| Süper Üye
Kullanıcıların profil bilgileri misafirlere kapatılmıştır.
|  Özel Görelilik Ve Genel Görelilik
Özel Görelilik Ve Genel Görelilik
Bizler, günlük yaşamda ışık hızından çok daha düşük hızlarla karşılaşırız.Işığın hızı ise çok yüksek bir hızdır. Işık, saniyede 300 bin kilometre yol alır.Newton mekaniği ya da klasik mekanik denen eski düşünceler, düşük hızlardaki cisimlerin hareketlerini tanımlamak için kullanılır. Newton mekaniği düşük hızlarda çok iyi sonuç verir;ama hızları ışığın hızına yaklaşan parçacıklara uygulandığında başarısız olur.
Bizler, günlük yaşamda ışık hızından çok daha düşük hızlarla karşılaşırız.Işığın hızı ise çok yüksek bir hızdır. Işık, saniyede 300 bin kilometre yol alır.Newton mekaniği ya da klasik mekanik denen eski düşünceler, düşük hızlardaki cisimlerin hareketlerini tanımlamak için kullanılır. Newton mekaniği düşük hızlarda çok iyi sonuç verir;ama hızları ışığın hızına yaklaşan parçacıklara uygulandığında başarısız olur. Örneğin bir elektronun hızını,birkaç milyon voltluk potansiyel farkı kullanarak,ışık hızının yüzde 99'una (0.99c) varan hızlara çıkarabiliriz.Burada sınır ışık hızıdır,elektronu ışık hızından daha fazla hızlandıramayız. Newton mekaniğine göre ise hızın böyle bir sınırı yoktur. Hatta bu mekaniğe göre potansiyel farkı ya da buna karşı gelen enerji 4 katına çıkarılırsa elektronun hızı,yaklaşık,ışık hızının iki katına yakın bir hız kazanmalıdır.Oysa deneyler,ivmelendirici gerilim ne olursa olsun,elektronun hızının ışık hızından küçük kaldığını gösteriyor.Einstein bilime,çok büyük katkılar yaptı;ama görelilik, onun en büyük ve zekice ortaya koyduğu bir kuramdır. Bu kuramı,1905'te ortaya koyduğunda henüz 26 yaşında bir gençti.Ne büyük bir onur...Özel görelilik kuramı çok sayıda deneyle doğrulanmıştır.İşte size bunları anlatacağım.
Özel görelilik iki temel önermeye dayanır:
1. Eylemsiz referans sistemlerinin tümünde,fizik yasaları aynıdır.(Fizik yasalarının tümü,birbirine göre sabit hızlarla hareket eden tüm gözlemciler için aynıdır)Hareket, görelidir.Yani düzgün hızla hareket eden bir araçta yapılan deneyin sonuçları,durgun bir laboratuvarda yapılan aynı deneyin sonuçlarıyla özdeş olacaktır.Durgun bir laboratuvarda bir deney yaparsanız ve sabit hızlı bir arabayla geçen bir gözlemci de sizin deneyinizi gözlerse, hem laboratuvar koordinat sistemi,hem de hareketli arabanın kordinat sistemi eylemsiz referans sistemleridir. Buna göre laboratuvarda mekanik yasalarının doğru olduğunu bulursanız,hareketli arabadaki kişinin gözlemleri de sizinkiyle uyuşmalıdır.Bu aynı zamanda,hiçbir mekanik deneyinde,iki referans sistemi arasında herhangi bir fark saptanamayacağı demektir. Yani,uzayda mutlak hareket kavramı anlamsızdır.
2. Işığın hızı,evrendeki en yüksek ve mutlak hızdır.Işığın hızı, eylemsiz tüm gözlemcileri için bunların hareketlerinden bağımsız olarak aynı kalır.Işık hızının diğer hızlarla önemli çelişkisi Galile toplama yasasına uymamasıdır.Havanın durgun olduğu bir referans sisteminde sesin havadaki hızı 330 m/s'dir. Bununla birlikte,ses kaynağına göre hareket eden bir referans sisteminde sesin hızı ölçüldüğünde,sesin hızı bu değerden daha büyük ya da daha küçüktür.Bu durum ışık için geçersiz olmaktadır.Galile toplama yasası mı yanlış? Yoksa ışığın özel bir durumumu var? Michelson-Morley deneyi işte bu sorunun yanıtını gösterdi.Aslında bu deney,Einstein'in görelilik üzerine çalışmasını yayımlam
Kaynak:.zamandayolculuk.com adan önce,1887'de yapıldı.Ancak Einstein'in bu deneyin ayrıntılarından haberdar olduğu açık değildir. Buna karşın deneyin sonucu,Einstein'in kuramı çerçevesinde hemen anlaşılabilir.Çünkü kurama göre,gözlemcinin ya da kaynağın hareketinin ışık hızı üzerine bir etkisi yoktur.Özel görelilik kuramı, uzay ve zaman konusundaki sağ duyuya dayanan düşüncelerimizi değiştirdi.Bir bilim dalını kökten etkileyecek bir fikriniz olsa, bunu unutur muydunuz? Einstein, unutup yıllar sonra hatırlamışa benziyor. Einstein'dan geriye kalanların altını üstüne getiren araştırmacılar, ünlü fizfizikçinin, kütleçekimsel mercek etkisini genel göreliliği tamamlayışından 3, söz konusu bulguyu yayınlayışından 24 yıl önce akıl etti<?XML:NAMESPACE PREFIX = O />ğini orortaya çıkardılar. Einstein'ın küçük bir not defterini yeniden inceleyen Max Planck Enstitüsü araştırmacıları, Einstein'ın 1910'dan 1940'a kadar kullandığı bu defterde, sonraları 1936'da tamamlayıp yayınladığı denklemlerini, ufak tefek farklarla çoçok önceden not ettiğini farkettiler. Araştırmacılar, aradaki döneme ait belgelerden yola çıkarak, Einstein'ın bu bubuluşundaki yaklaşımını unutup, yıllar sonra yeniden ortaya koyduğunu ileri sürüyorlar. Kütleçekimsel mercek etkisi, ancak 1979'da gözlemlenebilmişti.
"Hareket Görelidir "Ne demektir?
Bu kuramın iki önermesini tanımıştık. Bu önermeler, bizi yeni bir düşünme düzeyine sıçramaya zorlar. A ve B gibi iki kayıktayız. A kayığı, bir çupra sürüsünü oltasına düşürmüş ve denizin o noktasında durağan. B kayığı ise çupra arayışı için sabit bir hızla ilerliyor. Ortalık sisle kaplı. Kayıklardaki gözlemciler kimin hareket halinde olduğunu bilemiyor. Sessiz ve sarsıntısız bir trendeki yolcu pencereden baktığında kendisinin değil, çevresindeki uzayın hareket etiğini sanır.
Hareketi nasıl gözleriz?
Bir referans (başvuru) sistemi olmaksızın hareket kavramının anlamı yoktur. Her durumda hangi sisteme göre hareketi belirtmek istediğimizi belirlemeliyiz.
Başvuru sistemi, bir yol, yeryüzeyi, Güneş, galaksimizin merkezi olabilir. Bermuda' da ve Avusturalya' da Perth' e düşürülen taşlardan her ikisi de "aşağıya " düşmekte, ama bu iki taş, yerin merkezine göre tam olarak zıt yönde hareket etmektedir. Bu durumda referans sistemi neresidir? Yerin merkezi mi; yoksa yerin yüzeyi midir? Aslında referans sistemleri, eşderecede doğrudur ya da vardır. Sorun, sizin amacınız için hangisini daha uygun olduğunu saptamaktır. Eğer tüm uzayı doldunran bir eter olsaydı, tüm hareketleri ona dayandırırdık ve böylece Bermuda ve Perth sakinleri şaşkınlıktan kurtulmuş olurdu. Böyle bir eterin yokluğu evrensel bir referans sistemi olmadığını anlatır. Çankü ışık (veya daha genel olarak elektromanyetik dalagalar) boş uzayda bilgi aktarabilecek tek araçtır. Bütün hareket, yalnızca kendisini gözleyen kişiye ve araca göre vardır. Evrende yalıtılmış olsak, hareket halinde olup olmadığımızı belirleyemeyiz, çünkü referans sistemi olmaksızın hareket kavramının bilimsel anlamı yoktur.
Einstein ' in 1905' te geliştirdiği özel görelilik kuramı, birbirlerine göre sabit hızlarla hareket eden sistemlerin ( eylemsizlik referans sistemleri) sorunlarına eğilmektedir.
