Bir milyar yıldan daha önce, çok çok uzaklardaki bir galakside iki karadelik, son kucaklaşmalarını gerçekleştirerek hızlı bir ikili dansın son adımlarını atıyorlardı. O denli şiddetli bir birleşmeydi ki bu, gözlenebilen evrendeki bütün galaksilerdeki tüm yıldızların ortaya çıkışından oluşan toplam enerjiden çok daha fazla bir enerji yaymıştı. Ancak, yıldız ışığının aksine, bu enerji karanlıktı ve kütleçekimin görünmez gücüyle taşınıyordu. 14 Eylül 2015’te Doğu Zaman Dilimine göre 05.51’de bu enerjinin bir kısmı, “kütleçekimsel dalgalar” şeklinde uzay boyunca süren büyük geçişi yüzünden şiddetli başlangıcından yalnızca bir fısıltı kalarak Dünya’ya ulaştı.
Bildiğimiz kadarıyla Dünya önceden de bu şekilde bir kütleçekim bozukluğuna sıkça maruz kalmıştır. Bu seferki farklılık ise biri Livingston, Lousiana’da ve diğeri Hanford, Washington’da olmak üzere iki devasa ve hassas dedektörün hazır beklemesiydi. Kütleçekimsel dalgalar geçip giderken, evrenin öbür ucunda çarpışan iki karadeliğin kesin bir işareti olan ve insanlığın kozmosu keşfinin yeni bir bölümünü işaret eden dedektörleri harekete geçirdi.
Ocak ayında keşfin söylentileri etrafta dolaşmaya başladığında, dikkatimi neyin kesinlikle yanlış alarm olduğuna ya da dedikodu kazanını kaynatmak için uydurulmuş küçük kulaktan dolma bilgiler olduğuna çevirdim. Araştırma programı çoktan ellinci yılına girmiş olduğu için, kütleçekimsel dalgaların kanıtı uzun zamandır ufukta gezinip duran büyük bir keşif haline geldi. Fizikçiler kendi kütleçekimsel Godot’larını beklerken emekli oldular.
Ama insanın pratik zekâsı ve azmi kazandı. Bu zafer, kenarda alkış tutan bizleri bile heyecanla ürperten zaferlerdendi.
Hikâye kısaca şöyle: Geçen kasım ayında dünya, kütleçekimi anlama noktasında yeni bir paradigma ortaya koyan, Einstein’ın en iyi keşfinin, genel görelilik kuramının yüzüncü yıl dönümünü kutluyordu. Isaac Newton’ın yaklaşımı doğru bir şekilde iki nesne arasındaki kütleçekimini öngörüyordu ama bir şeyin boşlukta nasıl buraya ulaşabileceğini ve nasıl oraya çekilebileceğine dair bir kavrayış sunmuyordu. Einstein kütleçekiminin nasıl iletildiğini saptayabilmek için on yıl harcadı ve en sonunda uzay ve zamanın kütleçekimin buyruğunu yerine getiren görünmez eli oluşturdukları sonucuna vardı.
Çok kullanılan ama akılda kalıcı olan bir metafor, uzayı bir trambolin olarak düşünmektir. Bir bowling topunu trambolinin ortasına koymak trambolinin bükülmesine neden olur ve bir bilye kavisli yörünge boyunca ilerlemesi için itilecektir. Benzer şekilde Einstein, güneş gibi astronomik boyuttaki cisimlerin uzay zaman ortamını nasıl büktüğünü ve Dünya’nın neden metafordaki misket gibi kavisli bir yörünge izlediğini açıklar. 1919’da astronomik araştırmalar bu kayda değer görüşü doğrulamıştır ve Einstein’ı Einstein yapmıştır.
Einstein bununla kalmayarak bu önemli keşfi ileriye taşımıştır. O noktaya kadar Einstein statik durumlara odaklanmıştır; verili madde miktarlarından oluşan sabit uzay zaman bölgesini saptamıştır. Daha sonra ise dinamik durumlara yönelmiştir: Eğer madde hareket etmeye ve sallanmaya başlasaydı, uzay zaman dokusuna ne olurdu? Einstein, çocukların trambolinin üzerinde zıplamalarıyla yüzeyde dışarı doğru dalgalanmaya neden olan dalgalar oluşturduklarını ve bu ya da o yöne hareket eden cismin de uzay zaman dokusunda dışarı doğru dalgalanmaya sebep olan dalgalar oluşturacaklarını fark etti. Genel görelilik kuramına göre bükülmüş uzay zaman kütleçekim olduğu için, bükülmüş uzay zaman dalgaları da kütleçekimin dalgalarıdır.
