GÖRELİLİK

Albert Einstein, Newton'un mutlak zaman ve mutlak uzay kavramlarýný eleþtirmiþ ve zamaný ve uzayý insanlara ve referans sistemlerine baðýmlý kýlabilmek, yani onlarý göreli kavramlara dönüþtürebilmek için özel görelilik kuramýný geliþtirmiþtir. Çekim kuvvetini de göreli kýlabilmek içinse genel görelilik kuramýný ortaya koymuþtur.
ÖZEL GÖRELİLİK KURAMI
Einstein, 1905'de esirin gereksiz ve fazla bir kavram olduðunun ilan ettikten sonra Mach'tan etkilenerek kurduðu özel görelilik kuramýnda zaman ve uzayýn Tanrý ile olan iliþkilerini, kopardý ve onlarý insanlara iliþkin göreli birer kavrama dönüþtürdü. Artýk zaman ve uzay düþünce ürünü olmayýp ölçülebilen þeyler haline geldi.
Ondokuzuncu yüzyýlýn sonlarýnda ýþýðýn elektromagnetik dalgalardan oluþtuðu ve bu dalgalarý uzak mesafelere taþýyan gözle görülemez, seyrek, esnek ve aðýrlýksýz bir ortamýn (esir) var olduðu kabul ediliyordu. Eðer dünya böyle bir ortamda saniyede otuz km.lik bir hýzla hareket ediyorsa zýt yönde bir esir rüzgarýnýn oluþmasý ve ayrýca bu esir rüzgarýyla birlikte hareket eden ýþýðýn bu rüzgara karþý hareket eden ýþýða göre daha büyük bir hýza sahip olmasý gerekiyordu. Oysa ki 1887 yýlýnda Albert Michelson ile Edward Morley, yaptýklarý deneylerle ýþýk hangi yönde hareket ederse etsin, ýþýk hýzýnýn deðiþmediðini saptadýlar. O halde, acaba esir diye bir þey yok muydu?
Esirin varolduðuna inanan bazý bilim adamlarý, Michelson ve Morley'in ulaþtýklarý sonucu yapay olarak etkisiz kýlmaya çalýþtýlar. Örneðin, George Fitzgerald, dünyanýn esir içinde hareket ederken hareket doðrultusunda büzüldüðünü ve bu büzüme ile ýþýðýn hýzýnda ortaya çýkacak olan farkýn yok olduðunu ileri sürdü. Ne var ki, esirin varlýðýný savunmak için geliþtirilen bu ve buna benzer açýklamalar bilim adamlarýný tatmin etmiyordu.
Ýþte belirsizliðin sürdüðü böyle bir atmosferde, Einstein cesurca esir kavramýnýn bir iþe yaramadýðýný ve fizikten atýlmasý gerektiðini vurguladýktan sonra özel görelilik kuramýnýn iki temel ilkesini ortaya koydu:
1 - Bir deney yalnýz göreli hareketi saptayabilir. Baþka bir deyiþle hiçbir deney mutlak duraðanlýðý veya düzenli hareketi saptayamaz. (Örneðin, bu ilkeye göre esirin varlýðýný saptamak olanaksýzdýr.)
2 - Iþýk, kaynaðýna baðlý olmaksýzýn, boþlukta sabit bir hýzla hareket eder.
Einstein, bu iki temel ilkeyi, bazý düþünce deneyimlerini ve matematiði kullanarak Newton fiziðinin ana kavramlarýný kökünden deðiþtirdi.
Newton'a göre zaman mutlaktýr yani evrensel olarak farklýlýk göstermez ve geçmiþten geleceðe doðru düzenli bir biçimde akar. Saðduyuya uygun olan bu evrensel zaman anlayýþýna göre eþzamanlýlýk da evrenseldir.
Mutlak zaman kavramýna karþý çýkan Einstein'a göre zaman kavramýný içeren önermeler eþzamanlý olaylar hakkýnda ortaya konan önermelerdir ve eþzamanlýlýk iki olayýn ayný anda gerçekleþmesi anlamýna gelmektedir. Örneðin, "Mavi Tren Ankara Garýna saat yedide gelecektir" demek saatimin akrebinin yedi üzerine gelmesiyle Mavi Trenin Ankara Gar'ýna girmesi olayýnýn ayný anda gerçekleþmesi yani bu iki olayýn zamandaþ olmasý demektir.
