Görecelik-Genel Görelilik Kuramı-Albert Einstein- Matematikçi Marcel Grossman

Görecelik-Genel görelilik kuramı-Albert Einstein- matematikçi Marcel Grossman



Görecelik Kuramı

«Genel
Özel görecelik kuramı, birbirlerinden habersiz olarak Paris'te Henri Poincare, Zürich'te de Albert EİNSTEİN tarafından ayrı ayrı geliştirildi 1905'ten birkaç yıl önce, elektrik ve magnetik alan kuramlarıyla ilgili ESÎR kavramının artık geçerli olmadığı anlaşıldı Dünya'nm, varlığı ileri sürülen esîr ortamına göre hareketini ortaya koymak için yapılan Michelson - Morley deneyi, başarısızlıkla sonuçlandı Bilindiği gibi, elektrik ve magnetik alanların, «esîr Amsterdam'da Hendrik Lorentz, esîr içindeki hareketin algılanamayacağını gösterirken, Poincare de bunun hiç bir zaman var olmadığını ileri sürüyordu

Poincare ilk görecelik ilkesini şu biçimde ortaya koydu: Fiziksel olaylara ilişkin yasalar, hareketsiz gözlemci için de, bu gözlemciye göre değişmez bir hızla hareket eden gözlemci için de, mutlaka aynı olmalıdır Dolayısıyle, hiç bir zaman ve hiç bir biçimde, böyle bir hareketin içinde yeralıp almadığımızı belirleyemeyiz Poincare'nin bu yeni fiziği geliştirdiği yıl, İsviçre Patent Dairesi'nde çalışan Albert Eins-tein da, aynı sonuçları verecek olan ve günümüzde «özel görecelik

Saatlerin eşzamanlanması:

Einstein'm üstünde durduğu ilk sorun, iki olayın aynı anda olduğunu söylemenin doğru olup olmadığıydı Bu sorun çok önemliydi; çünkü, bir nesneden çıkan ışığın gözümüze ulaşması için belli bir zaman geçmesi gerektiğinden, oluşan bir görüntü, gerçekte oluştuğu zamandan bir süre sonra görülebilirdi Kuşkusuz yakınımızdaki olaylar için, ışık hızının yüksekliği nedeniyle, ortaya çıkan yanılgı yok sayılabilecek kadar azdır; ama çok uzaktaki cisimler için durum farklıdır

Yerel zaman ölçümüzü irdeleme yollarından biri, kendi saatimizi kullanarak, uzaktaki bir nesneye ışık sinyalleri göndermek ye yansıyan sinyalleri geri almaktır Buna «radar yöntemi
Saatlerin eşzamanlanması, uzak bir saate gönderilen ve ondan geri yansıyan ışık sinyaliyle yapılır Uzaktaki saat bizim sinyalimizi aldığında, ışığın gidip dönme süresinin tam ortasında bulunuyorsa, bizim saatimizle eşzamanlanabilir Sözgelimi, sinyal gönderdiğimiz anda saatimiz 01,00'i, sinyal geri döndüğünde de 03,00'ü gösteriyorsa ve uzaktaki- saat, sinyal bize döndüğü anda 02,00'yi gösterirse, söz konusu saat bizim saatimize göre eşzamanlanmış demektir

«Einstein uylaşımı

Uzaklığın birimi,ışık saniyesi, ışık saati, vb cinsinden olabileceği gibi, kolayca öteki birimlere de dönüştürülebilir Burada kullanılan örnekte, uzunluk birimi,, bir ışık saatidir Bir ışık saati, î 130 000 000 km'dir (bu, güneş sisteminde Jüpiter ile Satürn arasındaki bir noktanın Dünya'ya olan uzaklığına eşdeğerdir)

Uzaklık ve zaman ölçülerindeki bu kuralları görecelik ilkesiyle (düzgün hareket eden bütün gözlemciler için, fizik yasaları aynı olmalıdır) birleştiren Einstein, bir gözlemciye göre eşzamanlanan saatlerin, düzgün hızla giden başka bir gözlemciye göre eşzamanlı olmadığını gösterdi: Eşzamanlama, mutlak değil, görecedir Hareket eden gözlemcinin ölçtüğü zamanın, duran gözlemcinin ölçtüğünden farklı hızla geçmesi gerekir
Kendi saati bulunan bir gözlemci (O) düşünelim Bu gözlemci, başka bir gözlemci (A) ile aynı noktadayken, kendi saatini sıfıra ayarlasın (saatini A' nın saati ile eşzamanlamak için) A, kendi saati eş-zamanlamayı 1 saniye geçtiğinde, bir ışık sinyali göndersin Bu sinyal, O'ya, O'nun saati 2 saniyeyi gösterdiği anda ulaşsın ve yeniden A'ya yansıyıp, O'ya geri dönsün Bu durum en iyi, uzaklığın zamanla değişmesini gösteren uzay-zaman çiziminde anlaşılabilir

