Evrende Zaman Kavramının Göreceli Olduğunu Savunan Einstein'ın İzafiyet Teorisi Tam Olarak Nedir?

izafiyet teorisi, her zaman gözlemlerimiz ve algılarımıza dayanarak yorumlamaya alıştığımız diğer fizik yasalarından farklı olarak, sadece sezgilerimizle anlayabildiğimiz garip bir teoridir. bünye olarak ışık hızına hiç yaklaşamadığımız için, yüksek hızda hareket eden parçacıkların garip dünyasını da algılarımızı ikna edecek şekilde betimlememiz zordur.

örneğin, bir arabada 100 km hızla giderken, arabanın yönünde 5 km hızla fırlattığımız bir taşın 105 km hızla gitmesini algılayabiliriz. yani taşın hızını ölçünce 105 çıkarsa, "e tabi onun hız 5, benimki 100, normal 105 deriz". bu algıya uygun.

veya suya koyduğumuz bir cismin üst ve alt yüzeylerindeki basınç farkı nedeniyle, cisme yukarı doğru bir kuvvet uygulanmasını algılayabiliriz.

fakat, 200 000 km/s hızla giden bir araçtan tutulan ışığın hem araçtakine göre, hem de dışardaki durgun gözlemciye göre 300 000 km/s hızla yayılacağını algılayamayız. çünkü, zamanın, deneysel olarak daha yavaş geçtiğine algısal olarak hiç tanık olmadık. (sobanın üzerinde vs. manitayla geçen 2 dk'nın göreliliğinden bahsetmiyorum, doğru çalışan 2 kronometrenin, bir süre sonra tekrar yan yana getirilince, birinin 5 saat, diğerinin 3 saat ilerlemiş olmasından bahsediyorum.)

işin aslı, hareket edenle hareketsiz duran arasındaki fark, düşük hızlarda "göreceli hız" olurken, yüksek hızlarda "göreceli hız + göreceli zaman", ışık için ise sadece göreceli zaman olmaktadır. çünkü düşük hızlarda zamanın genleşme faktörü ihmal edilebilecek ölçüde düşüktür. fakat yüksek hızlarda, mesele artık sadece hızları vektörel olarak toplamak değil, zamanın genliğini de hesaplara dahil etmektir. hareketsiz olan için ışık tarafından 3 sn'de alınan yol, hareketli olan için 1 sn'de alınacaktır. yani hareketli olanın 1 saniyesi hareketsiz olanın 3 saniyesine denk düşecektir. fakat her ikisi de ışığın hızını 300 000 km/s olarak görecektir.

neden mi?

bildiğimiz gibi ışığın 300 000 km yol alabilmesi için biz "durgunlar"a göre 1 sn gereklidir. fakat ışığa sorsanız, zaman ona hep sabittir. çünkü onun hızı artık zamanın yayılma hızıdır. (evet zaman da evrende yayılmaktadır.) bunu izlediğiniz 24fps bir filme benzetebilirsiniz. şu anda evrende geçen zamana da milyon kat zoom yaparsak, onun da aslında continum olmadığına, bizim 24fps filmlerden daha kaliteli fakat yine de kesikli olduğuna tanık olacağız. bizim ilk 3 boyuttaki hızımız hemen hemen sabit olduğu için 4. boyutta, yani zamanda hareket etmekteyiz. "frame"ler gözümüzün önünden geçip gitmekte. fakat ışık hüzmesi baya baya hızlı hareket ettiği için onda da 4. boyut olan zaman, yani frame sabit, sadece mekanı (bant) değişmekte.

öyleyse evrende olağan bir madde için uzay zaman düzleminde illa ki delta kadar bir hareketi olduğunu söyleyebiliyoruz. uzay düzleminde ne kadar hızlanırsa, zaman düzleminde o kadar yavaşlıyor (örn : ışık). uzay düzleminde ne kadar yavaşlarsa zaman düzleminde o kadar hızlanıyor (örn : biz). biz hiç hareket etmezken, bulunduğumuz noktada, geleceğe düşüyoruz. fakat çok hızlı hareket ediyor olsaydık, geleceğe daha yavaş düşecek, uzayda müthiş yüksek hızda yol katedecektik.

velhasıl kelam, küçük hızlarda hızın göreliliğinden bahsederken, yüksek hızlarda buna zamanın göreliliğini de dahil ediyoruz, bu teorinin ismi en basit izahıyla burdan gelmektedir. ve bu "özel görelilik"tir.

peki neden "özel" ?

