Özel Görelilik Teorisi: Einstein,Işık Hızının Doğasını Açıklamayı Çalışırken Evreni Nasıl Çözdü?

Özel Görelilik Teorisi nedir?

Einstein, ışık hızının doğasını açıklamaya çalışırken evreni nasıl çözdü?

Özel Görelilik Teorisi, evreni oluşturan uzay-zaman dokusunun doğasına yönelik bir teoridir ve uzay ve zaman arasındaki ilişkiyi açıklar.

Özel Görelilik Teorisi, Albert Einstein tarafından 1905 yılında yenilenen Onda Electrodynamics of Moving Bodies başlıklı makaleleri sürülmüştür.

Özel Görelilik Teorisi'nin postülatları Özel Görelilik Teorisi, iki temel postülat üzerine kuruldur.

Einstein'ın birinci postülatı olan görürlük prensibi basitçe şunu söyler.

Doğa yasaları sabittir.

Daha bilimsel tabiriyle bütün eylemsiz, sabit referans sistemleri için doğa yasaları aynıdır.

Bir diğer deyişle, imyası olmayan tüm gözlemciler doğa yasalarını aynı şekilde deneyimler.

Bunu daha iyi anlayabilmek için referans çerçevelerini öğrenmemiz gerekmektedir.

Referans çerçevesi nedir?

Einstein'ın özel görürlük teorisinin temel aldığı ilk varsayım referans çerçevesi.

Tüm hızlar bir referans çerçevesine göre ölçülür.

Örneğin bir arabanın hareketi başlangıç noktasına veya üzerinde hareket ettiği yola göre ölçülür.

Bir merminin hareketi fırlatıldığı yüzeye göre ölçülür.

Ve bir gezegenin yörüngesi etrafına döndüğü yıldıza göre ölçülür.

En basit referans çerçeveleri immelenmeyen ve dönmeyen çerçevelerdir.

Newton'un birinci yasası olan eylemsizlik yasası tam olarak böyle bir çerçeve içinde geçerlidir.

Eylemsiz referans çerçevesi ise bir dış kuvvet tarafından etki edilmeyen hareketsiz bir cismin hareketsiz kaldığı ve hareket halindeki bir cismin düz bir çizgide sabit bir hızla hareket ettiği bir referans çerçevesidir.

Fizik yasaları eylemsiz çerçevelerde en basit şekilde çalışmaktadır.

Örneğin sabit bir irtifada ve sabit bir hızla uçan bir uçağın içindeyken fizik sanki dünya yüzeyinde duruyormuşsunuz gibi çalışır.

Arada hiçbir fark göremezsiniz.

Ancak yerden havalanma sürecinde olan bir uçakta işler biraz daha karmaşıktır.

F, kütle ve ivmenin çarpımına eşit değildir.

Bunun yerine F, kütle ve ivmenin çarpımıyla hayali bir kuvvetin toplamına eşittir.

Bu durum, eylemsiz bir çerçevede olduğu kadar basit değildir.

Fizik yasaları yalnızca eylemsiz çerçevelerde en basit olmakla kalmaz.

Aynı zamanda tercih edilen çerçeve ve mutlak hareket olmadığı için bu yasalar bütün eylemsizlik çerçevelerinde birebir aynı olmalıdır.

Einstein, işte bu fikirleri özel görevlinin ilk postülasını inşa etmekte kullanmıştır.

Ve fizik yasalarının bütün eylemsiz referans çerçevelerinde birebir aynı olması gerektiğini söylemiştir.

Pek çok temel önermede olduğu gibi, bu önermede göze ilk çarpandan fazlasını anlatmaktadır.

Örneğin, fizik yasası olarak kategorize edilebilecek bir tespit, mutlaka bu postası tatmin etmek zorundadır.

Yoksa fizik yasası olarak kabul edilemez.

Benzer şekilde, bu postasın bir başka sonucu da ünlü E eşittir MC kare denklemidir.

Görüllülük prensibi nedir?

Einstein'ın özel görüllülük teorisinin birinci postası genelde, görüllülük prensibi veya Galileo prensibi olarak da bilinir.

Çünkü bu Einstein'dan 300 yıl önce Galileo Galilei tarafından ortaya atılmıştır.

Galileo'nun görüllülük prensibinde de mutlak bir referans sistemi yoktur.

Bunu daha iyi anlamak için A ve B gözlemcileri düşünün.