Kütleçekimsel dalgalar genel görelilik kuramının Newton’ın kütleçekim yasasından ayrılışının en belirgin temsilidir. Esnek uzay zaman kesin olarak kütleçekimin en büyük değişikliğidir ancak güneşin ya da Dünya’nın kütleçekim kuvveti gibi daha yakın konularda Einstein’ın öngörüleri Newton’ınkilerden nadiren farklılık gösterir. Ancak, kütleçekiminin iletimi hususunda Newton sessiz kaldığı için, kütleçekimsel bozuklukların yayılımı kavramını Newton’ın teorisinde bulamayız.
Einstein’ın kendisinin kütleçekimsel dalgalarla ilgili öngörüsü hakkında kuşkuları vardı. Genel görelilik kuramının göze çarpmayan denklemleriyle ilk karşılaşıldığında, soyut matematiği ölçülebilir fizikten ayırmak zordur. Einstein önce bununla uğraşmıştır ve onun bile tam olarak anlayamadığı göreliliğin göz alıcı unsurlar vardır. Ama 1960’larda bilim insanları daha gelişmiş matematiksel metotlar kullandılar ve kütleçekimsel dalgaların şüphesiz genel görelilik kuramının ayırt edici özelliklerinden biri olduğunu tespit ettiler.
Peki bu simgesel öngörü nasıl test edildi? 1974’de, Arecibo Radyo Teleskopunu kullanarak Joseph Taylor ve Russel Hule bir ikili pulsar, yörünge periyotları çok iyi bir öngörü ile takip edilebilen yörüngede dönen iki nötron yıldızı, icat etti. Genel görelilik kuramına göre, yörüngede dönen yıldızlar, enerjiyi boşaltan kütleçekimsel dalgaların sabit bir şekilde ilerlemesini sağlar, bu da yıldızların birbirine yakınlaşmasını ve yörüngede daha hızlı dönmelerine neden olur. Gözlemler bu öngörünün dolaylı olmasına rağmen kütleçekimsel dalgaların gerçekliğinin kesin kanıtı olduğunu doğruladı. Hulse ve Taylor 1993 Nobel ödülünün sahibi oldu.
Bu başarı sadece kütleçekimsel dalgaların doğrudan tespitini daha da cazibeli hale getirdi. Ama bu görev göz korkutucuydu. Hesaplamalar, bir kütleçekimsel dalganın uzayda yayılırken yolunda olan herhangi bir şeyin dalganın hareket yönüne doğru dikey ekseni boyunca esneyeceğini ve sıkışacağını gösterdi. Bir kütleçekimsel dalga Amerika’ya doğru düz bir şekilde yol alırsa, sırayla New York ve Kaliforniya ile Teksas ve Kuzey Dakota arasındaki boşluğu esnetir ve sıkıştırırdı. Bu uzaklıkları kesin olarak incelediğimizde, sonuç olarak, dalgaların geçiş yerlerini saptayabilmeliyiz.
Buradaki zorluk, dalgalar yayıldıkça havuzdaki dalgalanma azalması gibi, bir kütleçekimsel dalgalanma kaynağından hareket ettikçe seyrelmesidir. Büyük kozmik çarpışmalar (neyse ki) genelde bizden çok daha uzakta yaşandığı için kütleçekimsel dalgalar Dünya’ya ulaştığında, oluşturdukları esneme ve sıkıştırma küçüktür, bir atomun çapından daha azdır. Bu gibi değişiklikleri saptamak Dünya’dan güneş sisteminin ötesindeki en yakın yıldızı bir yaprağın kalınlığından daha hassas bir doğrulukla hesaplamakla eşdeğerdir.
İlk deneme 1960’larda Maryland Üniversitesinden Joseph Weber’in öncülüğünde, geçen kütleçekimsel dalgalara karşılık olarak dev ayarlama çatalı gibi hafifçe yankılanması umuduyla çok tonlu katı alüminyum silindirler kullanılarak gerçekleştirildi. 1970’lerin başlarında, Weber büyük başarı elde ettiğini iddia etti. Kütleçekimsel dalgaların dedektörünü neredeyse her gün çınlattığını söyledi. Bu muazzam başarı diğerlerini Weber’in iddialarını doğrulamaya itti ama yıllarca denemenin ardından kimse bir dalga bile yakalayamadı.