Görecelik ilkesi, A'ya geri dönen sinyalin varış zamanını bulmak için kullanılabilir O ile A arasında zaman birliği vardır; bir saniye sonra A bir sinyal göndermiştir; O da bu sinyali, kendi saati 2 saniyeyi gösterdiğinde almıştır, eşzamanlılık gene sürmektedir O ile A arasında geçerli olan bu ilişki, ters yönde de doğru olarak işlemelidir: A ve O'nun bir arada bulundukları andan bir saniye sonra, O bir sinyal gönderirse, bu sinyal A'ya,, O'nun saati 2 saniyeyi gösterdiği zaman ulaşacaktır Gene, O'nun saati 2 saniyeyi gösterdiğinde, bundan çıkacak sinyal A'ya ulaştığı zaman, A, 4 saniyeyi gösterecektir Einstein kuralına göre A, O'ya varan sinyalin gidiş dönüş yolunun tam ortasında bulunduğunu ya da kendi saa
tine göre 2,5 saniyelik uzaklıkta olduğunu söyleyecektir Bu, A ile eşzamanlanan saatten sinyalin geri yansıyacağı ândır Ancak, O'nun saati 2 saniyeyi göstermektedir; dolayısıyle, yansıma anma göre O ve A farklı zamanlardadır O'nun zamanı, A'mn zamanının beşte dördü kadardır Aynı sinyali kullanarak, O'nun A'ya göre, görece hızını hesaplayabiliriz, A'ya göre ışığın gidip dönme süresi toplam 3 saniye olduğundan, sinyal O'ya varmak için 1 1/2 ışık saniyelik (ya da 1 1/2 c'lik) yol almıştır ve oraya ulaştığı anda A' daki saat 2 1/2 saniyeyi göstermektedir Bu yüzden 0,1 1\ 2 c'lik bir yolu 2 1/2 saniyede almıştır ve dolayısıyle hızı,

yani ışık hızının 3/5'i olacaktır

İlk bakışta O'nun zamanının, A'mn zamanından daha yavaş olması garip görünmektedir; çünkü görecelik ilkesine göre, A ile O arasında geçerli olan şey, O ile A arasında da geçerli olmalıdır Gerçekten de öyledir, çünkü A'mn saati 4 saniyeyi gösterdiğinde O'ya ulaşan sinyal, O'nun saati 8 saniyeyi gösterdiğinde geri döner (iki çarpan gene aynı kalmıştır) Dolayısıyle O, sinyalin A'ya varış zamanını hesaplarken, kendi saatine göre sinyalin gidiş dönüş zamanının orta noktasını (5 saniyeyi) alır; oysa o sırada A' nın saati, 4 saniyeyi ya da O'nun zamanının 4/5'ini göstermektedir Her iki gözlemci için de, hareketli gözlemcinin saati, kendi tarafından öngörülen zamana göre yavaş gitmektedir Çoğu kez bunun bir çelişki olduğu ileri sürülür: O'nun A 'ya göre yavaş, A'mn da O'ya göre yavaş kalması nasıl olur? Karşılaştırılan O ile A'mn saatleri olmadığından, ortada herhangi bir çelişki yoktur Burada yapılan, birinci durumda O'nun saatini A'mn zamanıyla ya da eşza-manlanmış saatlerle, ikinci durumda da A 'nın saatini O'nun zamanıyla ya da eşzamanlanmış saatlerle karşılaştırmaktır Görecelik kuramına göre, A ve O arasındaki ilişki bakışımlı (simetrik) olmalıdır ve gerçekten de Öyledir
Yukarıdaki örnekte 3/5 c'lik bir hız hesaplanmıştır, ama herhangi bir v hızı için de sonuç çıkarılabilir Birer saniye aralıkla gönderilen sinyaller, öteki gözlemci tarafından aşağıdaki bağıntıdan bulunacak aralıklarla algılanır;

Kanıtlar


Günümüzde hareket halindeki saatlerin daha yavaş ilerlediğini; bir başka deyişle, uzamanın genleşmesini kanıtlayan sağlıklı kanıtlar vardır Bunlara en yalın örnek mü (u) mezonlardır Bunlar, uzaydan gelen kozmik ışınların, atmosferdeki atomlara yaklaşık 10 km yükseklikte çarpması sonucu oluşan taneciklerdir Mü mezonlar laboratu-var deneylerinden tanınmaktadır: Çok kararsızdırlar; saniyenin iki milyonda biri gibi kısa bir sürede, başka taneciklere ayrışırlar


Bu yüzden, ışık hızıyla hareket etseler bile, bu süre içinde ancak yarım kilometre kadar bir yol alabilirler Bununla birlikte, mü mezonlar yeryüzünde görülmektedir; çünkü, ışık hızına yakın bir hızla yol aldıklarında, yaşlanmaları azalmaktadır (yani ömürleri uzamaktadır) Hızları 3/5 c düzeyinde olursa, ömürleri % 20 artar; hızları ışık hızının % 99,9'una yaklaşırsa, normal ömürleri (bozunma süresi) 20 kez artar ve yeryüzüne kadar ulaşmaları için yeterli süreyi bulurlar

__________________

Lorentz dönüşümleri:

