Antimadde Varsa Anti Yerçekimi de Var mı?

Evren’de az bulunan antimadde normal maddeyle temas edince tümüyle enerjiye dönüşerek patlıyor. Peki antimadde varsa cisimleri çekmek yerine iten anti yerçekimi de olabilir mi? Hava yolculuğu için uçak yerine Geleceğe Dönüş 2 filmindeki uçan oto DeLorean’a binmek harika olurdu.

Neden yukarı doğru düşmüyoruz?

Uçan dairelerin gerçek olduğuna inananların en büyük hayallerinden biri, anti yerçekimi ile uçan bu uzay gemilerini dünya gözüyle görmek. Her ne kadar uçan daireler sadece spekülasyon olsa da soru doğru: Neden Dünya’nın yerçekimi alanını iterek “yukarı doğru düşen” parçacıklar yok?

Oysa ağaçtan kopan elmalar her zaman yere düşmek yerine ara sıra anti yerçekimi ile göğe yükselse müthiş olurdu. 🙂

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Newton’ın Elması

Anti yerçekimi olsaydı ağır yükleri kaldırması için kocanızı çağırmazdınız ve canınız istediği zaman, resimdeki kız gibi havada yüzerek müzik dinleyebilirdiniz (Gerçi astronot olup Uluslararası Uzay İstasyonu’na giderek uzay modüllerindeki mikro yerçekimi ortamında bunu yapabilirsiniz).

Halk arasında anti yerçekimi beklentisinin oluşmasının nedeni, antimadde ismini duyunca bunu normal maddenin tersi olarak düşünmemiz. Bu sebeple madem antimadde var, öyleyse yerçekiminin tersi olan; yani yeritimine yol açan anti yerçekimi de olabilir diye düşünüyoruz.

Oysa fizik bilimi günlük hayal gücünden biraz farklı ve biz de antimaddeyi kontrol eden elektromanyetik kuvvet ile kütleyi ve ağırlığı kontrol eden yerçekimini karşılaştırarak bu farkı görebiliriz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Yasal çatışma

Bunun için Newton’ın yerçekimi yasasını Coulomb yasa ile karşılaştıralım: İlk aşamada işimiz kolay; çünkü birinci yasanın neyi tanımladığı adından belli. İkinci yasa ise elektromanyetizma olgusunu tanımlayarak elektron gibi elektrik yüklü parçacıklar arasındaki ilişkiyi belirliyor.

Gerçekten de temel fizik açısından bakarsak her iki yasanın da benzer matematik formülleri kullandığını, yani matematiksel olarak aynı forma sahip olduğunu görüyoruz:

En basitinden; elektromanyetik kuvvette hem pozitif yüklü parçacıklar (protonlar) hem de negatif yüklü parçacıklar (elektronlar) var. Aynı zamanda karşıt yükler (artı-eksi) birbirini çekiyor ve eş yükler de birbirini itiyor (eksi-eksi) ve bu olguyu mıknatıslarla görebilirsiniz.

Peki öyleyse neden pozitif ve negatif yüklü yerçekimi parçacıkları yok? Neden anti yerçekimi ve sadece anti yerçekiminden; yani yeritiminden etkilenen negatif kütle yok?

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Kısa cevabı

Bu sorunun en kısa cevabı bugüne dek hiç yukarıya düşen elma görmediğimizi söylemek olurdu. Öte yandan bu gerçek anti yerçekiminin olmadığını kanıtlamıyor; çünkü yukarıya düşen parçacıklar olsaydı bunlar biz görmeden çok önce Dünya’nın yerçekimi alanı tarafından uzaya itilmiş olurdu!

Evren’deki normal madde, negatif kütleli anti yerçekimi maddesini, doğru söyleyeni dokuz köyden kovarlar misali Evren’in her köşesinden kovardı. Dünyamız ve gezegenimizden yüz binlerce kat büyük kütleye sahip olan Güneş negatif kütleli maddeyi büyük bir hızla uzaya iterdi.

