GÖRELİLİK KURAMI

Görelilik kuramı, çağdaş fiziğin en önemli kuramlarından biridir ve 20.Yüzyıl başlarında Albert Einstein tarafından ortaya atılmıştır. Dilimizde, görelilikten başka bağıllık, görecelik ve izafiyet gibi karşılıkları da bulunmaktadır. Genel olarak tüm bu sözcükler "evrende hiçbir şeyin kesin ve mutlak olmadığını; kişiye ve zamana göre değiştiğini" anlatmak için kullanılır. Görelilik kuramının özü de bu tanımda yatmaktadır.

Einstein, görelilik kuramını 10 yıl arayla iki bölüm halinde yayımladı. Bunlardan ilki 1905 yılında ortaya attığı Özel görelilik kuramı, ikincisi ise 1915 yılında yayımladığı Genel görelilik kuramıdır. Özel görelilik kuramı, düzgün doğrusal hareket yapan sistemleri incelemiştir. Kuramın ikinci bölümünde ise, ilk çalışmalarının kapsamını genişleterek kütleler arası çekim kuvvetlerini ele almıştır.

Newton'un hareket ve kütle çekim yasalarını çürütüp, yerlerine yepyeni yasalar koyan görelilik kuramının sonuçlarını günlük yaşamımızda algılayamayız. Fakat özellikle ışık hızına yakın hızlar söz konusu olduğunda, kurama göre uzunluklar kısalır, saatler yavaşlar, kütle artar.

"Bir ışık ışınına binmiş olsaydım, dünya bana nasıl görünürdü acaba ?"

Albert babasına bu soruyu sorduğunda henüz 14 yaşındaydı. Yıllar sonra görelilik kuramını ortaya atacak, bilimde bir devrimin öncüsü olacaktı. Adı Albert, soyadı Einstein idi bu çocuğun.

19.Yüzyıl sonlarında ışığın hızıyla ilgili Michelson-Morley deneyi, ışığın ses ve diğer dalga olaylarının tersine göreceli olmadığını ortaya koydu. Saatte 100 km hızla ilerleyen bir lokomotifin, iki istasyon arasında düdük çaldığını varsayalım. Ses, öndeki ve arkadaki istasyonlara değişik hızlarla ulaşır (Öndekine ses hızından saatte 100 km daha fazla, arkadakine saatte 100 km daha yavaş hızla). Oysa trendeki insanlar için değişen bir şey yoktur; Ses ön ve arka uçlara normal hızıyla ve aynı anda ulaşır (Çünkü trendeki insanlar, tıpkı ses gibi, trenle aynı hıza sahiptirler. Halbuki öndeki ve arkadaki istasyondaki insanlar, trene göre hareketsizdirler). Öyleyse sesin hızı gözlemcinin hızına bağlıdır. (görecelidir).

Işık ise Michelson-Morley deneyi sonuçlarına göre böyle davranmamaktadır. Işık kaynağı ile gözlemcinin hızı ne olursa olsun, ışığın hızında değişiklik gözlenmez. Bu, deneyi yapan bilim adamlarınca bile beklenmeyen bir durumdu. Çünkü sesin hava aracılığıyla yayılması gibi, ışığın da "esir" adı verilen gizemli bir ortam aracılığıyla yayıldığı ve gözlemcinin hareketine bağımlı olduğu düşünülüyordu.

(Böyle düşünülmesi bir bakıma normaldi. Sesin ve diğer dalgaların yayılması, ister katı, ister sıvı,isterse de gaz olsun mutlaka bir madde aracılığıyla gerçekleşiyordu. Örneğin havası boşaltılmış bir cam fanus içinde çalan saatin sesi duyulmuyordu. Çünkü sesi iletecek madde atomları yoktu. Peki öyleyse ışık, Güneş ve diğer gök cisimlerinden Dünya'ya nasıl ulaşıyordu? Daha açık bir şekilde sorulursa ışık bir madde miydi, yoksa bir enerji mi? Descartes ve Newton, ışığın parçacık yani madde olduğunu ileri sürmüşlerdi. Boşluktan geçişi bu şekilde açıklanabiliyordu. Oysa daha sonraki yıllarda ışığın dalga özellikleri taşıdığı belirlenmişti. İşte Michelson-Morley deneyi bu şartlar altında tasarlanmış; aslını söylemek gerekirse, esir adı verilen ve tüm evreni kaplayan varlığının anlaşılacağı öngörülmüştü.)