Özel göreceliğin asıl sonucu, «Lorentz dönüşümleri

«Lorentz dönüşümleri

Önemli bir başka sonuç da, hızların toplanmasıyla ilgilidir Hem Poincare, hem de Einstein, hızların toplanmasına ilişkin yasalarda bazı değişikliklerin gerekli olduğunu görmüşlerdir Işık hızından daha küçük hızlarda hızların toplanması söz konusu olursa, bileşke hızın değeri, hiç bir zaman ışık hızının değerini geçmemelidir Bu açıklamayı daha da aydınlatmak için, deneyimizde A ve O gözlemcilerinden başka, ters yönde 3/5 c hızıyla hareket eden bir Q gözlemcisinin de var olduğunu düşünelim Yalın toplama yöntemini uygularsak, Q'nun O'ya göre 6/5 c'lik bir hızla hareket etmesi gerekir Gerçekteyse durum farklıdır, çünkü, c hızıyla yol alan ışık sinyali, O'dan 4'ya ulaşabilmektedir Aynı sinyal' 4'dan da Q'ya geçebilecek, dolayısıyle O ve Q haberleşme olanağı bulabileceklerdir Oysa birbirine göre uzaklaşma hızları 6/5 c olsaydı, ışık hızının buna yetişmemesi gerektiğinden O ve Q haberleşemezdi O'nun Q'ya göre görece hızını hesaplamak için, O'nun saati l'i gösterdiğinde, bundan çıkan bir sinyali ele alalım: Bu sinyal A 'ya saat 2'de, Q'ya da saat 4'te varacaktır (Q saatine göre) Geriye dönüşte ise 4'ya saat 8'de, O'ya da saat 16'da (O saatine göre), gelecektir Bu durumda O, Q' dan yansıma zamanını ve uzaklığını şu bağıntıyla hesaplayabilir:

Q'nun O'ya göre görece hızı ise, uzaklığın zamana bölünmesiyle bulunacağından, sonuç 15/17 c çıkar

Genelde, A'mn O'ya göre görece hızı v, Q'nun A'ya göre görece hızı da V ise, Q'nun O'ya göre görece hızı,

eşitliğiyle verilir Bu bağıntı, birbirlerinden habersiz olarak, hem Poincare, hem de Einstein tarafından bulunmuştur
Hızlar, Newton fiziğinde olduğu gibi kolayca toplanamadıklarından, bu kuramın da düzeltilmesi gerekir; çünkü, bir cisme sürekli -olarak kuvvet uygulanması, kütlenin ışık hızından, daha hızlı hareket etmesini sağlamaz Newton kuramında kuvvet etki-yince değişen, cismin mömentumudur (kütlesi ile hızının çarpımı) ve eğer hız, ışık hızını aşmıyorsa, kütle, hıza bağlı olarak değişmek zorundadır (hız, ışık hızına yaklaştıkça kütle büyür) Örnek olarak, hedefe atılan bir mermi ve bu merminin hedef içine ne kadar saplandığı ele alınabilir Merminin saplanma miktarı, ateş eden gözlemci ile atış doğrultusuna dik yönde ve büyük bir hızla hareket eden başka bir gözlemci için aynı değerdedir Buna karşılık, hareket halindeki gözlemcinin ölçtüğü mermi hızı, ateş edeninkiyle aynı değildir Çünkü, hareket eden gözlemcinin saati yavaş gitmektedir Bu gözlemcinin ölçtüğü hız, yi — v2/c2 kez daha azdır Ne var ki, saplanma miktarı momentuma, yani «kütle x hız

Newton fiziğine getirilen başka bir düzeltme de, kütle ve enerjinin ayrı nicelikler olmadığıdır Bunlar^ temelde aynıdır ve aralarındaki bağıntı E = mc2 formülüyle tanımlanmaktadır E enerjisi, ışık hızının karesi ile kütlenin (hız ile değişmektedir) çarpımına eşittir
Güneş ve yıldızlarda kütle, enerjiye dönüştürülmektedir: Güneş'in parlaklığını sürdürmesi için saniyede 44 milyon' kilogram kütle, enerjiye dönüşmektedir Genellikle tepkime yetersiz olduğundan, yalnızca küçük bir miktar kütle enerjiye dönüştürülebilir; ama elektron, pozitron gibi temel taneciklerin çarpışması sonucu dönüşüm, % 100 verimle gerçekleşir (Bk KÜTLE-ENERJİ EŞDEĞERLİĞİ)

Görecelik kuramının en ilginç sonuçlarından biri, uzayın derinliklerinde gizlidir Bazı bilim adamları, dev gökada (galaksi) merkezlerinde gözlenen parlaklık bozukluklarına (şekildeki M82 gökadasında olduğu gibi), kara deliklerin neden olduğuna inanmaktadır

Genel görecelik:

«Genel görecelik kuramı


Işık ışınlan gerçekte bir doğru boyunca yayılmaz:
Çekim alanları nedeniyle bükülür Yıldızlardan ya da elektromagnetik kaynaklardan çıkan ışınların yayılma doğrultusunda bükülmesi, günümüzde ölçülmüş ve hem Einstein kuramının doğruluğu, hem de Newton kuramındaki yanlış kanıtlanmıştır Çekim alanı içinde saatlerin yavaşlaması da sınanmış ve genel göreceklikte öngörülen sonuçla iyi bir uyum sağladığı gözlenmiştir Bunu kanıtlamanın bir yolu da bir rokete yerleştirilen saati uzaya fırlatıp, dünya üstündeki benzer bir saatle sürekli karşılaştırmaktır Genel görecelik kuramında ayrıca, güneş sistemirideki gezegenlerin hareketinde, özellikle en yakın gezegen Merkür'de, küçük değişmeler olacağı öngörülmüştür Gözlemler bu düşüncenin de doğru olduğunu ortaya çıkarmıştır

