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
Yorum Gönder
Not: Yalnızca bu blogun üyesi yorum gönderebilir.