Bloomington, Indiana’daki Indiana Üniversitesi Fizik Bölümü, İkinci IUCSS Lorentz İhlalinin Kütleçekimsel Yönleri Çalıştayı’nı 13-14 Mart 2023 tarihlerinde çevrimiçi bir konferans olarak düzenlendi. Çalıştayın ikinci günü Albert Einstein’ın 144. doğum gününe denk geliyor.
EFT tekniklerine ve kütleçekimsel SME’ye odaklanan çalıştay, esas olarak kütleçekimsel bağlamlarda pertürbatif Lorentz ve difeomorfizm kırılması teorisi ile ilgilenmektedir. Bu yoğun alandaki ilgili konuları gözden geçirip tartışmanın yanı sıra potansiyel araştırma alanlarına da bakacağız. Kısa canlı yayın sunumları, tartışma süresiyle birlikte çalıştay formatının bir parçası olacaktır.
Türk bilim insanlarından Doç.Dr.Ali Övgün’de çalıştayda oturum başkanı olarak yerini aldı. Kendisinin bu konularda çok sayıda yayını bulunuyor. Doç.Dr.Ali Övgün Doğu Akdeniz Üniversitesinde çalışmalarına ve akademik yaşantısına devam ediyor.
Şimdi konu ile ilgili bazı bilgileri sizlere aktarmak istiyoruz.
Bilim insanları, evrenin her yönden aynı olduğuna dair uzun süredir var olan inancı test etmek için yeni bir teknik keşfetti. Buna bir kara deliğin gölgesini gözlenmesi diyebiliriz. Eğer gölge mevcut fizik teorilerinin öngördüğünden biraz daha küçükse, bu durum evrenin kusursuz görünen simetrisinin aslında o kadar da kusursuz olmaması halinde neler olabileceğini öngören yaban arısı kütleçekimi teorisini destekleyebilir.
Araştırmacılar bu kadar küçük bir gölgeye sahip bir kara delik bulabilirlerse, tamamen yeni bir yerçekimi teorisine yol açabilir ve hatta potansiyel olarak evrenin neden bu kadar hızlı genişlediğine ışık tutabilir.
Evrenin en derin gizemlerinden bazılarını anlamamızı sağladığı için simetri fizikçiler tarafından çok sevilir. Örneğin fizikçiler, temel fizik üzerine yaptığınız bir deneyden aynı sonuçları almanıza rağmen test ekipmanınızı değiştirebileceğinizi keşfetmişlerdir.
Başka bir deyişle, deneyi uzayda nerede yaparsanız yapın, deneyin sonucu aynı olacaktır. Bu, matematik açısından momentumun korunumu yasasından hemen sonra gelir.
Başka bir örnek: Deneyinizi bir kez yapar, bir süre bekler ve sonra tekrarlarsanız, sonuç aynı olacaktır (yine her şey eşit). Enerjinin ne yaratılabileceğini ne de yok edilebileceğini ifade eden enerjinin korunumu yasası, bu zamansal simetri ile yakından ilişkilidir.
Bir diğer önemli simetri ise çağdaş fiziğin temelini oluşturmaktadır. Tüm bunları 1900’lerin başında keşfeden fizikçi Hendrik Lorentz’in onuruna “Lorentz” simetrisi olarak bilinir. Deneyinizi tersine çevirirseniz, yine aynı sonucu alacağınız ortaya çıkar (diğer her şey eşittir). Sabit bir hıza yükseltirseniz deneyinizin sonucu yine aynı olacaktır.
Başka bir deyişle, diğer her şey eşitse, tamamen hareketsizken ve ışık hızının yarısında yapılan bir deneyin sonucu aynı olacaktır.
Fiziğin ilkeleri konum, zaman, yönelim ve hızdan bağımsız olarak aynıdır. Lorentz’in keşfettiği simetri budur.
Bu temel simetriden ne çıkarabiliriz? Öncelikle, Einstein’ın sabit bir ışık hızı belirleyen ve farklı hızlarda hareket eden nesnelerin uzay ve zamanla nasıl bağlantılı olduğunu açıklayan eksiksiz özel görelilik teorisine sahibiz.
Yaban Arısı Kütle Çekimi
Özel görelilik ilkeleri fizik için o kadar temeldir ki, neredeyse fiziğin bir üst teorisi olarak kabul edilebilirler. Dünyanın nasıl işlediğine dair kendi teorinizi geliştirmek istiyorsanız, bu ilkelerle tutarlı olmalıdır.
Ya da olmamalıdır.