Genel göreceliğin ortaya koyduğu en çarpıcı düşüncelerden biri de, bazı yıldızların giderek küçüleceği ve bu durumda oluşturacakları çekim alanından, ışığın bile kaçıp kurtulamayacağı savıdır Gelecekte bu Küçük yıldızlar (kara delikler), çekim alanlarının yarattığı etkiyle tanınabileceklerdir Günümüzde uzayda bu tür görünmeyen pek çok nesnenin var olduğu bilinmektedir

__________________

EİNSTEİN VE GÖRECELİK ÜZERİNE NOTLAR

1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde beş tane bilimsel bildiri yayınlandıBunlardan bir tanesi, Max Planck tarafından ifade edilen kuvantum kuramının yardımıyla fotoelektrik etkiyi inceliyorduBu bildiri ile ışığın doğası açıklanıyordu ve yazarına 1921 yılında Nobel Fizik Ödülü kazandıracaktıİkinci bildiride Brown hareketi olarak bilinen asıltı durumundaki küçük parçacıkların davranışı anlatılıyorduBöylece atomların var olduğunu hala kabul etmeyen kişilerin son çırpınışlarını bitiriyorduÜçüncü bildiri ise özel bir görelilik kuramını ana hatları ile açıklıyorduBöylece bilim tarihinde yepyeni bir görüşün kapısı aralanıyordu
Bu bildirileri Albert Einstein kaleme almıştıO sıralar hiçbir üniversite ile bağlantısı yoktuDeney yapmak için herhangi bir laboratuvarda çalışma olanağı olmadığı gibi büyükçe bir kütüphaneye bile gidememiştiİsviçre’nin Bern kentinde bulunan ulusal patent bürosunda üçüncü sınıf teknik uzman olarak çalışan dar gelirli bir kişiydiHenüz 26 yaşındaydı
*

Aslında parasal sıkıntı,1879 yılında Almanya’nın güneyindeki Ulm’da doğduğu yılda zaten mevcuttuAynı sıkıntı Münih’te de sürdüBabasının iş konusundaki ekonomik darlığı bir türlü sona ermiyorduBütün bu yılların olumsuz koşulları Albert’i de etkiliyorduÜstelik 3 yaşına kadar konuşmayı öğrenememiştiOnun her türlü davranışını gözleyen birisi,bu durumda olan bir çocuğun ileride bilim dünyasını sarsacak olacağını düşünemezdi bile İçedönük ve oyundan hoşlanmıyan bir karakteri vardıAnnesinin isteği üzerine 6 yaşındayken keman dersleri aldıBu dersler sayesinde edindiği klasik müzik kültürü yaşamı boyunca dinlenme zamanlarında kendisine yararlı olmuşturDaha o yaşlarda amcalarının etkisiyle bilim ve matematikle ilgilenmeye başlamıştı Yaşantısının ileriki dönemlerinde kaleme aldığı anılarında,daha 4-5 yaşlarında iken eline geçen bir pusula iğnesinin hep aynı yöne dönme olayını merak ettiğini yazmıştıGene bu anılarında 12 yaşına geldiğinde tanıştığı Eukledies geometrisi ve Pythagoras teoreminin kendisinde temel düşünceler uyandırdığını belirtmiştiBunlar,alışılmadık olayların açıklanmasına yönelik bir eğilimi olduğunu göstermektedirHerşeyde,görünürdeki karmaşıklığın altında mantıksal bir çözümün yattığını o zamanlar anlamış olmalıydı
*

Münih’te bir katolik okulunda ilk öğrenimini tamamladıOkulun tek yahudi öğrencisiydiAslında katı disiplin ve skolastik eğitim sistemine uyum sağlayamamıştıOkuduğu popüler bilim kitapları ile zorunlu din derslerinin öğretileri arasında çelişki olduğunu görüyorduDaha gençliğinin ilk aşamasında dogmatik düşünceye ve otoriter zorlamaya karşı kuşkucu bir tutum benimsemeye başlamıştıİlköğretimden sonra liseye yazıldıAncak 1894 yılında babasının işlettiği elektrik atölyesi iflas ettiAile Milano’ya göç ettiBu durumda Einstein liseyi terk etmek zorunda kaldıZaten bu okulu da kesinlikle hiç benimseyememişti

Einstein,kör-topal süren eğitimine devam etmek için İsviçre’ye gittiAma almış olduğu öğrenim çok zayıf olduğu için ilk üniversite giriş sınavı başarısız olduO yıllarda askerlik her Alman vatandaşı için mecburi bir hizmettiHem kişisel yapısı hem de eğitime olan isteği nedeniyle 1896 yılında Alman vatandaşlığından çıktı
Üniversiteye girişini sağlayacak bilgi seviyesine ulaşması gerekiyorduDiğer taraftan geçinmesini sağlayacak bir mesleğe de ihtiyacı vardıKısa bir araştırma sonucunda liselere fen öğretmeni yetiştiren Zürih Politeknik Enstitüsü’nü bulduBurasının 4 yıl eğitim veren bölümüne girdiBu süre içinde parlak bir öğrenci görünümü vermedi
*