Şimdi düşünelim ki iki kayık yan yana geliyor ve tam bu anda yıldırım çakıyor. Özel göreliğin ikinci önermesine göre yıldırım ışıkları, düzgün olarak tüm doğrultulara yayılıyor. Birinci önermeye göre her iki kayıktaki gözlemci, kendisinin merkezde olduğu, genişleyen bir ışık küresi bulmalıdırı.; hatta alevin parladığı noktaya göre, bunladan birisi konumunu değiştiriyor olsa bile kayıklardan başka bir neferanns sistemini sis yok etttiğiniden gözlemciler kimin değişikliğie uğradığını farkedemez ve böylece, her ikisi için de ışık hızı aynı olduğundan her ikisi de özdeş olayı görmelidir.
Göreli olaylar, günlük deneyimlerden farklıdır.
Açık bir günde A ve B kayıkları denizdedir. Bunladan biri, kayıkla yanyana gelince suya bir taş atar. Taşın yaratığı dalgalar nasıl görünür? Her iki gözlemci, farklı dairesel yörüngeler yayıldığını gözler. Yalnızca dalgacık örneklerinin merkezinde olup olmadığını gözetleyerek herbir gözlemci, kendisinin suya göre hareket edip etmediğini söyleyebilir.Su, bir referans sistemidir ve kayıkla su üstünde hareket eden bir gözlemci, farklı yönlerdeki dalgacık hızlarını, kendisisine göre birbirlerinden farklı olarak ölçer.; oysa kayık üzerindeki duran bir gözlemcinin ölçtüğü dalgacık hızları her yönde aynıdır. Şu noktayı anımsamak çok önemlidir. Sudaki dalagalar ve hareketler ile uzaydaki hareket ve dalglar çok farklıdır. Uzay, kendi içinde bir referans sistemi değlidir; su, kendi içinde bir referans sistemidir. Sudaki dalga hızları, gözlemcinin hareketi ile değişir; ışığın uzyadaki dalga hızları ise gözlemcinin hareketi ile değişmez. Örneğimizdeki iki kayıkta bulunan gözlemcilerin, özdeş halde yayılan ışık küreleri algılamaları gerçeğinin tek açıklama yolu, her gözlemcinin koordinat sisteminin, öbürünün bakış açısından, birbirlerine göre harekettten etkilenmiş olmasıdır.
Bunlardan birinciyi, yani hareketin göreliğini hele bir düşünelim. Dünya' nın kendi ekseni etrafında ve Güneş çevresinde döndüğünü artık hepimiz biliyoruz. Biz insanlar, Dünya denen müthiş bir hareketlinin, diyelim ki bir trenin yolcularıyız. Ama Dünya, bize hep duruyor gibi geliyor. Neden? Çünkü trenimiz ve biz, aynı hızda ve aynı yönde hareket etmekteyiz. Şimdi bir tren istasyonu ve onun önünden geçen tren modelini düşleyelim. Bu bir düş değil, belki de yolculuklarınızdan anımsayacağınız bir gözlemin öyküsüdür. Biri istasyonda bekleyen istasyon şefi, diğeri de trendeki bir yolcu olan iki kişinin hareketi nasıl kavrayacaklarına bakalım. İstasyon şefi için hareket eden şey hep trendir. Trendeki yolcu ise kendisinin durağan olduğunu, istasyonun ve tüm diğer dünya yüzeyinin kendi yanından geçip gittiğini düşünebilir. Bir biçimli hareket, yalnızca göreceli olarak belirtilebilir; mutlak bir hareketli olduğunuzu öne süremezsiniz; ancak bir başka nesneye göre hareket etmekte olduğunuzu söyleyebilirsiniz. Siz, sandalyenizde otururken aslında Dünya ile birlikte hareket halindesiniz. Ama Dünya ile hız farkınız sıfır olduğu için bunu farketmiyorsunuz. Siz, arabanızla şu kadar hızla otobanda seyrederken, bu hızınız sandalyesinde oturan komşunuza göredir. Sanıyorum hareketin görecelliği konusunda anlaşıyoruz. Şimdi daha geniş uzaylara açılmak için yine istasyon şefimize ve trendeki yolcumuza dönelim; epeydir yerlerinde tembel tembel oturuyorlardı. Onlara ölçme görevi vereceğiz. Şefe bir ölçü çubuğu ve bir saat; trendeki yolcuya da bir ölçü çubuğu ve bir saat veriyoruz. İkisine de yolcunun bulunduğu pencerenin yatay uzunluğunu ölçme ödevini veriyoruz. Yolcunun işi kolay. Yerinden kalkacak ve pencerenin uzunluğunu ölçecek. Şefinki biraz daha zor. Tren geliyor, ama istasyonda durmadan geçiyor, ışıkları açacak, yolcuların istemleriyle uğraşacak ve bu arada hareket halindeki trenin pencere boyutunu ölçecek. Sanıyorum pencere boyutu değişmediğine göre, şef ve yolcunun aynı uzunlukları ölçeceğini düşünüyorsunuz. Ama Einstein, size yanıldığınızı gösterecektir. Şefin pencereyi görmesi için, pencerenin ön ve arka nokalarındaki ışık, şefin gözünü ulaşmalıdır. Ancak öndeki ışık daha kısa sürede, arkadaki ışık daha uzun sürede ona ulaşır. Bu da aynı bir uzunluğun farklı hızlardaki gözlemcilerce farklı ölçüldüğünü gösterir. "Hareket Halindeki Cisimlerin Elektrodinamiği " başlıklı makalesi, özel göreliliğin ana düşüncelerini içeriyordu. Einstein, önce esir (eter) kuramını bir kenara itti. Sonra, içinde göreli hareketle mutlak hareketin ayırt edilebeleceği sabit bir uzayın bulunmadığını ileri sürdü Başka bir anlatımla, evrende durduğuna emin olabilaeceğimiz hiçbir şey olmadığını gösterdi. Duran bir trende otururken, yandan başka bir tren geçse, bunu gören herkes bunun farkına varır. Ama sarsıntıları yok eder ve duran ile yanından geçen yolculara sorarsak, hangi trenin hareket halinde olduğunu söylemek güçleşir.
Işık Hızının En Yüksek Hız olması Ne Demektir?
Işık hızının sabitliği neleri düşündürür?
Her gözlemci ölçülerini kendi referans sistemine göre yapar. Bu referans sistemi nedir? Kendi evi, laboratuvarı, gezegeni ya da galaksisi olabilir.
Uzaydaki her şey birbirine göre değişik hızlardadır. İnsanın evrendeki yerini veya hareketini belirleme amacıyla kullanabileceği esir ya da başka bir işaret yoktur. Herkes için ortak olan tek sonuç, içinde bulunduğumuz hareket haline bağlı olmaksızın, ışık hızını ölçtüğü zaman, her yerde aynı sonucu bulacağıdır.
Einstein' in düşüncelerinin ilginç sonuçları vardır. Bir uzay platformunun Dünya yörüngesine yerleştirildiğini ve bir bilim adamının cetvel ve saatle ışık hızını ölçmekle burada bulunduğunu düşünelim. Bu bilim adamının saat ve cetvel dışında bu iki aletten başkasına gereksinim duymaması hayret vericidir. Bunun nedeni, hızın herhangi bir şeyin verilen bir zaman içinde alacağı yolun ölçüsü oluşudur. Platformdaki bilim adamı, ölçülerini dikkatle yapar ve ışığın, tıpkı Dünya üzerinde olduğu gibi, saniyede 300.000 km lik bir hızla hareket ettiğini saptar.
Yine aynı ölçüyü yapmak üzere Dünya’dan ikinci bir heyet gönderilir. Fakat bu seferki bilim adamı nisbeten yavaş hareket eden bir uzay istasyonunun sağladığı kolaylığa sahip değildir. Ölçülerini, dünyada iken karşılaştırdıkları vakit uzay istasyonundakilerin aynı oldukları saptanan cetvel ve saati kullanarak hızla hareket eden roketli bir uzay gemisinden yapması istenir. Uzay gemisi, istasyonun yanından hızla geçerken içindeki bilim adamı ölçmelerini yapar ve bu sırada uzay istasyonundaki bilgin de onu teleskopla gözetler. İstasyondaki bilgin, uzay gemisinin, ordaki meslektaşının ve onun kullandığı cetvelin hareket yönünde kısladıklarına dikkat eder. Fakat, uzay gemisinden verilen ışık hızıyla ilgili rapor onu şaşırtır. Meslektaşının raporuna göre, ışığın uzay gemisinde ölçülen hızı da 300.000 kilometredir. Bu nasıl olabilir? Ölçüyü kısalmış cetvelle yaptığına göre sonucun farklı olması gerekirdi. Bunun kaçınılmaz yanıtı, hızın hebanıda kullanılan diğer büyüklüğün de değişmiş olmasıdır. Yani zaman akışı “yavaşlamış”tır.
