Ġzafiyet Teorisi

Tüm bilim tarihinin en önemli simalarından olan Albert Einstein, ortaya koyduğu Ġzafiyet Teorisi ile uzayın en, boy ve yükseklikle belirtilen boyutlarına dördüncü bir boyut olarak zamanı da ekleyerek uzay fiziğinde yepyeni bir çığır açmıĢtır. Onun ortaya koyduğu genel ve özel görelilik kuramları, felsefî bir takım sonuçları itibariyle de evrenin baĢlangıcı ve sonu üzerindeki tartıĢmaları kökünden değiĢtirmiĢtir.178

ġimdi bu kuramları kısacak izah etmeye çalıĢalım.

Einstein‟ın 1905‟te ortaya koyduğu Özel Görelilik Kuramının temelde iki dayanağı bulunmaktadır: Birincisi daha önce Michelson-Morley deneylerinde ispatlandığı üzere ıĢık hızının değiĢmezliği ilkesidir.179 Yani hızı ne olursa olsun, özgürce hareket eden her gözlemciye göre bilim yasaları aynıdır. Buna göre ne hızla giderse gitsinler tüm gözlemciler ıĢığın hızını aynı ölçmelidirler.180

Ġkinci ilke ise görelilik ilkesidir. Buna göre uzunluk, kütle ve zaman kavramları izafî/göreli kavramlardır. Örneğin ıĢık hızına yakın hızla hareket eden cisimlerin, hareket yönündeki boyutları kısalır, kütleleri artar. IĢık hızına ulaĢan hareketli cismin, hareket yönündeki uzunluğu sıfır, kütlesi ise sonsuz olur. Bu nedenle hiçbir Ģey ıĢık hızıyla hareket edemez.181

Özel görelilik kuramına göre,

177 _{Uslu, Tanrı ve Fizik, s. 21.}

178 _{TaĢkın Tuna, Ol Dedi Oldu Big Bang‟in Nefes Kesen Öyküsü, ġule Yay., Ġstanbul, 2013, s. 32.} 179

Topdemir-Unat, Bilim Tarihi, s. 330. 180 _{Hawking, Zamanın Kısa Tarihi, s. 39.} 181 _{Topdemir-Unat, Bilim Tarihi, s. 330.}

sıradan bir nesne sonsuza kadar ıĢıktan daha yavaĢ gitmeye mahkûmdur. Ancak ıĢık, ya da gerçek kütlesi olmayan dalgalar ıĢık hızında gidebilirler.182

Özel görelilik klasik fizikteki kütlenin değiĢmezliği ilkesinin de aksini ortaya koymaktadır. Buna göre bir cismin kütlesi hızına bağlı olarak artmaktadır ve hareket halindeki bir cismin kütlesi artıyorsa bu artıĢın nedeni hareketinden doğan enerjisi olmalıdır.183

Yani kütle ile enerji eĢdeğerdir ve kütle yoğunlaĢmıĢ enerjiden baĢka bir Ģey değildir.184

Buna göre maddeyi enerjiye, enerjiyi de maddeye dönüĢtürmek mümkündü. Örneğin bir uranyum atomunu laboratuvarda ikiye ayıracak olursak, meydana gelen iki parçanın baĢlangıçtaki atomdan daha hafif çektiğini görürüz. Ancak bu ayrılmada bir miktar enerji de açığa çıkacaktır. ĠĢte kaybolan kütlenin (m) açığa çıkan bu enerjiye (E) denk olduğunu Einstein‟ın ünlü denklemi (E = mc²) ortaya koymaktadır. Bugün nükleer reaktörlerin, atom bombalarının ve benzer araçların temelinde yatan ilke iĢte kütlenin enerjiye dönüĢtürülebileceğini ortaya koyan bu denklemdir.185

Newton‟un hareket yasaları uzayda mutlak konum düĢüncesine son vermiĢti. Görelilik kuramı ise mutlak zaman kavramını alt üst etmiĢ ve bunun yerine zamanın göreli olduğunu ortaya koymuĢtur. Buna göre eğer iki gözlemci birbirlerine göre hareketliyseler biri diğerinin zaman sürecini yavaĢlamıĢ görür. BaĢka bir deyiĢle birbirlerine göre hareket eden iki gözlemci için zaman farklı hızlarda akar.186 Örneğin birbirinin aynı iki saatten birini son derece hızlı bir roketle uzaya fırlattığımızı düĢünelim. Roketle giden saatin yerde kalan saate göre daha yavaĢ çalıĢtığı görülecektir. ġayet roket saniyede 160.000 mil hızla ilerliyorsa, yerdeki saatin yelkovanı iki tam dönüĢ yaptığında roketteki saatin yelkovanı ancak bir tam dönüĢ yapacaktır. Yani hareketli saat hareketinden dolayı daha yavaĢ iĢleyecektir. Çünkü maruz kaldığı yerçekimi kuvveti daha azdır.187

Ancak rokette bulunan bir

182

Hawking, Zamanın Kısa Tarihi, s. 40. Konu ile ilgili Einstein‟ın kanıtları ve denklemleri için bkz. Einstein, İzafiyet Teorisi, s. 36 vd.