Einstein,1900 yılında Zürih Politeknik Enstitüsü’nden mezun olduHem burada öğrendikleri hem de bulabildiği dergi ve kitaplardan edindiği bilgilerle bilim dünyasını takip etmeye çalışıyorduBir taraftan da kendi düşüncelerini yazıyorduBu yazıların bir kısmını mezun oluşundan birkaç ay sonra Annalen der Physic dergisine yollamaya başladıİlk bildirisinin bile konusu ilginçti,içme kamışlarındaki akışkanların fiziği üzerine düşüncelerini açıklıyordu1902 ile 1904 yılları arasında istatistiksel mekanik alanında düşünceler geliştirdi ve bunları bildirilerine yansıttıİçinde bulunduğu maddi şartlar bilim dünyasını takip etmede yeterli olmadığı için yazdığı yazıların ve düşündüğü fikirlerin dünyadaki gelişmelerini bilemezdiO da tıpkı Max Planck’ın entropi konusundaki doktora tezini 1891 yılında bitirdiğinde düştüğü durumda kaldı İstatistiksel mekanik konusu yıllar önce ABD’de Yale Üniversitesi’nden JWillard Gibbs tarafından incelenmiş ve yayınlanmıştı
*

Bu arada okul arkadaşlarından biri olan Macar vatandaşı Mileva Maric ile flört ediyordu1901 yılında bir kız çocukları olduÇocuk evlilik dışı olduğu için onu evlatlık olarak verdilerGerçi iki sene sonra evlenmişlerdi,ama Einstein çocuğunu hiç göremediİsviçre patent bürosundaki işine 1902 yılında girdi ve orada 7 yıl çalıştı 1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde yer alan bildirilerini kaleme alırken bu durumdaydıBilim dünyasının fizikçileri patent bürosunda çalışan bu genç adamın söylediklerine pek önem vermedilerBildirileri çok az ilgi çektiEvrenin en derin sırlarından birkaç tanesini çözmüş olmasına rağmen,öğretim üyeliği için başvurduğu üniversite kendisini kabul etmediÖğretmenlik için başvurduğu lise bile teklifini reddettiBunun üzerine üçüncü sınıf uzman olarak patent bürosundaki işine devam etti

Nihayet,1908 yılında molekül boyutlarının hesaplanmasına ilişkin çalışması sonucunda Zürih Üniversitesi’nden doktor ünvanı aldıBöylece öğretim üyeliği görev dönemi başlamış oldu1909 yılında Zürih’te,1910 yılında Prag Alman Üniversitesi’nde,1912 yılında yine Zürih’te dersler verdi1913 yılında Berlin’e yerleşti Bilimsel başarıları Almanya’da devam ediyorduPrusya Bilimler Akademisi’nin üyeliğine seçildi Berlin Üniversitesi’ne profesör olarak atandı Kaiser Wilhelm Enstitüsü’nün fizik bölümü yöneticiliğini de üstlenmişti
*

1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde ‘Durağan Bir Sıvı İçindeki Asıltı Parçacıklarının Moleküler Kinetik Kuramı Çerçevesindeki Hareketleri Üzerine’ başlıklı makalesi,Brown hareketi üzerineydi1827 yılında İskoçyalı bilim adamı Robert Brown,su içinde asılı haldeki çiçektozlarını mikroskopla incelemiş ve sıvının durgun olmasına karşın çiçektozlarının sürekli ve rastgele hareket ettiğini gözlemişti1879 yılında İngiliz kimyacı Sir William Ramsay,bu hareketlerin,sıvı moleküllerinin bombardımanından kaynaklandığını öne sürmüştü Einstein,istatistiksel yöntemle gerçekleştirdiği çalışmalarının sonucunda, Brown hareketli bir parçacığın katedeceği uzaklığın,bu aradaki zamanın karekökü ile ters orantılı olduğunu belirlediBöylece birim hacimdeki sıvı molekül sayısının hesaplanabileceğini göstermiş oldu

Aynı yıl aynı dergide yayımladığı kuvantum fiziği alanındaki ilk önemli çalışması ise,fotoelektrik etkiyi incelediği ve ‘Işığın Oluşumu ve Dönüşümü Üzerine Bir Görüş’ başlıklı makalesiydiAlman fizikçi Max Planck,kara cisim üzerinde çalışmış ve enerjinin süreksiz olduğu varsayımını ileri sürmüştüOna göre atomlar arasındaki enerji alış verişi,ışımanın frekansıyla doğru orantılı olarak ve kuvantum adını verdiği enerji paketleri biçiminde gerçekleşiyordu Einstein,ışığın dalga ve parçacık özelliğindeki ikili yapısını vurguladı,bu kesikli enerji alış verişinin,ışığın maddeyle etkileşime girdiği her durumda geçerli olduğunu savundu Fotoelektrik olayında,üzerine ışık düşen bazı cisimlerin elektron salması olgusunu da,daha sonraları foton olarak adlandırılan bu ışık enerjisi kuvantumlarıyla açıkladı
Gene aynı yıl aynı dergide yayımladığı özel görelilik kuramına ilişkin ‘Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği’ adlı makalesi,elektromagnetik olguları açıklayan Maxwell yasalarına yeni bir bakış açısı getiriyordu
*

