vardı.

Genel göreliliğin deneysel testleri


Einstein’ın genel görelilik teorisi birçok deneysel testten başarıyla geçmiştir. Bunlardan ilki, genel göreliliğin Merkür’ün yörüngesinin özelliklerini açıklayabildiğinin ve Güneş‘in ışığı saptırma açısını doğru tahmin ettiğinin tespit edildiği 20. yüzyılın başlarına dayanmaktadır.

O zamandan bu yana, bu teorinin geçerliliği bir dizi deney ve gözlemle teyit edilmiş, 2015’te yerçekimsel dalgaların tespiti ve 2019’da varlığı genel göreliliğin heyecan verici bir öngörüsü olan bir kara deliğin ilk görüntüsü ile sonuçlanmıştır.

Ancak 1933 yılında, uzak galaksilerdeki yıldızların gözlemlenen hızlarının genel görelilik tarafından öngörülenlerle çelişmemesi için, galaksilerin karanlık madde olarak adlandırılan bilinmeyen bir maddeden büyük miktarda içermesi gerektiği fark edildi.

Dahası, 1998’de Evren’in hızlanarak genişlediğinin keşfedilmesi, bilim insanlarını teoriye karanlık enerji adı verilen, bazen vakumun enerjisi olarak yorumlanan ve Einstein’ın teorisine göre genişlemeye neden olan başka bir bileşen eklemeye zorladı.

Genel göreliliğin bu astronomik verilerle tutarlı olabilmesi için, bu iki varlığın -karanlık madde ve karanlık enerji- Evrendeki tüm enerjinin yaklaşık %95’ini oluşturması gerekir. Ancak, her ikisi de herhangi bir laboratuvar deneyinde kendini göstermemiştir ve kökenleri ve özelliklerinin güvenilir bir teorik açıklaması yoktur, bu da bazı bilim adamlarının hiç var olmayabileceklerini düşünmelerine yol açmıştır.

Gökbilimcilerin Hubble gerilimi olarak adlandırdıkları ve farklı deneylerde ölçülen Evren’in genişleme hızı değerlerinin birbiriyle çeliştiği durumun keşfinden sonra daha da fazla zorluk ortaya çıkmıştır. Örneğin, süpernova patlamaları ve kozmik mikrodalga arka planının özellikleri – Büyük Patlama’dan kalan radyasyon – üzerine yapılan gözlemlerde.

Pogosian bir e-postasında “Bu tutarsızlık otomatik olarak genel göreliliğin yanlış olduğu ya da kozmolojik modelimizde başka bir şeyin yanlış olduğu anlamına gelmiyor” dedi. “Açık fikirli olmalı ve veri analizinde henüz hesaba katılmamış bir şeye izin vermeliyiz. Bununla birlikte, bu olasılık sıkı bir inceleme altında olmuştur (ve olmaya devam etmektedir) ve şu ana kadar, gerilim sadece daha fazla analizle daha da güçlenmiştir.”

Yine de pek çok kozmolog teori ve gözlem arasındaki çelişkilerin yerçekimi teorisinde yapılacak bir değişiklikle çözülüp çözülemeyeceğini merak etmektedir. Genel göreliliğin olası iyileştirmeleri araştırmacılar tarafından onlarca yıldır incelenmektedir, ancak bunlardan en popüler olanı 1974 yılında Kanada Waterloo Üniversitesi’nden Gregory Horndeski tarafından önerilen ve maddenin uzay-zamanı nasıl büktüğüne ilişkin ayrıntıların Einstein’ın teorisinden farklı olabileceği bir dizi teoridir.

Doğru bir yerçekimi teorisi bulmak


Genel görelilik ve Horndeski’nin genellemelerine göre, kütleçekiminin Evren’in evrimi üzerindeki etkisi üç bölüme ayrılabilir: kütleçekiminin madde üzerindeki etkisi, radyasyon ve Evren’in genişlemesi.

Evrenin genişlemesi.

Pogosian’ın ekibi, bu etkileri gözlemlerle uyumlu bir şekilde açıklayan bir yerçekimi teorisi olup olmadığını belirlemek için, bir dizi yer ve uzay tabanlı gözlemevi tarafından toplanan astronomik verileri birleştirdi ve verileri bu farklı teoriler kullanılarak yapılan tahminlerle karşılaştırdı.

Einstein’ın teorisi ile gözlemler arasında, daha önce bahsedilen Hubble gerilimi nedeniyle beklenen, şaşırtıcı olmayan bir uyumsuzluk buldular. Ancak daha ilginç olan Horndeski’nin teorilerinden hiçbirinin gözlemlerle tutarlı sonuçlar vermemesidir.

Bu da, eğer gözlemsel veriler doğruysa, Horndeski tarafından önerilenden daha radikal bir genel görelilik modifikasyonuna ihtiyaç olduğu anlamına gelmektedir. Bu değişiklik, Evrenin evrimine önemli ölçüde katkıda bulunan bazı yeni parçacıklar ya da yeni etkileşimler içerebilir.

Pogosian, “Gözlemsel kanıtlar, eksik bileşenin muhtemelen erken Evren anlayışımızda, yani rekombinasyondan hemen önceki çağda – kozmik mikrodalga arka planının üretildiği zaman – olduğunu gösteriyor” dedi. “Popüler fikirler arasında erken karanlık enerji, ilkel manyetik alanlar, yeni nötrino türleri, etkileşen karanlık madde ve diğerleri yer alıyor.”

Deneysel verilerin doğruluğuyla ilgili olası bir sorunun yeni nesil teleskoplarla çözüleceği umuluyor. Gelecekte yapılacak gözlemler bilim insanları tarafından kullanılan verilerin doğruluğunu teyit ederse, bu durum mevcut kütleçekim anlayışımızın eksik olduğu ve geliştirilmesi gerektiği anlamına gelecektir.

Pogosian, “Simons Gözlemevi ve CMB-S4 gibi yeni nesil kozmik mikrodalga arka plan deneyleri çok daha iyi hassasiyet ve çözünürlüğe sahip olacak ve Hubble gerilimini çözmeye yönelik tartışmalı teorik önerilerden bazılarını ekarte edebilir veya doğrulayabilir” dedi. “DESI, Euclid, Vera Rubin ve SKA gibi devam eden ve gelecekteki galaksi araştırmaları, kozmik mikrodalga arka plan verileriyle birleştirildiğinde, genel görelilik için çok sıkı testler sunacaktır.”

Referans: Levon Pogosian ve diğerleri, Yeniden yapılandırılmış yerçekiminde kozmolojik gerilimlerin izleri, Nature Astronomy (2022), DOI: 10.1038/s41550-022-01808-7.

Kaynak: https://www.advancedsciencenews.com/general-relativity-may-need-tweaking-on-the-grand-scale-of-the-universe/

Bu yazı Astrafizik.com tarafından Türkçeye aktarılmış olup yazının aslı advancedsciencenews sitesine aittir, orijinaline mümkün olduğunca sadık kalmak koşuluyla dilimize çevirilmis olsa da editoryal tarafından katkılarda bulunulmuştur. Bu sebeple Astrafizik.com içerik izinlerine tabidir. Astrafizik.com referans gösterilmek koşuluyla 3. tarafların kullanımına izin verilmiştir.

Daha Fazla

Önceki İçerik
Sonraki İçerik

Yorumlar

Bir Cevap Yazın

Popüler İçerik