Kütleçekim ya da çekim kuvveti, kütleli her şeyin gezegenler, yıldızlar ve galaksiler de dahil olmak üzere birbirine doğru hareket ettiği doğal bir fenomendir. Enerji ve kütle eşdeğer olduğu için ışık da dahil olmak üzere her türlü enerji kütleçekime neden olur ve onun etkisi altındadır.
Kara delik; astrofizikte, çekim alanı her türlü maddesel oluşumun ve ışınımın kendisinden kaçmasına izin vermeyecek derecede güçlü olan, büyük kütleli bir gök cismidir. Kara delik, uzayda belirli nitelikteki maddenin bir noktaya toplanması ile meydana gelen bir nesnedir de denilebilir. Bu tür nesneler ışık yaymadıklarından kara olarak nitelenirler. Kara deliklerin "tekillik"leri nedeniyle, üç boyutlu olmadıkları, sıfır hacimli oldukları kabul edilir. Kara deliklerin içinde ise zamanın yavaş aktığı veya akmadığı tahmin edilmektedir. Kara delikler Einstein'ın genel görelilik kuramıyla tanımlanmışlardır. Doğrudan gözlemlenememekle birlikte, çeşitli dalga boylarını kullanan dolaylı gözlem teknikleri sayesinde keşfedilmişlerdir. Bu teknikler aynı zamanda çevrelerinde sürüklenen oluşumların da incelenme olanağını sağlamıştır. Örneğin, bir kara deliğin potansiyel kuyusunun çok derin olması nedeniyle yakın çevresinde oluşacak yığılma diskinin üzerine düşen maddeler diskin çok yüksek sıcaklıklara erişmesine neden olacak, bu da diskin yayılan x-ışınları sayesinde saptanmasını sağlayacaktır. Günümüzde, kara deliklerin varlığı, ilgili bilimsel topluluğun hemen hemen tüm bireyleri tarafından onaylanarak kesinlik kazanmış durumdadır.
Fizik ve astronomide kırmızıya kayma diye tanımlanan fenomen, bir cisimden yayılan ışımanın dalga boyunun artmasıdır. Görülebilen ışık için bu ışığın renginin elektromanyetik tayfın kırmızı yöne doğru kaymasıdır. Tersine dalga uzunluğunun azalması, maviye kayma olarak bilinir. Kâinat'ta gözlenen galaksilerden gelen ışığın birkaç istisnaî durum dışında tayfın hep kırmızı bölgesine kaydığı gözlenir. Edwin Hubble, bu gözlemin sonucunda Kâinat'ın yönden bağımsız olarak genişlediğini söylemiştir.
Gözlemlenebilir evren, evrenin ışık ve başka sinyallerin galaksiler ve maddenin, kozmolojik genişlemeden beri Dünya’ya ulaşacak zamanı bulması sonucu, şimdiki zamanda Dünya'dan gözlemlenebilen cisim ve maddelerden oluşan bölgesidir. Evrenin izotropik olduğu varsayılırsa, gözlemlenebilir evrenin sınırı, her yönde aşağı yukarı aynıdır. Dolayısıyla, gözlemlenebilir evren, gözlemcisini merkeze alan, küresel bir hacme sahiptir. Evrendeki her nokta kendi gözlemlenebilir evrenine sahiptir ve bu evren Dünya merkezli olanla çakışıyor olabilir de, olmayabilir de.
Dikey hız, bir hedefin bir gözlemciye göre iki nokta arasındaki vektörel yer değiştirme miktarının değişim hızıdır. Hedef-gözlemci izafi hızının, iki noktayı birleştiren izafi yön veya görüş çizgisi üzerindeki vektörel izdüşümü olarak tanımlanır. Daha basitçe, bir hedefin bir gözlemciye göre, görüş çizgisi boyunca yaklaşma veya uzaklaşma hızıdır.
Kuasar, kütlesi milyonlarca ila on milyarlarca güneş kütlesi arasında değişen, bir gaz diski ile çevrili bir süper kütleli kara delik tarafından desteklenen son derece parlak bir aktif galaksi çekirdeğidir (AGN). Kara deliğe doğru düşen diskteki gaz sürtünme nedeniyle ısınır ve elektromanyetik radyasyon şeklinde enerji açığa çıkarır. Kuasarların ışıma enerjisi muazzamdır; en güçlü kuasarlar, Samanyolu gibi bir galaksiden binlerce kat daha fazla parlaklığa sahiptir.