Onun çıkış noktası, ışık hızının evrensel bir sabit olduğuydu. Bunu, kendisi değil, Michelson ve Morley daha önce kanıtlamıştır. Maxwell, bu konuda adımlar atmıştır.
Esir Kuramını Kurtarma Çabaları
Michelson-Morley Deneyi, esir kuramına indirilmiş önemli bir darbeydi. Ama 1893 yılında Dublin' deki Trinity Kollejinde görevli Fitzgerald , yeni bir öneriyle esir kuramını kurtarmayı denedi. Bundan ayrı olarak bir başka görüşü de Leiden Üniversitesinden H.A. Lorentz ortaya attı. Fitzgerald ve Lorentz' e göre, esir içinde hareket eden cisim hareket yönünde kısalıyordu. Bu kısalmanın miktarı, cismin hızının ışık hızına yakınlığına bağlıydı. "Lorentz- Fitzgerald kısalması" denen bu değişme, basit bir matematik formülle açıklanmıştı. Buna göre, Dünya' nın Güneş çevresindeki hareketi Michelson-Morley aletinde 200 milyonda bir oranında kısalmaya neden oluyordu. Ne kadar küçük olursa olsun bu değişme, deneyin neden başarısız olduğunu açıklamaya yeterdi. Aletteki kısalma, aletin gerçek fiziksel büzülmesi, esirden geçerken yavaşlayan ışık demetinin hızındaki herhangi bir azalmayı örtecek düzeydeydi. Lorentz ve Fitzgerald, o an için doğru sonuç veren bir matematiksel hipotez ortaya attılar; ama bunun başarılı bir açıklamasını yapamadılar. Yine de katı maddenin hareketten dolayı kısalması herkesin dikkatini çekti.Hareket nasıl olur da bir cismin kısalmasına neden olabilirdi?
1905 DEVRİMİ
Einstein,1905 yılında henüz 26 yaşındaydı. Birden ve harika bir sona ulaştı...1905' te Einstein Almanya’nın ünlü fizik dergisi 'Annalen der Physik ' te art arda yayımladığı üç çalışması olağanüstü bir yankı uyandırdı; bu yazılar, insanoğlunun evrene bakışını kökten değiştirdi.
Einstein "atomun varlığı"nı Yeniden Kanıtlıyor: Polenlerin Sıvı İçindeki Dansı
Atomların Önemi
Jean Perrin,1908'de,Einstein’in polen taneciklerinin hareketiyle ilgili niceliksel kestirimlerini doğrulayan bazı önemli deneyler yaptı. Bu deneyler, aynı zamanda Einstein’in tümüyle kurama dayanan hesaplarının ne denli incelikli yapıldığını da gösterdi. İşte o zaman başta kimyacı Ostwald bile "atomcu" oldu. Ancak katı pozitivisti Ernst Mach, doğrudan deneye dayanmıyor diyerek atomun varlığını kabul etmedi;ölümüne dek “bozulmaz şüpheciliğini” korudu. Bugün fizikçiler, patent inceleyicisi Einstein’in yazısını atomların varlığı konusunda ilk ikna edici test olarak kabul etmektedirler. Yalnız başına o tek yazı onun bilimsel saygınlığını sağlardı.
Atomları göremeyiz ve onlara dokunamayız; onlar dünyamızın farkına varılabilen bir kısmı değildir. Yine de fiziğin büyük kısmı atomların varlığına dayanır. Kuantum elektrodinamiğinin mucitlerinden biri olan Richard Feynman (1965 Nobel), bir defasında, bir tufanda geleceğe iletilmesi gereken bir cümle dışında tüm bilimsel bilgi tahrip edilseydi bu cümlenin ‘.. doğada her şey, birbirinden biraz uzak olduklarında birbirini çeken, fakat, birbiri içine sıkıştırıldıklarında birbirini iten, aralıksız bir hareket içinde dolaşan atomlardan yapılmıştır ” şeklindeki cümle olması gerektiğini yazmıştı.
Einstein’in uğraştığı sorun, atomların varlığının nasıl kanıtlanabileceği sorunu idi. Atomlar görülemeyecek kadar küçük iken bu iş nasıl yapılabilirdi? Uçan tenis toplarıyla dolu odanın içine bir basket topu koyduğunuzu düşünüelim. Büyük basket topu her taraftan tenis toplarının saldırısına uğrar ve rastgele hareket etmeye başlar. Tenis toplarının bombardımanının rastgeleliğini varsayarak, basketbol topunun hareketleri belirlenebilir. Baste topu, kendine carpan toplar nedeniyle sıçrar ve ortalıkta zıplar.
Fotoelektrik Olayın Kuantum Kuramıyla Açıklanması
İkinci bomba, aslında kuantum kuramıyla ilgiliydi. Fotoelektrik olayın incelendiği bu yazı, kuantum kuramının bir savunmasıydı.Aslında diyoruz, çünkü Einstein kuantum kuramının kurucularından olduğu halde giderek ilerlemenin gerisinde kalma talihsizliğini yaşayacaktı. Makalesinin adı: Işığın Oluşumu ve Dönüşümü Üzerine Bir Görüş 'tü. Einstein bu makalesinde fotoelektrik olayı çözümlüyordu .Bu çözümlemede Planck'ın kuantum önermesini kullandı. 1900 yılında Alman fizikçi Max Planck, enerjinin sürekli olmadığını, paket paket alındığını ve verildiğini ileri sürmüştü. Ayrıca atomlar arasındak enerji alışverişinin ışığın frekansıyla doğru orantılı olarak ve kuantum denen enerji paketleri biçiminde gerçekleştiğini deney sonuçlarına dayanarak söylüyordu. Fotoelektrik olayda üzerine ışık düşen bazı metaller , elektron yayar. Einstein işte bu olayı, ışığın fotonlar (kuantumlar) halinde yayılmasıyla açıkladı. Planck, ışık kaynaklarının kuantlaşmış enerji değişimi yaptıklarını varsaymıştı. Einstein bir adım ileri giderek, ışığın kendisinin kuantlaşmış olduğunu-ışık foton denen parçacıklardan oluşmuştu- varsaymıştır. Fotoelektrik etkiyi tanımlayacak bir denklem türetti. Planck dahil fizikçilerin çoğu,ışığın doğayı bir süreklilik olarak gören görüşe uygun olarak,dalga biçimli bir olay olduğunu düşünüyorlardı. Bu devrimci fikir, o zaman yerleşik olan ışığın dalga teorisine karşı bir çıkıştı-bu durum, fizikçilerin onu reddetmeleri için yeterli nedendi. Diğer fizikçiler Einstein’in önerisini, yalnızca foton için pek doğrudan bir kanıt sayılamayacak olan fotoelektrik etkiyi açıkladığı için reddettiler. Fakat Einstein ışık konusunda dalga-parçacık ikili yapı kavramına sıkı sarıldı ve ışığın bu görünüşte çelişkili özelliklerini uzlaştırmaya çalıştı; ama başaramadı.
Einstein,1905 yılının üç yazısından yalnız fotoelektrik olay konusundaki yazısı için”gerçekten devrimci” diye söz eder ve gerçekten de öyleydi. Işığın kuantlı olduğunu söyledi. 1915 yılına dek onun bu devrimci fikri deneysel olarak kontrol edilemediği gerekçesiyle pek ilgi görmedi.Örneğin,1912'de bile Planck, Berlin Üniversitesi’nde verdiği derslerde hala Einstein’in ışık hakkındaki ‘keşifsel görüş açısına” saldırıyordu. Bunu yapan sadece o değildi. Bilim adamlarının çoğu bilimin, mantığa sağduyuya meydan okuyabileceğini kabillenemiyordu. 1913 yılında Prusya Bilim Akademisi üyeliğine önerilirken "Einstein' in modern fizikte katkıda bulunmamış olduğu bir sorun yoktur denilebilir" tümcesinin ardından ışık kuantumu önermesi "spekülasyon" olarak nitelendiriliyordu.
Elektron yükünün ölçülmesini sağlayan Amerikalı deneyci R. Milikan , Einstein’in foto elektrik olayla ilgili denklemeni test etmek için yıllarca uğraştı ve 1915 yılında: "Einstein denkleminin görünürdeki tam başarısına rağmen, sembolik ifadesi olmak üzere tasarlandığı fiziksel teori o kadar tutarsız bir şey ki, kanımca, Einstein kendisi artık onu savunmayacaktır " demişti. Einstein onu savundu. Ancak foto elektrik denklemi deneysel olarak doğrulandıktan sonra bile, diğer fizikçilerin ışığın bir parçacıklı (kuantlı) olduğu görüşüne karşı direnmeleri sürdü. ‘Gerçekten devrimci’ foton fikrinin, ışık parçacığının, kabul edilmesinden önce yeni deneysel doğrulamaların yapılması gerekiyordu.
