Yerçekimi Nasıl Çalışır ve Yerçekimi Karşıtı Teknoloji Üretilebilirmi?

Yerçekimini hayatımızın her bir anında, gerçekten düşünmeden deneyimliyoruz. Ama bu nedir ve onu iyice anlıyor muyuz?

Burada, mevcut yerçekimi anlayışımızı kısaca keşfediyoruz ve onu uzayda yapay olarak oluşturup oluşturamayacağımızı  araştırıyoruz.

"Yukarı çıkan şey aşağı inmelidir". Ama neden? Neler oluyor ve yer çekimine ne sebep oluyor?

Ne olduğunu gerçekten anlamaya başlamış olsak da, bu fenomenin  üzerinde    binlerce yıldır kafa yoruluyor.

Yerçekimi, Newton'un öne sürdüğü gibi, Dünya'yı Güneş'in etrafında yörüngede tutan kuvvettir. Okuldaki günlerinizden hatırlayabileceğiniz gibi, yerçekimi şu şekilde tanımlanma eğilimindedir:

"Bir gezegenin veya başka bir cismin nesneleri merkezine doğru çekerken kullandığı kuvvet yer çekimi kuvvetidir.

Başka bir deyişle, kütlesi olan herhangi bir şey, kütlesi olan başka herhangi bir şeye bir kuvvet uygular ve üzerine bir kuvvet uygular. Nesnelerin kütlesi ne kadar büyük ve aralarındaki mesafe ne kadar kısa olursa, birbirlerine uyguladıkları yerçekimi kuvvetlerinin çekimi o kadar güçlüdür.

Ne zaman havaya zıplarsanız, yanlışlıkla masadan bir şey düşürürseniz veya köpeğinizin yakalaması için parka bir top atarsanız, eylemlerinizin sonuçlarını sezgisel olarak bilirsiniz. Sonunda hepsi yere geri döner.

Einstein  yerçekimi hakkında Newton'dan çok farklı  düşünüyor . Teorilerine göre yerçekimi, uzay-zamanda eğriliğin bir sonucudur. Bir nesnenin kütlesi, etrafındaki boşluğun esasen bükülmesine ve kıvrılmasına neden olur. Bu, nesnelerin (ve ışığın) geçmesi gereken yolu bozarak yerçekimi dediğimiz etkiyi yaratır.

Gerçekte, başka bir gök cisiminin yerçekiminde "yakalanan" herhangi bir nesne etkilenir, çünkü içinden geçtiği alan bu nesneye doğru kıvrılır.

Einstein ayrıca "eşdeğerlik ilkesi" kavramını da ortaya attı. Bu, yerçekimi ve eylemsizlik kuvvetlerinin benzer nitelikte olduğunu ve genellikle ayırt edilemez olduğunu belirtir.

Bunu açıklamak için, çevrenizden dışarıdaki evreni göremeyen penceresiz bir roket gemisinde olduğunuzu hayal edin. Bu durumda, yerçekimi olarak hissettiğiniz  aşağı doğru kuvvetin gerçek bir kuvvet mi yoksa roketin belirli bir yönde ivmelenmesinin sonucu mu olduğunu söylemek imkansız olurdu.

Yerçekimini anlamak

Yerçekimini tamamen anlıyor muyuz?  Evrende en çok incelenen doğa olaylarından biri olsa da, hala gerçekten anlamıyoruz.

Daha önce gördüğümüz gibi, Isaac Newton ve Einstein yerçekimini anlamada önemli ilerleme kaydetti, ancak hala tam olarak ne olduğundan ya da gerçekten bir şey olup olmadığından tam olarak emin değiliz.

Einstein'a göre yerçekimi, kendi başına gerçek bir kuvvetten çok uzay-zamanın bükülmesinin bir sonucudur.

Bildiğimiz şey, kütleli bedenlerin birbirine çekildiği. Bu "kuvvet" mesafeye bağlıdır ve bedenler ne kadar uzaktaysa zayıflar.

Aynı zamanda ölçülebilir bir fenomendir ve doğadaki en zayıf güçlerden biridir. Örneğin, ortalama bir buzdolabı mıknatısını düşünün. Bunlar, Dünya kadar büyük bir şeyin yerçekimi çekişine kolayca karşı koyabilirler. Ayrıca, geçici de olsa, basitçe zıplayarak yerçekiminin etkilerinden kaçabilirsiniz.

Ancak bu ilişki kuantum düzeyinde tamamen bozulmuş gibi görünüyor. Sadece uygun görünmüyor ve nedenini bilmiyoruz.

Büyük ölçekte, mevcut yerçekimi teorilerimiz büyük nesnelerin davranışını tahmin etmeye yardımcı olmak için oldukça kullanışlıdır, ancak çok küçük kuantum ölçeğinde, mevcut yerçekimi teorileri işe yaramıyor.

Bu, bugün fizikteki en büyük sorunlardan biridir. Pek çok fizikçi bir gün neler olup bittiğini açıklamaya yardımcı olacak birleşik bir makro ve kuantum fiziği teorisi oluşturmayı umuyor.

Yerçekimi bize nasıl yardımcı olur?

Yerçekimi, evrendeki en temel kuvvetlerden biridir. Nasıl çalıştığına dair tartışmalar, yerçekimi ne olursa olsun, gezegenimizdeki yaşam için çok önemli bir unsurdur.

Yerçekimi, Dünya üzerindeki nesnelerin ağırlığa sahip olmasının ve basitçe uzaya doğru süzülmemesinin sebebidir. Daha az kütleye sahip bir gezegende yaşayacak olsaydınız, daha hafif olur ve çok daha yükseğe zıplayabilirsiniz.

