Bilim dünyasındaki gelişmelerin pek çoğuna imzasını atan bilim insanı Albert Einstein’nın ünlenmesini sağlayan en önemli çalışmalardan biri “Özel Görelilik Kuramı” dır.
Einstein bu kuramı ilk olarak 1905 yılında ortaya koydu. Ancak bu teorinin yetersiz olduğunu düşünerek 1915 yılında “Genel Görelilik Kuramı” nı yayımladı.
Bütün ömrünü bu teorilere adamış olan bir bilim insanının çalışmalarını bir sayfalık makalede anlatmak mümkün olmasa da Einstein’in uyguladığı sıralamayı takip ederek önce özel görelilik kuramını açıklayıp bundan sonraki yazımda genel görelilik kuramına değineceğim.
Geçelim.
Cisimlerin hareketinin tamamlanmasında, başlangıç olarak seçilen sistemlere referans sistemler denir. Duran ya da sabit hızla giden sistemlere eylemsiz referans sistemi, ivmeli hareket yapan sistemlere ise eylemli referans sistemi denir. Evrende mutlak anlamda eylemsiz referans sistemi yoktur. Ancak Dünya, yeryüzündeki hareketler için eylemsiz referans sistemi olarak kabul edilebilir.
Referans sistemiyle ilgili yapılmış olan Michelson – Morley deneyine baktığımız zaman özel görelilik kuramının iki büyük ilkesinden birini açıkladığını görürüz.
Michelson ve Morley adındaki bu iki bilim insanı, tüm uzayı kaplayan ether (esir) adındaki bir akışkanın olduğunu ve ışık ışınlarının bu akışkan içinde yol aldığını düşünmüşlerdi. Bu fikri kanıtlamak için Michelson – Morley deneyini yaptılar. Ancak yaptıkları bu deneyle kendi fikirlerini çürütmüşler, düşüncelerinin yanlış olduğunu ispatlamışlardı. Sonuç olarak ışınların, uzayda yol alırken herhangi bir ortamın varlığına ihtiyaç duymadığını açıklamış oldular.
Tüm bunlardan yola çıkarak asıl konumuz olan göreliliğin ne demek olduğuna bakalım:
Uzay ve zaman gözlemcinin hareketlerinden etkilendiği, seçilen referans noktalarına göre değişik durumların ortaya çıktığı ve mutlak bir hareketin bulunmadığı hale görelilik denir.
Einstein’ in kurduğu özel görelilik teorisi, eylemsiz referans sistemlerini ve tüm eylemsiz referans sistemlerinde geçerli olan yasaları içerir ve iki kabule dayanır:
1- Fizik yasaları bütün eylemsiz referans sistemlerinde aynıdır. (Galileo Prensibi)
2- Işık hızı her sabit referans sistemi için aynıdır. (Michelson – Morley Deneyi)
Bu iki önermeye göre uzay ve zaman hakkındaki görüşlerimizi değiştiren ve ufkumuzu açan Özel Görelilik Teorisinin sonuçlarına bakalım:
- Uzay ve zaman, birbirinden ayrı olarak ele alınamaz, bir bütünüdür ve bu nedenle uzayda hareket eden bir cisim zamanda daha yavaş hareket eder.
Örneğin; yıldızlar arasında seyahat yapabileceğimiz bir hıza ulaşmış olduğumuzu düşünelim. Yapacağımız bu seyahatte bize göre bir saatlik zaman dilimi geçmiş olduğunda, dünyada aynı süre içerisinde yılların geçmiş olduğunu gözlemleriz.
- Durağan bir A kişisi ve A’ ya göre sabit hızlı bir B kişisi olsun. B kişisi, A kişisine doğru sabit hızla yaklaştığında A’ ya göre B için zaman daha yavaş geçiyordur. Fakat B’ ye göre kendisi için değil A kişisi için zaman daha yavaş geçiyordur.
- Eş zamanlılık (izafiyet teorisi), gözlemciler arasında farklılık gösterebilir. Bir gözlemci için aynı anda gerçekleşen bir olay, başka bir gözlemci için aynı anda gerçekleşmeyebilir.
Örneğin; iki saat boyunca ateşin üzerinde bekletilen bir insan için geçen zaman iki saat değil bir asır gibi gelir. Aynı şekilde çok sevdiği biriyle iki saat vakit geçiren biri için zaman beş dakika gibi gelir. Bu durum bize eş zamanlılığın gösterdiği farklılığı açıklar.
- Belli bir gözlemciye göre sabit hızda giden cismin gittiği yön doğrultusunda boyu kısalır.
Örneğin; bir roket durgun haldeyken yani hızı sıfırken uzunluğu 100 metre olsun. Bu roket duran bir gözlemcinin yanından hızla geçtiğinde, gözlemci roketin uzunluğunu 100 metreden daha kısa ölçer. Bu uzunluğun hassaslığı roketin ne kadar hızlı gittiğine bağlıdır.
- Kütleli cisimleri ışık hızına çıkarmak için sonsuz momentum ve enerji gerektiğinden asla ışık hızına ulaşamazlar. Kütlesiz cisimler ise ışık hızında gitmek zorundadırlar.
- Meşhur E=mc² formülünün de ifade edildiği gibi; eğer cisimler hızlanırsa sahip oldukları kinetik enerjini bir bölümü kütleye dönüşür, durağan kütleye sahip cisimler hiçbir zaman ışık hızına ulaşamayacaklardır. (E = Enerji, m = kütle, c = 3. ×108 m/s ışık hızı)
Yukarıdaki maddeleri incelediğimizde bu teorilerin ivmeli hareket eden referans sistemini açıklayamadığını görüyoruz. Bu nedenle, yazının başında da bahsettiğim gibi bir sonraki yazıda Einstein’ in 1915 yılında yayımladığı genel görelilik kuramından bahsedeceğim.
Esen kalın.
