genel görelilik teorisi

• albert einstein, 1905 yılında özel görelilik teorisini yayınlar #44984084. ancak teorinin 2 eksiği vardır;
  1) teori, sadece sabit hızda veya durağan halde olan gözlem çerçeveleri için geçerlidir. yani ivmeli(hızı değişken) referans sistemlerinde geçerliliğini kaybeder.
  2) newton'un kütle çekim teorisine göre kütleçekim anlıktır. yani şuan dünya'nın etrafında döndüğü güneş yok olsa dünya ve diğer gezegenler bundan anlık olarak etkilenecektir. ancak özel görelilik teorisi'ne göre hiçbir etki ışık hızından daha hızlı olamaz. aksi halde neden-sonuç ilkesi ihlal edilmiş olur. (bkz: nedensellik)
  ayrıca buna ek olarak merkürün yörüngesinde hafif bir sapma gözlemlenmişti. newton'un kütleçekim teorisi bu sapmayı açıklayamıyordu. daha öncelerde jüpiter ve satürn'ün yörüngelerinde de sapmalar gözlemlenmişti. ve bu sapmalara sebep olan başka bir gezegen olması gerektiği düşünülmüş ve uranüs matematiksel oalrak bulunmuştu. aynı şekilde merkür'ünde böyle bir gezegen tarafından yörüngesinin saptırıldığı düşünülüyordu. ancak böyle bir gezegenen teleskoplarla gözlemlenememişti.
  einstein, özel görelilik teorisini ivme ve kütleçekimi içine alacak şekilde "genelleştirmek" istiyodu. 1907 yılında makalesinde bununla ilgili bir düşünce deneyinden bahseder. hikayeye göre einstein, pencereden dışarı gözlemlerken karşı binanın penceresini silen adamın düşmesiyle aklında bir düşünce deneyi tasarlar(hikaye kısmı muhtemelen kurmacadır). düşünce deneyi şu şekildedir. (bkz: düşünce deneyi)
  dünya üzerinde sabit duran kapalı bir asansör içerisinde olduğunuzu hayal edin. diyelim elinizide bir bowling topu ve kuş tüyü bulunsun. bu iki cismi aynı yükseklikten yere atın. gözlemleyeceğiniz sonuç bowling topu ve kuş tüyünün aynı anda yere düşeceğidir.(hava direncini ihmal edersek)
  şimdi de kapalı asansörün boş uzayda hiçbir kütleçekim altında kalmadan dünyanın yerçekimi ivmesi ile aynı ivmeyle yukarı(size göre) yol aldını hayal edin. ve tekrar bowling topunu ve kuş tüyünü aynı anda bıraktığını hayal edin. gözlemleyeceğiniz sonuç yine bowling topu ve kuş tüyünün aynı anda yere düşeceğidir. bu deneylerin sonucundan yola çıkarak bir kapalı asansörün içerisinde olsanız bowling topu ve kuş tüyünü aynı anda yere atıp aynı anda yere düşse ve biri size "dünya üzerinde misin, yoksa ivmeyle uzayda yukarı doğru yol mu alıyorsun?" diye sorarsa ne cevap verirsiniz?
  sorunun cevabı "veremezsiniz". çünkü ikisi arasındaki farkı asla anlayamazsınız. bu deneyin sonucu ivme ile kütleçekimin eşdeğer olduğudur. (bkz: eşdeğerlilik ilkesi)
  einstein, genel görelilik teorisi hakkında almanya'da birçok konferans ve seminerler düzenler. göttingen üniversitesinde bir konuşma yaptı. bu konuşmada dönemin en ünlü matematikçilerinden biri olan david hilbert de bulunuyordu. david hilbert, tıpkı einstein gibi genel görelilik teorisini bulmak için çalışmalara başladı. einstein, david hilbert'in kendisinden daha önce sonuca ulaşmasından korkuyordu. einstein, pek çok yanlış denemeden sonra sonuca çok yaklaşmıştı. david hilbert, ona attığı mektupta bulduğu sonucu yazmıştı ve bu sonuç einstein'ın bulduğu sonuca çok benzerdi, bu da einstein'ı korkutmuştu.
  albert einstein ve david hilbert buldukları sonuçları aynı zamanda(1915 yılında) yayınladı. ancak teoriyi ilk kimin bulunduğuna dair tartışma yaşandı. david hilbert, nezaket göstererek "teori, einstein'ın teorisidir" dedi. teorinin sonuçları şu şekildedir;
  - kütle, içinde bulunduğumuz uzay-zamanı büker.
  - kütle-çekim bir kuvvet değildir. uzay-zamanın geometrisinin kütle yüzünden bozulması ile meydana gelir.
