Albert Einstein'ı yalnızlıktan kurtaran deneyin üzerinden 100 yıl geçti
Genel Görelilik Teorisi’ni ortaya attığında büyük tepki toplayan Einstein, yalnız değildi. İngiliz astrofizikçi Arthur Stanley Eddington, bu teoriyi kanıtlamak için büyük bir uğraş vererek ona arka çıkmıştı. Bugün Eddington’ın Einstein’ın teorisine yönelik ilk kanıtı ortaya atmasının üzerinden 100 yıl geçti.
Evrenin temel fiziksel işleyişini anlayabilmek adına çığır açıcı bir teori olan ve bugün bilimsel bir yasa olarak kabul edilen Genel Görelilik Teorisi’ni ortaya atan Albert Einstein’ı yediden yetmişe tanımayan -neredeyse- yoktur. Ancak Arthur Stanley Eddington’ın (1882-1944) ismini -muhtemelen- büyük bir çoğunluğunuz bu yazıyla birlikte duymuş olacaksınız. Kendisi, Einstein’ın teorisini kanıtlayan ilk bilim insanı olmasının yanı sıra yıldızlar ile kara delikleri anlamak adına fizikte önemli bir yeri olan “Eddington sınırı” prensibinin de isim babası. Biz bu yazıda, onun Einstein’ın teorisi ile olan münasebetine değineceğiz.
Bugün Genel Görelilik Teorisi dediğiniz zaman buna karşı çıkan bir fizikçiye pek rastlayamazsınız. Hele ki geçtiğimiz hafta basına servis edilen kara delik fotoğrafının ardından. Ancak 100 yıl öncesinde durum pek de böyle değildi. Albert Einstein, Genel Görelilik Teorisi’ni 1916'da yayımlamıştı. Einstein bu teoriyi öyle bir anda ortaya atmamıştı. En az sekiz yıla yayılan bir çalışma ve daha öncesinden gelen derin matematik ve fiziksel bilgi birikimi, tahlil ve gözlem söz konusuydu. Bu teori, 1905'te Özel Görelilik (İzafiyet) Teorisi’ni yayımladıktan sonra geliştirdiği iç görülerinden doğmuştu.
Nasıl hareket ediyor olursa olsunlar, bütün gözlemciler için bilim yasalarının aynı olması gerektiği düşüncesine dayanan Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı, kütleçekimi kuvvetini dört boyutlu uzay-zamanın eğrilmesiyle açıkladı. Başka bir deyişle, yıldız gibi büyük bir cisme yaklaşan ışık (ışınları), yerçekimi tarafından bükülüyordu. Bu etki niteliksel olarak Newton’un yerçekimi teorisi kullanılarak tahmin edilmişti. Newton'un kendisi de 1704’te yayımlanan Opticks kitabında tereddütlü bir şekilde şu önemli soruyu sormuştu: “Cisimler ışığa uzaktan etki etmiyor ve hareketleriyle ışınlarını büküyorlar mı?” Ama bu etkinin büyüklüğünü hesapladığına dair hiçbir kanıt söz konusu değildi (İlk tam hesaplama Alman matematikçi Johann Georg von Soldner tarafından 1804'te yayımlandı). Newton’un yerçekimi teorisi, elbette kavisli alanı (sapmayı) yerçekiminin bir sonucu olarak formüle etmemişti. Einstein’ın teorisinin kattığı yenilik buydu. Ve etkisini hesapladığında ışığın (Newton teorisinde olduğu gibi) kavisli uzayda saptığını doğruladı. Sapmayı ikiye katlayan bu eğrilikti.
Bunun genel geçer bir teori olmadığının anlaşılması ise bir hayli zaman alacaktı. Çünkü Einstein, Newton'un yerçekimi yasalarının formülasyonunu değiştirerek yer ve zaman kavramlarını ortadan kaldırdığı teorisiyle fizik camiasına farklı bir paradigma öneriyordu. Bu teori o dönemde büyük yankıya ve karşı seslerin yükselmesine neden olmuştu. Einstein’ın amacı bilim insanlarının bakış açısını değiştirmekti. Ancak işi kolay değildi. Zira teoriyi ortaya attıktan hemen sonraki yıllarda, bu teorinin doğru olup olmadığın dair kesin bir gözlemsel kanıt yoktu. Yoksa Einstein yalnız mıydı?
