Özel Görelilik Kuramı

[boxcigar]

Einstein, 1905'de esirin gereksiz ve fazla bir kavram olduğunun ilanettikten sonra Mach'tan etkilenerek kurduğu özel görelilik kuramındazaman ve uzayın Tanrı ile olan ilişkilerini, kopardı ve onlarıinsanlara ilişkin göreli birer kavrama dönüştürdü. Artık zaman ve uzaydüşünce ürünü olmayıp ölçülebilen şeyler haline geldi.

Ondokuzuncu yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik dalgalardanoluştuğu ve bu dalgaları uzak mesafelere taşıyan gözle görülemez,seyrek, esnek ve ağırlıksız bir ortamın (esir) var olduğu kabulediliyordu. Eğer dünya böyle bir ortamda saniyede otuz km.lik bir hızlahareket ediyorsa zıt yönde bir esir rüzgarının oluşması ve ayrıca buesir rüzgarıyla birlikte hareket eden ışığın bu rüzgara karşı hareketeden ışığa göre daha büyük bir hıza sahip olması gerekiyordu. Oysa ki1887 yılında Albert Michelson ile Edward Morley, yaptıkları deneylerleışık hangi yönde hareket ederse etsin, ışık hızının değişmediğinisaptadılar. O halde, acaba esir diye bir şey yok muydu?

Esirin varolduğuna inanan bazı bilim adamları, Michelson ve Morley'inulaştıkları sonucu yapay olarak etkisiz kılmaya çalıştılar. Örneğin,George Fitzgerald, dünyanın esir içinde hareket ederken hareketdoğrultusunda büzüldüğünü ve bu büzüme ile ışığın hızında ortayaçıkacak olan farkın yok olduğunu ileri sürdü. Ne var ki, esirinvarlığını savunmak için geliştirilen bu ve buna benzer açıklamalarbilim adamlarını tatmin etmiyordu.

İşte belirsizliğin sürdüğü böyle bir atmosferde, Einstein cesurca esirkavramının bir işe yaramadığını ve fizikten atılması gerektiğinivurguladıktan sonra özel görelilik kuramının iki temel ilkesini ortayakoydu:

1 - Bir deney yalnız göreli hareketi saptayabilir. Başka bir deyişlehiçbir deney mutlak durağanlığı veya düzenli hareketi saptayamaz.(Örneğin, bu ilkeye göre esirin varlığını saptamak olanaksızdır.)

2 - Işık, kaynağına bağlı olmaksızın, boşlukta sabit bir hızla hareket eder.

Einstein, bu iki temel ilkeyi, bazı düşünce deneyimlerini ve matematiğikullanarak Newton fiziğinin ana kavramlarını kökünden değiştirdi.Newton'a göre zaman mutlaktır yani evrensel olarak farklılık göstermezve geçmişten geleceğe doğru düzenli bir biçimde akar. Sağduyuya uygunolan bu evrensel zaman anlayışına göre eşzamanlılık da evrenseldir.

Mutlak zaman kavramına karşı çıkan Einstein'a göre zaman kavramınıiçeren önermeler eşzamanlı olaylar hakkında ortaya konan önermelerdirve eşzamanlılık iki olayın aynı anda gerçekleşmesi anlamınagelmektedir. Örneğin, "Mavi Tren Ankara Garına saat yedide gelecektir"demek saatimin akrebinin yedi üzerine gelmesiyle Mavi Trenin AnkaraGar'ına girmesi olayının aynı anda gerçekleşmesi yani bu iki olayınzamandaş olması demektir.

Ancak Einstein'a göre zaman, daha doğrusu eşzamanlılık, mutlak veeverensel değildir, çünkü bir gözlemci için eşzamanlı olan bir olaygenellikle başka bir gözlemci için eşzamanlı değildir. Einstein'ın busonuca nasıl ulaştığını anlayabilmek için şu düşünce deneyini gözdengeçirebiliriz:

Bir trenin (devingen sistem) orta noktasında iki ışık ışınını tersyönlere aynı anda gönderelim. Tren içindeki gözlemci için ışığın hızı(c) sabit olduğundan onun sistemde bu iki ışık ışını ters yöndekiduvarlara aynı zamanda ulaşır; gene bu gözlemci için bu iki olay (ışıkışınlarının ters yönlerdeki iki duvara çarpması) zamandaş olacaktır.Peki, trenin dışındaki gözlemci ne diyecektir?

Onun için de kendi sisteminde ışığın hızı sabittir; ancak trenebaktığında duvarlardan birinin ışıktan uzaklaştığını, diğerinin ışığadoğru ilerlediğini görür. Böylece ona göre, ışık ışını kendisineyaklaşan duvara daha erken, kendisinden uzaklaşan duvar ise daha sonraçarpacaktır. Bundan çıkan kaçınılmaz sonuç şudur: Bir sistemdekigözlemci için zamandaş olan iki olay, bu sisteme göresel düzgün devinenikinci bir sistemdeki gözlemci içinse zamandaş değildir.

Acaba bu iki gözlemciden hangisi haklıdır? Einstein'a veya birincitemel ilkeye göre iki gözlemci de haklıdır. Eğer zaman kavramı göreliise, fiziğin diğer temel kavramları da göreli olmak zorundadır.Örneğin, bir cismin uzunluğunu belirlemek için iki farklı gözlemcifarklı zamanlarda ölçümler yapacaklarından (çünkü eşzamanlılık onlariçin aynı değildir.) farklı değerler saptayacaklardır.

Özel görelilik kuramındaki olaylar ile Mach'ın algıları (elementleri)arasında bir fark yoktur. Örneğin, saatin akrebinin hareketiyle MaviTrenin Ankara Garına girmesi aynı anda algılanan olaylardır. Aynışekilde düşünce deneyimindeki gözlemcilerin gözlemleri de algılardanibarettir. İşte Einstein'ın kuramında zaman ve uzay kavramalarıölçülebilen ve algılanabilen yani insanlara göre anlam kazanankavramlar dönüştürüldükleri için Machçılığın Einstein üzerinde önemlibir rol oynadığını iddia edebiliriz.

Nitekim Einstein bile Mach'ın etkisinde kaldığını arkadaşlarına yazdığımektuplarda açıkça belirtti. Hatta bizzat Mach'a yolladığı mektuplardaonun bir öğrencisi ve izleyicisi olduğunu açıkça itiraf etti. Bununlabirlikte Mach hiçbir zaman özel görelilik kuramını tam olarakdesteklemedi.

Einstein, zamanın ve uzayın göreli kavramlar olduğunu deneyler yaparakgöstermiş değildir, çünkü onun özel görelilik kuramına ilişkin olaraksözünü ettiği deneyler zihninde yaptığı deneylerdir. Ayrıca bu kuramıntemel direkleri olan iki ilke tamamen usun ürünleri olduklarındanonları deneyimsel yöntemle doğrulama ya da yanlışlama olanağı yoktur.

Özel görelilik kuramının bir sonucu da madde ile enerjinineşdegerliğini ve birbirlerine dönüşebilirliğini gösteren "E = mc2" ninformülüdür. Bu formülde E enerjiyi, m cismin kütlesini ve c de ışığınhızını temsil etmektedir. Bu formül, çok küçük bir madde parçasının çokbüyük miktarlarda enerji içerdiğini ortaya koydu ve böylece nükleerçağa girilmiş oldu.