Genel görelilik teorisi (kısaca genel görelilik), 1915'te Albert Einstein tarafından yayımlanan, kütleçekimin geometrik teorisidir ve modern fizikte kütle çekiminin güncel açıklamasıdır. Genel görelilik, özel göreliliği ve Newton'un evrensel çekim yasasını genelleştirerek, yerçekimin uzay ve zamanın veya dört boyutlu uzayzamanın geometrik bir özelliği olarak birleşik bir tanımını sağlar. Özellikle uzayzaman eğriliğine maruz kalmış maddenin ve radyasyonun, enerjisi ve momentumuyla doğrudan ilişkilidir. Bu ilişki, kısmi bir diferansiyel denklemler sistemi olan Einstein alan denklemleriyle belirlenir.
Genel göreliliğin zamanın akışı, uzayın geometrisi, serbest düşme yapan cisimlerin hareketi, ışığın yayılımı gibi konulardaki öngörüleri, klasik fiziğin önermeleri ile belirgin farklılıklar gösterir. Kütleçekimsel zaman genişlemesi, kütleçekimsel merceklenme, ışığın kütleçekimsel kızıla kayması, bu farklılıkların örnekleridir. Genel göreliliğin bugüne kadarki tüm önermeleri deney ve gözlemler ile doğrulanmıştır. Her ne kadar genel görelilik kütleçekimin tek göreli kuramı olmasa da, deneysel veri ile uyum sağlayan en basit teoridir. Buna rağmen, teorinin hala cevaplayamadığı sorular varlığını sürdürmektedir. Bunlara örnek olarak pioneer anomalisi, galaksilerin dönüş eğrisi ve genel görelilik ile kuantum mekaniğinin yasalarının hangi şekilde bağdaştırılarak, tamamlanmış kendi içinde tutarlı bir kuantum alan kuramı yaratılabileceğidir.
Einstein'ın teorisinin astrofiziğe kayda değer etkileri olmuştur; örneğin, büyük bir yıldızın ömrünün sonuna yaklaştığı bir zamanda içine çökerek karadelik oluşturduğuna işaret eder. Bazı astronomik cisimlerin yaydığı yoğun radyasyona karadeliklerin sebep olduğuna dair yeterli kanıt mevcuttur. Örneğin mikrokuasarlar, yıldız kaynaklı kara delikler ve etkin galaksi çekirdekleri, süper kütleli kara deliklerin varlıklarının bir sonucu olarak oluşurlar. Işığın kütleçekim nedeniyle bükülmesi, uzaktaki bir astronomik cismin gökyüzünde aynı anda birden fazla yerde görüntüsünün belirmesine sebep olan, kütleçekimsel merceklenme olarak adlandırılan bir duruma neden olur. Genel görelilik aynı zamanda, bugüne kadar ancak dolaylı olarak gözlenmiş olan, kütleçekim dalgalarının da varlığını öngörmektedir. Buna dair doğrudan gözlemlerin yapılması LIGO ve NASA/ESA (Lazer girişimölçer uzay anteni) gibi projelerin amaçlarıdır. Tüm bunlara ek olarak genel görelilik, evrenin durmaksızın genişleyen modelinin bugünkü kozmolojik modelinin temelidir.
Tarihi
1905'te özel görelilik teorisini açıkladıktan hemen sonra, Einstein bu göreli çerçeveye kütleçekimini nasıl dahil edeceğine dair fikir yürütmeye başladı. 1907 yılında serbest düşen bir gözlemciyi ele alan basit bir düşünce deneyinden yola çıkarak, kütleçekimin göreli teorisi üzerine sekiz yıl sürecek bir araştırmaya başladı. Birçok denemenin ardından, bugün Einstein alan denklemleri olarak bilinen çalışmasını sonlandırarak, Kasım 1915'te 'nde sundu. Bu denklemler Einstein'ın kuramının çekirdeğini oluşturur ve herhangi bir maddenin uzay ve zamanı nasıl etkilediğini belirler.
Einstein alan denklemleri doğrusal olmayan ve çözümü oldukça zor olan diferansiyel denklemlerdir. Einstein, başlangıçta kuramını öngörüye dayanarak biçimlendirmişti. Ancak çok zaman geçmeden 1916 yılında, astrofizikçi Karl Schwarzschild Einstein alan denklemlerinin ilk kesin ve sıfırdan farklı çözümünü bulmayı başardı. Bu çözüm Schwarzschild metriği olarak adlandırılır.
Schwarzschild metriği ile, kütleçekimsel içe çökmenin son evrelerinin, yani bugün bilinen adıyla karadeliklerin tanımının temelleri ortaya koyulmuştur. Aynı yıl Schwarzschild çözümünün elektrik yüklü cisimler için genelleştirilmiş çözümü olan Reissner–Nordström çözümüne ulaşıldı. Bugün bu çözüm elektrik yüklü karadelikler için kullanılmaktadır.
1917'de Einstein, kuramını, evrenin bütününe uygular ve göreli kozmolojinin temelini atar. Genel göreliliğin öngörüsü evrenin genişlemekte ya da büzülmekte olduğu iken, Einstein evrenin durağan olduğunu düşünmüştür ve bunu sağlamak için orijinal alan denklemlerine kozmolojik sabit olarak adlandırdığı yeni bir değişken ekler.
Ancak 1929'da Hubble, evrenin durağan olmadığını, uzak gökadaların tayfının kırmızıya kaydığını buldu. Friedmann 1922'de yaptığı çalışmada genişleyen evren modelini kozmolojik sabit kullanmaksızın ortaya koymuştur. Lemaître bu çözümü Büyük patlama'nın ilk modelini formüle etmek için kullanmıştır. Evrenin genişlediğine dair gözlemlerden sonra Einstein, kozmolojik sabiti, "hayatının en büyük hatası" olarak tanımlar.
Bu süre zarfında genel görelilik merak uyandıran bir kuram olarak kalır. Özel göreliliğin yasaları ile uyumlu olması ve Newton kuramının açıklayamadığı bazı etkilere cevap getirmesi nedeniyle açıkça Newtonsal kütleçekime karşı bir üstünlüğü vardır. 1915'te kuramının (Merkür'ün günberi devinimi) sorununa isteğe bağlı değişkenler kullanmadan nasıl açıklık getirdiğini, Einstein bizzat kendisi açıklamıştır. 1919'da Eddington tarafından yönetilen bir keşif, 29 Mayıs 1919 tarihindeki tam güneş tutulması sırasında yıldız ışığının güneş tarafından aynı genel göreliliğin öngördüğü şekilde büküldüğünü doğrulamış ve bu, Einstein'ın ününü daha da arttırmıştır. Ancak kuram, altın çağını 1960 ve 1975 yılları arasında yaşamış ve ancak bundan sonra teorik fiziğin ana dallarından biri olarak kabul görmüştür.
Klasik mekanikten genel göreliliğe
Genel göreliliği iyi anlamanın yolu klasik mekanik ile benzerliklerini ve farklılıklarını gözden geçirmektir. Öncelikle klasik mekaniğin ve Newton'un kütleçekim yasasının geometrik bir şekilde tanımlanabileceği bilinmelidir. Bu tanım özel göreliliğin yasaları ile birleştirilerek, genel göreliliğin yasaları becerikli bir fizikçi tarafından türetilebilir.
Newton kütleçekiminin geometrisi
Klasik mekaniğin özünde, bir cismin hareketinin serbest (ya da ivmeli) hareketinin ve bu serbest hareketten sapmaların bileşimi yatar. Bu sapmalar cisme etkiyen dış kuvvetlerin varlığından kaynaklanır ve kuvvetin tanımı Newton'un ikinci yasası ile verilmiştir. İkinci yasa bir cisme etkiyen net kuvvetin cismin eylemsiz kütlesi ve ivmesinin çarpımı kadar olacağını söyler. Cismin tercih edeceği eylemsiz hareket, uzay ve zamanın geometrisine bağlıdır: Standart olarak klasik mekaniğin konuşlanma sistemlerinde serbest hareket yapan cisimler düz çizgiler boyunca sabit hızla hareket ederler. Günümüz terminolojisinde, cisimlerin eğri uzayzamandaki bu yollarına jeodezik denilmektedir. Aksine bir zaman koordinatının yanı sıra, gözlemleyerek ve dış kuvvetleri (elektromanyetizma ve sürtünme gibi) tolerans ederek tanımlanan eylemsiz hareketlerin uzayın geometrisini belirlemek için kullanılması beklenilebilir. Fakat yerçekimi devreye girer girmez bir belirsizlik oluşur. Newton'un evrensel kütleçekim yasası ve bağımsız doğrulanan ve onun ardıllarına göre, serbest düşüşün bir evrenselliği vardır. (ayrıca eylemsiz ve pasif yerçekimsel kütlenin evrensel eşitliği ya da zayıf eşdeğerlik ilkesi olarak da bilinir): serbest düşüş halindeki yörüngesi sadece pozisyonuna ve ilk hızına bağlıdır fakat materyal özelliklerine bağlı değildir. Bunun basitleştirilmiş versiyonu Einstein’ın asansör deneyinde, sağ tarafta gösterilen figürde, somutlaştırılır. Küçük kapalı bir odadaki bir gözlemci için odanın kütleçekimsel alanda durağan ya da kütleçekimine eşit kuvvet üreten ve ivmelenen bir rokette boş uzayda olup olmadığına aşağı bırakılan bir cisim gibi yörüngelerini haritalayarak karar vermek mümkün değildir.
Serbest düşüşün evrenselliği göz önünde tutulursa eylemsiz hareket ile kütleçekimsel kuvvet etki altındaki hareket arasında gözlemlenilebilir fark yoktur. Bu kütleçekimi etkisi altında serbest düşüş yapan cisimler olarak adlandırılan eylemsiz hareketin yeni bir sınıfının tanımını destekler. Tercih edilmiş hareketlerin yeni sınıfı ayrıca matematik terimleri ile uzayın ve zamanın geometrisini açıklar.Bu bir kütleçekimsel potansiyelin değişim derecesine bağlı olan özel bağlantı ile ilişkili jeodezik bir harekettir. Bu yapıdaki uzay hala tipik bir Öklit geometrisine sahiptir. Fakat uzay zaman bir bütün olarak daha karışıktır. Farklı test parçacıklarının serbest düşüş yörüngelerini takip eden basit bir düşünce deneyi kullanarak gösterilebileceği üzere, bir parçacığın hızını gösterebilen uzay zaman vektörlerinin (zaman vektörleri gibi) taşınmasının sonucu parçacığın yörüngesine göre değişiklik gösterecektir; matematiksel konuşmak gerekirse Newtonsal ilişkisi . Bundan uzay zamanın eğri olduğu sonucu çıkarılabilir. Sonuç sadece eşdeğişken (kovaryant) kavramları kullanan Newton kütleçekiminin geometrik bir denklemlendirilmesidir, yani herhangi bir koordinat sisteminde geçerli olan bir tanımdır. Bu geometrik tanımda gelgit etkileri (serbest düşüş halindeki cisimlerin göreceli ivmesi) kütlenin varlığının geometriyi nasıl değiştirdiğini gösteren bağlantının türevi ile ilişkilidir.
Göreli Genelleme
Geometrik Newton yerçekimi ne kadar ilgi çekici olsa da temeli olan klasik mekanik, sadece (özel) göreli mekaniğin sınırlayıcı bir durumudur. Kütleçekiminin ihmal edilebileceği simetri dilinde klasik mekanikteki fizik Galile değişmezliği yerine genel görelilikte olduğu gibi . (Genel göreliliği tanımlayan simetri ayrıca öteleme ve dönmeyi içeren Poincaré grubudur). İkisi arasındaki farklılık ışık hızına yaklaşan hızlarda ve yüksek-enerji durumlarında uğraştığımızda daha fazla öneme sahip olur.
Lorentz simetrisi ile ilave yapılar devreye girer. Bunlar ışık konileri grubu (sol taraftaki resim) ile tanımlanırlar. Işık konileri nedensel bir yapı oluştururlar: her A olayı için prensipte ya etkileyen ya da sinyal yolu ile ya da ışıktan fazla hızlı yol almasına gerek olmayan etkileşimlerden (resimdeki B olayında olduğu gibi) etkilenen olaylar topluluğu vardır ve böyle bir etki için olaylar topluluğu mümkün değildir. (resimdeki C olayında olduğu gibi) Bu gruplar gözlemciden bağımsızdır. Serbest düşüş yapan parçacıkların hayat çizgisi ile bağlantılı olarak ışık konileri uzay zamanın yarı Riemannian metriğini tekrar oluşturması için kullanılabilir, en azından pozitif bir sayısal faktöre bağlı olarak. Matematik terimlerinde bir tanımlar.
Özel görelilik kütleçekimi yokluğunda tanımlanır. Bu yüzden pratik uygulamalar için ne zaman kütleçekimi ihmal edilebilirse edilsin bu uygun bir modeldir. Eğer yerçekimini dahil eder ve serbest düşüsün evrenselliğini varsayarsak bir önceki bölümdeki benzer bir düşünce uygulanır: evrensel eylemsiz çerçeveler yoktur. Bunun yerine serbest düşüş yapan parçacıkların yanı sıra hareket eden yaklaşık olarak eylemsiz çerçeveler vardır. Uzay-zaman diline çevrilirse, kütleçekimi serbest bir eylemsiz çerçevesi tanımlayan düz zaman çizgileri birbirine göre eğilmiş çizgilere dönüşür (kütleçekiminin dahil edilmesinin uzay zaman geometrisinde bir değişiklik gerektirdiğini farz edersek).
