Işık Kütlesizse Neden Kütleçekiminden Etkileniyor?

Newton'un kütleçekim kuramına göre iki cisim arasındaki kütleçekim kuvveti cisimlerin kütleleri ile doğru orantılı, aralarındaki mesafenin karesi ile ters orantılıdır. Ayrıca yine Newton tarafından geliştirilen üç temel hareket yasasının ikincisine göre bir cisme etki eden kuvvet cismi ivmelendirir ve bu ivme cismin kütlesi ile ters orantılıdır. Bu iki temel yasadan hareketle kütlesi olan cisimlerin kütleçekimi etkisiyle ivmeleneceğini söyleyebiliriz. Görelilik kuramlarından kaynaklanan değişiklikler hesaba katılmazsa, ışığın durgun kütlesi sıfır olduğu için üzerine etki eden kütleçekim kuvveti sıfır olmalıdır yani kütleçekiminden etkilenmemelidir. Ancak Albert Einstein tarafından geliştirilen genel görelilik kuramı, kütlesiz parçacıkların da kütleçekiminden etkilenmesi gerektiğini söyler.

Genel görelilik kuramına göre cisimlerin içinde hareket ettiği uzayzamanın şekli kütle tarafından belirlenir. Newton'un kuramlarında olduğunun aksine genel görelilik kuramında uzay “düz” değildir. Kütle uzayı eğer ve kütle ne kadar büyükse o kütlenin etrafındaki uzayın eğriliği de o kadar büyük olur. Genel görelilik kuramı aslında Newton'un kütleçekim kuramını geliştirir. Küçük kütlelerin etrafında uzayın eğriliği de küçüktür ve genel görelilik kuramı, Newton'un kütleçekim kuramına yakın sonuçlar verir. Ancak iki kuramın tahminleri arasındaki fark, büyük kütlelerin etrafındaki uzaylarda daha belirgindir. Böyle uzaylarda kesin sonuçlar alabilmek için genel görelilik kuramına başvurmak gerekir. Örneğin Newton'un kütleçekim kuramı karadeliklerin etrafındaki uzaylarda geçerli değildir. Karadeliklerin çekim gücü o kadar büyüktür ki, etraflarında olay ufku olarak adlandırılan bir yüzey oluştururlar. Klasik kurama göre, karadeliği çevreleyen bu yüzeyi geçerek karadeliğin içine düşen kütleli ya da kütlesiz herhangi bir cisim bir daha karadeliğin çekiminden kurtulamaz.

Işık ışınlarının kütleçekiminden etkilenmesini basitçe şu şekilde açıklayabiliriz: Işık ışınları, uzayda iki nokta arasında hareket ederken her zaman aradaki en kısa yolu takip eder ve bu en kısa yol uzayın şekline bağlıdır. Uzayın eğriliği kütle tarafından belirlendiği için ışık ışınları da kütleçekiminden etkilenir. Bu durum gözlemlerle de doğrulanır. Örneğin yıldızlardan bize ulaşan ışık, Güneş'in yakınından geçtiği zaman yıldızların konumlarında kaymalar gözlemlenir.