İzafiyet Teorisi

İzafiyet Teorisi Alm Relativitätstheorie (f), Fr Théorie (f) de la Relativité, İng Theory of Relativity Esas olarak zaman ve uzayla meşgul olan ve onlara daha genel bir bakışla, fiziksel olayları açıklayan bir teori Albert Einstein tarafından ortaya konan bu teori, Kuvantum teorisi gibi yirminci yüzyılda fizikte önemli bir değişiklik meydana getirmiştir


İzafiyet teorisi ile ilgili olarak İslam dünyasında ilk olarak araştırma yapan El-Kindidir (801-866) Ona göre zaman, mekan ve hareket birbirinden bağımsız değildirHepsi birbirine bağlı izafi şeylerdir El-Kindi şöyle der: "Zaman ancak hareketle, cisim hareketle, hareket cisimle vardır O halde asla cisim, hareket ve zamandan biri diğerinden önce değildir"


Batıda ise ilk zamanlar kabul edilen, dünyanın sabit ve kainatın merkezi oluşu fikri daha sonra terk edildiğinde neyin sabit olduğu sorusu ile karşılaşılmıştı Newton kendi ifade ettiği hareket kanunlarından, hareketsiz olmanın özel bir anlamı olmadığını ortaya koymuştur İzafiyet prensibine göre, tam hareketsiz olma diye bir şeyin herhangi bir anlamı yoktur ve düzgün hareketler hep birbirlerine göre izafi (bağlı bulunduğu şey ile değişen) olarak belirirler Uzayın derinliklerinde tasavvur edilen bir uzay aracındaki kimsenin herhangi bir hareket tesiri hissetmediğinden "hareketsiz" olduğunu iddia etmesi, onun yanından geçen motoru durdurulmuş ve düzgün bir hızla hareket eden uzay aracının sahibinin aynı iddiada bulunmasından farklı değildir Her ikisinin de "hareketsiz" olma iddiası doğru değildir


Özel izafiyet teorisi: 1905 yılında Einstein şimdi "Özel İzafiyet Teorisi" diye isimlendirilen teoriyi ortaya koydu Bu sanki birbirine zıt düşen iki kabule dayanmaktaydı: 1) İzafiyet prensibi olarak bilinen düzgün hareketin izafi olması; 2) Düzgün harekette ışığın hızı her doğrultuda aynı olması Bu her iki postülat Michelson-Morley tarafından yapılan ve diğer deneylerle de gözlenmiştir Buna göre ışık kaynağına yaklaşan veya ondan uzaklaşan için ışık hızları, her ne kadar kaynağa doğru koşan daha büyük bir ışık hızı beklerse de, aynıdır Buna göre ışığa yetişmek için hareket eden bir kimseden, ışık kendi sabit hızı ile kaçacaktır Sonuç olarak hiçbir cisim ışıktan hızlı hareket edemez


Bu kabullerden hareket eden Einstein, ilk önce iki olayın aynı zamanda meydana gelme kavramını ele almıştır Bunu açıklamak için uzayın derinliklerindeki bir uzay gemisinde tam ortada durup her iki uca aynı zamanda ulaşacak bir ışık gönderelim Uzay gemisi ile aynı yönde hareket eden bir başka uzay gemisinde bulunan kimse, bunun böyle olmadığını iddia edecektir Çünkü ona göre uzay aracının ön kısmına ışık daha çabuk erişecektir Bunun sonucunda farklı yerlerde aynı zamanda olma, mutlak değil tamamen gözlemciye göre izafidir Buna bağlı olarak mesafenin de izafi (bağıl= rölatif) bir büyüklük olduğu sonucuna varılır


Zaman ve uzaya giren izafiyet kavramı, bunlardan türetilen hız ve ivmeyi de değiştirecektir Buradan devamla kuvvet, enerji, iş ve kütle tariflerini de buna göre değiştirmek gerekir


İzafiyet teorisinin acaib görülen sonuçları vardır Bunlardan biri, hareket eden cisimlerde sathın yavaşlamasıdır Hareket eden cisimler, etmeyenlere daha ağır gelecektir Burada Ünlü E= mc2 formülü elde edilir ki, bu, enerjinin kütle ile ışık hızının karesinin çarpımına eşit olduğunu bildirir


