Görecelik Kuramı

GÖRECELİK KURAMI

Fizik alanında büyük devrim yapan, eski fiziğin birçok kanununu ya tamamen değiştiren ya da düzeltip kesinleştiren bir kuram (görecelik kuramı) dır. Einstein (Aynştayn) tarafından ortaya atılmıştır. Einstein, görüşlerini 1905 yılında açıklayınca fizik bilginleri arasında büyük bir şaşkınlık yarattı. Birçok bilgin Einstein’ın görüşüne karşı çıktı; onun söylediklerinin doğru olamayacağını savundular. Ama Einstein, büyük bir fizikçiydi; yaptığı deneylerle, açıklamalarla gerek kuramının doğruluğunu, gerekse bilimsel dehasını herkese kabul ettirdi. Bugün Einstein‘ın kuramı fizik dünyasının kabul ettiği doğru kuramların başında gelmektedir. Gün geçip, bilim ve teknik ilerledikçe, atom dünyasında olsun, uzayda olsun yeni buluşlar art arda sıralandıkça Einstein’ın görüşlerinin ne kadar doğru olduğu yeniden ortaya çıkmaktadır.

GÖRECE OLMAK NE DEMEKTİR?

Bazı olayların görece (izafî, relatif) olduğu eskiden de biliniyordu. Görece olmak, bir olayın gözlemciye göre değişmesi, gözlemciye bağlı olması demektir. İlerleyen bir trenle bu görecelik kolayca açıklanabilir. Trenin dışında bulunan bir gözlemci trenin hareketini görür; onun için tren toprağa göre hareket halindedir. Çünkü gözlemci toprak üzerinde bulunmaktadır. Gözlemcinin üzerinde bulunduğu ve olayları gözlediği yere (bu örnekte toprak) referans sistemi denir. Tren, toprak referans düzlemi üzerinde hareket ettiği için topraktaki gözlemci trenin hareket halinde olduğunu görecektir. Trenin bütün pencerelerinin kapalı olduğunu düşünelim. Tren içindeki bir gözlemci, trenin hareket ettiğini gözleriyle göremez. Çünkü vagondaki her şey trenle birlikte hareket etmektedir. Trendeki gözlemci çevresindeki eşyayı sabit görür. Oysa kendi de birlikte olmak üzere, bütün tren ilerlemektedir. Demek ki treni referans alan bir gözlemci için tren hareket halinde değildir.

Buradan da anlaşılacağı gibi, gözlemcinin bulunduğu yere göre hareket görece olmaktadır. Aynı treni bir gözlemci hareket halinde görürken, öteki hareketsiz görmektedir. Einstein bütün hareketlerin, bu örnekteki gibi görece olduğunu ileri sürmüş ve kabul ettirmiştir.

Hareketin görece olduğu anlaşıldıktan sonra da hareketle ilgili bütün kavramların da (zaman, uzaklık, kütle, ağırlık, çekim kuvveti gibi) görece olduğunu savunmuştur.

ÖZEL GÖRECELİK KURAMI

Einstein önce Özel Görecelik Kuramını ortaya attı. Buna göre zaman da, uzaklık da görece kavramlardır. Onun için eski fizikte olduğu gibi, bileşik bir hareketi, basit hareketlerin toplamı gibi düşünmek yanlış sonuçlar verir.

Eskiden hareketlerin toplanabileceği ya da çıkarılabileceği sanılıyordu. Gene tren örneğini alalım. Bu tren saatte 70 km. hızla ilerlerken içinde bir adam da saatte 2 km. lik bir hızla yürüyor olsun. Toprak referansındaki bir gözlemciye göre adamın hızı ne olacaktır? Eğer adam trenle aynı yönde ilerliyorsa 70 -f 2 = 72 km./saat; yok adam trenin gittiği yönün tersine yürüyorsa 70 — 2 = 68 km./saat.

Bu hesap küçük hızlar için doğrudur. Ama, trenin ışık hızıyla hareket ettiğini bir an için varsayalım. (Zaten Einstein’ın görüşleri ışık hızına yaklaşan  hızlarda  pratik  farklar  doğurur.

