Bu yazı Bugün: 3 Toplam: 1644 kez okunmuştur. Özel Görelilik
Hazırlayan:Ramazan KARAKALE

Özel Görelilik

"Zamanın göreliliğinin keşfi, insanın doğa görüşünde köklü bir değişiklik yaptı. Bu, insan aklının,yüzyılların köhne kavramlarının durağanlığına karşı kazandığı en büyük zaferlerden biridir. Onu ancak,dünyanın küreselliğinin keşfinin teşvik ettiği devrimle kıyaslayabiliriz."

Lev Landau-Yuri Rumer

"Zaman,insanın güncel ve daima ilgilendiği gizemli kavramlardan biridir. Uzay gibi zaman da maddenin bir varoluş biçimidir. Zaman maddenin dışında varolamaz ve zamanın geçişi maddedeki değişmelerle ölçülür."

M.Vasilyev-K.Stankoviç

 

Özel Görelilik Kuramı nedir?  

Albert Einstein(1879-1955) 'in devrim yaratan 1905 yazılarının konuları nelerdir?  Einstein,hangi çalışmasıyla Nobel ödülünü almıştır? Dört boyutlu dünya ne demektir?Uzay ve zaman nasıl kaynaşır?Uzay ve zaman mutlak mıdır,yoksa göreli mi? Zaman "büyük patlama" ile mi başladı,yoksa büyük patlama zaman içinde mi oluştu? Irkçı bilimciler Einstein'i nasıl suçalamışlardır? Einstein "atom bombası"nın yapımına katılmış mıdır? Einstein,ABD Başkanına yazdığı mektuplarda ne dedi?  İkizler paradoksu nedir? Poincare'nin atamadığı adım neydi?Özel görelilik kuramı doğrulanmış mıdır? Feynman,"fizik yasalarında simetri" konusunda,İlya Progogine zaman, Alp Akoğlu da "Zaman Oku", Tekin Dereli "Zaman Makinesi" konusunda bilgiler verecek. Bunları da okumayı unutmayın.

Bizler, günlük yaşamda ışık hızından çok daha düşük hızlarla karşılaşırız. Işığın hızı ise çok yüksek bir hızdır. Işık, saniyede 300 bin kilometre yol alır. Newton mekaniği ya da klasik mekanik denen eski düşünceler,  düşük hızlardaki cisimlerin hareketlerini tanımlamak için kullanılır. Newton mekaniği düşük hızlarda çok iyi sonuç verir;ama hızları ışığın hızına yaklaşan parçacıklara uygulandığında başarısız olur. Örneğin bir elektronun hızını,birkaç milyon voltluk potansiyel farkı kullanarak,ışık hızının yüzde 99'una (0.99c) varan hızlara çıkarabiliriz. Burada sınır ışık hızıdır,elektronu ışık hızından daha fazla hızlandıramayız. Newton mekaniğine göre ise hızın böyle bir sınırı yoktur. Hatta bu mekaniğe göre potansiyel farkı ya da buna karşı gelen enerji 4 katına çıkarılırsa  elektronun hızı,yaklaşık,ışık hızının iki katına yakın bir hız kazanmalıdır. Oysa deneyler, ivmelendirici gerilim ne olursa olsun,elektronun hızının ışık hızından küçük kaldığını gösteriyor. Einstein bilime,çok büyük katkılar yaptı;ama görelilik, onun en büyük ve zekice ortaya koyduğu bir kuramdır. Bu kuramı,1905'te ortaya koyduğunda henüz 26 yaşında bir gençti. Ne büyük bir onur...Özel görelilik kuramı çok sayıda deneyle doğrulanmıştır. İşte size bunları anlatacağım.

Özel görelilik iki temel önermeye dayanır:
1. Eylemsiz referans sistemlerinin tümünde,fizik yasaları aynıdır.(Fizik yasalarının tümü,birbirine göre sabit hızlarla hareket eden tüm gözlemciler için aynıdır)Hareket, görelidir. Yani düzgün hızla hareket eden bir araçta yapılan deneyin sonuçları,durgun bir laboratuvarda yapılan aynı deneyin sonuçlarıyla özdeş olacaktır. Durgun bir laboratuvarda bir deney yaparsanız ve sabit hızlı bir arabayla geçen bir gözlemci de sizin deneyinizi gözlerse,hem laboratuvar koordinat sistemi,hem de hareketli arabanın koordinat sistemi eylemsiz referans sistemleridir. Buna göre laboratuvarda mekanik yasalarının doğru olduğunu bulursanız,hareketli arabadaki kişinin gözlemleri de sizinkiyle uyuşmalıdır. Bu aynı zamanda,hiçbir mekanik deneyinde,iki referans sistemi arasında herhangi bir fark saptanamayacağı demektir. Yani, uzayda mutlak hareket kavramı anlamsızdır.
2. Işığın hızı,evrendeki en yüksek ve mutlak hızdır. Işığın hızı, eylemsiz tüm gözlemcileri için bunların hareketlerinden bağımsız olarak aynı kalır. Işık hızının diğer hızlarla önemli çelişkisi Galileo toplama yasasına uymamasıdır. Havanın durgun olduğu bir referans sisteminde sesin havadaki hızı 330 m/s'dir. Bununla birlikte,ses kaynağına göre hareket eden bir referans sisteminde sesin hızı ölçüldüğünde,sesin hızı bu değerden daha büyük ya da daha küçüktür. Bu durum ışık için geçersiz olmaktadır. Galileo toplama yasası mı yanlış? Yoksa ışığın özel bir durumumu var? Michelson-Morley deneyi işte bu sorunun yanıtını gösterdi. Aslında bu deney, Einstein'in görelilik üzerine çalışmasını yayımlamadan önce,1887'de yapıldı. Ancak Einstein'in bu deneyin ayrıntılarından haberdar olduğu açık değildir. Buna karşın deneyin sonucu,Einstein'in kuramı çerçevesinde hemen anlaşılabilir. Çünkü kurama göre,gözlemcinin ya da kaynağın hareketinin ışık hızı üzerine bir etkisi yoktur. Özel görelilik kuramı, uzay ve zaman konusundaki sağ duyuya dayanan düşüncelerimizi değiştirdi.

"Hareket Görelidir "Ne demektir?

Bu kuramın iki önermesini tanımıştık. Bu önermeler, bizi yeni bir düşünme düzeyine sıçramaya zorlar. A ve B gibi iki kayıktayız. A kayığı, bir çupra sürüsünü oltasına düşürmüş ve denizin o noktasında durağan. B kayığı ise çupra arayışı için sabit bir hızla ilerliyor. Ortalık sisle kaplı. Kayıklardaki gözlemciler kimin hareket halinde olduğunu bilemiyor.  Sessiz ve sarsıntısız bir trendeki yolcu pencereden baktığında kendisinin değil, çevresindeki uzayın hareket etiğini sanır.

Hareketi nasıl gözleriz?

 Bir referans (başvuru) sistemi olmaksızın hareket kavramının anlamı yoktur. Her durumda hangi sisteme göre hareketi belirtmek istediğimizi belirlemeliyiz.Başvuru sistemi, bir yol, yer yüzeyi, Güneş, galaksimizin merkezi olabilir. Bermuda' da ve Avusturalya' da Perth' e düşürülen taşlardan her ikisi de "aşağıya " düşmekte, ama   bu iki taş, yerin merkezine göre tam olarak zıt yönde hareket etmektedir. Bu durumda referans sistemi neresidir? Yerin merkezi mi; yoksa yerin yüzeyi midir? Aslında referans sistemleri, eş derecede doğrudur ya da vardır. Sorun, sizin amacınız için hangisini daha uygun olduğunu saptamaktır. Eğer tüm uzayı dolduran bir eter olsaydı, tüm hareketleri ona dayandırırdık ve böylece Bermuda ve Perth sakinleri şaşkınlıktan kurtulmuş olurdu. Böyle bir eterin yokluğu evrensel bir referans sistemi olmadığını anlatır. Çünkü ışık (veya daha genel olarak elektromanyetik dalgalar) boş uzayda bilgi aktarabilecek tek araçtır. Bütün hareket, yalnızca kendisini gözleyen kişiye ve araca göre vardır. Evrende yalıtılmış olsak, hareket halinde olup olmadığımızı belirleyemeyiz, çünkü referans sistemi olmaksızın hareket kavramının bilimsel  anlamı yoktur.

Einstein ' in 1905' te geliştirdiği özel görelilik kuramı, birbirlerine göre sabit hızlarla hareket eden sistemlerin ( eylemsizlik referans sistemleri)  sorunlarına eğilmektedir.