Serbest düşüşteki yeni kısmi çerçevelerin özel görelilik yasalarının (teori ışığın yayılımına dayalıdır ve bu yüzden elektromanyetizmaya da bağlıdır) uygulandığı referans çerçeveleri ile uyuşup uyuşmadığı açık değil. Fakat özel göreli çerçeveler hakkında farklı varsayımlar kullanarak (dünyada sabit olmaları ya da serbest düşüşte olmaları gibi) kütleçekimsel kırmızıya kayma tahminleri türetilebilir. Kütleçekiminden dolayı kırmızıya kayma ışığın yerçekimsel bir alana doğru yayılırken frekansının değişmesidir. Gerçek ölçümler serbest düşüş çerçevelerinde ışığın özel görelilikte olduğu gibi yayıldığını gösterir. Serbest düşüş (ve dönmeyen) çerçeve referanslarındaki özel görelilik yasası ile adlandırılan durumun genelleştirilmesi (Einstein'in eşitlik ilkesi) olarak bilinir. (özel-göreli fiziği kütleçekimini içerecek şekilde genelleştirmek için çok önemli yol gösterici bir ilkedir.)
Aynı deneysel bilgiler yerçekimsel bir alanda saatlerle ölçülen zaman özel görelilik kurallarını takip etmez. Uzay zaman geometrisi dilinde Minkowski metriği ile ölçülmez. Newtonsal durumda olduğu gibi bu daha fazla genel bir geometriyi akıla getirir. Küçük ölçeklerde serbest düşüşteki bütün çerçeve referansları eşittir ve yaklaşık olarak Minkowakiandır. Bu yüzden Minkowski uzayının eğri bir genelleştirilmesi ile uğraşmıyoruz. Geometriyi özellikle açıların ve uzunlukların nasıl ölçüldüğünü tanımlayan özel göreliliğin Minkowski metriği değildir. olarak bilinen bir genellemedir. Hatta her Reimannian metriği doğal olarak özel bir bağlantı türü ile ilişkilidir, ve aslında eşitlik ilkesini karşılayan ve uzayı Minkowskian yapan bir bağlantıdır. (uygun yerel bir eylemsiz koordinatlarda metrik Minkowskiandır ve kısmi türevleri ve bağlantı katsayıları sıfır olur.)
Einstein'in Denklemleri
Kütleçekiminin göreli geometrik versiyonunun etkilerini formülleştirdikten sonra yerçekiminin kaynağı sorusu geride kalır. Newton yerçekiminde kaynağı kütledir. Özel görelilikte kütle stresin(basınç ve kayma) yanı sıra enerji ve moment yoğunlukları içeren enerji-momentum tensör olarak adrandırılan daha genel bir niteliği çağrıştırır. Eşitlik ilkesini kullanarak bu tensör kolayca eğri uzay zamana genelleştirilir. Analojiyi geometrik Newton yerçekimi ile kaleme alırsak yerçekimi için alan denkleminin bu tensör ve özel bir gelgit etkilerinin sınıfını tanımlayan ile ilgili olduğunu varsaymak doğaldır (ilk başta durağan ve sonra serbest düşüş yapan küçük bir test parçacıkları grubu için hacimdeki değişim). Özel görelilikte enerjinin korunumu (momentum, enerji durumuna karşılık gelir) momentum tensörü ıraksayışı serbesttir. Bu formül ayrıca kısmi türevleri diferansiyel geometride çalışılan olan eğri-manifold karşılıkları ile değiştirerek kolayca eğri uzaya genelleştirilebilir. Bu ek koşul ile enerji-moment tensörünün eğdeğişken ıraksayışı ve bu nedenle denklemin diğer tarafında ne olursa olsun Einstein’in (alan) denklemleri olarak adlandırılan en basit bir takım denklemler:
Einstein'in alan denklemleri
Sol taraftaki Einstein tensörüdür, Ricci tensörünün özel ıraksayışı serbest kombinasyonu ve metriğidir. simetriktir. Özellikle,
eğrilik skalerdir. Ricci tensörü daha genel ile ilgilidir.
Sağ taraftaki, enerji-moment tensörüdür. Bütün tensörler soyut dizin semboller ile yazılır. Gezegen yörüngeleri için teorinin tahminleriyle gözlemlenen sonuçları eşleştirirsek orantı sabiti olarak sabitlenebilir, kütle çekimi sabiti ve ışığın hızıdır. Enerji-momentum tensörünün ortadan kalkması için madde mevcut olmadığında, sonuçlar vakum Einstein denklemleridir,
Tanım ve temel uygulamalar
Bir önceki bölümde bahsedilen türev, inşa modeli için nasıl bir teori kullanılabileceğini açıklayan, fizikteki önemli bir sorunun adresi ve anahtar özelliklerini tanımlayan, genel göreliliği tanımlayabilmek için gerek duyulan bütün bilgileri içerir.
Tanım ve temel özellikler
Genel görelilik yerçekiminin bir metrik teorisidir. Dört boyutlu bir geometri, uzay zamanı belirten pseduo-Reimannian, ile uzay zamanda bulunan enerji-moment arasındaki ilişkiyi tanımlayan Einstein’in denklemleri bir çekirdek gibidir. Kütleçekimi kuvveti (serbest düşüş, orbital hareket ve uzay aracı yörüngeleri gibi) etkisini isnat eden klasik mekanikteki olay, genel görelilikteki uzay zamanın eğik geometrisindeki eylemsiz harekete denk gelir. (nesneleri düz ve doğal yollarından saptıran bir kütleçekimi kuvveti yoktur.) Aslında kütleçekimi uzay ve zamandaki değişikliklerine karşılık gelir- nesnenin doğal bir biçimde takip edebileceği mümkün en düz yolları değiştirir. O halde eğiklik maddenin enerji- momentumundan dolayı oluşur. John rölativist Archibald Wheeler’ e göre uzay zaman maddeye nasıl hareket edeceğini söyler, madde uzaya nasıl bükeceğini söyler.
Genel görelilik, klasik fiziğin skaler kütleçekimi potansiyelini simetrik bir iki-kademeli tensör ile değiştirirken, ikincisi bazı sınırlayıcı durumlarda birincisine indirgenir. ve ışığın hızına göre yavaş hız için teorinin tahminleri Newton’un evrensel kütleçekimi yasasını birleştirir.
Tensörleri kullanarak oluşturulduğu üzere, genel görelilik genel kovaryansı gösterir. Yasaları (ve genel göreli çerçeve içinde formüle edilen diğer yasalar) tüm koordinat sistemlerinde aynı biçimi alır. Ayrıca, teori herhangi bir değişmez geometrik arka plan yapısı içermez, yani arka plandan bağımsızdır. Böylece göreliliğin daha katı bir genel ilkesini, yani fizik yasalarının tüm gözlemciler için aynı olduğu ilkesini karşılar. olarak, eşdeğerlik ilkesinde ifade edildiği gibi, uzay-zaman Minkowskiyen'dir ve fizik yasaları yerel sergiler.
Model oluşturma
Genel göreli model oluşturmanın ana fikri Einstein’in denklemlerinin bir çözümünden gelir. Einstein’in denklemleri ve maddenin özellikleri için uygun denklemlere göre böyle bir çözüm spesifik bie yarı-Riemmannian kopyası (genellikle spesifik koordinatlarda metrik vererek tanımlanan) ve spesifik o kopyada tanımlanan madde alanlarından oluşur. Madde ve enerji Einstein’in denklemlerini sağlamalıdır, bu yüzden özellikle maddenin enerji-moment tensörü ıraksaması sabit olmalıdır. Tabii ki madde ayrıca herhangi ek denklemleri de sağlamalıdır. Kısacası, böyle bir çözüm genel göreliliğin yasalarını tatmin eden bir modeldir ve mümkün olduğunca herhangi maddeyi ele alan ilave yasalar ortaya konulabilir.
Einstein’in denklemleri doğrusal olmayan kısmi diferansiyel denklemlerdir ve çözümü de zordur. Yine de, sadece birkaçı direkt fiziksel uygulamalara sahip olsa da, birkaç tamı tamına doğru çözümleri vardır. Bilinen en iyi tam çözümleri ve ayrıca fizik görüşü açısından en ilgi çekici olanları Schwarzschild çözümü, Reissner-Nordström çözümü ve (başka bir boş uzayda her biri kara cismin belirlenmiş bir türüne karşılık gelir) ve ve (her biri genişleten bir kozmosu tanımlar). Büyük teorik görüşünün tamı tamına çözümleri (eğri uzay zamanlarda, zaman yolculuğunun merak uyandırıcı bir olasılığına açık), (homojen fakat eşyönsüz bir evren) ve (son zamanlarda (Maldacena ikiliği) ile ön planda olan) içerir.
Tam çözümleri bulmadaki zorluk durumunda bilgisayarda integral ile ya da asıl çözümlerin küçük sapmalarını düşünerek Einstein’in alan denklemleri ayrıca sık sık çözülür. Numarasal göreli alanlarda, iki çarpışan kara delik gibi Einstein’in ilginç durumlarda denklemlerini çözmek için ve uzay zaman geometrisini benzeştirmek için güçlü bilgisayarlar kullanılır. Özellikle yeterli bilgisayar kaynakları ile bu metotlar herhangi bir sisteme uygulanabilir ve yalın tuhaflıklar gibi temel problemlere çözüm kazandırabilir. Doğrusallaşmış kütleçekimi ve genelleştirilmesi, post-Newton genişlemesi, gibi sapma teorileri ile yaklaşık sonuçlar bulunabilir. Işığa kıyasla yavaşça hareket eden bir madde dağılımı içeren uzay zamanın geometrisi için çözümde ikincisi sistematik bir yaklaşım sağlar. Genişleme terimlerin bir serisini içerir; ikinci terimler genel görelilik yüzünden Newton’un teorisine daha az düzeltmeleri gösterirken, birinci terimler Newton yerçekimini gösterir. Bu genişlemenin büyümesi alternatif teoriler ile genel göreliliğin tahminleri arasında nicel kıyaslamalara olanak sağlayan parametre edilmiş post-Newton’ dur.
Einstein’in teorisinin sonuçları
Genel görelilik birçok fiziksel sonuçlara sahiptir. Bazıları direkt teorinin aksiyomlarından takip eder, bazıları ise sadece Einstein’in ilk yayını olan 90 yıllık araştırmaları ile açıklığa kavuşur.
Kütleçekimsel zaman genişleşmesi ve frekans kayması
Eşdeğerlik ilkesinin geçerli olduğunu varsayarsak, zamanın akışını kütleçekimi etkiler. Kütleçekimi haznesine gönderilen ışık maviye kayar ve diğer yönden gönderilen(kütleçekimi haznesinden çıkan) ışık kızıla kayar; bu iki etkiler kütleçekimi ile frekans kayması olarak adlandırılır. Daha genel olarak, uzakta olan yerler ile karşılaştırıldığında büyük bir cismin yanında işlem daha yavaş gerçekleşir; bu etki kütleçekimsel zaman genişlemesi olarak bilinir.
Kütleçekimsel kırmızıya kayma laboratuvarda ve astronomik gözlemlerle ölçülmüştür. Küresel Konumlama Sistemi operasyonunun bir yan etkisi karşıladığı halde, dünyanın kütleçekimi alanındaki kütleçekimsel zaman genleşmesi kullanılarak ölçülmektedir. Bütün sonuçlar genel görelilik ile uyuşmaktadır. Fakat doğruluğun geçerli seviyesinde bu gözlemler eşiklik ilkesinin geçerli olduğu genel görelilik ve diğer teoriler arasındaki farkı ayırmaz.
Işık sapması ve kütleçekimsel zaman gecikmesi
Genel görelilik, ışığın yolunun bir yıldızın yakınından geçerken uzay-zamanın eğriliğini izleyeceğini öngörür. Bu etki, yıldızların veya uzak kuasarların ışığının Güneş'ten geçerken saptığının gözlemlenmesiyle doğrulandı.
Bu ve ilgili tahminler, ışığın ışık benzeri veya boş jeodezik olarak adlandırılan şeyi takip ettiği gerçeğinden kaynaklanmaktadır (klasik fizikteki ışığın hareketine doğru olan düzgün çizgilerin bir genelleştirilmesi). Bu tür jeodezikler özel görelilikteki ışık hızı sabitinin genelleştirilmeleridir. Uygun uzay zaman modelleri (ya dış Schwarzschild çözümü ya da tek bir kütleden fazlası için Newton-sonrası açılımlar) açıklandığı üzere, yerçekiminin ışığın ortaya dağılmasındaki birçok etkileri. Serbest düşüşün evrenselliğini ışığa vererek ışığın bükülmesi türetebildiği halde, bu tür hesaplamalardan sonuçlanan ışının sapması sadece genel görelilik tarafından verilen değerin yarısıdır.
Kütleçekimsel zaman gecikmesi ışığın sapması ile yakından ilgili olduğu için kütleçekimsel bir alana doğru ışık sinyallerinin hareket etmesi alan yokluğundakilere göre daha uzun sürer.bu tahmin için çok fazla başarılı testler yapılmaktadır. parametre edilmiş post-Newtoncu biçimcilikte ışığın sapmasının ve kütleçekimsel zaman gecikmesinin ölçümleri kütleçekiminin uzayın geometrisi üzerindeki etkisini şifreleyen γ ile adlandırılan bir parametreyi belirler.
Yörüngesel etkiler ve göreliliğin yönü
Temel metin:
Yörüngesel cisimler konusundaki birçok tahminler açısından genel görelilik klasik mekanikten farklıdır. Gezegensel yörüngelerin tam bir dönüşünü tahmin eder. (kütleçekimsel dalgaların emilimi ve göreliliğin yönü ile ilgili etkilerin neden olduğu yörüngesel gecikmelerde olduğu gibi)
Apsislerin devinimi
Genel görelilikte herhangi bir yörüngenin apsisi (yörüngesel hareket eden bir cismin sistemin kütlesinin merkezine en yakın olduğu yer) devinecektir- yörünge eliptik değildir fakat odağına göre dönen bir elipse benzer(gül eğimi gibi bir şekil ile sonuçlanır (resmi gör)). Einstein ilk olarak yörüngesinde hareket eden bir cisme bir test parçacığı gibi davranarak ve Newton limitini gösteren yaklaşık bir metrik kullanarak bu sonucu çıkardı. Urbain Le Verrier tarafından 1859 da keşfedilen Merkür gezegeninin anormal günberi değişiminin açık bir açıklamasını veren teorisi onun için kütleçekimsel alan denklemlerinin doğru halini tanımladığı önemli bir kanıttı. Tam tamına Schwarzschild metriği (uzay zamanı küresel bir kütle etrafında tanımlayan) ya da daha gele post-Newton biçimciliği kullanarak etki ayrıca türetebilir. Bu durum, bir cismin kütleçekiminin öz enerjine katkısı (Einstein’in denklemlerinin doğrusal olmayışlığında şifrelenen) ve kütleçekiminin uzayın geometrisindeki etkisinden dolayıdır. Kesin devinim ölçümleri sağlayan bütün gezegenler (Merkür, Venüs ve Dünya) için göreli devinim gözlenmektedir.
