Katalog

EinsteinFizik yılı Bu nedenle birçok yönüyle son derece başarılı olan Galilei görelilik ilkesi ve Nevvton mekaniği, 1865 yılında İngiliz fizikçi James Clark Maxwell tarafından ortaya konulan ışığın yayılma teorisiyle çelişki içindeydi. Maxwell teorisine göre ışık, elektromanyetik bir dalgaydı ve çok büyük de olsa, sonlu hızla yayılıyordu. Bu teoride dalga denklemlerinin en temel özelliği, ışığın boşluktaki yayılma hızının mutlak sabit olmasıydı. Bilim adamları ışık dalgalarının 'esir' adını verdikleri kolayca saptanamayan görünmez, her tarafa yayılmış bir tür madde içinde hareket ettiğini düşünüyorlardı. Bu esir kokusuz, renksiz ve yoğunluksuz olacaktı, ama diğer yandan da ışık dalgalarının bir yerden başka bir yere aktarılmasına olanak sağlayacaktı. 1887 yılında Amerikalı fızikçi Albert Michelson ve İngiliz fizikçi Edward Morley, saptanması olanaksız görülen esiri saptayabilmek umuduyla olağaniistü bir dizi deney yaptılar. Deneylerde, ışığın hızını, dünyanın kendi yörüngesinde dönme yönünde ve ona dik yönde ölçerek her iki halde de sonucun tamamen aynı olduğunu gördüler. Böylelikle, esir denen bir şeyin olmadığı anlaşıldı ve ışığın boşluktaki hızının hangi gözlemci tarafından ölçülürse ölçülsün her zaman sabit ve gözlemcinin hızına bağlı olmadığı da deneysel olarak kanıtlanmış oldu. 1915 yılının Kasım ayında Prusya Bilimler Akademisi'nin dört oturumdan oluşan toplantısında Albert Einstein'm sunduğu "Rölativitenin Genel Teorisi"ile yeni bir gravitasyon yasası gerçekleşmiş oldu. lemcinin saati, durgun olan gözlemciye göre geri kalıyor ve bu olay, gözlemcinin hızı ışık hızına yaklaştıkça daha çok fark ediliyor. Aynı zamanda, Lorentz dönüşümlerinden, uzunlukların da farklı serbest gözlemciler için farklı olduğu ortaya çıkıyor. etkileşmeleri veren "evrensel gravitasyonel çekim yasası"nın yerine, değişen ve genişleyen, mutlak olmayan bir uzayda, ivmeli hareket eden bir evrende geçerli olan çekim yasasıdır. Bu kuramda Einstein'm motivasyonu iki ilkeye dayanıyordu: runda değildir, eğri bir metriktir. • Uzayzaman metriğinin "düzlükten" sapması, uzayzamanın eğriliği ile orantılıdır. Dolaysıyla düzlükten sapma, eğriliğin bir ölçeğidir. Bu eğrilik ise gravitasyonun bir ölçeğidir, yani gravitasyonel olayların nedenidir. • Uzayzamanın eğriliği ve eğriliğindeki madde dağılımının özellikleri arasındaki bağıntı keyfi olmayıp, somut matematiksel denklemlerle ifade edilebilir. Özetle, Einstein, özel görelilik kuramında yalnız uzayzaman metriğinin mutlak anlam taşıyabileceğini ama gravitasyonel alanda mutlak olamayacağını anlıyor ve böylece genel rölativite doğuyor. 