Fizik Dünyasının En Utandırıcı Sorunu: Yerçekimi Sabiti

Yerçekiminin ne kadar güçlü olduğunu aslında bilmiyoruz.

Elbette var olduğunu biliyoruz. Her gün hissediyoruz. Bizi yeryüzüne bağlayan, gezegenleri yörüngelerinde tutan, evrenin tamamını şekillendiren bu kuvveti yaşıyoruz. Ama bir fizikçiye "yerçekimi sabitinin" kesin matematiksel değerini sorarsan, laboratuvara göre biraz farklı cevaplar alırsın.

Sanki on aşçıya bir bardak un ölçtürtüyorsun da hepsi biraz farklı miktar veriyor. Ama bu yemek yapma değil—bu temel fizik. Böyle olması gerekmiyordu.

Çok Güçlü Olup da Ölçülemeyecek Kadar Zayıf

İşte garip çelişki: yerçekimi her şeyi kontrol ediyor, oysa doğadaki diğer kuvvetlere kıyasla iç açıcı derecede zayıf.

Bunu böyle düşün: küçük bir buzdolabı mıknatısı, kağıt klipsini tutuyor. Tüm dünyanın yerçekimine karşı. Bir mıknatıs kazanıyor, yeryüzünün tamamına karşı.

Laboratuarda bu zayıflık cehennem olur. Yerçekimini ölçmek isteyen bilim insanları, nispeten hafif nesneler arasındaki çekim kuvvetini tespit etmek zorundadır. Gezegenimizden 500 milyar trilyon kat daha hafif nesnelerden bahsediyoruz. Aralarındaki yerçekimi kuvveti o kadar zayıftır ki; futbol sahasında bir tane tahıl tanesinin ağırlığını ölçebilecek kadar hassas donanıma ihtiyaç var. Hatta daha zayıf bir kuvveti ölçecek donanım gerekli.

225 yıldan fazla bir süredir fizikçiler, daha iyi ekipmanlar ve teknikler kullanarak yerçekimi sabitini daha kesin belirleyebilmeyi deniyorlar. Yine de farklı deneyler hep farklı sonuçlar veriyor. Farklılıklar çok küçük—10.000'de 1 civarında—ama bu, deneysel hatalardan çok daha büyük bir ayrım. Rahatsız edici bir durum. Sanki birisi "muhtemelen bir şeyi gözden kaçırıyorsun" diyor da sen ne olduğunu bilmiyorsun.

Bilim İnsanları Paranoyak Olduğunda (Güzel Bir Şekilde)

Karşımıza Stephan Schlamminger çıkıyor. Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü'nde çalışan bir fizikçi. Son on yılını neredeyse bu soruna adamış.

Schlamminger ve ekibi, 2007'de Fransız bilim insanlarının yaptığı saygın bir yerçekimi deneyini yeniden yapabilmeyi karar verdiler. Hedef: Maryland'deki NIST ekipinin aynı sonucu alıp alamayacağını görmek.

Ama Schlamminger burada çok akıllı davranıyor—biraz da paranoyak hale geliyor.

Biliyor musun, insanlar almayı beklediğimiz sonucu bulma eğilimindedir. Önyargılı analiz yapabiliriz. O yüzden Patrick Abbott adında bir meslektaşını çağırıyor. Abbott, belirli ölçümlere gizli bir sayı çıkartarak verileri karıştıracak. Yalnız Abbott bu sayıyı biliyor.

Neredeyse on yıl boyunca Schlamminger, gerçek sonucu bilmeden deney yapıyor. Sanki gözleri kapalı bir bulmacayı çözmek gibi, sonunda baktığında parçaların doğru yerde olacağına güven taşıyor.

Hiç Kimsenin Beklemeyen Dramatik Zarf Açılışı

İşte bu noktadan itibaren hikaye gerçekten heyecan verici oluyor (biliyorum, fizik dramatik olmamalı ama beni takip et).