Hatta negatif kütleli madde, en sonunda galaksinin dışına itilir ve galaksiler arasındaki karanlık uzayda kaybolurdu. Bu yüzden sırf Dünya’da negatif kütle göremediğimiz için anti yerçekimi yok diyemeyiz

İlgili yazı: CERN Proton Çarpıştırıcısı 5 Yeni Parçacık Keşfetti

 

Zor soru

Bunu anlamak için biraz fizik yasalarına bakalım. Aslında biz halk arasında fizik yasaları diyoruz; ama bilim insanları fiziksel etkileşimler diyor. Ayrıca elektromanyetik kuvvet ve yerçekimi gibi tüm fiziksel etkileşimler maddeyi (atomları ve parçacıkları) taşıyıcı güç alanlarıyla etkiliyor.

Elektromanyetik kuvvette birbirine dönüşebilen elektrik ve manyetik alanlar var. Yerçekiminde ise yerçekimi alanı var tabii ki! Ancak, iş matematiğe gelince yerçekimi ve elektromanyetik kuvvet arasındaki farklar açığa çıkıyor.

Meraklı okurlarım detaylara ders kitaplarına bakabilirler; ama yazımız açısından şu kadarını söyleyebilirim:

Elektromanyetizmanın güç alanı bir vektör alanı. Yerçekimi alanı ise bundan çok daha karmaşık olan, ikinci dereceden bir tensör alanı. Bu alan bizzat uzay-zamanı; yani Einstein’ın görelilik teorisinde belirttiği gibi Evren’in dokusunu tanımlıyor. İşte şimdi bir yere varıyoruz.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Bakın nasıl?

Kuantum fiziğine göre her güç alanına o alanı tanımlayan bir parçacık eşlik ediyor. Örneğin elektromanyetizma alanı fotonla ilişkili. Yerçekimi alanının da teorik olarak graviton parçacığıyla ilişkili olması gerekiyor.

Ancak, CERN parçacık hızlandırıcısı bile gravitonu görecek şekilde tasarlanmadı. Bu yüzden graviton diye bir parçacık olduğunu henüz kanıtlamadık. Yine de kuantum fiziğine göre bir yerçekimi parçacığı olması şart.

İlgili yazı: Fizik Yasalarını Bozan Karanlık Enerji

 

Elektromanyetizma ve yerçekimi arasındaki fark

Çok temel bir fark var: Elektromanyetizma gibi vektör tabanlı güç alanlarında eş yükler birbirini itiyor, karşıt yükler ise birbirini çekiyor. Öte yandan, ikinci dereceden tensör alanlarında eş yükler birbirini çekiyor ve karşıt yükler (varsa) birbirini itiyor!

İşte bu yüzden yerçekimi, adı üstünde uzaydaki maddeyi birbirine çekiyor. Hepimiz, bizi oluşturan atomlarla birlikte eş yükler taşıyoruz ve bu yüzden birbirimizi çekiyoruz. Bu da bize bildiğimiz maddenin (buna pozitif kütleli madde diyelim) negatif kütleli maddeyi (varsa) iteceğini gösteriyor.

Bunu tekrarlamaya değer: Pozitif yüklü madde, negatif kütleli maddeyi, yerçekimi yerine yeritimi alanı yaratarak uzaya itecektir.

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

 

Öyleyse negatif kütle nerede?

Uzayda negatif kütleli parçacıklar varsa bunlar nerede? Normal madde yüzünden dokuz köyden kovuldukları için evrenin derinliklerinde kaybolmuş olmalılar. Peki nereye gittiler?

Örneğin anti yerçekimi galaksileri var mı?

Dünyamızın uzaya ittiği negatif kütleli madde bir yerlerde kendi üstüne toplanıp negatif kütleli, yıldızlar, galaksiler ve hatta negatif kütleli uzaylılar oluşturmuş olamaz mı? Yoksa uzayda gördüğümüz galaksilerden bir kısmı anti yerçekimi galaksileri mi?