A gözlemcisine göre B gözlemcisi B hızıyla sağa doğru gidiyor olsun.

Aynı şekilde B gözlemcisine göre ise A gözlemcisi sola doğru B hızıyla gidiyor olur.

Her iki gözlemci değer gözlemcinin hareket ettiğini söylemekte haklıdır.

Mutlak bir referans sistemi olmadığı için sabit referans sistemleri arasında geçiş yapılabilir.

Nedenini anlamak için... kendinizi bir tren içinde hayal edin.

Trenin camları siyah bir perdeyle kapalı olsun.

Trenin giderken sallanması, dönüş yapması, hızlanıp yavaşlaması gibi inmeli hareketlerinde hiç olmadığını varsayın.

Böyle bir trende trenin sabit hızla mı gidiyor yoksa duruyor mu olduğunu nasıl anlarsınız?

Cevap oldukça basittir.

Anlayamazsınız. Trenin içerisinde de her türlü deney yapabilirsiniz.

Ancak dışarıya bakmadığınız sürece trenin hareket edip etmediğini anlayamazsınız.

Aynı şekilde camdan dışarı baktığınızda trenin hareket etmediğini aslında tüm dünyanın diğer tarafa gittiğini söyleyebilirsiniz.

Çünkü daha önce de söylediğimiz üzere sabit referans sistemleri arası geçiş yapılabilir.

Tabi insanları bu tür bir şeye inandırmanız mümkün olmayacaktır.

Çünkü hepimiz bütün dünyanın bir trenin aksi yönde gitmediğini biliriz.

Fakat fizik yasaları açısından bu iki durum arasında hiçbir fark yoktur.

Bu aynı zamanda eşdeğerlik ilkesi olarak da bilinir.

Einstein'ın ikinci postulatı ışık hızı sabittir.

Einstein'ın ikinci postulatı hepimizin artık ezberlediği o meşhur şeyi söyler.

Işık hızı sabittir.

Yani ışığın vakumdaki hızı gözlemciden gözlemciye değişmez.

Işık hızı, birinci postülatta sözünü ettiğimiz bağı hız kurallarından muaftır.

Ve yukarıda tanımladığımız gibi eylemsiz referans çerçevelerinden bağımsız olduğu için ışık hızı bir doğa yasasıdır.

Galileo dönüşümü nedir?

Isaac Newton'un Principia'da yayınladığı üç yasa da Galileo dönüşümleriyle uyumludur.

Bu dönüşümler birinci postülatta izah ettiğimiz eylemsiz referans çerçeveleri arası geçiş sağlar.

Bir örnek gösterelim. Diyelim ki bir top.

Aşağıdaki eğri çizgi bu.

boyunca ilerliyor olsun. Bu topu sonsuz sayıda referans çerçevesinde inceleyebiliriz.

Ancak ilk etapta topun hareketinin S isimli referans çerçevesine göre izlendiğini varsayalım.

Bu referans düzleminde topun pozisyonu R vektörüyle takip edilir.

Ancak istersek aynı topun konumunu ilk referans çerçevesine göre konumu R ile belirlenen S üstü çerçevesinde de takip edebiliriz.

Bu çerçevede topun konumu R vektörü ile takip edilir.

Bu iki konum vektörü arasındaki ilişki şöyle verilir.

İşte bu işlemle yapılan koordinat dönüşümlerine Galileo koordinat transferi veya yalnızca Galileo dönüşümleri adı verilir.

Bu dönüşümler S çerçevesindeki gözlemcinin yalnızca yine S çerçevesindeki konum vektörüne ve iki çerçevenin orijinlerinin göreli konumuna bağlı olarak S üstü çerçevesindeki konum vektörünü tahmin

etmesini sağlarlar. İncelenen zaman aralığı sonsuz küçüklükteyken Bu iki referans çerçevesi arasındaki bağlız, iki orijin yer değiştirmesinin bir zaman aralığına bölünmesiyle elde edilen limit olarak tanımlanan

vektörünün zamana göre türeviyle verilir.

İki referans çerçevesi arasındaki bağlı sabit ise, iki referans çerçevesi arasındaki bağlı ivmelenme de sıfırdır.

İki referans çerçevesi, yukarıdaki gibi birbirine göre sabit bir hızla hareket ettiğinde, referans çerçevelerine göreli olarak eylemsiz referans çerçeveleri denir.