Düşük hızlarda (20000 km/saat bir düşük hız sayılmaktadır) izafiyetin tesirleri fevkalade çok küçüktür Ancak, ışık hızına (300000 km/saniye) yakın hızlarda bu etkiler fevkalade büyüktür Einsteina göre düzgün hareketin uzay-zaman ölçümü, daha önce bağımsız olarak Lorentz tarafından çıkarılan bir dönüşümle ilgilidir Lorentz dönüşümünü, Einsteinın iki postülatından bağımsız olarak ortaya koymuştur Lorentz dönüşümünde, uzay ve zaman birbirine bağlanmıştır 1907de Einsteinın matematik hocası H Minkowski, Lorentz dönüşümünün matematik formuna sahib olduğunu göstermiştir Bu ise, Einsteinın teorisinin dört boyutlu "uzay-zaman" cinsinden ifade edilebileceğini açığa çıkarmıştır Gerçekte, zamanın dördüncü boyut olarak alınması oldukça eskidir Çünkü bir hareketin belirtilmesinde uzay koordinatları yanında zamanın da verilmesi gerekir Newtonun teorisine göre zaman bütün gözlemcilere göre mutlak bir büyüklüktür Bunun sonucu dört boyutlu kavramı bir üç boyutlu uzay ve bir boyutlu zaman parçasına ayırmak mümkündür Minkowskiye göre dört boyutlu uzay tamamen üç boyutlu uzayda olduğu gibidir, zaman bir farklılık meydana getirmez


Genel izafiyet teorisi: Düzgün hareket eden bir kimse, harekette olduğunu kendi aracında yapacağı deneylerle belirleyemez Ancak, harekette ivme varsa, bu hareket eden tarafından hissedilir Bu sonuçlar, 1907den itibaren Einsteinın dikkatini çekmişti: Neden sadece düzgün hareket relatif (izafi) ve ivme mutlaktı? Bunların yanında Newtonun kanunları yeni uzay ve zaman kavramıyla uyuşmamaktaydı Bazı fizikçiler alışıla gelen yolu deneyerek bu uyuşumu sağlamaya çalıştılar Einstein ise, kütle çekiminin ivme ile birleştirilmesi gerektiği kanaatindeydi


Galileo, Pisa kulesinde yaptığı deneyde, hafif ve ağır cisimlerin aynı ivme ile düştüğünü göstermiştir Einstein bu deneyin önemini kavramış ve bunu genel izafiyet teorisinin temeli yapmıştır


Uzayın derinliklerinde iken sürücü, ağırlıksız olduğunu hisseder Ancak araç ivme ile harekete başlarken, içindeki ağırlık hissini fark eder Etraftaki bütün yüzey cisimler bu halde harekete ters yönde düşerler Einstein, bu olayın uzay aracının üniform kütle çekiminde bulunurken de ortaya çıkabileceğini fark etmişti Bunun sonucu olarak "eşdeğerlik" prensibini ortaya koymuştur Buna göre düzgün ivme ile düzgün kütle çekimi hiçbir vasıta ile ayırt edilemez İçinde bulunan bir kimse, uzay aracına yandan gelen ışığın, aracın arka tarafına doğru eğildiğini görecektir Ayrıca zaman, ivme ve kütle çekimi ile değişecektir


Einstein, izafiyet prensibini düzgün hareketten tüm harekete genişletmiştir


Newton, Güneş etrafındaki gezegenlerin hareketini, koyduğu hareket kanunlarına dayanarak açıklamıştır Burada Newton, kütle çekimi kuvvetine ihtiyaç duymuştu Einstein ise gezegenlerin yörüngelerini, Güneşin kütle çekimi sonucu eğriliğe sahip olan dört boyutlu uzay-zaman koordinat takımında en kısa yol prensibinden hareketle elde etmiştir Bu şekilde elde edilen yörüngeler Newtonunki ile hemen hemen aynı idi Ancak Merkür gezegeninde Einstein eliptik yörüngenin büyük ekseninin yüzyılda 43 saniye döneceğini vermişti Gerçekte de bu çok eskiden gözlenmiş, fakat açıklanamamıştı


Einsteina göre ışık, uzayın eğrilikli olmasından dolayı kütle çekimi tarafından saptırılmaktadır Ayrıca Güneşteki atomlar, yeryüzündekine nazaran daha yavaş titreşmektedir ki, bu olay kızıla kayma olarak isimlendirilmiştir Bütün bu sonuçlar gözlenmiştir


1917de Einstein, teorisini bütün evrene tatbik etti ve böylece çok değişik bir yaklaşım elde edilmiş oldu 1918 de Hermann Weyl, kütle çekimini, dört boyutlu uzayın bir esası olduğu fikrinden, elektromagnetik kuvvetlere bir geometrik yorum getirmeye çalıştı Bu çalışma ile nükleer kütle çekimi ve magnetik kuvvetleri birleştirecek bir teori aranması araştırmaları başladı


Özel izafiyet teorisinin başarılarından biri de P AM Diracın elektronun izafi Kuvantum teorisi ve Kuvantum elektrodinamiktir Bu, fizikte önemli pratik sonuçların elde edilmesine sebeb olmuştur


Ancak, bütün bilimsel ve felsefi önemine rağmen, genel teori bilimsel ana çalışmaların dışında kaldı Sebebi de, uzayın eğriliğinden dolayı ortaya çıkan tesirlerin çok küçük olmasıdır Genel teorinin ana tatbikat alanı astronomi olmuştur Çekirdek fiziği de teorinin uygulandığı alanlardan biridir


Kaynak: Rehber Ansiklopedisi