Sonuçta negatif kütleli madde evrendeki diğer üç fizik kuvvetine; yani elektromanyetik kuvvet, atom çekirdeklerini bir arada tutan güçlü çekirdek kuvveti ve radyoaktif bozunumdan sorumlu olan zayıf çekirdek kuvvetine pozitif kütleli maddeyle aynı tepkiyi verecektir.

Kısacası negatif kütleli maddeden oluşan galaksilerin ışığını teleskoplarımızla görmemiz mümkün. Işık ve radyasyon açısından negatif ve pozitif kütleli madde arasında hiçbir fark bulunmuyor (Ayrıca evrende tespit ettiğimiz antimaddenin pozitif kütleli madde olduğunu biliyoruz ve buna aşağıda geleceğiz. Sakın antimaddeyi negatif kütleli madde sanmayın).

İlgili yazı: Karanlık Enerji: Yoksa Evren Genişlemiyor mu?

 

Eylemsizlik ve görelilik

Bunu anlamak için durağan kütle ve maddenin hızlanmaya gösterdiği direnç anlamında eylemsizlik (atalet) özelliğini ve yerçekimi alanında etki eden hareketli kütleyi (belirli bir yönde hızlanmakta olan vektörel kütleyi) özetle ağırlık özelliğini karşılaştırmamız gerekiyor:

Eylemsizlik kütlesi her zaman pozitiftir. Öyle ki uzayda yerçekimi olmadığı halde her şeyin bir kütlesi var (Işığı oluşturan fotonlar hariç. Onların durağan kütlesi yok; çünkü hiç durmuyorlar ve her zaman ışık hızında gidiyorlar).

Hareketli kütle ise kütlesi olan bir maddenin yerçekimi alanında hızlanmasıdır ki buna da ağırlık diyoruz (teknik dilde yerçekimsel kütle). Nitekim Dünya gezegeni sizi yerçekimi gücüne göre belirli bir hızda kendine çekiyor. Bu yüzden yerkabuğunda uzaya uçmadan yürüyor ve teraziye çıkıp tartılabiliyorsunuz; çünkü ağırlığınız var.

İlgili yazı: Nasıl İnsan Olunur: Kibre Karşı Empati

 

Ancak

Einstein’ın görelilik ilkesi uyarınca, Dünya’ya göre sabit hızda giden bir cisim ile (örneğin Dünya’ya doğru sabit hızda serbest düşüşe geçen bir astronot) uzayda hiç hareket etmeden olduğu yerde duran teorik bir cisim (uzayda hiç hareket etmeden durmak mümkünse tabii) arasında hiçbir fark yoktur. Buna Einstein’ın eşdeğerlilik ilkesi diyoruz.

Eşdeğerlilik ilkesi derken

Evren’de eşdeğerlilik ilkesi olmasaydı kütle ve ağırlık arasında hiçbir fark olmazdı. Yerçekimi olmayan uzayda astronotların ağırlığı kadar kütlesi de olmazdı! Ancak, E=mc² ilkesine göre kütleyi enerjiye ve enerjiyi de kütleye dönüştürebiliriz.

Nitekim hızlanan kütle enerjiye dönüşüyor. O yüzden birine yumruk atarsanız çenesini acıtabilirsiniz; çünkü eliniz enerjiye dönüşüyor. Bu durumda eşdeğerlilik ilkesi kütleçekim dışındaki tüm enerjiler için de geçerli olmalı ki öyle zaten. Buna fizikte stres-enerji tensörü diyoruz. Ancak bu kadar teknik bilgi yeter. Şimdi antimadde sorumuzu hatırlayalım:

İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

Negatif kütleli antimadde var mı?

Evren’de bilinen tüm parçacıklar Standart Modelde tanımlanmış bulunuyor. Foton gibi fiziksel etkileşimleri gerçekleştiren taşıyıcı alanları oluşturan birkaç ölçü bozonunu saymazsak, standart modeldeki tüm parçacıkların az ya da çok kütlesi var.