 Şimdi düşünelim ki iki kayık yan yana geliyor ve tam bu anda yıldırım çakıyor. Özel göreliliğin ikinci önermesine göre yıldırım ışıkları, düzgün olarak tüm doğrultulara yayılıyor. Birinci önermeye göre  her iki kayıktaki gözlemci, kendisinin merkezde olduğu, genişleyen bir ışık küresi bulmalıdır.; hatta alevin parladığı noktaya göre, bunlardan birisi konumunu değiştiriyor olsa bile kayıklardan başka bir referans sistemini sis yok ettiğinden gözlemciler kimin değişikliğe uğradığını fark edemez ve böylece, her ikisi için de ışık hızı aynı olduğundan her ikisi de özdeş olayı görmelidir.

 Göreli olaylar, günlük deneyimlerden farklıdır.

 Açık bir günde A ve B kayıkları denizdedir. Bunlardan biri, kayıkla yan yana gelince suya bir taş atar. Taşın yaratığı dalgalar nasıl görünür? Her iki gözlemci, farklı dairesel yörüngeler yayıldığını gözler. Yalnızca dalgacık örneklerinin merkezinde olup olmadığını gözetleyerek herbir gözlemci, kendisinin suya göre hareket edip etmediğini söyleyebilir. Su, bir referans sistemidir ve kayıkla su üstünde hareket eden bir gözlemci, farklı yönlerdeki  dalgacık hızlarını, kendisisine göre birbirlerinden farklı olarak ölçer.; oysa kayık üzerindeki duran bir gözlemcinin ölçtüğü dalgacık hızları her yönde aynıdır. Şu noktayı anımsamak çok önemlidir. Sudaki dalgalar ve hareketler ile uzaydaki hareket ve dalgalar çok farklıdır. Uzay, kendi içinde bir referans sistemi değildir; su, kendi içinde bir referans sistemidir. Sudaki dalga hızları, gözlemcinin hareketi ile değişir; ışığın uzaydaki dalga hızları ise gözlemcinin hareketi ile değişmez. Örneğimizdeki iki kayıkta bulunan gözlemcilerin, özdeş halde yayılan ışık küreleri algılamaları gerçeğinin tek açıklama yolu, her gözlemcinin koordinat sisteminin, öbürünün bakış açısından, birbirlerine göre hareketten etkilenmiş olmasıdır.

Bunlardan birinciyi, yani hareketin göreli olmasını hele bir düşünelim. Dünya' nın kendi ekseni etrafında ve Güneş çevresinde döndüğünü artık hepimiz biliyoruz. Biz insanlar, Dünya denen müthiş bir hareketlinin, diyelim ki bir trenin yolcularıyız. Ama Dünya,  bize hep duruyor gibi geliyor. Neden? Çünkü trenimiz ve biz, aynı hızda ve aynı yönde hareket etmekteyiz. Şimdi bir tren istasyonu ve onun önünden geçen tren modelini düşleyelim. Bu bir düş değil, belki de yolculuklarınızdan anımsayacağınız bir gözlemin öyküsüdür. Biri istasyonda bekleyen istasyon şefi, diğeri de trendeki bir yolcu olan iki kişinin hareketi nasıl kavrayacaklarına bakalım. İstasyon şefi için hareket eden şey  hep trendir. Trendeki yolcu ise kendisinin durağan olduğunu, istasyonun ve tüm diğer dünya yüzeyinin kendi yanından geçip gittiğini düşünebilir. Bir biçimli hareket, yalnızca göreceli  olarak belirtilebilir; mutlak bir hareketli olduğunuzu öne süremezsiniz; ancak bir başka nesneye göre hareket etmekte olduğunuzu söyleyebilirsiniz. Siz, sandalyenizde otururken aslında Dünya ile birlikte hareket halindesiniz. Ama Dünya ile hız farkınız sıfır olduğu için bunu farketmiyorsunuz. Siz, arabanızla şu kadar hızla otobanda seyrederken, bu hızınız sandalyesinde oturan komşunuza göredir. Sanıyorum hareketin göreliliği konusunda anlaşıyoruz. Şimdi daha geniş uzaylara açılmak için yine istasyon şefimize ve trendeki yolcumuza dönelim; epeydir yerlerinde tembel tembel oturuyorlardı. Onlara ölçme görevi vereceğiz. Şefe bir ölçü çubuğu ve  bir saat; trendeki yolcuya da bir ölçü çubuğu ve bir saat veriyoruz. İkisine de yolcunun bulunduğu pencerenin yatay uzunluğunu ölçme ödevini veriyoruz. Yolcunun işi kolay. Yerinden kalkacak ve pencerenin uzunluğunu ölçecek. Şefinki biraz daha zor. Tren geliyor,  ama istasyonda durmadan geçiyor, ışıkları açacak, yolcuların istemleriyle uğraşacak ve bu arada hareket halindeki trenin pencere boyutunu ölçecek. Sanıyorum pencere boyutu değişmediğine göre, şef ve yolcunun aynı uzunlukları ölçeceğini düşünüyorsunuz. Ama Albert Einstein, size yanıldığınızı gösterecektir. Şefin pencereyi görmesi için, pencerenin ön ve arka noktalarındaki ışık, şefin gözünü ulaşmalıdır. Ancak öndeki ışık daha kısa sürede, arkadaki ışık daha uzun sürede ona ulaşır. Bu da aynı bir uzunluğun farklı hızlardaki gözlemcilerce farklı ölçüldüğünü gösterir. "Hareket Halindeki Cisimlerin Elektrodinamiği " başlıklı makalesi, özel göreliliğin ana düşüncelerini içeriyordu. Einstein, önce esir (eter) kuramını bir kenara itti. Sonra, içinde göreli hareketle mutlak hareketin ayırt edilebileceği sabit bir uzayın bulunmadığını ileri sürdü Başka bir anlatımla, evrende durduğuna emin olabileceğimiz hiçbir şey olmadığını gösterdi. Duran bir trende otururken, yandan başka bir tren geçse, bunu gören herkes bunun farkına varır. Ama sarsıntıları yok eder ve duran ile yanından geçen yolculara sorarsak, hangi trenin hareket halinde olduğunu söylemek güçleşir.

Işık Hızının En Yüksek Hız olması Ne Demektir?

Işık hızının sabitliği neleri düşündürür?

Her gözlemci ölçülerini kendi referans sistemine  göre yapar. Bu referans sistemi nedir? Kendi evi, laboratuvarı, gezegeni ya da galaksisi olabilir.

Uzaydaki her şey birbirine göre değişik hızlardadır. İnsanın evrendeki yerini veya hareketini belirleme amacıyla kullanabileceği esir ya da başka bir işaret yoktur. Herkes için ortak olan tek sonuç, içinde bulunduğumuz hareket haline bağlı olmaksızın, ışık hızını ölçtüğü zaman, her yerde aynı sonucu bulacağıdır.

Einstein' in düşüncelerinin ilginç sonuçları vardır. Bir uzay platformunun Dünya yörüngesine yerleştirildiğini ve bir bilim adamının cetvel ve saatle ışık hızını ölçmekle burada bulunduğunu düşünelim. Bu bilim adamının saat ve cetvel dışında bu iki aletten başkasına gereksinim duymaması hayret vericidir. Bunun nedeni,   hızın herhangi bir şeyin verilen bir zaman içinde alacağı yolun ölçüsü oluşudur. Platformdaki bilim adamı, ölçülerini dikkatle yapar ve ışığın, tıpkı Dünya üzerinde olduğu gibi, saniyede 300.000 km lik bir hızla hareket ettiğini saptar.

Yine aynı ölçüyü yapmak üzere Dünya’dan ikinci bir heyet gönderilir. Fakat bu seferki bilim adamı nisbeten yavaş hareket eden bir uzay istasyonunun sağladığı kolaylığa sahip değildir. Ölçülerini, dünyada iken karşılaştırdıkları vakit uzay istasyonundakilerin aynı oldukları saptanan cetvel ve saati kullanarak hızla hareket eden roketli bir uzay gemisinden yapması istenir. Uzay gemisi, istasyonun yanından hızla geçerken içindeki bilim adamı ölçmelerini yapar ve bu sırada uzay istasyonundaki bilgin de onu teleskopla gözetler. İstasyondaki bilgin, uzay gemisinin, ordaki meslektaşının ve onun kullandığı cetvelin hareket yönünde kısaldıklarına dikkat eder. Fakat, uzay gemisinden verilen ışık hızıyla ilgili rapor onu şaşırtır. Meslektaşının raporuna göre, ışığın uzay gemisinde ölçülen hızı da 300.000 kilometredir. Bu nasıl olabilir? Ölçüyü kısalmış cetvelle yaptığına göre sonucun farklı olması gerekirdi. Bunun kaçınılmaz yanıtı, hızın hesabında kullanılan diğer büyüklüğün de değişmiş olmasıdır. Yani zaman akışı “yavaşlamış”tır.

     Onun çıkış noktası, ışık hızının evrensel bir sabit olduğuydu. Bunu, kendisi değil,  Michelson ve Morley daha önce kanıtlamıştır. Maxwell, bu konuda adımlar atmıştır.

Esir Kuramını Kurtarma Çabaları

Michelson-Morley Deneyi, esir kuramına indirilmiş önemli bir darbeydi. Ama 1893 yılında Dublin' deki Trinity Kollejinde görevli Fitzgerald , yeni bir öneriyle esir kuramını kurtarmayı denedi. Bundan ayrı olarak bir başka görüşü de Leiden Üniversitesinden H.A. Lorentz ortaya attı. Fitzgerald ve Lorentz' e göre, esir içinde hareket eden cisim hareket yönünde kısalıyordu. Bu kısalmanın miktarı, cismin hızının ışık hızına yakınlığına bağlıydı. "Lorentz- Fitzgerald kısalması" denen bu değişme, basit bir matematik formülle açıklanmıştı. Buna göre, Dünya' nın Güneş çevresindeki hareketi Michelson-Morley  aletinde 200 milyonda bir oranında kısalmaya neden oluyordu. Ne kadar küçük olursa olsun bu değişme, deneyin neden başarısız olduğunu açıklamaya yeterdi. Aletteki kısalma, aletin gerçek fiziksel büzülmesi, esirden geçerken yavaşlayan ışık demetinin hızındaki herhangi bir azalmayı örtecek düzeydeydi. Lorentz ve Fitzgerald, o an için doğru sonuç veren bir matematiksel hipotez ortaya attılar; ama bunun başarılı bir açıklamasını yapamadılar. Yine de katı maddenin hareketten dolayı kısalması  herkesin dikkatini çekti.Hareket nasıl olur da bir cismin kısalmasına neden olabilirdi?

1905  DEVRİMİ

Einstein,1905 yılında henüz 26 yaşındaydı. Birden ve harika  bir sona ulaştı...1905' te Einstein Almanya’nın  ünlü fizik dergisi 'Annalen der Physik    ' te   art arda yayımladığı üç çalışması olağanüstü bir yankı uyandırdı; bu yazılar, insanoğlunun evrene bakışını kökten değiştirdi.

1. Einstein "atomun varlığı"nı Yeniden Kanıtlıyor: Polenlerin Sıvı İçindeki Dansı

Atomların  Önemi

Jean Perrin,1908'de,Einstein’in polen taneciklerinin hareketiyle ilgili niceliksel kestirimlerini doğrulayan bazı önemli deneyler yaptı. Bu deneyler, aynı zamanda Einstein’in tümüyle kurama dayanan hesaplarının ne denli incelikli yapıldığını da gösterdi. İşte o zaman başta kimyacı Ostwald  bile "atomcu" oldu.  Ancak katı pozitivisti Ernst Mach, doğrudan deneye dayanmıyor diyerek atomun varlığını kabul etmedi;ölümüne dek “bozulmaz şüpheciliğini” korudu. Bugün fizikçiler, patent inceleyicisi Einstein’in yazısını atomların varlığı konusunda ilk ikna edici test olarak kabul etmektedirler. Yalnız başına o tek yazı onun bilimsel saygınlığını sağlardı.

Atomları göremeyiz ve onlara dokunamayız; onlar dünyamızın farkına varılabilen bir kısmı değildir. Yine de fiziğin büyük kısmı atomların varlığına dayanır. Kuantum elektrodinamiğinin mucitlerinden biri olan Richard Feynman (1965 Nobel), bir defasında, bir tufanda geleceğe iletilmesi gereken bir cümle dışında tüm bilimsel bilgi tahrip edilseydi bu cümlenin ‘.. doğada her şey, birbirinden biraz uzak olduklarında birbirini çeken, fakat, birbiri içine sıkıştırıldıklarında birbirini iten, aralıksız bir hareket içinde dolaşan atomlardan yapılmıştır ” şeklindeki cümle olması gerektiğini yazmıştı.

Einstein’in uğraştığı sorun, atomların varlığının nasıl kanıtlanabileceği sorunu idi. Atomlar görülemeyecek kadar küçük iken bu iş nasıl yapılabilirdi? Uçan tenis toplarıyla dolu odanın içine bir basket topu koyduğunuzu düşünüelim. Büyük basket topu her taraftan tenis toplarının saldırısına uğrar ve rastgele hareket etmeye başlar. Tenis toplarının bombardımanının rastgeleliğini varsayarak, basketbol topunun hareketleri belirlenebilir. Baste topu, kendine carpan toplar nedeniyle sıçrar ve ortalıkta zıplar.

2. Fotoelektrik Olayın Kuantum Kuramıyla Açıklanması

   İkinci bomba, aslında kuantum kuramıyla ilgiliydi. Fotoelektrik olayın incelendiği bu yazı, kuantum kuramının bir savunmasıydı.Aslında diyoruz, çünkü Einstein kuantum kuramının kurucularından olduğu halde giderek ilerlemenin gerisinde kalma talihsizliğini yaşayacaktı. Makalesinin adı: Işığın Oluşumu ve Dönüşümü Üzerine Bir Görüş 'tü. Einstein bu makalesinde fotoelektrik olayı çözümlüyordu .Bu çözümlemede Planck'ın kuantum önermesini kullandı. 1900 yılında Alman fizikçi Max Planck, enerjinin sürekli olmadığını, paket paket alındığını ve verildiğini ileri sürmüştü. Ayrıca atomlar arasındaki enerji alışverişinin ışığın frekansıyla  doğru orantılı olarak ve kuantum denen enerji paketleri biçiminde gerçekleştiğini deney sonuçlarına dayanarak söylüyordu. Fotoelektrik olayda üzerine ışık düşen bazı metaller , elektron yayar. Einstein işte bu olayı, ışığın fotonlar (kuantumlar) halinde yayılmasıyla açıkladı. Planck, ışık kaynaklarının kuantlaşmış enerji değişimi yaptıklarını varsaymıştı. Einstein bir adım ileri giderek, ışığın kendisinin kuantlaşmış olduğunu-ışık foton denen parçacıklardan oluşmuştu- varsaymıştır. Fotoelektrik etkiyi tanımlayacak bir denklem türetti. Planck dahil  fizikçilerin çoğu,ışığın doğayı  bir süreklilik olarak gören görüşe uygun olarak,dalga biçimli bir olay olduğunu düşünüyorlardı. Bu devrimci fikir, o zaman yerleşik olan ışığın dalga teorisine karşı bir çıkıştı-bu durum, fizikçilerin onu reddetmeleri için yeterli nedendi. Diğer fizikçiler Einstein’in önerisini, yalnızca foton için pek doğrudan bir kanıt sayılamayacak olan fotoelektrik etkiyi açıkladığı için reddettiler. Fakat Einstein ışık konusunda dalga-parçacık ikili yapı kavramına sıkı sarıldı ve ışığın bu görünüşte çelişkili özelliklerini uzlaştırmaya çalıştı; ama başaramadı.

Einstein,1905 yılının üç yazısından yalnız fotoelektrik olay konusundaki yazısı için”gerçekten devrimci” diye söz eder ve gerçekten de öyleydi. Işığın kuantlı olduğunu söyledi. 1915 yılına dek onun bu devrimci fikri deneysel olarak kontrol edilemediği gerekçesiyle pek ilgi görmedi. Örneğin,1912'de bile Planck, Berlin Üniversitesi’nde  verdiği derslerde hala Einstein’in ışık hakkındaki ‘keşifsel görüş açısına” saldırıyordu. Bunu yapan sadece o değildi. Bilim adamlarının çoğu bilimin, mantığa sağduyuya meydan okuyabileceğini kabullenemiyordu. 1913 yılında Prusya Bilim Akademisi üyeliğine önerilirken  "Einstein' in   modern fizikte katkıda bulunmamış olduğu bir sorun yoktur denilebilir" tümcesinin ardından ışık kuantumu önermesi "spekülasyon" olarak nitelendiriliyordu.