Yörüngesel gecikme
Yörünge gecikmesi Genel göreliliğe göre, ikili sistem enerji kaybederken yerçekimsel dalgaları emecektir. Bu kayıp yüzünden iki yörüngesini izleyen iki cisim arasındaki mesafe azalır ve bu yüzden yörüngesel periyotları da azalır. ya da sıradan çift yıldızlar için etki çok az gözlemlenebilir. İki yörüngesel hareket yapan nötron yıldızları (birisi pulsardır) yakın bir çift pulsar için değildir; pulsardan Dünyadaki gözlemciler, yörüngesel periyodun ölçümlerini sağlayan ve yüksek doğruluğa sahip saat gibi görev yapabilen düzenli bir radyo bakliyatlarını alabilirler. Nötron yıldızları çok yoğun olduğu için enerjinin önemli bir miktarı kütleçekimsel radyasyon olarak salınır.
Yerçekimsel dalgaların salınması yüzünden yörüngesel periyotlarındaki azalmanın ilk gözlemi 1974'te keşfedilen çift pulsarı kullanarak ve tarafından yapıldı. 1993 kazandıkları yerçekimsel dalgaların ortaya çıkımı bir ilkti. O zamandan beri birçok diğer pulsarlar bulundu; özellikle çift pulsarı.
Jeodezik devinim ve çerçeve sürüklenmesi
Birçok göreli etkiler yönün göreliliği ile direkt bağlantılıdır. Biri jeozdezik devinimdir: eğik uzay zamanda serbest düşüşteki bir jiroskobun yönünün ekseni, böyle bir jiroskop mümkün olduğunca kararlı bir biçimde bir yolu sürdürmenin yolunu gösterdiği halde uzak yıldızlardan gelen ışığın yönü ile karşılaştırıldıkça değişecektir. () Ay-Dünya sistemi için bu etki ayla ilgili lazer değişimleri yardımı ile ölçülmektedir. Daha yaygın olarak, % 0.3 den daha iyi bir hassasiyet ile uydusunda test kütleleri için ölçülmektedir.
Dönen bir kütlenin yanında çerçeve sürüklenmesi etkisi adında etkiler vardır. Uzak bir gözlemci kütleye yakın cisimler sürükleneceğini saptayacaktır. Bu aşırı dönen kara delikler içindir. (sıcak bir alana giren herhangi bir cisim için dönme kaçınılmazdır) Bu tür etkiler serbest düşüşte jiroskopların yönelimi üzerindeki etkileri ile tekrar test edilebilir. Az çok tartışmaya açık testler uyduları kullanarak yapılmaktadır. ayrıca Mars üzerine incelemesi kullanılmaktadır.
Astrofizik uygulamaları
Temel metin: Kütleçekimi ile ışığın sapması astronomik olayın yeni bir sınıfının sorumludur. Eğer ağır bir cisim astronom ile uygun kütleli ve göreli mesafeli uzak hedef bir etkiler arasına yerleştirilir ise astronom hedefin birçok saptırılmış görüntülerini görecektir. Bu tür etkiler kütleçekimsel lens olarak bilinir. Görünüşe ve kütle dağılımına dayanarak iki ya da ikiden fazla görüntüleri olabilir, parlak çember olarak bilinir. En eski örneği 1979 yılında keşfedildi ve o zamandan beri yüz den fazla kütleçekimsel lensler gözlemlendi. Çözülebilmesi için birçok görüntüler birbirlerine yakın olsa bile etki hala ölçülebilir. (birçok mikro lens olayları gözlemlenmektedir)
Kütleçekimsel lens gözlemsel astronomide gelişmektedir. Kara deliğin varlığını ve yayılımını göstermek için kullanılır. (uzak galaksileri gözlemlemek için doğal bir teleskop sağlar ve bağımsız tahminini elde etmeye katkıda bulunur) Lens bilgilerinin statiksel değerlendirmeleri galaksilerin yapısal evrimine değerli bir anlayış katar.
Kütleçekimsel dalga astronomisi
Çift pulsarların gözlemleri kütleçekimsel dalgaların varlığı için güçlü dolaylı bir kanıt sağlar. (yukarıdaki gör) Fakat kozmosun derinliklerinden bize ulaşan kütleçekimsel dalgalar direkt olarak algılanmamıştır. Görelilikle ilgilenen araştırmacıların temel amacı böyle bir buluştur. Birçok kütleçekimsel dalga buluşları denenmektedir ve en önemlisi ferrometrik detektörlerdir: , LIGO (iki detektör), ve . Çeşitli zamanlama okları 10−9 -10−6 Hertz frekansları aralığındaki kütleçekimsel dalgaları(çift çok ağır kara deliklerin oluşturduğu) algılamak için milisaniye pulsarları kullanır. Avrupalı uzay detektörü sürekli gelişme aşamasındadır. (başlangıcı 2015 e kadar olan haberci bir görev ile) Kütleçekimsel dalgaların gözlemleri gözlemleri tamamlamaya garanti verir. Kara delikler ve nötron yıldızları, beyaz cüceler, süpernova patlamalarının türleri hakkında bilgi vermeleri beklenir.
Kara delikler ve diğer yoğun cisimler
Bir cismin kütlesinin yarıçapına oranı yeterince büyük olduğu zaman genel görelilik bir kara deliğin(hiçbir şeyin, ışığın bile kaçamadığı düşünülen) oluşumunun kaçabileceğini ileri sürer. Son zamanlarda kabul edilmiş 1.4 güneş kütleleri civarında nötron yıldızları, yıldızımsı kara delikler ve yıldız evrimi modelleri, büyük kütleli yıldızların gelişimi için final durum olduğu düşünülür. Genellikle bir galaksi merkezinde birkaç milyonluk güneş kütleye sahip bir süper kütleli kara deliğe sahiptir.
Astronomik olarak yoğun cisimlerin kütleçekimsel enerjiyi elektromanyetik radyasyona çeviren fevkalade mekaniği, onlara en önemli özelliğini katar. Gaz maddelerin ya da tozun yıldız ya da süper kütleli kara deliklere düşüşü göz alıcı bir şekilde ışıldayan bazı cisimler için sorumlu olduğu düşünülür. (oldukça galaksi ile ilgili yıldız boyutundaki cisimler(mikro yıldızımsı gökcisimleri gibi) üzerindeki aktif çekirdeğin farklı türleri) Özellikle, yığılma yaklaşık ışık hızı ile uzaya fırlatılmış yüksel enerjili parçacıkların ışınlarına odaklı göreli jetlere neden olabilir. Genel görelilik bütün bu olayları modellemede merkez bir rol oynar ve gözlemler teori ile tahmin edilen kara deliklerin varlıkları için güçlü bir kanıt sağlar. Kara delikler ayrıca kütleçekimsel dalgalar için olan araştırmalarda amaçlarında tebliğ içindedir. İkili kara deliği birleştirme Dünyadaki detektörlere ulaşan en güçlülerden bazı yerçekimsel dalga sinyallerini takip etmelidir ve birleşmeden direkt önceki safha, birleşme olaylarının mesafesini azaltmak için bir standart mum olarak kullanılabilir. Bu yüzden uzak mesafelerde kozmik genişlemenin araştırması olarak hizmet eder.
Kozmoloji
Kozmolojinin geçerli modelleri Λ içeren Einstein’in alan denklemelerine dayanır çünkü kozmosun büyük ölçekli dinamiğine büyük etkisi vardır.
. Bu ileri denklemlerin eş yönlü ve homojen çözümleri, , daha evvel 14 milyon yıl süreyi aşkın gelişen bir evreni modellemeye fizikçiler için olanak sağlar. Astronomik gözlemlerle birkaç parametreler(mesela evrenin madde yoğunluğu) sağlandıktan sonra ilaveten gözlemlenen veriler modelleri test etmek için kullanılabilir. Tahminler, ilkel nükleosentez, evrenin yüksek ölçekli yapısı, periyodunda oluşan ilk kimyasal elementlerin bolluğunu ve varlığını ve termal bir ekodan özelliklerini içerir. () Kozmolojik genişleme oranının astronomik gözlemleri, maddenin doğası gizemli kaldığı halde evrendeki toplam madde miktarının tahmin edilmesini sağlar. Bütün maddelerin yaklaşık %90 ı (kütleye sahiptir fakat elektromanyetik olarak etkilemez ve bu yüzden direkt gözlemlenemez) Ana hatlarıyla bu yeni tür maddenin parçacık fiziği çatısında kabul edilmiş bir tanımı yoktur. Uzak kızıla kayma incelemelerinden gözlemlenen kanıtlar ve özgeçmiş kozmik radyasyonun ölçümleri ayrıca kozmik genişlemenin ivmelenmesine ya da karanlık enerjiye neden olan kozmolojik sabitinden önemli derecede evrenin gelişiminin etkilendiğini gösterir. Yaklaşık saniye kozmik zamanında güçlü hızlandırılmış genişlemenin enflasyon safhası adlı yeni bir faz 1980 yılında klasik kozmolojik modeller ile açıklanamayan birkaç karışık gözlemlerin yararına varsayılmıştır. Son günlerdeki kozmik özgeçmiş radyasyonunun ölçümleri bu senaryo için ilk kanıtla sonuçlandı. Fakat geçerli gözlemler ile sınırlanamayan mümkün enflasyon senaryolarının şaşırtıcı bir çeşitliliği vardır. Enflasyon safhasına öncü ve büyük patlama tuhaflığını tahmin eden klasik modellere yakın en erken evrenin fiziği daha geniş bir sorudur. Otoriter cevap henüz geliştirilmemiş olan kuantum kütleçekimi teorisine gerek vardır.
İleri kavramlar
Global geometri ve sebep gösteren yapı
Genel görelilikte bir ışığın titreşimine hiçbir şey yetişemez ya da yakalayamaz. Işık A dan X e gönderilmeden A olayından hiçbir etki diğer X yerine ulaşamaz. Neticede bütün ışık hayat çizgilerinin (geçersiz jeodezik) keşfi uzay zamanın nedensel yapısı hakkında ana bilgiler verir. Bu yapı sınırlı bir haritaya oturtmak için uzayın sonsuz geniş alanları ve sonsuz zaman aralıklarının daraltılmış olduğu kullanarak gösterilebilir. (ışık hala standart uzay zaman diyagramlarında olduğu gibi köşegenlere doğru hareket eder)
Nedensel yapının öneminin farkına varan Roger Penrose ve diğerleri neyin evrensel geometri olarak bilindiğini geliştirdiler. Evrensel geometride çalışmanın amacı Einstein’in denklemlerinin belli bir çözümü değildir. Bunun yerine bütün jeodezikler için doğru olan ilişkiler ( gibi) ve maddenin doğası (genelde enerji koşulları kalıbında kullanılır) hakkında özel olmayan varsayımlar genel sonuçları türetmek için kullanılır.
Ufuklar
Temel metin: ve
Evrensel geometriyi kullanarak bazı uzay zamanlar ufuklar olarak adlandırılan ve bir bölgeyi uzay zamanın geri kalanından ayıran, sınırları dâhil etmek için gösterilebilir. En iyi bilinen örnekleri kara deliklerdir: eğer kütle uzayın yeterince yoğun bir bölgesinde sıkıştırılırsa(ilgili ölçek uzunluğu , halka hipotezi olarak tanımlı) içeriden dışarıya ışık çıkamaz. Bir ışık titreşimini hiçbir cisim geçemediği için içteki bütün madde de hapsolmuştur. Dışarıdan içeriye geçiş hala mümkündür. (bu da kara deliğin ufku yani sınırının fiziksel bir engel olmadığını gösterir)
Kara deliklerin eski çalışmaları Einstein’in denklemlerinin açık çözümlerine (özellikle statik bir kara deliği tanımlamak için kullanılan küresel olarak simetrik Schwarzschild çözümü ve dönen statik bir kara deliği tanımlamak ve dönen bir kara deliğin dışındaki bir bölge gibi ilginç özellikleri tanıştıran) simetrik eksenli yapılı güvenildi. Evrensel geometriyi kullanarak sonraki çalışmalar kara deliklerin daha genel özelliklerini gösterdi. Bunlar, enerji, çizgisel moment, açısal moment, belir bir zamandaki yerİ ve elektrik yükünü belirten on bir parametre ile karakterize edilen daha basit cisimlerdir. Bu kara delik eşsizliği teoremi ile belirtilir. (‘’ kara delikler life sahip değildir, bu da insanların saçından bir farkının olmadığını işaret eder)Bir kara delik oluşturmak için çöken kütleçekimsel bir cismin karışıklığına bakmazsak cisim daha basit olur.
