Yer çekimi yaşadığımız en genel olgulardan biridir ve eski çağlardan beri bilim adamlarının nesnelerin neden düştüğünü anlamaya çalışmaları hiç de şaşırtıcı değildir. Dünyanın, üzerinde ve çevresinde yer alan bütün nesneleri merkezine doğru çeken kuvvete yerçekimi adı verilir. Atmosferi, dağları, okyanusları, evleri, arabaları, insanları ve dünya üzerindeki bütün nesneleri yeryüzünde tutan kuvvet bu yerçekimidir. Dünyanın doğal uydusu olan Ay ve diğer yapay uyduları yörüngelerinden sapmadan Dünya etrafında dönmelerini sağlayan güç yine yerçekimidir.

Aristo’nun Yer çekimi Teorisi

M.Ö. 4. yüzyılda Yunan filozof Aristo, sebepsiz bir etki veya hareket olmadığını düşünüyordu. Nesnelerin “doğal yerlerine” doğru hareket ettikleri fikrini ileri sürerek, bu davranışın bilimsel olarak açıklanmasına yönelik en eski ve en kapsamlı çabalardan birini göstermiştir. Aristo için Dünya üzerinde bulunan bütün nesneler için bu doğal yer, dünyanın merkezi idi (Bahsettiği evrenin merkezi Aristo’nun geosentrik evren modelindeki merkezdi).

Yeryüzü elementleri olan taş, demir ahşap gibi ağır cisimlerin, doğal yerleri olan evrenin merkezine doğru aşağı doğru hareket etmelerine neden olan doğaları ile ilgili idi. Gökyüzü elementleri olan hava ve ateş gibi hafif olanlar doğaları gereği gökyüzüne doğru yukarıya hareket etmekteydi.

Aristo ayrıca nesnelerin ağırlıklarıyla orantılı bir hızda düştüğüne inanıyordu. Diğer bir deyişle, ahşap bir cisim ile aynı ebatta metal bir cisim alıp ikisini aynı anda yüksekten bırakırsanız, ağır oln metal nesne ahşap olana oranla daha hızlı düşecektir.

Sezgisel anlayışımız ve dünyanın nasıl çalıştığına dair temel gözlemlerimizle oldukça uyumlu olan Aristo’nun modeli ilk yerçekimi tanımlamasıdır.

Hintli Aryabhata (M.S 476 – 550) ilk olarak, gezegenlerin eliptik yörüngeleri izleyen eksenlerinde döndüğünü ve bu nedenle Dünya dönerken üzerindeki nesnelerin neden düşmediğini açıklayarak, dünya merkezli bir güneş sistemi fikrini geliştirdi. Hintli gökbilimci ve matematikçi Brahmagupta, yerçekimi için çekici kuvvet anlamına gelen “gurutvākarṣa the”tanımlamasını kullandı.

Galileo ve Hareket Yasası

Aristo’nun bir maddenin doğal yerine doğru hareketi hakkındaki felsefi teorisi, Galileo Galilei zamanına kadar yaklaşık 2.000 yıl boyunca kabul gördü. 17. yüzyılda Galileo, eğik düzlemlerde farklı ağırlıklardaki nesneleri yuvarlayarak deneyler yaptı ve ağırlıklarından bağımsız olarak aynı hızlanma oranıyla düştüğünü keşfetti. Ampirik (Deneysel) kanıtlara ek olarak, Galileo bu sonuca destek olmak için teorik bir düşünce deneyi kurdu.

Isaac Newton‘un Genel Çekim Yasası

Sir Isaac Newton, Dünya’da gözlemlenen düşme hareketinin, Ay ve diğer nesnelerin yaşadığı hareketin aynı karakterde olduğunu ve bunların birbirleriyle ilişkili olduğunun farkına vardı. Newton tarafından ortaya atılan bu fikir, Galileo’nun eserleri ve aynı zamanda Galileo’nun çalışmalarından önce geliştirilmiş olan Nicholaus Copernicus (Kopernik) tarafından helyosentrik (Güneş Sistemi) model üzerine kurulmuştur.