Bu durumda, birinci postulatta yer verdiğimiz görüllülük prensibi şu şekilde tanınabilir.

Göreli olarak eylemsiz referans çerçeveleri söz konusu olduğunda, S çerçevesindeki hareketsiz bir cisme etki eden net kuvvet sıfırsa, Çevresinde de cismi etki eden net kuvvet sıfırdır.

Galileo dönüşümlerinin çöküşü.

Ancak James Clark Maxwell'ın 1865 yılında yayınladığı A Dynamical Theory of the Electromagnetic Field kitabında tanıttığı elektrik ve manyetizmayı birleştiren dört denklem Galileo'nun dönüşümleriyle uyuşmuyordu.

Örnek olarak yüklü bir cisim düşünün.

Cisim yüklü olduğu için elektrik alanı yayar.

Bu cismi diyelim ki size göre belli bir hızı olan bir kaykaycı ileri doğru fırlatsın.

Yüklü cisimler sabit hızla gittiklerinde manyetik alan oluştururlar.

ismin size göre hızını bazılarak yaydığı manyetik alanı bulabilirsiniz.

Fakat kaykaycının referans sisteminden bu manyetik alanı hesapladığınızda sonuç farklı çıkar.

Maxwell denklemlerinin Galileo dönüşümleriyle diğer bir sorunu ise elektromanyetik dalgaların hızıyla ilgiliydi.

Maxwell denklemlerine göre elektromanyetik dalgalar ışık hızında yayılır.

Fakat bu hızın hangi referans sistemine göre olduğu bir soru işareti olarak kalmaktaydı.

Bu nedenle Einstein öncesinde bilim insanları uzayın esir adlı bir cisimle olduğunu, ışığın bu maddeye çevirip ve bu maddenin referans sistemine göre ışık hızına yayıldığını düşündüler.

Bu sebeple Michaelson ve Morley 1887 yılında esirin varlığını göstermek için bir deney tasarladılar.

Bu deneyde dünyanın döndüğü tarafa doğru bir ışık üzmesi ve diğer tarafa bir ışık üzmesi yolladılar.

Eğer evren esirle doluysa dünyanın döndüğü tarafa gönderilen ışığın hızının diğer tarafa gönderilen ışığın hızından daha fazla olması bekleniyordu.

Fakat deneyin sonucunda Michaelson ve Morley farklı bir sonuçla karşılaştılar.

Her iki tarafa gönderilen ışığın hızı aynı ışık hızı olarak kalmıştı.

Dolayısıyla ışık hızı farklı referans sistemlerinde aynı gözüküyordu.

Deneyin sonucunda ışığın hızının ışık kaynağının hızından bağımsız olduğu görülüyordu.

Bazı bilim insanları eserin de dünya ile birlikte hareket ettiğini ve bu nedenle ışık hızının sabit kaldığını düşündü.

Hendrik Lorentz ışık hızına yakın cisimlerin uzayda kısaldığını ortaya koyarak bu sorunu çözmeye çalıştı.

Ancak tüm çözümler tek başlarına yeterli değildi.

Işık hızı neden özel ve önemli?

olduğunu ilk kitapta anlamak zor olabilir.

Eğer bu sorunun cevabını merak ediyorsanız yukarıdaki videomuzu izleyebilir veya buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.

O yıllarda İsviçre Patent Enstitüsü'nde memur olan genç Albert Einstein, Anus Münebilis olarak tanınan 1905 yılında bizim şimdi yaptığımız gibi Maxwell denklemlerini takip ederek ışık hızını tespit ettiğinde

Newton fiziğinde büyük bir sorun gördü.

Işık hızı Galileo dönüşümlerine uyumsuzdu.

Işık hızını farklı referans çerçevelerine aktardığımızda gözlemlerimizle örtüşmeyen sonuçlar elde etmemize neden oluyordu.

Einstein, o noktaya kadar üzerinde çalıştığı şu üç prensibin aynı anda doğru olamayacağını fark etti.

Birinci, Maxwell'in elektrodinamik denklemleri.

İkinci, Galileo prensibi.

Üçüncü, Galileo dönüşümleri.

Tutarlı bir evren teorisi inşa etmek istiyorsanız, bunlardan biri yanlış olmak zorundaydı.

1905 senesinde, onda Electrodynamics of Moving Bodies başlıklı makalesini yayınlayan Einstein, üçüncü ilkenin yanlış olduğunu düşündü.