Elbette ki Michelson-Morley deneyini merak ettiniz. Öyleyse bu deneyden biraz söz etmek yerinde olacaktır. Işığın da ses gibi dalgalar halinde yayıldığının anlaşıldığı yıllarda, bilim adamları ışığın boşlukta nasıl yayıldığını, boşluğun aslında boşluk olup olmadığını araştırıyorlardı. Amerikalı fizikçiler Albert Michelson ile Edward Morley, 1887'de ışığın yayılma hızını belirlemek üzere çok duyarlı bir deney düzeneği tasarladılar. Amaçları, ışığın hızının hareket yönüne bağımlılığını kanıtlamaktı. Oysa sonuçlar tamamen farklı çıktı. Işığın hızı, yerkürenin dönüş hızından ve yönünden etkilenmiyordu. Hem dönüş yönünde hem de aksi yönde aynı sonuç elde ediliyordu: 300.000 km/sn (Tamı tamına 186.282 mil/saniye veya 299.792 km/saniye)

Michelson ve Morley deney düzeneklerinde hata yapmış olabileceklerini düşündüler. Fakat gerek tekrarlan deneyler, gerekse sonraki yıllarda yapılan diğer deneyler bu bulguları destekledi. Işığın boşluktaki ve havadaki hızı sabitti, bu hız aşılamaz bir hızdı ve esir diye bir şey yoktu.

Işık hızının limit hız olması, ışığın kaynağına göre hareket halinde olsun veya olmasın tüm gözlemciler için aynı olması Einstein'ın kuramının temel önermelerinden biridir. Kuramın diğer temel önermesi ise doğa yasalarının ivmesiz (sabit ivmeyle) hareket eden tüm sistemler için aynı olmasıydı.

1905'te Einstein'ın ileri sürdüğü kuramlar, o zamana kadar tartışılmaksızın kabul edilen Newton'un yasalarını temelinden sarsmıştır. Bugün bile Görelilik kuramını basitçe açıklamak güçtür. Yine de onu tanımlamaya çalışmak mümkün olabilir:

Bilimde her tür hesaplama ve ölçme, bir referans sistemine (gözlem çerçevesi) göre yapılır. Bir arabanın hızından, bir kumaşın boyunun ölçülmesinden, bir cismin ağırlığından bahsederken hep bir referans sistemimiz vardır. Farkında olmasak da, bu sistem genel olarak birbirine dik üç eksenden oluşmuştur. Bir şeyi ölçerken veya bir şeyin hızından söz ederken hep sabit olduğunu varsaydığımız bu koordinat sistemini ele alırız (Bir arabanın ya da bir kuşun hızını; sözgelimi bir ağaca veya bir binaya göre yaparız). O halde her türlü ölçme ve hesaplama aslında görelidir. Görelilik kuramının çıkış noktası da işte budur.

Bir tren yolu, kara yoluna paralel olsun. Trenin hızını, trende oturan yolcuya, ağacın altındaki çobana ve kara yolunda trenle aynı ve zıt yönde giden arabaların sürücülerine sorsak ne tür yanıtlar alırız? Yanıtlar hepsi için farklıdır. İşin ilginci bu yanıtların hepsi de doğrudur.

Yukarıdaki örnekte verilenler sabit ivmeli (ivmesiz) hareketlerdir. Dolayısıyla özel görelilik kuramıyla açıklanır. Örneğin bu tip hareketlerde, gözlemciye göre nesnelerin hareketleri yönünde uzunlukları kısalır, kütleleri artar (Bir topu ışık hızına yakın bir hızla havaya fırlatırsak, hareket dışındaki bir gözlemci için top bir tepsi gibi yassılaşırken, kütlesi büyük ölçüde artar. Hız kesildiğinde top, önceki biçim ve kütlesine geri döner. Işık hızına ulaşıldığında boy sıfır, kütle sonsuz olur. Kütle eyleme direnç olduğuna göre; sonsuz kütle hareketin sıfır olması demektir ve dolayısıyla ışık hızına ulaşılamaz).

Bir diğer şaşırtıcı sonuç zamanın göreliliğidir. Örneğin birbirine tam ayarlı iki saatten biri çok hızlı bir roketle uzaya fırlatıldığında bu saat, yerdekine göre çok daha yavaş çalışacaktır (260.000 km/saniye hız için, yerdeki saatin yelkovanının iki tam dönüşüne karşılık, roketteki saat tam bir dönüş yapacaktır. Oysa roketteki kişi bunun farkında değildir. Ancak yeryüzüne döndüğünde, ikiz kardeşinin kendisinden çok daha yaşlandığını görecektir.-Zamanın genişlemesi ve ikizler paradoksu).

Kuramın bir diğer sonucu ve atom bombası nedeniyle en çok bilineni ise madde ve enerji eşdeğerliliği ile ilgili olanıdır (E=mc²). Buna göre küçük bir kütle büyük bir enerji demektir ve Güneş'in enerjisinin kaynağı da budur. Einstein'ın ortaya koyduğu teori dört boyutlu bir uzay içermekteydi (uzay ve zaman kavramlarını birleştirerek). Dolayısıyla evren anlayışımız temelden sarsılıyordu.

