physics-icon-vector-4880815

Kainatın işleyişini anlayabilme çabamız bildiğimiz kadarıyla antik Yunan dönemiyle özellikle Aristo ve Ptolemy(Batlamyus) ile başlar ve halen devam etmektedir. Tabi bu kainatın işleyişini anlamaya çalışma mevzusu fizik-biliminin gelişiminin kilit taşıdır; özellikle gezegenlerin hareketlerini öngörebilme arzusu, dünya düz mü yuvarlak mı, dönüyor muyuz dönmüyor muyuz tartışmaları, denizcilerin rotalarını yıldızların konumlarından faydalanarak belirleye bilmelerini sağlayacak yöntem ve cihazların geliştirilmesi gibi konuların önemli katkıları olmuştur.
Bu yazıya güzellik katacak olan başlıca önemli düşünür ve bilim-insanlarımız ise Copernicus, Galileo, Kepler, Newton ve Einstein 5’lisinden oluşacaktır. Nasıl ki atmosferi olmayan, gündüz ve gecenin bir birini kovalamadığı, güneşi saklamaya çalışan bulutların olmadığı bir Dünya düşünülemez ise bu 5’li olmadan da bir fizik tarihinden bahsetmek mümkün değildir. Yazıyı mümkün mertebe özet bilgiler halinde tutmaya çalışacağım, detaylarıyla ilgilenenler yazının sonunda vereceğim kaynakları edinebilirler…
Yazı 5 bölümden oluşmuş olup; 1.bölümde Kopernik, 2.bölümde Galilei ve Kepler’in Newton için yapmış oldukları önemli katkılardan, 3.bölümde Newton teoremiyle elde edilen başarılardan, 4.bölümde Newton teoriminin hatasından ve son olarak 5.bölümde Einstein’ın Genel ve Özel İzafiyet teoremleri işlenmiştir.

Fizikcilerimiz

Her ne kadar hayatlarında yan yana durabilme şansına erişememiş olsalar da onları aynı karede bir araya getirerek ikinci paragrafımı doldurmak isterim. Yukarıda ki resimde bu 5 silahşörü  görmektesiniz.

1. Copernicus Devrimi
aristotle_model

16. yüzyıla  kadar Aristoteles’in temellerini attığı ve 2. yüzyılda Ptolemaious’un son şeklini verdiği soldaki şekilde gösterilen Dünya merkezli bir evren modeli söz konusuydu(Bu insanlar bu modelleri rasgele sallayarak uydurmuyorlar, o dönem de ellerinde ki araç-gereçler ve düşünce deneyleri neticesinde bu sonuca varıyorlar, kafalarından sallayıp sallayıp model yumurtluyorlar gibi bir algı oluşmasın, hepsinin gerekçeli açıklamaları mevcut).

14 yüzyıl sonra ise yaptığı matematiksel hesaplamalara dayanarak Ptolemaious’un modelinin hatalı olduğunu ve her aklı başında olan hatta olmayanlarında bildiği üzere günümüzdeki güneş sisteminin modelini ortaya atan kişi Copernicus’tur. Aşağıdaki şekilde Copernicus’un betimlediği güneş sistemimizin modeli verilmiştir(Şekile dikkatle bakarsanız en dış bölümlerde burçların sembolleri var). Yine şekil üzerinden görülebileceği üzere çok uzun zaman öncesinden beri atalarımız, Satürn’e kadar olan gezegenleri haritalamayı teleskopları olmamasına rağmen başarmışlardır. Sizce günümüzün gelişmiş cihazlarını kullanmadan kaç kişi bunu gökyüzüne bakarak yapabilir :)?

Tabi ki her modelin bir kusuru olacağı üzere Copernicus’un da bu modelinde bariz bir hata(şuan için bariz bir hata ancak o dönemde bunu görebilmek pek mümkün değildi) vardı, yörüngeler eliptik değil daireseldi.

Copernicus’un bu çalışması ancak ölümünden sonra yayınlanabildi çünkü o dönemde kilise Ptolemaious’un modelini benimsemiş ve söylemlerini bu istikamette belirlemişti, dolayısıyla bilimsel ilerleyişimizin önünde çok güçlü bir engel olarak uzun yıllar  kalacaktı(daha sonra Galilei’de bu engelle epey bir mücadele edecektir).