19 yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik bir dalga özelliği taşıdığı ve uzaydaki hızının da saniyede yaklaşık 300000 kmolduğu görüşü ağırlık kazanmıştıBu dalgaların boşlukta ilerleyebilmesini sağlayan ve madde dışındaki tüm boşluğu dolduran esir veya eter adlı ağırlıksız,esnek bir ortamın var olduğu kabul ediliyorduAma esirin varlığını kanıtlamak için yapılan tüm deneyler olumsuz sonuç veriyordu Einstein,iki nokta arasında yol alan ışığın hızının nasıl belirleneceği sorunundan yola çıktıBu amaçla iki temel ilke geliştirdiBunlardan birincisine göre,mekanik denklemlerinin geçerli olduğu her başvuru sisteminde,elektrodinamik ve optik için de aynı yasalar geçerliydiÖteki ilke ise,ışığın,kendisini yayan cismin hareketinden bağımsız olarak, boşlukta her zaman aynı hızla yol aldığı biçimindeydiBöylece,birbirine göre hareket halinde olan iki gözlemcinin hızları sabitse,iki ayrı yerde gerçekleşen iki olay arasında geçen süreyi aynı biçimde değerlendirmek mümkün değildirGözlemcilerden biri,bu iki olayı aynı anda,yani eşzamanlı olarak gördüğünde,ötekinin olayları belirli bir zaman aralığıyla gözlemesi gerekirEşzamanların göreliliği denilen bu olgunun nedeni,olayların gerçekleştiğine ilişkin en hızlı belirti olan ışığın hızının,her iki gözlemci için de aynı ve sonlu olmasıydı
Einstein’ın ‘Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği’ adlı makalesi,içeriği ile olduğu kadar sunum tarzıyla da gelmiş geçmiş en olağanüstü bilimsel bildirilerden biri kabul edilirDipnot ya da alıntı yokturHemen hemen hiç matematik içermezOrtaya koyduğu sonuçlara sadece düşünerek varmıştı
*

Görelilik asıl olarak,uzay ve zamanın mutlak olmadığını söyler,hem gözlemciye hem de gözlemlenen olguya göre değişirKişi ne kadar hızlı hareket ederse etsin,bu etkiler o kadar belirgin olurHareketimiz hiçbir zaman ışık hızına ulaşamazNe kadar hızlı gidersek,dışarıdan bakan bir gözlemciye göre, giderek o kadar distorsiyona uğrarız,yani onun gözüyle bozulmuş,değişmiş,çarpılmış veya biçim değiştirmiş gibi oluruzBilimi halka sevdirmek isteyen kişiler böyle fikir ve kavramları anlaşılır kılmak için birtakım yöntemler aradılarBertrand Russel,’Rölativitenin Alfabesi’ adlı kitabında bir benzetmeye yer vermişti Okuyucudan,ışık hızının %60’ına denk hızla yol alan,100 m uzunluğunda bir tren düşünmesini istiyorduPeronda durup trenin geçişini izleyen birine,tren sadece 80 m uzunluğundaymış gibi görünürAyrıca trendeki herşey aynı oranda kısalıp sıkışmış gibi olurduYolcuların konuşmalarını işitmesi mümkün olsaydı,sesler kulağına kalın ve çok yavaş çalınan bir plak gibi ağır gelirdi

Trendeki yolcuların hareketleri de ağır gözükürdü,hatta saatler bile normal hızlarının beşte dördü hızla işler gibi olurdu
Ama trendeki yolcular bu distorsiyonları hiç hissetmezdiOnlara göre trendeki her şey çok normal gözükürdüİşin ilginç yanı sıkıştırılmış ve yavaşlamış görünen olay,peron ve peronda duran kişi olurduŞu halde her şey,hareket eden cisme göre hangi konumda bulunduğumuzla ilgilidirBu tip etkiler her hareket eden insan için geçerlidirUçakla uzun mesafe yolculuk yapan birisi uçaktan indiğinde,geride bıraktığı insanlardan saniyenin çok ufak bir kısmı kadar genç kalmış olurBütün mesele,bu değişimlerin bize göre çok küçük olmasıdırGörelilik kavramlarının yadırganması,normal yaşantımızda bu tür etkileşimler yaşamıyor olmamızdandırAma bize hiç yabancı gelmeyen görelilikler de vardırBir parkta iken hemen yanıbaşınızda yüksek sesle çalınan bir müzik duyduğunuzu düşününOradan uzaklaştığınızda müzik sesinin kısılmış gibi geldiğini duyarsınızElbette ses kısılmış değildirAsıl neden,müziğin kaynağına göre sizin yerinizi değiştirmiş olmanızdırÇok yüksek sesle çalınan müzik sesinin iki farklı gözlemci tarafından iki farklı yükseklikte algılanabileceği fikri,çok küçük olan bir canlı veya kaplumbağaya anlamsız gelir
*

1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde Einstein’in ‘Bir Cismin Eylemsizliği Enerji İçeriğine Bağlı mıdır?’ başlıklı makalesi,özel görelilik kuramına düştüğü matematiksel bir dip not özelliği taşıyorduBu yazısında,bir cismin kütlesi ile enerjisinin eşdeğerli olduğunu ve bu enerjinin,cismin kütlesi ile ışık hızının karesinin çarpımına eşit olduğunu belirtiyorduBuna göre,bir cismin hızı arttıkça kütlesinin artmasının nedeni,o cismin kazandığı kinetik enerjiydiHer enerjinin bir kütlesi vardırKütle ya da madde,bir enerji biçimidir
Enerji,serbest bırakılmış maddedirMadde ise meydana çıkmayı bekleyen enerjidir E=mc2 formulündeki ’c’nin karesi,yani ışık hızının kendisiyle çarpımı, son derece muazzam bir sayı içerdiği için,bu denklem bize,her maddi varlıkta çok büyük miktarda enerji bulunduğunu söylerÖyle ki orta boylu yetişkin bir insan bedeni içinde barınan enerji,7x10 üzeri 18 jul potansiyel enerjiden az değildirBöyle bir enerji 30 tane çok büyük hidrojen bombası kadardır Madde içinde depolanmış olan enerji için en büyük sorun,bu enerjiyi açığa çıkarmakta henüz tam anlamıyla bilgi sahibi olmayışımızdırBu güne dek üretilen en enerjik olay olan uranyum bombası,maddenin serbest bırakabileceği tüm enerjinin sadece %1’i kadardır

