Işık Hızı ve Aşılması Üzerine - Tayfun Er (Gökyüzü)

Izafiyet (görelilik, rölativite) Teorisi’nin anlasilmasindaki esas zorluk, teorinin kendisinden çok sonuçlarinin insanlarin sagduyusuna ters gelmesi, dolayısıyla sasirtici ve inanilmasi güç olmasindan dogar. Günlük yaşamımız içinde algılayamadığımız ve cisimlerin hızlarının ışık hızına yaklaştıkça uzunluğunun kısalması, kütlesinin artması ve saatlerin yavaşlaması gibi sonuçlar veren izafiyet teorisi ilk ortaya atıldığında bilim çevreleri tarafından da kuşkuyla karşılanmış ve kuşkuyla bakılıp fazla rağbet görmemişti.

"Rivayete" göre Einstein’i o günlerde ender destekleyenlerden birisine, izafiyet teorisinin yalnızca üç kişi tarafından anlaşıldığı yolundaki sözlerin doğruluğu sorulunca, o da, "Üçüncü kim ?" demiş.

Esasinda izafiyet teorisi de, isigin niteligi, nasil yayildigi (isigin boslukta nasil yayildigi, isigin ilerlemesi için, hala kanitlanamayan eter ya da esir denen bir madde oldugu) ve hizina dair tartismalardan dogmustur. Sonuçlari gerek fizik açisindan gerekse felsefi açidan, isik hizininin ötesine tasinmis olsa da, çikis noktasi isik ve hizina dairdir.

Isik hizinin ne olduguna dair yanit veren Descartes sonsuz oldugunu ileri sürmüstü. Galileo ise, isik hizinin sonlu oldugunu ileri sürmüs ve bunu da kanitlamak için, bu hizi ölçmeye çalismis ve bu ölçme islemi yüzyillarca sürmüs ve en yetkin olarak da 20. yy’de ölçülmüs ve bu sonuç, saniyede 300 bin kilometre olarak bulunmustur.

Einstein, Özel Teoriyi (Özel Izafiyet Teorisi, yalnizca düzgün doğrusal hareket eden sistemlere yöneliktir) açiklarken (daha sonra genel bir kuramla, Genel Izafiyet Teorisi, kütleler arasındaki çekim kuvvetlerini de ele almıştır) buldugu sonuçlari genellestirmisti: İki tane postula (dogrulugu ya da yanlisligi kanitlanamayan önerme) ileri sürmüstü :

1- Tüm hareket izafidir.

Mutlak harekettten söz edilemez, ancak baska bir seye göre hareket söz konusu olabilir. Yanyana aynı hızla giden iki trende bulunan yolculara diğer tren duruyormuş gibi gözükür. Yolcunun bulunduğu tren de hareket ettiği için, yolcunun (gözlemcinin) bulunduğu konumun ve hızının da hesaba katılması gerekir.

Oysa, Einstein’ı asıl düşündüren şey 19. yy sonlarında, gözlemcinin konumu ve hızı ne olursa olsun, ışık hızının hiç değişmediğinin ortaya konmuş olmasıydı. Bu sonuç, Newton’un hareket yasalarının ışık için doğru olmadığını söylüyordu.

Biz bugün, saatte 90 km hizla gittik derken, belirtmesek de bunun dünyaya göre bir hiz oldugu bellidir. Bir uzay gemisinde iseniz ve tüm yildiz, gezegenlerden uzaksaniz hizinizi saptamaniz mümkün degildir. Hatta böyle bir referans noktaniz yoksa, hareket edip etmediginiz dahi asla bilemezsiniz. Bunun bir örnegini kamaranin lumbozundan açik denize baktiginizda, geminin gidip gitmedigini anlayamadigimizi (referans alabileceginiz ufukta görünen bir kara parçasi yoksa) hepimiz yasamisizdir. Buna benzer örneği, son dönemlerde ortaya çıkan ve dışarıyı göstermeyen asansörlerde, sanki hareket etmiyormuş gibi hissederek, yaşıyoruz.

