Şimdi denklik ilkesinden elde edilen ve genel görelilik kuramını daha iyi kavramamıza yardımcı olacak bazı sonuçlara bakalım. İlk sorumuz şu: “Yeryüzünde serbest bırakılan her cisim düşer. Peki ışık da düşer mi?”
Soruyu somutlaştırmak için, yere paralel doğrultuda bir ışık atımı gönderildiğini düşünelim. Bu atım bir doğru boyunca mı yol alır, yoksa yolundan saparak yere doğru mu yaklaşır?

Hangi cevabın doğru olduğunu anlamak için, aynı süreci ivmelenen rokette inceleyelim. Roket ilk anda duruyor olsun ve bu anda sol duvardan yere paralel bir ışık atımı gönderilsin. Işık karşı duvara ulaşana kadar, oda yukarıya doğru bir miktar yol alır. Bu nedenle ışık daha alt düzeyde bir noktaya çarpar.

Dolayısıyla, rokete göre ışık atımı yolundan saparak zemine doğru yaklaşır. Denklik ilkesi gereği aynı cevap yeryüzünde de geçerli. Sonuç olarak, kütleçekim etkisi altında ışık da yolundan sapar. Yani yerçekimi ışığı da çekiyor.

Ne yazık ki, bu sadece niteliksel bir sonuç. Denklik ilkesi, ışığın tam olarak ne kadar aşağıya saptığını belirlemek için kendi başına yeterli değil. Bu türden nicel sonuçlar için, kütle çekiminin uzayı ve zamanı tam olarak nasıl etkilediğini belirlemek, yani tüm genel görelilik kuramını kullanmak gerekiyor. Ama amacımız sadece nitel sonucu, yani ışığın aşağıya doğru saptığını anlamaksa denklik ilkesine güvenebiliriz.

Işık o kadar hızlı yol alıyor ki, Dünya’nın çekim etkisi altında yolundan sapması fark edilemeyecek kadar küçük. Sapma ancak Güneş gibi büyük kütleli gök cisimleri için ölçülebilir değerlere ulaşıyor. Güneş için bile, sapma açısı bir derecenin 2000’de biri kadar. Küçük bir açı, ama hassas aletlerle rahatlıkla ölçülebilir.

İngiliz astrofizikçi Sir Arthur Eddington, Einstein’ın bu öngörüsünü sınamak ve diğer yıldızlardan gelen ışığın Güneş’in yakınından geçerken ne kadar saptığını ölçmek için 1919 yılındaki Güneş tutulmasını bir fırsat olarak kullandı. Yapılan ölçümler, kabaca da olsa, bu öngörüyü destekliyordu. İşte Einstein’ı bir anda dünya çapında popüler ününe kavuşturan şey bu sonucun açıklanması oldu.

Bugün yapılan modern ölçümlerde sapmayı belirlemek için Güneş tutulmasını beklemeye gerek yok. Yüksek çözünürlüklü radyo antenleri, kuasarlardan gelen radyo dalgalarının Güneş’in yakınından geçerken görelilik kuramına uygun şekilde saptığını tespit edebiliyor.

Işığın kütle çekimi tarafından yolundan saptırılması büyük gök cisimlerinin bir kütleçekimsel mercek gibi davranmasına yol açıyor. Örneğin, çok uzaktaki gökcisimlerinden kaynaklanan ışık, büyük galaksi gruplarının yakınından geçerken aynı türden sapmaya uğruyor. Bazı durumlarda, aynı kaynaktan ayrılan iki veya daha fazla ışık demetinin yolu Dünya’da kesişiyor. Bu durumda aynı kaynağın çok sayıda görüntüsü oluşuyor. Kütleçekimsel mercekler tarafından birden fazla görüntüsü oluşturulduğu bilinen çok sayıda gök cismi var.

Bazı ender durumlarda, kaynak merceğin tam arkasına denk geldiği için halka şeklinde bir görüntüsü ortaya çıkıyor.

Bu tip örnekler görelilik kuramını sınamakta kullanılamıyor. Ama ışığın sapma açısını ölçerek, mercek etkisini yaratan cisimlerin kütlelerini belirlemek mümkün. Örneğin, galaksilerin kütlesinin çoğunun karanlık madde tarafından oluşturulduğu bu yöntemle anlaşılıyor.

Yatay yönde yol alan ışığın yerçekimi etkisiyle yolundan saptığını biliyoruz. Peki ya yere dik, düşey yönde yol alan ışığa ne olur? Denklik ilkesi bize bu durumda da ışığın renginin değişeceğini söylüyor. Fakat önce, bu sonuca ulaşmamıza sağlayan Doppler etkisinden bahsedelim.