Haziran 1930'da Cambridge'deki Gözlemevi'nin bahçesinde çekilen bu fotoğrafta Einstein ile Eddington sohbet ediyor.
Genel Görelilik Teorisi’ni kanıtlayan ilk isim: Arthur Stanley Eddington
Arthur Stanley Eddington olmasaydı Einstein’ın bu teoriyi doğrulama yolunda bir hayli yalnız kalacağı ortadaydı. Şimdi Eddington’dan bahsetmenin tam sırası. Fizik üzerine yaptığı çarpıcı bilimsel çalışmalar sayesinde 1913 yılında Cambridge Üniversitesi’nde Astronomi ve Deneysel Felsefe Plumian Profesörü pozisyonuna getirilen Eddington, ertesi yıl tüm Cambridge Gözlemevi'nin de başına geçecekti. Bunun yanı sıra Kraliyet Topluluğu Üyesi olarak seçilmişti.
Birinci Dünya Savaşı sırasında Kraliyet Astronomi Derneği Sekreteri olarak Eddington, Hollandalı fizikçi Willem de Sitter'den Albert Einstein’ın yeni Genel Görelilik Teorisi hakkında bir dizi mektup ve yazı alan ilk kişilerdendi. Eddington, bu teoriyi doğru bir şekilde anlayabilecek matematik becerisine sahip birkaç İngiliz astronomundan biriydi. Genel Görelilik’le tanışmasının ardından hızlı bir şekilde İngiltere'de göreliliği savunanların başında geldi.
Einstein, Eddington’ın Cambridge’de verdiği derslerden ve desteğinden haberdardı. Eddington bu derslerini, 1923'te Matematiksel Görelilik Teorisi adıyla yayımlanan kitabının temeli olarak kullanacaktı. Einstein, bu çalışma için şunları söylemişti: “Herhangi bir dilde konunun en iyi sunumu.” Kısacası Eddington, astrofizik ve kozmoloji konusundaki derin bilgi birikimine dayanarak Einstein’ın teorisi ile ilgilenen bir astronomdu ve bunu ispatlama görevini üstlenmişti.
Eddington, bu teoriyi kanıtlamak için tam güneş tutulmasını dayanak olarak gösterecekti. Güneşten gelen ışığın yerçekimi tarafından sapmasının veya bükülmesinin ölçülebileceğini savunuyordu. Bu kritik bir testti, çünkü Einstein’ın teorisi, Isaac Newton’un evrensel çekim kuvveti yasası kullanılarak elde edilen değerin tam olarak iki katı bir sapma öngörüyordu. İhtiyaç duyulan tutulma, 1919 yılında yani bundan tam 100 yıl önce gerçekleşti. Eddington, Kuzey Brezilya'daki Sobral ve Kuzey Afrika kıyılarındaki Príncipe adasından bunu kanıtlamaya girişti. Ancak işi hiç de kolay değildi; tüm dehşetiyle devam eden Birinci Dünya Savaşı, hem İngiliz ve Alman bilim insanları arasındaki mesafeyi açıyor hem de bilimsel gözlem için seyahatler yapmalarına engel oluyordu.
Albert Einstein’ın teorisinin ilk kanıtı, 1919’da Eddington öncülüğünde tam güneş tutulmasının gözlemlenmesiyle mümkün oldu. The Nautical Almanac’ta yer alan bu harita, Kuzey Brezilya'daki Sobral’den Kuzey Afrika kıyılarındaki Príncipe adasına tam tutulmanın gözlemlenebileceği çizgiyi gösteriyor.
Bilim sınırları ortadan kaldırıyor
Einstein bir Alman ve kendisi de bir İngilizdi; yani birbirine düşman iki taraf, bilim için kolkolaydı. Eddington’ın vicdani retçi olması da bu iş birliğinde pay sahibiydi tabii ki. Savaş yıllarından önce kurdukları dostluklar ve bilimin birleştiriciliği bu teorinin kanıtlanmasına yardımcı olacaktı. Eddington, daha sonra Cambridge Gözlemevi ve Kraliyet Astronomi Derneği'nin müdürü olacak Frank Watson Dyson’ın da desteğini alarak 1919'da tam güneş tutulmasıyla bu teoriyi kanıtlayacaktı.