Ve ışık hızının farklı referansları...

sistemlerinde farklı olamayacağı sonucuna vardı.

Yani Newton fiziğinde çöküşü getiren şey, Maxwell denklemleriyle hız vektörlerinin basit vektörler gibi toplanabileceğini söyleyen Newton fiziği arasındaki çelişkinin keşfiydi.

İkincisi doğru olsaydı, farklı hızlarda hareket eden iki gözlemci ışığın farklı hızlarda hareket ettiğini görecekti.

Bir ışık dalgasının kendisiyle birlikte c hızına seyahat eden bir kişiye nasıl görüneceğini hayal edin.

Böyle bir hareket mümkün olsaydı, dalga gözlemciye göre duran olurdu.

Gözlemciden çeşitli mesafeler gücü değişen ancak zaman içinde sabit olan elektrik ve manyetik alanlara sahip olacaktı.

Maxwell denklemleri buna izin vermemektedir.

Yani yukarıda izah ettiğimiz gibi ya Maxwell denklemleri yanlıştır ya da kütlesi olan bir cisim c hızında hareket edemez.

Einstein ikincisinin doğru olduğu sonucuna vardı ve buradan şu önemli sonuca vardı.

Kütlesi olan bir cisim asla c hızıyla hareket edemez.

Bu sonuç boşluktaki ışığın herhangi bir gözlemciye göre daima c hızında hareket etmesi gerektiğini ima eder.

ve denklemleri doğrudur.

Ve Newton'un hızları toplaması ışık için doğru değildir.

Bu iki pozitifata göre denklemlerini oluşturan Einstein, zaman ve uzayın Newton'dan beri düşünüldüğü üzere değişmez olmadığını ve her referans sistemi için fark olabileceğini ortaya koydu.

Bir diğer de işte, uzay zamanının sabit ve içindeki tüm nesnelerin ona göre hareket etmediğini, uzay zamanında içindeki nesnelerin hareketine göre değişebileceğini ortaya koydu.

Özel görellilik teorisinin sonuçları.

Sağduyularımıza aykırı olmakla birlikte, aldatıcı düzeyde basit...

bu iki varsayım, fizikte şok etkileri yarattı.

Çünkü Einstein'ın başlattığı devrim, fizikte geri kalan bütün konuların değişebilirliğini gösterdi.

Fizikte o güne kadar yasa olarak tabir edilmiş birçok şeyin, bilim felsefesi açısından birer teori olarak adlandırılması gerektiğini gösterdi.

Bu durum, yasaların gözlemsel, teorilerin ise açıklama gücü bakımından önemini gösterdi.

Tüm bu şok dalgaları, fizikte çok temel birçok kavramın değişmesiyle sonuçlandı.

Uzay ve zaman hakkındaki fikirlerimizi kökünden değiştiren ve ufkumuzu açan özel gerillik teorisinin sonuçlarına bakalım.

Uzay ve zaman birbirlerinden ayrı olarak ele alınamaz.

Uzay zaman bir bütündür.

Cisimlerin uzay zamandaki toplam hareketi sabittir.

Bu nedenle uzayda daha hızlı hareket eden kütleli bir cisim zamanda daha yavaş hareket etmek zorundadır.

B gözlemcisi A gözlemcisine göre sabit bir hızla gidiyorsa A gözlemcisine göre B gözlemcisi için zaman daha yavaş geçiyordur.

Fakat B gözlemcisine göre kendisi için değil A gözlemcisi için zaman daha yavaş geçiyordur.

zamanlılık, gözlemciler arasında farklılık gösterebilir.

Bir gözlemci için aynı anda gerçekleşen bir olay, başka bir gözlemci için aynı anda gerçekleşmeyebilir.

Belli bir gözlemciye göre sabit hıza giden cismin gittiği yön doğrultusunda boyu kısalır.

Kütleli cisimleri ışık hızına çıkartmak için sonsuz momentum ve enerji gerektiğinden asla ışık hızına ulaşamazlar.

Kütlesiz cisimler ise ışık hızına gitmek zorundadırlar.

Bir cisme duran haldeyken enerji verirsek, ışık hızının karesine bölünmüş hali kadar kütlesi artar.

Özel görevlilik teorisinin inşaat devrini daha derin anlamak.