Einstein’in kuramı radyasyonun nasıl işlediğine de açıklama getirdiBirazcık uranyum,durmadan yüksek düzeyde enerji akımları gönderiyor ve bunu yaparken bir buz parçası gibi erimiyorduBunun nedeni, E=mc2 sayesinde kütlesini enerjiye çevirmesidirBöylece yıldızların yakıtlarını tüketmeden milyarlarca yıl yandıkları da açıklanmış oluyordu
*

O yıllarda Avrupa ulusları arasındaki ilişkiler son derecede gergindiBirinci dünya Savaşı patladığında eşi ve 2 oğlu İsviçre’de idilerAma Berlin’e dönemedilerSavaş yıllarının getirdiği zorunlu ayrılık boşanmayla sonuçlandı Einstein,savaşa karşı pasifist bir tutum takınmış ve militarizmi eleştirmeye başlamıştıAncak bu hümanist ve barışçı tutumu hem akademik çevrelerde hem de kamuoyunda tepkiyle karşılanıyordu1916 yılında yayınladığı genel görelilik kuramı bilim dünyasını yeniden sarstıÜstelik kuramının öngördüğü deneysel kanıtlar da elde ediliyorduNitekim savaş bitince 1919 yılının Mayıs ayında olan Güneş tutulmasında bu kanıtlardan biri doğrulandıBüyük kütlelerin yakınından geçen ışık ışınlarının kütleçekimi alanının etkisiyle eğileceğini söylemiştiBu nedenle uzak bir yıldız ışığının Güneş’in kenarından geçerken yapacağı sapmanın hesapları çok az hata ile doğru çıkmıştı
*

Einstein,çalışmalarının asıl ağırlığını,görelilik kuramını daha genel bir çerçeveye yerleştirme çabası üzerinde yoğunlaştırmıştırBunun için gözlemcilerin birbirlerine göre sabit değil,değişen hızlarda,yani ivmeli olarak hareket ettikleri durumda ortaya çıkan olayları araştırmaya girişmiştiÖzel kuramda eksik kalan şeylerden birinin kütleçekimi olduğunun başından beri farkındaydıEsas olarak hiç engellenmeden hareket eden maddeleri ele almıştıAma hareketli bir şey,örneğin ışık, kütleçekimi gibi bir engelle karşılaştığında neler olurdu?Elde ettiği kuramsal bulguları 1916 yılında ‘Genel Görelilik Kuramının Temelleri’ başlığı ile yayınladıBu kurama göre,uzaydaki herhangi bir noktada,kütleçekimi ile hızlanma hareketinin etkileri eşdeğerdir ve birbirinden ayırt edilemezBu görüş,kütleçekiminin bir kuvvet değil,uzay-zaman sürecinde bir kütlenin etkisiyle oluşan eğrilmiş bir alan olduğunu öngörürBu nedenle ,büyük kütlelerin yakınından geçen kuvantumlu ışık ışınlarının doğrultusunda bir sapma oluşur
Genel Görelilik Kuramı,yalnız Newton fiziğinden değil,Eukleidesçi geometriden de kopuşu simgeliyorduArtık eğri bir uzay-zaman tanımı ortaya çıkmıştı
Einstein’in yeni denklemleri ile Merkür’ün günberi noktasında ortaya çıkan düzensizlikleri açıklanabilecekti

Einstein, genel görelilik kuramını evrenin bütününe uygulayarak sonlu ve sınırsız bir evren modeli kurmuştuDenklemlerine kozmolojik sabit diye bir unsur koyduAma Hubble’nin genişleyen evren modeli,onun durağan modelini geçersiz kıldı
*

Uzay-zaman için yapılan açıklama bir benzetme ile yapılırÜzerine demir bir top konulmuş gerili bir lastik çarşaf düşünelimDemir topun ağırlığı,üstünde durduğu maddeyi esnetir ve hafifçe çökertip çukurlaştırırBu durum,demir topun yerine düşüneceğimiz Güneş gibi büyük kütleli cismin,esnek çarşaf yerine düşüneceğimiz uzay-zaman üzerindeki etkisine benzer Güneş, uzay-zamanı esnetir veya bükerLastik çarşafın üzerine daha küçük bir top yuvarlarsak,bu top,Newton’un hareket yasalarına uygun olarak düz bir çizgi boyunca ilerlemeye çalışırAma büyük kütleli cismin çöküp çukurlaştırdığı bölgeye yaklaşınca,kendisinden daha kütleli olan cisme doğru çekilip aşağıya yuvarlanırBu olay,kütleçekimdirAma,fizikçi MKaku’nun dediği gibi, kütleçekim diye bir şey yokturGezegenleri ve yıldızları hareket ettiren etken,uzayın ve zamanın distorsiyona uğramasıdır
*

Vardığı sonuçlara düşünerek ulaşan Einstein,herkes tarafından merak edilen bir kişiydiBir gün şair Paul Valery,fikirlerini kaydetmek için bir defter tutup tutmadığını sorunca biraz şaşırmış’Hiç lüzum yok ki’ diye cevap vermiş’Aklıma nadiren bir fikir gelir’
Göreliliğin anlaşılması çok zor bir konu olduğu her zaman ileri sürülmüştürBu konuyu anlayabilen insan sayısının çok az olduğu kanısı çok yaygındı Gazetecinin biri,İngiliz astronom Sir Arthur Eddington’a şöyle bir soru sormuş:
--‘Dünyada Einstein’ın görelilik kuramlarını anlayabilen 3 kişi varmışBu 3 kişiden birisi siz oluyormuşunuzBu doğru mu?’
Sir Arthur Eddington uzun uzun düşünmüşSonra yanıtını söylemiş:
--‘Üçüncü kişinin kim olduğunu bulmaya çalışıyorum’
*

1919 yılında akrabalarından birisi ile evlendiAlmanya’da güçlenmekte olan ırkçılığa karşı mücadelesini sürdürürken,dünyanın her yerinden konferans davetleri alıyordu1921 yılında,fotoelektrik etki ve kuramsal fizik alanındaki çalışmaları nedeniyle Nobel Fizik Ödülü aldığını öğrendiAncak ödülün gerekçesinde görecelik kuramı ile ilgili çabaları yer almamıştıBundan sonraki çalışmalarını elektromagnetizma ile kütleçekimi arasındaki ilişkiler üzerinde yoğunlaştırdıBirleşik alan kuramına ait bu çabaları sonuç vermeyecektirIrkçılığa ve savaşa karşı olan mücadelesini uluslar arası toplantılarda sürdürürken 1930 yılında ABD’de konuk profesör olarak bir yıl ders verdi1932 yılında tekrar ABD’ye gitti,ertesi yıl Hitler iktidara gelince Almanya’ya dönmediAynı yıl,New Jersey’deki Princeton Üniversitesi’nde kurulan Yüksek Araştırma Enstitüsü’nde görev aldı ve ölümüne kadar burada çalıştı

1939 yılında Alman araştırıcılarının uranyum atomunu parçalamayı başardıklarını öğrenince,başkan Roosevelt’e bir uyarı mektubu yazdı ve atom bombası yapım çalışmalarına katılmadı1945 yılında Japonya’ya atılan atom bombasından sonra bu yeni silahın kullanılmasını önlemek için tüm gücüyle mücadele ettiSon günlerine kadar bilimsel çalışmalarını ve uluslar arası barış eylemlerini sürdürdü1955 yılında öldü
KAYNAKLAR:
A Short History of Nearly Everything
AnaBritannica

Aynı an Dünyanın herhangi bir yerinde bulunan bir kişi ile eşzamanlı olarak aynı hareketi yapmak istiyorumÖrneğin ben İstanbul’da elimi kaldırdığım anda Sidney’de bulunan başka birisinin de elini kaldırmasını istiyorum,yani aynı anda ikimiz de aynı hareketi yapacağızHer ikimizin önünde birer kamera ve monitör olursa bu eylemi yapmak mümkündürElbette görüntü iletiminde teknik bir engel olmamasını varsayıyorum
*
Bir operatör İstanbul’da iken diyelim ki Londra’da yapılan bir ameliyatı izleyebilir ve gerektiği anda uyarıda bulunabilirGünümüzün teknolojik olanakları ile üç boyutlu görüntü iletimi de eli kulağında sayılırBu yöntemle belki de bir futbol maçının belli bir merkezden yönetilmesi bile söz konusu olabilir
*
Bütün bunlar ışığın hızı ile ilgili olaylardırÖyle ki Ay’da bulunan birisi ile aynı hareketi aynı anda yapabilirizZira ışığın bir saniye içinde katettiği mesafe, Ay ile Yerküre arasında aynı olayın aynı anda izlenmesini mümkün kılar
Şimdi iki gözlemci arasındaki uzaklığı 5 ışık saniyesi kadar arttıralımBen dünyada iken başka bir gözlemci Ay’ın bir hayli ötelerinde 5 ışık saniyesi uzaklıkta bir uyduda olsunAynı anda aynı hareketi yapmamızın bir yolu şu olabilir:Daha önce anlaşırızBen ona bir sinyal yollarımTam 5 saniye sonra elimi kaldırırımO da sinyal kendisine ulaştığı anda elini kaldırırBöylece aynı hareketi aynı anda yapmış oluruz
*
Ancak uzaklık arttıkça bir ameliyata müdahalede bulunmak veya bir futbol maçını yönetmek olanaksız hale gelirHele aradaki mesafe iyice artarsa aynı anda yapılan aynı hareket yapma olayı iyice zorlaşırGene de 10 ışık yılı (saniye,dakika,saat değil,yıl) ötedeki bir gezegene bir sinyal gönderirimTam 10 yıl sonra yapacağımız çok hassas hesaplarla her ikimiz de aynı anda elimizi kaldırabilirizAma aramızdaki uzaklık 100 ışık yılına ulaşınca bu olay artık olanaksızdırÖyle yaşimdi göndereceğim sinyal o gezegene vardığında benim kimbilir kaçıncı ölüm yıldönümüm olacak