Günlük hayatta eski kuramlar az bir hatayla kullanılabilir.) Topraktaki gözlemciye göre aynı anda, trenin bir önüne, bir de arkasına birer yıldırım düşsün. Topraktaki gözlemci dışardan her iki yıldırımı da görür. Oysa trenin içinde ve karadaki gözlemcinin tam karşısında bulunan bir gözlemci yalnız trenin önüne düşen yıldırımı görür. Arkaya düşen yıldırımı hiç görmez. Çünkü yıldırımın, yani ışığın hızı, trenin hızına eşit olacağı için, arkaya düşen yıldırımın ışığı trendeki gözlemciye ulaşamaz.

Einstein, Özel Görecelik Kuramında, her olayın içinde geçtiği koordinat sisteminin ayrı bir zamanının bulunduğunu ileri sürdü. Daha doğrusu her olayda zaman dördüncü boyuttur. Bir olayı tamamen belirlemek için o olayın içinde geçtiği koordinat sisteminin üç büyüklüğünü vermek yetmez. Bunlara bağlı olarak zamanı da bilmek gereklidir. Çünkü koordinat sistemi de hareket halindedir. Zaman gerek sistem için, gerekse sistemin hareketi için tamamlayıcı ögedir. Uzayda hiç bir yer, hiç bir uzay parçası koordinat sisteminin hareketinden ayrı düşünülemez. Işık hızı ise bütün sistemlerde sabit olan bir hızdır. Işık hızı, evrendeki bütün hızların üst sınırıdır.

Einstein’a göre uzaklık, uzunluk, kütle de mutlak değerler değildir. İçinde bulundukları koordinat sistemine bağlıdırlar; yani görecedirler. Eski fizikte bir cismin kütlesiyle ağırlığından söz edilirdi. Kütle maddenin değişmeyen büyüklüğüydü. Ağırlık ise maddeyi etkileyen yerçekimi kuvvetine bağlı olduğu için çeşitli yerlerde başka başka değerler alırdı. Einstein kütle ile ağırlığın aynı şey olduğunu ve her ikisinin de görece olduğunu savundu. Yani bir cismin kütlesinin hızla değiştiğini ileri sürdü. Bir cismin kütlesini o cismin hızı belirler. Hız arttıkça kütle de artar. Hız ışık hızına eşit olunca kütle de sonsuz olmalıdır. Kütle bir cismin harekete gösterdiği dirençtir. Kütlesi sonsuz olan bir cisim de harekete sonsuz direnç gösterir. Sonsuz dirençli cisim ise hareket edemez. Öyleyse ışık hızına ulaşmak hiç bir cisim için mümkün değildir. Hızlı hareket eden cismin kütlesi artarken boyutlarında da küçülme olur. Bu durum uzunluğun görece olmasının doğal bir sonucudur. Elbette hızlı hareketten söz ederken ışık hızına yakın hızlar anlatılmaktadır. Zaman ölçen araçlar (saat, kronometre v.b.) da içinde bulundukları koordinat sisteminin hızına bağlı olarak zaman ölçerler. Hız arttıkça saatin işleyişi yavaşlar.

KÜTLE – ENERJİ DÖNÜŞÜMÜ

Einstein’a göre madde yoğunlaştırılmış enerji demektir. Hareket etmek cismin kütlesini arttırdığına göre, kütle artışını doğuran aslında enerji artışıdır. Bu durum da bize enerjinin kütleyle olan ilgisini, daha doğrusu kütle ile enerjinin aynı şey olduğunu gösterir,

Einstein enerji ile kütle arasındaki bağıntının formülünü de bulmuştur. Işık hızı (c), kütle (m), enerji de (E) ile gösterilirse, enerji ile kütle arasında şu bağıntı vardır: E = mc2

Işık hızının ne kadar büyük (300 000 km./saniye) olduğu düşünülürse, onun karesiyle çarpıldığı için çok küçük bir kütlenin bile büyük miktarda enerjiye dönüşeceği açıktır. Bu formül atom bombasının korkunç enerjisini, güneşin verdiği muazzam enerjiyi açıklığa kavuşturmuştur.

GENEL GÖRECELİK KURAMI

Özel Görecelik Kuramından sonra Einstein, kuramını bütün evrene uygulanabilecek gibi genelleştirmek için çalıştı. Sonunda da Genel Görecelik Kurumun buldu.

Özel görecelik kuramında Galileo eksen takımında düzgün doğrusal hareket eden cisimler için görecelik söz konusuydu. Einstein, kuramının bu sınırların dışında da ve bütün uzay için geçerli olduğunu savundu. Böylece Genel Görecelik Kuramını ortaya koydu.