özel görelilik newtonun hareket yasasını yıkmıştı. kütleye uygulanan kuvvetin doğru orantılı olarak onun hızını arttıramayacağını, maksimun ışık hızına yaklaştırabileceğini göstermişti. bununla birlikte, cisme uygulanan kuvvetin sadece onun hızını değil, kütlesini de artıracağını (enerji ve kütlenin eş ve dönüşümlü olduğunu) ifade etmişti. meşhur e = m.c^2 de burdan geliyordu. fakat getirdiği yenilikler, newton kütlecekiminin denklemleriyle çelişse de onu çürütmeyi başaramıyordu veya alternatif bir çözüm sunamıyordu. (örneğin birbirini çeken iki gezegenden biri hareketliyse, denklemin paydasındaki r^2 için uzaklığı hangisinin uzayına göre alacağız ? hani uzunluk ve zaman göreceli ya...)

işte einstein'ı asıl dahi yapan, beyninin % bilmem kaçı geyiklerinin çıkış noktası iki teorisinden biri olan, ve bu durumu çözüme kavuşturan izafiyetin yeni teorisi için "genel" ismi daha uygun olacaktı. çünkü bu teori, newtonun ayrı ayrı olan kütlecekim ve kuvvet kanunlarını birleştirip, uzay zamanı çok daha güçlü bir şekilde modelleyecekti.

genel göreliliğe nasıl ulaşıldı ?

einstein'ın belki de en önemli keşfi, eşdeğerlik ilkesine getirdiği yeni bakış açısıdır. newtonun eşdeğerlik ilkesine göre, kütle, tüm cisimleri aynı miktarda ivmelendiriyordu. einstein, bunu bir adım daha ileri götürerek, aslında kütle ile ivmenin uzaydaki etkisinin birbirinden ayırdedilemez kavramlar olduğunu ileri sürdü. yani ivmelenen herhangi bir ortamda ışık ve manyetik dalgaların gösterdiği tüm özellikler, kütlecekim altında da kendisini gösterecektir. bu su demektir: yerçekimi sadece bir kuvvet değildir ve kütlenin tek olayı diğer bir kütleyi çekmesi değildir. kütle aslında uzay zaman'ı bir oyun hamuru gibi bükmektedir, ve diğer tüm etkiler bu bükme sonucu ortaya çıkmaktadır.

newtona göre, eğer uzayda bir noktadan, belirli bir yönde harekete başladıysanız, hareketiniz herhangi bir dış etki olmadıkça doğrusal devam eder. bunu einstein'a sorarsanız hareketinizin doğrusal olacağı garanti değildir fakat, uzay dokusundaki en kısa yoldan gideceğiniz kesindir. yani eğer uzayınız bir kütle tarafından bükülmüşse, sizin hareketiniz de bu eğriler yönünde kayacaktır. kısacası, bizim yerçekimi dediğimiz, aslında o kütlenin uzay zaman dokusunda yarattığı bükülme. einstein'ın başlardaki hatası, kütlenin sadece uzayı büktüğünü düşünmesiydi. fakat uzay ve zamanın ayrılmaz kavramlar olduğunu öngörüp, her ikisinin birlikte büküldüğünü keşfedince, modellemede yaşadığı sorunlar ortadan kalkıyordu. modelinin denklemlerini "tensor" denen matematiksel nesneleri kullanarak kurmuş ve gezegen hareketlerini newton kütle çekiminin denklemlerinden çok daha duyarlı bir şekilde hesaplamıştır.

einstein bu eseriyle bütün fizik otoritesinin üzerine kurulu olduğu newton çağını kapatıp yeni bir çağ açmıştır. en ilginci de açtığı çağın, kendi çağının çok ötesinde olmasıdır. çünkü tüm bunları ifade etmek için ne bir deney yapabilmiştir, ne de bir gözleme dayanarak ortaya atmıştır bu teorilerini. düşünsel olarak ve matematikle vardığı sonuçları, teori şeklinde ileri sürmüştür. bu nedenle teorileri, başlarda, fantastik metafizik ürünleri gibi görünmüştür. ancak sonraları, teknolojinin gelişmesiyle artan deney ve gözlem kabiliyetiyle, kuramları test edilebilmiştir. ve bu gözlemler her seferinde einstein'ı haklı çıkarmıştır : karadelikler, atom saatleriyle yapılan deneyler, gps uydularının gösterdiği konumdaki sapma, gezegen yörüngelerindeki hassas ölçümlerle ulaşılan sapmalar... einsteinin yıllar öncesinden ortaya koyduğu denklemler, bu deneylerin hepsinde çok hassas sonuçlar vermiştir. aslında denklemleri yazarken kendisinden önceki matematikçilerin modellerinden faydalanmıştır. fakat mesele zaten, evreni doğru idrak edebilmesi ve bunu uygun matematik modeliyle bağdaştırabilmesidir.

einsteina "izafiyet teorisini kısaca nasıl anlatırsınız?" diye sorduklarında;

"elinizi bir dakikalığına sıcak bir fırının içine sokun, sanki bir saatmiş gibi gelir. güzel bir kızla bir saat kadar zaman geçirin, bir dakikaymış gibi gelir. izafiyet budur." demiştir.