Uzay ve Zaman Kavramları
Üçüncü yazı, sonradan özel görelilik kuramı adı verilen uzay ve zaman kavramları üzerineydi. Üüçüncü makalenin adı Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği idi. Bu makale elektromanyetik olguları açıklayan Maxwell yasalarına yeni bir bakış açısı getiriyordu. 19. yüzyıl sonlarında ışığın elektromanyetik bir dalga özelliği gösterdiği ve uzaydaki hızının da saniyede 300 000 km(186.000 mil) olduğu anlaşılmıştı. Filozofların ve bilimcilerin çağlar boyu kafa yorduğu bu iki kavram, 1905 yılındaki yazıyla bambaşka bir öz ve biçim kazandı. 1910 yılında Max Planck , onun bu yazısıyla ilgili olarak " Doğru olduğu kanıtlanırsa, kanımca Einstein, yirminci yüzyılın Kopernik' i olarak değerlendirilecektir " demişti. İÖ Demokrit, atomlar ve boş uzay var diyordu. Zenon, hareketi yadsıyordu. Bazıları uzayı her şeyin içinde yüzdüğü peltemsi bir ortam "eter" olarak tasarlıyordu. Zaman da bir nehir gibi geçmişten geleceğe akan metronom tik taklarıydı. Peki ama uzay neydi; zaman neydi? Bunların birbiriyle ilişkisi var mıydı? Einstein bunu çok basit söylemişti: Uzay, bir ölçü çubuğuyla ölçtüğümüz şey; zaman da bir saat ile ölçtüğümüz şeydir. Bu pek basit sunuş, çok boyutlu bir düşüncenin simgeleriydi aslında. Bu tanımlarla silahlanmış olarak Einstein, birbirine göre değişmeyen bir hızla hareket eden iki gözlemci arasında uzay ve zamanın ölçümlerinin nasıl değiştiğini sordu. Bir gözlemcinin ölçüm çubuğu ve saati ile bir trende hareket ettiğini, diğerinin de çubuğu ve saati ile istasyonun platformunda olduğunu varsayalım. Trendeki kişi, vagonun kenarında pencerenin boyunu ölçer. Aynı şekilde platformdaki kişi, yanından geçerken aynı pencerenin boyunu ölçer, iki gözlemcinin ölçümler birbirine göre nasıldır? Basitçe, bu ölçümlerin sonucunun aynı olması gerektiğini düşünürüz- eninde sonunda ölçülen aynı penceredir. Fakat Einstein’in ölçü sürecini dikkatli şekilde analiz ederek gösterdiği gibi, bu yanlıştır.
Zamanın mutlak değil göreli olduğunu artık biliyoruz. Bir olayın bir uzay noktasından başka bir uzay noktasına yayılmasının hızı sonsuz olarak ivmelendirilemez, yani yayılmanın hızı ışık hızı değerini aşamaz.
Hiçbir hızın ışık hızını aşamayacağını anlatan doğrulama bir doğa yasasıdur. Bir kere daha yinelemeli: Yalnızca limit hız, yani ışık hızı farklı laboratuvarlar için aynı değere sahiptir. Bu gerçek bize çok önemli bir teknik sorunu da önümüze koyuyor: Işık hızı, erişilebilecek en yüksek hızdır.
Einstein devrim yaratan makalesinde iki nokta arasnda yol alan ışığın hızının nasıl belirleneceği sorunundan yola çıktı. Bu amaca yönelik olarak iki temel önerme geliştirdi:
1. Mekanik denklemlerin geçerli olduğu her başvuru sisteminde, elektrodinamik ve optik için aynı yasalar geçerliydi.
2. Işığın hızı, kendini yayan cismin hareketinden bağımsızdı ve boşlukta her zaman aynı hızla yayılıyordu.
Bu ilkelere göre, birbirine göre hareket halinde olan iki gözlemci, hızları sabitse, iki ayrı yerde gerçekleşen iki olay arasında geçen süreyi aynı biçimde değerlendiremez. Gözlemcilerden biri, bu iki olayı aynı anda yani eş zamanlı olarak görürken, öteki olayları belirli bir zaman aralığıyla,yani ardışık olarak görür. Eşzamanların göreliliği denilen bu olgunun nedeni, olayların gerçekleştiğine ilişkin en hızlı belirti olan ışığın hızının, her iki gözlemci için de aynı ve sonlu olmasıdır.
Platformda ölçüm çubuğu ile duran kişi, pencerenin kendi önünden geçtiğini ‘görmelidir’. Bir başka deyişle, hareket eden pencerenin uzunluğu konusunda bilgi getiren ışık, platformda duran kişiye iletilmiş olmalıdır, aksi akdirde, ölçümü mümkün değildir. İki ölçümün kıyaslanması konusuna ışığın özellikleri girmiştir ve bu nedenle, ilk olarak ışığın ne yaptığını incelemeliyiz.
Einstein’dan önce de bilim adamları, ışığın hızının sonlu fakat çok hızlı, saniyede 180 000 mile kadar olduğunu biliyorlardı. Fakat Einstein, ışığın hızı konusunda özel bir şey olduğunu- ışığın hızının mutlak bir değişmez olduğunu düşünüyordu. Ne kadar hızlı hareket ederseniz edin, ışığın hızı her zaman aynıdır. Bir ışık ışınını hiçbir zaman yakalayamazsınız. Bu gerçeğin ne kadar tuhaf olduğun anlamak için, bir silahtan yüksek bir hızla bir kurşun çıktığını varsayalım. Kurşunun hızı mutlak bir değişmez değildir, öyle ki, kurşunun ardından bir roketle yola çıkarsak ona yetişebiliriz ve kurşuna yetiştiğimizde kurşun hareketsiz görünebilir. Kurşunun hızının hiç bir mutlak anlamı yoktur, çünkü onun hızı hep bizim hızımıza göre bir hızdır. Fakat ışığın durumunda durum böyle değildir; onun hızı mutlak bir hızdır-her zaman aynı, bizim hızımızdan tamamen bağımsız. Bu, ışığın hızını başka herhangi bir ş
eyin hızından niteliksel olarak farklı yapan tuhaf özelliğidir.
Işığın hızının mutlak değişmezliği varsayımı, özel görecelik kuramının ikinci önermesi idi. Einstein’in ilk önermesi, mutlak tek biçimli hareketi belirlemenin olanaksız olduğu idi. Tek biçimli hareket değişmeyen bir yönde, değişmeyen bir hızla ilerler-esas olarak kayar. Einstein’in önermesine göre kaymaktaysanız, hızınızı bir başka şeyin hızınına göre kıyaslamadığınız sürece, kaymakta olup olmadığınızı belirleyemezsiniz. Biri trende, diğeri platformada olan iki gözlemci bu önermeyi resimlemektedir. Pltaformdaki kişi için, hareket eden şey, trendir. Ama trendeki kişi de aynı şekilde, kendisinin durağan olduğunu ve platformun ve tüm dünyanın onun yanından geçerek hareket ettiğini varsayabilir. Tek biçimli hareket yalnızca göreli bir şeydir-ancak, ir başka şeye göre hareket etmekte olduğunuzu söyleyebilirsiniz.
Bu iki önerden,(ışığın hızının değişmezliği ve hareketin göreli oluşundan) özel görelilik kuramınının tüm mantıksal yapısı çıkmıştır.Ancak, bir fizikçi ve Einstein’in arkadaşı olan Paul Ehrenfest ’in vurguladığı gibi, bu ilk iki önermenin birbiri ile çelişmediğini belirten, kendiliğinden ortaya çıkan bir üçüncü önerme vardır. Yüzeysel olarak, bu iki önerme çelişiyor görünür. Bir önerme tüm tek biçimli hareketlerin birbiriyle göreli olduğunu söyler. Diğer önerme, mutlak olan ışığın hareketi hariç olmak üzere diye ekler. Özel görelilik kuramına göre, dünyanın tüm iyi bilinmeyen özelliklerinin kökeninde, tüm maddi nesnelerin hareketleri arasındaki görelilik ve ışığın hızının mutlak oluşunun karşılıklı ilişkisi yatmaktadır.
Einstein, bu önermeleri kullanarak, bir gözlemci tarafından yapılan uzay ve zaman ölçümleri ile ona göre tek biçimli hareketle ilerleyen bir diğer gözlemci tarafından yapılan aynı ölçümler arasındaki ilişkiyi gösteren yasaları matematiksel olarak çıkardı. Einstein, platformdaki kişinin, hareket eden trendeki pencerenin boyunu, trendeki kişinin ölçümüne göre daha kısa bulacağını gösterdi. Hayali trenin hızı arttıkça, hız ışık hızına yaklaşırken, pencerenin boyu, platformdaki kişi tarafından gittikçe daha kısa olarak ölçülecektir. Tanıdığımız dünyamızda, gerçek trenler gibi, nesnelerin çoğunun hızı, ışık hızına kıyasla çok küçük olduğu için, ancak ışık hızına yakın hızlarda görülen bu tür dramatik kısalmaları hiç bir zaman görmeyiz.
