Aylar önce, “Çok Güzel Hareketler Bunlar" adlı programda
Yılmaz Erdoğan, skeç sunmak için sahnede bekleyen Metin Keçeci için “Metin’e
soru sormak isteyen var mı?” diye seyirciye seslenir. Ufak bir kız çocuğu
mikrofonu alır ve “Zaman nedir?” der. Metin istenilen cevabı veremez. Sonra
mikrofonu öğrencilerinin azizliğine uğrayan genç bir fizik hocasına uzatırlar.
O da “Zamanın ne olduğundan çok, biz insanların onu nasıl değerlendirdiğimiz
önemlidir.” diyerek kıvırmalı bir cevap verir. Bu diyaloğu duyar duymaz, aklıma
bu soruya en iyi şekilde (ispatlayarak hem de) cevap verebilecek tek bir zat-ı
muhterem gelir. Aynı soruyu Einstein amcaya sorduğumuzu varsayalım. Sizce o ne
cevap verirdi? Bir bakalım.
İZAFİYET
TEORİSİ
İzafiyet Teorisi, diğer bir adıyla Görelilik Teorisi’dir.
Bu teori, bilimin yeni bir çağa atlamasını sağlayan Albert Einstein tarafından 1905 yılında oluşturulmuştur.
Görelilik denmesinin sebebi ise eş zamanlılığın (bir olayın iki ya da daha
fazla kişi için aynı anda vuku bulması) değişken olduğunu açıklamasıdır. Yani
evrenin her noktasında zaman aynı hızda akmaz, zaman bağımsız bir sabit değildir.
Zaman mekana ve harekete bağımlı değişkendir.
Zaman denilince akla ilk saat gelir, ölçüm gelir. Zaman
aslında bir boyuttur. Zaman boyutunu biz insanlar hafızamız sayesinde fark ederiz.
Örnek verecek olursak; bir durakta bekleyelim ve yoldan geçen arabaları sayalım.
Birinci araba geçsin, gitsin. Biz de ona bakış atalım. Bir dakika sonra ikinci
araba geçsin. İki araba arasında bir süre geçtiğini düşünürüz. Halbuki, ikinci
arabayı gördüğümüz anda birincisi zihnimizde sadece bir hayalden ibarettir, bir
bilgidir. Biz var olduğumuz anla bu bilgileri kıyaslayarak zaman boyutunun
farkına varmış oluruz. Aslında zamanın ölçülebilme eylemi yapılan bu kıyastan
ileri gelir. Bu kıyas olmasaydı zaman diye bir şey olmayacaktı. Zaman kavramını
daha fazla felsefi ayrıntılarla dallanıp budaklandırmadan izafiyeti
dallandıralım ve Einstein’ın bakış açısının taradığı alana giriş yapalım. İzafiyet
(görelilik) Teorisi, Özel Görelilik (herkesin bildiği) ve Genel Görelilik (anlaşılması
meşakkatli olan) olarak ikiye ayrılır.
Özel
Görelilik
Einstein’ın mehşur E=m.c² formülü bu kuramı oluşturur. Formüldeki
E=enerji, m=kütle, c=ışık hızıdır. Kurama göre zaman, kütle ve cismin hareket
doğrultusundaki boyu o cismin hızına bağlıdır. Kuramın temel aldığı en önemli
kabullenim ışık hızının evrendeki en büyük hız olduğudur. Işık hızı boşlukta 300.000
km/sn hızla yayılmasıyla sıradan bir doğa olayı olmasından öte uzay ile zamanı
bir araya getiren olgudur.
Işığın
Sabitliği İlkesi
Lise yıllarında çözdüğümüz hız problemlerini
hatırlayalım. Bağıl hız konusunda az mı “Nehre göre, yüzücüye göre, arabaya
göre hız” diyerek testler çözmüştük. Şimdi konumuzu daha anlaşılır kılmak için
bağıl hızları kullanacağız.