183 _{Einstein, İzafiyet Teorisi, ss. 44-46.} 184 _{Topdemir-Unat, Bilim Tarihi, s. 333.} 185

Yıldırım, Bilim Tarihi, s. 151. 186 _{Topdemir-Unat, Bilim Tarihi, s. 334.} 187 _{Einstein, İzafiyet Teorisi, s. 38.}

kimse için böyle bir yavaĢlama söz konusu değildir. Ona saat normal çalıĢıyor görünecektir.188

Bu konuyu daha iyi ifade edebilmek için Ģöyle bir örnekten yararlanabiliriz: Ġkiz kardeĢlerin olduğunu düĢünelim. Diyelim ki ikizlerden biri dağın tepesinde yaĢasın, öteki deniz düzeyinde. Deniz yüzeyinde yaĢayan ikiz diğerinden daha çabuk yaĢlanacaktır, yani yeniden karĢılaĢtıklarında, öbüründen daha yaĢlı olacaktır. Bu örnekte yaĢ farkı çok az olur. Ama ikizlerden biri ıĢık hızına yakın hızdaki bir uzay gemisiyle -roket gibi bir araçla- uzun bir uzay yolculuğuna çıksa, bu fark çok daha büyük olur. Döndüğünde dünyada kalan ikizinden çok daha genç olduğu görülür. Bu, ikizler paradoksu olarak bilinir, ama insan, kafasından mutlak zaman düĢüncesini atarsa bu paradoks ortadan kalkar. Görelilik kuramında mutlak bir zaman yoktur. Bunun yerine herkesin nerede olduğuna ve nasıl hareket ettiğine bağlı olarak iĢleyen özel zaman ölçüsü vardır.189

Bu gerçek, Cenevre‟deki muonlar190 gibi kısa ömürlü parçacıkların üretildiği CERN parçacık laboratuvarlarında yapılan deneylerle ispat edilmiĢtir. Bu deneylerde farklı hızlardaki muonların elektron ve pozitrona dönüĢene kadar geçen sürelerin kaydı tutulmuĢ ve daha hızlı olan muonların daha geç öldüğü, yavaĢ olanların ise daha erken öldüğü tespit edilmiĢtir.191

Uzay, zaman, kütle ve enerji gibi kavramların önemli bir yer tuttuğu Özel Görelilik teorisi, birbirine göre ya sabit hızla hareket eden ya da hiç hareket etmeyen nesne ve sistemleri incelemeye yöneliktir. Genel Görelilik teorisi ise birbirine göre hızlanan veya yavaĢlayan (yani ivmeli hareket eden) sistemleri konu edinir.192

Genel Görelilik teorisinin en önemli yanlarından biri de Newton‟ın yerçekimi teorisini temelinden sarsmasıydı. Çünkü Newton mekaniğinin ortaya çıkardığı bir takım güçlükler vardı. Örneğin eylemsizlik prensibine göre, bir cismin hareketini değiĢtirmek için gereken kuvvet, o cismin kütlesine bağlıdır. Ağır bir cisim hafif bir cisme göre daha fazla eylemsizlik taĢıdığından onu harekete geçirmek veya

188 _{Yıldırım, Bilim Tarihi, s. 150.} 189

Hawking, Zamanın Kısa Tarihi, ss. 54-55.

190 _{Muon ya da müon, elektronun biraz daha ağır bir türü olarak bilinen ve elektron gibi negatif} elektrik yükü taĢıyan temel bir parçacıktır. (Ġnan, Kozmos‟tan Kuantuma, s. 143.)