Zamanın Göreliliği
Ey zaman, bilmez misin ettiğin kötülükleri
Sana düşer azapların, tövbeliren beteri
Alçakları besler, yoksulları ezer durursun
Ya bunak bir ihtiyarsın, ya da eşeğin biri
Ömer Hayyam ( " Batıda iyi bilinen tek Doğulu şair Ömer Hayyam, İranlı bir ast ronomi bilginiydi " J. Bronowski, Bilim Felsefesi, s:171)
Ömer Hayyam,yalnızca büyük bir ozan değil,12.yy'ın büyük matematikçi ve astronomlarından biridir.Ayrıntılı bilgi edinmek için İslam Topraklarında Bilim dosyasına ya da Biyografiler dosyasına girin.
“Macellan seferine katılanlar daha sonra Katolik Kilisesi tarafından suçlandılar. Neden mi? Macellan seferine katılanların tuttuğu takvim, evlerinde oturan yurttaşlarınkine göre bir gün kısaydı. Bu, onların katolik bayram (yortu) günlerini yanlış günlerde kutladıklarını gösteriyordu ve kilise, nizamlarını bozanlarla şiddetle uğraşıyordu. Peki kim doğruyu söylüyordu? Dünya dönüyor; eğer Macellan ve ekibi, yerküreyi batıdan doğyu doğru yani Güneş' i izleyerek dolanmışlarsa yolcular sanki Yer' i bir gün geri çevirmiş olacaklardı. Doğuya doğru yelken açanlar ise bir gün kazanmış olacaklardı. Bugün, bu, Pasifik Okyanusunu kutuptan kutuba geçen UluslarasıTarih Çizgisi ile açıklanmaktadır. Onu geçen herhangi bir kimse ya bir gün sıçrayarak yarına geçer ya da bir gün geri giderek düne döner.
Zaman, insanın güncel ve daima ilgilendiği gizemli kavramlardan biridir. Bizler zamanı akıp giden nesnel bir şeymiş gibi algılarız. Takvimler, saatler bize böyle bir şey olduğunu düşündürür. Aslında zamanı gösterecek bir olay olmadıkça zaman yok olur. Nasıl ki uzay, cisimlerin olası bir sırası ise zaman da olayların olası bir sırasıdır. Zaman maddenin dışında varolamaz ve zamanın geçişi maddelerdeki değişmelerle ölçülür. Zamanın öznelliğini Einstein şöyle açıklar: Bireyin yaşadıkları, bize bir olaylar dizisi içinde düzenlenmiş görünür. Bu diziden hatırladığımız olaylar "daha önce" ve "daha sonra" ölçüsüne göre sıralanmış gibidir. Bu nedenle birey için bir ben -zamanı ya da öznel zaman vardı. Olaylarla sayılar arasında öyle bir ilgi kurabilirim ki, büyük bir sayı önceki bir olayla değil de sonraki bir olayla ilgili olur. Bu ilgiyi saat yardımıyla tanımlayabilir, saatın sağladığı olaylar dizisinin sırasıyla karşılaştırabilirim.
Saat denilinice sayılabilecek bir olaylar dizisi sağlayan şey anlarız"
( Evren ve Einstein s: 52-53)
Kullandığımız tüm saatler, Güneş sistemine göre ayarlanmıştır. Bir saatlik zaman dediğimiz şey, uzayda bir ölçmedir; gök küresinin görünüşteki gündelik dönüşünün 15 derecelik bir yayıdır. Yıl dediğimiz ise, Dünya' nın Güneş çevresindeki yörüngesinde işleyişinin ölçülmesidir. Merkür gezegeninde yaşayan birisini düşünelim. Merkür, Güneş etrafındaki turunu bizim günümüzle, 88 günde tamamlar. Bu zamanda bir kez de kendi ekseni etrafındaki dönüşünü tamamlar. Böylece Merkür' deki insan için yıl ve gün aynı olur. Güneş çevresinden daha uzaklara gidildikçe zaman kavramı anlamını büsbütün yitirir.
Bundan 20 milyar yıl önce, zaman bile yoktu. Hiçlikte, yoklukta zaman olur mu?
"Şimdi" zamanı var mı?
Diyelim ki İzmir' den Londra' ya telefon ettiniz. Yakınınız veya arkadaşınızla konuşuyorsunuz. Saatleriniz farklı olduğu halde "aynı anda" konuştuğunuzu söyleyebilirsiniz. Bunda şaşacak fazla bir şey yok. Çünkü siz ve konuştuğunuz kimse aynı gezegendesiniz ve saatleriniz de aynı astronomik sisteme göre ayarlı. Gelin bir de Arcturus yıldızındaki arkadaşınızla radyo bağlantısı kuralım. Radyo dalgaları, ışık hızında yayılır. Arcturus yıldızı, Dünya' ya 38 ışık yılı, yani kabaca 9.6 trilyon kilometre, ötededir. Radyoya okuduğunuz mesaj, bu yıldıza tam 38 yılda ulaşır. Eğer ömrünüz yeterse yıldızdaki arkadaşınızın mesajı da size 38 yıl sonra gelir. Yani 2000 yılındaki mesajınız arkadaşınıza 2038 yılında varır; o da size hemen yanıt verirse sonucu 2076 yılında alırsınız. Artık "şimdi" kavramı anlamını yitirmiştir. Şimdi arkadaşımla konuşuyorum dediğiniz anda onun 38 yıl önceki dileklerini dinliyorsunuz.Şimdi ya da şu an terimlerinin tüm evren için geçerli olmadığını kabul etmek zor gelebilir; ama anlaşılması da gerekir.
Zaman konusunda bir araştırma daha yapmalıyız.
Giden bir gemi ve güvertesinde yürüyen bir adam ... Gemi denizde saatte 15 kilometre hızla, adam da güvertede saate 4 kilometre hızla ilerliyor olsun. Adamın denize göre hızı 19 kilometre olur. Eğer adam geriye doğru yürüyorsa denize göre hızı saatte 11 kilometre olacaktır. Hızların böylece eklenmesi veya çıkarılması sağ duyuya dayanır ve Galile zamanından beri kulllanılır. Şimdi hız sorununu ışığa getirelim.
Bir dostumuz bizim saatimizle aynı zamanda bir arabayla; diğer bir dostumuz da ışık hızına yakın hızda haret ettği varsayılan bir uzay aracıyla gezintiye çıkmış olsun. Onlara bir süre sonra "saat kaç?" sorusunu soralım. Arabayla gezintiye çıkanla bizim saaitimiz aynı olurken uzay aracındaki dostumuzun saati daima bir miktar geri kalacaktır. Bunu bir varsayım sanmayın. Bu gerçek atomik saatleri uçakla taşıyarak doğrulanmıştır. Işık hızına yaklaşan hızlarda zaman daha yavaş geçer. Çünkü iki madde adasındaki ilişki çok daha hızlı kurulur. Aynı şekilde ışık hızıyla giden bir saat tümüyle durur.
Einstein’ın görelilik kuramı, uzay ve zamanın ilişkisini kurdu. Einstein hareket eden bir saatte, durmakta olan bir saate kıyasla zamanın daha yavaş ilerlediğini gösterdi. Platformdaki kişi için, tren yolcusunun kolundaki saat gerçekte daha yavaş hareket eder-zaman yavaşlar. Tren ışık hızına yakın bir hızla hareket ediyor olsaydı, zaman değişiklikleri gerçekte sıfıra yakın bir değere kadar yavaşlayacaktı. Benzer şekilde, trendeki kişi, platformdaki kişinin saatini daha yavaş hareket ediyor olarak görecekti. Mutlak zaman kaybolmuştur. Birbirine göre hareket eden kişiler tarafından zaman farklı şekilde ölçülmektedir.
