Değiştirilmiş Yerçekimi Mond Karanlık Maddeye Karşı
Ya karanlık madde diye bir şey yoksa? Ya yerçekimini yanlış biliyorsak? Einstein’ın genel görelilik teorisinde değişiklik yapan “değiştirilmiş yerçekimi” kuramını (MOND) birlikte görelim. Karanlık madde galaksilerdeki yıldızları bir arada tutan ek yerçekimini sağlıyor. Karanlık madde olmasa yıldızlar ve galaksiler 13,5 milyar yıl önce hiç oluşmazdı. Kısacası evrenin bildiğimiz gibi şekillenmesi ve gezegenlerle hayatın oluşmasını karanlık maddeye borçluyuz. Oysa MOND taraftarlarına göre karanlık madde yok. Bunun yerine yerçekimi uzun mesafede farklı davranıyor ve biz bunu karanlık maddenin ek yerçekimi olarak algılıyoruz. Peki MOND doğru mu, Einstein yanılıyor mu?
Neden değiştirilmiş yerçekimi?
Karanlık madde var ama bildiğiniz gibi değil yazısında karanlık maddenin keşfediliş tarihini öyküledim. Bu maddeyi ne kadar arasak da bir türlü bulamadığımız için ortaya atılan farklı karanlık parçacıkları özetledim. Karanlık parçacıkları açıklamaya çalışan teorileri sıraladım ve hatta steril nötrinodan bahsettim. Ne yazık ki karanlık maddeyle ilgili yeni Starbasekozan videosunda anlattığım steril nötrinoyu yine bulamadığımızı geçenlerde öğrendik. Oysa steril nötrino en iyi karanlık madde adayı idi. Belki vardır ama mademki karanlık madde yolunda tıkandık, o zaman biz de karanlık maddeye alternatif olan değiştirilmiş yerçekimi (MOND) teorisine bakalım.
Sonuçta evrende ışık saçan veya ışığı yansıtan normal maddenin kütlesi (işte bütün o galaksiler, yıldızlar, gezegenler, gaz ve toz bulutları) uzayda saptadığımız yerçekimini açıklamaya yeterli değil. Evrende göremediğimiz yerçekimi kaynakları var. Kara delikler karanlık madde mi yazısında açıkladığım gibi maalesef kara deliklerin toplam kütlesi de yeterli yerçekimi sağlamıyor. Buna da şaşırmamak lazım. Kara delikler yıldızlar, gaz ve toz bulutlarının çökmesiyle oluşur. Çevredeki yıldızları, gezegenleri, bulutsuları yiyerek veya birleşerek (çarpışarak) büyür.
Özetle tespit ettiğimiz yerçekimi bize evrende görebildiğimiz maddeden 5 kat fazla kütle olduğunu gösteriyor. Karanlık madde “madde” ise evrendeki maddenin yüzde 80’nin ne olduğunu bilmiyoruz. Utanç verici ama insan bilgisinin sınırlarını göstermek açısından bize alçakgönüllülük öğretmesini umduğum bir gerçek. Değiştirilmiş yerçekimi ise Einstein’ın yerçekimini betimleyen genel görelilik teorisinde değişiklik yaparak sorunu çözmeye çalışıyor ki MOND’un da 40 yıllık bir geçmişi var.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Değiştirilmiş yerçekimi ve karanlık madde
Merkezkaç kuvvetini açıklayan yerçekimi yasalarına göre, cisimler büyük bir kütleden ne kadar uzaksa o kadar yavaş döner. Mesela Mars, Güneş’e Dünya’dan ortalama 75 milyon km daha uzak. Bu yüzden de saniyede yaklaşık 4 km daha yavaş dönüyor. Galaksilerin merkezinde de süper kütleli kara delikler var. Bu yüzden galaksi diskindeki merkeze uzak yıldızların daha yavaş dönmesi gerekiyor. Oysa galaktik merkeze yakın yıldızlarla neredeyse aynı hızda dönüyorlar! Bu durumda ya evrende göremediğimiz karanlık madde kütlesi var ya da kütleyi yanlış biliyoruz; yani yerçekimini bilmiyoruz.
MOND’un kökeni bu ama aslında size Newton mekaniğini anlattım. Oysa Einstein’ın genel görelilik teorisi Newton’ın yerini aldı. Newton mekaniği genel göreliliğin alt kümesi, özel durumu oldu; çünkü genel görelilik Dünya gezegeni gibi düşük yerçekimli ortamlarda Newton mekaniği gibi davranır. Ayrıca genel göreliliğin eksik olduğunu biliyoruz. Yerçekiminin sonsuza yaklaştığı veya ulaştığı kara deliklerde görelilik yasaları çöküyor. Kara deliklerin merkezinde tekillik var mı, evren büyük patlamayla nasıl oluştu gibi sorulara ancak yaklaşık cevaplar verebiliyoruz.
