EVRENİN ZARAFETİ

Brian Greene - Evrenin Zarafeti

Görelilik İlkesi

Özel göreliliğin temelinde, basit fakat kökleşmiş iki yapı vardır. Daha önce de belirttiğimiz gibi biri ışığın özellikleriyle ilgilidir; bunu gelecek bölümde daha kapsamlı tartışacağız. Diğeriyse daha soyuttur. Belli bir fizik yasasıyla değil, bütün fizik yasalarıyla ilgilidir ve görelilik ilkesi olarak bilinir. Görelilik ilkesi basit bir gerçeğe dayanır: Hızdan ya da yönlü hızdan (bir nesnenin hızı ve hareket doğrultusu) bahsettiğimizde, ölçümü kimin ya da neyin yaptığını özel olarak belirtmemiz gerekir. Şimdi anlatacağım durum üzerine düşünerek, bu ifadenin anlamını ve önemini kolayca anlayabiliriz.

Üzerinde yanıp sönen küçük bir kırmızı ışık bulunan bir uzay elbisesi giymiş olan George'un bütün gezegenlerden, yıldızlardan, galaksilerden uzakta, tamamen boş evrenin mutlak karanlığında yüzdüğünü düşünün. Kendi bakış açısına göre George tümüyle durağandır, kozmosun durgun karanlığına gömülmüştür. George uzakta yanıp sönen küçük bir yeşil ışık görür, ışık giderek yaklaşıyor gibi görünmektedir. Sonunda ışık iyice yaklaşır ve George bu ışığın, başka bir uzay gezgininin, boşlukta ağır ağır yüzen Gracie'nin uzay elbisesinin üzerinde olduğunu anlar. Gracie geçerken ona el sallar, George da karşılık verir ve sonra Gracie uzaklaşıp gider. Bu hikâye Gracie'nin bakış açısından da aynen geçerlidir. Hikâyenin başında Gracie dış uzayın muazzam karanlığında yapayalnızdır. Uzakta yanıp sönen kırmızı bir ışık görür, ışık giderek yaklaşıyormuş gibi görünmektedir. Sonunda iyice yaklaşır ve Gracie bu ışığın, başka bir varlığın, boşlukta ağır ağır yüzen George'un uzay elbisesinin üzerinde olduğunu anlar. George geçerken ona el sallar, Gracie de karşılık verir ve sonra George uzaklaşıp gider.

Bu iki hikâye, aynı durumu birbirinden farklı fakat aynı ölçüde geçerli iki bakış açısından betimlemektedir. Gözlemcilerin ikisi de durağan olduklarını hissetmekte, diğerini hareket halinde algılamaktadır. Her iki bakış açısı da anlaşılabilir ve haklı çıkarılabilir niteliktedir. İki uzay gezgini arasında bir simetri bulunduğundan birinin bakış açısının "doğru", diğerininkinin "yanlış" olduğunu söylemenin hiçbir temeli yoktur. Her iki bakış açısı da aynı ölçüde doğruluk iddiası taşır.

Bu örnek görelilik ilkesinin anlamını gayet iyi açıklıyor: Hareket kavramı görelidir. Bir nesnenin hareketinden ancak bir başka nesneye göre ya da bir başka nesneyle kıyaslayarak bahsedebiliriz. Dolayısıyla, kıyaslama yapmamızı sağlayacak başka bir nesne belirlemediğimiz için "George saatte 10 kilometre hızla yol alıyor" ifadesinin bir anlamı yoktur. Ama "George, Gracie'nin yanından saatte 10 kilometre hızla geçiyor" ifadesinin bir anlamı vardır, çünkü Gracie’yi karşılaştırma noktası olarak belirlemişizdir. Örneğimizin de gösterdiği gibi, bu son ifade "Gracie, George'un yanından (ters yönde) saatte 10 kilometre hızla geçiyor" ifadesiyle tamamen aynıdır. Başka bir deyişle "mutlak" bir hareket kavramı yoktur. Hareket görelidir.

Bu hikâyenin kilit unsuru George'un ve Gracie'nin kuvvetten bağımsız, sabit hız ve doğrultudaki hareketlerinin seyrini bozabilecek bir kuvvet, yani etki tarafından ne itiliyor ne de çekiliyor olması, başka bir etkiye maruz kalmamasıdır. Dolayısıyla, kuvvetten bağımsız hareketin sadece başka nesnelere kıyasla anlamlı olduğu ifadesi daha kesin bir ifadedir. Bu önemli bir açıklamadır, çünkü işin içine kuvvetler dahil olursa, gözlemcilerin hızlarında - hızlarında ve/veya hareket doğrultularında - değişiklikler olur ve bu değişiklikler hissedilebilir. Örneğin George'un giysisinin sırtında ateşleyebileceği bir tepkili motor olsaydı, hareket ettiğini kesinlikle hissederdi. Bu içkin bir histir. George motoru ateşleseydi, gözleri kapalı da olsa, dolayısıyla başka nesnelerle kıyaslama yapamayacak durumda olsa bile hareket ettiğini bilirdi. Kıyaslama yapamaz durumdayken dahi, "dünyanın geri kalanı yanından geçip giderken" kendisinin durduğunu iddia edemezdi. Sabit hızdaki ve sabit doğrultudaki hareket görelidir; hızı ve doğrultusu sabit olmayan hareket, yani başka bir deyişle ivmeli hareket için ise aynı şey geçerli değildir. (Gelecek bölümde ivmeli hareketi ele alıp Einstein'ın genel görelilik kuramını tartıştığımızda bu ifadeyi yeniden ele alacağız.)