O zamana kadar kütlelerin birbirine bir çekim kuvveti uyguladığı kabul ediliyordu. İngiliz bilgini Newton’un bulduğu kanun Einstein’a kadar doğru kalmıştı. Bu kanuna göre yerküresi nasıl her cisme yerçekimi kuvveti uyguluyorsa, öteki gökcisimleri de çevrelerindeki cisimlere bir çekim kuvveti uygular. Einstein çekim kuvvetinin bulunmadığını ileri sürdü. Örneğin dünyanın cisimleri çekmesinin, ya da çekiyor gibi görünmesinin gerçek nedeni, dünya çevresinde bir alan bulunmasıydı. Nasıl bir mıknatıs çevresinde bir alan varsa ve mıknatıs bu alana giren demir tozlarını çekiyorsa, dünya da alanı içindeki cisimleri çeker. Bu alan uzaydaki bütün çekim olayını açıklar. Cisimler hareketlerine sıkı sıkıya bağlı bir alanla çevrelenmişlerdir.

IŞIK DA MADDEDİR

Özel Görecelik Kuramına göre bir enerji çeşidi olan ışığın kütlesinin bulunması gerekiyordu. Yani ışık aslında madde olmalıydı. Bu görüş de fizikçiler arasında şaşkınlık yarattı. Işık çok hızlı hareket ettiği için Einstein’ın görüşünün deneyle ispatlanması mümkün değildi. Bunun üzerine güneşin tutulması sırasında bir deney yapıldı. Tutulma sırasında güneşin dünyanın çeşitli yerlerinden fotoğrafı çekildi. Bu fotoğraflarda tam güneşin arkasında kaldığı için dünyadan görülmemesi gereken bir yıldızın resmi çıktı. Deney, güneş ışınlarının bulunmadığı bir zamanda, yani tutulma sırasında yapıldığı için yıldızın ışığı fotoğrafta belli olmuştu. Ama güneşin arkasındaki bir yıldızın ışığı dünyaya nasıl geliyordu? Bu sorunun cevabı gene Einstein’ın kuramıyla kolayca verildi. Işık madde olduğuna göre, yıldızın ışığı güneşin çekim alanına girdiği için, güneş tarafından çekilmiş ve bu kırılmadan dolayı dünya üzerine düşmüştü. Böylece Einstein’ın Genel Görecelik Kuramı ispatlanmış oldu.

EUKLİDES GEOMETRİSİ YIKILIYOR

Genel Görecelik Kuramı uyarınca ışığın uzayda doğru boyunca ilerlemediği; rastladığı gökcisimlerinin çekim alanı etkisinde eğrildiği anlaşılmış oluyordu. Gök cisimleri öyle dağılmıştır ki uzayda ışık hep eğri çizer.

Ayrıca, dünyanın küre biçiminde olduğu da eskiden beri bilinen bir gerçektir. Öyleyse yeryüzünde iki noktayı birleştirecek olsak biz, küre yüzeyi üzerinde bulunduğumuza göre, bu iki nokta arasını birleştiren çizgi doğru olmaz, bir daire yayı olur. Ama dünya o kadar büyük bir küredir ki biz daire yaylarını doğru parçası gibi görürüz.

Euklides geometrisi de ispatlanmadan doğru saydığı bir kuralla iki nokta arasındaki en kısa yolun bu iki noktayı birleştiren doğru parçası olduğunu savunur. Matematikteki düzlem kavramı üzerinde bu yargı doğru olabilir. Ama gerçek hayata uygulanan fizik biliminde her şeyin ispatlanması, deneylerle gerçekleşmesi istenir. Onun için Einstein’a kadar fizik biliminde tam doğru olarak kullanılabilen Euklides geometrisi, ilk defa fizik bilimiyle çelişmeye düşüyordu. Çünkü gerek dünya üzerinde gerekse daha büyük daire yaylarının söz konusu olduğu uzayda iki noktayı birleştiren çizgi doğru değil, bir daire yayı oluyordu. Buna göre uzay problemlerinin çözümünde artık Euklides geometrisi kullanılamaz.

Bununla birlikte Einstein’ın kuramı ışık hızına yakın hızlarda ya da uzay boyutlarında söz konusudur. Onun için günlük hayatımızda, çağımızda insanların kullandıkları makinelerin yapımında vb. gene Euklides geometrisi işe yarar.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir