İzafiyet Teorisi Nedir?

En, boy ve derinlik içeren algılayabildiğimiz üç boyutlu uzay ve hususa ek olarak, bizim direkt olarak algılayamadığımız dördüncü bir boyut olarak zaman da bulunur. Pekala herkesin vakit algısının farklı olarak işlediğini söylesek, buna karşı tepkiniz nasıl olurdu? Vakit algımızdaki farklılıkları açıklamaya çalışan İzafiyet Teorisi ile bunu açıklamaya çalışan ikizler paradoksuna daima birlikte göz atalım.

İzafiyet Teorisi nedir?

Albert Einstein’in E=mc² formülü, bu teorinin en kıymetli bileşenlerinden birisi olarak öne çıkıyor. Güç = kütle x ışık suratının karesi olarak da tanımlayabileceğimiz formül, vaktin ne kadar değişken olabileceği tarafında kıymetli ipuçlarını da bizlere sunuyor. Bu teoride temel olarak vaktin izafi olduğu yani kişiye nazaran izafi bir hal aldığı anlatılıyor. Gelin ayrıntılara daima birlikte göz atalım.

Işık Sürati ve Görelilik İlkesi

Mantıksal olarak düşünüldüğünde insan, kozmostaki hayal edilebilecek en yüksek kozmik suratın, var olan bir limit olmadan “sonsuzluk” olmasını bekleyebilir. Fakat ışığın suratı olan saniyede 300.000 km kainatta ulaşabilmesi mümkün olan maksimum sürat olarak kabul edilir ve pratikte hiçbir şey ışık huzmesinin suratına yetişemez. 19 Yüzyıl’ın sonlarında birinci sefer şimdi 16 yaşında olan Albert Einstein bunun neden bu türlü olduğu üzerine düşünmüştür.

1887 yılında yapılan ünlü Michelson-Morley deneyleri beklenmedik bir halde uzay vakumunda hareket eden ışığın dünyanın hareket istikametine bakılmaksızın daima tıpkı süratte gittiğini göstermiştir. Yani ışık, kaynağının gözlemciye yaklaşmasından ya da uzaklaşmasından bağımsız olarak daima tıpkı süratte (300.000 km/s) hareket etmektedir ki, bu klasik fiziğe ve sağduyuya muhalif görünmektedir. Işığın değişmez bir süratte hareket ediyor olması Einstein’ın inşa edeceği Özel İzafiyet (Görelilik) Teorisinin birinci desteği olacaktır. İkinci dayanak ise birinci defa İtalyan Fizikçi Galilei Galileo tarafından 1632’de ortaya atılan Değişmezlik Kanunu olarak da bilinen Görelilik Unsurudur. (Dikkat – Görelilik Teorisi ile karıştırılmamalıdır!) Bu unsura nazaran fiziğin mekanik yasaları her aksiyonsuz gözlemci için birebirdir yani yalnızca mekanik bir gözlemin sonucuna bakarak hareket halini, durağanlık halinden ayırmak mümkün değildir. Bu ilkeyi şahsen Galileo’nun verdiği bir örnekle açıklamak istersek. Sabit bir süratte, sakin bir denizde sallanmadan giden bir geminin içinde, alt güvertede karanlık bir odada deney yapan bir insan, geminin hareket halinde olup olmadığını anlayamaz. Daha çağdaş bir örnek ise saatte 800 km süratle giden bir uçağın içinde ileriye hakikat fırlattığınız bir topla, yerde hareketsiz duran bir uçağın içinde fırlattığınız top tıpkı yolu izleyecektir ve birbirinden ayırt edilemeyecektir. Einstein ışığın sabit suratı ve Galileo’nun görelilik prensibini birleştirerek, ışığın gözlemcisinden ve kaynağından bağımsız olarak, her ikisi de hangi süratte hareket ediyor olursa olsun, tıpkı süratte gideceği sonucuna varmıştır.

Özel İzafiyet Teorisi

Einstein 1905 yılında (Bu yıla “Einstein’ın Mucizevi” yılı da denir.) ışığın aşikâr bir vakitte gittiği yol hesaplanıp yanıt her seferinde 300.000 km/s çıktığında sahip olduğumuz uzay ve vakit nosyonlarının bunu nasıl açıklayabileceğini sormuştur. Farz edelim ki ışığın yarı suratında ilerleyen bir uzay gemisi bir maksada lazer kullanarak ateş ediyor. Gemiden ayrılan ışık huzmesi beklenen biçimde geminin suratını da kendisine ekleyerek ışığın bir buçuk katında değil, yeniden ışık suratında hareket edecektir. Fakat gemideki bir gözlemci (kendi hareket ettiği sürate rağmen) lazerin kendisinden ışık suratında uzaklaştığını gözlemleyecektir. Einstein bu durumda ya aradaki aranın daha kısa olacağı ya da mühletin daha uzun olacağını fark etmiştir. Yani ya vakit yavaşlamak ya da uzay daralmak zorundadır. Bu mekandaki hareketin bir kısmının zamandaki harekete aktarılması üzere yorumlanabilir. Bu vakit ve yer “boyutlarının” birbirlerinin etkiledikleri manasına gelir, yani iki kavramda izafidir. Bu devrimsel fikir, uzun vakittir gerçek olduğu kabul edilen Eşanlılık (Bir kişi için tıpkı anda olan iki olay cihandaki herkes için tıpkı anda gerçekleşir.) nosyonuna karşıdır.