1. Kütlelerin eşdeğeriik DÖRT BOYUTLULUKTA ANLAŞMA Özetle, birbirine göre serbest hareket eden iki gözlemci hiçbir zaman ölçtükleri zaman veya uzay aralıklannın değeri konusunda anlaşamazlar. Bu anlaşmazlık ancak onların dört boyutlu uzayzamana geçmeleriyle sona erecektir; çünkü onların her ikisine göre de aynı olan tek nitelik, dört boyutlu uzayzamanda vardır. Bu nitelik, iki olay arasındaki dört boyutlu uzayzaman aralığıdır. Yalnız bu aralık mutlak anlam taşıyor ve Lorentz dönüşümleri altında değişmez, yani herkes için aynı kalıyor. Bunun altında yatan gerçek ise ışığın boşluktaki hızının mutlak sabit olmasıdır. Einstein'm özel görelik kuramı, ışık hızına yakın hızlarda hareket eden parçacıkların davranışını başarıyla öngörmesi, kütlenin yoğunlaşmış bir enerji olduğunu ve hızla birlikte değiştiğini göstermesi gibi başarılarına rağmen, evrendeki en etkin kuvvetigravitasyonu (evrensel kütle çekim kuvveti) açıklamakta yetersiz kalıyordu. cut de bir ani du. Hatta özel rölativite, mevolan Nevvton'un gravitasyon teorisiyle çelişki içindeydi; çünkü Nevvton'a göre cismin diğerine göre gravitasyonel etkisi olarak, yani sonsuz hızla gerçekleşiyor ilkesi: Eşdeğeriik ilkesi, eylemsizlik kütlesinin çekim kütlesine eşit olmasına dayanır. Bütün cisimlerin gravitasyon alanındaki serbest düşme hareketi aynı olup, cisimlerin türüne bağlı değildir. Bu durumda, serbest düşen cisimlerin uzayzamandaki yolları seçkin eğriler olarak düşünülebilir. Dolayısıyla, cisimlerin serbest düşmesi, yani gravitasyon alanının özellikleri, uzayzaman yasasına bağlanmış olur. Özel görelilikte de serbest hareket eden cisimlerin yolları seçkin eğrilerdir ve geometrik anlamda onlar, uzayzaman metriğinin jeode GEOMETRİK BİR KURAM Genel görelilik, geometrik bir teoridir; çünkü o, uzayzaman metriğine dinamik rol verir. Bu geometrinin oluşturduğu eğrilik, kendini, evrende gravitasyonel alanlar olarak gösteriyor. Genel görelilik denklemleri, EİNSTEİN'İN HAYAL GÜCÜ DEVREDE Einstein'a göre ışığın boşluktaki hızının sabit olması gerçeği, Nevvton mekaniğindeki mutlak zaman kavramının sonu demekti ve Galilei görelilik ilkesinden özel rölativite ilkesine geçişi gerektiriyordu. Bu çelişkinin çözümü, Nevvton mekaniğinin ve göreliliğinin, Einstein'm özel rölativite mekaniği ve göreliliğiyle düzeltilmesi sonucu, 19()5'te gerçekleştirildi. Böylece klasik fızik, Nevvton artı Maxvvell yasaları yerine Einstein artı Maxwell yasalarından oluştu, Maxwell denklemlerince sağlanan özel görelilik ilkesi, kavranması oldukça zor bir ilke olup, ilk bakışta içinde yaşadığımız dünyanın gerçek nitelikleri olarak kabullenilmesi güç, önseziden uzak pek çok nitelik taşımaktadır. Bu kuram tamamıyla Einstein'ın olağaniistü hayal gücünün ve yaratıcı zekasının bir ürünüdür. Aslında özel göreliliğe, Rus asıllı Alman geometrici Herman Minkowski'nin (18641909), 1908'de bulduğu ek bir öğe olmaksızın tam bir anlam verilemez. Minskovvski'nin temel nitelikteki yeni görüşü, uzay ve zamanı birbirinden ayrılmaz bir bütün olarak alması ve dört boyutlu bir uzayzaman olarak nitelemesiydi. Özel rölativite teorisinde, birbirine göre serbest hareket eden gözlemcilerin uzayzaman koordinatları arasında matematiksel bağıntılar vardır. Hollandalı fızikçi Lorentz'in kendi adıyla anılan ve Lorentz dönüşümleri denilen bu bağıntıların