Sonuç olarak Copernicus’un bu çalışması yalnızca evreni algılayışımızda ki(Dünya merkezli yani evrenin merkezinin insan oğlu olduğu anlayışı) önemli bir hatayı gidermekle kalmaz aynı zamanda din üzerinde de önemli etkiler yaratacak ciddi değişimlerin silsilesinin başlamasına vesile olacaktır…
Copernicus_GunesSistemi

2. Galilei ve Kepler’in Katkıları

“Eğer ileriyi görebildiysem bunu devlerin omuzlarında yükselerek başardım” sözü Newton’a ait olmakla birlikte omuzlarında yükseldiği devler ile işaret ettikleri Galilei ve Kepler’dir. Bu iki dehanın önemini daha güzel anlatabilecek bir cümle arayışı içine girmeye bence gerek yok.

Kepler ile başlayacak olursak, Copernicus modelindeki gezegen yörüngelerinin hatalı olduğunu, 6 yıl süren çalışmasının sonunda tespit edebildi. Mars üzerinde yapmış olduğu gözlemler neticesinde(Galilei’nin teleskobu icat etmiş olması sayesinde) yörüngelerin eliptik olması gerektiği sonucuna ulaştı ve bu çalışmasını yaklaşık 900 sayfaya sığdırdı. Kepler’in bu çalışmasında başvurduğu matematik ve geometri altyapısını ise Antik-Yunan döneminin çok değerli düşünürleri olan Arşimet(Archimedes tek bir cümleyle geçiştirelecek biri olmadığını belirteyim, müthiş bir isim, ilerleyen zamanlarda onun özelinde ayrı bir başlık açabilirim) ve Apollonius‘a borçluydu. Arşimet konik cisimler, küre ve silindir gibi geometrik cisimlerin hesaplamalarında kullanılan altyapıyı ve sonrasında Apollonius’un parabol ve hiperbol konularını tamamlamış olması Kepler’in gezegen yörüngelerini hesaplaya bilmesini sağlamıştır.

YatayAtis_SerbestDusmeGalilei, lise yıllarımızda bolca karşılaştığımız yatay atış ve serbest düşme problemlerini incelemiş olup yapmış olduğu deneyler kapsamında elde ettiği sonuçları matematiksel bir tabana oturtmaya çalışmıştır(bknz. soldaki resim). Yatay atış hareketi deneyleri sırasında, fırlatılan cisme yatay ve dikey yönlü 2 adet kuvvetin etki ettiğini kavramış olup, bu olayı sistematik bir şekilde açıklamaya çalışmıştır. Klasik mekanikte bolca kullanılan izafiyet fikride Galilei’ye aittir, bir örnek ile açıklayacak olursak; Thales 5m/s hızla  Pisagor’a doğru koşuyor olsun ve kendisinden daha genç olan Pisagor’un da Thales’e doğru 10m/s hızla koştuğunu düşünelim, birbirlerine göre hızları 15m/s olacaktır, işte bu klasik izafiyettir. Fiziğin bu önemli temellerini atmış olması nedeniyle de kendisine fiziğin kurucu babası denilmektedir.

Bir diğer önemli husus Galilei’nin Copernicus’un güneş merkezli olan evren modeline duyduğu kuvvetli inançtı, elindeki tüm mantıksal açıklamalar ve hesaplamalar bunu doğrular nitelikteydi ancak yinede bunu kanıtlamak için gözleme ihtiyacı vardı. Gözlem yapabilmek için ihtiyacı olan fikri ona Hollandalı bir gözlükçü verecektir. Bu şanslı gözlükçümüz tamamen tesadüfen elindeki optik mercekleri üst üste koyması sonucunda, bu optik yapının uzaktaki nesneleri yakınlaştırdığını fark edecektir. Bu yeni buluştan haberdar olan Galilei derhal kendi teleskobunun yapımına başlar ve ilk teleskobu icat eder(ardından da mikroskobun icadı gelecek, kelebek etkisi diye buna denir). Sonrasında yapmış olduğu gözlemler neticesinde Copernicus’un güneş merkezli modelinin doğru olduğunu bizde dahil olmak üzere diğer gezegenlerinde güneş etrafında döndüklerini net bir kanıtını elde eder. Tekrar hatırlayalım Copernicus bu sonuca yalnızca kağıt üzerinde yapmış olduğu hesaplamalar neticesinde ulaşmıştır(yorumunu  sizlere bırakıyorum).

