Genel görelilik teorisini nasıl gözlemleyebiliriz?

1915 yılında Albert Einstein, Genel Görelilik Teorisini ortaya attıktan sonra, bu teorinin test edilebilmesi için üç öneride bulunarak yeni bir çığır açtı: Merkür'ün günberi noktasındaki presesyon hareketi, çekimsel alan içinde hareket eden ışığın sapması ve çekimsel kırmızıya kayma. O dönemde Merkür'ün durumu biliniyordu ve bu öneriler kısa sürede doğrulandı. Günümüzde ise bu yöntemlere ek olarak çeşitli diğer metodlarla da görelilik teorisini test etmek mümkündür.Merkür'ün Enberi Noktasının PresesyonuMerkür, diğer gezegenlerden farklı olarak ilginç bir yörünge hareketine sahipti. O dönemde, Newton'un mekaniği yörünge hareketlerini oldukça başarılı bir şekilde açıklayabiliyordu, ancak Merkür'ün bu garip hareketini açıklamak kolay değildi. Çünkü normal koşullarda denklemler, böyle bir hareketin olmasını öngörmüyordu. Bu nedenle, belki de henüz fark edilmemiş başka bir gezegenin, Merkür'ün yörüngesindeki değişikliklere neden olduğu düşünüldü. Bu gezegenin keşfi kolay olmasına rağmen, böyle bir gezegen bulunamadı.Yörüngedeki bu kayma hareketini Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi mükemmel bir şekilde açıklıyordu. Çünkü bu hareketin sebebi, cisimler arasındaki çekim değil, bükülen uzay-zaman içindeki hareketiydi ve bu tür bir fizikte bu yörünge hareketi öngörülebiliyordu. Aslında diğer gezegenler de benzer bir hareketi gerçekleştiriyordu, sadece Merkür'de bu durum daha belirgindi. Gözlemler, genel görelilik teorisinin öngördüğü kayma miktarıyla mükemmel bir uyum içindeydi.Çekimsel Alanda Işığın SapıncıGenel görelilik kuramına göre, eğer cisimler uzay-zamanı büküyorsa ve bu bükülen uzay-zamanda hareket etmek zorundalarsa, ışık çekimsel bir alandan geçerken yön değiştirmelidir ve bu değişim ölçülebilir. Sir Arthur Eddington, bu prensibi test etmek için 1919 yılında bir Güneş tutulması sırasında arka plan yıldızlarının görüntülerinin ne kadar kaydıklarını inceledi. Bu sayede, ışıklarının Güneş'in oluşturduğu çekimsel alan tarafından ne kadar saptırıldığını görebilecekti. Elde edilen sonuçlar, gerçekten de ışığın bir sapma yaşadığını ve miktarın teorinin öngördüğü değeri tam olarak yansıttığını gösteriyordu. Bu gözlem, Genel Görelilik Teorisini doğrulayan ilk güçlü keşifti.Günümüzde, galaksi kümelerinin arka planındaki nesnelerin görüntülerini mercekleyerek, kümenin kütlesi gibi önemli ölçümler yapabiliyoruz. Bu nedenle çekimsel merceklenme, hala güncel ve önemli bir araştırma alanıdır. Aynı zamanda, eğer teorinin küçük ölçeklerde kaçırabileceği bir detay varsa, teknolojinin ilerlemesi bu detayın sınanmasına olanak tanıyan bir araç olacaktır.Kütleçekimsel Kırmızıya KaymaÇekimsel bir alandan (örneğin bir cismin yüzeyinden) fırlatılan bir fotonu düşünelim. Foton, kütle çekimsel alandan kurtulduğunda, enerjisinin bir kısmını bu alana harcar. Enerji kaybı, dalga boyunun kırmızıya kayması anlamına gelir. Yani, farz edelim ki güçlü bir kütle çekimsel alandan mavi bir foton salınıyor. Dışarıdaki bir gözlemci bu fotonu kırmızı olarak algılayabilir. Çünkü mavi bir şekilde (daha yüksek enerjili) başlayan foton, enerjisini kaybederek yoluna kırmızı (daha düşük enerjili) devam etmektedir.Bu durum ölçülebilir ve ilk olarak 1971 yılında Greenstein tarafından Sirius B yıldızında gözlemlenmiştir. Bu, Genel Görelilik Teorisinin önemli sonuçlarından birini doğrulayan bir gözlemdir.Radar Yankılanması (Zaman Farkı)Uzayda yer alan bir uydudan gönderilen sinyalin gidiş-geliş süresi düz bir uzayda kolayca hesaplanabilir. Yapılan deneyler, gelen ve giden sinyaller arasında bir zaman farkı olduğunu ortaya koymuştur. Bu durum, kütleçekimsel etkiler nedeniyle aradaki uzay-zamanın bükülmesi açısından Genel Görelilik Teorisi ile açıklanabilir.Daha ilginç bir deney, çok hassas bir saat parçasını yüksek bir zirveye çıkarıp, diğerini deniz seviyesinde bırakarak gerçekleştirilebilir. Deniz seviyesine yakın olan, çekimsel alandan daha fazla etkilendiği için zaman onun için çok az da olsa daha yavaş akacaktır. Bu miktar, kara delik gibi yoğun cisimler için önemli olabilirken, Dünya için bu değer sadece çekirdek bölgesinin yüzeyinden yalnızca 2.5 yıl daha yaşlı olduğunu gösterir.Genel Görelilikte Çekimsel DalgalarEinstein'ın Genel Görelilik Teorisinden tam 100 yıl sonra, teorinin öngördüğü kütleçekimsel dalgalar, gözlemsel olarak 2015 yılında doğrulandı. Bu olay, biri 39 Güneş kütleli, diğeri 29 Güneş kütleli iki karadelik arasındaki birleşme sonucu oluşan 62 Güneş kütleli kara deliğin ortaya çıkmasıyla gerçekleşti. Geriye kalan 3 Güneş kütlesi ise çekimsel dalgalar olarak çevreye yayıldı ve Dünya'ya ulaştı.Bu dalga, bir atom çekirdeğinden daha küçük bir ölçekte Dünya'nın büzülüp genişlemesine neden oldu ve LIGO tarafından tespit edildi. Teori, böylesi dalgaların varlığını öngörüyordu ve teknolojinin gelişimi sayesinde bu gözlemler ilk kez 2015 yılında mümkün hale geldi. Bu olay, Genel Görelilik Teorisinin bir kez daha doğrulandığını gösterdi.