  - bükülen zaman yavaş akar. bu nedenle kütle-çekimin merkezine daha yakın olan bir gözlemci için kütle-çekimin merkezine uzak olan gözlemciye göre zaman daha yavaş geçer. ancak şu bilinmelidir ki bu zaman yavaşlaması özel görelilikte ki zaman genleşmesinden farklıdır. çünkü özel göreliliğe göre birbirlerine göre ışık hızına yakın giden gözlemcilerden biri diğer gözlemci için zamanın daha yavaş aktığını öne sürer. ancak kütle-merkezine yakın olan gözlemci, kütle-merkezine uzak olan gözlemci için zamanın daha hızlı aktığını öne sürerken kütle-merkezine uzak olan gözlemci, kütle-merkezine yakın olan gözlemci için zamanın daha yavaş aktığını öne sürer.
  - ivmeli hareket eden kütleli cisimler uzay-zaman üzerinde kütle-çekim dalgaları yayalarlar ve bu dalgalar ışık hızında hareket ederler. yani newton'un kütle-çekim yasasının aksine eğer güneş bir anda yok olsa biz bunu ancak 8 dakika(ışığın güneşten dünyaya ulaşana kadar ki geçen süre) sonra farkederiz. ve kütle-çekim dalgaların varlığı 2014 yılında kanıtlanmıştır.
  - merkür'ün yörüngesinin hafif sapmasının nedeni açıklanmıştır. aslında bu olay bütün gezegenlerin yörüngesinde olur ancak merkür güneş'e en yakın gezegen olduğu için bu sapma fark edilebilmiştir.
  - newton'un kütle-çekim teorisinde ışık kütlesiz olduğu için kütle-çekimden etkilenmez. ancak einstein'ın genel görelilik teorisine göre ışık uzay-zamanda yol aldığı için ve kütle çevresindeki uzay-zamanı büktüğü için ışık gezegenlerin çevresinden geçerken bükülür.
  - teorinin sonuçlarından biride kütleçekim merkezinden uzaklaşan ışığın enerji kaybettiği ve bu nedenle ışığın frekansının da düştüğüydü. bu nedenle ışık gittikçe kırmızıya kayıyordu. tam tersi etkide ışığın kütle-çekim merkezine yaklaştıkça enerjisinin artması ve dolayısıyla frekansının artmasıdır. (bkz: planck sabiti) (bkz: kırmızıya kayma)
  einstein'ın bu teorisi olağanüstüydü ve pek çok gizemi açıkladığı gibi bize newton'un sunduğundan çok farklı bir evren sunuyordu. ancak kanıtlanması gerekiyordu. einstein bunu kanıtlamak için güzel bir yol bulmuştu. biz çok uzaklardaki yıldızları onlardan gelen ışık sayesinde görebiliyoruz. einstein'ın teorisine göre güneş tepede iken gelen ışıklar güneşin çevresinden geçerken büküleceği için normalde oldukları yerden farklı bir yerde gözlemlenmeleri gerekiyordu. ancak bir sorun vardı ki güneş ışığı çok parlak olduğu için güneş tepedeyken yıldızların konumları gözlemlenemiyordu. bu nedenle bu gözlemin yapılabilmesi için güneş tutulması yaşanması gerekiyordu. savaş nedeniyle teoriyi kanıtlamak için yapılan gözlemler engellendi. ancak cambridge üniversitesi'nden arthur eddingtontarafından afrika'da 29 mayıs 1919 yılında yapılan güneş tutulması gözlemiyle einstein'ın teorisi kanıtlanmış oldu.
  einstein, denkleminin matematiği oluştururken (bkz: einstein alan denklemleri) denklemlerin sonucuna göre evrenin sabit olmadığı ve evrenin genişliyor olması gerektiğini gördü. ancak einstein bu fikirden rahatsızdı ve o da tıpkı newton gibi sabit ve değişmeyen bir evrene inanıyordu. bu nedenle denklemlerine kütle-çekimin etkilerini eşitlesin diye kozmolojik sabiti ekledi. ancak edwin hubble gezegen ve gökadaların uzaklaştığını gözlemledi ve buradan evrenin genişliyor olması gerektiği sonucuna vardı. daha sonra bunu gören einstein, kozmolojik sabit için "hayatımda yaptığım en büyük hata" olarak nitelendirdi. ancak 2012 yılında kanıtlanan sonuca göre evren "ivmelenerek" genişliyordu. yani aslında kozmolojik sabitin kaldırılması değil, tam aksine sayısal değerinin arttırılması gerekiyordu.
  1916 yılında ise karl schwarzschild einstein alan denklemlerinin bir çözümünü buldu. bu çözüme göre kütle çok küçük bir hacime sıkıştırılırsa uzay-zamanı yırtan ve her şeyi içine çeken bir kara delik oluşturur. einstein, böyle bir şeyin olanaksız olduğu ve kütlenin bu kadar sıkışamayacağına inanıyordu. ancak daha sonra yapılan gözlemlerle karadeliklerin varlığı kanıtlandı.
  bugün bu teori pek çok denemeden başarı ile geçti. ancak kuantum teorisi ile birleştiriemiyor. fakat birleştirmek için pek çok teori ortaya atıldı. (bkz: sicim teorisi) (bkz: m teorisi) (bkz: kuantum alan teorisi) (bkz: graviton)