Beyaz delik ya da ak delik, kara deliğe düşen bir maddenin solucan delikleri aracılığıyla evrenin başka bir yerinde yeniden ortaya çıktığı noktalardır. Başka bir zamana veya başka bir Bebek Evren'e de açılabilirler. Kara delikler, içine düşen hiçbir şeyin kendisinden kaçamadığı cisimlerdir. Bunların tam tersi olan beyaz deliklere ise hiçbir madde giremez, yalnız kara deliğe düşen maddeler çıkabilir. Bu sebeple beyaz delik olarak adlandırılmışlardır. Bu konuda önemli çalışmalar yapmış olan teorik fizikçi Stephen Hawking, son makalesinde solucan deliklerinin ve beyaz deliklerin bulunmadığını savunmuştur. Genel görelilikte; beyaz delik, madde ve ışık kendisinden kaçabildiği halde dışarıdan girişe izin vermeyen uzayın varsayımsal bir bölgesidir. Bu anlamda, sadece dışarıdan giriş olabilen, madde ve ışığın kaçamadığı kara deliğin tersidir. Beyaz delikler, sonsuz kara delikler teorisiyle ortaya çıkar. Gelecekteki kara deliğe ek olarak, Einstein alan denkleminin bir çözümü geçmişinde bir beyaz deliğe sahiptir. Fakat, bu alan, yerçekimsel çöküş boyunca oluşturulan kara delikler için mevcut değil ve beyaz deliğin oluşmuş olabileceği bilinen bir fiziksel süreç de yok. Şimdiye kadar hiçbir beyaz delik gözlenmemiştir. Ayrıca, termodinamik yasaları der ki, evrenin net entropisi ya artar ya da sabittir. Bu kural beyaz deliklerin entropiyi düşürme eğilimleriyle ihlal edilir. Tıpkı kara delikler gibi, beyaz delikler de kütle, yük ve açısal momentum özelliklerine sahiptir ve diğer kütleler gibi maddeleri çekerler. Ama beyaz deliğe doğru düşen nesneler asla beyaz deliğin olay ufkuna tam olarak ulaşamazlar(Aşağıda tartışılan maksimum genişletilmiş Schwarzschild çözüm durumda bile, geçmişteki beyaz delik olay ufku, gelecekteki siyah delik olay ufku olur. Böylece, beyaz deliğe doğru düşen herhangi bir nesne, sonunda siyah delik ufkuna ulaşacaktır.) Yüzeyi olmayan, yerçekimsiz bir alan hayal edin. Bu durumda, yerçekimi ivmesi herhangi bir vücut yüzeyinde en fazladır. Ama kara deliklerin bir yüzeyi olmadığından, yerçekimi ivmesi katlanarak artar; fakat asla son değerine ulaşamaz çünkü tekillikte kabul edilen bir yüzel bulunmamaktadır. Kuantum mekaniklerinde, kara delik Hawking radyasyonu yayar ve böylece radyasyon gazıyla termal dengeye gelebilir. Stephen Hawking, termal dengedeki bir kara deliğin zaman tersinin yine termal dengedeki bir kara delik olduğunu savundu çünkü termal denge durumu, zaman- tersinir- değişmezdir. Bu da, beyaz deliklerle kara deliklerin aynı nesne olduğu anlamına gelebilir. Sonradan, sıradan bir kara delikten yayılan Hawking radyasyonu, beyaz delik ışıması olarak tanımlandı. Hawking'in yarı-klasik argümanı kuantum mekanik Ads/CFT benzeşmesinde yeniden oluşturuldu. Aynı zamanda Ads/CFT'de; zaman tersi kendisiyle aynı olan bir gauge teorisinde, anti-de Sitter'deki bir kara delik bir termal gazla açıklanır.
Işık ötesi hız, ışıktan hızlı bilgi aktarımı ve ışıktan hızlı yolculuk, bilginin ve maddenin ışık hızının daha üstünde hızlarla hareket etmesi halinde kazanacağı hız. Özel görelilik kuramına göre, kütlesi olan ve ışık hızından düşük hıza sahip olan bir parçacığın ışık hızına ulaşabilmesi için sonsuz enerjiye ihtiyacı vardır. Ne var ki özel görelilik, ışıktan hızlı hareket eden kütleli parçacıkların varlığını her zaman yasaklamaz.
Holografi ilkesi, bir uzayın hacminin kendi yüzeyi üzerine kodlanmış şekilde düşünülebileceğini ifade eden bir kuantum kütleçekimi ve sicim kuramı özelliğidir. İlk olarak Gerardus 't Hooft ortaya atmış ve yine Leonard Susskind; Hooft ile Charles Thorn'un fikirlerine kendininkilerini de ekleyerek net bir sicim kuramı yorumu haline getirmiştir.