İşleyiş şu şekilde olacaktı; Tutulma sırasında Güneş, Taurus Takımyıldızı’ndaki parlak yıldızlar kümesi olan Hyades'in önünde konumlanacaktı. Böylece, tutulma diskinin yakınındaki birçok yıldız görünür olacaktı. (Bu, Einstein tarafından tahmin edilen ışık bükülmesinin, Güneş'e yakın gözlemlenen yıldızlarda en büyük etkiyi yaratacağı için önemliydi.) Yıldızların Güneş'e göre konumları, fotografik plakalar üzerine kaydedilebilir, ölçülebilir ve sonra yıldızları gösteren referans plakalarla karşılaştırılabilirdi. Güneş, görüş alanını kapatmıyordu. Güneş'in çekim alanının neden olduğu herhangi bir belirgin kayma daha sonra hesaplanabilirdi. Ne kadar fazla yıldız ölçülürse, gözlemcinin sistematik hataları düzeltme ve rastgele hataları azaltma şansı o kadar iyi olurdu.
Fikir buydu. Ancak hem gözlem yapma tekniklerinde hem de -daha önce belirttiğimiz gibi- keşif lojistiğinde pratikte aşılması gereken birçok engel vardı. Tutulma yolunu izlemek (Kuzey Brezilya’dan Atlantik’e, oradan da Batı Afrika’ya geçmek) ülkeler arası düşmanlıklar sebebiyle çok zordu. Kasım 1918'deki ateşkes, planı yürürlüğe koymak için büyük fırsat oldu. Dyson, genelde İngiltere’de kalırken Eddington, Príncipe'ye gitti; Londra'daki Royal Greenwich Gözlemevi’nde çalışan Andrew Crommelin ise Sobral'a gitti.
Eddington’ın 1919’da Afrika’daki Príncipe adasında kaydettiği güneş tutulması gözlemleri ve fotoğrafları, Einstein’ın da öngördüğü gibi Güneş'in çekim alanının neden olduğu ışıktaki hafif bir sapma, tahminlerini etkili bir şekilde doğrulayacaktı. Güneş'e yakın geçen ışığın bükülmesinin doğrulanması, o zamanlarda genel göreliliğin ilk kesin kanıtıydı. Sınırları aşan müthiş bir bilimsel çabanın eseri…
Sonuç olarak İngiliz astrofizikçi Sir Arthur Eddington’ın -Frank Watson Dyson’ın da desteğiyle- 20.yüzyılın başlarında yerçekimi nedeniyle ışığın bükülmesini gözlemsel olarak teyit etmesi, bugün Einstein’ın teorisinin fiziğin en temel yasalarından birisi olarak anılmasında büyük bir rol oynamıştı. Bununla birlikte, yıldızlarının iç yapısına ve parlaklıklarına (Eddington sınırına) yönelik çalışmaların gidişatını belirlemesi açısından da Eddington’ın ismi fizik tarihine altın harflerle yazılacaktı.
Bilimin, bayrakların ve sınırların ötesinde birleştirici gücüne bir örnek daha. Bilimin birleştirici gücü olmasaydı bugün Genel Görelilik Teorisi unutulup gidebilir, günümüzün bilimcileri bize geçtiğimiz haftaki gibi kara delik fotoğrafı sunamayabilirdi. O fotoğrafın ortaya çıkarılması da dünyanın dört bir yanından birçok ülke vatandaşı bilimcinin bir araya gelmesiyle mümkün olmuştu. Bu birliktelik, Einstein ve Eddington’a saygı duruşu niteliğindeydi. Bilim, her zaman olduğu gibi savaşa ve ayrımcılığa üstün gelmişti.
(Not: Konuya ilgi duyuyorsanız 2008 yapımı Einstein ve Eddington filmini de izleyebilirsiniz.)
Yazı: Batuhan Sarıcan / [email protected]
Kaynakça:
Stephen Hawking & Leonard Mlodinov. Zamanın Kısa Tarihi, Çev: Selma Öğünç, Doğan Kitap, 2012
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01172-z
http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/Biographies/Eddington.html
https://www.physicsoftheuniverse.com/scientists_eddington.html