Özel görelilik kuramı olarak bilinen ve ivmesiz (yani sabit ivmeli ya da düzgün doğrusal) hareket için geçerli olan bu sonuçları şimdi maddeler halinde inceleyelim:

eşitliği, ancak ışık hızından çok küçük hızlar için doğrudur, yani yaklaşık değer verir. Tam doğru formül: (m', hareket halindeki, m ise hareketsiz kütle, c ışık hızı) olmak üzere,

formülüne göre değişir (m', hareket halindeki, m ise hareketsiz kütle). Eşitliği dikkatle incelersek, bir cismin ışık hızına ulaşmasıyla kütlesinin sonsuz olduğunu görebiliriz.

3. Bir (x', y', z') koordinat sistemi, (x,y,z)'ye göre v hızıyla x-yönünde gidiyorken, gidilen boyutta;

(duran gözlemciye göre) eşitliğine göre değişime uğrar. Yani duran bir gözlemci cismin boyunun kısaldığını görür (L', hareket halindeki, L ise hareketsiz boy).

4. Hareketli ve duran gözlem çerçevelerindeki gözlemcilerin ölçtükleri zaman aralıkları da;

(hareketli gözlemciye göre) eşitliğine göre değişmektedir (T', hareket halindeki, T ise hareketsiz iken ölçülen zaman). Bu da hareketli bir sistemde zamanın daha yavaş akması demektir. Yani duran bir gözlemciye göre hareket eden gözlemci genç kalmaktadır (Ay'a gidip gelen astronotlarda bu ölçüm yapılmış, saniye mertebesinde genç kaldıkları gözlenmiştir).

Ahmet ve Mehmet ikiz kardeş olsunlar. Doğum günlerini elbette aynı gün kutlamaktadırlar. 20. yaş günlerinin hemen sonrası Ahmet bir uzay aracıyla 4 ışık yılı uzaktaki bir gezegene v=0.99c hızla götürülüp, beklemeksizin geri getirilmiştir. Mehmet'e göre bu yolculuk 4+4=8 yıl sürmüştür. Dönüş gününde Mehmet gibi Ahmet'inde 28 yaşında olması beklenmektedir.

T'=8X [1-0.99]½=8X0.14=1,1 yıl yaşlanmıştır. Şimdi Ahmet biyolojik olarak da 21,1 yaşındadır. Yaş günleri artık aynı gün değildir ve aralarında 6.9 yıl fark vardır.

Tablo : Işık Hızına Bağlı Olarak Bir Uzay Gemisinin Uzunluğu, Kütlesi ve Zamanındaki Değişimler

Özel görelilik kuramı düzgün hareket eden cisimler için geçerliydi. Einstein'ın 1915'te ortaya attığı genel görelilik kuramı ise ivmeli hareketi de (yani birbirine göre hızlanıp yavaşlayan) içeriyordu ve daha çok kütle çekim kuvvetleriyle ilgiliydi.

Ünlü astrofizikçi Sir Eddigton'a genel görelilik kuramıyla ilgili olarak "Kuramı yalnızca üç kişinin anlayabildiği söyleniyor, doğru mu?" diye sorulduğunda, bir an durakladığı ve "Üçüncü kişiyi düşünüyordum" dediği anlatılır. Gerçekten yeni bir evren anlayışını ileri sürerken; Einstein sadece Newton'un kütle çekim yasalarını temelinden sarsmakla kalmıyor, evren bu yasayla yepyeni bir şekle bürünüyordu.

Einstein'a göre, kütle çekim kuvvetleri, diğer kuvvetler gibi sıradan kuvvetler değildi ve manyetik alan gibi uzayda ışık hızıyla yayılan bir alandı. Kütle çekim kuvveti bir alan olarak kabul edildiğinde, uzayı da düz bir yüzey olarak değil, bir eğrisel yüzey olarak kabul etmek gerekiyordu. Basit bir örnek olarak; havada kendine göre düz bir rota üzerinde yolculuk eden bir uçak, aslında yeryüzünün eğriliğinden dolayı eğri bir çizgi boyunca hareket etmektedir. Benzer şekilde bir cismin kütlesel çekim alanındaki bütün cisimler eğri bir çizgi boyunca yol alır. Bu alan içindeki iki noktayı birleştiren en kısa yol da bir doğru değil bir eğridir.

Einstein, genel görecelik kuramını deneysel olarak değil, daha çok akıl yürütmeyle geliştirmişti. Kendi yazılarında bunu açık yüreklilikle belirtmiş ve haklı olup olmadığının, güneş tutulması sırasında sınanabileceğini belirtmiştir. Gerçekten de 1919 mayısındaki güneş tutulması sırasında Güneş'in arkasında kalan iki yıldızdan gelen ışıklar, Güneş'in çekim alanından etkilenmişlerdi. Güneş'in arkasında kalmalarına rağmen görülebiliyorlardı. Bir diğer sınama Merkür'ün yörüngesindeki sapmanın, bu kuram ışığında doğru olarak hesaplanmasıyla yine olumlu sonuç verdi (Newton mekaniği bu olayı tam olarak açıklayamıyordu).