Daha önemli bir biçimde benzeyen olarak bilinen yasaların genel bir topluluğu vardır. Mesela kara delik mekaniğinin ikinci yasası (genel bir kara deliğin olay ufkusunun alanı zamanla hiç azalmayacaktır) termodinamik sistemin entropisine benzerdir. Bu, kullanılarak dönen bir kara delikten klasik araçlar ile çıkartılabilen enerjiyi kısıtlar. Kara delik mekaniğinin aslında termodinamik yasasının bir altkümesi olması güçlü bir kanıttır. Bu da kara delik mekaniğinin orijinal yasalarının değişimine neden olur. Mesela kara delik mekaniğinin ikinci yasası termodinamiğin ikinci yasasının bir kısmı olduğu için özelikle entropi artarsa kara deliğin alanının azalması mümkündür. Sıfır sıcaklığa sahip olmayan termodinamik cisimlerde olduğu gibi kara delikler termal radyasyon salabilirler. Kısmen klasik hesaplamalar onların aslında sıcaklık rolü oynayan yeryüzü kütleçekimi ile yapabildiğini gösterir. Bu radyasyon Hawking radyasyonu olarak bilinir.
Ufukların diğer türleri de vardır. Genişleyen bir evrende bir gözlemci, geçmişin bazı bölgelerinin () gözlemlenemeyeceğini ve geleceğin bazı bölgelerinin etkilenmeyeceğini (olay ufku) bulabilir. Minkowski uzayında bile ivmelenen gözlemci tarafından belirtildiğinde, olarak bilinen kısmen klasik bir radyasyon ile ilişkili ufuklar olacaktır.
Tuhaflıklar
Genel göreliliğin diğer genel bir özelliği tuhaflık olarak bilinen uzay zaman sınırlarının görünümüdür. Uzay zaman ışıksı ve zamansı jeodezikleri- serbest düşüşte ışık ve parçacıkların yol alabileceği bütün yollar- takip ederek araştırılabilir. Fakat bazı Einstein’in denklemlerinin sonuçları eksik kenarlara(ışığın ve düşen parçacıkların yolunun beklenmedik bir sona vardığı ve geometrinin tam tamamlanmamış olduğu bölge) sahiptir. Daha ilginç durumlarda bunlar, sonsuza kadar giden gibi uzay zamanın eğikliğini karakterize eden geometrik niceliklerin olduğu eğiklik tuhaflıklarıdır. Hayat çizgisinin bittiği gelecek tuhaflıkları ile uzay zamanın iyi bilinen örnekleri Schwarzchild çözümü(statik ölümsüz bir kara delik içindeki bir tuhaflığı tanımlayan) ya da ölümsüz ve dönen bir kara delik içindeki halka şeklindeki tuhaflıklara sahip Kerr çözümüdür. Evreni tanımlayan ve diğer uzay zamanlar Büyük Patlama isimli hayat çizgisinin başladığı eski tuhaflıklara sahiptir ve bazıları da Büyük Çöküş gibi tuhaflıklara sahiptir. Bu örneklerin fazlaca simetrik olduğu farz edersek (bu yüzlen kolaylaşır) tuhaflıklarının oluşumunun idealleşmenin bir yapaylığı olması caziptir. Evrensel geometrinin metotlarını kullanarak kanıtlanan ünlü tuhaflık teoremleri bunun dışında gerçekçi madde özelliklerine sahip bir maddenin çöküşü, mutlak bir evrede ve genişleyen evrenin geniş bir sınıfının başlangıcında gerçekleştikten sonra, tuhaflıkların genel göreliliğin kapsamlı bir geleceğini söyler. Fakat teoremler, biraz tuhaflıkların özellikleri hakkında ve daha çok kapsamlı yapıların varlıklarını karakterize etmeye adanmış geçerli araştırmalar(hipotezi kurulan isimli örneği) hakkındadır. , bütün gelecek tuhaflıkları (harika bir simetrisi olmayan gerçek özellikli madde) güvenlice ufkunun arkasında saklanır ve bu yüzden bütün uzak gözlemcilere görünmezdir. Henüz düzgün bir kanıt olmamasına rağmen numarasal benzetmeler geçerliliğine destekleyici kanıtlar sunar.
Evrim denklemleri
Temel metin:
Einstein’in denklemlerinin her bir çözümü bir evrenin bütün tarihini kuşatır. (şeylerin nasıl olduğunun sadece anlık bir fotoğrafı değildir; fakat bütün, mümkün ve madde dolu uzay zamandır) Her yerdeki geometrinin ve maddenin durumunu tarif eder. Genel eşdeğişkenlik nedeni ile Einstein’in teorisi kendince metrik tensörünün zaman evrimini saptaması için yeterli değildir. Koordinat koşulu ile birleştirilebilir. (diğer alan teorilerindeki kapsam sabitlemeye benzer) olarak Einstein’in denklemlerini anlamak için onları evrenin evrimini tanımlayan bir yolda formülleştirmek yararlı olacaktır. Bu, uzay zamanın üç uzay boyutları ve bir zaman boyutuna bölündüğü "3+1" ile adlandırılan formüller ile yapılır. En bilinen örneği Bu bozulmalar, genel göreliliğin uzay zaman evrim denklemleri, ilk koşullar belirtildikten sonra iyi huyludur, her zaman vardır ve eşsizce tanımlıdır. Einstein’in alan denklemlerinin böyle formülleştirmeleri numarasal göreliliğin temelidir.
Evrensel ve hemen hemen yerel nitelikler
Evrim denklemlerinin görüşü derinden genel göreli fiziğin diğer yönü ile bağlanmıştır. Einstein’in teorisinde bir sistemin toplam kütlesi ya da enerjisi gibi görünüşte basit görünen genel bir tanım bulmak mümkün değildir. Temel nedeni, herhangi bir fiziksel alan gibi kütleçekimsel alan belli bir enerji ile verilmesidir; fakat o enerjiyi yerelleştirmenin imkânsız olduğunu temel olarak kanıtlar.
Yine de, kuramsal bir sonsuz uzak gözlemci ya da uygun simetrileri kullanarak bir sistemin toplam kütlesini tanımlamanın olasılıkları vardır. Eğer kütleçekimsel dalgalar ile enerjiyi sonsuza taşıyarak sistemin toplam kütlesinden dışarı çıkartırsak sonuç önemsiz sonsuzluktaki Klasik fizikse olduğu gibi kütlelerin pozitif olduğu gösterilebilir. Evrensel tutarlı tanımlar momentum ve açısal momentum için vardır. Ayrıca o sistemi içeren uzayın sonlu bir bölgesinde tanımlanan nitelikleri kullanarak formülleştirilen izole edilmiş bir kütle gibi, hemen hemen yerel nitelikleri tanımlamak için birçok çaba vardır. Çember tahmininin daha hassas bir formülleştirmesi gibi izole edilmiş sistemler hakkındaki genel açıklamalar için, amaç yararlı bir nitelik elde etmektir.
Kuantum teorisi ile ilişki
Eğer genel görelilik, kuantum teorisi, modern fiziğin iki direğinden birisi olarak düşünülürse madde anlayışının temeli diğeridir. Fakat genel görelilik ile kuantum teorisinin fikirlerinin nasıl bağdaştırılacağı hala açık bir sorudur.
Eğri uzay zamanda kuantum alan teorisi
Temel metin: Modern elementsel parçacık fiziğinin temelini oluşturan olağan kuantum alan teorileri, Dünyada bulunan kiler gibi zayıf yerçekimsel alanlarda mikroskobik parçacıkların davranışlarını tanımlarken mükemmel bir yaklaş olan tanımlarlar. Kendisini niceleme ihtiyacı yeterince güçlü olmayan ve maddeyi etkilemen için kütleçekiminin yeterince güçlü olduğu yerdeki durumları tanımlamak için fizikçiler eğik uzay zamanda kuantum alan teorileri formüle ettiler. Bu teoriler, eğik özgeçmiş uzay zamanı tanımlamak için genel göreliliğe dayanır ve o uzay zamandaki kuantum maddesinin davranışını belirlemek için genelleştirilmiş kuantum alan teorisi tanımlar. Bu biçimciliği kullanarak kara deliklerin Hawking radyasyonu olarak bilinen parçacıkların kara cisim spektrumunu yayması gösterilebilir. (Hawking radyasyonu zamanla onların uçup giderek yol olacağı mümkün atını gösterir.) Yukarıdakilerin özeti olarak, bu radyasyon, kara deliklerin termodinamiği için önemli bir rol oynar.
Kuantum kütleçekimi
Temel metin:
Ayrıca gör: İp teorisi, , ve
Tuhaflıkların görünmesinin yanı sıra(eğiklik uzunluk ölçeğinin mikroskobik olduğu zaman) maddenin kuantum tanımı ile uzay zamanın geometrik bir tanımı arasındaki tutarlılık için istek, kuantum kütleçekiminin tam bir teorisine olan ihtiyacı gösterir: kara deliklerin ve erken evrenin içinin yeterli bir tanımı ve kuantum fiziği dilinde uzay zamanın geometrisi ile ilişkili ve kütleçekimi varlığında bir teori için)
Temel etkileşimleri belirten elementsel parçacık fiziğinde kullanılan sıradan kuantum alan teorilerini genelleştirmek için bir girişim, kütleçekimini dâhil etmek için ciddi problemlere neden olur. Düşük enerjilerde bu yaklaşım, kabul edilebilir etkili kütleçekiminin kuantum alan teorisi ile sonuçlanan bir başarıyı kanıtlar. Fakat yüksek enerjilerde sonuçlar bütün kestirimci gücün model yokluğudur. (yeniden normalleştirilemememe)
Bu sınırlamaları yenmek için girişim nokta parçacıkların bir kuantum teorisi olmayan fakat minik bir boyutlu genişlemiş cisimlerin ip teorisidir. Bu teori, kütleçekimini içeren bütün parçacıkların ve etkileşimlerinin birleştirilmiş bir tanımı olacağına umut verir: bilinen üç boyuta ek olarak uzayın ek altı boyutları gibi anormal özelliklerin karşılığını vermek için bedel. İkinci süper ip devrinde ip teorisinin ve süpersimetri ile genel göreliliğin birleşimi M kuramı (tutarlı ve eşsiz tanımlı), kuantum kütleçekimi teorisi olarak bilinen on bir boyutlu model hipotezinin bir bölümünü oluşturduğu varsayıldı.
Diğer yaklaşım kuantum teorisinin standart niceleme işlemi ile başlar. Genel göreliliğin ilk-değer-formülleştirmesini kullanarak sonuç tam tamamlanmamış olan . Fakat ile geleceği parlak kuantum kütleçekimi döngüsü modeli sağlanır. Uzay, fırıl (spin) ağı ile adlandırılan ve farklı adımları zamanla geliştiren ağ gibi bir yapı ile ifade edilir. Genel görelilik ve kuantum teorisinin hangi özelliklerinin kabul edilmiş ve hangi seviye değişikliklerinin tanıştırıldığına bağlı olarak dinamik üçgenleştirme, nedensel diziler, bükücü modeller ya da kuantum kozmolojisinin modellerine bağlı yol integralleri gibi geçerli bir kuantum teorisine ulaşmak için çok fazla başka girişimler vardır.
Bütün aday teoriler hala üstesinden gelinmesi gereken kavramsal ve biçimsel sorunlara sahiptir. Gelecekte parçacık fizik deneyleri ve kozmolojik gözlemler ile sağlanan bilgiler ile işe yarar bir umudun olmasına rağmen kuantum kütleçekimi tahminleri deneysel testlere koymanın henüz bir yolu yoktur. (bu yüzden tahminlerin değişikliğe uğradığı adaylar arasında da karar vermenin bir yolu yoktur.)
Geçerli durumlar
Genel görelilik bugüne kadar birçok kesin gözlemsel ve deneysel testler veren kozmoloji ve kütleçekimi modelinin fazlaca başarılı modelini ortaya çıkarmaktadır. Fakat teorinin tamamlanmadığını gösteren güçlü bulgular vardır. Kuantum kütleçekiminin ve uzay zaman tuhaflıklarının gerçeklikleri sorusu açık kalır. Kara madde ve kara enerji için kanıt olarak alınan gözlemsel bilgiler yeni bir fizik için ihtiyacı gösterir. Genel görelilik ileriki araştırmalar imkânınca zengindir. Matematiksel göreciler Einstein’in denklemlerinin temel özelliklerini ve tuhaflıkların doğasını anlamak için uğraşırlar ve artan bir şekilde güçlü bilgisayar simülasyonları (kara deliklerin birleşmesi gibi) kullanırlar. Kütleçekimsel dalgaların ilk direkt gözlemi için daha güçlü kütleçekimsel alanın geçerliliğini test etmek için fırsatları yaratma umudu ile yarış devam ediyor. Yayınından doksan yıl sonra genel görelilik araştırmaların yüksekçe bir aktif alanı olarak devam eder.
Ayrıca gör
Kaynakça
- ^ "Nobel Prize Biography". Nobel Prize. 23 Haziran 2015 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 3 Ağustos 2012.
- ^ Pais 1982, ch. 9-15, Janssen 2005; birçok orijinal makalenin baskısını içeren, güncel bir koleksiyon Renn 2007; erişilebilir bir genel bakış Renn 2005, ss. 110. Erken dönemde yazılmış bir kilit makale Einstein 1907,Pais 1982, ch. 9. Alan denklemlerini ortaya koyan bir yayın Einstein 1915, Pais 1982, ch. 11–15
- ^ Schwarzschild 1916a, Schwarzschild 1916b ve Reissner 1916 (sonradan burada tamamlanmıştır Nordström 1918)
- ^ Einstein 1917, Pais 1982, ch. 15e
- ^ Hubble'ın orijinal makalesi Hubble 1929; erişilebilir bir genel bakış için Singh 2004, ch. 2–4
- ^ Gamow 1970
- ^ Pais 1982, ss. 253–254
- ^ Kennefick 2005, Kennefick 2007
- ^ Pais 1982, ch. 16
- ^ Thorne, Kip (2003). "Warping spacetime". The future of theoretical physics and cosmology: celebrating Stephen Hawking's 60th birthday. Cambridge University Press. s. 74. ISBN . 31 Mayıs 2013 tarihinde kaynağından . Erişim tarihi: 3 Ağustos 2012., Sayfa 74 özeti 2 Haziran 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde .
- ^ Ehlers 1973, sec. 1
- ^ Arnold 1989, ch. 1
- ^ Ehlers 1973, ss. 5f
wikipedia, wiki, viki, vikipedia, oku, kitap, kütüphane, kütübhane, ara, ara bul, bul, herşey, ne arasanız burada,hikayeler, makale, kitaplar, öğren, wiki, bilgi, tarih, yukle, izle, telefon için, turk, türk, türkçe, turkce, nasıl yapılır, ne demek, nasıl, yapmak, yapılır, indir, ücretsiz, ücretsiz indir, bedava, bedava indir, mp3, video, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, resim, müzik, şarkı, film, film, oyun, oyunlar, mobil, cep telefonu, telefon, android, ios, apple, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, pc, web, computer, bilgisayar
Genel gorelilik teorisi kisaca genel gorelilik 1915 te Albert Einstein tarafindan yayimlanan kutlecekimin geometrik teorisidir ve modern fizikte kutle cekiminin guncel aciklamasidir Genel gorelilik ozel goreliligi ve Newton un evrensel cekim yasasini genellestirerek yercekimin uzay ve zamanin veya dort boyutlu uzayzamanin geometrik bir ozelligi olarak birlesik bir tanimini saglar Ozellikle uzayzaman egriligine maruz kalmis maddenin ve radyasyonun enerjisi ve momentumuyla dogrudan iliskilidir Bu iliski kismi bir diferansiyel denklemler sistemi olan Einstein alan denklemleriyle belirlenir Arka fondaki Samanyolu ile 600 kilometre uzakliktan gorulen 10 gunes kutlesindeki karadelik simulasyonu Genel goreliligin zamanin akisi uzayin geometrisi serbest dusme yapan cisimlerin hareketi isigin yayilimi gibi konulardaki ongoruleri klasik fizigin onermeleri ile belirgin farkliliklar gosterir Kutlecekimsel zaman genislemesi kutlecekimsel merceklenme isigin kutlecekimsel kizila kaymasi bu farkliliklarin ornekleridir Genel goreliligin bugune kadarki tum onermeleri deney ve gozlemler ile dogrulanmistir Her ne kadar genel gorelilik kutlecekimin tek goreli kurami olmasa da deneysel veri ile uyum saglayan en basit teoridir Buna ragmen teorinin hala cevaplayamadigi sorular varligini surdurmektedir Bunlara ornek olarak pioneer anomalisi galaksilerin donus egrisi ve genel gorelilik ile kuantum mekaniginin yasalarinin hangi sekilde bagdastirilarak tamamlanmis kendi icinde tutarli bir kuantum alan kurami yaratilabilecegidir Einstein in teorisinin astrofizige kayda deger etkileri olmustur ornegin buyuk bir yildizin omrunun sonuna yaklastigi bir zamanda icine cokerek karadelik olusturduguna isaret eder Bazi astronomik cisimlerin yaydigi yogun radyasyona karadeliklerin sebep olduguna dair yeterli kanit mevcuttur Ornegin mikrokuasarlar yildiz kaynakli kara delikler ve etkin galaksi cekirdekleri super kutleli kara deliklerin varliklarinin bir sonucu olarak olusurlar Isigin kutlecekim nedeniyle bukulmesi uzaktaki bir astronomik cismin gokyuzunde ayni anda birden fazla yerde goruntusunun belirmesine sebep olan kutlecekimsel merceklenme olarak adlandirilan bir duruma neden olur Genel gorelilik ayni zamanda bugune kadar ancak dolayli olarak gozlenmis olan kutlecekim dalgalarinin da varligini ongormektedir Buna dair dogrudan gozlemlerin yapilmasi LIGO ve NASA ESA Lazer girisimolcer uzay anteni gibi projelerin amaclaridir Tum bunlara ek olarak genel gorelilik evrenin durmaksizin genisleyen modelinin bugunku kozmolojik modelinin temelidir Tarihi1905 te ozel gorelilik teorisini acikladiktan hemen sonra Einstein bu goreli cerceveye kutlecekimini nasil dahil edecegine dair fikir yurutmeye basladi 1907 yilinda serbest dusen bir gozlemciyi ele alan basit bir dusunce deneyinden yola cikarak kutlecekimin goreli teorisi uzerine sekiz yil surecek bir arastirmaya basladi Bircok denemenin ardindan bugun Einstein alan denklemleri olarak bilinen calismasini sonlandirarak Kasim 1915 te nde sundu Bu denklemler Einstein in kuraminin cekirdegini olusturur ve herhangi bir maddenin uzay ve zamani nasil etkiledigini belirler Einstein alan denklemleri dogrusal olmayan ve cozumu oldukca zor olan diferansiyel denklemlerdir Einstein baslangicta kuramini ongoruye dayanarak bicimlendirmisti Ancak cok zaman gecmeden 1916 yilinda astrofizikci Karl Schwarzschild Einstein alan denklemlerinin ilk kesin ve sifirdan farkli cozumunu bulmayi basardi Bu cozum Schwarzschild metrigi olarak adlandirilir Schwarzschild metrigi ile kutlecekimsel ice cokmenin son evrelerinin yani bugun bilinen adiyla karadeliklerin taniminin temelleri ortaya koyulmustur Ayni yil Schwarzschild cozumunun elektrik yuklu cisimler icin genellestirilmis cozumu olan Reissner Nordstrom cozumune ulasildi Bugun bu cozum elektrik yuklu karadelikler icin kullanilmaktadir 1917 de Einstein kuramini evrenin butunune uygular ve goreli kozmolojinin temelini atar Genel goreliligin ongorusu evrenin genislemekte ya da buzulmekte oldugu iken Einstein evrenin duragan oldugunu dusunmustur ve bunu saglamak icin orijinal alan denklemlerine kozmolojik sabit olarak adlandirdigi yeni bir degisken ekler Ancak 1929 da Hubble evrenin duragan olmadigini uzak gokadalarin tayfinin kirmiziya kaydigini buldu Friedmann 1922 de yaptigi calismada genisleyen evren modelini kozmolojik sabit kullanmaksizin ortaya koymustur Lemaitre bu cozumu Buyuk patlama nin ilk modelini formule etmek icin kullanmistir Evrenin genisledigine dair gozlemlerden sonra Einstein kozmolojik sabiti hayatinin en buyuk hatasi olarak tanimlar Bu sure zarfinda genel gorelilik merak uyandiran bir kuram olarak kalir Ozel goreliligin yasalari ile uyumlu olmasi ve Newton kuraminin aciklayamadigi bazi etkilere cevap getirmesi nedeniyle acikca Newtonsal kutlecekime karsi bir ustunlugu vardir 1915 te kuraminin Merkur un gunberi devinimi sorununa istege bagli degiskenler kullanmadan nasil aciklik getirdigini Einstein bizzat kendisi aciklamistir 1919 da Eddington tarafindan yonetilen bir kesif 29 Mayis 1919 tarihindeki tam gunes tutulmasi sirasinda yildiz isiginin gunes tarafindan ayni genel goreliligin ongordugu sekilde bukuldugunu dogrulamis ve bu Einstein in ununu daha da arttirmistir Ancak kuram altin cagini 1960 ve 1975 yillari arasinda yasamis ve ancak bundan sonra teorik fizigin ana dallarindan biri olarak kabul gormustur Klasik mekanikten genel goreliligeGenel goreliligi iyi anlamanin yolu klasik mekanik ile benzerliklerini ve farkliliklarini gozden gecirmektir Oncelikle klasik mekanigin ve Newton un kutlecekim yasasinin geometrik bir sekilde tanimlanabilecegi bilinmelidir Bu tanim ozel goreliligin yasalari ile birlestirilerek genel goreliligin yasalari becerikli bir fizikci tarafindan turetilebilir Newton kutlecekiminin geometrisi Genel gorelilige gore kutlecekim alanindaki bir cisim ile kapali bir kutu icinde ivmelenen bir cisim benzer sekilde davranir Ornegin roketin icindeki gozlemci solda ve Dunya daki gozlemci sagda topun dususunu ayni algilar Bunun sebebi roketin ivmelenmesinin ayni goreli kuvveti yaratmasidir Klasik mekanigin ozunde bir cismin hareketinin serbest ya da ivmeli hareketinin ve bu serbest hareketten sapmalarin bilesimi yatar Bu sapmalar cisme etkiyen dis kuvvetlerin varligindan kaynaklanir ve kuvvetin tanimi Newton un ikinci yasasi ile verilmistir Ikinci yasa bir cisme etkiyen net kuvvetin cismin eylemsiz kutlesi ve ivmesinin carpimi kadar olacagini soyler Cismin tercih edecegi eylemsiz hareket uzay ve zamanin geometrisine baglidir Standart olarak klasik mekanigin konuslanma sistemlerinde serbest hareket yapan cisimler duz cizgiler boyunca sabit hizla hareket ederler Gunumuz terminolojisinde cisimlerin egri uzayzamandaki bu yollarina jeodezik denilmektedir Aksine bir zaman koordinatinin yani sira gozlemleyerek ve dis kuvvetleri elektromanyetizma ve surtunme gibi tolerans ederek tanimlanan eylemsiz hareketlerin uzayin geometrisini belirlemek icin kullanilmasi beklenilebilir Fakat yercekimi devreye girer girmez bir belirsizlik olusur Newton un evrensel kutlecekim yasasi ve bagimsiz dogrulanan ve onun ardillarina gore serbest dususun bir evrenselligi vardir ayrica eylemsiz ve pasif yercekimsel kutlenin evrensel esitligi ya da zayif esdegerlik ilkesi olarak da bilinir serbest dusus halindeki yorungesi sadece pozisyonuna ve ilk hizina baglidir fakat materyal ozelliklerine bagli degildir Bunun basitlestirilmis versiyonu Einstein in asansor deneyinde sag tarafta gosterilen figurde somutlastirilir Kucuk kapali bir odadaki bir gozlemci icin odanin kutlecekimsel alanda duragan ya da kutlecekimine esit kuvvet ureten ve ivmelenen bir rokette bos uzayda olup olmadigina asagi birakilan bir cisim gibi yorungelerini haritalayarak karar vermek mumkun degildir Serbest dususun evrenselligi goz onunde tutulursa eylemsiz hareket ile kutlecekimsel kuvvet etki altindaki hareket arasinda gozlemlenilebilir fark yoktur Bu kutlecekimi etkisi altinda serbest dusus yapan cisimler olarak adlandirilan eylemsiz hareketin yeni bir sinifinin tanimini destekler Tercih edilmis hareketlerin yeni sinifi ayrica matematik terimleri ile uzayin ve zamanin geometrisini aciklar Bu bir kutlecekimsel potansiyelin degisim derecesine bagli olan ozel baglanti ile iliskili jeodezik bir harekettir Bu yapidaki uzay hala tipik bir Oklit geometrisine sahiptir Fakat uzay zaman bir butun olarak daha karisiktir Farkli test parcaciklarinin serbest dusus yorungelerini takip eden basit bir dusunce deneyi kullanarak gosterilebilecegi uzere bir parcacigin hizini gosterebilen uzay zaman vektorlerinin zaman vektorleri gibi tasinmasinin sonucu parcacigin yorungesine gore degisiklik gosterecektir matematiksel konusmak gerekirse Newtonsal iliskisi Bundan uzay zamanin egri oldugu sonucu cikarilabilir Sonuc sadece esdegisken kovaryant kavramlari kullanan Newton kutlecekiminin geometrik bir denklemlendirilmesidir yani herhangi bir koordinat sisteminde gecerli olan bir tanimdir Bu geometrik tanimda gelgit etkileri serbest dusus halindeki cisimlerin goreceli ivmesi kutlenin varliginin geometriyi nasil degistirdigini gosteren baglantinin turevi ile iliskilidir Goreli Genelleme Geometrik Newton yercekimi ne kadar ilgi cekici olsa da temeli olan klasik mekanik sadece ozel goreli mekanigin sinirlayici bir durumudur Kutlecekiminin ihmal edilebilecegi simetri dilinde klasik mekanikteki fizik Galile degismezligi yerine genel gorelilikte oldugu gibi Genel goreliligi tanimlayan simetri ayrica oteleme ve donmeyi iceren Poincare grubudur Ikisi arasindaki farklilik isik hizina yaklasan hizlarda ve yuksek enerji durumlarinda ugrastigimizda daha fazla oneme sahip olur Lorentz simetrisi ile ilave yapilar devreye girer Bunlar isik konileri grubu sol taraftaki resim ile tanimlanirlar Isik konileri nedensel bir yapi olustururlar her A olayi icin prensipte ya etkileyen ya da sinyal yolu ile ya da isiktan fazla hizli yol almasina gerek olmayan etkilesimlerden resimdeki B olayinda oldugu gibi etkilenen olaylar toplulugu vardir ve boyle bir etki icin olaylar toplulugu mumkun degildir resimdeki C olayinda oldugu gibi Bu gruplar gozlemciden bagimsizdir Serbest dusus yapan parcaciklarin hayat cizgisi ile baglantili olarak isik konileri uzay zamanin yari Riemannian metrigini tekrar olusturmasi icin kullanilabilir en azindan pozitif bir sayisal faktore bagli olarak Matematik terimlerinde bir tanimlar Ozel gorelilik kutlecekimi yoklugunda tanimlanir Bu yuzden pratik uygulamalar icin ne zaman kutlecekimi ihmal edilebilirse edilsin bu uygun bir modeldir Eger yercekimini dahil eder ve serbest dususun evrenselligini varsayarsak bir onceki bolumdeki benzer bir dusunce uygulanir evrensel eylemsiz cerceveler yoktur Bunun yerine serbest dusus yapan parcaciklarin yani sira hareket eden yaklasik olarak eylemsiz cerceveler vardir Uzay zaman diline cevrilirse kutlecekimi serbest bir eylemsiz cercevesi tanimlayan duz zaman cizgileri birbirine gore egilmis cizgilere donusur kutlecekiminin