Rölativite

Rölativite

1 Ağustos 2016 2 Yazar: Tuğba YELİZ

isaac

Bu arkadaşı tanıyor muyuz? Evet, tanıyoruz. Tip olarak bir şey ifade etmemiş olabilir, ama ismi duyunca tanırsınız: Isaac Newton. Şimdi tabi, konu başlığı rölativite olunca sanırım ilk beklenen yüz hemen hemen şöyle bir şeydi;

ae

Evet, haklısınız, ama rölativite nereden çıktı diye soracak olursak, Newton’un klasik fiziğinin bazı noktalarındaki yetersizliklerden çıktı yanıtını alabiliriz. O yüzden önce kısaca Newton neler edip eylemiş ona bakalım ki, Einstein’in ne diye kafasını böyle şeylerle bu kadar yormuş olduğunu anlayabilelim.
Newton, cisimlerin hareketiyle ilgili konularda, yani mekanik alanında çığır açmış bir bilim insanıydı (hâlâ öyle). Kütle çekimi denildiğinde akla gelen ilk isim olması gayet normal. Kepler yasalarından yola çıkarak kütle çekim için bulduğu formülle, fizik dünyasını birçok sıkıntıdan kurtarmış olması ve kendisinden önce Kepler, Kopernik, Galileo gibi insanların çalışmalarının da yardımıyla, Aristo’nun o Ay-altı, Ay-üstü evren gibi kavramlarını tamamen tarihe gömmesi harika bir hamledir, ancak üzerinde çalıştığı konu daha çok makro boyutlarda geçerlidir. Atom altı dünyası söz konusu olduğunda ise işler değişir.

Newton vs Einstein

Genel olarak Newton yasaları adıyla andığımız 3 kural şu şekildedir;

  1. Dışarıdan bir etkiye maruz kalmayan hareketli bir cisim, doğrusal olarak hareketini sürdürür.
  2.  “m” cismin kütlesi, “F” bu cisme uygulanan kuvvet ve “a” ivme olmak üzere, bu üçü arasında F=ma bağıntısı vardır.
  3. Her etki, o etkiye eşit bir karşı tepki doğurur. Yani meşhur etki-tepki prensibi…

Buraya kadar bir sıkıntı yok. Birçok hesaplama da sorunsuz olarak ya da çok minik sapmalarla yapılabiliyor. Peki sorun nerede? Newton’a göre hareket, evrenin her yerinde aynıydı, zaman ve mekâna bağlı değildi, ama fark edemediği şuydu ki; işler o şekilde yürümüyordu. Fiziksel kuvvetlerin etkileri, boyutlar arasında farklıydı. Makro evrenle mikro evrende her şey aynı biçimde işlemiyordu. Tabi bunların fark edilmesiyle genel olarak kuantum fiziği doğmuş oldu, ama biz işin sadece Einstein kısmına göz gezdirelim.

Einstein, cismin uzaydaki durumunun, zaman ve mekâna göre değişiklik göstereceğini iki kuram ile öne sürdü; Özel ve Genel Görelilik Kuramları (Bazı kaynaklarda ‘görecelik’ olarak da ifade edilir ve başlıkta kulandığımız rölativiteden kastımız da bu göreli olma durumudur. Farklı bir konu değil yani. Konuyu ilk kez duyanların kafası karışmasın).

Bu ikisi birbiriyle ucundan kıyısından bağlantılı olsa da Özel Görelilik Kuramı 1905, Genel Görelilik Kuramı ise 1916 yıllarında piyasaya çıkmıştır. Özel Görelilik Kuramı, aslında 1887 yılında yapılan bir deneyin sonuçlarının yorumlanmasıyla ortaya çıkmıştır. Albert Michelson ve Edward Morley tarafından yapılan deney, ‘ether‘ ya da bir başka ismiyle ‘esir‘ maddesinin varlığını ispatlamaya yönelikti.