Weber’in sonuçlara olan kararlı inancı, daha sonra aksini gösteren bir sürü kanıt ortaya atılmıştı, on yıllarca bu alanı renklendiren bir bakış açısına katkıda bulundu. Yıllar boyunca, birçok bilim insanı, Einstein’ın da yaptığı gibi, kütleçekimsel dalgaların gerçek olsa bile saptanmak için çok zayıf olacaklarına inandı. Onları bulmaya koyulanlar saçmalıyorlardı ve tespitin iddialarına inananlar kandırılıyorlardı.
1970’lerde hâlâ kütleçekimsel dalgaların tutkunu olan bir grup bilim insanı, birbirine 90 derece açıyla yerleştirilmiş iki uzun ikiz tünellerin uzunluklarını karşılaştırmak için kullanılacak lazerlerin içinde bulunduğu umut verici bir keşif tasarısına yöneldiler. Geçen kütleçekimsel dalgalar bir tüneli esnetirken diğer tüneli sıkıştıracaktı, böylece tünellerin her birine gönderilen lazer ışınlarının ilerlediği mesafe kısmen değişecekti. İki lazer ışını ardından birleştiklerinde, ışığın oluşturduğu taslak dakikalık farklılıklara karşı hassas olduğu için her bir ışının ne kadar ilerlediğini gösterecekti. Bir kütleçekimsel dalga geçip gittiğinde, oluşturduğu küçük bozukluk bile lazer taslağına kalkışında bir değişiklik bırakacaktı.
Güzel bir fikirdi. Ama yakındaki bir matkap, kamyonların gümbürtüsü, rüzgârın uğultusu ya da düşen ağaçlar bu tür bir deneyi bozabilirdi. Bilyonuncu metrenin bilyonuncu metresinden daha küçük bir uzunluğu hesaplamaya çalışırken, cihazı olabilecek her türlü çevresel uyarılmadan korumak önemli hale gelir. Bu durum üstesinden gelinemez gibi gözükür ve kötümserler çok daha fazla koza sahip olurlar. Kütleçekimsel bir dalgayı yakalamak için Horton’u, New York metrosunun gümbürtüsünün bile ötesinde, sadece bir çocuğun oyununu bile hesaba katmak gerekir.
Ancak, Amerikalı fizikçiler Kip Throne ve Rainer Weiss daha sonrasında İskoç fizikçi Ronald Drever’a katılarak lazer altyapılı kütleçekimsel dalgaları hesaplama dedektörünü inşa etmenin hayalini kurdular ve bu hayali gerçekleştirmek için adım attılar.
2002’de, on yıllarca süren araştırmanın, gelişmenin ve ABD Ulusal Bilim Vakfının yaptığı 250 milyon dolarlık yatırımın ardından, Lazer İnterformeter Kütleçekimsel Dalga Gözlemevini (LİGO) oluşturan iki bilimsel ve teknolojik mucize Livingston, Louisiana’ya ve Hanford, Washington’a konuşlandırıldı. Dört kilometre uzunluğunda dev bir “L” harfi şeklinde boşaltılmış tüneller standart bir lazer işaretleyiciden 50 bin kat daha güçlü lazer ışınlarına ev sahipliği yapacaktı. Lazer ışını, ışınların yolculuklarını tamamlarken geçen zamandaki küçük değişiklikleri arayan her bir kolun zıt uçlarına yerleştirilmiş dünyanın en pürüzsüz aynaları arasında gidip gelecekti.
Araştırmacılar bekledi ve bekledi. Sekiz yıl sonra bile hiçbir şey yoktu. Heves kırıcıydı elbette, ama araştırma takımlarının da ileri sürdüğü gibi şaşırtıcı değildi. Hesaplamalar, LIGO’nun kütleçekimsel dalgaları saptamak için gereken duyarlılık eşiğinde henüz değildi. Bu yüzden 2010’da, 200 milyon dolardan daha fazla maliyetle LIGO çeşitli iyileştirmeler için kapatıldı ve 2015 sonbaharında, çok daha hassas, geliştirilmiş LIGO açıldı. Şaşırtıcı bir şekilde, iki günden daha az bir süre sonra ani bir titreme Louisiana’daki dedektörü çınlattı ve neredeyse aynı şekilde yedi milisaniye sonra Washington’daki dedektör titredi. Hassas titreşimlerin taslağı, bilgisayar simülasyonlarının birbiriyle çarpışan kara deliklerin yörüngedeki dönüşlerinin son sancısıyla ortaya çıkan kütleçekimsel dalgalar için yaptığı tahminlerle eşleşti.