dahil edilmesinin uzay zaman geometrisinde bir degisiklik gerektirdigini farz edersek Serbest dususteki yeni kismi cercevelerin ozel gorelilik yasalarinin teori isigin yayilimina dayalidir ve bu yuzden elektromanyetizmaya da baglidir uygulandigi referans cerceveleri ile uyusup uyusmadigi acik degil Fakat ozel goreli cerceveler hakkinda farkli varsayimlar kullanarak dunyada sabit olmalari ya da serbest dususte olmalari gibi kutlecekimsel kirmiziya kayma tahminleri turetilebilir Kutlecekiminden dolayi kirmiziya kayma isigin yercekimsel bir alana dogru yayilirken frekansinin degismesidir Gercek olcumler serbest dusus cercevelerinde isigin ozel gorelilikte oldugu gibi yayildigini gosterir Serbest dusus ve donmeyen cerceve referanslarindaki ozel gorelilik yasasi ile adlandirilan durumun genellestirilmesi Einstein in esitlik ilkesi olarak bilinir ozel goreli fizigi kutlecekimini icerecek sekilde genellestirmek icin cok onemli yol gosterici bir ilkedir Ayni deneysel bilgiler yercekimsel bir alanda saatlerle olculen zaman ozel gorelilik kurallarini takip etmez Uzay zaman geometrisi dilinde Minkowski metrigi ile olculmez Newtonsal durumda oldugu gibi bu daha fazla genel bir geometriyi akila getirir Kucuk olceklerde serbest dususteki butun cerceve referanslari esittir ve yaklasik olarak Minkowakiandir Bu yuzden Minkowski uzayinin egri bir genellestirilmesi ile ugrasmiyoruz Geometriyi ozellikle acilarin ve uzunluklarin nasil olculdugunu tanimlayan ozel goreliligin Minkowski metrigi degildir olarak bilinen bir genellemedir Hatta her Reimannian metrigi dogal olarak ozel bir baglanti turu ile iliskilidir ve aslinda esitlik ilkesini karsilayan ve uzayi Minkowskian yapan bir baglantidir uygun yerel bir eylemsiz koordinatlarda metrik Minkowskiandir ve kismi turevleri ve baglanti katsayilari sifir olur Einstein in Denklemleri Kutlecekiminin goreli geometrik versiyonunun etkilerini formullestirdikten sonra yercekiminin kaynagi sorusu geride kalir Newton yercekiminde kaynagi kutledir Ozel gorelilikte kutle stresin basinc ve kayma yani sira enerji ve moment yogunluklari iceren enerji momentum tensor olarak adrandirilan daha genel bir niteligi cagristirir Esitlik ilkesini kullanarak bu tensor kolayca egri uzay zamana genellestirilir Analojiyi geometrik Newton yercekimi ile kaleme alirsak yercekimi icin alan denkleminin bu tensor ve ozel bir gelgit etkilerinin sinifini tanimlayan ile ilgili oldugunu varsaymak dogaldir ilk basta duragan ve sonra serbest dusus yapan kucuk bir test parcaciklari grubu icin hacimdeki degisim Ozel gorelilikte enerjinin korunumu momentum enerji durumuna karsilik gelir momentum tensoru iraksayisi serbesttir Bu formul ayrica kismi turevleri diferansiyel geometride calisilan olan egri manifold karsiliklari ile degistirerek kolayca egri uzaya genellestirilebilir Bu ek kosul ile enerji moment tensorunun egdegisken iraksayisi ve bu nedenle denklemin diger tarafinda ne olursa olsun Einstein in alan denklemleri olarak adlandirilan en basit bir takim denklemler Einstein in alan denklemleri Gmn Rmn 12Rgmn 8pGc4Tmn displaystyle G mu nu equiv R mu nu textstyle 1 over 2 R g mu nu 8 pi G over c 4 T mu nu Sol taraftaki Einstein tensorudur Ricci tensorunun Rmn displaystyle R mu nu ozel iraksayisi serbest kombinasyonu ve metrigidir Gmn displaystyle G mu nu simetriktir Ozellikle R gmnRmn displaystyle R g mu nu R mu nu egrilik skalerdir Ricci tensoru daha genel ile ilgilidir Rmn Raman displaystyle quad R mu nu R alpha mu alpha nu Sag taraftaki Tmn displaystyle T mu nu enerji moment tensorudur Butun tensorler soyut dizin semboller ile yazilir Gezegen yorungeleri icin teorinin tahminleriyle gozlemlenen sonuclari eslestirirsek oranti sabiti 8pGc4 textstyle frac 8 pi G c 4 olarak sabitlenebilir G displaystyle G kutle cekimi sabiti ve c displaystyle c isigin hizidir Enerji momentum tensorunun ortadan kalkmasi icin madde mevcut olmadiginda sonuclar vakum Einstein denklemleridir Rmn 0 displaystyle R mu nu 0 Tanim ve temel uygulamalarBir onceki bolumde bahsedilen turev insa modeli icin nasil bir teori kullanilabilecegini aciklayan fizikteki onemli bir sorunun adresi ve anahtar ozelliklerini tanimlayan genel goreliligi tanimlayabilmek icin gerek duyulan butun bilgileri icerir Tanim ve temel ozellikler Genel gorelilik yercekiminin bir metrik teorisidir Dort boyutlu bir geometri uzay zamani belirten pseduo Reimannian ile uzay zamanda bulunan enerji moment arasindaki iliskiyi tanimlayan Einstein in denklemleri bir cekirdek gibidir Kutlecekimi kuvveti serbest dusus orbital hareket ve uzay araci yorungeleri gibi etkisini isnat eden klasik mekanikteki olay genel gorelilikteki uzay zamanin egik geometrisindeki eylemsiz harekete denk gelir nesneleri duz ve dogal yollarindan saptiran bir kutlecekimi kuvveti yoktur Aslinda kutlecekimi uzay ve zamandaki degisikliklerine karsilik gelir nesnenin dogal bir bicimde takip edebilecegi mumkun en duz yollari degistirir O halde egiklik maddenin enerji momentumundan dolayi olusur John rolativist Archibald Wheeler e gore uzay zaman maddeye nasil hareket edecegini soyler madde uzaya nasil bukecegini soyler Genel gorelilik klasik fizigin skaler kutlecekimi potansiyelini simetrik bir iki kademeli tensor ile degistirirken ikincisi bazi sinirlayici durumlarda birincisine indirgenir ve isigin hizina gore yavas hiz icin teorinin tahminleri Newton un evrensel kutlecekimi yasasini birlestirir Tensorleri kullanarak olusturuldugu uzere genel gorelilik genel kovaryansi gosterir Yasalari ve genel goreli cerceve icinde formule edilen diger yasalar tum koordinat sistemlerinde ayni bicimi alir Ayrica teori herhangi bir degismez geometrik arka plan yapisi icermez yani arka plandan bagimsizdir Boylece goreliligin daha kati bir genel ilkesini yani fizik yasalarinin tum gozlemciler icin ayni oldugu ilkesini karsilar olarak esdegerlik ilkesinde ifade edildigi gibi uzay zaman Minkowskiyen dir ve fizik yasalari yerel sergiler Model olusturma Genel goreli model olusturmanin ana fikri Einstein in denklemlerinin bir cozumunden gelir Einstein in denklemleri ve maddenin ozellikleri icin uygun denklemlere gore boyle bir cozum spesifik bie yari Riemmannian kopyasi genellikle spesifik koordinatlarda metrik vererek tanimlanan ve spesifik o kopyada tanimlanan madde alanlarindan olusur Madde ve enerji Einstein in denklemlerini saglamalidir bu yuzden ozellikle maddenin enerji moment tensoru iraksamasi sabit olmalidir Tabii ki madde ayrica herhangi ek denklemleri de saglamalidir Kisacasi boyle bir cozum genel goreliligin yasalarini tatmin eden bir modeldir ve mumkun oldugunca herhangi maddeyi ele alan ilave yasalar ortaya konulabilir Einstein in denklemleri dogrusal olmayan kismi diferansiyel denklemlerdir ve cozumu de zordur Yine de sadece birkaci direkt fiziksel uygulamalara sahip olsa da birkac tami tamina dogru cozumleri vardir Bilinen en iyi tam cozumleri ve ayrica fizik gorusu acisindan en ilgi cekici olanlari Schwarzschild cozumu Reissner Nordstrom cozumu ve baska bir bos uzayda her biri kara cismin belirlenmis bir turune karsilik gelir ve ve her biri genisleten bir kozmosu tanimlar Buyuk teorik gorusunun tami tamina cozumleri egri uzay zamanlarda zaman yolculugunun merak uyandirici bir olasiligina acik homojen fakat esyonsuz bir evren ve son zamanlarda Maldacena ikiligi ile on planda olan icerir Tam cozumleri bulmadaki zorluk durumunda bilgisayarda integral ile ya da asil cozumlerin kucuk sapmalarini dusunerek Einstein in alan denklemleri ayrica sik sik cozulur Numarasal goreli alanlarda iki carpisan kara delik gibi Einstein in ilginc durumlarda denklemlerini cozmek icin ve uzay zaman geometrisini benzestirmek icin guclu bilgisayarlar kullanilir Ozellikle yeterli bilgisayar kaynaklari ile bu metotlar herhangi bir sisteme uygulanabilir ve yalin tuhafliklar gibi temel problemlere cozum kazandirabilir Dogrusallasmis kutlecekimi ve genellestirilmesi post Newton genislemesi gibi sapma teorileri ile yaklasik sonuclar bulunabilir Isiga kiyasla yavasca hareket eden bir madde dagilimi iceren uzay zamanin geometrisi icin cozumde ikincisi sistematik bir yaklasim saglar Genisleme terimlerin bir serisini icerir ikinci terimler genel gorelilik yuzunden Newton un teorisine daha az duzeltmeleri gosterirken birinci terimler Newton yercekimini gosterir Bu genislemenin buyumesi alternatif teoriler ile genel goreliligin tahminleri arasinda nicel kiyaslamalara olanak saglayan parametre edilmis post Newton dur Einstein in teorisinin sonuclariGenel gorelilik bircok fiziksel sonuclara sahiptir Bazilari direkt teorinin aksiyomlarindan takip eder bazilari ise sadece Einstein in ilk yayini olan 90 yillik arastirmalari ile acikliga kavusur Kutlecekimsel zaman genislesmesi ve frekans kaymasi Esdegerlik ilkesinin gecerli oldugunu varsayarsak zamanin akisini kutlecekimi etkiler Kutlecekimi haznesine gonderilen isik maviye kayar ve diger yonden gonderilen kutlecekimi haznesinden cikan isik kizila kayar bu iki etkiler kutlecekimi ile frekans kaymasi olarak adlandirilir Daha genel olarak uzakta olan yerler ile karsilastirildiginda buyuk bir cismin yaninda islem daha yavas gerceklesir bu etki kutlecekimsel zaman genislemesi olarak bilinir Kutlecekimsel kirmiziya kayma laboratuvarda ve astronomik gozlemlerle olculmustur Kuresel Konumlama Sistemi operasyonunun bir yan etkisi karsiladigi halde dunyanin kutlecekimi alanindaki kutlecekimsel zaman genlesmesi kullanilarak olculmektedir Butun sonuclar genel gorelilik ile uyusmaktadir Fakat dogrulugun gecerli seviyesinde bu gozlemler esiklik ilkesinin gecerli oldugu genel gorelilik ve diger teoriler arasindaki farki ayirmaz Isik sapmasi ve kutlecekimsel zaman gecikmesiyogun bir cismin yakininda gri renkte gosterilen isigin sapmasi mavi renkle gosterilen konumdan gonderilen Genel gorelilik isigin yolunun bir yildizin yakinindan gecerken uzay zamanin egriligini izleyecegini ongorur Bu etki yildizlarin veya uzak kuasarlarin isiginin Gunes ten gecerken saptiginin gozlemlenmesiyle dogrulandi Bu ve ilgili tahminler isigin isik benzeri veya bos jeodezik olarak adlandirilan seyi takip ettigi gerceginden kaynaklanmaktadir klasik fizikteki isigin hareketine dogru olan duzgun cizgilerin bir genellestirilmesi Bu tur jeodezikler ozel gorelilikteki isik hizi sabitinin genellestirilmeleridir Uygun uzay zaman modelleri ya dis Schwarzschild cozumu ya da tek bir kutleden fazlasi icin Newton sonrasi acilimlar aciklandigi uzere yercekiminin isigin ortaya dagilmasindaki bircok etkileri Serbest dususun evrenselligini isiga vererek isigin bukulmesi turetebildigi halde bu tur hesaplamalardan sonuclanan isinin sapmasi sadece genel gorelilik tarafindan verilen degerin yarisidir Kutlecekimsel zaman gecikmesi isigin sapmasi ile yakindan ilgili oldugu icin kutlecekimsel bir alana dogru isik sinyallerinin hareket etmesi alan yoklugundakilere gore daha uzun surer bu tahmin icin cok fazla basarili testler yapilmaktadir parametre edilmis post Newtoncu bicimcilikte isigin sapmasinin ve kutlecekimsel zaman gecikmesinin olcumleri kutlecekiminin uzayin geometrisi uzerindeki etkisini sifreleyen g ile adlandirilan bir parametreyi belirler Yorungesel etkiler ve goreliligin yonuKutlecekimsel dalga tarafindan etkilenen test parcaciklarinin cemberi Temel metin Yorungesel cisimler konusundaki bircok tahminler acisindan genel gorelilik klasik mekanikten farklidir Gezegensel yorungelerin tam bir donusunu tahmin eder kutlecekimsel dalgalarin emilimi ve goreliligin yonu ile ilgili etkilerin neden oldugu yorungesel gecikmelerde oldugu gibi Apsislerin devinimiGenel gorelilikte herhangi bir yorungenin apsisi yorungesel hareket eden bir