Bu nedenle antimadde dahil, standart modeldeki tüm parçacıklar Einstein’ın eşdeğerlilik ilkesine uyuyor. Bunu akılda tutmak çok önemli; çünkü şimdi milyon dolarlık cevaba geliyoruz:

İlgili yazı: 10 Bin Galaksinin Katili Karanlık Madde

 

Antimadde maddenin ayna görüntüsüdür

Örneğin, negatif yüklü elektronlara karşılık pozitif yüklü elektronlar var ve bunlara pozitron diyoruz. Antimaddenin ayna görüntüsü olması da eşdeğerlilik ilkesinden kaynaklanıyor ve işte bu yüzden negatif kütleli antimadde olamayacağını biliyoruz.

Yerçekimi bir tensör alanı olduğu için eş yüklü anti yerçekimi parçacıkları birbirini çekecektir: Negatif kütle negatif kütleyi ve pozitif kütle de pozitif kütleyi çekecektir. Öte yandan eşdeğerlilik ayna görüntüsü ilkesine göre eş yükler birbirini itiyor ve karşıt yükler çekiyor.

Yoksa antimadde, yani maddenin ayna görüntüsü var olamazdı. Aynı sebeple negatif kütleli antimadde diye bir şey de olamaz; çünkü negatif kütleli antimadde söz konusu olduğunda eş yükler birbirini çekiyor! Negatif kütleli antimadde Einstein’ın eşdeğerlilik ayna görüntüsü ilkesine aykırıdır.

İlgili yazı: Fizikçiler Karanlık Madde Yalan Dedi

 

Evren’de negatif kütleli galaksiler var mı?

Bu sorunun cevabı tek kelimeyle hayır: Evren’de negatif kütleli anti yerçekimi galaksileri yok; çünkü olsaydı bunların tersi olan negatif kütleli antimadde de olması gerekecekti.

Einstein’ın eşdeğerlilik ilkesi bize her maddenin bir antimadde eşi olması gerektiğini söylüyor. Öyleyse negatif kütleli madde galaksiler varsa negatif kütleli antimadde de olmalı. Bunun eşdeğerlilik ilkesini ihlal ettiğini az önce söyledik.

İlgili yazı: Asteroitten Sarkan Uzay Gökdeleni Analemma

 

Dahası

Her şeye rağmen negatif kütleli galaksiler olsaydı, bunlar CERN parçacık hızlandırıcısında ürettiğimiz ve gözlemlediğimiz pozitif kütleli antimaddeyi galaksi diskinden atıp uzaya itecekti. Bu da teleskoplarla bakınca görülen antimadde bozunumu kaynaklı radyasyonun azalmasına yol açacaktı.

Neden derseniz: Madde ve antimadde çarpıştığı zaman X-ışını ve gama ışınları oluşturarak yok oluyor. Negatif kütleli galaksiler pozitif kütleli antimaddeyi itince antimadde parçacıkları madde parçacıklarından uzaklaşmış oluyor ve bu da galaktik radyasyonu azaltıyor.

Oysa teleskopla baktığımız zaman antimadde radyasyonu normal ölçüde çıkıyor. Bu da Evren’de sadece pozitif kütleli madde ve antimadde olduğunu gösteriyor.

İlgili yazı: Yoksa Evren Topaç Gibi Dönüyor mu?

 

Baryon asimetrisi

Einstein’ın eşdeğerlilik ilkesine göre, Evren’i oluşturan büyük patlama anında eşit miktarda madde ve antimadde oluştu. Bir şekilde antimadde büyük ölçüde yok oldu ve geriye büyük miktarda normal madde kaldı.

Üstelik aynı ilkeye göre, bugün maddeyi oluşturan atom çekirdeklerini meydana getiren proton ve nötron parçacıklarının kütle-enerji değeri de evrenin başlangıcında var olan antimadde tarafından belirlenmiş bulunuyor.

Özetle Evren’de başından beri az miktarda antimadde olsaydı protonların çok daha düşük bir kütleye sahip olması gerekirdi ki bu da yerçekiminin bugün ölçülenden çok daha zayıf olması anlamına gelirdi. O zaman ne yıldızlar ne de kara delikler ve gezegenler oluşurdu.

Üstelik protonun pozitif kütlesi pozitif kütleli antimaddeyi şart koşuyor. Evrende negatif kütle ve anti yerçekimi olmadığını biraz da bundan, yani negatif kütleli antimadde olmamasından biliyoruz.

İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en çarpıcı 5 yöntem

 

İnatçı keçi

Elbette teorik fiziğin karanlık sularına dalıp pozitif kütleli antimaddenin zaman zaman negatif kütleli olarak davranmasını sağlayabilirim diyebilirsiniz; ama bugüne dek bu yasal boşluktan yararlanıp negatif kütleli antimadde oluşturan tutarlı bir fizik teorisi de geliştirmedik.

Ayrıca CERN parçacık hızlandırıcısı da anti yerçekimi olmadığını kanıtladı: CERN’Deki ALPHA deneyi sadece anti proton ve pozitron yaratmadı. Aynı zamanda bir anti protonla pozitronu bir araya getirerek anti hidrojen atomu da oluşturdu.

Bununla da yetinmeyen CERN araştırmacıları, anti hidrojenin pozitif kütle kaynaklı yerçekiminde nasıl davrandığına baktılar. Antimadde tıpkı normal madde gibi yerçekiminin etkisiyle yere düşüyordu. Gerçi ölçümler kesin değil. Belki de anti hidrojen anti yerçekimi gücünden etkileniyor; ama biz göremedik.

Gerçi çok düşük bir olasılık ama fizikte açık kapı bırakmak her zaman iyidir; çünkü sürpriz bilimsel buluşlar bu kapıdan girer. Peki ya karanlık enerji?

İlgili yazı: Paniklemeyin Ama Evren Küçüldü

 

Karanlık enerji anti yerçekimi olabilir mi?

Karanlık enerji Evren’in gittikçe hızlanarak genişlemesinden sorumlu olan ve ne olduğunu bilmediğimiz gizemli bir güç alanı yaratıyor. Karanlık enerjinin enerji yoğunluk oranına baktığımız zaman bu oranın negatif olduğunu görüyoruz.

Kısacası karanlık enerji uzay boşluğunun genişlemesine yol açan bir tür negatif basınç oluşturuyor. Negatif basınç uzayın genleşerek balon gibi şişmesine ve uzak galaksilerin bizden uzaklaşmasına yol açıyor.

Bununla birlikte Evren’in karanlık enerji ile genişlemesi karanlık enerjinin galaksileri iterek; yani anti yerçekimi ile birbirinden uzaklaştırdığı anlamına gelmiyor. Bu nedenle karanlık enerji anti yerçekimi değildir.

İlgili yazı: Hiperküp: Evren Neden Üç Boyutlu?

 

Karanlık madde anti yerçekimi üretiyor mu?

Karanlık madde galaksileri bir arada tutan ek yerçekimi alanını sağlıyor ve anti yerçekimi yaratsaydı (Evren’deki karanlık maddenin kütlesi normal maddeden 5 kat fazla olduğu için) galaksilerdeki yıldızların yeritimi ile birbirinden hızla uzaklaşması gerekirdi. Bu da galaksilerin parçalaması anlamına gelirdi. Bu yüzden karanlık madde anti yerçekimi üretmiyor.

Peki ya yerçekimi merceği?

Yıldızlar, kara delikler ve galaksiler gibi büyük kütleli cisimlerin uzayı bükerek arkadan gelen yıldız ışığını mercek etkisiyle büyüttüğünü biliyoruz.

Öyle ki teleskopla baktığımız uzak galaksilerle aramıza giren daha yakın galaksiler, uzak galaksilerin görüntüsünü büyütüyor. Böylece teleskoplarla göremeyeceğimiz kadar uzak galaksilerin fotoğrafını çekebiliyoruz.

Oysa anti yerçekimi olsaydı uzayı içbükey değil, dışbükey olarak bükecekti; yani en yakındaki galaksilerin görüntüsünü bile küçültecekti ve biz Evren’de istediğimiz kadar uzağı göremeyecektik. Bu yüzden uzayda anti yerçekimi olmadığını söyleyebiliriz.

İlgili yazı: James Webb Uzay Teleskopu Evrende Neler Keşfedecek?

 

Sanal parçacık uzayı

Anti yerçekimi her şeyden önce lokal uzayın (en azından mikroskobik ölçüde ve tıpkı Evren’in ilk anlarında olduğu gibi) ışıktan hızlı genişlemesine neden olabilirdi. Atomlar yüzde 99 oranında boşluktan oluştuğu için uzayın mikroskobik ölçüde genişlemesi atomların parçalanmasına yol açardı. O zaman biz de yok olurduk ve anti yerçekimi var mı diye soramazdık.

Buna karşın uzay boşluğu anti yerçekimi nedeniyle lokal olarak ışıktan çok daha yavaş; ama salt karanlık enerji ile öngörülenden biraz daha hızlı genişleseydi Evren’deki radyasyonun şiddeti artardı. Biz de buna bakarak anti yerçekimini tespit edebilirdik. Böyle bir şey görmüyoruz.

İlgili yazı: Çoklu Evren: En Yakın Komşu Evren Nerede?

 

Boşluğun enerjisi

Anti yerçekimi ve negatif kütle olamayacağına dair elimizde son bir kanıt olduğu söyleniyor; ama bu yanlış bir kanıt. Objektif olmak açısından bu yanlış kanıtı çürütelim:

Anti yerçekimi boşluktaki sanal parçacık uzayından rastgele antimadde ve madde çiftlerinin ortaya çıkmasına; yani Evren’deki toplam enerji miktarının artmasına yol açardı argümanı yanlıştır. Bir kere bu enerjinin korunumu yasasına aykırı olurdu.

Üstelik Evren’de negatif kütleli antimadde olamayacağını zaten belirttik. Bu nedenle negatif kütleli parçacıklar sanal uzayda antimadde eşleriyle birlikte yaratılamazlar. Bunu anlatmak için gereksiz yere tekniğe girmeyeceğim.

Sadece stres-enerji tensörünün yerçekimsel stres-enerji tensörüyle aynı şey olmadığına dikkat etmemiz yeterli (ağırlıkla kütle aynı şey değildir).

İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?

 

Ama diyelim ki anti yerçekimi var

Her şeye rağmen uzayda anti yerçekimi alanı yaratan negatif kütleli parçacıklar varsa bunlar ne işimize yarayacaklar? Doğrusu hiçbir işe! 1934’te Alex Raymond’ın yarattığı Flash Gordon çizgi romanında olduğu gibi anti yerçekimi kemerleriyle havada uçamayız.

Keza Philip Francis Nowlan tarafından 1928 yılında yaratılan Buck Rogers çizgi romanında olduğu gibi anti yerçekimi botlarıyla da yerden uzaya yükselemeyiz; çünkü negatif kütleli madde Dünyamız ve vücudumuzdaki atomlarla nötrinolardan bile daha zayıf etkileşirdi!

Öyle ki bu parçacıklar biz hiçbir şey hissetmeden içimizden geçip giderdi. Bunları deney aygıtlarımızla bile tespit edemezdik. Bizimle etkileşime girmedikleri için de anti yerçekimi ile bizi itmelerini sağlayamazdık.

İlgili yazı: Dört Boyutlu Madde Bulundu: Zaman Kristalleri

 

Evren boşluktan nasıl oluştu?

Bu yüzden uzaylılar bizi anti yerçekimi kullanan uçan dairelerle ziyaret ediyor senaryolarını unutmamız gerekiyor. Bunun yerine kendimize şunu soralım: Evren’in başlangıcında eşit miktarda madde ve antimadde oluştuysa bunlar birbirini neden tümüyle yok etmediler?

Nasıl oluyor da bugün normal maddeden oluşan bir evren var ve neden Evren daha doğarken yok olmadı? Bu konuda bildiklerimizi ilk antimadde yazımızda anlattım. Şimdiden keyifli okumalar dilerim.

Antimadde nedir?

¹Antimatter
²General Relativity (book)
³Neutrino