Evrenimiz kocaman. Bu nedenle küçücük gezegenimizden evreni tanımaya çalışmak çok ama çok zor. Fakat evrende kısa da olsa bir yolculuk yapabilseydik eminim çok şey öğrenirdik. Ne yazık ki evreni keşfetme hayallerimiz bir engelle karşı karşıya: Işık hızı.
Teorik olarak nesneleri ışık hızına çok yakın şekilde hızlandırabilecek olsak da bu sefer de önümüze başka engeller çıkıyor. Işık hızına çok yakın bir hıza sahip nesne için zaman yavaşlıyor mesela. Ancak konu üzerine çalışan bilim insanlarının aklına bu sorunu çözebilecek bir fikir geldi elbette. Örneğin anti-maddenin yardımıyla ışıktan hızlı hareket edebilirdik.
Işıktan hızlı hareket edebilmek demek, zaman genişlemesine bir çözüm bulmak demektir. Bunu yapabilmenin tek yolu ise uzay-zaman dokusunu “kıvıran” bir warp sürücüsü/ motoru kullanmaktır. Warp motoru (Warp drive) veya diğer bir ismiyle Alcubierre bükümünü, Star Trek gibi bilim kurgu filmlerinden duymuş olabilirsiniz.
Kısa bir zaman önce CERN’de gerçekleştirilen deneye kadar warp sürücülerine karşı çok da umutsuz değildik. Ancak CERN’deki deney, anti-madde hakkındaki düşüncülerimizi değiştirerek warp motorları fikrimizi yeniden gözden geçirmemize sebep oldu. O yüzden “Warp motoru nedir?”, “Anti-madde ile ilişkisi nedir?”, “Işıktan hızlı yolculuk hayallerimiz suya mı düştü?” sorularını gelin beraber tartışalım.
İşe Önce Uzay-Zamanın Dokusunu Anlamakla Başlayalım
Çok uzun bir süre boyunca matematikte Öklid geometrisinin borusu ötüyordu. O zamanlar uzayın 3 boyutlu olduğunu düşünüyorduk. Fakat 19. yüzyıla geldiğimizde bir şeyler değişmeye başladı. Çünkü matematikçilerin aklına yeni olasılıklar gelmeye başlamıştı. Mesela neden uzay 3 boyutlu olsun ki 4, 5 ya da daha fazla boyutlu olamaz mıydı? Veya uzay düz müydü gerçekten?
Matematikçilerin bu farkındalıkları Öklid dışı geometrilerin ortaya çıkmasını sağladı. Uzay-zaman dokusu dümdüz olmak zorunda değildi. Kıvrık bir uzay-zaman dokusundan bahsetmek mümkündü. Hatta çok kıvrılmış bir uzay-zaman dokusu kendi üstüne bükülebilirdi bile. Bu sayede de aslında birbirine çok uzak olan iki nokta arasında kestirme bir yol oluşmuş olurdu.
Aslında bundan sonrası malum. Matematikte ortaya çıkan bu yeni yaklaşımlardan fizik de payını alacaktı. Özellikle de Riemann geometrisi, Albert Einstein’ın görelilik teorilerinde oldukça işine yarayacaktı.
Einstein’ın genel göreliliği, 3 uzay boyutu ve 1 zaman boyutu olmak üzere 4 boyutlu bir uzay-zaman ortaya koyuyordu. Ve bu teori kütle çekimini de içeriyordu. Buna göre kütle ve enerji, büyüklük ve dağılım bakımından uzay-zaman dokusunun eğri olmasını sağlıyordu. Ancak olay sadece bu değildi elbette. Genel görelilik teorisinden 20 yıl sonra Einstein’ın öğrencisi Nathan Rosen çok güzel bir şey keşfedecekti.
1935’te Einstein ve Rosen, uzayın eğrilmesinin aslında uzay-zamanda birbirine çok uzak olan iki konumun birbirine bir “köprü”yle bağlanmasını sağlayabileceğini gösteren bir makale yayınladılar. Einstein-Rosen köprüsü olarak adlandırılan bu kavramı, bugün birçoğumuz solucan delikleri olarak biliyoruz.
Warp Motoru Fikri Nasıl Ortaya Çıktı?
Eğer uzayda bir solucan deliği bulursak onu kestirme bir yolmuş gibi kullanabilirdik. Fakat solucan deliklerini henüz bulamamış olmamız bir yana, bu kestirme yolların kendince birtakım komplikasyonları vardır. Solucan delikleri her daim açık ve geçilebilir yapılar olmak zorunda değildir. Çünkü kararsız yapıdadır. Ayrıca bir solucan deliğinden geçmeye çalışırsak uzayın muazzam eğriliğinden kaynaklanan kütle çekimi bizi yok ederdi.
Ancak bu kestirme yol fikri ışıktan hızlı yolculuk için halen önemliydi. Uzayda solucan delikleri gibi kestirme yollar bulamıyor veya kullanamıyor olsak da belki biz kendimiz bu tarz bir kestirme yol yaratabilirdik. Nasıl mı? Uzay-zaman dokusunu büyük miktarda enerji harcayarak eğrilterek. Başka bir deyişle warp motoru yaparak. Warp motoru, uzayı sıkıştırarak hareket edecek ve böylece mürettebatın zaman genişlemesine maruz kalmasına engel olacaktı.