İçerden, gizlilik yemini etmiş ama pek de gizli olmayan bir ipucu vermeye istekli olan bir arkadaşım, “En çılgın hayalimizin gerçekleştiğini düşün” demişti. Bu araştırmacıları duraklatan Dünya’ya gelen kütleçekimsel dalga ikramiyesiydi. Neredeyse tamamen mükemmeldi.
Birkaç aylık yoğun, diğer bütün ama ihtimal dışı açıklamaların dikkatlice soruşturulmasının gayretli çabasıyla sadece tek bir sonuç kaldı. Sinyal doğruydu. Einstein’ın var oluşlarını öngörmesinden yüz yıl sonra, kütleçekimsel dalgaların ilk saptanışı, LIGO deneyinde çalışan 1000’den fazla bilim insanıyla kutlandı. Uzayın güneydeki derinliklerinde bir yerde karanlık bir birleşmede, bir bilyon yıldan daha önce zincirlerinden kurtulmuş bir kütleçekimsel tsunaminin bir anlık mırıltısını yakalamışlardı.
Washington D.C.’de 11 Şubat 2016’da yapılan resmi basın toplantısı heyecan vericiydi. Benim üniversitemde, Kolombiya Üniversitesinde, kampüsteki en büyük alanlardan birinde toplantıyı canlı yayın olarak verdik ve benzer durumlar dünya genelindeki üniversitelerde de yaşandı. Kısa bir anlığa, kütleçekimsel dalgalar, Amerika’daki başkanlık seçimine dair tahminleri gölgede bıraktı.
Heyecan garantilenmişti. Tarih bu keşfe bilimin yönünü değiştiren nadir kırılma anlarından biri olarak bakacaktı. İlk insanın gökyüzüne bakmasından beri ışığın dalgalarını kullanarak evreni keşfediyoruz. Teleskop bu gücü büyük ölçüde geliştirdi ve sayesinde yeni kozmik manzaraların görkemiyle karşılaştık. 20. yüzyılda, saptadığımız ışık sinyallerini –kızılötesi, radyo, morötesi, gamma ve x-ray– arttırdık. Bütün ışık sinyalleri, çıplak gözle görebildiğimiz diğer çeşitlerin dışında kalan dalga boyları hariç. Ve bu yeni araştırmalarla kozmik manzara gittikçe zenginleşiyor.
Kütleçekimsel dalgalar daha da dramatik sonuçlar ortaya çıkarabilme potansiyeline de sahip. Işık engellenebilir. Perde gibi opak bir madde görülebilir ışığın önünü kesebilir. Metal bir kutu radyo dalgalarını engelleyebilir. Bunların aksine, kütleçekimi neredeyse hiç değişmeyen her şeyin içinden geçebilir.
İşte bu yüzden, kütleçekimsel dalgalarla araştırma yapabildiğimizde, iki karadeliğin çarpışması ya da belki 13,8 milyar yıl önceki büyük patlamanın korkunç gümbürtüsünün sebep olduğu kaotik uzay zaman bükülmeleri gibi ışığın giremediği alanları inceleme fırsatımız olacak. Gözlem, karadeliklerin ikili olarak oluştuğu iddiasını zaten doğruladı. Daha da cezbedici olarak, aklımızın ucundan bile geçmeyecek şeylerin uzayın derinliklerinde yaşadıklarını bulabiliriz.
Dünya genelinde, İtalya, Almanya, yakında Japonya ve muhtemelen Hindistan, dedektör ağları verileri toplayacak, umarım ki uzayda kullanılacak büyük bir dedektör de gelecekte aralarına katılacak, kozmosu araştırma gücümüze sıçrama yaptıracak. Bu oldukça heyecan verici. Kapasitemizden, dünyevi sorunlarımızın arasında, yukarıya bakmamızdan, merak etmemizden, yaratıcı olmamızdan ve biraz daha ötesini görebilmeye olan adanmışlığımızdan daha ilham verici bir şey yok.