Einstein’ın Büyük Teorisi Üzerine Yeni Bir Bakış Açısı: Teleparalelizm
Kozmologlar, evrenin en derin sırlarını çözmeye çalışırken, Einstein’ın genel görelilik teorisinin neredeyse yüzyıl önce oluşturulan bir dalı, karanlık madde, karanlık enerji ve daha fazlasının gizemlerini çözme vaadi taşıyabilir.
Gözümüzü kara delikler ve kara maddelerle dolu gökyüzüne çeviriyoruz, ancak kozmologlar bu karanlık alanların ötesinde daha büyük sorunlarla uğraşıyorlar. “Karanlık madde,” yıldızların ve galaksilerin ışık saçan maddelerinin yerçekiminin izin verdiğinden çok daha hızlı hareket ettiklerini açıklamak için kullanılan bir kavram. Unutmadan, “karanlık enerji” de var—evrenin herkesin beklediğinden daha hızlı ve hızlanarak genişlediği gizemi çözmek için tercih edilen bir çözüm. Bu arada, hipotez edilen “gelişen” bir formu karanlık enerjinin Hubble gerilimi olarak adlandırılan ve araştırmacılar arasında bugün mevcut olan evrenin genişleme hızı hakkında büyük bir anlaşmazlık olan bir şeyi çözebilir.
Kozmologlar, nesnelerine eksik olan bileşenleri eklemek için modellerini düzeltmek için ne yapmaları gerektiğini düşünerek nesiller boyunca uykusuz geceler geçiriyorlar. Ancak bazı—belki de tüm—bu sorunların cevabı radikal bir yeni teori değil, neredeyse bir yüzyıl önce Albert Einstein tarafından tasarlanan eski bir teoride olabilir. Bu teoriye teleparalel yerçekimi deniyor ve bu teoriyi inceleyen bir dizi teorisyene göre, bu teori geniş bilimsel topluluk tarafından daha yakından incelenmeyi hak ediyor.
Karanlık madde, karanlık enerji, Hubble gerilimi: bu teorilerin altında, uzayı ve zamanı birleşik bir “uzayzaman” olarak ele alan ve yerçekimini uzayzamanın eğriliği olarak gören Einstein’ın genel görelilik teorisi yatıyor. Belki de cevap, gizemli karanlık maddeler ve kuvvetlerin hipotez edilmesi yerine yerçekimini yeni anlamak için genel göreliliği değiştirmek, değiştirmek veya güncellemek olabilir. Ancak geçen yıllarda, bu genel yaklaşımı takip eden teorisyenler en iyi ihtimalle karışık sonuçlar elde ettiler.
En iyi örnek, karanlık maddeden kurtulmayı amaçlayan Ancak bazı araştırmalara göre hala bazı karanlık madde varlığını kabul etmek zorunda olan Modifiye Newton Dinamikleridir (MOND). Daha yeni bir ek, “zaman manzarası” kozmolojisi olarak adlandırılan, kozmosta devasa, madde yoksunu “boşluklar” ın diğer çoğu ölçümden çok daha büyük olduğunu iddia ederek karanlık enerjiyi açıklamaya çalışır. Bu olası çözümlerin hiçbiri kendi sorunları olmadan gelmez.
Yeni fikirler işe yaramıyorsa, neden eski ustaya geri dönülmüyor? 1928’de, en büyük bilimsel başarısı olan genel göreliliği tamamladıktan yaklaşık on yıl sonra, Einstein bu sevgili fikrinin alternatif bir formu üzerinde çalışmaya başladı. Hayali yerçekimi ve elektromanyetizmayı birlikte tanımlayabilen tek bir denklem kümesi bulmaktı. İdolü James Clerk Maxwell, 1860’ların başlarında elektrik, manyetizma ve radyasyonu tanımlamak için tek bir denklem kümesi kullandı ve Einstein da Maxwell’in izinden gitmeyi umuyordu.
Einstein’ın genel göreliliğin temel kavramı eğriliktir. Madde ve enerji uzayzamana bükülmesini, eğrilmesini ve büzülmesini söyler. Dönüşüm olarak, uzayzamanın bükülmesi maddeyi nasıl hareket ettireceğini söyler. Einstein bu matematik dili kullanarak yerçekimini tanımlayabildi, bu da kendi başına büyük bir başarıydı, ancak onun için yeterli değildi. Teori aynı zamanda elektromanyetik kuvveti de tanımlayamıyordu. Bu nedenle, daha fazla esneklik sunan başka bir yaklaşıma döndü: tork. Bu “teleparalel” yerçekimi versiyonunda, madde ve enerji uzayzamanın nasıl döneceğini söyler ve bu dönüşüm diğer her şeyi etkileyecek şekilde dışarı yayılır.
Einstein bu yeni kavramın yerçekimi ve elektromanyetizmayı aynı teoride bir araya getirebileceğini umarak, asla sevdiği birleşimi bulamadı ve teleparalel yerçekimi, fizikçilerin çabalarını kuvvetli ve çelişkili kuantum dünyasını keşfetmeye yoğunlaştırdığı bir dönemde onunla birlikte öldü gibi görünüyordu.