Ancak ‘Neye niyet, neye kısmet’ sözünün güzel bir örneği olarak, deney bu maddenin var olmadığının ispatlanmasına yaradı. Yine de bu sonuca çok üzüldüklerini sanmıyorum, zira Michelson bu çalışmalarıyla ilgili olarak 1907’de Nobel Fizik Ödülü’nü kazandı. Keşke yanlış olan her düşüncemizin ucu, böyle bir ödüle çıkabilecek kadar olumlu olsaydı demekten kendimi alamadım. Neyse, gözümüz yok (Yalan! Aslında var. Kıskanıyorum bu ödülü alanları; itiraf ediyorum). Ha, unutmadan bahsi geçen maddenin ne olduğunu da söyleyelim; ‘ether’ (ya da esir ya da eter…Sizi hangisi mutlu ediyorsa…), uzay boşluğunu doldurduğuna inanılan bir maddeydi. Tabi elektromanyetik dalgaların da, bu madde içinde hareket ettiği sanılıyordu doğal olarak. Ne kadar da safmışlar, cık cık cık…(((:

İşin şakası bir yana, hazır yeri gelmişken ünlü bilmişliklerimden birini yapmadan duramayacağım; siz siz olun, bir şeyleri değerlendirirken kendi içinizde bulunduğunuz dönemin şartlarına göre değerlendirmeyin! İçinde yaşadığımız 2000’li yıllarda bazı düşünceler size komik gelebilir, ancak o dönemin bilim insanları, şu anda okula giden herhangi bir öğrencinin bildiğinden çok daha azını biliyordu ve her şeyi kendileri bulmak durumundaydı. Şimdiki gibi hazır bilgilere internetten ulaşmıyorlardı. Bu yüzden tarihi ve bilimsel olaylarda değerlendirmemizi buna göre yapmayı unutmayalım 😉
Nerede kalmıştık? Evet, deney ‘ether‘in varlığını değil yokluğunu kanıtladı ve ışık hızının her yerde aynı olduğu görüldüüüü. Eyvah! Şimdi ne olacak peki? İşte Einstein burada devreye girdi ve bu deneyin sonuçlarını doğru bir şekilde yorumlamayı başardı.

Ancak burada, kimselerin bilmediği bir ek bilgi vermek istiyorum; bir İslâm filozofu olan Kindî, 800’lü yıllarda, mekân ve hareketin göreceli olduğunu söyleyen ilk kişidir. Galileo’nun da benzer bir görelilik prensibi vardı. Bilim dünyası aslında böyle olaylarla dolu maalesef.

Yer çekimine dair ilk fikirleri ortaya atan kişi de 900’lü yıllarda yaşamış olan Birunî’dir, ancak bununla meşhur olma şansı Newton’a nasip olmuştur. Tabi bazen bir şeyleri sadece tahmin edip ortaya atmak yetmiyor. Deneysel olarak da kanıtlamak gerek. O yüzden sanırım hakları yenmiş diyemeyiz bu insanlar için. Ancak şu konuda hakları yeniyor; en azından bu kişi de bu konuyu daha öncesinde doğru olarak yorumlamış diyebilmek lâzım. Hiç olmazsa isimlerinin anılmasını hak ediyorlar böyle önemli konularda.

Buradan şu sonuç çıkıyor; önemli olabileceğini düşündüğünüz fikirlerinizi bir yerlere onaylatın ve başkasının bu fikirle, sizden sonra yaşasa bile sizden önce meşhur olma şansını elinden alın! Yaşasın kötülük!!
Yine işin şakası bu. Tamam, iyi bir fikriniz varsa ona sahip çıkın elbette. Ancak söz konusu olan,  insanların yararına bir şeyler yapıp genel olarak insanlığa hizmet etmekse, neyi kimin bulduğu çok da önemli olmamalı. Bu konuda Tesla gibi olun. Ancak tabi Edison gibilere de fırsat vermemek lazım. Neyse canım işte! Ayarını siz yaparsınız artık onun, ben uyarımı yapayım da…

177_Edison_vs_Tesla

Tesla; bir deli oğlan…

Evet, konumuza dönelim. Einstein, deney sonuçlarını güzelce yorumladı ve Newton’un mutlak kabul ettiği uzay-zaman kavramını yerle bir etmiş oldu. Kurama göre;
Uzaklık ve zaman gözlemciye göre değişebilir.
Işık hızına yakın hızla hareket eden bir sistemde zaman daha yavaş akar. Hatta ışık hızına ulaşıldığında, zaman durur.
Cisim hızlandıkça hareket yönündeki boyu kısalır.
Kütle ile enerji arasında bir bağlantı vardır.
Bütün bunların sonunda ortaya bir formül çıktı:

aa

Aha, buraya yazıyorum; bu ikisi birbirine eşit değilse, ben de bir şey bilmiyorum!