Peki ya Einstein bu değneğin iki ucunda da yanıldıysa? Yerçekimi şiddetinin aşırı arttığı ortamlarda yerçekimi teorimiz işlemiyor. Peki ya yerçekiminin aşırı zayıf olduğu uzay boşluğunda da işlemiyorsa? Mesela galaksiler arası uzayda ölçebileceğimiz kadar büyük bütün kütleli cisimlerden uzakta iken yerçekimi, Dünya ile Ay arasındaki yerçekiminden farklı işliyorsa? İşte MOND teorisi bunu öne sürüyor. Karanlık madde yerine MOND var diyor. Nitekim MOND’un açılımı Modifiye Newton Dinamiğidir. Bu da Newton devinen cisimlerin hareketini açıklayan denklemlerinin modifiye edilmesidir:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
MOND ve Newton mekaniği
İlk MOND teorisini İsrailli fizikçi Mordehai Milgrom 1982’de geliştirdi. 40 yıldı oldu sayılır ve Bekenstein’ın da birazdan göreceğimiz katkılarını sayarsak MOND İsrail teorik fizik ekolünün çocuğudur. MOND’a göre uzay boşluğunda yerçekimi asla sıfıra düşmez. Pratikte de öyledir gerçi. Evren henüz genç. Bir metreküpte bir iki elektron illaki var ama MOND diyor ki yerçekimi ASLA sıfıra düşmez. Yerçekimi alanının şiddeti boş uzayda 0’dan biraz büyüktür. Bunu da size tek taraflı anlattım aslında; çünkü bunu iki şekilde yapabiliriz:
Ya Newton’ın evrensel yerçekimi sabitini değiştiririz. Örneğin sicim teorilerinde yerçekimini ilettiğini düşündüğümüz parçacığa graviton deriz. Nasıl ki foton ışığı iletir, graviton da yerçekimini iletir. Normalde graviton spini 2 olan kütleli bir parçacıktır. Oysa cüsseli yerçekimi teorilerinde gravitonun az da olsa kütlesi vardır. Bu da uzay boşluğunda yerçekiminin 0 olmasını önler. Sonuçta bizzat graviton kütlelidir. Bu çözdüğünden daha çok sorun çıkaran bir teoridir (Bkz. Gravitonlar karanlık maddeyi açıklar mı?).
MOND için diğer seçenek Newton’ın üçüncü hareket yasasını değiştirmektir. Buna göre bir cismi ivmelendirmekte kullanacağınız kuvvetin şiddeti asla 0’a düşmez. Kütle çok az da olsa her zaman hızlanır veya yavaşlar. Detaylar önemli değil ama MOND’u doğru ayarlarsanız neden uzak yıldızların bile galaktik merkez çevresinde yakın yıldızlar kadar hızlı döndüğünü açıklar. Bu yaklaşım gelecek vaat ediyor ama bir teorinin doğru olması için üç şartı karşılaması gerekir.
Değiştirilmiş yerçekimi için 3 şart
1) Tek bir durumu değil, tüm durumları açıklamalı. Karanlık madde sadece galaksilerdeki yıldızların hızını açıklamıyor. Aynı zamanda galaksilerin oluşumu ve nasıl çarpıştığını da açıklıyor. 2) MOND başta genel görelilik ve enerjinin korunumu olmak üzere test edip kanıtlanmış bütün teorilerle uyumlu olmalı. 3) Karanlık maddeyi açıklamak için gelmesine karşın, tıpkı görelilikte olduğu gibi hiç alakası olmayan yepyeni fiziksel olayları da açıklamalı. Hem de bunlar hakkında deney ve gözlemlerle test edilebilir öngörülerde bulunmadı. Zaten bilim böyle işler. Peki MOND bu şartları karşılıyor mu?
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Değiştirilmiş yerçekimi ve genel görelilik
MOND birinci şartı karşılamıyor. MOND ile hem galaksilerdeki yıldızların hızını hem galaksilerin oluşumunu hem de galaksi kümelerinin davranışını açıklamak mümkün. O zaman karanlık maddenin yüzde 80’ine gerek kalmıyor fakat yüzde 20 karalık madde yine gerekiyor! Tabii bu MOND’un 82 versiyonu MOND 1.0 için geçerli. Güncel MOND teorisini de anlatacağım.
MOND 1.0 ikinci şartı da karşılamıyor. Enerji, momentum ve açısal momentumun korunumunu ihlal ediyor. Oysa bunlar entropiyle birlikte en temel fizik yasalarıdır. Ha yoktan yıldırım atar Zeus yaratmışsınız ha MOND; aynı şey… Ayrıca MOND’u genel görelilikten türetemiyoruz. Dahası genel göreliliğin evreni olduğu gibi açıklaması için gereken zayıf enerji koşulunu, zayıf alan sınırını da karşılamıyor. Bu da MOND enerjinin korunumunu ihlal ediyor demenin başka bir yoludur.
Öte yandan üçüncü şartı karşılıyor! 😮 Test edilebilir öngörülerde bulunuyor. Mesela galaksiler ne kadar hızlı dönüyorsa o kadar parlaktır. Bu da uzaktaki galaksilerin karanlık madde içeriğini hesaplamayı sağlar. Buna Tully-Fisher yasası deriz. Öte yandan bunun için Tully-Fisher yasasının değerlerine ince ayar yapmalısınız. Tanrı elini uzatarak evrene dokunmuş gibi yani… MOND ise bu ilişkiyi kendiliğinden gösteriyor. Sonuç olarak bilim insanları MOND’un peşini bırakmadılar. Üzerinde daha çok çalışarak eksiklerini gidermek istediler. Böylece Bekenstein efsanesi bu işe el attı:
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
Değiştirilmiş yerçekimi ve ulu Bekenstein
Sonuçta Jacob Bekenstein efsanesi diye bir şey var. Bütün o evren simülasyon mu, evren 2B hologram mı, kara delik entropisi ve süpersicim teorisi (üstünde çalışmadı) tartışmalarını canlandıran fizikçi var ya… İşte o Bekenstein; entropiyi kara deliklere bağlayan Bekenstein bağını geliştiren kişi. MOND torpil veya doping yaptı desek yeridir! Bekenstein, solucandelikleri ve Interstellar filminden bildiğimiz Nobel ödüllü Kip Thorne, Hawking radyasyonunu bulan Stephen Hawking ve yine Nobel ödüllü Roger Penrose’la kara deliklerin dört üstadından biridir. Belki buna Unruh etkisini gösteren George Unruh’u da eklemek gerekir.
Bekenstein 1984’te başını biraz kara delik entropisinden kaldırıp Mordehai Milgrom’la çalıştı. MOND’un eksiklerini gidermeye çalıştı. Bunun için önce Lagrange mekaniğini kullandılar ki bunu ayrıca yazacağım. Biz minimum eylem ilkesini MOND’a eklediler diyelim. Şimdilik bu yeterli; çünkü bu ilke değiştirilmiş yerçekimi teorisinin enerjinin korunumuna uymasını sağladı. Ayrıca Milgrom ve Bekenstein genel görelilikteki yerçekimi alanına ikinci bir alan ekledi. Zaten Einstein’ın yerçekimi alanı çok bileşenli bir tensör alanıdır.
Einstein kütlenin uzayı bükerek yerçekimi üretmesini tensör matrisiyle gösterir. İşte MOND teorisyenleri de yerçekimine yeni bir skaler alan eklediler. Bu alanın enerji değeri uzayda her yerde eşittir. Skaler alanları evren kozmik enflasyonla nasıl oluştu yazısında anlatmıştım. Özetle skaler alan ve Lagrange mekaniğini birleştirince Kuadratik Lagrangian dediğimiz AQuaL teorisini geliştirdiler. Bu da MOND 2.0’dır. MOND 2.0 genel görelilikle uyumluydu. Bu durumda galaksilerin yerçekiminin ışığı bükmesini gösteren yerçekimi merceği etkisini de açıklamalıydı ama açıklayamadı. ☹ Bu sefer de MOND ışıktan hızlı yayılan enerji alanları öngörüp nedenselliği bozdu. Demek ki yeni teori zamanıydı:
İlgili yazı: Kök Hücrelerle Körlük Tedavisi Ne Zaman Geliyor
MOND ve galaksilerin oluşumu
Bekenstein 20 yıl sonra değiştirilmiş yerçekimine geri dönünce şöyle dedi… Bir alan ekleyince çalışmadı. Acaba iki alan birden eklesek mi? Böylece TeVeS teorisi ortaya çıktı; yani tensör, vektör, skaler yerçekimi. Bu da MOND 3.0’dı ve tam karışık pizza söyler gibi olup içinde yok yoktu. TeVeS yerçekimi merceğini açıkladı ve ışıktan hızlı gitme sorununu çözdü. Güneş sistemlerinin içinde Newton mekaniği gibi, galaksiler arası uzayda MOND 1.0 gibi ve yerçekimi merceği konusunda da genel görelilik gibi çalıştı. Böylece karanlık maddeyi MOND’la açıklama hayalleri geri geldi.