191 _{Muhammed Abdusselam, “Bilim ve Din: AĢkınlık ve Sekülarizasyon Üzerine DüĢünceler”, Henry} Margenau-Roy Abraham Varghese, Kosmos, Bios, Teos içinde, çev. Ahmet Ergenç, Gelenek Yay., Ġstanbul, 2002, s. 118.

yavaĢlatmak daha güçtür. Oysa serbest düĢme bu yasaya aykırı görünüyordu. Çünkü serbest düĢmede bütün cisimler aynı ivmeyle düĢmekteydi. Newton bu güçlüğü fark etmiĢ ve yer çekimi yasasıyla bu durumu açıklamaya çalıĢmıĢtır. Ancak baĢarılı olamamıĢtır. Einstein “EĢdeğerlik ilkesi” ile bu durumu Ģöyle açıklamıĢtır: Uzayın herhangi bir noktasında yer çekimi kuvveti ile ivmeli hareketin etkisi eĢdeğer olup, birini diğerinden ayırmak imkânsızdır.193

Bu teorisiyle Einstein, daha önce ayrı sanılan eylemsizlik etkisi ile yerçekimi kuvvetini “çekim alanı” denilen tek bir kavram altında birleĢtirmiĢtir.194

Bu yeni teoriye göre eylemsizlik ve yer çekimi etkileri, etkilenen cisimleri çevreleyen uzayın yapısal özelliklerinden kaynaklanmaktadır. Yani Newton fiziğinde yer çekimi kuvveti cisimleri uzaktan etkileyen bir kuvvet iken, Genel görelilik teorisine göre ise, çekim (gravitasyon) evrende dağılmıĢ olan kütleleri çevreleyen uzayın geometrik yapısının bir özelliğidir.195

Uzayda kütlelerin yarattığı çekim alanları geometrik olarak kavisli olduğundan bu alanlardan geçen ıĢınların da kavisli bir yol izlemesi gerekir. Nitekim Einstein‟ın, güneĢin çekim alanından geçen yıldız ıĢınlarının doğrultularından belli bir ölçüde sapacakları iddiası, sonradan yapılan gözlemlerle kanıtlanmıĢtır. GüneĢ çevresinde dolaĢan gezegenler de doğrusal bir yol değil, eğri bir yol izlemektedirler.196 Çünkü içinde bulundukları çekim alanının yapısı eğridir. Böyle bir çekim alanında iki nokta arasındaki en kısa yol doğrusal bir çizgi olmadığı gibi, bir üçgenin iç açılarının toplamı da iki dik açıya eĢit değildir. BaĢka bir deyiĢle, çekim alanları Öklidçi geometrinin özelliklerini taĢımamaktadır.197

Bu nedenle Einstein, teorisini kurarken Öklidçi olmayan bir geometri aramıĢ ve istediğini Alman matematikçisi George Friedrich Riemann‟ın (1826-1866) geometrisinde bulmuĢtur.198

Newton teorisinin karĢılaĢtığı diğer bir güçlük de Ģudur: Bu teoriye göre, evrenin yoğun bir merkezi olmalı ve merkezden uzaklaĢtıkça yoğunluk azalıp boĢluğa dönüĢmelidir. Ama evrende madde yoğunluğu her bölgede ortalama olarak

193 _{Einstein, İzafiyet Teorisi, s. 62.}

194 _{Einstein, İzafiyet Teorisi, ss. 62-66, 86 vd.} 195 _{Yıldırım, Bilim Tarihi, s. 154.}

196

Hawking, Zamanın Kısa Tarihi, s. 50. 197 _{Einstein, İzafiyet Teorisi, ss. 99-100.} 198 _{Yıldırım, Bilim Tarihi, s. 154.}

aynı değerde gözlenmektedir (Kozmoloji Ġlkesi). Ayrıca Newton teorisinin öngördüğü evrende, yıldızların yaydığı ıĢık bir daha dönmemek ve boĢlukta etkileĢebileceği bir madde olmamak üzere yayılır. Sonlu miktarda madde içeren böyle bir evren ise, giderek enerjisini tüketip sönmeye mahkûm olacaktır.199

Genel görelilik teorisine göre ise evrende madde yoğunluğu her bölgede ortalama olarak aynıdır.200

Buradan hareketle evrenin sınırsız ama sonlu olduğu sonucuna ulaĢılmıĢtır.201

Yani evren büyüklük itibariyle sonlu ama sınırsızdır. Bu ise enerjinin kaybolmadığı, evrenin baĢka bir kesiminde yoğunlaĢtığı sonucuna bizi götürür.202 Yani genel görelilik teorisi matematiksel olarak evrenin durağan olamayacağını ortaya koymuĢtur.203

Görüldüğü üzere Einstein‟ın ortaya koyduğu özel ve genel görelilik teorileri, o güne kadarki mutlak zaman, değiĢmez uzay ve Newton temelli yerçekimi teorilerini tümüyle değiĢtirmiĢ ve nihayetinde birlerce yıldır inanıla gelen durağan evren fikrine son vermiĢtir. Daha sonra teori üzerinde yapılan çalıĢmalar ve yapılan gözlemler ise evrenin geniĢlediğini kesin olarak ortaya koymuĢtur.