Özel görevlilik teorisini daha iyi anlamanın bir yolu Newton fiziğindeki uzay ve zaman kavramlarının Einstein fiziğinde neden uzay zaman gibi bir bütüne dönüştürüldüğünü anlamaya çalışmaktan geçer.

Aynı soruyu şöyle sorabiliriz.

Zaman kavramı Newton fiziğinde de vardı.

Neden Newton fiziğinde uzay...

Fakat Einstein fiziğinde uzay dört boyutlu diye duyuyoruz.

Boyut nedir? Bunu anlayabilmek için öncelikle boyut kavramını anlamanız gerekiyor.

Boyut kavramı matematikte biraz daha farklı işlense de, bir fizikçi için bir parametrenin boyut olabilmesi için, o diğer boyutlarla birbirine dönüştürebiliyor olmamız gerekmektedir.

Örneğin, içinde bulunduğumuz fiziksel uzayı 3 parametre ile ifade edelim.

İleri, sağ ve yukarı.

Her birimiz herhangi bir nesnenin kendisine göre konumunu bu 3 parametre ile ifade edebiliriz.

Eğer bu parametreleri kelimelerin ilk harfleriyle uyumlu olacak biçimde, i, s ve y ile ifade edecek olursak bir koordinat düzemi oluşturmuş oluruz.

5 metre ilerideki bir masanın size göre konumu i5, s0, y0 ya da kısaca 5, 0, 0 olacaktır.

1 metre aşağınızdaki halının konumu da 0, 0, eksi 1 olacaktır.

İşin önemli kısmı işte burada başlar.

Bir fizikçinin bu 3 parametreyi 3 boyut demesinin sebebi bunların birbirine dönüşebiliyor olmasıdır.

Örneğin 90 derece sola dönerseniz masanın konumu artık 5, 0, 0-0 değil, 0-5-0 olacaktır.

Eğer sırt üstü yatar konuma geçerseniz de halınız artık 0-0-1 konuda değil, 0-1-0-0 konuda olacaktır.

Newton fiziğindeki uzay içinde bu şekilde en fazla 3 parametre vardır.

Onlar da yukarıda saydığımız 3 uzayımsı boyuttur.

Zaman hiçbir şekilde bu boyutlara dönüşmez.

Bu boyutlarda zamanla dönüşmez.

Bu sebeple Newton'ın 3 boyutlu bir uzayı veya 1 boyutlu zamanı vardır.

Newton fiziğinde 4 boyutlu uzay zaman yoktur.

uzay zamanını nasıl işaretebiliriz?

Sadece mantığımız ve bazı basitleştirmeleri kullanarak Einstein'ın uzayı uzay zamanını nasıl çevirdiğini görebiliriz.

Yeterince matematik bilen biri bu matematiğin güzelliğini takdir ederek de görebilir.

Ama biz de f'ye girmeden geometriyle çıkarmaya çalışalım.

Bu sebeple de işi kolaylaştırmak için boyutlarımızı düşürelim.

Bir boyutlu bir Newton fiziği düşünelim.

Örneğin sadece ileri geri gidebiliyoruz.

Yukarıda 5 metre ilerimizde olan masayı şimdi 5 olarak ifade edebiliriz.

Fakat başka boyutlarımızda boyutumuz olmadığı için bunun girebileceği tek dönüşüm bizim hareket etmemiz olacaktır.

2 metre ileri yürürseniz masanın konumu artık 3 olacaktır.

Elbette zamanımız da vardır.

Fakat unutmayın Newton fiziğinde zaman şimdilik tek olan bu uzay boyutuna karışmamaktadır.

Grafiksel olarak durumu şöyle gösterebiliriz.

Grafiğimizde uzayımızdaki değişiklikleri delta x ile zamanlımızdaki değişiklikleri de delta t ile gösteriyoruz.

Birimleri farklı olduğu için de birimi eşitlemesi için zamanı c dediğimiz bir kat sayı ile çarpıyoruz.

Burada farklı olası gözlemciler kırmızı çizgiyi oluşturmaktadırlar.

Bu gözlemcilerden herhangi birinin orijin ile yaptığı açının tanjantı da bize hızı yani v'yi vermektedir.

Burada iki şey dikkatimizi çekmelidir.

Hangi hızla gidilirse gidilsin bütün gözlemciler için zaman nakit.

Zaman uzaya karışmamaktadır.

Ark'tan açısı eksi 90 derece ile 90 derece arasındaki bütün değerleri alabildiği için hız eksi sonsuz ile sonsuz arasındaki bütün değerleri alabilir.

Burada eksi işareti cismin geriye doğru gittiği anlamına gelmektedir.

Şimdi iki adımda bunu Einstein fiziğine çevirmeye çalışalım.

Varsayım zaman ve uzay eşdeğer olmalı.

Hali hazırda yazının başında tarihsel gelişimini anlattığımız için burada bunlara tekrar girmeyeceğiz.

Ayrıca... Konuyu matematiğe boğmak istemediğimiz için matematiksel gereksinimleri de şimdilik kenara koyuyoruz.

Amacımız şu, zaman ve uzay denklemlerde eşdeğer olmalı.

Eğer varsayımımız bu olacaksa yukarıdaki grafik nasıl değişmelidir?

Gereksinimlere bir bakalım. Yatay ve dike eksenler yer değiştirdiğinde olası gözlemcileri bağlayan kırmızı çizgi değişmemelidir.

O çizgi fiziksel olan gözlemcilerin uzayı ve zamana göre dağılımını vermektedir.

Eğer uzay ve zaman eşdeğerse simetrik bir dağılım olmalıdır.

Şu da bir gerçektir. Her zaman olduğu yerde duran bir gözlemci olacaktır.

Fiziksel olarak hareketsiz durma hakkımız vardır.

Demek ki kırmızı çizgi V eşittir sıfır değerini almalıdır.

Yani yata ekseni kesmelidir.

Ama simetriden dolayı dike ekseni de kesmeli.

Eksi delta x değişimindeki grafik değişmemelidir.

Bunun anlamı şudur. Uzayımızda ister ileri yöne x deriz, ister geri yöne x deriz.

Fiziksel sonuçlar hangisine delta x dediğimizden etkilenmemelidir.

Görebiliriz ki yukarıdaki koşulları sağlayan en basit grafik şudur.

Zamanın ve uzayın eşdeğer olması gerektiğini söylemek bize pahalıya patladı.

Nasıl ki delta x eksi olabiliyor, delta t de eksi olabilmelidir.

Fiziksel dünyamız yukarıdaki gibi olsaydı ne olurdu peki?

1. Zaman herkese göre ayna akmazdı.

Hatta zamanın akış hızı doğrudan gözlemcinin hızıyla ilişkili olurdu.

Üstelik duran gözlemciler hareket eden gözlemcilerin zamanının daha hızlı arttığını görürlerdi.

Ne kastettiğimizi biraz açalım.

Örneğin duran bir gözlemci için v eşittir 0.

Bir başkası ise v eşittir köküç bölü c hızıyla gidiyor olsun.

Grafikten de görüldüğü gibi duran gözlemci hareket edenin birim zamanını c delta t bölü 2 olarak görürdü.

Yani duran kişinin birim zamanının yarısı kadar.

Bu durumda duran gözlemcide bir saniye geçer ki...

hareket eden gözlemcisi 2 saniye geçerdi.

2. Zamanın geriye doğru aktığını gören gözlemciler olurdu.

Aslında grafikte durum nettir.

Delta T'nin pozitif olduğu yerdeki bir gözlemci ile Delta T'nin negatif olduğu yerdeki bir gözlemci olun.

Aynı anda bir evrim ağacı videosu izliyor olsaydı, ilki videonun başından izlemeye başlarken, ikincisi sonundan izlemeye başlıyor olacaktı.

Fakat bir gözlemci değerinden üstün değildir.

Bu yüzden, ilki için videonun başı ve ikincisi için videonun sonu gibi tanımlar geçer, değildir.

Demek ki böyle bir evrende olayları zamanı göre sıralayamazdık.

Zamansal sıralama kavramı olmadığı için de nedensellikten bahsedemezdik.

Varsayım. Yaşadığımız evrende nedensellik olmalı.

Bazılarımız bunu fazladan bir varsayım olarak anmamızı gereksiz bulabilir.

Sonuçta kuantum mekaniğinin etkilerini ihmal ettiğimiz bütün düzeylerde nedenselliğin geçerli olduğunu görüyoruz.

Biz yine de bunu varsayım olarak alalım ve not düşelim.

Kuantum fiziği devreye girdiğinde işler karışıyor.