Vapurdaki bir çocuk topu havaya atıyor. Topun hareketi,
çocuk için sadece yukarı düşey atıştan ibaret. Kıyıdaki adam ise vapurun
hızıyla giden ve yükselen bir top görüyor. Vapura ters yöndeki bir uçaktaki
yolcu, yükselen, vapur hızına uçak hızı eklenmiş bir hızda giden top görüyor. Hatta
dünya dışından kartal gözüyle bakan bir gözlemci, saniyede 467 km hızla dönen
dünyanın hızını da vapura eklemek zorunda kalacak. Şimdi sorumuzu soralım;
topun gerçek hızı nedir?
Topun gerçek hızı diye bir şey asla olamaz çünkü evrende
sabit bir referans noktası yoktur. Evrendeki tek sabit hız, ışık hızıdır. O
hangi varlık hangi hızda olursa olsun ayrım yapmaz. O herkese GÖRE 300.000km/sn
hızla gider. Şimdi ışık hızını katalım olaya.
Çocuk topu saniyede 270.000km hızla fırlatsın. Top, ışık
ışınını yanından 30.000km\sn (300.000-270.000) hızla geçiyormuş gibi
görmeliydi. Işığın sabitlik özelliğinden dolayı ışık yine aynı hızla geçiyor. Hatta
çocuk direkt topu ışık hızıyla atsın. Top, ışığı duruyor gibi görmeliydi ama
ışık yine kaçıyor, yine kaçıyor. Burada ışık hala kaçıyorsa bunu tek bir şey
açıklığa kavuşturuyor. Aslında top ışığa yetişemiyor çünkü topa göre zaman
yavaş akıyor.
Bu anlattığımız olay, ikiz paradoksuyla da
açıklanabilir. İkizlerden biri roket ile 10 yıllık uzay seyahatine çıkarılır. 10
yıl sonra dünyadaki kardeş seyahatten gelen kardeşinden daha yaşlı olacaktır çünkü
seyahatteki kardeş evrende sürekli hızlı hareket halindedir.
Kütle
artışı ve kısalma
Özel görelilik kuramının öngörülerinden diğeri de, ışık
hızına yaklaşan cismin kütlesinde bir artış meydana gelmesidir. Bunun sebebi
ise hızlanan cisimde meydana gelen kinetik enerjinin bir kısmı muazzam hız sayesinde yoğunlaşarak kütleye evrilir. Buradan yola çıkarak kütleyi enerjinin yoğunlaşmış hali olarak ifade
edebiliriz.
Kuramın diğer ön görüsü, ışık hızına yaklaşan cismin
hareket doğrultusunda kısalmasıdır.
Özel görelilik kuramı birçok deneyle ispatlanmıştır. Örneğin;
daha önceki aylarda bahsettiğim parçacık hızlandırıcısı deneylerinde, elektronlar
ışık hızına yakın hızlara getirilmeye çalışılmıştır fakat hız arttıkça kütle de
arttığı için parçacıkların ivmelendirilmesi zorlaşmıştır. Bu yüzden “Hiçbir
madde ışık hızına ulaşamaz” denir.
Oldukça hızlı giden uçaklara hassas atom saatleri
yerleştirilip deneyler yapılmış, saatlerin kurama uygun bir şekilde yavaşlayıp
hızlandığı görülmüştür.
Genel
Görelilik
Genel görelilik kuramında ise kütle çekiminin zamana
etkisi sorununa çözüm getirilir. Özel görelilik kuralları doğrultusunda ışığın
hızı sabittir fakat ışık bükülebilirdir. Işık, kütle çekiminden etkilenerek
bükülür. Dünya’nın kütlesi için bu bükülme çok azdır fakat yapılan deneylerle
Güneş’in etrafındaki yıldızlardan gelen ışığı, derecenin 2000 de biri kadar
bükebildiği görülmüştür. Peki, bu bükülme nasıl meydana gelir?