Yerçekimi aynı zamanda Dünya'yı "Goldilocks Bölgesi" adı verilen, suyun sıvı halde bulunabileceği Güneşimizden uzakta tutar. Bu tam da hayat için hayati önem taşıyor.

Yerçekimi, gezegenimizi bir arada tutmada da rol oynar. Yerçekimi aynı zamanda ayı Dünya'nın etrafında yörüngede tutan şeydir. Ayın çekim kuvveti denizleri ona doğru çekerek okyanusun gelgitlerine neden olur.

Ancak ilginç bir şekilde, yerçekiminin gücü Dünya'nın her yerinde eşit değildir. Yeraltında çok daha fazla kütleye sahip yerlerde, daha az kütleye sahip yerlerden biraz daha güçlüdür.

Bunu iki NASA uzay aracı ve Yerçekimi Kurtarma ve İklim Deneyi (GRACE) görevi nedeniyle biliyoruz.

NASA'ya göre, GRACE görevi "zaman içinde yerçekimindeki küçük değişiklikleri tespit ediyor. Bu değişiklikler gezegenimiz hakkında önemli ayrıntıları ortaya çıkardı. Örneğin GRACE, deniz seviyesindeki değişiklikleri izliyor ve depremlerin neden olduğu Dünya'nın kabuğundaki değişiklikleri tespit edebiliyor."

Yerçekimi oluşturulabilirmi mi?

Daha önce gördüğümüz gibi, Einstein yerçekiminin aslında farklı cisimlerin neden olduğu uzay-zaman bozulmasının bir sonucu olduğunu öne sürdü. Bu nedenle, en azından uzay boşluğunda yapay yerçekimi geliştirmek mümkün olmalıdır.

İhtiyaç duyulan şey, Einstein'a göre yerçekimine benzer bir etki oluşturması gereken tek yönde bir ivme aracı sağlamaktır. Bu, bir roket gibi doğrusal hızlanma yoluyla veya açısal momentum, yani merkezcil etki veya hızlanma yoluyla yapılabilir.

Bu, birçok bilim kurgu kitabı ve filminde ortak bir temadır.

Gemi yeterince büyük olduğu sürece, yolcuları üzerinde Dünya'daki yerçekiminden neredeyse ayırt edilemeyecek bir kuvvet üretebilmelidir. Yine de tam olarak aynı olmazdı, çünkü büyük Coriolis kuvvetleri de mevcut olacak ve işler düz çizgiler yerine eğriler halinde düşecekti.

Bunun da bazı içsel sorunları var. Bir şey ne kadar hızlı hızlanırsa, yolcular üzerindeki yerçekimi kuvveti veya g-kuvvetleri o kadar büyük olur.

Bu, uzay istasyonu gibi sabit gemiler için bir sorun değil, ancak yüksek ivmeyle uzun mesafeler kat etmesi gereken gemiler için mürettebat için felaket olabilir.

Uçak, ışık hızının yalnızca küçük bir kısmında seyahat edecek olsaydı, mürettebat muhtemelen 4.000 gs'yi aşan bir şey yaşardı. 

Bunun gemilerde elektromıknatıslar ve iletken "zeminler" kullanılarak elde edilebileceği varsayılmıştır, ancak yine de "aşağıya doğru" bir kuvvet sorunu yaşarsınız. Uzayda yüksek hızlarda mürettebatı yerçekiminin etkilerinden "korumanın" hiçbir yolu yoktur.

Gelecekte bununla başa çıkmanın tek yolu, bir tür negatif veya anti-yerçekimi alanı geliştirmek olabilir. Bununla birlikte, tüm maddeler gibi, en azından bir miktar pozitif kütleye sahibiz, bu nedenle negatif bir kütleçekim kütlesi  oluşturmanın bir yolunu bulmamız gerekir.

CERN'de ALPHA deneyinde üzerinde çalışılan tam olarak budur. Araştırmacılar, hidrojenin antimadde karşılığı olan hapsolmuş antihidrojen atomlarıyla çalışıyorlar.

Deney, hidrojen ve antihidrojenin kesin karşılaştırmalarıyla, madde ve antimadde arasındaki temel simetrileri incelemeyi umuyor. Sonuçta bu, antimaddenin yerçekimi ivmesinin ölçülmesine yol açabilir.

Antimaddenin Dünya yüzeyindeki yerçekimi alanının varlığında negatif bir değerde (örneğin +9,8 m / s2'den farklı bir değerde) hızlandığı tespit edilirse, bu teorik olarak bir yerçekimi iletkeninin kalkan yapmasına izin verir.

Forbes'a göre: "Yeterince hassas hale gelirse, bir yerçekimi alanına hangi yönden düştüğünü ölçebiliriz. Düşerse, normal madde ile aynıdır, o zaman pozitif kütleçekim kütlesine sahip olur ve onu kullanamayız.  Ama bir yerçekimi alanına düşerse, bu her şeyi değiştirir. Tek bir deneysel sonuçla, yapay yerçekimi birdenbire fiziksel bir olasılık haline gelir. "

Başarılı olursa, bu aynı zamanda düzgün bir yapay yerçekimi alanı oluşturmak için bir yerçekimi kapasitörünün kapısını açabilir. Hatta teoride, uzay zamanı deforme etmenin bir yolu olan bir "warp sürücüsü" oluşturulmasına izin verebilir.

Bununla birlikte, negatif yerçekimi kütlesine sahip bir parçacığı veya parçacık kümesini keşfedene kadar, yapay yerçekimi yalnızca ivme gibi mekanik yollarla mümkün olacaktır.