İkizler Paradoksu
Zamanın göreli oluşunun bir paradoks içerdiği görünüyor-hem trendeki yolcu hem de platformdaki kişi, her ikisi de birbirlerinin saatlerini daha yavaş ilerlediğini nasıl görebilirler?Şimdi bu insanlar buluşur ve zamanı kıyaslarlarsa ne olur; gerçekte hangisinin saati yavaşlamıştır? Bu paradoksu- genellikle ikiz paradoksu olarak bilinir- vurgulamak için, bir tirene binmeden önce her ikisi de saatini kuran ikizler düşünelim. Tren ışık hızına yakın bir hıza ulaşır-bu noktada, ikizlerin her biri diğerinin saatinin yavaşladığını görür- ve daha sonra tren yavaşlar ve istasyona döner. Hangi ikiz daha yaşlıdır? Platformdaki ikiz kardeş açısından, trendeki kardeşi bir tur atmıştır.Trendeki kardeş açısından ise tur atan kişi platformdaki kardeşidir. Sanki her bir ikizin hareketi diğerine göreymiş gibi görünür;ama aslında ikizlerin hareketlerinde asimetri vardır, ve bu da paradoksun çözümü için bir ipucudur.Tren hızlandığında, artık tek biçimli hareket(düzgün doğrusal hareket) halinde değildir, hızlanmaktadır, ve gezinin daha sonraki bölümünde yavaşlamaktadır. Platformdaki ikiz, bu tür hızlanma ve yavaşlama gibi deneyimleri yaşamaz, bu nedenle, iki ikizin hareketleri arasında mutlak bir fark vardır. Bu çok önemli farkı kullanarak ve sonra, tek biçimli olmayan bir şekilde hareket eden trende geçen süre ile platformda ölçülen geçen süreyi kıyaslamak için Einstein’in özel görelilik kuramını uygulayarak trendeki ikizin aslında daha az yaşlandığı gösterilebilir.
Sezgilerimizle çelişkiye düştüğü için, uzay ve zamanın göreli oluşu bizi rahatsız eder. Günlük deneyimde, uzay ve zaman büzülüyor gibi görünmez. Uzay ve zamanın bu tuhaf etkilerinin yalnızca birer matematiksel kurgu olduğunu düşünmek isteyebiliriz. Fransaz matematikçi Poincare,1905 yılında aynı uzay-zaman dönüşüm yasalarını bağımsız şekilde keşfetmiş, fakat bunların, fiziksel önemi olmayan önermeler olduğunu düşünmüştür. Einstein bu yasaların fiziksel anlamlarını anlayan ilk ikiş oldu ve bu nedenle göreliliğin mucidi sayıldı. Einstein fiziği ciddiye aldı; hareket ettikleri zaman saatler gerçekten yavaşlar.
H.Pagels'in güzel bir örneğini inceleyelim(Kozmik Kod):Özel göreliliğin uzay zamanını, kavramsal olarak değil, fiziksel olarak yaşayabilmenin bir yolu, on bir milyon mil uzunlukta olduğunuzu hayal etmektir. Işığın on bir milyon mili geçmesi için yaklaşık bir dakika gerekir.Çünkü ışık saniyede 186.000 mil yol alır. Ayak parmaklarınızı kıvırmaya karar verirseniz- sinir itkilerinin hızının ışık hızına kadar yükseltilebileceği varsayılırsa- sinyalin ayak parmaınıza ulaşması için bir dakika geçmesi gerekecektir ve beyninize ayak parmaklarınızın gerçekten kıvrılmış oldukları cevabını iletmek için de bir başka bir dakika gerekecektir. Kendinizin, elastik lastikten yapılmış bir vücut ile bir ağır çekim resim içinde olduğunuzu hissedersiniz.
11 milyon mil uzunlukta bir dansçı Güneş sistemi içinde haret etmekte ve Dünya'dan ve Dünya'ya göre yaklaşık olarak ışık hızında hareket eden bir uzay gemisinden izlenmektedir. Dünya'daki ve uzay gemisindeki gözlemciler, dansçının ilk olarak elini mi yoksa ayağını mı hareket ettiği konusunda aynı görüşte değildir. Göreli hareketlerini ve ışığın sonlu hızını dikkate aldıktan sonra bile, hangi olayın ‘gerçekte’ ilk önce olduğu konusunda anlaşamazlar. Newton’un zaman kavramının tersine, özel görelilik kuramına göre, evrensel bir zaman yoktur;mutlak bir zaman yoktur.
Yürümeye başlarsanız, bacağınızın üst kısmı, ayağınızın onu kaldırmasından çok önce yukarı hareket eder, çünkü sinir uyarıları oraya önce gider, ayağa ise ancak yarım dakika sonra gider. Işığın hızı sonlu olduğu için, bacağınızın tamamını koordineli bir hareket içinde kaldıramazsınız- basitçe, ayağınıza, dizinize ve uyluk kemiğinize birlikte aynı anda hareket etmelerini söyleyemezsiniz. Hiç bir sinyal, ışıktan hızlı gidemez, hiçbir şey aniden hareket edemez.
Ya da iki normal boyda insandan birinin Dünya'da diğerinin ışık hızına yakın bir hızla giden bir uzay gemisinde olduğunu düşünün. Her biri, Güneş sisteminde hareket eden on bir mil uzunlukta bir dansçıyı, sahnedeymiş gibi izlemek üzere ön sırada yerlere sahip olsun. Bu muhteşem bir gösteridir, fakat sonra bunu konuştuklarında gördükleri şey konusunda anlaşmaya varamazlar. Uzay gemisindeki izleyici, dansçının önce kolunu sonra ayağını hareket ettirdiğini söyler; ama Dünya'daki seyirci bu olayları ters sırada görmüştür. Dansçının hareketini, ışığın sonlu hızını ve uzay gemisinin ve dünyanın hareketini dikkate alarak analiz etmeye çalışşasalar bile, anlaşmaya varamazlar. Bu durumun nedeni, özel görelilik kuramının ikinci önermesinin -ışığın hızının mutlak bir değişmez olduğu önermesinin- tüm gözlemciler için evrensel bir zaman kavramını reddetmesidir. Birbirine göre hareket eden gözlemciler için, zaman içinde olayların sırası farklı olabilse bile, bu tür zaman sınırlamalarının mutlak bir anlamı yoktur. Özel görelilik kuramının sonuçları her günkü deneyimimizle kıyaslandığında çelişkili görünür. Özel görelilik kuramının tanıdık olmayan dünyası, ancak, hızlar ışık hızına yaklaştığı zaman ortayla çıkar, her günkü yaşamımızda karşılaştığımız hızlar ona yakın değildir. Ama özel görelilik kuramı mantıksal olarak tutarlı ve uyumlu bir kuramdır ve hiçbir çelişki yoktur.
Einstein Treni
Işığın boşluktaki hızı oldukça büyük; ama sonsuz degil. Bu da bizi hareketin göreliliği ilkesiyle tartışmaya sokuyor.
Gelin düş gücümüzü uzatalım: Saniyede 240 bin km gibi olağanüstü bir hızla yol alan bir düş treni düşünelim. En öndeki vagonda bulunuyoruz. En sondaki vagonda bir elektrik ampulü var. Işığın treni bir uçtan öbür ucuna katetmesi için harcadığı zamanı ölçmeye çalışalım. Bu zamanın duran bir tren için gereken zamanla aynı olmayacağını tahmin edebiliriz.
Gerçekten, saniyede 240.000 km' lik bir hızla hareket eden trene göre ışık, trenin hareket yönünde saniyede sadece(300.000- 240. 000), 60.000 km' lik bir hızla yayılmalı.Bu durumda ışık öndeki vagonu izler gibi görünür. Şimdi ışığı bir de trenin önüne yerleştirelim ve ışığın en gerideki vagona varma süresini ölçelim.Işık trenin hareketine ters yönde ilerlediği için bu sefere saniyedeki hızı 300.000+ 240. 000= 540. 000 km olarak bulmamız gerekiyor. Şu halde hareket halinde olan bir trende ışık, yayılmanın yönününe göre, farklı hızlarda yayılmalı, oysa hareketsiz olan bir trende bu yayılma hızı, her iki yön için de aynıdır.
Yineleyelim. Bir kurşun mermisi için durum başkadır. Kurşun trenin harekit yönünde ya da ters yönde sıkılmış olsun, merminin vagona göre hızı her zaman aynıdır ve durmakta olan bir trendeki merminin hızına eşittir. Çünkü merminin hızı, tüfeğin hareketine bağlıdır. Oysa ışığın hızı, daha önce de belittiğimiz gibi, lambanının hızından bağımsız olarak sabittir.
Düş trenimizdeki ışık hızı ölçümümüz, hareketin göreliliği ilkesininin tersini söylüyor sanki. Öyle yaışık, saniyede 240.000 km hızla giden trenin gidiş doğrultusunda yayılırken beş defa yavaş; ters yönde yayılırken 1.8 defa hızlı yayılıyor durmakta olan bir trendeki ışıkla karşılaştırılınca.Işığın yayılmasının incelenmesi trenen mutlak hızının belirlenmesini sağlaması gerekirdi.
(L.Landau- Y.Roumer İzafiyet Teorisi Nedir?, Say Yays: 63-65)
Özel Görelilik Test Edilmiş midir?