Kütle
çekiminin altındaki gizli gerçek
Uzayın bir çarşaf gibi gerilmiş olduğunu düşünelim ve bu
çarşafın üzerine iki adet misket koyalım. Misketler, çarşafı bükerek
birbirlerine yaklaşırlar. Aslında birbirlerine yaklaşmalarının sebebi
birbirlerine kuvvet uygulamaları değildir. Çarşafı bükmeleri onları
birbirlerine yaklaştırmıştır. İşte uzay-zamandaki herhangi iki gök cismi de bu
şekilde uzay-zamanını bükerek birbirlerine yakınlaşır. Hatta bunlar,
birbirlerini bükerken beraberinde yatay doğrultuda giden ışığı da
bükmektedirler. Böylece yerçekiminin bir kuvvet olmadığı ortaya çıkar. Newton’un,
kuvveti esas alan kütle çekim kuramı da geçerliliğini yitirmiş olur. Yerine
Einstein’ın kütleyi esas alan kütle çekim kuramı gelir.
Kütle
çekiminde zamanın göreliliği
Yatay doğrultuda giden ışığın etrafındaki kütleler
tarafından büküldüğünden bahsetmiştik. Peki, ışık düşey doğrultuda cisimden ayrılmak
isterse ne olur? Bu soru için büyük kütleli ışık saçan Güneş’i ele alalım.
Işık ışınları, düşey doğrultuda (Güneş merkezine dik)
Güneş’ten ayrılır. Işık ışınları, mesafe kat ettikçe enerjileri azalır. Frekansları
düşer ve dalga boyları artar. Dalga boyu arttıkça prizmada renk kızıla
yaklaşırdı. Böylece ışıkta “kütlesel kızıla kayma” meydana gelir.
Işığın, bir cisimden uzaklaştıkça frekansının azaldığını
gördük. Bu cisim, bu sefer Dünya olsun ve Dünya’da 100 katlı bir apartman
dairesine gidelim. Dünya’dan yansıyan ışınlar için frekans, apartmanın birinci
katında 2 Hertz iken, yüzüncü katında 1 Hertz olsun. Yani bir saniyede alt
katta 2 dalga tepesi sayarken, 100. katta bir dalga tepesi saymış olmamız
gerekirdi. Ancak daha önce de belirtmiştik; ışık hızı her katta sabitti. O
yüzden 100. katta da 2 tepe saymak lazım. Böylece 100. katta, alt kata göre
zaman daha çabuk akmalı ki, orda da 2 tepe sayabilelim. İkiz paradoksunu kütle
çekimine uyarlayacak olursak; yüksek yerde yaşayan ikizin, deniz seviyesinde
yaşayan kardeşinden daha çabuk yaşlanacağı sonucu çıkar. Tabii bu hesap Dünya’da
farkedilmeyecek kadar önemsizdir.
Genel görelilik, aynı zamanda gökcisimlerinin
hareketlerinin neden eliptik olduğunu açıklar. Evrende oldukça fazla gökcismi
var ve bunların her biri, üzerlerinde bulundukları uzay-zamanını bükerek birbirlerini
çekiyor. Böylece en yakın yolları aslında bir doğru değil de bir eğri oluyor.
NASA, bu kuram için 600 milyon dolarlık bütçe ayırdı ve
NASA'nın yetkililerinden Erricos Pavlis, Einstein'ın; Dünya gibi büyük
cisimlerin kendi eksenleri etrafında dönerken uzay ve zamanı büktüğünü
söylediğini, kendilerinin de bundan yola çıkarak araştırma yaptıklarını
belirtti. En nihayetinde, Dünya’nın bir yılda dönüş yönünde 2metrelik sapma
gerçekleştirdiği tespit edildi.
Einstein uzaydaki bu bükülme yüzünden, “Elbette paralel
doğrular bir yerlerde kesişiyordur” diyerek evrenin sonunun olabileceğini
düşünmüştür. Böylelikle, ben de, bulunan her yeni cevabın bir başka soruyu getirdiğini
söyleyerek yazıma son noktayı koyuyorum. Elimden geldiğince az bilimsel terim
kullanmaya çalıştım. Buraya kadar sabırla okuyan her ilim meraklısına
teşekkürlerimi sunarım. Bir dahaki aya değişik konularla tekrar buluşmak üzere,
hoşçakalın.
Kaynaklar:
