Dördüncü boyut var mıdır? Uzay-zaman nedir?Genel Görelilik, Özel Görelilik, İkizler Paradoksu...

Bu yazımızda Einstein'ın modern fiziğin temelleri attığı zamanlara dönüp genel görelillik, özel görelilik uzay-zaman ve ikizler paradoksundan bahsedeceğiz. Önce zamanı anlamaya çalışarak başlayalım. 

Zaman nedir? 

Işık hızıyla birlikte modern fiziğin kapılarını açan zaman, Galileo ve Newton tarafından mutlak ve değişmeyen tek şey olarak tanımlamış ve araştırmalarıyla çalışmalarını buna göre yapmışlardır. 

Einstein ise özellikle Maxwell'in denklemlerini inceledikten sonra evrende değişmeyen, mutlak olan tek şeyin ışık hızı olduğunu düşünmüş ve özellikle de zamanın hiç mutlak olduğunu düşünmemiştir. Zamanın göreli olduğunu düşünmüştür. 

İzafiyet Teorisi (Özel Görelilik) 

Düşünce deneyleriyle ünlü olan Einstein, henüz 16 yaşında bu konuyla ilgili bir düşünce deneyi kurmuş. Bu deneyi şimdi sizden düşünmenizi istiyorum. Yüksek hızda giden bir tren ve bu trenin içinde ve dışında olmak üzere birer insan düşünün. Şimdi trenin dışındaki iki ağaca aynı anda yıldırım düştüğünü düşünün. Trenin dışındaki kişi için bu yıldırımlar eş zamanlı düşmüştür. Fakat trenin içindeki kişi için önce biri sonra diğeri düşmüştür. Aynı zaman, aynı olay, iki farklı algılama. İşte özel görelilik dediğimiz teori de budur. Zaman mutlaktır diyen Newton'un kaybettiği nokta da budur.

İkizler Paradoksuyla İzafiyet Teorisi 

Bu durumu bir de ikizler paradoksu ile açıklayalım. Şimdi de sizden 30 yaşında ikiz kardeşleri düşünmenizi istiyorum. Bu kardeşlerden biri ışık hızının %99,997'sine ulaşabilen bir uzay aracıyla uzayda 1 yıl yolculuk yapsın. Diğeri ise o süre boyunca dünyada beklesin. Uzaya giden kardeş için tahmin edildiği gibi 1 yıl süren yolculuk ardından 31 yaşında dönmüştür. Fakat Dünya'da işler farklıdır. Işık hızında zaman o kadar yavaş akmıştır ki Işık hızında geçirilen bir yıl Dünya'da tam 51 yıla denk gelmiştir. Yani Dünya'da kalan kardeş tam 81 yaşına girmiştir. 

İzafiyet Teorisi ve İkizler Paradoksunun İspatı: Hafele and Keating Deneyi

Düşününce aklın sınırlarını zorlayan bir olay gibi gelse de bu gerçektir ve bu teori 1971'de Hafele and Keating deneyiyle ispatlanmıştır. Bu deneyde ise çok hassas ölçümler yapan, birbirine senkron edilmiş 3 atom saatinden biri uçakla doğu yönüne, biri aynı yerden aynı zamanda uçakla batı yönüne gönderilmiş, üçüncü saat ise havaalanında bırakılmıştır. Uçaklar tekrardan havaalanında buluştuğunda artık senkronize değillerdir. Batı yönüne giden uçaktaki saat havaalanındaki saate göre saniyenin milyarda 59'u, doğu yönünde giden uçaktaki saat ise saniyenin milyarda 273'ü geridir. Bu rakamların ikizler paradoksuna göre bu kadar küçük olmasının sebebi ise hız farkıdır. Sizin de anlayacağınız üzere uçaklarla ışık hızı arasında milyonlarca kat fark var. 

Genel Görelillik Kuramı 

Gel gelelim Genel Görelilik Kuramı'na. Bunun için önce bi' Newton'un evrenine, uzay tanımına ve gezegenlerin yörüngesini açıklamasına bakalım. 

Newton'a göre evren bi' kutu gibiydi ve içindeki her şey boşlukta hareket etmekteydi. Gezegenler ise birbirine kütleçekim uygulayarak dönüyorlardı. Newton, kendi döneminde bu açıklamalarıyla bilim dünyasında çığır açmıştı. Fakat Merkür'ün yörüngesini kütleçekimle hesaplayamamıştı. Merkür'ün hesapları bir türlü tutmamıştı. Hiç kimse bunu açıklayamamıştı ve bir yerden sonra da "Tanrı'nın işi, olur öyle." deyip geçmişlerdi. Fakat Einstein bunu demedi. Einstein uzayın boş olduğunu kabul etmemişti. 

Einstein'ın evreninde uzay boş değildi. Uzay bir şeyle doluydu. Karanlık bir madde, bir şey... Hala çözülememiş bir şey... Evreni ise bir kutu olarak değil de bir çarşaf olarak betimlemişti. Tüm gezegenler, yıldızlar, kara delikler, galaksiler ise bu çarşafı bükmekteydi. Gezegenlerde birbirlerinin oluşturduğu bükülmeler sayesinde yörüngede dönüyorlardı. 

Bu teori ilk ortaya atıldığında haliyle kabul görmemişti. Ama bundan 4 sene sonra, 1919'da Sir Arthur Eddington adında bir astronom, bu teoriyi test etmek için Güneş Tutulması esnasında gözlem yapmaya karar verdi. Biri Gine Körfezi'nde, biri de Brezilya'da olmak üzere iki grubu gözlem için görevlendirmişti. Einstein'ın hesaplarına göre Hyades yıldız grubu bu tutulma esnasında tam 1,75 ark saniye bükülmeye uğrayacaktı. Eddington hesaplamalarını tamamladıktan sonra Einstein'ın haklı olduğunu ispatlamıştı. 

Einstein'a göre uzay ve zaman iç içeydi birbiriyle. İkisi de birbirini etkiliyordu. Ve bu görelilik kuramlarıyla birlikte uzay-zaman dördüncü boyut olarak ispatlanmıştı. 

Gördüğünüz gibi fizikte çığır açan bir dahi. Tek amacı evreni, tanrıyı anlamak ve açıklamak olan bir adam. İllaki onun da kaybettiği yerler vardı. O konularla ilgili de konuşacağız. Takipte kalın.