Galilei’nin Copernicus modeli üzerindeki ısrarı Kilisey’yi son derece endişelendirmiş ve kızdırmıştır çünkü kutsal kitapta yazılanlar bu elde edilen sonuçlarla uyuşmamaktaydı. Galilei bu elde ettiği başarılardan dolayı Engizasyon tarafından suçlanır ve cezalandırılır. Engizisyon ile Galilei arasında neler yaşandığını merak edenler bknz. kaynak [3].

3. Newton ile Kainatın Sırrını Çözmeye Yaklaşmıştık

Dünya tarihi boyunca şüphesiz en bilinen insanlarından biri olan Newton için yer çekimi düşüncesinin(F = mg), bir yaz günü ağacın altında otururken elmanın yere düşmesi sonucunda zihninde belirdiği hikayesini hepimiz hatırlıyoruzdur. Halen öyle olduğunu mu düşünüyorsunuz:). Sanırım Newton’un yasalarını tek-tek açıklamaya ihtiyaç yok, sadece şunu belirtmekte fayda var, Copernic, Galilei ve Kepler’in taşıdıkları bayrağı bitiş çizgisine taşımıştır denilebilir(sonradan öğreneceğimiz üzere eksiklikleri olsa da).

Newton’un zor bir aile hayatı olmuştur, babasını doğumundan çok kısa bir süre önce kaybetmiştir ve annesinin yaşlı bir papaz ile evlenmesi nedeniyle Newton’u anne-annesine bırakarak yeni eşinin yanına taşınmıştır. Dolayısıyla yalnız bir çocukluk dönemi geçirmiş olan Newton okulunda son derece başarılı bir öğrenciydi ve tüm öğretmenlerinin dikkatini çekmeyi başarmıştı.

17. yüzyılda Dünyayı kasıp kavuran veba salgını nedeniyle evine kapanan Newton, yoğun çalışmaları sonucunda en büyük eseri olan “Doğa Felsefesinin Matematiksel Prensipleri” tamamlamıştır.  Bu kitapta özellikle Galilei ve Kepler’in bıraktığı yerden devam edebilmesini sağlayan, matematiğin olmazsa olmazları integral ve türev konularının keşifleridir (Leibnz ile aynı dönemde yaşamış olan Newton arasındaki integral-türevi ben buldum, sen hırsızsın gibi tartışmaları araştırmanızı tavsiye ederim). Bundan sonrası ise bu çalışmasıyla elde ettiği hem bir ağaçtan düşen elmanın hareketi hemde gezegenlerin hareketlerini açıklayan teoremlerinin diğer meslektaşları tarafından test edilerek bir çok yeni keşfin yapılmasını beklemekti(tabi maalesef bir çoğunu görmeye ömrü yetmeyecektir).

Newton’un döneminden önce kuyruklu-yıldızlar birer öcü, hayalet gibi algılanıp, rastgele gerçekleşen yıldız-kaymaları nedeniyle kötü şeylerin olacağına inanılır ve bunlardan korkulurdu. Newton denklemleriyle birlikte ölümünden 8 yıl sonra kuyruklu-yıldızların dakikası dakikasına ne zaman ve nereden görülecekleri Edmund Halley tarafından tahmin edilmiştir. Böylece bilginin egemen olmaya başladığı bu dönemlerden itibaren toplumun sahip olduğu bilgisizlikten/cehaletten kaynaklanan batıl saçma/sapan inançlar önemli miktarda ortadan kalkmaya başlamıştır.