Özel görelilik kuramı ne kadar iyi test edilmiştir? Özel görelilik kuramı çok sayıda deneyle dorulanmıştır.Zamanın genleşmesi müonların bozunumu ve müon referans sisteminde gözlenmiştir. Bugün bu kuramın doğruluğuna dayanan tam bir teknoloji var; özel görecililik kuramı yanlış olsaydı çalışması mümkün olmayan pratik cihazlar var. Elektron mikroskobu, böyle bir cihazdır. Elektron mikroskopunun odaklamasında görelilik kuramının etkileri dikkate alınır. Görelilik kuramının ilkeleri, radar sistemlere mikrodalga gücü veren elektron tüpleri olan klystrone’ların tasarımında da yer almıştır. Özel görelilik kuramının işlediğini belki de en iyi kanıtı, elektronlar ve protonlar gibi atom altı parçacıkların ışık hızına yaklaşacak kadar hızlanmalarını sağlayan büyük parçacık hızlandırıcılarıdır. Kaliforniya’daki Stanford Üniversitesi yakınında bulunan iki mil uzunluktaki elektron hzlandırıcı elektronları, iki millik gezilerinin sonunda kütleleri görelilik kuramının kestirdiği gibi kırk bin faktörüyle artana kadar hızlandırır.
Özel görelilik kuramının en tuhaf kestirimlerinden biri, hareket eden saatlerin yavaşlamısıdır. İlginçtir, bu kuramın en kesin olarak test edilmiş kestirimlerinden biridir. Gerçek saatleri ışık hızına kadar hızlandıramasak da tam bir küçük saat gibi hareket eden bir atom altı parçacık olan “muon” vardır. Saniyenin küçük bir bölümü içinde bir muon başka bir parçacığa parçalanır. Muon’un parçalanması için gereken süre, bu küçük saatin tek bir tıklayışı olarak düşünülebilir. Durağan bir muon’un yaşam süresini, hızla hareket eden bir muonunki ile kıyaslayarak, bu minik saatin ne kadar yavaşlamış olduğunu bilebiliriz.
Bu iş, İsviçre’de Cenevre yakınlarında bir nükleer laboratuvar olan CERN’de hızla hareket etmekte olan muonları bir saklama alanı içine koyup yaşam sürelerini kesin şekilde ölçerek yapılmıştır. Yaşam sürelerinde gözlemlenen artış, özel görelilik kuramının gösterdiği hareket eden saatlerin yavaşlamasını kesin olarak doğrulamaktaydı.
Bunlar ve pek çok başka test, Einstein’in ilk çalışmasının doğruluğunu kanıtlamıştır. Genç Einstein kendisini insan düşüncesinin en yükseği ve en iyisi ile tanıtan bir bohem ve bir isyancı idi. 1905 yılından 1925'e kadar yoğun yaratıcılık döneminde, “Yaşlı Adam”- Doğanın Yaratıcısı veya Zekası için kullandığı terimdi bu- karşısında ateşli bir tavır içinde göründü.
Einstein ve Determinizm
Armağanı, basit ve çekici tezlerle maddenin kalbine gidebilme yeteneği idi. Fizik topluluğundan ayrı olarak, ama bilimin süren polemikleriyle bağlantı içinde, Einstein evrenin yeni bir görünüşünü kavradı.
Einstein’in 1905 yılı yazıları ve Planck’ın 1900 yılı yazısı, 20.yy fiziğine yol göstericilik yaptı. Daha önceki fiziği dönüşümden geçirdiler. Einstein tarafından bir foton, ışık parçacığı ile daha geliştirilen Planck’ın kuantum fikri doğanın sürekli bir görünümünün ileri sürülemeyeceği anlamına geliyordu. Maddenin birbirinden ayrı atomlardan oluşmuş olduğu gösterilmişti. Newton zamanından beri savunulan uzay ve zaman kavramları yıkılmıştı. Yine de bu ilerlemelere karşın determinizm fikri- evrinin her ayrıntısının fiziksel yasalara bağlı olduğu düşüncesi- Einstein ve onun dönemindeki fizikçilerde yerleşik kaldı. Bu keşiflerdeki hiçbir şey, determinizmi yenemedi.
Einstein’in büyük gücü, matematiksel tekniğinde değil, fakat derin anlayışında ve ilkelere sarsılmaz bağlılığında yatıyordu. Klasik fiziğin ilkelerine ve determinizme sarsılmaz bağlılığı, şimdi onu özel görelilik kuramından en büyük eseri olan genel görelilik kuramına götürüyordu.Genel Görelilik kuramı için ana sayfaya bakınız.
Zamanın Genleşmesi: Yavaş Akan Zamanda Bir Gezinti
Hareketli saatler,bir miktar yavaş çalışır. Bu daha yeni tanımlanmış ışık saatleri için olduğu kadar,adi mekanik saatler için de doğrudur. Gerçekten bu sonuçları tüm fiziksel süreçlerin,kimyasal tepkimeler ve biyolojik süreçler dahil,hareketli bir çerçevede oldukları zaman, durgun bir saate göre yavaşladıklarını söyleyerek genelleyebiliriz.Örneğin uzayda hareket eden bir astronotun kalp atışları,uzay gemisinin içindeki bir saat ile tempo tutturmuş olsun. Astronotun hem saati hem de kalp atışları durgun bir saate göre yaşalamıştır. Astronot uzay gemisinde yaşamın yavaşladığı duygusuna kapılmaz. Zaman genişlemesi,çeşitli deneylerle doğrulanmış olan gerçek bir olgudur. Örneğin müonlar bir elektronunkine eşit yüke ve elektronunkinden 207 kez büyük bir kütleye sahip olan kararsız elemanter parçacıklardır. Müonlar,kozmik ışınların,atmosferin yukarı kesimlerinde,soğurulması sonucu oluşabilirler.Müonların yerdeki gözlemciye göre ömürleri, müonlarla birlikte hareket eden gözlemciye göre daha büyük gözlenmiştir.1976'da CERN laboratuvarında yapılan müon deneylerinde hareketli müonların ömrü,binde iki hata ile, göreliliğin öngörüsüyle uyumlu olarak,durgun müonunkinden yaklaşık 30 kez daha uzun olarak ölçüldü.Hafele ve Keating tarafından rapor edilen bir deneyin sonuçları(1972), zaman genişlemesi olgusu için dolaysız kanıt oluşturuyor. Deneyde,çok kararlı sezyum demeti atom saatleri kullanıldı. Uçan bir jette bulunan böyle dört saat ile ölçülen zaman aralıkları, ABD Deniz Gözlemevi'ne yerleştirilmiş referans atom saatleriyle ölçülen zaman aralıkları ile karşılaştırıldı.Yere bağlı bir saat,yerin ekseni etrafındaki dönmesi nedeniyle, gerçek bir eylemsizlik çerçevesinde değildir. Bu sonuçları kuram ile karşılaştırmak için birçok faktör dikkate alınmalıydı. Bunlar arasında yere göre hızlanma ve yavaşlamanın periyotları,hareketin yönündeki değişimler ve yere bağlı saate göre uçan saatlerin uğradığı daha zayıf çekim alanı gibi faktörler bulunur. Onların sonuçları,özel görelilik kuramının öngörüleriyle iyi bir uyuşma gösteriyordu. Hafele ve Keating makalelerinde şunu rapor ettiler: "ABD Deniz Gözlemevi'nin atomik zaman eşeline göre,uçan saatler doğya doğru gittiklerinde 59+10 ns kaybettiler ve batıya doğru gittiklerinde 273+7 ns kazandılar... Bu sonuçlar,makroskopik saatlerde ortaya çıkan ünlü saat paradoksunun belirsiz olmayan bir ampirik çözümünü verir."Uzay gemisindeki saatin yavaşlaması, fizikçilerin “zamanın genişlemesi” deyimlerine bir örnektir. Bu, Einstein’in denklemlerinin bir sonucudur ve ışık hızının sabit oluşundan ileri gelmektedir. Zamanın genişlemesi, ilk anda kurnazca bir düşünce oyunu, dış dünyaya uygulanması mümkün olmayan yararsız matemaktisel bir oyun gibi görülebilir. Bununla birlikte, Einstein bunun bir beyin jimnastiği olmadığını daima hissetmiştir. Einstein, zaman genişlemesinin gerçek dünyanın(alemin) gerçek bir özelliği olduğuna inanıyordu. Bir uzay gemisiyle dünyadan hızla uzaklaşan insanın, saatini yavaşlamasını gerçekten farkedeceğini ısrarla iddia ediyordu. Bundan başka, böyle bir insanın dünyaya dönüşünde değer verdiği herşeyin (ailesinin, memleketinin, uygarlığının) tamamen yok olduğunu görmesi de mümkündür. Işık hıına yakın hızla çevremizdeki bir yıldıza yapılacak yolculuk insana bir kaç senelik gibi gelebilir. Yolcu, biyolojik bakımdan gerçekten birkaç yıl yaşlanır.Ama dünyaya döndüğü zaman, burada yüzyılların geçmiş olması ve bıraktığı herşeyi değişmiş bulması mümkündür.