Elektron yükünün ölçülmesini sağlayan Amerikalı deneyci R. Milikan , Einstein’in foto elektrik olayla ilgili  denklemeni test etmek için yıllarca uğraştı ve 1915 yılında: "Einstein denkleminin görünürdeki tam başarısına rağmen, sembolik ifadesi olmak üzere tasarlandığı fiziksel teori o kadar tutarsız bir şey ki, kanımca, Einstein kendisi artık onu savunmayacaktır " demişti. Einstein onu savundu. Ancak foto elektrik denklemi deneysel olarak doğrulandıktan sonra bile, diğer fizikçilerin ışığın bir parçacıklı (kuantlı) olduğu görüşüne karşı direnmeleri sürdü. ‘Gerçekten devrimci’ foton fikrinin, ışık parçacığının, kabul edilmesinden önce yeni deneysel doğrulamaların yapılması gerekiyordu.

  3. Uzay ve Zaman Kavramları

 Üçüncü yazı, sonradan özel görelilik kuramı adı verilen uzay ve zaman kavramları üzerineydi.Üçüncü   makalenin adı Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği  idi. Bu makale elektromanyetik olguları açıklayan Maxwell yasalarına yeni bir bakış açısı getiriyordu. 19. yüzyıl sonlarında ışığın elektromanyetik bir dalga özelliği gösterdiği ve uzaydaki hızının da saniyede 300 000 km(186.000 mil) olduğu anlaşılmıştı. Filozofların ve bilimcilerin çağlar boyu kafa yorduğu bu iki kavram, 1905 yılındaki yazıyla bambaşka bir  öz ve biçim  kazandı. 1910 yılında Max Planck , onun bu yazısıyla ilgili olarak " Doğru olduğu kanıtlanırsa, kanımca Einstein, yirminci yüzyılın Kopernik' i olarak değerlendirilecektir " demişti.  İÖ Demokrit, atomlar ve boş uzay var diyordu. Parmenides ve öğrencisi Zenon, hareketi yadsıyordu. Bazıları uzayı her şeyin içinde yüzdüğü peltemsi bir ortam "eter" olarak tasarlıyordu. Zaman da bir nehir gibi geçmişten geleceğe akan metronom tik taklarıydı. Peki ama uzay neydi; zaman neydi? Bunların birbiriyle ilişkisi var mıydı? Einstein bunu çok basit söylemişti: Uzay, bir ölçü çubuğuyla ölçtüğümüz şey; zaman da bir saat ile ölçtüğümüz şeydir. Bu pek basit sunuş, çok boyutlu bir düşüncenin simgeleriydi aslında. Bu tanımlarla silahlanmış olarak Einstein, birbirine göre değişmeyen bir hızla hareket eden iki gözlemci arasında uzay ve zamanın ölçümlerinin nasıl değiştiğini sordu. Bir gözlemcinin ölçüm çubuğu ve saati ile bir trende hareket ettiğini, diğerinin de çubuğu ve saati ile istasyonun platformunda olduğunu varsayalım. Trendeki kişi, vagonun kenarında pencerenin boyunu ölçer. Aynı şekilde platformdaki kişi, yanından geçerken aynı pencerenin boyunu ölçer, iki gözlemcinin ölçümler birbirine göre nasıldır? Basitçe, bu ölçümlerin sonucunun aynı olması gerektiğini düşünürüz- eninde sonunda ölçülen aynı penceredir. Fakat Einstein’in ölçü sürecini dikkatli şekilde analiz ederek gösterdiği gibi, bu yanlıştır.

Zamanın mutlak değil göreli olduğunu artık biliyoruz. Bir olayın bir uzay noktasından başka bir uzay noktasına yayılmasının hızı sonsuz olarak ivmelendirilemez, yani yayılmanın hızı ışık hızı değerini aşamaz.

Hiçbir hızın ışık hızını aşamayacağını anlatan doğrulama bir doğa yasasıdur. Bir kere daha yinelemeli: Yalnızca limit hız, yani ışık hızı farklı laboratuvarlar için aynı değere sahiptir. Bu gerçek bize çok önemli bir teknik sorunu da önümüze koyuyor: Işık hızı, erişilebilecek en yüksek hızdır.

Einstein devrim yaratan makalesinde iki nokta arasında yol alan ışığın hızının nasıl belirleneceği sorunundan yola çıktı. Bu amaca yönelik olarak iki temel önerme geliştirdi:

1. Mekanik denklemlerin geçerli olduğu her başvuru sisteminde, elektrodinamik ve optik için aynı yasalar geçerliydi.

2. Işığın hızı, kendini yayan cismin hareketinden bağımsızdı ve boşlukta her zaman aynı hızla yayılıyordu.

Bu ilkelere göre, birbirine göre hareket halinde olan iki gözlemci, hızları sabitse, iki ayrı yerde gerçekleşen iki olay arasında geçen süreyi aynı biçimde değerlendiremez. Gözlemcilerden biri, bu iki olayı aynı anda yani eş zamanlı olarak görürken, öteki olayları belirli bir zaman aralığıyla,yani ardışık olarak görür. Eşzamanların göreliliği denilen bu olgunun nedeni, olayların gerçekleştiğine ilişkin en hızlı belirti olan ışığın hızının, her iki gözlemci için de aynı ve sonlu olmasıdır.

 Platformda ölçüm çubuğu ile duran kişi, pencerenin kendi önünden geçtiğini ‘görmelidir’. Bir başka deyişle, hareket eden pencerenin uzunluğu konusunda bilgi getiren ışık, platformda duran kişiye iletilmiş olmalıdır, aksi takdirde, ölçümü mümkün değildir. İki ölçümün kıyaslanması konusuna ışığın özellikleri girmiştir ve bu nedenle, ilk olarak ışığın ne yaptığını incelemeliyiz.

Einstein’dan önce de bilim adamları, ışığın hızının sonlu fakat çok hızlı, saniyede 180 000 mil(yaklaşık 300 000 kam/s) kadar olduğunu biliyorlardı. Fakat Einstein, ışığın hızı konusunda özel bir şey olduğunu; ışığın hızının mutlak bir değişmez olduğunu düşünüyordu. Ne kadar hızlı hareket ederseniz edin, ışığın hızı her zaman aynıdır. Bir ışık ışınını hiçbir zaman yakalayamazsınız. Bu gerçeğin ne kadar tuhaf olduğun anlamak için, bir silahtan yüksek bir hızla bir kurşun çıktığını varsayalım.   Kurşunun hızı mutlak bir değişmez değildir, öyle ki, kurşunun ardından bir roketle yola çıkarsak ona yetişebiliriz ve kurşuna yetiştiğimizde kurşun hareketsiz görünebilir. Kurşunun hızının hiç bir mutlak anlamı yoktur, çünkü onun hızı hep bizim hızımıza göre bir hızdır. Fakat ışığın durumunda durum böyle değildir; onun hızı mutlak bir hızdır;her zaman aynıdır, bizim hızımızdan tamamen bağımsız. Bu, ışığın hızını başka herhangi bir şeyin hızından niteliksel olarak farklı yapan tuhaf özelliğidir.

Işığın hızının mutlak değişmezliği varsayımı, özel görecelik kuramının ikinci önermesi idi. Einstein’in ilk önermesi, mutlak tek biçimli hareketi belirlemenin olanaksız olduğu idi. Tek biçimli hareket değişmeyen bir yönde, değişmeyen bir hızla ilerler-esas olarak kayar. Einstein’in önermesine göre kaymaktaysanız, hızınızı bir başka şeyin hızına göre kıyaslamadığınız sürece, kaymakta olup olmadığınızı belirleyemezsiniz. Biri trende, diğeri platformda olan iki gözlemci bu önermeyi resimlemektedir. Platformdaki kişi için, hareket eden şey, trendir. Ama trendeki kişi de aynı şekilde, kendisinin durağan olduğunu ve platformun ve tüm dünyanın onun yanından geçerek hareket ettiğini varsayabilir. Tek biçimli hareket yalnızca göreli bir şeydir-ancak,b ir başka şeye göre hareket etmekte olduğunuzu söyleyebilirsiniz.

Bu iki öneriden,(ışığın hızının değişmezliği ve hareketin göreli oluşundan) özel görelilik kuramının tüm mantıksal yapısı çıkmıştır. Ancak, bir fizikçi ve Einstein’in arkadaşı olan Paul Ehrenfest ’in vurguladığı gibi, bu ilk iki önermenin birbiri ile çelişmediğini belirten, kendiliğinden ortaya çıkan bir üçüncü önerme vardır. Yüzeysel olarak, bu iki önerme çelişiyor görünür. Bir önerme tüm tek biçimli hareketlerin birbiriyle göreli olduğunu söyler. Diğer önerme, mutlak olan ışığın hareketi hariç olmak üzere diye ekler. Özel görelilik kuramına göre, dünyanın tüm iyi bilinmeyen özelliklerinin kökeninde, tüm maddi nesnelerin hareketleri arasındaki görelilik ve ışığın hızının mutlak oluşunun karşılıklı ilişkisi yatmaktadır.