Fotoğrafa dikkatli bakın; oradaki harf pek de m’ye benzemiyor, yanında ona bitişik bir de ‘n’ var gibi sanki, değil mi? İşte bence burada uyanıklık yapmış. Eğer formül yanlış çıkarsa “Ben m demedim ki, orada bir nicelik daha var” diyebilmek için…Hahhay! İnsan kötü niyetli olduktan sonra, her şeyden bir anlam çıkartabilir gördüğünüz gibi. Bu sadece -kötü de olsa- bir örnekti. Evde denemeyiniz.

Bu formüle bakılarak anlaşılır ki, küçük bir kütleyle bile oldukça fazla enerji elde edilebilir. Cisim hızlandıkça, kütlenin bir kısmı kinetik enerjiye dönüşecektir. Atom bombası gibi sevimsiz icatlar, bu esasa göre çalışır.

Bu konunun şöyle bir kabasını aldıktan sonra, gelelim olayın genel versiyonuna.
Newton’un Evrensel Kütle Çekim Yasası

400px-NewtonsLawOfUniversalGravitation.svgve Einstein’in Özel Görelilik Kuramı’nı alana

mc2bir Genel Görelilik Kuramı hediye!

cgtorun16Yani Einstein, Özel Görelilik ve Evrensel Kütle Çekim Yasası’nı birleştirerek, 1916 yılında Genel Görelilik Kuramı’nı ortaya attı. Bu arada…”Kütle çekim” bitişik yazılmaz evladım. Bu da aklında bulunsun.

a

Kapı gibi kanıtım var ^^

Özel Görelilik konusuna bir şekilde kütle çekimini de dahil etmek için kolları sıvayan Einstein, basit bir düşünce deneyiyle işe başladı. Bu düşünce deneyinde, serbest düşme yapan bir gözlemciyi ele aldı.

Bu gözlemciyi 8 sene boyunca yeterince evirip çevirdikten ve ‘Einstein Alan Denklemleri‘ni tamamladıktan 1 yıl sonra, Karl Schwarzschild, bu denklemlerin 0’dan farklı çözümlerini bulmayı başardı. Bu çözüm aslında kara deliklerin tanımının da temelini oluşturur (ve evet, kara delik de ayrı yazılır çucuum). Özel Görelilik’teki eksiklik de burada giderilmiş olur. Zira bu defa ivmeli sistemler de işe dahil olmuştur ve Newton’un kütle çekimi konusundaki eksiklikleri de bu kuramda giderilmiştir.
Buraya kadar her işi gayet başarılı bir şekilde aşmış olan Einstein, burada küçük bir sorun yaşar. Kuramı evrenin tamamına uygularken, kuramın öngörüsüne aykırı olarak, evrenin durağan olduğunu düşünmektedir ve bunun için de alan denklemlerine bir ‘kozmoloji sabiti‘ ekler. Hubble bunun aksini ispatlayan bir çalışma yapar ve evrenin durağan olmadığı netleşir. Tabi buna da “O kadar kusur kadı kızında da olur” diyorum açıkçası. Bilim işte bunun için var; birileri bir şeyleri doğru kabul eder ve çalışmalarla onun gerçekten doğru olup olmadığını bilim denetler. Ancak bu olumsuzluğa rağmen Genel Görelilik başarısız bir kuram değildir. Hatta Merkür’ün enberi noktasının hareketiyle ilgili açmazı da açıklamayı başaran bir kuram olmuştur. Bu konuya şurada ucundan kıyısından değinmiştik. İsteyen bakabilir.
Genel Görelilik; uzay-zamanın yapısı, kütle çekim merceği (hakkında bilgi için buraya bakabilirsiniz),  ışığın yayılımı, serbest düşen cisimlerin hareketi gibi birçok konuda öngörülerde bulunur. Çok detaya girip okurları sıkmamak için yazıyı burada kesiyorum. Önce bir kitap önereyim;

0000000061201-1Benim kütüphanemde de yerini almış bir kitap. Konuya özel ilgisi olanlara tavsiye ediyorum.
Son olarak da güzel bir karikatür koyuyor ve hepinize veda ediyorum (:

74