Öte yandan sorunlar sürdü. Mesela Michael Seifert dedi ki TeVeS ve diğer MOND teorileri maddenin istikrarını bozuyor. Evrende gördüğümüz uzun ömürlü yıldızlar oluşmasını engelliyor. Kısacası MOND bu evrendeki yıldızları açıklamıyor. Küçük bir sorun dersiniz ama TeVeS’in çok büyük bir sorunu var. Büyük patlamadan kalan ses dalgalarında maddeyle radyasyonun birleşik olduğu bir çağdan bahsetmiştim. Evrenin 380 bin yaşından genç olduğu bebeklik çağında madde ısıyla genleşiyor ve yerçekimiyle büzülüyordu. Kısacası tek başına toplanıp yıldızlar ve galaksileri oluşturması imkansızdı.
Oysa karanlık madde görünmez olup ısı ve ışıktan etkilenmiyordu; yani evren bebekken de istediği toplanıyordu. Evrendeki ilk yapıları karanlık madde oluşturdu. Galaksiler ve yıldızlar evreni örümcek ağı gibi saran görünmez karanlık madde ipliklerinin üzerinde oluştu. TeVeS doğruysa karanlık madde yoktur ve o zaman da galaksiler oluşamaz. Oluştuklarına göre TeVeS fena çuvallamıştır. O zaman da MOND 4.0 zamanı!
İlgili yazı: 14 Yaşında Kendini Donduran Kız
Değiştirilmiş yerçekimi yakamızı bırakmıyor
2020’de Constantinos Skordis ve Tom Złosnik görelilik teorisiyle uyumlu yeni bir MOND geliştirdiler. Geçen ay da makaleleri hakemli incelemeden geçti. Gerçi bilimsel araştırmaların en sorunlu yeri hakemli dergi kontrolleri; çünkü 3-4 kişi referanslara bile bakmadan kontrol ediyor. Bu yüzden protesto etmek amacıyla makalelerini Nature’a göndermeyen fizikçiler de var ama bunu sonra anlatırım. Hakemli denetimden geçmek, ilk bakışta MOND 4.0’da sorun yok anlamına geliyor.
MOND 4.0’da TeVeS’teki skaler alanın zamanla değişmesine izin veriyorlar. Buna göre evren bebekken skaler alan karanlık madde gibi çalıştı. Buna karanlık toz diyoruz. Bebek evrende karanlık toz vardı ve bu da galaksilerin oluşmasını sağladı. Öyle ki MOND büyük ölçeklerde (mesela on milyonlarca ışık yılı mesafede) hâlâ karanlık toz gibi çalışıyor. Günümüzde MOND, TeVeS gibi davranıyor ve bu holistik, bütüncül MOND teorisine de RelMOND diyorlar.
Peki sorunu çözdük mü o zaman? Hayır acele etmeyin. Bir de Mermi galaksi kümesinde çarpışan galaksiler var. RelMOND bu galaksilerdeki karanlık madde davranışını değiştirilmiş yerçekimiyle açıklayamıyor ama havaya girmeyin. Çarpışan galaksiler RelMOND’dan çok karanlık madde teorilerini çürütüyor. Sonuç olarak RelMOND’un kabul görmesinin önündeki en büyük engel sicim teorisinin önünü kesen engeldir. Bu teorileri her şeye uydurmak mümkün. Tıpkı düz dünyacıların Dünya’nın düz olduğunda inat etmek için her şeye bir bahane bulması gibi.
Oysa biz bilimde
…Ockham’ın usturasına uyarız. Bilmediğimiz bir şeyi olabildiğince basit açıklamaya çalışırız. Bizdeki torba yasalar gibi içine Allah ne verdiyse bir torba gerekçe doldurmayız. Teoriyi doğaya uydurmak yetmez. Gözlemlerin denklemlerde yaptığımız değişikliklerin doğru olduğunu bağımsız olarak kanıtlaması gerekir. Yoksa her şeyi bir teoriye uydurmak kolay. MOND işte bunu yapamıyor. Peki ya hem karanlık madde hem MOND doğruysa? Valla ben evreni yaratan gıcık bir uzaylı olsam öyle yapardım. Sonra otursun fizikçiler düşünsün!
Siz de karanlık toz teorisini ve karanlık madde ile değiştirilmiş yerçekimi arasındaki yarışı şimdi okuyabilirsiniz. Samanyolu’nun sarmal kollarının nasıl oluştuğu ve kara deliklerin nasıl birleştiğini görebilirsiniz. Konuyu değiştirmek için bütün virüsleri yok etsek ne olur diye sorup protein katlama sanatının inceliklerine bakabilirsiniz. Hızınızı alamayarak kuantum silgiyle zamanı geri alabilir miyiz diye sorabilirsiniz. Oysa kendinizi gerçekten cesur hissediyorsanız Varlık ve nesneler nedir? Nesneler gerçek midir? Yoksa varlık yerine oluş mu var sorularını araştırabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın.