Einstein, bu önermeleri kullanarak,  bir gözlemci tarafından yapılan uzay ve zaman ölçümleri ile ona göre tek biçimli hareketle ilerleyen bir diğer gözlemci tarafından yapılan aynı ölçümler arasındaki ilişkiyi gösteren yasaları matematiksel olarak çıkardı. Einstein, platformdaki kişinin, hareket eden trendeki pencerenin boyunu, trendeki  kişinin ölçümüne göre daha kısa bulacağını gösterdi. Hayali trenin hızı arttıkça,  hız ışık hızına yaklaşırken, pencerenin boyu, platformdaki kişi tarafından gittikçe daha kısa olarak ölçülecektir. Tanıdığımız dünyamızda, gerçek trenler gibi, nesnelerin çoğunun hızı, ışık hızına kıyasla çok küçük olduğu için, ancak ışık hızına yakın hızlarda görülen bu tür dramatik kısalmaları hiç bir zaman görmeyiz.

Bunlar ve pek çok başka test,  Einstein’in ilk çalışmasının doğruluğunu kanıtlamıştır. Genç Einstein kendisini insan düşüncesinin en yükseği ve en iyisi ile tanıtan bir bohem ve bir isyancı idi. 1905 yılından 1925'e kadar yoğun yaratıcılık döneminde, “Yaşlı Adam”- Doğanın Yaratıcısı veya Zekası için kullandığı terimdi bu- karşısında ateşli bir tavır içinde göründü.

Einstein ve Determinizm

Armağanı, basit ve çekici tezlerle maddenin kalbine gidebilme yeteneği idi. Fizik topluluğundan ayrı olarak, ama bilimin süren polemikleriyle bağlantı içinde, Einstein evrenin yeni bir görünüşünü kavradı.

Einstein’in 1905 yılı yazıları ve Planck’ın 1900 yılı yazısı, 20.yy fiziğine yol göstericilik yaptı. Daha önceki fiziği dönüşümden geçirdiler. Einstein tarafından  geliştirilen Planck’ın kuantum (foton) fikri doğanın sürekli bir görünümünün ileri sürülemeyeceği anlamına geliyordu. Maddenin birbirinden ayrı atomlardan oluşmuş olduğu gösterilmişti. Newton zamanından beri savunulan uzay ve zaman kavramları yıkılmıştı. Yine de bu ilerlemelere karşın determinizm fikri- evrenin her ayrıntısının fiziksel yasalara bağlı olduğu düşüncesi- Einstein ve onun dönemindeki fizikçilerde yerleşik kaldı. Bu keşiflerdeki hiçbir şey, determinizmi yenemedi.

Einstein’in büyük gücü, matematiksel tekniğinde değil, fakat derin anlayışında ve ilkelere sarsılmaz bağlılığında yatıyordu. Klasik fiziğin ilkelerine ve determinizme sarsılmaz bağlılığı, şimdi onu özel görelilik kuramından en büyük eseri olan genel görelilik kuramına götürüyordu. Genel Görelilik kuramı için ana sayfaya bakınız.

         Zamanın Genleşmesi: Yavaş Akan Zamanda Bir Gezinti

        Hareketli saatler,bir miktar yavaş çalışır. Bu daha yeni tanımlanmış ışık saatleri için olduğu kadar,adi mekanik saatler için de doğrudur. Gerçekten bu sonuçları tüm fiziksel süreçlerin,kimyasal tepkimeler ve biyolojik süreçler dahil,hareketli bir çerçevede oldukları zaman, durgun bir saate göre yavaşladıklarını söyleyerek genelleyebiliriz. Örneğin uzayda hareket eden bir astronotun kalp atışları,uzay gemisinin içindeki bir saat ile tempo tutturmuş olsun. Astronotun hem saati hem de kalp atışları durgun bir saate göre yavaşlamıştır. Astronot uzay gemisinde yaşamın yavaşladığı duygusuna kapılmaz. Zaman genişlemesi,çeşitli deneylerle doğrulanmış olan gerçek bir olgudur. Örneğin müonlar bir elektronunkine eşit yüke ve elektronunkinden 207 kez büyük bir kütleye sahip olan kararsız elemanter parçacıklardır. Müonlar,kozmik ışınların,atmosferin yukarı kesimlerinde,soğurulması sonucu oluşabilirler. Müonların yerdeki gözlemciye göre ömürleri, müonlarla birlikte hareket eden gözlemciye göre daha büyük gözlenmiştir. 1976'da CERN laboratuvarında yapılan müon deneylerinde hareketli müonların ömrü,binde iki hata ile, göreliliğin öngörüsüyle uyumlu olarak,durgun müonunkinden yaklaşık 30 kez daha uzun olarak ölçüldü. Hafele ve Keating tarafından rapor edilen bir deneyin sonuçları(1972), zaman genişlemesi olgusu için dolaysız kanıt oluşturuyor. Deneyde,çok kararlı sezyum demeti atom saatleri kullanıldı. Uçan bir jette bulunan böyle dört saat ile ölçülen zaman aralıkları, ABD Deniz Gözlemevi'ne yerleştirilmiş referans atom saatleriyle ölçülen zaman aralıkları ile karşılaştırıldı. Yere bağlı bir saat,yerin ekseni etrafındaki dönmesi nedeniyle, gerçek bir eylemsizlik çerçevesinde değildir. Bu sonuçları kuram ile karşılaştırmak için birçok faktör dikkate alınmalıydı.  Bunlar arasında yere göre hızlanma ve yavaşlamanın periyotları,hareketin yönündeki değişimler ve yere bağlı saate göre uçan saatlerin uğradığı daha zayıf çekim alanı gibi faktörler bulunur. Onların sonuçları,özel görelilik kuramının öngörüleriyle iyi bir uyuşma gösteriyordu. Hafele ve Keating makalelerinde şunu rapor ettiler: "ABD Deniz Gözlemevi'nin atomik zaman eşeline göre,uçan saatler doğuya doğru gittiklerinde 59+10 ns kaybettiler ve batıya doğru gittiklerinde 273+7 ns kazandılar... Bu sonuçlar,makroskopik saatlerde ortaya çıkan ünlü saat paradoksunun belirsiz olmayan bir ampirik çözümünü verir."Uzay gemisindeki saatin yavaşlaması, fizikçilerin “zamanın genişlemesi” deyimlerine bir örnektir. Bu, Einstein’in denklemlerinin bir sonucudur ve ışık hızının sabit oluşundan ileri gelmektedir. Zamanın genişlemesi, ilk anda kurnazca bir düşünce oyunu, dış dünyaya uygulanması mümkün olmayan yararsız matematiksel bir oyun gibi görülebilir. Bununla birlikte, Einstein bunun bir beyin jimnastiği olmadığını daima hissetmiştir. Einstein, zaman genişlemesinin gerçek dünyanın(alemin) gerçek bir özelliği olduğuna inanıyordu. Bir uzay gemisiyle dünyadan hızla uzaklaşan insanın, saatini yavaşlamasını gerçekten fark edeceğini ısrarla iddia ediyordu. Bundan başka, böyle bir insanın dünyaya dönüşünde değer verdiği her şeyin (ailesinin, memleketinin, uygarlığının) tamamen yok olduğunu görmesi de mümkündür. Işık hızına yakın hızla çevremizdeki bir yıldıza yapılacak yolculuk insana bir kaç senelik gibi gelebilir. Yolcu, biyolojik bakımdan gerçekten birkaç yıl yaşlanır. Ama dünyaya döndüğü zaman, burada yüzyılların geçmiş olması ve bıraktığı her şeyi değişmiş bulması mümkündür.

Zamanın genişlemesi Einstein tarafından ileri sürüldükten 13 yıl sonraya kadar, ispat edilememiş bir kuram olarak kaldı. Daha sonra, bu gecikmenin gerçek fiziki örnekleri, bilim adamları tarafından parçacık fiziğinde gözlenmeye başlandı. Örneğin, mezon adı verilen ve kütleleri elektron ve proton kütlelerinin arasına isabet eden, atomdan daha küçük bir takım parçacıkların parçalanmasında buna rastlanır. Normal koşullar altında bu parçacıklar son derece kısa ömürlüdür; kendiliklerinden elektron ve nötrinoya ayrılırlar. Fizikçiler, ışık hızına yaklaşan son derece yüksek hızlarda bu parçalanmanın bir miktar geciktiğini saptamışlardır.