2- Bir gözlemciye göre isik hizi daima sabittir.

Izafiyet teorisinin en "çetrefilli" görünen, sagduyuya en ters gelen yönü işte budur. Bir kamyonun kasasindan geriye dogru bir top firlattigimizda, topun hizi yere göre, bizim firlatma hizimiz - kamyonun hizi, oluyordu; ama benzer gibi görünen bir durumda (bir yildiza dogru giden bir roket ile bu yildizdan gelen isigin hizi, bu iki cisim birbirine yaklasirken) bu yildizdan gelen isik isigin hizi artı roketin hızı olmalıydı (sagduyuya göre) ama bu durumda isik söz konusu olunca, bu hiz 300.000 olarak sabit kaliyordu.

Bu postulalardan çikan sonuçlar, deneyler ve gözlemlerle birlestirildiginde daha da "garip" idi. Einstein iki adet basit denklem vermistir. Bu iki formülden sasirtici sonuçlar çikmaktadir.

Hareket eden bir cisimin (mesela roket) uzunlugu L olsun, v roketin hizi, c de isik hizi oldugunda;

v hiziyla hareket eden bir roketin, hareket halindeki boyu (B) su olur demistir :

B= L * karekök (1- v’nin karesi / c’nin karesi) (* işareti çarpım işaretidir)

Hiz arttikça, roketin boyu kisalacaktir. Denklemin bize verdigi sonuç, büzülme denen bu olaytir. Hiz ne kadar artarsa roketin boyu da o kadar kisalacaktir.

Simdi gelelim bu denklemin asil "sasirtici" yanina.

V yani hiz c’ye yani isik hizina (300.000 km/sn) esit oldugunda ise cismin (roketin vs) uzunlugu sifir olur. Yani cisim, ortadan kalkar !

Basinda yer alan habere göre, isik hizinin 300 katina ulasilmis bu ne demek oluyor bu denkleme göre ?

Hiz (v), isik hizindan yani c’den büyük oldugunda karekök içindeki ifade eksi deger olacagi ve eksi sayinin karekökü de sanal olacagi için, cismin boyu da sanal olacak yani cisim var olmayacaktir.


Gelelim Einstein, ikinci formülüne.

Hareket eden cismin kütlesi m olsun, hareket anindaki kütlesi (H diyelim) için formül sudur :
H = m / karekök ( 1- v’nin karesi / c’nin karesi)

Bu formülün bize verdigi sonuç hiz arttikça kütlenin de artacagidir. Bir cisim, gözlemciye kadar ne kadar hizliysa ise kütlesi de o kadar artar. Amiyane olarak karikatürize edersek ne kadar hiz, o kadar kütle!

Isik hizina ulasildiginda cismin kütlesi sonsuz olacaktir. Bu sonuç, çetrefilli dedigimiz ikinci postulanin sagduyuya aykiri gbi görünen sonucuna da uygundur.

Yani hiç bir sey isik hizindan daha hizli harekete edemez.

Isik hizina ulasildiginda boyu sifira iner, kütlesi sonsuza çikar.

Bu postulalar atom bombasinin da teorik mantigini olusturmustur. Görüldügü gibi, hiz artinca kütle artiyor; enerji de artar tabiatiyla. Biliriz ki, agir bir nesne hafif olandan daha fazla enerjiye sahiptir. Bomba da, (deprem de) bir enerjinin açiga çikmasidir aslinda.

Bir nesnenin kütlesi, geride hiç kütle kalmayacak sekilde enerjiye çevrilirse elde edilecek enerji :

Enerji = kütle çarpi isik hizinin karesi’dir.