fiziksel anlamı, olayların serbest hareket eden gözlemciler tarafından nasıl algılandığını göstermekten ibarettir. Örneğin, hareket halinde olan göz 200 yıldan fazla bir zaman içinde Güneş Sistemi'nde gezegenlerin hareket yasalarını başarıyla açıklayan, birçok yeni gezegenin varlığını öngören Nevvton gravitasyon teorisinin başka 'dertleri' de vardı. Örneğin, 19. yy sonlarına doğru Güneşe en yakın gezegen olan Merkür'ün yörüngelerinde gözlenen anormallik, Nevvton gravitasyonuyla açıklanamıyordu. Yeni bir gravitasyon teorisine ihtiyaç duyulmaya başlanmıştı. zikleridir. Özel görelilikte metrik düz ve sabit olduğu için jeodezikler doğrusal çizgilerdir. Einstein'a göre gravitasyonel alanda serbest düşen cisimlerin seçkin yolları da uzayzaman metriğinin jeodezikleridir ama bu metrik eğri bir metriktir. Eğri metriğin jeodezikleri bir anlamda "doğruya en yakın" olan eğriler olarak düşünülebilir. 2. Mach ilkesi (ama kısmen): Özel görelilikte 'uzayzaman' yasası değişmez olarak düşünülür. Ernst Mach ve başka birçok filozof ve bilimciler bu düşünceyi yetersiz buluyordu. Mach, evrendeki madde dağılımının fızikte yerel olarak tanımlanan kavramları etkileyebileceğini düşünüyordu. Einstein, bu fıkri kısmen kabul ediyordu. O, uzayzaman yasasının her zaman sabit kalmayıp, evrendeki maddenin etkisiyle değişebileceğini içeren kuramın, gravitasyonu da betimleyebileceğine inanıyordu. Einstein'm genel görelilik kuramı özetle aşağıdaki şekilde ifade edilebilir: • Genel görelilik, uzayzamanın iç özelliklerini dört boyutlu uzayzaman metriğiyle verir. • Bu metrik her zaman düz olmak zo uzayzaman geometrisinin "ne kadar" ve "nasıl" eğrildiğini ifade eder. Bu denklemler çözülerek, bütün cisimlerin etrafındaki uzay zaman geometrisi ve gravitasyon alanları bulunur. Bu kurama göre; kuvvet kavramı. nın yerini uzayzaman eğriliği alır. Maddenin bulunduğu ortam, uzayzaman eğriliğini değiştirir. Genel rölativite, ışığın gravitasyon alanında bükülmesini, gravitasyonel kırmızıya kayma olayını, Nevvton teorisinin açılayamadığı Merkür'ün yörünge hareketini, gravitasyonel dalgaların var olabileceğini ve daha birçok gözlemsel olayı öngörür. Görünüşte bu olaylar deneysel olarak ölçülmüştür ve genel göreliliğin öngörülerinden herhangi bir sapma görünmemektedir. Yalnız £tau\tasyonel dalgalar henüz gözlenememiştir. Genel rölativite kuramı, bir başka devrimsel kavramı, karadelikler kavramını ortaya koydu. Ayrıca, evren bilim (kozmoloji) alanına da büyük katkılar yaptı. Bununla birlikte, Einstein'm klasik fizikte yaptığı bu düzeltmeler, klasik fıziğin . J GENEL GÖRELİLİK KURAMI 1915 yılının Kasım ayında Prusya Bilimler Akademisi'nin dört oturumdan oluşan toplantısında Albert Einstein'm sunduğu "Rölativitenin Genel Teorisi" ile yeni bir gravitasyon yasası gerçekleşmiş oldu. Genel görelilik kuramı, Nevvton'un durağan ve sonsuza kadar uzanan değişmez bir evrende bulunan nesnelerin aralarındaki . . I J •< Yazının devamı 2z. sâyfeda 937/19 5 Mart 2005