cismin sistemin kutlesinin merkezine en yakin oldugu yer devinecektir yorunge eliptik degildir fakat odagina gore donen bir elipse benzer gul egimi gibi bir sekil ile sonuclanir resmi gor Einstein ilk olarak yorungesinde hareket eden bir cisme bir test parcacigi gibi davranarak ve Newton limitini gosteren yaklasik bir metrik kullanarak bu sonucu cikardi Urbain Le Verrier tarafindan 1859 da kesfedilen Merkur gezegeninin anormal gunberi degisiminin acik bir aciklamasini veren teorisi onun icin kutlecekimsel alan denklemlerinin dogru halini tanimladigi onemli bir kanitti Tam tamina Schwarzschild metrigi uzay zamani kuresel bir kutle etrafinda tanimlayan ya da daha gele post Newton bicimciligi kullanarak etki ayrica turetebilir Bu durum bir cismin kutlecekiminin oz enerjine katkisi Einstein in denklemlerinin dogrusal olmayisliginda sifrelenen ve kutlecekiminin uzayin geometrisindeki etkisinden dolayidir Kesin devinim olcumleri saglayan butun gezegenler Merkur Venus ve Dunya icin goreli devinim gozlenmektedir Yorungesel gecikmePSR1913 16 icin yorunesel gecikme zamandegisimi saniye cinsinden otuz yil uzeri gecmis Yorunge gecikmesi Genel gorelilige gore ikili sistem enerji kaybederken yercekimsel dalgalari emecektir Bu kayip yuzunden iki yorungesini izleyen iki cisim arasindaki mesafe azalir ve bu yuzden yorungesel periyotlari da azalir ya da siradan cift yildizlar icin etki cok az gozlemlenebilir Iki yorungesel hareket yapan notron yildizlari birisi pulsardir yakin bir cift pulsar icin degildir pulsardan Dunyadaki gozlemciler yorungesel periyodun olcumlerini saglayan ve yuksek dogruluga sahip saat gibi gorev yapabilen duzenli bir radyo bakliyatlarini alabilirler Notron yildizlari cok yogun oldugu icin enerjinin onemli bir miktari kutlecekimsel radyasyon olarak salinir Yercekimsel dalgalarin salinmasi yuzunden yorungesel periyotlarindaki azalmanin ilk gozlemi 1974 te kesfedilen cift pulsari kullanarak ve tarafindan yapildi 1993 kazandiklari yercekimsel dalgalarin ortaya cikimi bir ilkti O zamandan beri bircok diger pulsarlar bulundu ozellikle cift pulsari Jeodezik devinim ve cerceve suruklenmesiBircok goreli etkiler yonun goreliligi ile direkt baglantilidir Biri jeozdezik devinimdir egik uzay zamanda serbest dususteki bir jiroskobun yonunun ekseni boyle bir jiroskop mumkun oldugunca kararli bir bicimde bir yolu surdurmenin yolunu gosterdigi halde uzak yildizlardan gelen isigin yonu ile karsilastirildikca degisecektir Ay Dunya sistemi icin bu etki ayla ilgili lazer degisimleri yardimi ile olculmektedir Daha yaygin olarak 0 3 den daha iyi bir hassasiyet ile uydusunda test kutleleri icin olculmektedir Donen bir kutlenin yaninda cerceve suruklenmesi etkisi adinda etkiler vardir Uzak bir gozlemci kutleye yakin cisimler suruklenecegini saptayacaktir Bu asiri donen kara delikler icindir sicak bir alana giren herhangi bir cisim icin donme kacinilmazdir Bu tur etkiler serbest dususte jiroskoplarin yonelimi uzerindeki etkileri ile tekrar test edilebilir Az cok tartismaya acik testler uydulari kullanarak yapilmaktadir ayrica Mars uzerine incelemesi kullanilmaktadir Astrofizik uygulamalariKutlecekimsel bir lensten uretilen ayni astronomik cismin dort resmi Temel metin Kutlecekimi ile isigin sapmasi astronomik olayin yeni bir sinifinin sorumludur Eger agir bir cisim astronom ile uygun kutleli ve goreli mesafeli uzak hedef bir etkiler arasina yerlestirilir ise astronom hedefin bircok saptirilmis goruntulerini gorecektir Bu tur etkiler kutlecekimsel lens olarak bilinir Gorunuse ve kutle dagilimina dayanarak iki ya da ikiden fazla goruntuleri olabilir parlak cember olarak bilinir En eski ornegi 1979 yilinda kesfedildi ve o zamandan beri yuz den fazla kutlecekimsel lensler gozlemlendi Cozulebilmesi icin bircok goruntuler birbirlerine yakin olsa bile etki hala olculebilir bircok mikro lens olaylari gozlemlenmektedir Kutlecekimsel lens gozlemsel astronomide gelismektedir Kara deligin varligini ve yayilimini gostermek icin kullanilir uzak galaksileri gozlemlemek icin dogal bir teleskop saglar ve bagimsiz tahminini elde etmeye katkida bulunur Lens bilgilerinin statiksel degerlendirmeleri galaksilerin yapisal evrimine degerli bir anlayis katar Kutlecekimsel dalga astronomisiArtis in kutlecekimsel dalga algilayicisina izlenimi Cift pulsarlarin gozlemleri kutlecekimsel dalgalarin varligi icin guclu dolayli bir kanit saglar yukaridaki gor Fakat kozmosun derinliklerinden bize ulasan kutlecekimsel dalgalar direkt olarak algilanmamistir Gorelilikle ilgilenen arastirmacilarin temel amaci boyle bir bulustur Bircok kutlecekimsel dalga buluslari denenmektedir ve en onemlisi ferrometrik detektorlerdir LIGO iki detektor ve Cesitli zamanlama oklari 10 9 10 6 Hertz frekanslari araligindaki kutlecekimsel dalgalari cift cok agir kara deliklerin olusturdugu algilamak icin milisaniye pulsarlari kullanir Avrupali uzay detektoru surekli gelisme asamasindadir baslangici 2015 e kadar olan haberci bir gorev ile Kutlecekimsel dalgalarin gozlemleri gozlemleri tamamlamaya garanti verir Kara delikler ve notron yildizlari beyaz cuceler supernova patlamalarinin turleri hakkinda bilgi vermeleri beklenir Kara delikler ve diger yogun cisimlerBir cismin kutlesinin yaricapina orani yeterince buyuk oldugu zaman genel gorelilik bir kara deligin hicbir seyin isigin bile kacamadigi dusunulen olusumunun kacabilecegini ileri surer Son zamanlarda kabul edilmis 1 4 gunes kutleleri civarinda notron yildizlari yildizimsi kara delikler ve yildiz evrimi modelleri buyuk kutleli yildizlarin gelisimi icin final durum oldugu dusunulur Genellikle bir galaksi merkezinde birkac milyonluk gunes kutleye sahip bir super kutleli kara delige sahiptir Genel goreliligin denklemlerine dayanan simulasyon kutlecekimsel dalgalar salan bir kara delik olusturmak icin gocen bir yildiz Astronomik olarak yogun cisimlerin kutlecekimsel enerjiyi elektromanyetik radyasyona ceviren fevkalade mekanigi onlara en onemli ozelligini katar Gaz maddelerin ya da tozun yildiz ya da super kutleli kara deliklere dususu goz alici bir sekilde isildayan bazi cisimler icin sorumlu oldugu dusunulur oldukca galaksi ile ilgili yildiz boyutundaki cisimler mikro yildizimsi gokcisimleri gibi uzerindeki aktif cekirdegin farkli turleri Ozellikle yigilma yaklasik isik hizi ile uzaya firlatilmis yuksel enerjili parcaciklarin isinlarina odakli goreli jetlere neden olabilir Genel gorelilik butun bu olaylari modellemede merkez bir rol oynar ve gozlemler teori ile tahmin edilen kara deliklerin varliklari icin guclu bir kanit saglar Kara delikler ayrica kutlecekimsel dalgalar icin olan arastirmalarda amaclarinda teblig icindedir Ikili kara deligi birlestirme Dunyadaki detektorlere ulasan en guclulerden bazi yercekimsel dalga sinyallerini takip etmelidir ve birlesmeden direkt onceki safha birlesme olaylarinin mesafesini azaltmak icin bir standart mum olarak kullanilabilir Bu yuzden uzak mesafelerde kozmik genislemenin arastirmasi olarak hizmet eder KozmolojiBu mavi at nali seklindeki goruntu parlak kirmizi galaksinin guclu kutlecekimi tarafindan tam bir halkada egilmis ve buyutulmus uzak bir galaksidir Kozmolojinin gecerli modelleri L iceren Einstein in alan denklemelerine dayanir cunku kozmosun buyuk olcekli dinamigine buyuk etkisi vardir Rmn 12Rgmn L gmn 8pGc4Tmn displaystyle R mu nu textstyle 1 over 2 R g mu nu Lambda g mu nu frac 8 pi G c 4 T mu nu gmn displaystyle g mu nu Bu ileri denklemlerin es yonlu ve homojen cozumleri daha evvel 14 milyon yil sureyi askin gelisen bir evreni modellemeye fizikciler icin olanak saglar Astronomik gozlemlerle birkac parametreler mesela evrenin madde yogunlugu saglandiktan sonra ilaveten gozlemlenen veriler modelleri test etmek icin kullanilabilir Tahminler ilkel nukleosentez evrenin yuksek olcekli yapisi periyodunda olusan ilk kimyasal elementlerin bollugunu ve varligini ve termal bir ekodan ozelliklerini icerir Kozmolojik genisleme oraninin astronomik gozlemleri maddenin dogasi gizemli kaldigi halde evrendeki toplam madde miktarinin tahmin edilmesini saglar Butun maddelerin yaklasik 90 i kutleye sahiptir fakat elektromanyetik olarak etkilemez ve bu yuzden direkt gozlemlenemez Ana hatlariyla bu yeni tur maddenin parcacik fizigi catisinda kabul edilmis bir tanimi yoktur Uzak kizila kayma incelemelerinden gozlemlenen kanitlar ve ozgecmis kozmik radyasyonun olcumleri ayrica kozmik genislemenin ivmelenmesine ya da karanlik enerjiye neden olan kozmolojik sabitinden onemli derecede evrenin gelisiminin etkilendigini gosterir Yaklasik 10 33 displaystyle 10 33 saniye kozmik zamaninda guclu hizlandirilmis genislemenin enflasyon safhasi adli yeni bir faz 1980 yilinda klasik kozmolojik modeller ile aciklanamayan birkac karisik gozlemlerin yararina varsayilmistir Son gunlerdeki kozmik ozgecmis radyasyonunun olcumleri bu senaryo icin ilk kanitla sonuclandi Fakat gecerli gozlemler ile sinirlanamayan mumkun enflasyon senaryolarinin sasirtici bir cesitliligi vardir Enflasyon safhasina oncu ve buyuk patlama tuhafligini tahmin eden klasik modellere yakin en erken evrenin fizigi daha genis bir sorudur Otoriter cevap henuz gelistirilmemis olan kuantum kutlecekimi teorisine gerek vardir Ileri kavramlarGlobal geometri ve sebep gosteren yapi Sonsuz bir Penrose Carter diyagrami Genel gorelilikte bir isigin titresimine hicbir sey yetisemez ya da yakalayamaz Isik A dan X e gonderilmeden A olayindan hicbir etki diger X yerine ulasamaz Neticede butun isik hayat cizgilerinin gecersiz jeodezik kesfi uzay zamanin nedensel yapisi hakkinda ana bilgiler verir Bu yapi sinirli bir haritaya oturtmak icin uzayin sonsuz genis alanlari ve sonsuz zaman araliklarinin daraltilmis oldugu kullanarak gosterilebilir isik hala standart uzay zaman diyagramlarinda oldugu gibi kosegenlere dogru hareket eder Nedensel yapinin oneminin farkina varan Roger Penrose ve digerleri neyin evrensel geometri olarak bilindigini gelistirdiler Evrensel geometride calismanin amaci Einstein in denklemlerinin belli bir cozumu degildir Bunun yerine butun jeodezikler icin dogru olan iliskiler gibi ve maddenin dogasi genelde enerji kosullari kalibinda kullanilir hakkinda ozel olmayan varsayimlar genel sonuclari turetmek icin kullanilir UfuklarTemel metin ve donen kara deligin disindaki bolge boyle bir kara delikten cekici enerjinin yanina geldiginde onemli bir rol oynar Evrensel geometriyi kullanarak bazi uzay zamanlar ufuklar olarak adlandirilan ve bir bolgeyi uzay zamanin geri kalanindan ayiran sinirlari dahil etmek icin gosterilebilir En iyi bilinen ornekleri kara deliklerdir eger kutle uzayin yeterince yogun bir bolgesinde sikistirilirsa ilgili olcek uzunlugu halka hipotezi olarak tanimli iceriden disariya isik cikamaz Bir isik titresimini hicbir cisim gecemedigi icin icteki butun madde de hapsolmustur Disaridan iceriye gecis hala mumkundur bu da kara deligin ufku yani sinirinin fiziksel bir engel olmadigini gosterir Kara deliklerin eski calismalari Einstein in denklemlerinin acik cozumlerine ozellikle statik bir kara deligi tanimlamak icin kullanilan kuresel olarak simetrik Schwarzschild cozumu ve donen statik bir kara deligi tanimlamak ve donen bir kara deligin disindaki bir bolge gibi ilginc ozellikleri tanistiran simetrik eksenli yapili guvenildi Evrensel geometriyi kullanarak sonraki calismalar kara deliklerin daha genel ozelliklerini gosterdi Bunlar enerji cizgisel moment acisal moment belir bir zamandaki yerI ve elektrik yukunu belirten on bir parametre ile karakterize edilen daha basit cisimlerdir Bu kara delik essizligi teoremi ile belirtilir kara delikler life sahip degildir bu da insanlarin sacindan bir farkinin olmadigini