Kütleçekimsel çökme astronomik objelerin sahip olduğu kütleçekim etkisinden dolayı diğer objeleri kendi merkezine doğru çekmesidir. Herhangi bir stabil objede bu kütleçekim tam tersi yönünde etkileyen iç basınç ile karşılıklı olarak dengelenmektedir. Eğer kütleçekim dışarı yönde etkiyen iç basınçtan daha fazla olursa bu denge durumu bozulur ve madde içeri doğru çökmeye başlar. Bu çöküş iç basıncı artırıp maddeyi kütleçekim ile dengeleyecek noktaya gelene kadar devam eder. Bu durum böylece devam eder.
Kapalı zamansı eğri (KZE), matematiksel fizikte, “kapalı” uzayzamanda, başlangıç noktasına geri dönen bir parçacığın Lorentz manifoldundaki zaman çizgisidir. Bu olasılık ilk defa, genel göreliliğin eşitsizliklerine uygun bir çözüm keşfetmiş olan Kurt Gödel tarafından 1949 yılında ortaya çıkartılmıştır. Gödel, KZElerin aynı zamanda Gödel ölçüsü olarak bilinmesini sağlamıştır ve o zamandan beri de Tipler silindiri ve geçilebilir solucandelikleri gibi KZEleri içeren başka genel rölativite çözümleri bulunmuştur. Eğer KZEler varsa, varlıkları geriye doğru zaman yolculuğunun en azından kuramsal olarak olası olduğuna kanıt olarak sunulabilir, bu da dede paradoksu kaygısını ortaya çıkartabilir, ancak Novikov öztutarlılık ilkeleri bu biçim paradokslardan kaçınılabileceğini belirtmektedir. Bazı fizikçiler, belirli genel görelilik çözümlerinde yer alan KZElerin, ileride ortaya atılacak ve genel göreliliğin yerine geçecek olan kuantum kütleçekimi kuramıyla denklemden atılabileceğini savunmaktadır, Stephen Hawking bu görüşü kronoloji korunumu varsayımı olarak adlandırmıştır. Diğerleri ise, belirli bir uzayzamandaki tüm kapalı zamansı eğrilerin aynı olay ufkundan geçmesi durumunda –ki bu da kronojik sansür olarak isimlendirilebilecek bir özelliktir–; bu uzayzaman tüm olay ufuklarından temizlense dahi, yine de düzgün nedensellikte davranacağını ve bir gözlemcinin nedensellik ihlalini belirleyemeyeceğini savunmaktadırlar.
Genel görelilik veya genel izafiyet, 1907 ve 1915 yılları arasında Albert Einstein tarafından geliştirilen bir çekim teorisidir. Genel göreliliğe göre, kütleler arasında gözlenen kütleçekim etkisi uzayzamanın eğrilmesinden kaynaklanır.
Mikro kara delikler, mekanik kuantum kara delikleri veya mini kara delikler olarak da adlandırılır, varsayımsal minik kara delikler, kuantum mekaniği etkileri için önemli bir rol oynar.
Penrose süreci ya da Penrose mekaniği, Roger Penrose tarafından teorileştirilen, dönen bir kara deliğin içindeki enerjiyi çıkarma işlemidir. Çıkarma işlemi mümkündür çünkü kara deliğin dönüş enerjisi kara deliğin olay ufkunun dışında ancak Kerr uzay-zamanında ergosfer denilen bir bölgededir. Bu bölgede parçacıklar dönen uzay-zaman ile uyumlu hareket etmek zorundadır. Ergosferdeki bütün objeler dönen uzay-zaman tarafından sürüklenir. İşlem sırasında bir grup madde ergosfere giriş yapar ve giriş yaptıktan sonra ikiye bölünür. Maddenin iki ayrı parçasının momentumu ayarlanabilir olmalıdır ki parçalardan biri olay ufkunun ötesine, deliğe düşerken diğer parça sonsuzluğa doğru kaçabilsin. Büyük olasılıkla kaçan parçanın kütle-enerjisi, orijinal parçanın kütle-enerjisinin negatif olduğu ele alındığında, daha fazla olacaktır. Özet olarak bu işlem kara deliğin açısal momentumda azalma ile sonuçlanır. Bu azalma bir enerji aktarımına işarettir. Kaybedilen momentum çıkartılan enerjiye dönüşmüştür.