Newton Genel Çekim Yasasına göre; Evrendeki tüm cisimler birbirini çeker. Güneş gezegenleri, gezegenler güneşi, gezegenler uyduları, uydular gezegenleri çektiği gibi dünya üzerindeki taş, ağaç, masa, sandalye, insan gibi nesneler de birbirini çeker. Tüm bu çekim kuvvetine genel olarak “kütle çekim kuvveti” adı verilir. Bu kuvveti genel olarak ifade eden bir yasa “Newton’un Genel Çekim Yasası” dır.

Newton, “iki cisim arasındaki çekim kuvveti cisimlerin kütleleri ile doğru orantılı olduğunu ve aynı zamanda aralarındaki uzaklığın karesi ile ters orantılı” olduğunu ifade etmiştir. Çekim kuvvetinin büyüklüğü aşağıdaki formül ile ifade edilir.


Albert Einstein Yerçekimini Yeniden Tanımladı

Yerçekimi anlayışımızda bir sonraki önemli adım, Albert Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı biçiminde karşımıza çıktı. Genel Görelilik Kuramına göre, hacmin biçim değişmesi çekim kuvvetine bağlıdır.

Yerçekimi, anlayışımıza uyumlu bir şekilde cisimlerin yolunu değiştirir. Uzayda nesneler yakınlardaki büyük nesnelerin çekim gücü ile hareket ederek en kısa yolu izlerler.

Daha anlaşılır olması için çekim kavramı Örneğin, geniş bir trambolinin ortasına ağır bir bowling topu koyulduğunu düşünelim. Bowling topunun ağırlığı nedeniyle aşağı doğru bir çökme oluşacaktır. Trambolinin genel yüzeyi düz şeklini korurken, bowling topunun koyulduğu alanda sarkma eğrileri oluşacaktır. İşte aynı bu örnekte olduğu gibi ağırlık esnek trambolin yüzeyini nasıl bozuyorsa madde de uzayda çarpıklıklar ve eğrilikler meydana getirirmektedir. Bu duruma çekim adı verilmektedir.

Deneyi biraz daha ileri götürürsek; trambolin üzerinde birbirine yakın iki bowling topu koyulduğunda birbirlerine doğru hareket etme eğilimi gösterirler. Trambolin yüzeyindeki sarkma iki cismi birbirine doğru hareket etmeye zorlar. Bowling toplarından biri hafif biri ağırsa, o zaman hafif olan ağır olan bowling topuna doğru hareket edecektir. Bu hareket, uzaydaki cisimler için de geçerlidir.

Yerçekimini eşit taraflı formül veya denklem haline getirmek için kitlelerin değeri veya aralarındaki mesafeden bağımsız olarak yerçekiminin doğru kuvvetini verecek bir çarpan faktör veya sabit olmalıdır. Bu yerçekimi sabiti ilk kez Henry Cavendish tarafından 1797’de ölçülmüştür.

Yerçekimi, Dünya yüzeyinde veya yakınındaki nesneleri etkiler ve onlara yer çekimi ivmesini kazandırır. Dünya yüzeyinde tüm nesneler bu ivme ile düşerler. Başka bir deyişle, yerçekimi, ivme ile tam olarak eşdeğerdir. 1911-1915 yılları arasında başlangıçta eşdeğerlik ilkesi olarak ifade edilen bu fikir resmi olarak Einstein’ın genel görelilik kuramıyla geliştirildi.

Kuantum Yerçekimi Araştırmaları

Kuantum fiziğinin anlaşılmasıyla birlikte Genel Görelilik Kuramı’nın bile anlamlı sonuçlar vermediği bazı durumlar ortaya çıkmıştır. Bu örneklerin en iyi bilinenleri, kara deliklerin sınırlarına kadar uzanmaktadır. Uzay zamanının pürüzsüz kumaşı, kuantum fiziği için gerekli olan parçacıklık ile uyumsuzdur.

Bu durum teorik olarak, fizikçi Stephen Hawking tarafından kara deliklerin Hawking radyasyonu enerjisi yaydığını öngören bir açıklama ile giderilmiştir.

Günümüzde gerekli olan şey, kuantum fiziğini de tamamen içerebilen kapsamlı bir yerçekimi teorisidir. Bunu gerçekleştirmeye çalışan bir çok fizikçi halen çalışmaktadır fakat henüz bilim dünyası tarafından genel olarak kabul gören, kuantum fiziğini de kapsayan, deneysel kanıtlara dayalı yeni bir yerçekimi yasası veya çekim yasası ortaya koyulamamıştır.