isaret eder Bir kara delik olusturmak icin coken kutlecekimsel bir cismin karisikligina bakmazsak cisim daha basit olur Daha onemli bir bicimde benzeyen olarak bilinen yasalarin genel bir toplulugu vardir Mesela kara delik mekaniginin ikinci yasasi genel bir kara deligin olay ufkusunun alani zamanla hic azalmayacaktir termodinamik sistemin entropisine benzerdir Bu kullanilarak donen bir kara delikten klasik araclar ile cikartilabilen enerjiyi kisitlar Kara delik mekaniginin aslinda termodinamik yasasinin bir altkumesi olmasi guclu bir kanittir Bu da kara delik mekaniginin orijinal yasalarinin degisimine neden olur Mesela kara delik mekaniginin ikinci yasasi termodinamigin ikinci yasasinin bir kismi oldugu icin ozelikle entropi artarsa kara deligin alaninin azalmasi mumkundur Sifir sicakliga sahip olmayan termodinamik cisimlerde oldugu gibi kara delikler termal radyasyon salabilirler Kismen klasik hesaplamalar onlarin aslinda sicaklik rolu oynayan yeryuzu kutlecekimi ile yapabildigini gosterir Bu radyasyon Hawking radyasyonu olarak bilinir Ufuklarin diger turleri de vardir Genisleyen bir evrende bir gozlemci gecmisin bazi bolgelerinin gozlemlenemeyecegini ve gelecegin bazi bolgelerinin etkilenmeyecegini olay ufku bulabilir Minkowski uzayinda bile ivmelenen gozlemci tarafindan belirtildiginde olarak bilinen kismen klasik bir radyasyon ile iliskili ufuklar olacaktir Tuhafliklar Genel goreliligin diger genel bir ozelligi tuhaflik olarak bilinen uzay zaman sinirlarinin gorunumudur Uzay zaman isiksi ve zamansi jeodezikleri serbest dususte isik ve parcaciklarin yol alabilecegi butun yollar takip ederek arastirilabilir Fakat bazi Einstein in denklemlerinin sonuclari eksik kenarlara isigin ve dusen parcaciklarin yolunun beklenmedik bir sona vardigi ve geometrinin tam tamamlanmamis oldugu bolge sahiptir Daha ilginc durumlarda bunlar sonsuza kadar giden gibi uzay zamanin egikligini karakterize eden geometrik niceliklerin oldugu egiklik tuhafliklaridir Hayat cizgisinin bittigi gelecek tuhafliklari ile uzay zamanin iyi bilinen ornekleri Schwarzchild cozumu statik olumsuz bir kara delik icindeki bir tuhafligi tanimlayan ya da olumsuz ve donen bir kara delik icindeki halka seklindeki tuhafliklara sahip Kerr cozumudur Evreni tanimlayan ve diger uzay zamanlar Buyuk Patlama isimli hayat cizgisinin basladigi eski tuhafliklara sahiptir ve bazilari da Buyuk Cokus gibi tuhafliklara sahiptir Bu orneklerin fazlaca simetrik oldugu farz edersek bu yuzlen kolaylasir tuhafliklarinin olusumunun ideallesmenin bir yapayligi olmasi caziptir Evrensel geometrinin metotlarini kullanarak kanitlanan unlu tuhaflik teoremleri bunun disinda gercekci madde ozelliklerine sahip bir maddenin cokusu mutlak bir evrede ve genisleyen evrenin genis bir sinifinin baslangicinda gerceklestikten sonra tuhafliklarin genel goreliligin kapsamli bir gelecegini soyler Fakat teoremler biraz tuhafliklarin ozellikleri hakkinda ve daha cok kapsamli yapilarin varliklarini karakterize etmeye adanmis gecerli arastirmalar hipotezi kurulan isimli ornegi hakkindadir butun gelecek tuhafliklari harika bir simetrisi olmayan gercek ozellikli madde guvenlice ufkunun arkasinda saklanir ve bu yuzden butun uzak gozlemcilere gorunmezdir Henuz duzgun bir kanit olmamasina ragmen numarasal benzetmeler gecerliligine destekleyici kanitlar sunar Evrim denklemleri Temel metin Einstein in denklemlerinin her bir cozumu bir evrenin butun tarihini kusatir seylerin nasil oldugunun sadece anlik bir fotografi degildir fakat butun mumkun ve madde dolu uzay zamandir Her yerdeki geometrinin ve maddenin durumunu tarif eder Genel esdegiskenlik nedeni ile Einstein in teorisi kendince metrik tensorunun zaman evrimini saptamasi icin yeterli degildir Koordinat kosulu ile birlestirilebilir diger alan teorilerindeki kapsam sabitlemeye benzer olarak Einstein in denklemlerini anlamak icin onlari evrenin evrimini tanimlayan bir yolda formullestirmek yararli olacaktir Bu uzay zamanin uc uzay boyutlari ve bir zaman boyutuna bolundugu 3 1 ile adlandirilan formuller ile yapilir En bilinen ornegi Bu bozulmalar genel goreliligin uzay zaman evrim denklemleri ilk kosullar belirtildikten sonra iyi huyludur her zaman vardir ve essizce tanimlidir Einstein in alan denklemlerinin boyle formullestirmeleri numarasal goreliligin temelidir Evrensel ve hemen hemen yerel nitelikler Evrim denklemlerinin gorusu derinden genel goreli fizigin diger yonu ile baglanmistir Einstein in teorisinde bir sistemin toplam kutlesi ya da enerjisi gibi gorunuste basit gorunen genel bir tanim bulmak mumkun degildir Temel nedeni herhangi bir fiziksel alan gibi kutlecekimsel alan belli bir enerji ile verilmesidir fakat o enerjiyi yerellestirmenin imkansiz oldugunu temel olarak kanitlar Yine de kuramsal bir sonsuz uzak gozlemci ya da uygun simetrileri kullanarak bir sistemin toplam kutlesini tanimlamanin olasiliklari vardir Eger kutlecekimsel dalgalar ile enerjiyi sonsuza tasiyarak sistemin toplam kutlesinden disari cikartirsak sonuc onemsiz sonsuzluktaki Klasik fizikse oldugu gibi kutlelerin pozitif oldugu gosterilebilir Evrensel tutarli tanimlar momentum ve acisal momentum icin vardir Ayrica o sistemi iceren uzayin sonlu bir bolgesinde tanimlanan nitelikleri kullanarak formullestirilen izole edilmis bir kutle gibi hemen hemen yerel nitelikleri tanimlamak icin bircok caba vardir Cember tahmininin daha hassas bir formullestirmesi gibi izole edilmis sistemler hakkindaki genel aciklamalar icin amac yararli bir nitelik elde etmektir Kuantum teorisi ile iliskiEger genel gorelilik kuantum teorisi modern fizigin iki direginden birisi olarak dusunulurse madde anlayisinin temeli digeridir Fakat genel gorelilik ile kuantum teorisinin fikirlerinin nasil bagdastirilacagi hala acik bir sorudur Egri uzay zamanda kuantum alan teorisi Temel metin Modern elementsel parcacik fiziginin temelini olusturan olagan kuantum alan teorileri Dunyada bulunan kiler gibi zayif yercekimsel alanlarda mikroskobik parcaciklarin davranislarini tanimlarken mukemmel bir yaklas olan tanimlarlar Kendisini niceleme ihtiyaci yeterince guclu olmayan ve maddeyi etkilemen icin kutlecekiminin yeterince guclu oldugu yerdeki durumlari tanimlamak icin fizikciler egik uzay zamanda kuantum alan teorileri formule ettiler Bu teoriler egik ozgecmis uzay zamani tanimlamak icin genel gorelilige dayanir ve o uzay zamandaki kuantum maddesinin davranisini belirlemek icin genellestirilmis kuantum alan teorisi tanimlar Bu bicimciligi kullanarak kara deliklerin Hawking radyasyonu olarak bilinen parcaciklarin kara cisim spektrumunu yaymasi gosterilebilir Hawking radyasyonu zamanla onlarin ucup giderek yol olacagi mumkun atini gosterir Yukaridakilerin ozeti olarak bu radyasyon kara deliklerin termodinamigi icin onemli bir rol oynar Kuantum kutlecekimi Temel metin Ayrica gor Ip teorisi ve Tuhafliklarin gorunmesinin yani sira egiklik uzunluk olceginin mikroskobik oldugu zaman maddenin kuantum tanimi ile uzay zamanin geometrik bir tanimi arasindaki tutarlilik icin istek kuantum kutlecekiminin tam bir teorisine olan ihtiyaci gosterir kara deliklerin ve erken evrenin icinin yeterli bir tanimi ve kuantum fizigi dilinde uzay zamanin geometrisi ile iliskili ve kutlecekimi varliginda bir teori icin ip teorisi ile ilave boyutlarin sikistirilabilirlik yollarindan birisi Temel etkilesimleri belirten elementsel parcacik fiziginde kullanilan siradan kuantum alan teorilerini genellestirmek icin bir girisim kutlecekimini dahil etmek icin ciddi problemlere neden olur Dusuk enerjilerde bu yaklasim kabul edilebilir etkili kutlecekiminin kuantum alan teorisi ile sonuclanan bir basariyi kanitlar Fakat yuksek enerjilerde sonuclar butun kestirimci gucun model yoklugudur yeniden normallestirilemememe kuantum kutlecekim dongusunde kullanilan turun basit bir firil agi Bu sinirlamalari yenmek icin girisim nokta parcaciklarin bir kuantum teorisi olmayan fakat minik bir boyutlu genislemis cisimlerin ip teorisidir Bu teori kutlecekimini iceren butun parcaciklarin ve etkilesimlerinin birlestirilmis bir tanimi olacagina umut verir bilinen uc boyuta ek olarak uzayin ek alti boyutlari gibi anormal ozelliklerin karsiligini vermek icin bedel Ikinci super ip devrinde ip teorisinin ve supersimetri ile genel goreliligin birlesimi M kurami tutarli ve essiz tanimli kuantum kutlecekimi teorisi olarak bilinen on bir boyutlu model hipotezinin bir bolumunu olusturdugu varsayildi Diger yaklasim kuantum teorisinin standart niceleme islemi ile baslar Genel goreliligin ilk deger formullestirmesini kullanarak sonuc tam tamamlanmamis olan Fakat ile gelecegi parlak kuantum kutlecekimi dongusu modeli saglanir Uzay firil spin agi ile adlandirilan ve farkli adimlari zamanla gelistiren ag gibi bir yapi ile ifade edilir Genel gorelilik ve kuantum teorisinin hangi ozelliklerinin kabul edilmis ve hangi seviye degisikliklerinin tanistirildigina bagli olarak dinamik ucgenlestirme nedensel diziler bukucu modeller ya da kuantum kozmolojisinin modellerine bagli yol integralleri gibi gecerli bir kuantum teorisine ulasmak icin cok fazla baska girisimler vardir Butun aday teoriler hala ustesinden gelinmesi gereken kavramsal ve bicimsel sorunlara sahiptir Gelecekte parcacik fizik deneyleri ve kozmolojik gozlemler ile saglanan bilgiler ile ise yarar bir umudun olmasina ragmen kuantum kutlecekimi tahminleri deneysel testlere koymanin henuz bir yolu yoktur bu yuzden tahminlerin degisiklige ugradigi adaylar arasinda da karar vermenin bir yolu yoktur Gecerli durumlarGenel gorelilik bugune kadar bircok kesin gozlemsel ve deneysel testler veren kozmoloji ve kutlecekimi modelinin fazlaca basarili modelini ortaya cikarmaktadir Fakat teorinin tamamlanmadigini gosteren guclu bulgular vardir Kuantum kutlecekiminin ve uzay zaman tuhafliklarinin gerceklikleri sorusu acik kalir Kara madde ve kara enerji icin kanit olarak alinan gozlemsel bilgiler yeni bir fizik icin ihtiyaci gosterir Genel gorelilik ileriki arastirmalar imkaninca zengindir Matematiksel goreciler Einstein in denklemlerinin temel ozelliklerini ve tuhafliklarin dogasini anlamak icin ugrasirlar ve artan bir sekilde guclu bilgisayar simulasyonlari kara deliklerin birlesmesi gibi kullanirlar Kutlecekimsel dalgalarin ilk direkt gozlemi icin daha guclu kutlecekimsel alanin gecerliligini test etmek icin firsatlari yaratma umudu ile yaris devam ediyor Yayinindan doksan yil sonra genel gorelilik arastirmalarin yuksekce bir aktif alani olarak devam eder Ayrica gorEhrenfest paradoksu Atesten set paradoksu Genel gorelilik testleriKaynakca Nobel Prize Biography Nobel Prize 23 Haziran 2015 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 3 Agustos 2012 Pais 1982 ch 9 15 Janssen 2005 bircok orijinal makalenin baskisini iceren guncel bir koleksiyon Renn 2007 erisilebilir bir genel bakis Renn 2005 ss 110 Erken donemde yazilmis bir kilit makale Einstein 1907 Pais 1982 ch 9 Alan denklemlerini ortaya koyan bir yayin Einstein 1915 Pais 1982 ch 11 15 Schwarzschild 1916a Schwarzschild 1916b ve Reissner 1916 sonradan burada tamamlanmistir Nordstrom 1918 Einstein 1917 Pais 1982 ch 15e Hubble in orijinal makalesi Hubble 1929 erisilebilir bir genel bakis icin Singh 2004 ch 2 4 Gamow 1970 Pais 1982 ss 253 254 Kennefick 2005 Kennefick 2007 Pais 1982 ch 16 Thorne Kip 2003 Warping spacetime The future of theoretical physics and cosmology celebrating Stephen Hawking s 60th birthday Cambridge University Press s 74 ISBN 0 521 82081 2 31 Mayis 2013 tarihinde kaynagindan Erisim tarihi 3 Agustos 2012 Sayfa 74 ozeti 2 Haziran 2013 tarihinde Wayback Machine sitesinde Ehlers 1973 sec 1 Arnold 1989 ch 1 Ehlers 1973 ss 5f