Bir gözlemciye göre hareket eden bir saat, gözlemcinin saatine göre daha yavaş tik-tak sesi verir. Yani uzay aracındaki bir kimse, uzay aracı içinde iki olay arasındaki zaman aralığını diyelim bir dakika bulursa, yeryüzündeki biz iki olay anasındaki aralığın daha uzun süre olduğunu buluruz. Bu etkiye zaman genleşmesi denir. her gözlemci kendisine göre hareket halindeki saatlerin durgun hallerine göre daha yavaş çalıştığını bulur. Bir cismin kütlesi, hareke halinde daha büyüktür. Bu nedenle salınım yapan bir cismin periyodu hız arttıkça büyür. bu bakımdan, birbirine göre durmakta olan bütün saatler bütün gözlemcilere göre, ister saat grubunun ister gözlemci grubunun sabit hızdaki hiçbir hareketine bakılmaksızın aynı davranıştadır. Zamanın göreli karakterinin pek çok sonuçları vardır. Örneğin bir gözlemciye aynı anda oluyor izlenimi veren olaylar, göreli harekette olan başka bir gözlemciye göre aynı anda oluyor değildir. Peki kim doğrudur? Her iki gözlem de doğrudur; çünkü her ikisi de yalnızca gördüklerini ölçmektedir. Kısaca eşzamanlılık mutlak değildir, görelidir. Enerjinin korunumu ilkesini alalım. Bu ilke evrende toplam enerjinin sabit   kaldığını anlatır. Buna göre evrenin herhangi bir noktasında belli bir miktar enerji yok olurken aynı anda eşit bir enerji mi ortaya çıkmalıdır? Aynı anda olması için enerji aktarılması gerekir. Aynı anda olma göreli olduğundan kimi gözlemciler enerjinin korunmadığını bulacaktır. Ama kuram, yitik enerjinin , enerji aktarımı olmadan başka bir yerde kendiliğinden ortaya çıkabileceğini de yasaklamaz.  Enerji akışı için pek çok yol vardır. bir yerde kaybolan ve başka yerde ortaya çıkan enerji, birinci yerinden ikinciyle akmıştır. Buna göre yalnız tüm evren dikkate alındığında değil, uzayın herhangi bir bölgesinde ve herhangi bir anda dahi enerji yerel olarak korunur.

 Zaman göreli bir nicelik ise de, günlük deneyimlerimizle edindiğimiz zaman kavramı da tümüyle yanlış değildir. En başta hiçbir gözlemciye göre zaman tersine işliyor gözükmez. Art arda oluşan bir olaylar dizisi her yerdeki tüm gözlemciler için yine aynı sırada görünür; ancak her olay çifti arasındaki zaman aralıkları aynı olmayacaktır. Buna bağlı olarak hiçbir gözlemci, bir olayı olmadan önce göremez. Aynı şekilde bir olayı, hareket durumu ne olursa olsun uzaktaki bir gözlemci, olaya daha yakın bir gözlemciden önce göremez. Çünkü ışık hızı çok büyüktür ;ama sonludur ve sinyaller bir l uzaklığını katetmek için l/c minimum zaman periyodunu gerektirir.  Geçmiş olayların zamansal ( ve uzaysal) görüntüleri farklı gözlemcilere farklı gözükürse de, geleceği gözlemenin hiç bir yolu yoktur.

       STATÜKO İLE ARASI GENE AÇIK

Zamanın genleşmesi ve uzunluğun kısalması gibi garip davranışlardan başka Einstein’in kuramı enerjinin şekil değiştirmesi bakımından da beklenmedik tartışmalara yol açtı. Einstein’in zamanında bilim adamları “enerjinin korunumu” gibi “kütlenin korunumu” ilkesini de kabul ediyorlardı. Bunun kısa ifadesi, maddenin hiç yoktan yaratılamayacağı ve varken de yok edilemeyeceği idi. Belirli bir kütle parçasında oluşan değişiklik, ancak mekanik veya kimyasal yoldan bir azalma veya çoğalma olabilirdi.

 Başka bir deyişle bir kütle parçası ya da ona başka bir parçasının yapıştırılması, çivilenmesi, lehimlenmesi ile artabilir veya buharlaşma, erime, yontulma suretiyle eksilebilirdi. Bununla birlikte evrendeki toplam kütle miktarı sabit kabul ediliyordu. Einstein’e   gelene kadar fizikçiler, hareketin de maddenin temel yapısını değiştiremeyeceğini ileri sürüyorlardı. Fakat bu düşünceler, Einstein’in buluşlarıyla tümüye çelişkiye düşmüştü.

Bilim adamları, maddenin miktarını her zaman onu terazide tartarak belirlemez. Daha çok, bilinen bir kuvvetle itildiği veya çekildiği zaman ne kadar çabuk hızlandığına bakarlar. Buna göre tarif ederler. Ancak, böyle bir ölçünün sonucuna ağırlık değil kütle denir. Aynı itme uygulandığı zaman, büyük bir kütle, küçük bir kütleye göre daha yavaş hızlanır. Bilim adamları yeteri kadar büyük bir itme verildiği takdirde bir maddenin ışıktan daha hızlı hareket etmesini engelleyecek bir neden görememektedirler.

İşte bu noktada Einstein, hiçbir şeyin ışıktan daha hızlı gidemeyeceğini ileri sürüyordu. Hızın etkisi atında kalan yalnızca uzunluk ve zaman değil. Kütle de benzer etki altında kalıyordu. Bir cismi hızı ışığınkine yaklaştıkça kütlesi artıyor ve onu itmek zorlaşıyordu. Işık hızında maddenin kütlesinin sonsuz olması gerekirdi. (Enerji Ansiklopedisi, s: 138)Ne kadar büyük olursa olsun hiçbir enerji miktarı onu daha fazla hızlandıramazdı. Bu şimdi gözlemlerle desteklenmektedir.

    Normal hızlarda göreliliğin gösterdiği kütle artması önemsizdir.Ses hızıyla uçan bir jet uçağının kütlesinin artması bile yüzde birin 10.000 milyonda birini geçmez. Bunanla birlikte, ışık hızına yaklaştıkça kütle hızla artar. Işık hızının yüzde 90'ına varılınca kütle iki kattan fazla büyür. Bu etki, büyük atom parçalayıcıların üretiminde önem kazanır. Bu makinelarda parçacıklar bir daire boyunca birçok kere döndürülür. Parçacık,her devirde biraz enerji ve kütle kazanır. Bundan dolayı, itici kuvvetlerin etki süreleri, her devir sırasında gittikçe ve hafifçe ağırlaşan parçacıkların uygun şekilde hareket etmelerini sağlayacak şekilde ayarlanmalıdır.

   Bu noktaya dek Einstein, yalnızca maddenin kütlesiyle kinetik enerjisinin birbirine bağlı olduğunu açıklamıştı. Onları bu sınırlı anlamda eşit farzettikten sonra sonuçta atom devriyle sonuçlanacak cesaretli adımı attı. Kütlenin her türlü görünüşüyle enerjinin eşdeğer olduğunu iddia etti. Buna göre, enerji ve madde evrenin iki farklı yüzü değil, aynı yüzünün sadece iki ayrı tarafıdır. Bu kurama göre, enerjinin artması veya eksilmesi daima kütlenin değişmesine karşıttır. Bir cismi ısıtmak(onu ısı enerjisi ile doldurmak) bile kütlesinin belli belirsiz artmasına neden olur. Einsten'in kuramının yayımlanmasından sonra spekülasyonlar da arttı. Eğer bu kuram doğruysa çevremiz akıl almaz bir servetle doluydu.

     Kütle ve Enerijinin Eşitliği

      Einstein, 1905 yılında, son olarak dördüncü    bir kısa yazı yazdı;ama bu yazının tüm sonuçları 1907 yılına dek geliştirilmedi. Einstein, kütlesi m olan bir parçacığın hareket enerjisinin (E) analiziyle, parçacığın E=m c2 denklemiyle  bulunan bir enerjisi olduğunu gösterdi. Buradaki  c, ışık hızıdır ve sabit bir niceliktir.

