Albert Einstein’ın genel görelilik teorisi, kütleçekim dalgalarının öngörülmesine yol açmıştır. Bu teoriye göre kütleçekim, madde ve enerjinin uzay-zamanın yapısını bozmasından kaynaklanır. Işığın bir dalga gibi hareket etmesine benzer şekilde, Einstein da uzay-zamanın bozulmalarının ışık hızında yayılan dalgalar oluşturabileceğini öngördü.
2015 yılının sonlarında LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) tarafından tespit edilen kütleçekim dalgaları, Einstein’ın öngörüsünü 100 yıl sonra doğruladı. Kütleçekim dalgaları, çoğunlukla büyük kütleli cisimlerin (nötron yıldızları ve yıldız kütleli kara delikler gibi) çarpışmalarından kaynaklanan uzay-zamandaki dalgalanmalar olarak adlandırılır.
Üzerinde duracağımız konu ise, bu devasa çarpışmalardan ziyade kuantum seviyesinde kütleçekim dalgaları oluşmuş olabilir mi?
Belirsizliğin Peşinde: Kuantum
Madde ve enerjinin temel olarak incelenmesi, doğanın temel bileşenlerinin özelliklerini ve eylemlerini ortaya çıkarmaya çalışan kuantum fiziğini ilgilendirir.
Kuantum dünyasında gerçeklik, alışık olduğumuz kurallardan ibaret değildir. Parçacıklar sadece birer parçacık değil aynı zamanda birer dalgadır. Onları gözlemlemeye kalktığımızda sanki fark edildiklerini anlarcasına davranışlarını değiştirirler, sır vermekten kaçınırlar. Bu dünyada yapılan gözlemlerde elde edilen bilginin kesinliği arttığında, diğer ölçümlerin belirsizliği ortaya çıkar. Esrarengiz, bir o kadar da ilgi çekici bir dünyadan bahsediyoruz.
Kuantum Dalgalanmaları
Bir fiziksel sistemin enerji veya momentum gibi ölçülebilir özelliklerinde belirsizlik ilkesinden kaynaklanan geçici ve rastgele değişimler olarak tanımlanan kuantum dalgalanmaları fenomeni; boş olarak tanımladığımız uzayın tamamen “boş” olmadığını, sanal parçacıkların sürekli olarak meydana gelip kaybolduklarını öne sürer.
Bu dalgalanmalar zamanla kozmik yapıların (galaksilerin, yıldızların ve gezegenlerin) oluşmasına sebep olan madde yoğunluklarını oluşturur. Bu süreç, özellikle enflasyon teorisi çerçevesinde açıklanır.
Kuantum Dalgalanmaları & Kütleçekim Dalgaları: Nerede Buluşurlar?
Evrenimizin kozmik enflasyon dönemi, bu iki kavramın kesiştiği noktayı verir. Bu dönemde evren, 10-36 s ile 10-32 s arasında ani bir şekilde genişledi.
Ani ve aşırı genişleme, uzay-zamanın gerilmesine yol açmış ve dolayısıyla kütleçekim alanındaki kuantum dalgalanmalarının da gerilmesine sebep olmuştur. Başlangıçta (Plank ölçeğinde) çok küçük olan dalgalanmalar, enflasyonun sonunda kozmik ölçeklere ulaşır. Büyümüş olan bu dalgalanmalar primordiyal kütleçekim dalgaları olarak adlandırılır.
Kabul edilen süreçte, “boş” uzayda kısa ömürlü kuantum dalgalanmaları oluşarak başlıyor. Başlangıçta çok küçük olan bu dalgalanmalar, uzay-zamanın ani ve aşırı genişleme döneminde kütleçekim etkisiyle evrene yayılmış ve büyümüş durumdadır. Enflasyonun sona ermesiyle birlikte bu dalgalanmalar “donarak” primordiyal kütleçekim dalgalarını (kütleçekimsel radyasyonun bir türü) oluşturmuştur.
Henüz bu dalgalara ait gözlemsel bir kanıt bulunmamakta. Bilim insanları, CMB’nin polarizasyonunda bu dalgaların neden olabileceği çok zayıf “B-modu” desenlerini tespit etmeye çalışarak kanıt aramaktadırlar. Bu dalgaların doğrudan tespiti yapılabilirse enflasyon teorisine güçlü bir kanıt eklenmiş olacak. Bu dalgaların sahip olduğu özellikler ile enflasyonun gerçekleşme süreçleri hakkında daha detaylı bilgiler gün yüzüne çıkacaktır.
Kaynaklar:
- cfa.harvard.edu/research/topic/gravitational-waves
- scienceexchange.caltech.edu/topics/quantum-science-explained/quantum-physics
- science.nasa.gov/universe/overview/
Derleyen: Yaren Doruk