Bir diğer Newton teoremleri kullanılarak yapılan en etkileyici ve ses getiren çalışmalardan bir tanesi şüphesiz 1846 yılında Leverrier’in Newton’un yasalarını kullanarak bizden 600milyon km uzaklıkta(ortalaması bu, aramızdaki mesafe eliptik yörüngelerde ve farklı hızlarda dönmemiz nedeniyle sürekli değişiyor) daha sonra adına Neptün denilecek olan gezegenin keşfiydi. Leverrier bu gezegeni keşfederken teleskop vs kullanarak herhangi bir gözlem yapmamış olup yalnızca kağıt üzerinde yapmış olduğu hesaplamalar neticesinde gezegenin bizden olan uzaklığını, gezegenin kütlesinin Dünyanın kütlesinin 24.5 katı olduğunu ve güneş etrafındaki dönüşünü 60238 gün 11 saatte tamamladığı sonuçlarına ulaşır. Sonrasında Leverrier bu tezini test etmek için 23 Eylül 1846 yılında Berlin’deki gözlem evine teleskoplarını çevirmeleri gereken yönü belirtir ve bu noktada bir gezegen gözlemlemelerini beklediğini bildirir. Ve tahmin edeceğiniz üzere Neptün’ün keşfi kağıt üzerinde yapılan hesaplamalara göre gerçekleşmiş olur. Tabi bu sonuç kuşkusuz Copernicus, Galilei, Kepler ve Newton’un kurduğu sistemin başarısıdır.
Bu olay ile ilgili Einstein’ında gençlik çağlarında okuduğu ve çok etkilendiği Bernstein’ın halk kitaplarında  Leverrier’in bu keşfi üzerine şu yazılmıştır:

“İşte bu yüzden bu bilime saygı duy! Bu bilimle uğraşan insanlara saygı duy! İnsan gözünden daha keskin gören insan zekasına saygı duy!“.

Bernstein’ın ilgili kitabı için bknz. [5]. Kitap e-book okuyucularda mevcut.

4. Newton Mekaniği Zor Durumda

Newton teorimine olan güven elde edilmiş başarılar nedeniyle doğal olarak oldukça güçlüydü ve bir gün sarsılcağı muhtemelen kimsenin aklına gelmezdi. Ancak meraklı araştırmacıların sürekli devam eden gözlemleri ve tabi ki geliştirilen teleskop teknolojilerinin de yardımıyla daha hassas veriler elde edebilmeleri mümkün olmuştu. Her şey Merkür’de meydana gelen eliptik yörüngede ki anormal bir davranışın gözlemlenmesiyle başladı. Bu olaya da perihelion (günberi) ismi verildi. Ayrıca bu olayın yalnızca Merkür’de değil tüm gezegenlerde meydana geldiğini belirtelim. İlk kez Merkür üzerinde yapılan gözlemler neticesinde tespit edildiği için genellikle Merkür ile birlikte anılmaktadır. Bu olayı anlatan çizimler yapmaya üşendiğimden yaptığım bir google aramasında çok güzel bir animasyon buldum, aşağıda perihelion denilen olayın nasıl bir şey olduğunu paylaşıyorum ayrıca ilgili animasyonun paylaşıldığı yazıda çok güzel olmuş okumanızı tavsiye ederim bknz. [6].

merkur_perihelion_animasyon

Bu olayı Newton teoremleriyle açıklayabilmek için büyük bir çaba içerisine giren bilim insanları, böyle bir etkinin var olabilmesi için kağıt üzerinde Merkür gezegenine yakın bir gezegenin daha olması gerektiği sonucuna ulaşırlar. Hatta bu var olmayan gezegene birde isim verilir, bu isim Vulkan’dır. Kağıt üzerinde yapılan hesaplamalar sonrasında teleskoplar ile bu gezegen tespit edilmeye çalışılır ancak var olmayan birşeyin tespiti mümkün olmadığından kısa bir zaman içerisinde Newton teoriminin bu olayı açıklayamadığı kabullenilmeye başlanır.

Bu olaya açıklık getirecek olan 20. yüzyılın dehası Enistein’ın Genel-İzafiyet teorisi olacaktır. Einstein kendisine en çok örnek aldığı Newton’un bu hatasını düzeltirken Newton’a şu şekilde seslenecekti:

“Newton, affet beni; sen kendi zamanında en yüksek düşünce ve yaratma gücüne ulaşmış bir insan için olası tek yolu bulmuştun.”