Büyük an 2022'de gelmesi gerekiyordu. Schlamminger zarfı açıp gizli sayıyı ortaya çıkarmaya hazırdı. Ama tam o anda—son saniye—hava basıncı değişikliklerinin ölçümleri etkileyebileceğini fark ediyor. Duraklatıyor. İki yıl daha bekliyor.

11 Temmuz 2024'te, Colorado'da bir duyarlı elektromanyetik ölçümler konferansında moment geliyor. Schlamminger zarfı açıyor. Meslektaşları izliyor.

İçinde gizli sayı var. İlk tepkisi rahatlama. Sonuç Fransız deneyiyle uyuşması için bu sayı büyük bir negatif değer olması gerekiyordu. Öyleydi de.

Sonra rahatlama uçup gidiyor.

Çünkü sayı çok büyüktü. Ekibin ölçümü Fransız deneyiyle uyuşmuyordu. Fark seçilebilir durumdaydı.

Ortaya Çıkan Büyük Soru (Çok Fiziğimsi Şekilde)

İki yıllık titiz analiz sonrası Schlamminger ekibi bulgularını yayınlıyor. Yerçekimi sabitinin ölçülen değeri 6.67387×10⁻¹¹. Sorun? Bu, Fransız ölçümünden yaklaşık %0,0235 daha düşüktü.

Belki sen "Yüzde 0,0235? Neredeyse hiçbir şey!" diye düşünüyorsun.

Haklısın, günlük hayatında fark etmezsin. Ağırlığın değişmez. Yer fıstığı endüstrisi kavanozlarını ayarlamak zorunda kalmaz. Ama fizikte böyle bir fark ciddi bir sorundur.

Çoğu temel sabit, bundan çok daha iyi bir uyumla altı ya da daha fazla anlamlı rakamla bilinir. Farklı laboratuvarların bir temel sabit için sürekli biraz farklı değerler bulması? Bu kırmızı bir bayraktır.

Tarihsel olarak, bu tür ufak tefek tutarsızlıklar bazen muazzam keşiflere giden ekmek kırıntıları olmuştur. Farkında olmadığımız anlayış boşluklarını ortaya koyan ipuçları.

Bunun Neden Önemli Olduğu

İşte ilginç kısım: hiç kimse sorunun ne olduğunu bilmiyor.

Bilim insanları, ince deneysel hatalar mı gözden kaçırıyor? Aletlerde gizli önyargılar mı var? Yoksa—ve bu gerçekten ilginç—yerçekimi hakkındaki anlayışımız mı eksik?

Ölçümler "torsion balansı" adlı bir cihazı kullanıyor. Adından anlaşıldığı gibi: çok ince bir fiber, yerçekimi nesneleri çekince bükülüyor. Saplamayı ölç, yerçekimi kuvvetini hesapla. Teoride basit. Pratikte kabus. Çünkü sıcaklık değişimini, hava basıncı dalgalanmalarını, titreşimleri, nem oranını ve başka bin tane küçük faktörü dikkate alman lazım.

Schlamminger'in buna on yıl harcaması, bu kadar paranoyak olması, bir zarfa sayı koydurtması ve yine de tutarsızlığı çözememiş olması? Bu sana önemli bir şey söylüyor: bu çok zor bir problem.

Bundan Sonra Ne?

Fizikçiler ölçüm yapmaya devam edecekler. Farklı laboratuvarlar giderek sofistike ekipmanlarla deneyler yapacaklar. Veriler karşılaştırılacak, analiz edilecek, tartışılacak. Belki sonunda biri, hepimizin neyi kaçırdığını bulacak.

Ya da belki gerçekten de yerçekimi konusunda, henüz anlamadığımız garip bir şey var. Gizli boyutlar mı? Bilinmeyen kuvvetler mi? Muhtemelen hayır. Ama bilimin güzeli budur: cevap bulana kadar sormaya devam edersin.

Bu arada, fiziğin en temel sabitlerinden biri, ısrarcı bir belirsizlikle kalmaya devam ediyor. Bu durum derin bir rahatsızlık kaynağı olabilir ya da tümüyle heyecan verici.

Ben heyecan veren taraftan yanayım.