Genel görelilik kuramının bir sonucu da evrenin büyüklük olarak sonlu ama sınırsız olmasıdır. Yine bu kurama göre evren sürekli olarak ya büyümekte, ya da küçülmektedir (Sonraları yıldız kümeleri üzerinde yapılan gözlemlerle sürekli olarak büyüdüğü kanıtlandı).

Einstein, 1905'de esirin gereksiz ve fazla bir kavram olduğunun ilan ettikten sonra Mach'tan etkilenerek kurduğu özel görelilik kuramında zaman ve uzayın Tanrı ile olan ilişkilerini, kopardı ve onları insanlara ilişkin göreli birer kavrama dönüştürdü. Artık zaman ve uzay düşünce ürünü olmayıp ölçülebilen şeyler haline geldi.

Ondokuzuncu yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik dalgalardan oluştuğu ve bu dalgaları uzak mesafelere taşıyan gözle görülemez, seyrek, esnek ve ağırlıksız bir ortamın (esir) var olduğu kabul ediliyordu. Eğer dünya böyle bir ortamda saniyede otuz km.lik bir hızla hareket ediyorsa zıt yönde bir esir rüzgarının oluşması ve ayrıca bu esir rüzgarıyla birlikte hareket eden ışığın bu rüzgara karşı hareket eden ışığa göre daha büyük bir hıza sahip olması gerekiyordu. Oysa ki 1887 yılında Albert Michelson ile Edward Morley, yaptıkları deneylerle ışık hangi yönde hareket ederse etsin, ışık hızının değişmediğini saptadılar. O halde, acaba esir diye bir şey yok muydu?

Esirin varolduğuna inanan bazı bilim adamları, Michelson ve Morley'in ulaştıkları sonucu yapay olarak etkisiz kılmaya çalıştılar. Örneğin, George Fitzgerald, dünyanın esir içinde hareket ederken hareket doğrultusunda büzüldüğünü ve bu büzüme ile ışığın hızında ortaya çıkacak olan farkın yok olduğunu ileri sürdü. Ne var ki, esirin varlığını savunmak için geliştirilen bu ve buna benzer açıklamalar bilim adamlarını tatmin etmiyordu.

İşte belirsizliğin sürdüğü böyle bir atmosferde, Einstein cesurca esir kavramının bir işe yaramadığını ve fizikten atılması gerektiğini vurguladıktan sonra özel görelilik kuramının iki temel ilkesini ortaya koydu:

1 - Bir deney yalnız göreli hareketi saptayabilir. Başka bir deyişle hiçbir deney mutlak durağanlığı veya düzenli hareketi saptayamaz. (Örneğin, bu ilkeye göre esirin varlığını saptamak olanaksızdır.)

2 - Işık, kaynağına bağlı olmaksızın, boşlukta sabit bir hızla hareket eder.

Einstein, bu iki temel ilkeyi, bazı düşünce deneyimlerini ve matematiği kullanarak Newton fiziğinin ana kavramlarını kökünden değiştirdi. Newton'a göre zaman mutlaktır yani evrensel olarak farklılık göstermez ve geçmişten geleceğe doğru düzenli bir biçimde akar. Sağduyuya uygun olan bu evrensel zaman anlayışına göre eşzamanlılık da evrenseldir.

Mutlak zaman kavramına karşı çıkan Einstein'a göre zaman kavramını içeren önermeler eşzamanlı olaylar hakkında ortaya konan önermelerdir ve eşzamanlılık iki olayın aynı anda gerçekleşmesi anlamına gelmektedir. Örneğin, "Mavi Tren Ankara Garına saat yedide gelecektir" demek saatimin akrebinin yedi üzerine gelmesiyle Mavi Trenin Ankara Gar'ına girmesi olayının aynı anda gerçekleşmesi yani bu iki olayın zamandaş olması demektir.

Ancak Einstein'a göre zaman, daha doğrusu eşzamanlılık, mutlak ve everensel değildir, çünkü bir gözlemci için eşzamanlı olan bir olay genellikle başka bir gözlemci için eşzamanlı değildir. Einstein'ın bu sonuca nasıl ulaştığını anlayabilmek için şu düşünce deneyini gözden geçirebiliriz:

Bir trenin (devingen sistem) orta noktasında iki ışık ışınını ters yönlere aynı anda gönderelim. Tren içindeki gözlemci için ışığın hızı (c) sabit olduğundan onun sistemde bu iki ışık ışını ters yöndeki duvarlara aynı zamanda ulaşır; gene bu gözlemci için bu iki olay (ışık ışınlarının ters yönlerdeki iki duvara çarpması) zamandaş olacaktır. Peki, trenin dışındaki gözlemci ne diyecektir?

Onun için de kendi sisteminde ışığın hızı sabittir; ancak trene baktığında duvarlardan birinin ışıktan uzaklaştığını, diğerinin ışığa doğru ilerlediğini görür. Böylece ona göre, ışık ışını kendisine yaklaşan duvara daha erken, kendisinden uzaklaşan duvar ise daha sonra çarpacaktır. Bundan çıkan kaçınılmaz sonuç şudur: Bir sistemdeki gözlemci için zamandaş olan iki olay, bu sisteme göresel düzgün devinen ikinci bir sistemdeki gözlemci içinse zamandaş değildir.

Acaba bu iki gözlemciden hangisi haklıdır? Einstein'a veya birinci temel ilkeye göre iki gözlemci de haklıdır. Eğer zaman kavramı göreli ise, fiziğin diğer temel kavramları da göreli olmak zorundadır. Örneğin, bir cismin uzunluğunu belirlemek için iki farklı gözlemci farklı zamanlarda ölçümler yapacaklarından (çünkü eşzamanlılık onlar için aynı değildir.) farklı değerler saptayacaklardır.

Özel görelilik kuramındaki olaylar ile Mach'ın algıları (elementleri) arasında bir fark yoktur. Örneğin, saatin akrebinin hareketiyle Mavi Trenin Ankara Garına girmesi aynı anda algılanan olaylardır. Aynı şekilde düşünce deneyimindeki gözlemcilerin gözlemleri de algılardan ibarettir. İşte Einstein'ın kuramında zaman ve uzay kavramaları ölçülebilen ve algılanabilen yani insanlara göre anlam kazanan kavramlar dönüştürüldükleri için Machçılığın Einstein üzerinde önemli bir rol oynadığını iddia edebiliriz.

Nitekim Einstein bile Mach'ın etkisinde kaldığını arkadaşlarına yazdığı mektuplarda açıkça belirtti. Hatta bizzat Mach'a yolladığı mektuplarda onun bir öğrencisi ve izleyicisi olduğunu açıkça itiraf etti. Bununla birlikte Mach hiçbir zaman özel görelilik kuramını tam olarak desteklemedi.

Einstein, zamanın ve uzayın göreli kavramlar olduğunu deneyler yaparak göstermiş değildir, çünkü onun özel görelilik kuramına ilişkin olarak sözünü ettiği deneyler zihninde yaptığı deneylerdir. Ayrıca bu kuramın temel direkleri olan iki ilke tamamen usun ürünleri olduklarından onları deneyimsel yöntemle doğrulama ya da yanlışlama olanağı yoktur.

Özel görelilik kuramının bir sonucu da madde ile enerjinin eşdegerliğini ve birbirlerine dönüşebilirliğini gösteren "E = mc2" nin formülüdür. Bu formülde E enerjiyi, m cismin kütlesini ve c de ışığın hızını temsil etmektedir. Bu formül, çok küçük bir madde parçasının çok büyük miktarlarda enerji içerdiğini ortaya koydu ve böylece nükleer çağa girilmiş oldu.

Genel Görelilik Kuramı

Genel Görelilik Kuramı Einstein’ın en büyük başarısı idi; klasik, deterministik dünya görüşünün gününü dolduruşunu temsil ediyordu. Einstein, uzay, zaman ve madde fikirlerini modern biçimlerine getirerek Newton fiziğinin ötesine giderken, fiziğin çerçevesi tamamen deterministik idi. Newton evreninin büyük saati Einstein tarafından değiştirilmişti -çarklar ve bölümler farklıydı- fakat, Einstein saatin hareketinin hala sonsuz geçmiş ve gelecekte tamamen önceden belirli olduğu konusunda Newton ile anlaşıyordu.

Genel Görelilik Kuramı Nasıl Geliştirildi?

Genel Görelilik Kuramı'nı bir tek kişinin yaratmış olduğuna inanmak zordur. Kuram, uzay, zaman, enerji, madde ve geometriyi muazzam bir ufku ve anlamı olan uyumlu bir bütün halinde birleştirmektedir.

Einstein, Zürih’te iken ve Berlin’deki ilk yıllarında, fizikte pozitivizmin büyük savunucusu olan filozof fizikçi Ernst Mach’ın entellektüel etkisi altında kalmıştı.

Mach, kuramsal fizikçilerin, fizikte deneysel işlemlerle kesin, doğrudan bir anlam kazandırılamayan herhangi bir fikir kullanmamaları gerektiğini düşünüyordu. Deneysel dünyayla ilgisi olmayan fikirler, fiziksel kuram için yüzeysel olarak değerlendiriliyordu. Mach’ın yöntemi yeni fiziğin gelişiminde önder bir kuvvet oldu.

Einstein, bu yöntemin ustasıydı. Einstein’ın uzay ve zaman tanımlarını hatırlayın: uzay bir ölçü çubuğu ile ölçtüğümüz şeydir. Ölçme işine doğrudan başvuran bu tanımlar, uzay ve zaman kavramlarının yüzyıllardır taşımış oldukları tüm aşırı felsefi bagajı kesip attılar. Pozitivist, yalnızca, ölçme gibi doğrudan işlemler yoluyla bildiğimiz şeylerden söz etmekte ısrar eder. Fiziksel gerçeklik, kafalarımızdaki fantezilerle değil, fiili deneysel işlemlerle tanımlanır.

Ancak Einstein, Berlin’e yerleştikten sonra, katı pozitivist tutumdan uzaklaştı ve bu durum, kısmen, iş arkadaşı Planck’ın ikna edici tezlerinin sonucunda oldu. Aynı zamanda Einstein’in Genel Görelilik Kuramı konusundaki başarısı ve ona ulaşmak için kullanmış olduğu düşünce yöntemi, onu katı pozitivist yöntemin sınırlılıkları konusunda ikna etti.

Einstein bir pozitivist olarak kalmış olsaydı, genel Görelilik Kuramı'nı keşfetmiş olup olmayacağı şüphelidir. Einstein daha sonra, kendisinin Berlin'de patent ofisinde çalıştığı günlerden arkadaşı olan filozof Maurice Solovine’e yazdığı bir mektupta, kendi yöntemini anlattı. Bu yöntem Einstein’ın önerme yöntemi olarak isimlendirilebilir.

Genişleyen Evren'in Gözlenmesi

Einstein, genel Görelilik Kuramı'nı, Evren'in bütününe uyguladı. Sonlu ve sınırsız bir Evren modeli kurdu ve bunun matematiksel yapısını geliştirdi. Amerikalı astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953), 1920'li yıllarda Evren'in yaşı, oluşumu ve dağılımı konusunda çalışmaları başlatan bilim adamı.

Hubble, 1929'da yaptığı gözlemlerle uzak gökadalarının ışığının kırmızıya kaydığını, buradan kalkarak da bunların Dünya'dan uzaklaştığını ortaya koydu. Evren genişliyordu. Oysa Einstein'in evreni durağandı.

Kuram, büyük kütlelerin yakınından geçen ışık ışınlarının kütleçekim alanının etkisiyle eğileceğini, bu nedenle de uzak bir yıldızın ışığının Güneş' in kenarından geçerken yapacağı sapmanın hesaplanabileceğini öngörüyordu. Birinci Dünya Savaşı ve kötü hava koşulları, ilk gözlemin yapılmasını engelledi. Kuram'ın ilk genel kanıtları iki İngiliz bilim adamından geldi: 29 Mayıs 1919'da Güney Afrika'da (Gine Körfezi'ndeki bir adada) ve Brezilya'da gözlenen Güneş tutulmaları sırasında elde edildi.

Sonuçlar tam Genel Görelilik Kuramı'nı kanıtlayacakken, iki ayrı yerin sonuçları birbirine ters düşüyordu. Daha sonraları da gözlemler ve deneyler, onu doğrulamaya devam etti. 1922'de Güney Afrika ve Brezilya'dan alınan verilerin farklı souçlar vermesi üzerine Lick Gözlemevi'nin yöneticisi William W. Campbell, bir sonraki tutulmayı izlemek için Avustralya'ya gitti.

Tutulma, yaklaşık beş dakika izlenebildiği için "Naif yıldızlarda kaydedilebilecek; böylece Güneş'e yakın gözlenebilir yıldızların sayısı artacaktı" diye açıklama yapıyor Osterbrook ve "gözlem yapanlar ' etkiyi ölçmek için daha iyi bir şans' elde edecekler" diyor.

12 Nisan 1923'te, Campbell, yıldızların görüntülerinin yerleşimleri iki durum için, yani tutulma ve gerçek gece durumundaki yıldızların farklılık gösterdiğini keşfetti. " Einstein'in tahminleriyle karşılaştırıldığında Güneş kenarındaki yıldız ışıkları 1.75 saniyelik bir açıyla saptırılıyor olması, verilen Görelilik Kuramı'na yaklaşabildiğinin bir kanıtıdır" diyordu.

Garip ama, Campbell, kendisini göreli bir Evren'de bulmak istemiyordu. "Tanrım umarım doğru değildir" diyordu. Einstein, tabii ki, göreliliği Evren'in normu olarak görüyordu. Doğrusu Kuram'ın doğruluğu kanıtlandığında "Ama ben zaten Kuram'ın doğru olduğunu biliyordum" diyecekti öğrencisi Schneider'a.

Schneider, Einstein' "eğer tutulmalar, Kuram'ı doğrulamasaydı ne olurdu" diye sorduğunda Einstein " O zaman Tanrı'dan özür dileyerek, Kuram doğru derdim" diyordu.