Newton teoreminin hatası zamanı mutlak kabul etmesiydi, bu anlayış Einstein ile birlikte değişecek olup mutlak olan tek şeyin ışığın hızı olduğuna kanaat getirecek ve zamanın izafi(göreceli) olduğu sonucuna ulaşacaktır. Ancak biz yinede mühendislik uygulamarında halen Newton’un teoremlerini kullanıyoruz çünkü arabalar, gemiler, uçaklar vs… onun teoremleriyle uyumlu bir şekilde hareket etmektedirler. Çünkü hiç biri ışık hızına yakın hızlarda hareket etmiyorlar; bu açıklamanın özellikle 5.bölümde özel-izayifet için yazılmış olan son iki maddeyle birlikte daha iyi anlaşılacağını tahmin ediyorum.

5. Günün Kahramanı Einstein(Şimdilik)

Nasıl ki Newton bir elmanın düşmesi nedeniyle teoremlerini bulmadıysa, Einstein’ada elde ettikleri vahiy yoluyla bildirilmedi, bir çok insanın, Newton’da olduğu gibi katkısı var. Peki Einstein nasıl Einstein oldu? Bknz. [8]. Einstein’ın en ilginç özelliği teorilerini üretirken herhangi bir fiziksel laboratuvar kullanmamış olmasıydı. Deneylerini sürekli zihninde gerçekleştirir ve elde ettikleri doğrultusunda bunları yazıya dökerdi.

Özel-izafiyet teorisinin kilit noktası olan, Einstein’ı ışığın hızının mutlak olduğu sonucuna götüren bazı önemli olay ve tespitler var öncelikle bunlardan kısaca bahsedelim. Galilei’nin teleskobu icat etmesinin ardından 70 yıl sonra sahneye çıkan Romer(burada Cassini ismide yazılabilirdi ancak olmadı detayı Romer’in makalesinde), Galilei gibi Jupiter’i gözlemlemek ile meşguldür özelliklte Jüpiter’in uydusu olan IO’yu. 1600’lü yıllarda ışığın hızı hakkında 2 önemli görüş bulunmaktaydı, bunlar:

  1. Işığın hızı sonsuzdur
  2. Işığın hızı sonsuz değildir ancak ölçülemeyecek kadar büyüktür

Romer’in yaptığı gözlem ve hesaplamalara göre Jupiter’de ay tutulmasının(IO’nun Jupiterin gölgesinde kalması olayı) belirli periyotlarla gecikmeli gerçekleştiğini tespit eder. Bu gecikmeyi de 22 dakika olarak hesaplar. Aşağıdaki görsel üzerinden bu olayı anlatmaya çalışacağım.

RomerSpeedOfLight

Öncelikle yukarıda ki görselde Romer tarafından işaretlenen harfleri tanımlarını verelim:

  • A: Güneş
  • B: Jüpiter
  • D ve C IO’nun tutulduğu bölgeler, C tutulmanın başladığı, D ise bittiği noktayı gösteriyor
  • F G H L K ve E ise Dünyanın güneş etrafındaki yörüngesini belirtiyor
  • E Dünya’nın Haziran ayındaki pozisyonu
  • H Dünya’nın Ocak ayındaki pozisyonu

Önemli bir not, 1571’de doğan ve 1630’da bizlere veda eden Kepler’in eliptik yörüngeleri henüz kullanılmaya başlanmadığını bu çalışmada görüyoruz, Romer yörüngeleri dairesel çizmiş.

Romer’in gözlemlerine göre IO ortalama bir tam turu 42 saat 30 dakika tamamlamaktaydı. Fakat her nasılsa, Dünya H bölgesindeyken IO’daki Güneş tutulması olması gerekenden 11 dakika önce, Dünya E bölgesindeyken ise 11 dakika geç başlıyordu. Bunun iki sebebi olabilirdi:

  1. IO’nun bazen hızlı bazen de yavaş turlar atması ki gök cisimlerinin böyle bir davranış sergilediği gözlemlenmemişti. Dolayısı bu durum söz konusu olamazdı.
  2. Işığın sonlu ve ölçülebilir bir hıza sahip olması