Einsteinden önce fizikçiler, enerji ile kütleyi ayrı şeyler olarak düşünüyordu. Bu durum günlük deneyimimizde açıkça görülüyor. Bir taşı kaldırmak için harcadığımız enerjinin taşın kütlesiyle ne ilgisi vardır? Kütle, maddi bir varlık izlenimi verir; ama enerji bu izlenimi vermez.Isı,ışık bu izlenimi vermez. Eski bilgilere göre kütle ve enerji ayrı ayrı korunur görünen niceliklerdi. 19.yy’da fizikçiler enerjinin sakınımı yasasını-enerji ne yaratılabilir ne de yok edilebilir- buldular. Bir taşı kaldırdığımız zaman enerji harcanır; ama kaybolmaz. Taşın, düşürüldüğü zaman serbest kalan bir potansiyel enerjisi vardır. Ayrıca bir de kütlenin korunumu yasası vardı-kütle ne yaratılabilir ne de yok edilebilirdi. Bir taş kırılırsa, parçalarının toplamı kütlesi başlangıçtaki taşın kütlesine eşittir. Enerji ve kütlenin ayırımı ve ayrı sakınım yasaları 1905'te fizikçilerin düşüncelerine yerleşmişti, çünkü muazzam bir deneysel desteğe sahipti.  Einstein’in görüşünün yeniliği,işte böylesi bir temel üzerinde yükseldi.

Einstein, görelilik kuramının önermelerinin, enerji ve kütlenin ayrımı ve ayrı korunum yasaları olması düşüncesinin bırakılması gerektiğini keşfetti. Bu sarsıcı keşif onun E=m.c2 denkleminde özetlenmiş olan şeydir. Basitçe kütle ve enerji, aynı şeyin farklı görünümleridir; çevrenizde gördüğünüz tüm kütle bir çeşit yoğunlaşmış enerjidir. Bu yoğunlaşmış enerjinin küçük bir miktarı bile serbest kalsa, sonuç bir nükleer bombanınki gibi felaket bir patlama olurdu. Nükleer fisyon ve füzyon süreçlerinde muazzam miktarda enerjinin serbest kalması,kütle ile enerjinin eşdeğerliğini açık sbir şekilde ortaya koymaktadır.Şüphesiz, çevremizdeki kütle kendini enerjiye dönüştürmek üzere değildir-bu işin gerçekleşebilmesi için çok özel fiziksel koşullar gerekir. Fakat zamanın başlangıcında evreni yaratan büyük patlama sırasında, kütle ve enerji ve madde yalnızca birbirinden farklı olarak bulunuyor ve bir gün uzak gelecekte, çevremizde gördüğümüz madde tekrar enerjiye dönüşüyor olabilir.

Göreliliğin çok önemli bir sonucu, kütle ile enerjinin eşitliği ve ışık hızının özel sınırlandırıcı karakteridir. E= mc2 formülü maddede saklı muazzam enerjilerin kuramsal bir anlatım yoludur. Bu enerjilerin, sonradan, evrendeki tüm yoğunlaşmış enerjilerin-güneş ve yıldızların enerjisinin, yani ilk nükleer enerji yığınlarının kaynağı olduğu gösterilecekti. Gerçekten de Güneş bizi ısıtırken daha hafifler, hidrojenini yakarak helyum meydana getirir; bu, Promete’nin sonudan ders almamış olan izleyicilerinin, hidrojen bombası biçiminde gökyüzünden yeryüzüne indirdikleri çeşitten bir ateştir. Işık hızının sınırlandırıcı karakteri de aynı ölçüde önemlidir. Einstein, aynı zamanda, bütün hızların göreli olduğunu kanıtlayarak, sürekli atan ivmeye rağmen, hiçbir parçacığın ışığın kritik hızından daha hızlı olarak hareket edemeyeceğini de açıklamış oldu. Çünkü, parçacık bu hıza yaklaştıkça, daha fazla hızlanması giderek güçleşiyordu.

Einstein’in özel görelilik kuramı, deneyler ve gözlemler le saptanmamış ve yalnızca amaca uygun olarak geliştirilen, mutlak uzay, mutlak zaman, esir ve eşzamanlılık gibi kavramların fizikten çıkartılmasına yol açmıştı. Özel görelilik kuramıyla varılan uzunluk kısalması, saat yavaşlaması ve kütle artması gibi sonuçlar önce sağduyuya aykırı buunduysa da daha sonraki araştırmalar bu kuramın geçerliliğini kanıtladı.

Einstein 1907 ve 1911'de özgül ısılar üzerine gerçekleştirdiği çalışmalarla bir katıdaki tüm molekülllerin özdeş fekansla titreşim yaptığını ve bu titreşimlerin kuantumlu olduğunu varsayarak, düşük sıcaklıklarda özgül ısının sıcaklıkla nasıl değiştiğini açıkladı. 1912'de ise ışık indüklenin bir kimyasal tepkimede yer alan her molekülün tepkimeye yol açan ışınımdan bir kuantum soğurduğunu belirledi.

Einstein Kütle-Enerji İlişkisini nasıl Savundu?

Bu düşünceler, Einstein’in Bern’deki arkadaşlarına garip göründü ve onlar bu fikri reddettiler. Son zamanlarda yayınlanan bir biyografide Peter Michelmore bu tartışmalardan tipik birini şöyle aktarır:

Arkadaşları “Diyorsunuz ki, bir kömür parçasında bütün Prusya süvarilerininkenden fazla enerji var. Bu doğru ise şimdiye kadar neden farkına varılmadı?” diye itiraz ettiler.

Einstein’in yanıtı şöyle oldu: “ Son derece zengin bir adam parasını hiç sarfetmezse, başkalarının onun ne kadar zengin olduğunu, hatta parası olup olmadığını bilmesine olanak yoktur. İşte madde de böyledir. Dışarı vermedikçe enerjisi gözlenemez.”

“Peki bu gizli enerjiyi maddeden nasıl çıkarmayı düşünüyorsunuz?”

        Einstein bu soruyu da şöyle yanıtladı:

“ Bu enerjinin ilerde elde edilebileceğine dair en ufak bir ipucu göremiyorum. Bunun için atomun istediğimiz zaman parçalanması gerekirdi. Atomun parçalanmasına ise ancak doğa bunu yaptığı zaman şahit oluyoruz.”

  Michelmore’a göre, ayrı konuşmada Einstein’e enerji denklemini deneysel çalışmalar sonucu mu bulduğu da soruldu. Senelerden beri laboratuvara girmediğini söyleyince arkadaşları hayretten donakaldılar.

Einstein, kendinden emindi;laboratuvara gerek olmadığını söyledi ve devam etti:

“Fizik, gelişme halinde bulunan mantıki bir düşünce sistemidir. Temel yasalar sadece görgü ve denemeyle elde edilemez. Fiziğin ilerlemesi serbestçe icada dayanır. Haklı olduğumda en ufak bir şüphem yok...”

Bütün eleştirilere karşın kuramı doğrulayan gözlemlerin sayısı arttıkça kuram yavaş yavaş kabul görmeye başladı. Madde=enerji eşdeğerliğinin en dramatik doğrulanışı, pozitron adı verilen yeni bir temel parçacığın keşfedildiği 1932 yılında gerçekleşti. Bu yeni parçacık, yüksek enerjili fotonların(kozmik ışınların) incelenmesi sonucunda ortaya çıktı. Bu fotonlar o zamana dek dünyadaki radyoaktif maddelerden çıkan gamma ışınları ve uzaydan gelerek Dünya'ya çarpan kozmik ışınlar olarak iki şekilde incelenmişlerdi. Gamma ışını kaynaklarından çıkanlardan çok daha yüksek enerjili kozmik ışın fotonları, ondan üç sene önce “sis odası” ismiyle anılan bir aygıta,İngiliz fizikçi C.T.R. Wilson  incelemişti. Bu aygıtta, su buharından oluşan sisten geçen parçacıklar, küçücük su damlacıklarından oluşan izler bırakır. Bunların fotoğrafı çekilir. Sis odası bir elektromıknatısın kutupları arasında bulunduğu takdirde, manyetik alan yüklü parçacıkların eğrisel bir yörüngede hareketlerine yol açar. Bunun eğriliğinin eğiminden parçacıkların yükleri hesaplanır.

  1932'de Kaliforniya Üniversitesi fizikçilerinden C.D. Anderson, normal negatif yüklü parçacıkların izinden farklı bir ize rastladı. İzin yoğunluğu, görünüşe göre kurala uymayan bu parçacığın kütlesinin elektron kütlesine eşit olduğunu gösteriyordu. Fakat, eğriliğin ters yöne doğru olması parçacığın pozitif yüklü olduğuna işaret ediyordu. Anderson, bu parçacığa “pozitron” adını verdi.

Olayın açıklaması şöyleydi: kozmik ışın fotonları, kütlesiz elektromanyetik enerji paketleri halinden, kütlesi olan elektron ve pozitron çiftlerine dönüşüyordu. Enerjiden kütleye bu geçiş, tümüyle Einstein’in denklemine uygundu.

Kozmik ışınlarla ilgili olayların daha ileri incelemesinde fotonların bu yok olması olayının tersine de rastlandı. Kütle de enerjiye çevrilebiliyordu. Deneyler serbest pozitron ve elektronların birbirini yok edebileceklerini ortaya koyuyordu. Bunların kütlesi, oluşan fotonların enerjisi haline geliyordu. Dönüşme hangi yöntemle olursa olsun Einstein’in denklemini doğrulamaktaydı.

          Irkçı Bilimciler, Einstein’ i Nasıl Suçlamıştı?..

          "Irkçı" bilimci de olur mu? Evet olur. Hiçbir peygamber, kendi yurdunda rahat etmedi.. Einstein de Almanya’da rahat etmedi. Olayı kuantum kuramının öncülerinden birinden, Heisenberg' den aktarıyorum:

 "1922 yazı benim için düş kırıklığı getiren bir deneyimle sonuçlandı. Hocam Sommerfeld, Leipzig'de doktorların ve doğa bilimcilerin katılacağı ve Einstein' in de "genel olarak görelilik kuramı" hakkında bir konuşma yapacağı konferansa davet etmişti...Görelilik kuramını bizzat bu kuramı oluşturan kişinin ağzından dinleyeceğim için çok sevinçliydim...

 Einsten' in konferansı büyük bir salondaydı. Dört bir yandan küçük kapılarla girilen bir tiyatro salonuna benziyordu. Tam kapıdan içeri girmek istediğim anda genç bir adam beni dürttü- Sonradan öğrendiğime göre Güney Almanya'da tanınmış bir profesörün asistanı ve öğrenicisiymiş- Elinde Einstein' in görelilik kuramı hakkında yazılar bulunan kırmızı bir pusula vardı. Pusulada Einstein' in görelilik kuramının bir spekülasyon ve bu konunun Yahudi gazetelerinin bir abartması olduğu yazılıydı. İlk anda böyle bir pusulanın bu gibi kongrelerde ara sıra ortaya çıkan bir deli saçması olduğunu düşündüm. Ama bana sonra, bu pusuladaki ifadenin, Sommerfeld' in konferanslarında kendisinden sık sık söz ettiği ve deneysel çalışmalarıyla ünlü profesöre ait olduğu bildirildiğinde bütün umutlarım suya düştü. Çünkü en azından bilimin, Münih' te iç savaş sırasında gördüğüm politik düşünce ayrılıklarından uzak tutulması gerektiğine son derece inanmıştım. Ama burada, bilimsel yaşamın karakter olarak zayıf ya da hastalıklı insanlarca kötü politik tutkularla çirkinleştirilmeye çalışıldığına tanık oldum.

El pusulasından sonra Wolfgang'ın bana anlatmış olduğu görelilik kuramı üzerine tüm karşı çıkışları kafamdan sildim ve teorinin doğruluğundan kesinlikle emin oldum. Çünkü Münih iç savaşındaki deneyimlerimden, politik bir yönelmenin bildirilen ya da çaba gösterien hedefe göre değil, onu gerçeğe dönüştürebilecek araçlara göre değerlendirilmesi gerektiğini öğrenmiştim. Kötü bir araç, yazarın kendisinin savunduğu tezdeki kabul ettirme gücüne inanmadığını gösterir. Burada bir fizikçi tarafından görelilik kuramına yöneltilen araç o kadar kötü ve subjektifdi ki, bu karşıt görüşlü fizikçi çok açık olarak artık,görelilik kuramının bilimsel kanıtlarla çürütülebileceğine inanmıyordu. Bu düş kırıklığından sonra Einstein’in konferansını hakkıyla dinleyemedim. Ve oturum bitince Sommerfeld’in aracılığıyla Einstein'le tanışmak için hiçbir çaba göstermeden sıkıntılı bir şekilde otelime döndüm.Odama çıktığımda,bu arada,sırt çantamın,çamaşırlarımın,ufak tefek eşyalarımın ve öteki elbisemin çalınmış olduğunu gördüm. Bereket versin ki dönüş biletim hala cebimdeydi. İstasyona gitim ve Münih'e kalkan ilk trene bindim... Münih'te ailemi bulamadım ve şehrin güneyindeki ormanlık bölgede yer alan Forrstenrieder parkında oduncu olarak iş aradım. Orada Fichtenwald'ı kabuk böcekleri istila etmişti ve pek çok ağaç kesilmek,kabukları da yakılmak zorunda kalmıştı. Parasal açığımı kapayabilecek kadar kazandığımda yeniden fiziğe geri döndüm. Geçmişe karışmış tatsız olayları yeniden günışğına çıkarmak için değil,daha sonra Niels Bohr'la olan konuşmalarımızda benim bilimle politika arasındaki davranış tarzımda önemli bir rol oynayan bu oluntu hakkında size bilgi verilmeliydi...

Münih'te Yahudi aleyhtarı belirli gruplar rol oynuyor."Son savaşta yenilgiyi bir türlü hazmedemeyen eski subaylarla birleştiler. Ama aslında biz bu grupları fazla ciddiye almıyoruz. Sadece kin duygusuyla hareket ederek akılcı politika yapılamaz. Ama en kötüsü,böylesine saçmalıkları arkadan arkaya destekleyen iyi bilim adamlarının olması."

Bundan sonra Leipzig'de yapılan ve görelilik kuramına politik yoldan karşı çıkan doğa bilimcileri bir araya getiren konferansı anlattım. Biz o zamanlar önemsiz gibi görünen politik kargaşanın daha sonra ne gibi korkunç sonuçlara gebe olduğunu sezememiştik...

Bohr ile Heisenberg

Bohr, akılsız yaşlı subaylar ve görelilik kuramına karşı çıkan fizikçilerle ilgili şu düşünceleri dile getirdi:

"Bakınız bu noktada ben İngiliz zihniyeti (centilmenlik, başkalarının düşüncelerine ve çıkarlarına saygı gösterme,hukuka verilen üstün önem)nin birkaç açıdan Prusya zihniyetinden üstün olduğunu açıkça görüyorum. İngiltere'de şerefiyle yenilmek bir kahramanlık olarak görülür. Prusyalılar'da ise yenilmek utanç verici bir şeydir. Onlarda yenen için yenilen karşısında alicenap olmak bir şereftir. Bu övgüye layıktır. Ama İngiltere'de yenilen taraf yenilgisini kabul ettiği ve kendini acındırmadan buna katlandığı sürece,yenen karşısında yücelir ve bu da ona şeref kazandırır. Bu her halde yenen tarafın alicenaplık göstermesinden daha zordur. Ama böylesine bir davranışı,hislerine kapılmayarak,kendine hakim olarak gösterebilen mağlup,böylelikle galip katına yükselir. Özgür insanların yanında özgür bir insan olarak kalır. Benim tekrar eski Vikinglerden bahsettiğimi anlamışsınızdır herhalde. Belki bunu çok romantik buluyorsunuzdur. Ama bu bana sizin düşündüğünüzden de ciddi geliyor."

"Aksine bunun ciddiyetini tamamıyla kavramış bulunuyorum" diyerek Bohr'un söylediklerini onayladım....

Bohr, bu arada savaştan sonra kısa bir süre için Kramers'le buraya geldiklerini söyledi.

(W. Heisenberg, Parça ve Bütün'den)

Kaynakça:

1. Baiser, Çağdaş Fiziğin Kavramları (1995), Çeviren: Gülsen Önengüt,  Akademi Yayınları, Istanbul 1997)

2. Einstein,Albert; İzafiyet Teorisi(1916), Çeviren: Gülen Aktaş,Say Yayınları,İstanbul 2001

3. Landau, Lev-Roumer,Yuri;Görelilik Kuramı, Çeviren: S.Gemici, Say Yayınları,İstanbul 1996

4. Vasilyev, M.-Stanyukoviç,K.; Madde ve İnsan, Çeviren: Ferit Pehlivan, Onur Yayınları 1989)

5. Heisenberg,Werner; Parça ve Bütün(1969), Çeviren: Ayşe Atalay,Düzlem Yayınları 1990

6. Serway,Raymond A.,Fen ve Mühendislik İçin Fizik(1992),Çeviri Editörü:Kemal Çolakoğlu, Palme Yayıncılık(1996)