1960’larda ortaya atılan warp motoru fikri başta pek de ciddiye alınan bir fikir değildi. Fakat Miguel Alcubierre adlı bir fizikçi, warp motorunun gelecekte fiziksel olarak gerçek olabileceği fikrine kapı aralayan bir çalışma yaptı.
Bir Warp Motorunun Çalışma Prensibi Nedir?
Genel görelilik teorisi sayesinde pozitif kütle ve enerjinin uzay-zaman dokusunu büktüğünü biliyoruz. Alcubierre’nin fark ettiği şey ise eğer negatif kütle ve enerji var olabilirse, bunların uzay-zaman dokusunu pozitif kütle ve enerjiyle eşit miktarda ancak zıt şekilde bükeceğiydi.
Warp motorunun çalışma prensibi de bu pozitif/negatif kütle ve enerji varlığına dayanır. Uzay aracının önündeki uzay-zaman dokusu sıkışır, arkasındaki de genişlerse tıpkı solucan deliklerindekine benzer bir durum karşımıza çıkar. Aslında birbirine uzak olan iki konum arasında warp motorunun zaman genişlemesine maruz kalmasını engelleyen kestirme bir yol oluşacaktır.
Warp motorunun uzay-zaman dokusunu bu şekilde bükmesi için anti-maddenin yardımına ihtiyacı vardır. Az önce de bahsettiğimiz gibi eğer negatif kütle ve enerji ortamda varsa, pozitif kütle ve enerjiyle eşit miktarda ama zıt şekilde uzayı bükecektir. Peki negatif kütle ve enerjinin uzay-zamanı zıt şekilde bükmesi ne demek?
Negatif kütle ve enerjinin (ya da anti-maddenin diyebiliriz artık) zıt şekilde uzayı bükmesi, normal maddenin zıttı şekilde kütle çekimine tepki vermesi demektir. Mesela normal bir madde olan topu havaya atarsanız bir süre sonra yere düşer. Ancak anti-topun ya da anti-maddenin havaya atıldığında ne yapacağını tam olarak bilmiyorduk. Bazı tahminlerimiz vardı ancak warp motorunun çalışması için anti-maddenin havaya atıldığında yere düşmemesi yani (bize göre) kütle çekimine karşı gelmesi gerekiyordu.
Fakat Anti-Maddenin Davranışı Sebebiyle Hayallerimiz Suya Düşmüş Gibi Görünüyor
Normal maddenin kütle çekimine karşı nasıl davrandığını test etmek kolaydır. Ancak aynı şey anti-madde için geçerli değildir. Çünkü hatırlayın, anti-madde ve normal madde bir araya geldiklerinde birbirlerini yok eder. Üretilmesi en kolay anti-madde parçacıklarıysa anti-protonlar ve pozitronlardır. Ve bu parçacıklar da elektriksel olarak yüklü olduğundan onları tek başına tutmak çok zordur.
Bunun için bilim insanları kısa bir zaman önce CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (LHC) anti-maddeyi incelemeye karar verdi. Çünkü LHC, dünya üzerinde anti-madde yaratabildiğimiz ve kontrol altında tutabildiğimiz tek yerdir.
Aslında genel görelilik teorisinin doğruluğundan ötürü anti-maddenin kütle çekimine karşı nasıl davranması gerektiğine dair bir beklentimiz vardı. Genel göreliliğe göre anti-maddeden oluşan bir topu da havaya attığımızda düşmesi gerekiyordu. Ancak daha önce test etmediğimiz için elbette bundan emin olamazdık.
CERN’de yapılan deneylerde genel göreliliğin haklı olduğunu bir kez daha görmüş olduk. Anti-madde kütle çekiminde “düşüyordu”. Fakat gezegenimizde normal madde Dünya’nın yer çekimi ivmesine bağlı olarak 1g=9.8 m/s hızla düşerken, anti-madde 0.46 ile 1.04 g arasındaki değerle düşüyordu. Bilim insanları anti-maddenin normal maddeden daha yavaş düşmesi üzerine çalışmalarına devam ediyorlar.
Sonuç Olarak;
Anti-maddeyi kullanarak bir warp motoru yapmak mümkün değildir. Çünkü anti-maddenin kütle çekiminde düşmesi negatif kütle fikrini çürütmektedir. Bu nedenle Alcubierre’nin düşündüğü gibi negatif kütle ve enerjiyi kullanarak uzay-zaman dokusunu büken bir araç geliştirmemiz şimdilik mümkün görünmüyor. Ancak geleceğin bize ne getireceği de tam bir muamma.
Kaynaklar ve İleri Okumalar
- It’s Official, Antimatter Falls Down in Gravity, Not Up ; Bağlantı: It’s Official, Antimatter Falls Down in Gravity, Not Up – Universe Today ; Yayınlanma tarihi: 29 Eylül 2023
- Antimatter falls down, not up: CERN experiment confirms theory ; Bağlantı: Antimatter falls down, not up: CERN experiment confirms theory (nature.com) ; Yayınlanma tarihi: 27 Eylül 2023
- Warp drive’s best hope dies, as antimatter falls down ; Bağlantı: Warp drive’s best hope dies, as antimatter falls down – Big Think ; Yayınlanma tarihi: 3 Ekim 2023
- E. K. Anderson et al. Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter ; Bağlantı: Observation of the effect of gravity on the motion of antimatter | Nature ; doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06527-1
Matematiksel