Aslında tutulmalar sabit zaman aralıklarıyla oluyordu ama bazıları Dünya’daki gözlemciye(Romer’e) daha geç görünüyordu. Bunun nedeni ise ışığın H ile E noktaları arasında ki mesafeyi kat ederken ihtiyaç duyduğu süreydi(yani Dünya E noktasındayken gözlem yaparsanız IO’nun görüntüsü size daha geç ulaşacaktır, Dünya H noktasındayken ise daha erken). Dolayısıyla H ile E arasındaki mesafeyi biliyorsak ve bu geciken süre gerçekten 22 dakika ise ışığın hızı yüksek bir doğrulukla v_c = \frac{x_{HE}}{t_{gecikme}} eşitliğiyle kolaylıkla elde edilir. Romer H ile E arasındaki değeri biliyordu ve bu değerler doğrultusunda elde ettiği ışık hızı yaklaşık 220.000km/saniyeydi. Romer’ın elde ettiği 22 dakika hatalıydı ve gerçek değer daha sonra 16.7 dakika olarak düzeltildi. Sonuç olarak ışığın hızının artık 299.792km/saniye olduğunu biliyoruz(1 saniyede 300bin km mesafe kat ediyor).

Işığın hızını belirledikten sonra ışık hızının değişip değişmediği konusunda yapılan en önemli deneylerden bir tanesi Albert Michelson’ın optik bir düzenek ile gerçekleştirdiği meşhur deneyidir. Şaşırtıcı bir şekilde beklenenin aksine ışığın hızının değişmediği sonucu elde edilmiştir. Kurulan düzeneğe göre ışığın hızında değişkenlik beklenmektedir ancak böyle bir etki gözlemlenememiştir. Konu üzerinde çalışan bilim insanları deney düzeneğinde bir kusur olduğunu düşünürler ve bunu bulmaya çalışırlar ancak düzenekte herhangi bir kusur yoktur. Bunuda ilk fark eden Albert Einstein’dır, ışığın hızının mutlak olması gerektiğini düşünür. Teorisini ışık hızının sabit olduğu ve her elektrik-elektronik mühendisi öğrencisinin korkulu rüyası olan Maxwell’in alan denklemleri üzerine kurgular(aslında bu kısmı uzun uzadıya anlatmak gerekiyor ancak belki Einstein özelinde başka bir yazının konusu olabilir).

5.1 Özel İzafiyet

İlk teorisi olan özel-izafiyet teorisi ivmelenmeyen yani sabit hızla hareket eden cisimler/maddeler için geçerlidir ve Einstein bu teoremin bir sonucu olarak maddenin kütlesiyle sahip olduğu enerji miktarı arasında bir ilişki olması gerektiğini fark eder. Meşhur E = m \times c^2} formülü ise bu düşüncenin bir ürünüdür. Ve yine bu formül kullanılarak Robert Oppenheimer’in yönettiği Manhattan projesi neticesinde atom bombasının yapımı da mümkün olmuştur(bombayı yap tamamda insanlar üzerinde niye kullanırsın!). Şimdi özel izafiyet teorisinin ışık hızının sabit olması kabulüne göre değişen zaman kavramının(yani mutlak olmayan zaman kavramı) nasıl bir şey olduğunu aşağıdaki çizim üzerinden anlatmaya çalışayım.

dav

Yukarıda ki resimde turuncuyla çizilen v_0 hızıyla hareket eden bir otobüs , içerisinde A isimli bir yolcu ve otobüsün tabanına ve tavanına yerleştirilmiş aynalar sayesinde yukarı aşağı hareket eden bir ışık ışını olsun, dışarıda da B isimli bir gözlemcimiz var. ilk önce basit bir deney ile başlayalım v_c‘ye ışık değilde tenis topu diyelim ve A yolcusu bunu raketiyle vurarak hareket ettiriyor olsun, açıklamalarımızın basit olması açısından topun sabit 5m/s hızla yukarı-aşağı yönlü dikey bir hareket yaptığını düşünelim ve otobüste 12m/s hızla ilerliyor olsun. Bu durumda A yolcusu topun hızını dikey 5m/s olarak algılar ancak B yolcusu topun hızını otobüsünde hızı nedeniyle bileşke hızı olan v_R = 13m/s hız ile gidiyormuş gibi algılar. Bu ana kadar sadece temel fizik bilgimizi kullandık.