Bir dalganın frekansının o dalgayı üreten kaynak ve algılayan cismin hızlarına bağımlı olmasına Doppler etkisi deniyor. Belli bir frekansta dalga üreten bir kaynak bize doğru yaklaşıyorsa, dalganın frekansının artmış olduğunu, yani dalgaboyunun azaldığını gözlemleriz. Tersine, eğer kaynak bizden uzaklaşıyorsa, bu defa frekansının azaldığını görürüz.

Bir otoyolun kenarında duyduğumuz araç sesleri Doppler etkisinin tipik bir örneği. İnce seslerin yüksek frekanslı olduğunu hatırlayın. Bir araç bize uzaklaşırken daha tiz, yanımızdan geçip uzaklaşmaya başladığında da daha tok bir ses duyarız.

Işık da bir elektromanyetik dalga. Görünür ışık için mavi renk en yüksek, kırmızı renk de en düşük frekansa sahip. Bu nedenle bizden uzaklaşan cisimlerden kaynaklanan ışığın rengi kırmızıya kayar. Tam tersine, kaynak bize yaklaşıyorsa bu defa rengi maviye kayar. Işık hızı çok büyük olduğu için, gündelik hayatımızda bu türden renk kaymalarını fark edemiyoruz.

Görelilik ilkesi gereği, ışıktaki Doppler etkisi sadece bizim kaynağa göre hızımıza bağlı. Yani, bizim durduğumuz ve kaynağın bizden uzaklaştığı durumda ne kadar kızıla kayma oluyorsa, aynı miktar kayma kaynağın durduğu ve bizim uzaklaştığımız durumda da elde ediliyor.

Şimdi, yerden yukarıya doğru yol alan ışığın renginin neden kızıla kayması gerektiğini görmek için aynı sürece ivmelenen rokette bakalım. En başta roket durağan. Bu anda roketin zemininden belli bir frekansta (yani belli bir renkte) ışık çıksın. Işık tavana ulaştığında roket yukarı doğru bir miktar hızlanmış olacaktır.

Bu ışık en başta duran bir kaynaktan çıktı. Ama yolunun sonunda, bu kaynağa göre uzaklaşan bir noktaya ulaştı. Yani kaynak durağan ama gözlemci hareket etmekte. Bu nedenle, tavandaki bir gözlemci ışığı algıladığında, renginin bir miktar kızıla kaydığını görür.

Aynı sürece rokete göre bakarsak, ışık yukarıya doğru çıktıkça renginin sürekli olarak kızıla kaydığını görürüz. Doğal olarak aynı sonuç yerçekimi söz konusu olduğunda da geçerli. Bu etkiye “kütleçekimsel kızıla kayma” deniyor.

Eğer ışık ters yönde, yani aşağı gidiyorsa, bu defa rengi maviye kayar.

Işığın renginde meydana gelen bu değişiklik doğal olarak Dünya üzerinde oldukça düşük. Yeryüzünden kaynaklanan ışık sonsuza kadar gitse bile frekansı ancak milyarda bir oranında düşüyor. Güneş’in yüzeyinden kaynaklanan ışığın frekansı da ancak 500 binde bir oranında. Buna rağmen, genel görelilik kuramının bu öngörüsü deneysel olarak sınanabilmiş, hem de yeryüzünde. 1960 başlarında Harvard Üniversitesi’ndeki bazı fizikçiler, 20 metre yükseklik boyunca hareket eden ışığın oldukça küçük bir oranda (katrilyonda bir) kızıla kaymaya uğradığını ve bunun kuramla uyumlu olduğunu belirlediler.

Kütleçekimsel kızıla kayma, bir apartmanın üst katlarındaki saatlerin alt kattakilerine oranla daha hızlı işlediğini de söylüyor. Nasıl olduğunu anlatmak için biraz abartılı bir örnek vereceğiz. Müteahhitlerimizin çok büyük kütleli bir gökcisminde iki katlı bir ev yapmayı becerdiğini varsayalım. Buradaki çekim etkisi o kadar büyük olsun ki, alt katta üretilen ışık üst kata ulaştığında frekansı tam yarıya düşsün.

Alt katta da frekansı 1 Hertz olan ışık üretelim, yani, bir saniyede ışık dalgasının bir tepesi gönderilsin (bunun görülebilir ışık olmadığı açık; ama sonuç için bu o kadar önemli değil). Işık üst kata ulaştığında frekansı yarım Hertz olacak. Yani, altta saniyede bir tepe üretiyoruz ama üst katta iki saniyede bir tepe sayılıyor.

Bir başka deyişle, ardışık iki dalga tepesi arasında geçen süre alt katta 1 saniyeyken üst katta 2 saniye olarak ölçülüyor. Bu nedenle üst kattaki saatler iki kat daha hızlı çalışıyor olmalı.

Genel kural olarak, kütleçekimsel alan altında daha yukarıda olan saatler aşağıdakilere oranla daha hızlı işler.

