gelin izafiyet teorisini tartışalım

albert einstein (1879-1955), yirminci yüzyılın en büyüklerindendi. o, sağduyuya dayanan köhne inançlarımıza, insan aklının en kapsamlı saldırısını yöneltti. bize, uzaklığın ve zamanın göreli olduğunu gösterdi. işığın, paket paket yayıldığını, yani kuantum denen enerji paketçiklerinin varlığını gösterdi. bizi düşsel yerlere bilimsel gezilere çıkardı. kimi zaman güneş’ e zütürdü bizi, kimi zaman asansörde tehlikeli deneylerin kobayı yaptı . ama onun büyük öngörüleri doğrulandı. o, ‘önce deney ve gözlem, sonra kuram’ diyen eski bilimsel çalışma yöntemine’ son ve büyük darbeyi indirdi. önce hesap yaptı, tahminde bulundu. deney arkadan geldi. ve deney, einstein’i destekledi. ne büyük bir onur: o, gerçek bir deha idi.
özel görelilik, iki temel önermeye dayanır:
1. hareket görelidir.
2. evrendeki en yüksek ve mutlak hız, ışığın hızıdır.
bizler, gündelik yaşamda, düşük hızlar dünyasında yaşarız. einstein, bizi yüksek hızlar dünyasına zütürür. işık ışınına bindirir ve gezdirir. o zaman anlarız ki yüksek hızlarda zaman “yavaşlar” ve de uzunluklar “kısalır”. böylece uzayın ve zamanın mutlak olmadığını öğreniriz. işık, enerjinin bir biçimidir,hem en yüksek hızlı foton akımı olmanın yanı sıra elektromanyetik dalgadır da. zaman konusunda ünlü ikizler paradoksunu göreceğiz. özel göreliliğin doğa, uzay ve zaman kavramlarımızda yarattığı büyük dönüşümü öğreneceğiz. genel görelilik, uzay-zamandan oluşan dört boyutlu bir evren modelini sunar.
genel görelilik, her şeyden önce bir çekim kuramıdır;ama uzayın eğriliğinden ileri gelen bir çekim…uzay, zamanı da içine alan bir dört boyutludur ve yoğun kütle tarafından bükülmüş, eğrilmiştir. kuantum etkilerinin belirsizliği, çok küçük ölçeklerde anlamlıdır; genel görelilik ise çok büyük ölçeklerdeki uzay-zaman yapısıyla ilgilidir. işığın doğrusal yolla yayılmadığını, güneş gibi büyük kütleli yıldızların çevresinden geçerken büküldüğünü göreceğiz. genel görelilik,1970lerden itibaren bilimin gündeminde ilk sıralara tırmandı. evrenimiz genişliyor;bunu genel görelilik öngörebiliyor. büyük patlama ve karadelikler kuramları genel görelilik temelli kuramlardır. hawking, genel görelilikle ilgili olarak şöyle der: “einstein’ın çok sayıda deneyle uyum gösteren görelilik kuramı, zaman ve uzayın birbiriyle ayrılmaz biçimde bağlı olduğunu kanıtlar. uzay, zaman olmaksızın bükülemez. bu nedenle zamanın bir şekli vardır.”
(ceviz kabuğundaki evren,s:33)
genel göreliliğin 1970′lerde bilim dünyasında yeniden doğuşu ve evrenin evrimi konusu, bazı insanların bu kurama yönelik felsefi eleştirilerini artırmasına da yol açtı.
aklın i̇syanı adlı kitabın yazarları aynen şöyle yazıyorlar: “elde ettiği başarılara rağmen, genel görelilik teorisinin yanlış olma olasılığı halen vardır. özel göreliliğin tersine, genel görelilik için gerçekleştirilen deneysel testlerin sayısı çok değildir. bugüne dek, teori ile gözlenen olgular arasında herhangi bir ihtilaf bulunmamış olsa da,nihai bir kanıt henüz yoktur.”(alan woods-ted grant, aklın i̇syanı, tarih bilinci yay(ocak 2001),çev:ömer gemici-ufuk demirsoy, s: 172) burada hem doğa yasalarıyla hem de genel görelilikle ilgili yanlışlar dile getiriliyor. bilimde “nihai kanıt” diye bir şey yoktur. bu konuyu bilimin kesinsizliği dosyasında ayrıntısıyla tartışacağım. genel görelilik, girdiği her testten başarıyla geçmiş bir kuramdır. o konuda kuşkusu olan bilim insanları değil, orada kendi “inançları”nı bulamayanlardır.
einstein’in genel göreliliği, klagib teori olarak isimlendirilen bir şeydir; yani belirsizlik ilkesini kapsamaz. bu nedenle genel göreliliği, belirsizlik ilkesiyle bileştiren yeni bir kuram bulunması gerekir. çoğu durumda, bu yeni kuramla klagib genel görelilik arasındaki fark çok küçük olacaktır. bunun nedeni, daha önce belirtildiği gibi, kuantum etkilerinin kestirimde bulunduğu belirsizliğin yalnızca çok küçük ölçeklerde olması, genel göreliliğin ise çok büyük ölçeklerde uzay-zaman yapısıyla ilgilenmesidir. ancak penrose ve benim kanıtladığımız tekillik teoremleri uzay zamanın çok küçük ölçeklerde son derece eğrilmiş olacağını gösteriyor. o zaman belirsizlik ilkesinin etkileri çok önemli olacaktır ve bazı dikkate değer sonuçlara işaret eder görünmektedir.
einstein’in kuantum mekaniği ve belisizlik ilkesi ile problemlerinin bir kısmı, onun, bir sistemin belirli bir geçmişi olduğu şeklinde sağduyuya dayanan düşünceyi kullanmasından ileri gelmektedir. bir parçacık ya bir yerdedir ya da başka bir yerde. yarısı bir yerde, yarısı diğer yerde olamaz. benzer şekilde astronotların ay’a ayak basması gibi bir olay ya olmuştur ya olmamıştır. yarı olmuş olamaz. bu insanın biraz ölü veya biraz hamile olmaması gibidir. ya öylesiniz ya da değilsiniz. fakat eğer bir sistemin belirli t ek bir geçmişi varsa belirsizlik ilkesi parçacıkların bir defada iki yerde olması veya astronotların yalnızca yarı ay’da olmaları gibi her türlü paradoksa yol açar.