Şimdi ışığa geri dönelim ve v_c = 300.000km/s olsun otobüsün hızınıda ışık hızının yarısı v_0 = 150.00km/s olarak kabul edelim. Einstein’a göre dikkat edilmesi gereken 2 önemli durum var bunlar:

  1. Mutlak olan şey ışık hızıdır, yani gözlemci fark etmeksizin ışığın hızı sabittir. Bir gözlemciye göre 300.000km/s olan hız başka bir gözlemciye göre ne artabilir ne azalabilir(tabi boşluktaki hızı için geçerli bu ifade, örneğin suyun içinde hareket ederken hızı daha yavaştır).
  2. Galilei tarafından ortaya atılan klasik-izafiyet fikrininde korunması gerekir, çünkü bu yaklaşımda herhangi bir hata yoktur. Dolayısıyla Einstein kendi izafiyet teorilerini oluştururken bu ilkeyi de kapsayacak şekilde teoremlerini ortaya atmalıdır.

Şimdi yine tenis topu örneğindeki adımları izleyelim, otobüsün içindeki A gözlemcisi ışığın hızını 300.000km/s olarak algılar burada herhangi bir sıkıntı yok ancak B gözlemcisi klasik fizik anlamında probleme yaklaşırsak v_R bileşke hızını 335.410km/s olarak algılar. İşte bu durum 1.maddeyi ihlal ediyor, bu durumda Einstein buna şöyle bir açıklama getiriyor;

  • Dışarıda ki B gözlemcisi için ışık daha fazla yol almıştır; x = v \times t formülüne odaklanırsanız, burada hızımız sabit yani v’nin değeri değişmiyor dışarıdan bakan B gözlemciside ışığın hızını 300.000km/s olarak ölçer eğer ölçebileceği cihazı varsa. Bu durumda otobüs hızınında ışık hızına yakın olması nedeniyle ışık yatay bileşende B gözlemcisine göre yol katetmiş oluyor ve bileşke yol değeri yani x_R değeri, otobüsün içindeki A gözlemcisine göre daha büyük. Dolayısıyla bu durumu, zaman B gözlemcisine göre A’ya nazaran daha hızlı akmıştır şeklinde yorumluyoruz. Yani farklı bir cümle ile tekrarlayacak olursam, hem A hemde B için ışık hızları aynı olacağından x = v \times t formülü gereğince B gözlemcisine göre ışığın daha fazla yol kat etmesi demek A’ya göre zamanın daha hızlı akmış olması anlamına geliyor.
  • İçeride ki A’ya göre ışık sadece dikey eksende mesafe kat ediyor dolayısıyla hız sabit ve görece B’ye göre alınan yol daha az olduğundan otobüsün içerisinde zaman daha yavaş akmıştır diyoruz.

Yani Einstein’ın teorisine göre ışık hızına yaklaştıkça zamanın yavaşladığı sonucu elde ediliyor. Bir örnek verecek olursak; A ve B kişilerinin tek yumurta ikizi olduğunu düşünelim A’yı bindirdik ışık hızına yakın bir hızda hareket eden bir araca ve belli bir süre sonra indirdiğimizde B A’dan daha fazla yaşlanmış olacak.

Kısaca özetleyecek olursak, Einstein’ın evren modelinde Newton’un aksine birde zaman bileşeni var. Newton modeline göre evren 3 boyutlu yani x(en), y(boy) ve z(derinlik) şeklinde ifade edilirse Einstein modelinde x, y, z ve t zaman olmak üzere 4 boyut mevcut. Bu modele göre önemli iki yorum var(biri diğerinin tersi yada tamamlayanı). Bu iki yorumu kavrayabiliyorsanız Einstein’ın izafiyet teorisini çözmüşsünüz demektir:

  1. Bir cisim ışık hızına yaklaştıkca zaman boyutunda daha az ilerler dolayısıyla ışık hızına ulaşan bir cisim/madde tüm potansiyelini x, y ve z boyutlarında ilerlemek için kullanır. Yani ışık hızına erişildiğinde, zaman bu cisim/madde için durur.
  2. Bir cisim ışık hızından uzaklaşmaya(hızı azalmaya) başladıkça, t-boyutunda da ilerlemeye başlar yani ışık hızının altına ne kadar çok düşersek x, y ve z’deki ilerleme miktarımız azalır, potansiyelimizin bir kısmı t ekseninde ilerleyecek şekilde düzenlenmiş olur böylece zaman, ilgili cisim/madde için akmaya başlar.