Bu hikâyelerin boş uzayın karanlığında geçmesi aşina olduğumuz, haklı olarak olmasa da genellikle "durağanlık" gibi özel bir statü atfettiğimiz sokakları ve binaları ortadan kaldırarak konuyu anlamamıza katkıda bulunuyor. Bununla beraber aynı ilke Dünya üzerindeki ortamlar için de geçerlidir ve aslında herkes tarafından yaşanır. Diyelim ki trende uyuyakaldınız ve treniniz tam başka bir trenin yanından geçerken uyandınız. Yanından geçmekte olduğunuz tren başka nesneleri görmenizi engellediği, pencereden baktığınızda sadece diğer treni gördüğünüz için geçici olarak sizin treninizin mi, diğer trenin mi, yoksa ikisinin birden mi hareket ettiğini anlayamayabilirsiniz. Elbette ki treniniz sarsılırsa ya da bir virajı alırken doğrultu değiştirirse hareket ettiğinizi anlarsınız. Fakat tren sarsılmadan dümdüz gidiyorsa - trenin hızı ve doğrultusu sabitse - trenlerin birbirine göre hareket ettiğini görür, ancak hangisinin hareket ettiğini kesin olarak söyleyemezsiniz.

Hadi bir adım daha ileri gidelim. Böyle bir trende olduğunuzu, perdeleri iyice çektiğinizi, pencerelerin tümüyle kapandığını düşünün. Kendi kompartımanınız dışında bir şey göremeyeceğiniz için (trenin sabit bir hızla, hep aynı doğrultuda ilerlediğini varsayarak) hareket edip etmediğinizi hiçbir biçimde belirleyemezsiniz. İçinde bulunduğunuz kompartıman, tren ister raylar üzerinde duruyor olsun, ister yüksek hızda hareket ediyor olsun, size kesinlikle aynı görünecektir. Einstein aslında Galileo'ya dek uzanan bu fikri, ne sizin ne trendeki başka bir yolcunun kapalı kompartıman içindeyken trenin hareket edip etmediğini belirleyebilecek bir deney yapabileceğini söyleyerek göstermişti. Bu da yine görelilik ilkesine çıkar: Kuvvetten bağımsız tüm hareketler tümüyle göreli olduğundan, ancak yine kuvvetten bağımsız olarak hareket eden başka nesnelere ya da bireylere kıyasla anlamlıdır. "Dış" nesnelerle doğrudan ya da dolaylı bazı kıyaslamalar yapmaksızın hareket edip etmediğinizi anlamanızın bir yolu yoktur. "Mutlak" sabit hız ve doğrultuda hareket diye bir kavram yoktur; fizik açısından yalnızca kıyaslama yapmanın anlamı vardır.

Aslına bakarsanız Einstein görelilik ilkesinin daha da büyük bir iddiada bulunduğunu fark etmişti: Fizik yasaları - hangi yasa olursa olsun - sabit bir hız ve doğrultuda hareket eden bütün gözlemciler için tamamen aynı olmalıdır. George ile Gracie uzayda tek başlarına yüzmüyor da uzayda yüzmekte olan uzay istasyonlarında birbirinin aynı bir dizi deney gerçekleştiriyor olsalardı buldukları sonuçlar aynı olacaktı. Her iki istasyon da göreli hareket halinde olsa da hem George hem de Gracie yine kendi istasyonlarının duruyor olduğuna inanmakta haklıdır. Kullandıkları donanım tamamen aynıysa, iki deney düzeneğini birbirinden ayıran bir şey olmayacaktır; düzenekler tümüyle simetriktir. Eler ikisinin deneylerden çıkardığı fizik yasaları da yine aynı olacaktır. Ne onlar ne de deneyleri sabit hız ve doğrultuda yol aldıklarını algılayabilir, yani hiçbir biçimde hareket halinde oldukları bilgisini kullanamaz. Bu tür gözlemciler arasında tam bir simetri oluşturan şey işte bu basit kavramdır; görelilik ilkesinin özündeki kavram da budur. Bu ilkeyi birazdan iyice incelenmesi gereken bir biçimde kullanacağız.

Brian Greene - Evrenin Zarafeti

Bir önceki bölüm

Bir sonraki bölüm

Kitabın başına git