Ancak Einstein'a göre zaman, daha doðrusu eþzamanlýlýk, mutlak ve everensel deðildir, çünkü bir gözlemci için eþzamanlý olan bir olay genellikle baþka bir gözlemci için eþzamanlý deðildir. Einstein'ýn bu sonuca nasýl ulaþtýðýný anlayabilmek için þu düþünce deneyini gözden geçirebiliriz:
Bir trenin (devingen sistem) orta noktasýnda iki ýþýk ýþýnýný ters yönlere ayný anda gönderelim. Tren içindeki gözlemci için ýþýðýn hýzý ( c ) sabit olduðundan onun sistemde bu iki ýþýk ýþýný ters yöndeki duvarlara ayný zamanda ulaþýr; gene bu gözlemci için bu iki olay (ýþýk ýþýnlarýnýn ters yönlerdeki iki duvara çarpmasý) zamandaþ olacaktýr. Peki, trenin dýþýndaki gözlemci ne diyecektir? Onun için de kendi sisteminde ýþýðýn hýzý sabittir; ancak trene baktýðýnda duvarlardan birinin ýþýktan uzaklaþtýðýný, diðerinin ýþýða doðru ilerlediðini görür. Böylece ona göre, ýþýk ýþýný kendisine yaklaþan duvara daha erken, kendisinden uzaklaþan duvar ise daha sonra çarpacaktýr. Bundan çýkan kaçýnýlmaz sonuç þudur: Bir sistemdeki gözlemci için zamandaþ olan iki olay, bu sisteme göresel düzgün devinen ikinci bir sistemdeki gözlemci içinse zamandaþ deðildir.
Acaba bu iki gözlemciden hangisi haklýdýr? Einstein'a veya birinci temel ilkeye göre iki gözlemci de haklýdýr. Eðer zaman kavramý göreli ise, fiziðin diðer temel kavramlarý da göreli olmak zorundadýr. Örneðin, bir cismin uzunluðunu belirlemek için iki farklý gözlemci farklý zamanlarda ölçümler yapacaklarýndan (çünkü eþzamanlýlýk onlar için ayný deðildir.) farklý deðerler saptayacaklardýr.
Özel görelilik kuramýndaki olaylar ile Mach'ýn algýlarý (elementleri) arasýnda bir fark yoktur. Örneðin, saatin akrebinin hareketiyle Mavi Trenin Ankara Garýna girmesi ayný anda algýlanan olaylardýr. Ayný þekilde düþünce deneyimindeki gözlemcilerin gözlemleri de algýlardan ibarettir. Ýþte Einstein'ýn kuramýnda zaman ve uzay kavramalarý ölçülebilen ve algýlanabilen yani insanlara göre anlam kazanan kavramlar dönüþtürüldükleri için Machçýlýðýn Einstein üzerinde önemli bir rol oynadýðýný iddia edebiliriz. Nitekim Einstein bile Mach'ýn etkisinde kaldýðýný arkadaþlarýna yazdýðý mektuplarda açýkça belirtti. Hatta bizzat Mach'a yolladýðý mektuplarda onun bir öðrencisi ve izleyicisi olduðunu açýkça itiraf etti. Bununla birlikte Mach hiçbir zaman özel görelilik kuramýný tam olarak desteklemedi.
Einstein, zamanýn ve uzayýn göreli kavramlar olduðunu deneyler yaparak göstermiþ deðildir, çünkü onun özel görelilik kuramýna iliþkin olarak sözünü ettiði deneyler zihninde yaptýðý deneylerdir. Ayrýca bu kuramýn temel direkleri olan iki ilke tamamen usun ürünleri olduklarýndan onlarý deneyimsel yöntemle doðrulama ya da yanlýþlama olanaðý yoktur.
Özel görelilik kuramýnýn bir sonucu da madde ile enerjinin eþdegerliðini ve birbirlerine dönüþebilirliðini gösteren " E = mc2 " nin formülüdür. Bu formülde E enerjiyi, m cismin kütlesini ve c de ýþýðýn hýzýný temsil etmektedir.
Bu formül, çok küçük bir madde parçasýnýn çok büyük miktarlarda enerji içerdiðini ortaya koydu ve böylece nükleer çaða girilmiþ oldu.