Özel görelilik kuramında karşılaştığımız durumlarda olduğu gibi burada da saatlerin hangi türde oldukları (fiziksel, kimyasal, biyolojik) hiç önemli değil. Bütün olası saat türleri geçen zamanın aynı oranda farklı olduğunu gösterecektir. Örneğin, eğer ikiz kardeşler doğduklarında bu iki kata yerleşmişler ve buralardan hiç ayrılmamışlarsa, alttaki ikiz 30 yaşına ulaştığında üstteki kardeşi 60’ıncı yaşını kutluyor olacak. Üsttekinin çabuk yaşlandığı için üzülmenize gerek yok, çünkü zamanın hızlı aktığını fark etmez; yaşadığı 60 yılın her saniyesini hak ettiği şekilde yaşar.

Özel görelilik kuramındaki zaman genleşmesi etkisinin aksine, buradaki etki gözlemciye bağlı değil. Yani, iki ikiz kardeş dahil olmak üzere bütün gözlemcilere göre üst kattaki saatler daha çabuk ilerler.

Eğer işlerinizi yaparken yeterli zamanınızın olmamasından şikayet ediyorsanız, o zaman bir apartmanın en üst katına taşınmanın size diğerlerinden biraz daha zaman kazandıracağı açık gibi görünüyor. Ama çabuk heveslenmeyin, çünkü Dünya üzerinde bu şekilde kazanabileceğiniz zaman fark edemeyeceğiniz kadar küçük. Örneğin, 10 metre yüksekte yaşıyorsanız, yerdekilere göre 1 yılda kazanacağınız zaman saniyenin 30 milyonda biri kadar.

Dünya’nın en derin yeri olan merkezinde bile zaman sadece milyarda iki oranında daha yavaş. Bu nedenle Dünya’nın 4,5 milyar yıllık ömrü boyunca merkez, yüzeyle karşılaştırıldığında 1,5 yıl daha genç kalmış.

Genel görelilik kuramının zamanın konusundaki bu öngörüsü de yeryüzünde değişik deneylerle tespit edilmiş. Örneğin, senkronize edildikten sonra bir jet uçağına bindirilip dolaştırılan atomik saatlerin yerdekilere oranla ne kadar farklı işlediği ölçülebiliyor. Bu durumda iki farklı etki söz konusu. Birincisi özel görelilik etkisi: Uçak bize göre hareket ettiği için içindeki saat bize göre daha yavaş işler. İkincisi de genel görelilikten kaynaklanan etki: Uçak daha yüksekte olduğu için içindeki saatler daha hızlı işler. Yapılan deneylerde ikinci etki daha ağır basıyor. Elde edilen sonuçlar özel ve genel görelilik kuramlarının beraber öngördüğü değerlerle uyumlu.

Bunun dışında, küresel yer belirleme sisteminin önemli bir parçası olan GPS uydularında da her iki kuramın öngördüğü etkiler önemli rol oynamakta. Bu sistemin doğru çalışması için uydulardaki saatlerin sürekli olarak ayarlanması gerekiyor. Kısacası, görelilik kuramları basit deneysel sınamaları geçerek, teknolojik bir uygulama alanı bulmuş bile.

Işığın kütleçekim alanı altındaki davranışı da, kısmen bu bahsettiğimiz zaman genleşmesinin bir sonucu. Yukarıya giden ışığın kızıla kayması, yani frekansının düşmesi, sadece yukarıdaki zamanın daha hızlı işlemesinden kaynaklanıyor.

Yatay giden ışığın yolundan sapması da zaman genleşmesiyle açıklanabilir. Işık bir elektromanyetik dalga olduğu için uzayda bir hacim kaplar. Dolayısıyla, ışığın yer aldığı hacmin, yerçekimine göre daha yukarıda ve daha aşağıda olan kısımları var. Zaman genleşmesi nedeniyle, daha yukarıdaki noktalarda frekans daha düşük, yani dalgaboyu daha büyük olmalı. Dalgaboyundaki konuma bağlı bu farklılık, kaçınılmaz olarak dalganın aşağıya doğru yön değiştirmesine yol açıyor.

Işığın sapması için verdiğimiz bu son açıklama genel görelilik kuramının özüne daha uygun. Bu sapmayı eskiden alışık olduğumuz şekilde, yani Dünya’nın ışığı çeken bir kuvvet uyguladığını söyleyerek de açıklayabiliriz. Ama, genel görelilik kuramında daha çok tercih edilen başka bir açıklama var: Dünya’nın aslında başka cisimlere herhangi bir kuvvet uyguladığı yok. Dünya sadece çevresindeki uzay ve zamanı, bunların geometrisini değiştiriyor. Işık bu bölgede bilinen şekilde yayılıyor ama geometrik zorunluluklardan dolayı yere doğru sapıyor.