Zamanın genişlemesi Einstein tarafından ileri sürüldükten 13 yıl sonraya kadar, ispat edilememiş bir kuram olarak kaldı. Daha sonra, bu gecikmenin gerçek fiziki örnekleri, bilim adamları tarafından parçacık fiziğinde gözlenmeye başlandı. Örneğin, mezon adı verilen ve kütleleri elektron ve proton kütlelerinin arasına isabet eden, atomdan daha küçük bir takım parçacıkların parçalanmasında buna rastlanır. Normal koşullar altında bu parçacıklar son derece kısa ömürlüdür; kendiliklerinden elektron ve nötrinoya ayrılırlar. Fizikçiler, ışık hızına yaklaşan son derece yüksek hızlarda bu parçalanmanın bir miktar geciktiğini saptamışlardır.
Bir gözlemciye göre haraket eden bir saat, gözlemcinin saatine göre daha yavaş tik-tak sesi verir. Yani uzay aracındaki bir kimse, uzay aracı içinde iki olay arasındaki zaman aralığını diyelim bir dakika buluursa, yerşyüzündeki biz iki olay anasındaki aralığın daha uzun süre olduğunu buluruz. Bu etkiye zaman genleşmesi denir. her gözlemci kendisine göre hareket halindeki saatlerin durgun hallerine göre daha yavaş çalıştığını bulur. Bir cismin kütlesi, hareke halinde daha büyüktür. Bu nedenle salınım yapan bir cismin periyodu hız arttıkça büyür. bu bakımdan, birbirine göre durmakta olan bütün saatler bütün gözlemcilere göre, ister saat grubunun ister gözlemci grubunun sabit hızdaki hiçbir hareketine bakılmaksızın aynı davranıştadır. Zamanın göreli karakterinin pek çok sonuçları vardır. Örneğin bir gözlemciye aynı anda oluyor izlenimi veren olaylar, göreli harektte olan başka bir gözlemciye göre aynı anda oluyor değildir. Peki kim doğrudur? Her iki gözlem de doğrudur; çünkü her ikisi de yalnızca gördüklerini ölçmektedir. Kısaca eşzamanlılık mutlak değildir, görelidir. Enerjinin korunumu ilkesini alalım. Bu ilke evrende toplam enerjinin sabit kaldığını anlatır. Buna göre evrenin herhangi bir noktasında belli bir miktar enerji yok olurken aynı anda eşit bir eneji mi ortaya çıkmalıdır? Aynı anda olması için enerji aktarılması gerekir. Aynı andalık göreli olduğundan kimi gözlemciler enerjinin korunmardığını bulacaktır. Ama kuram, yitik enerjinin , enerji aktarımı olmadan başka bir yerde kendiliğinden ortaya çıkabliceğini de yasaklamaz. Enerji akşı için pek çok yol vardır. bir yerde kaybolan ve başka yerde ortaya çıkan enerji, birinci yerinden ikinciyle akmıştır. Buna göre yalnız tüm evren dikkate alındığında değil, uzayın herhangi bir bölgesinde ve herhangi bir anda dahi enerji yerel olarak korunur.
Zaman göreli bir nicelik ise de, günlük deneyimlerimizle edindiğimiz zaman kavramı da tümüyle yanlış değildir. En başta hiçbir gözlemciye göre zaman tersine işliyor gözükmez. Art arda oluşan bir olaylar dizisi her yerdeki tüm gözlemciler için yine aynı sırada görünür; ancak her olay çifti arasındaki zaman aralıkları aynı olmayacaktır. Buna bağlı olarak hiçbir gözlemci, bir olayı olmadan önce göremez. Aynı şekilde bir olayı, hareket durumu ne olursa olsun uzaktaki bir gözlemci, olaya daha yakın bir gözlemciden önce göremez. Çünkü ışık hızı çok büyüktür ;ama sonludur ve sinyaller bir l uzaklığını katetmek için l/c minimum zaman periyodunu gerektirir. Geçmiş olayların zamansal ( ve uzaysal) görüntüleri farklı gözlemcilere farklı gözükürse de, geleceği gözlemenin hiç bir yolu yoktur.
(Artur Baiser, Çağdaş Fiziğin Kavramları s: 9-16 )
STATÜKO İLE ARASI GENE AÇIK
Zamanın genleşmesi ve uzunluğun kısalması gibi garip davranışlardan başka Einstein’in kuramı enerijinin şekil değiştirmesi bakımından da beklenmedik tartışmalara yol açtı. Einstein’in zamanında bilim adamları “enerjinin korunumu” gibi “kütlenin korunumu” ilkesini de kabul ediyorlardı. Bunun kısa ifadesi, maddenin hiç yoktan yaratılamayacağı ve varken de yok edilemeyeceği idi. Belirli bir kütle parçasında oluşan değişiklik, ancak mekanik veya kimyasal yoldan bir azalma veya çoğalma olabilirdi.
Başka bir deyişle bir kütle parçası ya da ona başka bir parçasının yapıştırılması, çivilenmesi, lehimlenmesi ile artabilir veya buharlaşma, erime, yontulma suretiyle eksilebilirdi. Bununla birlikte evrendeki toplam kütle miktarı sabit kabul ediliyordu. Einstein’e gelene kadar fizikçiler, hareketin de maddenin temel yapısını değiştiremeyeceğini ileri sürüyorlardı. Fakat bu düşünceler, Einstein’in buluşlarıyla tümüye çelişkiye düşmüştü.
Bilim adamları, maddenin miktarını her zaman onu terazide tartarak belirlemez. Daha çok, bilinen bir kuvvetle itildiği veya çekildiği zaman ne kadar çabuk hızlandığına bakarlar. Buna göre tarif ederler. Ancak, böyle bir ölçünün sonucuna ağırlık değil kütle denir. Aynı itme uygulandığı zaman, büyük bir kütle, küçük bir kütleye göre daha yavaş hızlanır. Bilim adamları yeteri kadar büyük bir itme verildiği takdirde bir maddenin ışıktan daha hızlı hareket etmesini engelleyecek bir neden görememektedirler.
İşte bu noktada Einstein, hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı gidemeyeceğini ileri sürüyordu. Hızın etkisi atında kalan yalnızca uzunluk ve zaman değil. Kütle de benzer etki altında kalıyordu. Bir cismi hızı ışığınkine yaklaştıkça kütlesi artıyor ve onu itmek zorlaşıyordu. Işık hızında maddenin kütlesinin sonsuz olması gerekirdi. (Enerji Ansiklopedisi, s: 138)Ne kadar büyük olursa olsun hiçbir enerji miktarı onu daha fazla hızlandıramazdı. Bu şimdi gözlemlerle desteklenmektedir.
Normal hızlarda göreliliğin gösterdiği kütle artması önemsizdir.Ses hızıyla uçan bir jet uçağının kütlesinin artması bile yüzde birin 10.000 milyonda birini geçmez. Bunanla birlikte, ışık hızına yaklaştıkça kütle hızla artar. Işık hızının yüzde 90'ına varılınca kütle iki kattan fazla büyür. Bu etki, büyük atom parçalayıcıların üretiminde önem kazanır. Bu makinalarda parçacıklar bir daire boyunca birçok kere döndürülür. Parçacık,her devirde biraz enerji ve kütle kazanır. Bundan dolayı, itici kuvvtelerin etki süreleri, her devir sırasında gittikçe ve hafifçe ağırlaşan parçacıkların uygun şekilde hareket etmelerini sağlayacak şekilde ayarlanmalıdır.
Bu noktaya dek Einstein, yalnıca maddenin kütlesiyle kinetik enerjisinin birbirine bağlı olduğunu açıklamıştı. Onları bu sınırlı anlamda eşit farzettikten sonra sonuçta atom devriyle sonuçlanacak cesaretli adımı attı.Kütlenin her türlü görünüşüyle enerjinin eşdeğer olduğunu iddia etti. Buna göre, enerji ve madde evrenin iki farklı yüzü değil, aynı yüzünün sadece iki ayrı tarafıdır. Bu kurama göre, enerjinin artması veya eksilmesi daima kütlenin değişmesine karşıttır. Bir cismi ısıtmak(onu ısı enerjisi ile doldurmak) bile kütlesinin belli belirsiz artmasına neden olur. Einstenin kuramının yayımlanmasından sonra spekülasyonlar da arttı. Eğer bu kuram doğruysa çevremiz akıl almaz bir servetle doluydu.
|