GENEL GÖRELÝLÝK KURAMI
Einstein, özel görelilik kuramýný daha doðrusu görelilik ilkesini ivmeli referans sistemlerine uygulamak istedi. O nasýl zaman ve uzay kavramlarýný göreli yaptýysa, ayný þekilde çekim kuvvetini de göreli yapmak için ivmeli referans sistemlerine iliþkin zihninde bir deney tasarladý:
Dünyadan uzakta bulunan bir asansörün içinde bir gözlemci olduðunu düþünelim. Bu asansör ivmeli olarak ýþýk hýzýna yakýn bir hýzda hareket etse ve asansörün içine duvardaki delikten bir ýþýk girse, gözlemci ýþýðýn aþaðý doðru eðildiðini ve karþý duvardaki daha aþaðý bir noktadan asansörü terk ettiðini görecektir, çünkü ýþýk asansör içinde hareket ederken asansör yukarý doðru çýkmaktadýr. Ývmeden dolayý ayaklarýnýn yere bastýðýný ya da aþaðý doðru çekildiðini hisseden yani yerçekiminin olduðunu düþünen gözlemci yerçekiminin ýþýðý da aþaðý doðru çektiðini yani eðdiðini sanacaktýr. Dolayýsýyla bu deneyden çýkan sonuç yerçekimi kuvvetinin ýþýðý izlediði doðru yoldan saptýrarak eðdiðidir.
Gözlemci doðal olarak uzayda ivmeli bir hareket mi yaptýðýný veya yerçekimi kuvvetinin mi var olduðunu ayýrt edemez. Demek ki yerçekimi kuvveti mutlak deðildir, çünkü ivme ile yerçekimi arasýnda bir eþdeðerlik söz konusudur. Bu eþdeðerliðe de Eþdeðerlik Ýlkesi adý verilir.
Eðer ivme ile yerçekimi arasýnda bir ayrým yok ise, yerçekimi kuvveti de ýþýðý saptýrmalýdýr. Ýþte Einstein geliþtirdiði alan denklemleriyle bir yýldýzdan gelen ýþýðýn güneþin yakýnýndan geçerken belli bir ölçüde (1.75 saniyelik eðri ile) sapacaðýný hesapladý ve 29 Mayýs 1919'da tam bir güneþ tutulmasý esnasýnda Arthur Eddington güneþin yakýnýndan geçen bir yýldýz ýþýðýnýn sapma ölçüsü (miktarý) ile Einstein tarafýndan öngörülen ölçünü ayný olduðunu gözlemsel olarak belirledi. Genel görelilik kuramýnýn bu nokta bakýmýndan doðrulanmasý ile de Einstein dünya çapýnda üne kavuþtu.
Einstein evrenin biçimi, tarihi ve ilk durumu ile ilgilenen kozmolojiye de önemli katkýlarda bulundu. Onun alan denklemleri baþlangýçta dinamik ve geniþleyen evreni betimlemekte idi. Ancak deðiþen (dinamik) evren anlayýþý astronomlarýn görüþleriyle çeliþmekte idi. Bu nedenle o, denklemlerindeki lambda sabitinin deðerini deðiþtirdi ve onlarý duraðan evren anlayýþýyla uyumlu kýldý.
Ne var ki oniki yýl sonra (yani 1929'da) Amerikalý astronom Edwin Hubble uzak galaksilerin birbirlerinden uzaklaþtýklarýný saptayarak evrenin geniþleyen yani dinamik bir evren olduðunu kanýtladý. Bunun üzerine Einstein kozmolojik sabiti yani lambdayý tekrar eski deðeriyle ( yani sýfýr olarak) kabul etti. Ýþte bu hata onun bilimsel hayatýnda yaptýðý en büyük hataydý.
Genel görelilik kuramýnýn en önemli sonuçlarýndan birisine göre de bütün fiziksel nesneler çekim kuvvetinin veya çekim alanýnýn etkisinde kaldýklarý taktirde eðri yollar izlerler ve iki nokta arasýndaki en kýsa yol bir doðru olmayýp bir eðridir. Ayrýca evren bile dört boyutlu [uzay(en, boy ve derinlik) ve zaman] bir eðriliðe sahiptir.
Einstein karmaþýk matematiksel teknikler sayesinde genel görelilik kuramýný geliþtirebildiði için pozitivizmi bilinçli olarak yadsýmak zorunda kaldý. Ona göre fizik geliþmesini gözlemlere deðil, kuramlara borçluydu. Gerçi bir kuramýn sonuçlarý deneyimsel yolla sýnanabilirdi, ama kuramýn temel ilkeleri (aksiyomlar) insan zihninin serbest yaratýlarý olduklarý için gözlemlerden çýkarsanamazlardý.