Fakat bu yazımızda sadece klasik fiziğin İki parçasını Newton ve Einstein bakış açılarını kıyasladığımız için kuantum dünyasını ihmal edeceğiz.

Şimdi işimize bakalım ve kendimize soralım.

Yukarıda neyi yanlış yaptık?

Kısa cevap. Hiçbir şeyi yanlış yapmadık.

Gerçekten de yukarıdaki sonucu 3 varsayım altında türettik.

1. Evrende durgun ve eşitsiz sıfır olan bir gözlemci vardır.

2. Uzay ve zaman simetriktir.

Grafikte delta x, c delta t simetrisi olmalıdır.

3. Uzay izotropiktir.

Grafikte delta x, eksi delta x simetrisi olmalıdır.

Uzun cevap. grafiğimiz bu şartları sağlayan tek grafik değildir.

Sadece en basitidir.

Örneğin yukarıdaki yamuk grafiğimiz de bu şartların hepsini sağlamaktadır.

Fakat aynı sıkıntılardan dolayı bunun evreninde de nedensellikten bahsedemeyiz.

Mantıken görüyoruz ki tek bir çizgi olduğu sürece simetri koşullarından dolayı illaki eksi delta t'ye olan bölgeye de gideceğiz ve evrenimize nedenselliği yitireceğiz.

Demek ki grafiğimiz tek parça çizgiden oluşmamalıdır.

Einstein'ın uzay zamanını inşa etmek.

Yukarıda hem istenilen özel hem nedensen olan bir grafiğin farklı parçalardan oluşması gerektiğini bulduk.

İstediklerimizi toparlarsak 1.

Durgun gözlemci olacaksa grafiğin bir parçası c delta t eksenini kesmelidir.

2. Delta x c delta t simetrisi varsa delta x eksenini kesen bir grafik de olmalıdır.

3. Delta x eksi delta x simetrisinden dolayı eksi c delta t ve eksi delta x eksenlerini kesen grafikler de olmalıdır.

4. Bu dört grafik birbiriyle kesişmemelidir.

5. Fazladan bir parça olacaksa simetrelere uygun olmalıdır.

olmalı ve eksen kesmemelidir.

Bu koşullara uyan bir tek delta x eşittir artı eksi c delta t doğruları vardır.

Sonuç, yukarıdaki koşulları sağlayan dağılım aşağıdakilere benzemelidir.

Bu grafik bize neler söylüyor?

1. Hızların alabileceği değerlere göre gözlemciler farklı kategorilere ayrılır.

Kırmızı çizgideki cisimler hangi gözlemciye göre bakılırsa bakılsın sadece arktan V bölü C eşittir 45 derece, V eşittir C hızıyla hareket edebilirler.

B. Mavi çizgideki cisimlerin hızlarının büyüklüğü C ile sonsuz arasında herhangi bir değer alabilir.

Fakat en az c hızıyla gittikleri için böyle bir cismin duran bir gözlemcisi asla bulunamaz.

Üstelik çizgi hem delta t büyüktür sıfır hem de delta t küçüktür sıfır değerlerini aldığı için böyle bir cisim bir gözlemciye göre zamanda ileri giderken başka bir gözlemciye göre zamanda geri gider.

c Yeşil ve sarı bölgedeki cisimlerin hızları c ile eksi c arasında herhangi bir değer alabilir.

Fakat c'den fazla hızlanamazlar.

Yeşil bölge için zaman ileri doğru akar fakat sarı bölge için geriye doğru akar.

2. Biz kendi evrenimizde durgun halde gözlemciler olduğunu bildiğimiz için bizim evrenimiz ya yeşil ya da sarı bölgeye karşılık gelmektedir.

Zamanında ileri doğru aktığını kabul edince de bizim yeşil çizgi üzerinde yaşadığımız ortaya çıkmaktadır.

3. Yeşil bölgede yaşadığımız için C'den daha hızlı gidemeyiz ve C'den hızlı bilgi iletimi gözlemleyemeyiz.

4. Hız arttıkça delta t'nin arttığını görüyoruz.

Bize göre hızla yanımızdan geçen cisimlerin bir birim zamanı bizim birden daha çok birim zamanımıza denk geliyor.

gelmektedir. Hareketli cisimler bize göre yavaşlıyor.

Bu grafiğin 3 boyuttaki karşılığını şöyle gösterebiliriz.

Ulaştığımız noktaya bakış.