Genel Görelilik ve Evren Modelleri

Roger Penrose: "Sizlere Einstein’in kütleçekim kuramının temel yapıtaşlarını hatırlatmak istiyorum. Temel yapıtaşlarından birisi Galilei’nin Eşdeğerlik İlkesi adıyla bilinir. Galilei Piza Kulesi’nin tepesinden biri büyük biri küçük iki taş bırakıyor. Bu deneyi gerçekten gerçekleştirmiş olsa da olmasa da, kendisi, hava direncinin yarattığı etkiyi görmezden gelmek koşuluyla, her iki taşın da yere aynı anda çarpması gerektiğini gayet iyi anlamıştı.

Eğer bu taşlar beraberce aşağı doğru düşerlerken bir tanesinin üstüne oturup diğerini seyretme imkanınız olsaydı, onu önünüzde, havada asılı bir halde dururken görecektiniz. Uzay seyahatlerinin yapıldığı günümüzde buna benzer durumlara fazlasıyla alışığız.

Einstein’in Kuramı, bize yerçekimin ortadan kalktığını değil, yerçekimi kuvvetinin ortadan kalktığını söylemektedir. Geriye bir tek şey kalıyor, o da kütle çekiminin yarattığı gelgit etkisi.

Bu etkiye gel git etkisi denmesinin çok makul bir nedeni vardır. Eğer Yerküre’yi Ay’la, parçacıklardan oluşan küre biçimindeki kabuğu da, okyanusların kapladığı Yerküre ile değiştirecek olursanız, o zaman, Ay’ın okyanusların yüzeyi üzerinde Yerküre’nin parçacıklardan oluşan küresel kabuğa uyguladığı etkiye benzer bir kütleçekim etkisi yarattığını görüyoruz.

Ay’a yakın konumda bulunan deniz yüzeyi, Ay’a doğru çekilirken, Yerküre’nin arka yüzünde kalan denizler adeta uzağa doğru itilirler. Deniz yüzeyinin Yerküre’nin her iki tarafında bel vermesinden ve denizde her gün iki kez oluan yükselmeden bu etki sorumludur.

Einstein’in Genel Görelilik Kuramı'nı keşfinin öyküsü, kıssadan hisse önemli bir ders içermektedir. Bir bütün halinde ilk formülleştirildiği tarih 1915'tir. Herhangi bir gözlemsel ihtiyaç sonucunda değil, birtakım estetik geometrik ve fiziksel kaygıların güdüsüyle geliştirilmişti. Temel yapıtaşlarını, farklı kütlelere sahip taş parçalarının aşağı bırakılması nedeniyle örneklenen Galilei’nin Eşdeğerlik İlkesi ve uzay-zaman eğriliğini tanımlamada doğal bir yol olan Öklit-dışı geometrilerin kendine esas aldığı fikirler oluşturmaktaydı. 1915'lerde yapılan gözlemsel çalışmaların bu konuyla pek bir ilgisi yoktu.

Genel Göreliliğin Öngörüleri ve Test Edilmeleri

Genel Görelilik, son biçimi ile formülleştirildiğinde, Kuram'ın kilit noktasında gözleme dayalı üç adet sınamaya yer verdiği görüldü.

Birincisi: Merkür Gezegeni'nin yörüngesinin günberi noktası yer değiştirmekte ve diğer gezegenlerin etkileri hesaba katılsa dahi, Newtoncu kütleçekim etkileşimleri ile açıklanamayan bir dönüş hareketi yapmaktadır. Genel Görelilik, bu kaymayı olağanüstü bir şekilde öngörmekte ve açıklamaktadır.

İkincisi: Işık ışınlarının izledikleri yollar, Güneş'e yaklaştıkça Güneş'e doğru eğrilir (bükülür). Bu da 1919'daki Güneş tutulmasını gözlemlemek amacıyla Arthur Eddington’un başkanlığında gerçekleştirilen ünlü yolculuğun gerçekleştirilme sebebidir. Eddington, yaptığı gözlemler sonunda Einstein’in öngörüsünü destekleyen sonuçlar elde etmiştir.

Üçüncüsü: Kuram, bir kütle çekim etkisi altında saatlerin daha yavaş işleyeceğini öngörmekteydi. Yani yere yakın konumda bulunan bir saat, bir kulenin tepesinde bulunan bir saate göre daha yavaş çalışmalıydı. Bu etkinin de deneysel olarak ölçümü yapılmıştır. Oysa bütün bunlar, o kadar da etkiliyici testler/sınamalar sayılmaz. Çünkü söz konusu bu etkiler her zaman hem çok küçüktür, hem de aynı sonuçlar pekala başka kuramlar tarafından da öngörülebilirdi.

Şimdilerde ise durum artık dramatik ölçüde değişmiştir. Yaptıkları son derece olağanüstü bir dizi gözlemden dolayı Hulse ve Taylor 1993 yılında Nobel Ödülü’nü aldılar.

Bir de Genel Görelilik’e özgü olan ve Newtoncu kütleçekim kuramında hiç mi hiç bulunmayan bir başka özellik vardır. Buna göre, birbiri etrafında dönme hareketi yapan cisimler, kütleçekim dalgaları halında enerji yayar. Bunlar ışık dalgalarını andırsalar da, aslında elektromanyetik alan içinde değil, uzay-zaman içinde oluşan dalgalanmalardır.

Bu dalgalar, sistemden sürekli olarak enerji çeker. Enerjinin çekilme hızı, Einstein’in kuramına başvurularak kesin olarak hesaplanabilir. İkili nötron yıldızı sistemindeki enerji kaybının bu yolla hesaplanan hızı, yapılan gözlemlerle tastamam uyuşuyor. Bu durum, son yirmi yılı aşkın süredir yapılan gözlemlerce, bu nötron yıldızlarının yörünge periyotlarında ortaya çıkan hızlanmaya ilişkin ölçüm sonuçlarında görülmektedir.

Sözkonusu sinyallere ilişkin zamanlama öyle şaşmaz bir doğrulukla saptanmaktadır ki, son yirmli yılı aşkın bir süre boyunca kuramın bilinen doğruluk derecesinin on üzeri ondörtte bir dolaylarında olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu, Genel Görelilik’i bilim tarihi boyunca en duyarlı biçimde sınanan kuram olma konumuna getirmektedir.

Bu öyküde kıssadan hisse bir ders var. Einstein’ı, ömrünün sekiz yılını ya da belki daha fazlasını harcayarak Genel Kuramı geliştirmeye motive eden etkenler, gözlem ve deney sonuçları değildi. İnsanlar zaman zaman şu sözleri dile getirmektedirler:

"Aslında, fizikçiler elde ettikleri deney sonuçları çerçevesinde biçimsel bir düzen arayışı içerisine girerler ve birgün gelir bu sonuçlarla uyuşabilecek zarafette bir kurama ulaşırlar. Bu, fizik ile matematiğin birbirleriyle neden bu kadar iyi geçindiklerini açıklamaya yeterli olsa gerek".

Oysa sözünü ettiğimiz durumda işler hiç de bu şekilde yürümedi. Kuram, özgün biçimiyle hiçcbir motive edici gözlem bulgusuna dayanmadan geliştirildi ve ortaya matematiksel açıdan çok zarif ve fiziksel açıdan da son derece iyi motiflenmiş bir kuram çıktı. Buradaki ana fikir şudur: matematiksel yapı zaten Doğa’nın kendisinde mevcuttur ve kuram asılnda uzayda ait olduğu yerde durmaktadır; bu, herhangi birinin Doğa’ya zorla dayattığı bir şey değildir.

Bu, bu bölümde esas alınan ana noktalardan bir tanesidir. Einstein, zaten yerli yerinde duran bir şeyi açık seçik hale getirmiş oldu. Üstelik, keşfettiği fizik öylesine bir fizik değil, Doğa’da en temelden sahip olduğumuz bir şey:uzayın ve zamanın doğası.

Genel Görelilik'te, fizik dünyasının sergilediği davranışların temelerini gerçekten de olağanüstü kesin derecede kesin bir biçimde belirleyen bir yapıyla karşı karşıya bulunmaktayız. Gerçi Doğa’nın ne yönde davrandığına dikkat etmenin önemi açıkça ortada ise de, dünyamızın sözü edilen temel özellikleri çoğunlukla bu yolla keşfedilmemektedir.

Yalnız bu aşamada bütün diğer nedenler açısından cazip görünen, gelgelelim gerçeklerle uyuşmayan kuramlar yumurtlamamaya dikkat edilmelidir. Oysa burada elemizde, gerçeklerle fevkalede şaşmaz bir biçimde uyuşan bir kuram bulunmaktadır. Kuram'ın içerdiği doğruluk derecesi, Newtoncu Kuram'ın erişebildiği basamak sayısının iki katıdır.

Bir başka deyişle, Newtoncu Kuram'ın duyarlılığı on milyonda birlik bir doğruluk derecesinde iken, Genel Görelilik için bu oranın on üzeri ondörtte bir olduğu bilinmektedir. Bir kuramdan ötekine sağlanan iyileşme, Newton’un kendi kuramının içerdiği doğruluk derecesinde 17. yy’dan bugüne dek geçen zaman içinde görülen artış mertebesindedir. Newton, kendi kuramının binde birlik bir duyarlılıkla doğru olduğunu bilmekteydi; şimdi ise bu duyarlılığın on milyonda bir olduğu bilinmektedir.

Özel Görelilik Teorisi: Albert Einstein

Atom ve Çekirdek Kuramı

Kuantum Mekaniği

Esir Hipotezi

Elektromanyetizma

Hiçbir yazı/ resim izinsiz olarak kullanılamaz!! Telif hakları uyarınca bu bir suçtur..! Tüm hakları Çetin BAL' a aittir. Kaynak gösterilmek şartıyla siteden alıntı yapılabilir.