Maddenin uzay-zamanı nasıl büktüğünü açıklayan genel görelilik ve parçacık fiziğinin Standart Modeli gibi eski teoriler, bir kara deliğin merkezinde ne olduğu da dahil olmak üzere evrendeki her şeyi açıklamakta yetersiz kaldığından, fizikçiler sürekli olarak yeni ve iyileştirilmiş fizik teorileri geliştirmek için çalışmaktadır. Lorentz simetrisi gibi sevilen kavramların aşırı durumlarda doğru olup olmadığını kontrol etmek, yeni fizik için bakılacak bir başka verimli yerdir.
Bazı yerçekimi teorilerine göre, evren aslında mükemmel simetrik olmayabilir. Bu fikirlere göre kozmos, onu zaman zaman Lorentz simetrisinden sapmaya zorlayan ek bileşenlere sahiptir. Başka bir deyişle, evrenin benzersiz ya da tercih edilen bir yönelimi olabilir.
Bu yepyeni modeller “yaban arısı yerçekimi” olarak bilinen bir teoriyi açıklamaktadır. Bu terimin, bilim insanlarının, kanatlarının nasıl kaldırma kuvveti ürettiğini anlamadığımız için yaban arılarının uçmasına izin verilmemesi gerektiği iddiasından kaynaklandığı düşünülmektedir. Bu yerçekimi modelleri yeni fiziğin potansiyel yönleri olarak önümüzde dursa da, nasıl işledikleri ve gözlemleyebildiğimiz evrenle nasıl tutarlı olabilecekleri konusunda sınırlı bir anlayışa sahibiz.
Belki de evrenin gözlemlenen hızlanmış genişlemesinden sorumlu olan karanlık enerjiyi açıklamak, yaban arısı kütleçekim modellerinin en etkili kullanım alanlarından biridir. Hızlandırılmış genişlemeye neden olan bir etkinin, evrenimizin Lorentz simetrisinden ne kadar saptığı ile bağlantılı olabileceği ortaya çıktı. Ve karanlık enerjiyi neyin yarattığını bilmediğimiz için, bu hipotez oldukça çekici görünüyor.
Karanlık Siluet
Artık simetri ihlali gibi çığır açan kavramlar üzerine inşa edilmiş yeni ve popüler bir yerçekimi teoriniz var.
Bu teoriyi nasıl test edersiniz? Yerçekiminin en üst düzeye çıktığı bir kara deliğe seyahat ederek.
Araştırmacıların makalesi Physical Revivew D 103, 044002 (2021) de yayinlandi. Araştırmacılar, olabildiğince gerçekçi olacak şekilde kurgulanmış hayali bir evrende bir kara deliğin gölgesini incelediler.
Doç.Dr.Ali Övgün ve Xiao-Mei Kuang’nın da çalışmaları Annals of Physics 447 (2022) 169147 “Yavaşça dönen Kerr benzeri kara deliğin M87’sinde güçlü kütleçekimsel mercekleme ve gölge kısıtlaması” (Strong gravitational lensing and shadow constraint from M87* of slowly rotating Kerr-like black hole) adıyla yayınlandı.
Ayrıca İbrahim Güllü ve Ali Övgün tarafından gerçekleştirilen bir diğer çalışma da “Annals of Physics 436, 168721 (2022) Schwarzschild-like black hole with a topological defect in bumblebee gravity ” şeklindedir.
(Event Horizon Teleskobu’nun sadece bir yıl önce çektiği M87 kara deliğinin ilk fotoğrafını hatırlıyor musunuz? Kara deliğin etrafından ve arkasından gelen tüm ışığı emen bölge, göz kamaştırıcı halkanın merkezindeki o unutulmaz güzellikteki karanlık boşluktu).
Ekip, genişleyen bir evrenin arka planında hızlanan (tıpkı bizim gördüğümüz gibi) bir kara delik inşa etti ve modeli mümkün olduğunca gerçekçi kılmak için simetri ihlalinin derecesini bilim insanlarının ölçebildiği karanlık enerjinin davranışına uyacak şekilde değiştirdi.
Bu senaryoda, bir kara deliğin gölgesinin “normal yerçekimine” sahip bir dünyada olacağından %10’a kadar daha küçük olabileceğini keşfettiler ve yaban arısı yerçekimini değerlendirmek için net bir araç sundular. M87 kara deliğinin şu anki görüntüsü bunları ayırt etmek için çok bulanık olsa bile, bilim insanlarının evrenin en büyük muammalarından bazılarını daha fazla araştırmasına olanak tanıyan daha fazla kara deliğin daha iyi görüntülerini yakalamak için çaba sarf edilmektedir.
Kaynak: LiveScience