5.2 Genel İzafiyet

Özel-izafiyet sabit hızla hareket eden cisimler için üretilmiş bir teoriydi, genel-izafiyet ise kısaca, değişken hızlarla hareket eden cisimler için özel-izafiyet teorisinin genişletilmiş versiyonudur. Şimdilik özel izafiyet teki gibi basit bir çizim yapıp bu konuyu anlatmaya çalışmayacağım, belki ilerleyen zamanlarda benim içinde güzel bir not olması adına böyle bir eklemeyi bu bölüme yapabilirim, şimdilik yalnızca bu teorinin sonuçları hakkında kısa bilgiler vermekle yetineceğim.

Bu teoremle birlikte Newton’un açıklayamadığı perihelion olayını açıklayabilmeyi başardık. Bu teoreme göre Newton teoreminde var olan ancak nedeni açıklanamayan bir kütle çekim kuvvetti yoktur. Gök cisimlerinin(hatta bizlerinde) yörünge ve konumlarını belirleyen kütle çekimi(dikkat ettiyseniz kuvveti yazmıyoruz) sonucunda uzay-zaman dokusundaki bozulmadır. Aşağıdaki resimde bu olayın bir betimlemesi gösteriliyor, uzay-zaman dokusu dediğimiz şeyi dayanıklı ince uzun bir bez gibi düşünebilirsiniz. Cisimlerin kütlelerine bağlı olarak bozulma artmakta ve diğer etrafındaki cisimlerle arasındaki mesafe bir dengeye oturmaktadır(tabiki mesafeler genel-izafiyet denklemiyle hesaplanabiliyor). Yani Newton’un Kepler yasasındaki gibi F = G \times \frac{m_1 \times m_2}{r^2} şeklinde cisimler bir birlerine kütle çekim kuvveti uygulamamaktadırlar.

UzayZamanDokusu

Bu teoremin bir diğer önemli sonucu uzay-zaman dokusunda meydana gelen bu bozulmalar neticesinde ışığın yönünde de sapmalar meydana gelebilmektedir. Bu durum yapılan deneylerle doğrulanmıştır. Dolayısıyla elimizde çok güçlü bir teori olduğunu söylemek mümkün, tabi zamanında Newton’un teoremlerini kullanarak Neptün gezegeni keşfettiğimizde de muhtemelen bilim insanları benzer şeyleri düşünmüşlerdir, bakalım Einstein’ın hükmü ne zamana kadar sürecek:).

Ayrıca şuanda kullandığımız GPS sistemlerinin yüksek doğruluklarla çalışıyor olmalarını yine Einstein’ın izafiyet teorilerine borçluyuz aksi halde aracımıza binip beni şuraya götür diyemeyecektik.

KAYNAKLAR

[1] Kopernik Devrimi, Yazar: Thomas S. Khun

[2] Göksel Kürelerin Devinimleri Üzerine – Yazar: Nicholaus Copernicus, İş-Bankası Kültür Yayınları

[3] Bilim İnsaları Bir Keşif Destanı – Yapı Kredi Yayınları / İngilizcesi: The Scientists AN EPIC OF DISCOVERY, Yazar: Andrew Robinson

[4] Bilim Tarihi Kronolojik Zaman Çizelgeli, Alfa Bilim

[5] Popular Books on Natural Science – Yazar: Aaron David Bernstein(Kindle ve Kobo cihazları için e-book olarak mevcut)

[6] https://www.kozmikanafor.com/merkurun-aciklanamayan-yorungesi/

[7] Romer’in Makalesi

[8] Einstein – Yazar: Jürgen Neffe

[9] Relativity – Yazar: Albert Einstein

Fizik Tarihimize Kısa Bir Bakış
Tagged on:                                                                 

Leave a Reply