İzafiyet Teorisi’nin zaman açısından da ilginç sonuçları vardır. Işık hızına yakın hareket eden roketi izleyen dünyadaki gözlemcinin saatine göre, roketin içindeki astronotun saati daha yavaş çalışacaktır. Yani, "zaman" roketin içinde daha yavaş akacaktır.

Anlaşılması en zor görünen ve dillere pelesenk olmuş, zamanın izafiyeti, nasıl böyle olabiliyordu?

Iki nokta düşünelim ve aralarındaki mesafe de 300.000 kilometre olsun. Işık, bu mesafeyi 1 saniyede alacaktır.

Şimdi bu iki nokta aralarındaki mesafe sabit kalmak şartıyla, ışıgın geliş yönüne karşı diyelim saniyede 100.000 kilometre hızla harekete geçsin.

Bu durumda Newton fiziğine göre, ışığın bu iki nokta arasındaki hızı;

v = 300.000 + 100.000 = 400.000 km/sn olacaktır.

O zaman ışığın bu iki nokta arasındaki mesafeyi geçiş süresi de:

= 300.000/400.000 = 0.75 saniye olması gerekir.

Oysa, teoriye göre, ışık hızı, referans sisteminden bağımsızdır ve iki nokta arasındaki mesafeyi yine 1 saniyede geçer. Demek ki, durağan sistemdeki 1 saniyenin, referans sistemindeki 0.75 saniyeye eşit olması için, sistemdeki saatlerin daha yavaş çalışması gerekmektedir.

Ilk baştaki örneğimize dönüp söylersek, ışık hızına yakın hareket eden roketin içindeki saat, dünyadaki gözlemciye göre daha yavaş çalışacaktır ve roketin hızına, uzaydaki hareket süresine göre astronot, dünyaya döndüğünde örneğin ikiz kardeşine göre artık daha genç olacaktır.

Bütün bunların pek çok sonuçlarından birisi de dört boyutlu bir uzay-zaman kavramı oluşmasıdır.

Isik hizin asilmasinin fizikte ve felsefede pek çok sonucu olacaktir elbette. En basta zaman kavrami olmak üzere, determinizm, kütle, sonsuzluk, hiz, enerji ve pek çok kavram sorgulanacaktir. Böyle bir sorgulama içeren bir yazıyı, bu yazının devamı olarak planlamaktayım. Becerebilirsem yakında onu da yazacağım.

Marksizmin bilim oldugunu ileri sürenler, nedense Marksizm disinda bütün bilimlerin degisecegini ileri sürerler, ama bir bilim oldugunu ileri sürdükleri Marksizmi bu degisimden (üstelik degisim sözcügünü dillerinden düsürmemelerine ragmen) azade tutarlar.

Einstein, Platon’un Akademi kapısına yazdırdığı, "Medeis Ageometretos Eisito (Geometri Bilmeyen Giremez)" kuralını aşacak kadar geometri biliyordu, ama yine de teorisini Riemann geometrisininden yararlanmistir.

(Uzayda, isik, en kisa yolu izleyerek ilerler. Kütlelerin etkilemedigi boslukta bu yol dogrusaldir. Kütlelerin yarattigi çekim alanlari kavisli oldugundan, bu alanlardan geçen isinlar da kavislidir. Günes çevresinde dolasan gezegenlerde dogrusal degil egrisel bir yol izler; çünkü, içinde bulunduklari çekim alani egridir. Böyle bir alanda, tipki bir küre üzerinde oldugu gibi, iki nokta arasindaki en kisa yol bir dogru degil, jeodezik bir egridir. Buna uzay zaman eğriliği deniyor kısaca.)

Marksizm, Newton’a hayran Marx’in Newton Fiziginin (o da Eukliedes Geometrisi’nin çocugudur) mantigi, determinizmi üzerine kurdugu bir yapidir.

Sorun, düsünce sistemlerini doguran bilimsel asamalari anlamaktadir.

Sosyalizmin de, felsefenin de yüzü Kuantum Fizigi’ne dönük olmalidir.