Relativistik Doppler Etkisi ya da Göreli Doppler etkisi, adını ünlü bilim insanı ve matematikçi Christian Andreas Doppler'dan almakta olup, kısaca dalga özelliği gösteren herhangi bir fiziksel varlığın frekans dalga boyu Dalga boyu, bir dalga görüntüsünün tekrarlanan birimleri arasındaki mesafedir. Yaygın olarak Yunanca lamda (λ) harfi ile gösterilmektedir. hareketli bir gözlemci tarafından farklı zaman ve/veya konumlarda farklı algılanması olayıdır. Bu da göreli olduğunu belirtir. Herhangi bir A konumundan B konumuna gitmek icin fiziksel bir dalga ortamı'na ihtiyaç duyan dalgalar icin Doppler Etkisi hesaplamaları yapılırken, dalga kaynağı ve gözlemcinin birbirine göre konum, yön ve hızlarının yanında dalganın içinde veya üzerinde hareket ettiği dalga ortamının da fiziksel yapısı dikkate alınmak zorundadır. Eğer söz konusu dalga herhangi bir A konumundan B konumuna gitmek için fiziksel bir dalga ortamına ihtiyaç duymuyor ise Doppler Etkisi hesaplamalarında sadece dalga kaynağının ve gözlemcinin birbirine göre birim zamandaki konumlarının değerlendirilmesi yeterlidir. Göreli doppler olayı değişikliği olduğu frekansa ışık kaynağının göreceli hareketine göredir ve, Göreli Doppler etkisi relativistik olmayan farklı Doppler etkisi denklemleri dahil olarak zaman genişlemesi etkisini özel görelilik ve referans noktası olarak yayılma ortamı dahil değildir. Lorentz simetri gözlenen frekanslar için toplam farkı anlatır.
İkili kara delik, iki kara deliğin birbirine yakın bir yörüngede bulunduğu sistemdir. Yıldızsal ikili kara delik sistemleri ve süper kütleli ikili kara delik sistemleri olarak iki alt grupta incelenebilir. Yıldızsal ikili kara delik sistemleri büyük kütleli çift yıldız sistemlerinin kalıntısıdır. Süper kütleli ikili kara delik sistemlerinin ise galaksilerin birleşmesi ile oluştuğu düşünülmektedir.
Kütleçekimsel tekillik ya da uzay-zaman tekilliği koordinat sistemine bağlı olmayan gökcisminin yerçekimi alanının sonsuz olarak ölçüldüğü konum olarak tanımlanır. Bu nicelikler, maddenin yoğunluğunun da dahil olduğu uzay-zaman eğriliklerinin skaler değişmeyen nicelikleridir. Uzay zamanın normal kuralları tekillik içinde var olamaz.
Kütleçekimsel dalgaların ilk gözlemi 14 Eylül 2015 tarihinde meydana geldi. Bu gözlemin açıklanması ise LIGO ve Virgo iş birliği ile "kütleçekimsel dalgaların bulunuşu" şeklinde 11 Şubat 2016 tarihinde açıklandı. Bundan önce kütleçekimi dalgalarının varlığı, ikili yıldız sistemlerinde atarcaların zamanlamalarının üzerindeki etkileri yoluyla, sadece dolaylı olarak anlaşılmaktaydı. Her iki LIGO gözlemevi tarafından da tespit edilmiş olan yerçekimi dalgaları, yaklaşık 36 ila 29 güneş kütlesi arasında kütlesi bulunan iki kara deliğin ve sonraki "zil susturma" tek ortaya çıkan siyah bir çift içe spiral ve birleşme kaynaklanan bir yerçekimsel dalga için karadelik, genel görelilik öngörüleriyle eşleşti. Sinyalin adı GW150914 olarak seçildi. LIGO tarafından yapılan bu gözlem, iki çok büyük kütleye sahip karadelik sisteminin varlığını kanıtlayan ve bu tür birleşmelerin ise evrenin şimdiki yaşı içerisinde oluşabileceği gerçeğini gösteren nitelikte bir gözlem oldu. Aynı zamanda bu olay, ikili karadelik birleşmesinden oluşan bir sistemin tarihteki ilk gözlemi olarak da kabul edilmektedir.
Tüy yumakları birtakım süpersicim teoristleri tarafından, kara delikleri kuantumsal açıdan doğru tanımlamak amacıyla ortaya atılmış bir teoridir. Bu teori, modern fiziğin kara deliklere bakışındaki iki inatçı problemi çözmektedir.
- Karadeliğe düşen maddeler ve enerjiler, tekilliğin içerisinde kaybolurlar, dolayısıyla karadelik içine ne düşerse düşsün hiçbir fiziksel değişim geçirmezler, buna bilgi paradoksu denir.
- Klasik karadelik teorisine göre, karadeliğin kalbi sonsuz uzay zaman eğrilikleriyle doludur, bunun sebebi sonsuz yer çekimi ve sıfır hacimdir. Modern fizik ise sıfır ve sonsuz gibi parametreler işin içine girdiğinde bozulmaktadır.
Maviye kayma, dalgaboyu bir elektromanyetik dalganın frekansı karşılık gelen bir artışı ile herhangi bir düşüş; Karşıt efekt, kırmızıya kayma olarak adlandırılır. Görünür ışıkta, renk spektrumun kırmızı ucundan mavi ucuna kayar.