Ancak yıllar boyunca, teorisyenler burada ve orada Einstein’ın modelini ziyaret ettiler, hesaplamalardaki gömülü ilginç şeyleri bulmak için kalıntılarda kazı yaptılar. Eğer Einstein’ın elektromanyetizmayı dahil etme girişimini terk ederlerse, teleparalelizmin genel göreliliğin eğrilik için tipik matematik diline eşdeğer olan versiyonlarını formüle edebileceklerini keşfettiler. Başka bir deyişle, yerçekimi ile ilgili bir sorunu çözmeye çalışıyorsanız, temel model, eğrilik veya torktan seçim yapabilir ve aynı sonuçları elde edebilirsiniz.
Daha da fazlası, 2017’de tek bir gözlem değiştirilebilir yerçekimi teorilerinin dünyasını sarsmıştı. O yıl, birleşen bir nötron yıldızının gözlemleri, yerçekimi ve elektromanyetik dalgaların Yer’e 130 milyon ışık yılı mesafeden 3 saniye içinde ulaştığını ortaya koydu. Bu, yerçekimi ve ışığın esasen aynı hızda hareket ettiği anlamına gelir. Modifiye yerçekimi teorilerinin birçok öngörüsü, bu hızlar arasında küçük ancak önemli farklar öngördüğünden, hemen hemen anında reddedildi.
Ancak teleparalelizm, yerçekiminin ışık hızında hareket etmesine izin verdiği için hayatta kaldı.
Einstein’ın şaheseri genel görelilikle karşılaştırıldığında, teleparalel yerçekimi çok daha zengin ve karmaşık bir matematik yapısına sahiptir. Ve bu gerçekten bir şey ifade ediyor, çünkü genel görelilik 10 şeytani karmaşık, birbirine bağlı denklem içeriyor. Teleparalelizmin sayısal karmaşıklığı hem bir nimet hem de bir lanettir. Bir yandan, yerçekimine yapılan değişiklikler ve ayarlamalar yapma fırsatları sunar—bu ayarlamalar tüm mevcut deneysel testleri geçebilirken, hala karanlık maddeyi ve karanlık enerjiyi açıklayan yolları açıklar.
Diğer yandan, bu karmaşıklık, yeni teorisyenler için acımasız bir öğrenme eğrisi oluştururken, teorinin gerçekten test edilebilir yeni tahminler yapmasını zorlaştırır. Ve daha geniş bir topluluk için, bu her şeyi anlamayı zorlaştırır. Ve karmaşıklık, teorinin bazı rahatsız edici belirsizliklerle genel görelilik üzerine ekstra karmaşıklık getirir. Bu zengin matematik yapıların fiziksel gerçekliğe güvenilir bir şekilde bağlanabileceği her zaman açık değildir—yani, matematik gerçekçi senaryolara uygulandığında yüzünüze sadece uçmayacaksa. Bu muhtemelen bugünün teleparalel yerçekimi üzerine araştırmasının büyük ölçüde ana akımın dışında olmasının nedenidir.
Ancak yine de ilerleme kaydedildi. Teleparalel yerçekimi hakkındaki soruşturmalar iki temel dalı takip eder. Bir dal, teoriyi ve genel görelilikle olan bağlantısını keşfeder. Einstein’ın teorisi, güneş sistemindeki gezegenlerin yörüngelerinden siyah deliklerin davranışına kadar bir dizi deneysel doğrulamayı başarıyla geçti. Teleparalelizmin eşit derecede geçerli kabul edilebileceği gerçekten mümkün mü? Onun himayesinde, siyah delikler hala siyah deliklere benziyor mu? Büyük patlama hala devam ediyor mu? Yıldızlar ve galaksiler hala yıldızlar ve galaksiler gibi mi davranıyor?
Şimdiye kadar, cevap evet gibi görünüyor, bu da teleparalel araştırmanın diğer dalını sürüklüyor: teleparalelizmi kullanarak vanilya genel görelilik altında gizemli kalan evrenin yönlerini açıklamak. Örneğin, tüm deneysel testleri geçen ancak karanlık madde ihtiyacını ortadan kaldıran bir teleparalel yerçekimi versiyonu formüle edilebilir—veya evrenin hızlanan genişlemesini açıklar—ya da Hubble gerilimi çözer.
Bu girişimler henüz başlangıç aşamasında. Karanlık madde varlığı, evrenin hızlanan genişlemesi ve Hubble gerilimi gerçekliği hakkında büyük bir kanıt yığını var. Her şeyi açıklamak ve tüm gözlemlerin tutarlı kalmasını ve uymasını sağlamak zordur—özellikle karmaşık, kötü anlaşılmış bir teoriyle uğraşılırken.
Ve daha büyük bir zorluk var: bu geçerli bir yaklaşım olduğuna ikna etmek. Bu, doğa kendisiyle son hakem olarak büyük bir çaba gerektirir. Ancak büyük bir ödülü de var: eğer mevcut kozmolojik sorunların en az birini ortadan kaldırırken aynı zamanda bir geçerli teori ortaya çıkarsa ve uyumlu bir şekilde büyük resmimizle uyumlu bir şekilde uyum sağlayan ve en önemlisi gerçekten test edilebilir yeni bir tahmin yaparsa, bu, Einstein’ın ilk kez eğri uzayı önerdiğinde ne kadar önemli olduğu kadar önemli bir buluş olacaktır. Bu, en hafif deyimiyle büyük bir taleptir.
Ancak kim bilir? Kesinlikle sen ve ben değiliz—henüz değiliz. Belki Einstein her zaman haklıydı—hatta o zaman bunun farkında değildi. Ve tüm bunlar sadece küçük bir twist ile oldu.