Görellilik teorisine zamanda gereği yolculuk neden yasak?

Fizik topluma indirilirken yapılan hataların başında aslında basit olan şeylerin karmaşıklaştırılarak anlatılması gelir.

Bir de konunun asıl hedeften soyutlanarak anlatılması.

Birçok internet sitesinde Einstein'in görelliliği yüzünden zamanda geriye gidemiyormuşuz.

Bu Einstein'in teorisinin bir sonucuymuş gibi aktarılmaktadır.

Bu Eksik ve hatta hatalı bir anlatım şeklidir.

Teori zamanda geriye gitmeye izin versin vermesin.

Biz nedenselliği korumak için zaten zamanda geriye gidilemeyen bir teori arıyoruz.

Konumuza dönersek hangi varsayımları yaptığımızı bir daha bakalım.

1. Zamanı ve uzaysal boyutlara eşit davranalım.

2. Hızı sıfır olabilen bir cisim olsun.

3. Uzayda sağa sol, sola sağa dediğimizde fizik değişmesin.

4. Bulduğumuz sonuç nedenselliği bozmasın.

Sadece bunları varsaymak bize şu sonuçları getirdi.

1. Bizim ulaşabileceğimiz bir hız sınırı var ve bu sınırdan daha hızlı gidemeyiz ve daha hızlı bilgi aktaramayız.

2. Bize göre hareket eden cisimlerin zamanlarının yavaşladığını gözlemleyelim.

3. Makroskobik nesneler olarak bizler olmasak da teorik olarak sabitçe hızında giden cisimler olabilir.

Ve bu cisimler her gözlemciye göre aynı hıza giderler.

Yukarıdaki sonuçları bulduk.

Fakat yeşil çizginin nasıl bir fonksiyon olduğunu matematiksel olarak bulamadık.

İspatlayabiliriz ki uzayın homojin olduğunu varsayarak fonksiyonun nasıl olması gerektiğini de çıkarabiliyoruz.

Bütün özel görellilik uzayın simetrilerinden ve fiziksel argümanlardan çıkarılabiliyor.

C'nin ne olması gerektiğine de deneylere bakarak karar verebiliriz.

Görellilik böyle olmak zorunda mı?

Tarihsel olarak bakacak olursak özel görellilik yukarıdaki estetik ve simetri argümanlarından ziyade daha önce de izah ettiğimiz gibi ışığın davranışlarını açıklamak için geliştirilmiştir.

Asıl varsayım ışığın her gözlemciye göre sabit hızlı olmasıdır.

Geriye kalanlar oradan türetilmiştir.

Varsayım ışık hızı her gözlemciye göre sabit olmalıdır.

Matematiksel sonuç.

Bunu sağlayacak matematiksel durumda ışık hızından hızlı gidenler ışık hızından daha düşük bir hıza gidemez.

Benzer şekilde daha yavaş gidenler de ışık hızını geçemez.

Gözlem. Biz daha yavaş gidiyoruz.

Demek ki ışık hızını geçemeyiz.

Nedensellik varsayımı.

Işık hızından hızlı gidenler nedenselliği bozuyor.

Demek ki bizim haricimizde de ışık hızından hızlı giden parçacık, nesne, sistem olamaz.

Sonuç. İşte özel gönüllülük teorisi.

Bu postülatlar akıl yürütmeme vardığı sonuçlar sayesinde muhteşem başarılı bir evren teorisi inşa etmeyi başarmış.

Uzay, zaman ve ışığın doğasını harika bir şekilde izah edebilmiştir.

Özel gönüllülük teorisini çürütmeye yönelik geliştirilen deneylerin her birisi başarısız olmuş.

öngörüleri bağımsız gözlem ve verilerle tekrar tekrar doğrulanmıştır.

Ne var ki bu teori kütle çekiminin etkisini açıklayamıyordu.

Sadece kütle çekiminin işe dahil edilmediği durumları izah edebiliyordu.

Einstein, 1915 yılında genel görüllülük teorisini geliştirerek uzay zamanının kütleli cisimlerce eğilip büküldüğünü ve aslında kütle çekimi kuvveti dediğimiz şeyin sadece uzay zamanda hareket eden cisimlerin

uzayda aldığı yolun eğriliği olduğunu gösterdi.

Genel görüllülük teorisiyle ilgili daha fazla bilgiyi Buradaki yazımızdan alabilirsiniz.