Özel izafiyet teorisi hakkında unutulmaması gereken bir nokta, anlatılan durumun (tıpkı isimde anlatılmaya çalışıldığı gibi) özel olmasıdır. Teori düz bir rotada, sabit bir süratte hareket ederken geçerlidir. Hızlandığınızda, rotanızı değiştirdiğinizde yahut hareketin tabiatını değiştiren rastgele bir şey yaptığınızda Özel İzafiyet geçerliliğini kaybeder. Einstein’ın Genel İzafiyet Teorisi ise burada devreye girmektedir ve izafiyetin daha genel bir halini bize göstermektedir: Yer çekimi.

Genel İzafiyet Teorisi

Genel İzafiyet Teorisi, Einstein’ın Özel izafiyet Teorisi ve Sir Isaac Newton’un Üniversal Kütle Çekimi Yasasını geliştirmesidir.

İki obje arasındaki çekme kuvvetine yerçekimi ismi verilir. Bu çekim kuvveti her bir objenin büyüklüğü ve bu objeler arasındaki araya bağlıdır. Dünyanın merkezi sizi çekerken, sizin kütle merkeziniz de Dünya’yı çekmektedir. Fakat büyük olan kütle bu çekimden neredeyse hiç etkilenmezken, daha küçük kütle çekime karşı koyamaz. Newton’un yasaları bu çekim gücünü doğal kabul ederek ölçümünü yapmış fakat sebebini açıklayamamıştır.

Albert Einstein, Özel İzafiyet ile Vakit ve Yerin birbiri içine geçmiş bir bütün olduğunu keşfetmişti (Uzay-Zaman). Genel izafiyet üzerine yaptığı çalışmalar sırasında ise devasa objelerin Uzay-Zaman’ı büktüğünü fark etti. Çok büyük bir nesneyi bir trambolinin (sıçrama tahtası) merkezine yerleştirdiğinizi düşünün. Kütle kumaşın çökmesine neden olacak ve bir “çukur” oluşacaktır. Trambolinin kenarından bırakılan bir bilye, tıpkı bir gezegenin daha küçük bir nesneyi çektiğindekine benzeri bir halde, daha büyük kütleye yanlışsız hareket edecektir. Yani yer “çekiminin” sebebi, büyük kütlelerin uzay-zamanı bükmesidir.

Deneysel Kanıtlar

Yer Çekimsel Kırılma: Galaksi ve karadelik üzere devasa kütlelere sahip varlıkların çevresindeki ışık bükülmektedir. Böylelikle bu devasa kütleler ışığı kırarak arkalarında kalan uzay objeleri için adete bir mercek görevi görür. Dünya’dan sekiz milyar ışık yılı uzaktaki Einstein Haçı isimli quasar (yıldızsı gökcismi) buna harika bir örnektir. Bu quasar bir galaksinin dört yüz milyon ışık yılı ardında kalır, galaksi quasardan gelen ışığı kırdığı için, etrafında quasarın dört farklı yansıması gözlemlenmiştir.

Merkür’ün Yörüngesinde Değişiklik: Merkür’ün yörüngesi Güneşin çekimi le bükülen uzay-zaman sebebi ile yavaş yavaş değişmektedir. Hatta bundan birkaç milyar yıl sonra Merkür ve Dünya’nın çarpışması mümkün görünmektedir.

Yerçekimi Dalgaları: İki karadeliğin çarpışması üzere devasa olayların uzay-zaman üzerinde dalgalar yarattığı düşünülmektedir. 2014 yılında bilim adamları Antarktika’da ki BICEP2 isimli teleskop ile Big Bang’den kalan dalgaları bulduklarını argüman ettiler. Fakat daha sonraki araştırmalar elde edilen bilginin, görüş alanındaki toz sebebi ile bozulmuş olduğunu gösterdi. 2016 yılında ise LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) isimli gözlem meskeni dalgaların delilini bulduğunu ilan etti. LIGO günümüze kadar iki karadeliğin çarpışmasında doğan yerçekimi dalgalarına ilişkin iki sinyal keşfetmiştir ve gelecekte daha fazlasının keşfedilmesi beklenmektedir.

Keşfedilişinden yaklaşık bir asır sonra İzafiyet Teorisi hala çağdaş fiziğin en tesirli teorisi olmaya devam etmektedir. Fiziğin geleceği de tekrar bu teori üzerine inşa edilecek üzere görünmektedir. Dünya genelinde bilim insanları Kuantum Teorisi ve İzafiyet Teorisini birleştirerek Fiziği bir sonraki kademeye taşıyacak ve Kozmosa dair anlayışımızı geliştirecek yeni bir model (“Her şeyin Teorisi”) kurmaya çalışmaktadır. Kuantum çekim döngüsü ve Sicim Teorisi, çözülmesi gereken büyük sorunlara sahip olmakla birlikte, buna adaydır.

Zaman kişiye kişiye nasıl farklılık gösterir?

Bir unsurun kütle çekimine ve ışık suratının hududuna yaklaştıkça, vakit kişiler ve hususlar için yavaşlar. Mümkün olmasa da şayet ışık suratında hareket etmeyi başarırsanız, zaman kavramı sizin için yok olmuş olur. Pekala bu ne demek oluyor?

Örneğin ışık suratına çok yakın süratlerde seyahat etmeyi başarırsanız ya da kütle çekim kuvvetinin çok yüksek olduğu bir hususun, gezegenin yahut karadeliğin çok yakınında bulunursanız, vakit sizin için yavaşlamaya başlar. Fizikçilerin en kıymetli fenomenlerinden ikizler paradoksu da bu durumun kolay bir formda açıklanması için sıklıkla kullanılır.