(s. hawking, kara delikler ve bebek evrenler s: 81-82)
uzay teleskopu hubble, dünya’ dan 593 kilometre ötelerde uzayı bizim için gözetliyor.
kütle çekimi nedir?
newton’ un dehası, kütle çekim yasalarını bulmaya yetti. i̇ki madde, birbirlerini kütleleriyle doğru, aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı olarak çeker. einstein, bunlarda düzeltmeler yapılmasını sağladı. i̇lginçtir çok eski zamanlardan bu yana tanınan yer çekimi (daha genel olarak her kütlenin birbirini şu ya da bu kuvvetle çekmesi) insanoğlunun hâlâ açıklayamadığı bir olgu olarak duruyor. cisimlerin yere doğru düşmesini nasıl açıklayabiliriz?
i̇ki açık uçlu boruyu, aynı doğrultuda yan yana koyalım. borular içinde aynı anda bir patlama tepkimesi gerçekleştirelim. oluşan gazlar her borunun uçlarından dışarıya doğru püskürür. bu durumda borular, nasıl hareket eder? borular birbirini çeker. bunu nasıl açıklayabiliriz? patlamayla birlikte borular arasında bir yüksek basınç bölgesi oluşur, buna bağlı olarak bölgeye gaz akışı azalır. boruların karşıt uçlarındaki püskürmelerin tepmeleri sonucu borular birbirine doğru itilir. tıpkı bir silah namlusundan çıkan merminin yarattığı geri tepme gibi.
şimdi bütün yönlerde graviton denen mermiler atan iki cisim düşünelim. “bütün yönlerde” açıklamasına dikkat ediniz. çünkü kütle çekim yasası, küre yüzeyinin her noktasından çıkan her doğrultuda etkilidir. öte yandan kütlesel çekim, iki cismin merkezini birleştiren doğrultuda en yüksektir. çünkü kütlesel çekim, uzaklığa bağlıdır. ters yönlerde dışarı atılan gravitonların geri tepmesi iki cismi birbirine doğru yaklaştırır.
eğer bu anlattığımız model doğruysa gravitonlar, yani kütle çekim alanının kuantumları bir kütleye ve enerjiye sahip olmalı; yani graviton salan her cisim, kütle ve enerji kaybetmelidir. bu konuda ilk olarak prof. d. i̇vanenko bir şeyler söyledi. çarpışan iki graviton nasıl bir sonuç verir? belki de elektron ve pozitron gibi bir parçacık ve anti-parçacık çifti oluşturabilir. bu varsayıma göre bu parçacık çiftleri bir yerlerde buluşarak gravitonlara da dönüşebilir. ama bu iki dönüşüm çok büyük enerjilerle olabilir. bu nedenle bu dönüşüm olasılığı pek zayıftır. peki bir cisim, kendiliğinden gravitonlar yayıyor olmasın? evet bu daha olası. her bir graviton, bulunduğu parçacık kütlesinden bir kısmını alıp zütürür. gravitonların enerjileri bilinirse, bir parçacığın yarıya kadar küçülmesi için geçecek zaman hesaplanabilir. bir başka deyişle maddenin kütlesel çekim alanına bozunması sırasındaki yarı-ömrü hesaplanabilir. böyle hesaplar yapılmış milyarlarca yıl değerleri elde edilmiştir.
diğer hesaplar, gravitonun kütlesini 5x 10-66 gram ve enerejisini 5×10-45 erg değerinde vermektedir. bir protonun kütlesel çekim alanına bozulması yarı-ömrü 10 milyar dolayındadır. gravitonun yoğunluğu ile protonunki aynı sayılırsa gravitonun yarıçapı 2×10-27 santimetre kadardır. protonun yarıçapı 1.5×10 -13 santimetre olduğundan proton yanında graviton, dünya üzerindeki bir toz zerresi gibidir.
özel görecelik kurdıbının sonuçları arasında hiç bir fiziksel etkinin ışıktan daha hızlı yayılamayacağı saptaması vardır. işık, dünya’ dan ay’ a gitmek için bir saniye, güneş’ e gitmek için sekiz dakika, bir galaksiden diğerine gitmek için milyonlarca yıl kastetmektedir. böyle olunca kütle çekim kuvveti denen şey nedir? dünya’ nın ay üzerinde yaptığı etki, ışık hızıyla yayılıyorsa kuvveti belirleyen uzaklık, etkinin çıkış anında dünya’ yı ay’ dan ayıran uzaklık mıdır; yoksa etkinin ay’ a varış anıdaki uzaklık mıdır?
her şey bir yana bu etki nedir?
özel görelilik kuramı, ışığın hızını, birbirine göre düzgün bir hareketle yer değiştiren bir gözlemciler takımı için aynı olduğunu kabul etmişti. gözlemcinin hareketindeki herhangi bir ivme, önsel olarak gözlemcinin evreni tanıma biçimine etki yapabilir. bu ivme acaba nasıl işe karışacaktır? bu soruyu yanıtlamak için, yalnızca mantığa dayanmak gerekir.