albert michelson 1881 yılında bir deney yapar ve bu deneyin şaşırtıcı sonucu , einstein'ın bu konuya kafa patlatarak meşhur izafiyet teorisini oluşturmasında rol oynar.

michelson optik bir alet yapar. bu alet dünyanın dönme hızını güneşten gelen ışığın hızına ekleyerek hesaplama imkanı tanır. ışığın hızı saniyede 300.000 kmdir. dünyanın ise güneşe görece hızı ise saniyede 30 kmdir. dolayısıyla bu optik aletin bulacağı sonuç ,yani bu hızlar toplamı 300 030 km/s olmalıdır. ancak sonuç her seferinde 300.000 km/s. kalır. bu şaşırtıcıdır. çünkü basit bir mantıkla düşünürsek ,bir tren 50 km hızla gidiyorsa ve içindeki adam da tren boyunca 2 km hızla yürüyorsa; bu adamın trenin dışındaki araziye göre görece hızı 52 km/s. dir. ancak böylesine basit bir toplama söz konusu 300.000 km/s hızda michelson u altüst etmiştir. uzun sürede fizik çevrelerini şaşırtmıştır.

ancak einstein herkesten farklı olarak ,optik aletin verdiği sonucun neden yanlış olduğuna eğilmemiştir. sonucun doğru olduğunu varsayarak bunun nedeni üzerinde durmuştur. dolayısıyla hızların toplanabilirliği ilkesinden kuşku duyan einstein izafiyet teorisini oluşturmuştur.

ayrıca bu teorem oldukça karmaşık formüller silsilesinden oluşur ve soyut olarak felsefe düzeyinde oluşturulmuş bir kuram değildir. dolayısıyla felsefe yoluyla örneklemek ve açıklamak çok doğru olmaz. ancak basit bir örnekle zaman ve mekan göreceliliği aşağıdaki şekilde açıklanabilir...

hepimizin duymaya alışık olduğu klasik bir durum vardır. gökyüzüne baktığımız zaman gördüğümüz yıldızlarının ışığının bilmem kaç milyon yıl ışık yılı öteden geldiği.... bizim ışığını aslında daha yeni gördüğümüz ve belki de bu yıldızın çoktan yok olduğu... dolayısıyla evreni düşündüğümüzde eş zamanlılık diye bir kavram olamaz.

a ve b gezegeni arası uzaklık 10 ışık yılı olsun. a gezeninde olan bir volkan patlaması b gezegeninden ancak 10 yıl sonra görülebilecektir.

a ve b gezegeni arası uzaklık 10 ışık yılı olsun. c gezegeni ise bu iki gezegenin tam ortasında yer alsın. a ve b gezegenlerinde aynı anda volkan patlaması olursa c gezegenindeki gözlemci aynı anda bu patlamaları görebilecektir.(ancak 5 yıl sonra.) ve aynı anda patladıklarını iddia edecektir.peki ya tam da bu patlamalar sırasında c gezegeninin üstünden belirli bir hızda, bir uzay aracının içinden başka bir gözlemci gözlemlemek isterse? o zaman hiçbir zaman bu iki gezegende aynı anda patlayan volkanın aynı anda patladığını iddia edemeyecektir. belki çektiği fotograflarla bunu kanıtlama yoluna gidecektir.

peki hangisi haklıdır?

c gezegenindeki sabit gözlemci mi?(a ve b deki patlamaların aynı anda olduğunu iddia eden...) yoksa c gezegenin üstünden geçmekte olan hareket halindeki gözlemci mi?(patlamaların kesinlikle aynı anda olmadığını iddia eden)..

cevap çok basit: ikisi de hakılıdır.(einstein 'a göre). çünkü bunlardan birine ayrıcalık tanımak ,onun tek doğru yerde olduğuna inanmak demektir.bu da imkansızdır.dolayısıyla zamana ilişkin her açıklamada bu mekan durumu göz önünde bulundurulmalıdır. zaman ile mekan birbirlerine bağımlıdırlar. aralarında göreli bir ilişki bulunmaktadır.

misal;

tam olarak ışık hızında giden bir araca sahipsiniz. uzaya doğru gittmeye başladığınız diyelim tam atmosferden çıktığınız anda dünya bir anda patladı ve yok oldu. siz ışık hızında ilerlemektesiniz. dönüp arkanıza bakığınızda dünya yerinde duruyor olacaktır.

Bir de konuyla ilgili olarak Türkçe altyazılı şöyle açıklayıcı bir video bulunuyor:

youtube'da bu teoriyi müthiş bir animasyonla anlatan bir video vardı; ben bu videoya türkçe altyazı hazırlayıp youtube'a yükledim. video izlendiği zaman izafiyet teorisinin büyük bir kısmının anlaşılabileceğini düşünüyorum: