Şengül Şirin
|
Cevap : Görecelik-Genel Görelilik Kuramı-Albert Einstein- Matematikçi Marcel Grossman
EİNSTEİN VE GÖRECELİK ÜZERİNE NOTLAR
1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde beş tane bilimsel bildiri yayınlandı Bunlardan 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
__________________
Arkadaşlar, efendiler ve ey millet, iyi biliniz ki, Türkiye Cumhuriyeti şeyhler, dervişler, müritler, meczuplar memleketi olamaz En doğru, en hakiki tarikat, medeniyet tarikatıdır
|