Einstein Ne Yaptı? // Göreliliğin ABCsi'nden (1925)

bünyamin Ergün Cum, 22/06/2012 - 08:55 tarihinde yazdı

Görelilik teorisi konusunda en iyi popüler kitabı Bertrand Russell (1872-1970) yazmıştır. Başarısının nedeni, bu iş için bütün yeteneklerini seferber etmesidir. Bir kere, bir filozof olarak, Einstein'ın neleri çözdüğünü, neleri değiştirdiğini göstererek göreceliğin konumunu belirlemiştir. Russell, okuyucusuna, Einstein'ın neden önemli bir kişi olduğunu göstermiştir. İkinci olarak, Russell, Einstein teorisini destekleyen matematiği de biliyordu. Daha yirminci yüzyıla girmeden önce Russell, Eukleides dışı geometri konusunda uzmandı ve geometrinin temellerinin çözümlenmesi üzerindeki çalışmalarıyla Cambridge Üniversitesinde bir araştırma bursu kazanmıştı. Üçüncüsü, boş kişisel gösterişlere kalkışmadı. Okuyucunun kafasını karıştırmak pahasına matematik bilgilerini sergileme dürtüsüne karşı koymak çok kişi için olanaksız olabilirdi. Russell ise, Einstein'ın neden önemli olduğunu okuyucularının da anlamaları için gerekli olanın dışına çıkmaktan dikkatle kaçındı. Son olarak da, Russell okuyucuların neye gereksinimleri olduğunu kavramıştı. Einstein'ı anlamada en büyük güçlüğün onun mantıksal yoğunluğundan değil, hayal gücünün sınırsızlığından kaynaklandığını biliyordu. Russell okuyucularının hayal gücünü de açığa çıkarmaya çalışıyordu. Sonuç, Einstein'ın başarısının ve bunun neden önemli olduğunun klasik bir anlatım oldu.

− ― — Ω — ― −

Einstein'ın çok şaşırtıcı bir şey yaptığını herkes bilir; ancak yaptığının ne olduğunu tam olarak bilen pek az kişi vardır. Onun, fiziksel dünya kavramımızda bir devrim yaptığı genellikle kabul edilir. Ancak onun yeni kavramları matematiksel tekniklerle sarmalanmıştır. Görelilik kuramının çok sayıda popüler anlatımı olduğu doğrudur. Ne var ki onlar çoğu zaman, tam da önemli şeyler söylemeye başladıkları noktada, anlaşılır olmaktan çıkarlar. Gereken, bizim hayalimizdeki dünya resminde bir değişiklik yapmaktır -o resim çok eski çağlardan, belki de insan öncesi atalarımızdan bize aktarılmış olan ve her birimizin ilk çocuklukta öğrenmiş olduğu bir resimdir. Hayal gücümüzde bir değişiklik yapmak her zaman zordur; özellikle de artık genç değilsek. Aynı şey, dünyanın durağan olmadığını ve gökyüzünün günde bir kez dünya çevresinde dönmediğini öğrettiği zaman da gerekmişti. Onun bu düşüncesinde bugün bizim için anlaşılması güç bir şey yoktur; çünkü biz onu, zihinsel alışkanlıklarımız daha sabitleşmeden önce öğrenmişizdir. Aynı şekilde, Einstein'ın fikirleri de onlarla yetişen bir kuşağa kolay gelecektir. Ancak bizim kuşak için, hayal gücünü bir ölçüde yeniden yapılandırma gereği kaçınılmazdır.

Gökyüzünü incelerken sadece görme duyusunu kullanabiliriz. Güneş'e dokunamayız, ona gidemeyiz, Ay'ın çevresinde yürüyemeyiz ya da Ülker'e cetvel uygulayamayız. Ancak, yine de, gökbilimciler, dünya yüzeyinde işe yaradığını gördükleri ve temelini dokunma ile hareket çimekten alan geometriyi ve fiziği uygulamakta hiç sakınca görmemişlerdir. Öyle yapmakla da, başlarına, temizlemesi Einstein'a kalan dertler açmışlardır.

Dünya yüzeyindeki şeylerle uğraşan bir insana kıyasla, bir gökbilimci için nelerin olanaksız olduğunu anlamak için, bir örnek vermek yardımcı olabilir. Size, bir süre için bilincinizi yok eden bir ilacın verildiğini, uyandığınızda belleğinizi yitirdiğinizi, ama akıl yürütme gücünüzün yerinde olduğunu düşünelim. Sonra, bilinçsiz olduğunuz sürede bir balona konulduğunuzu, kendince geldiğinizde, karanlık bir gecede -İngiltere'de iseniz kasımın beşinde, Amerika'da iseniz temmuzun dördünde- rüzgârla sürüklendiğinizi varsayalım. Yerden, trenlerden ve her yönde uçan uçaklardan fırlatılan hava fişeklerini görürsünüz; ama karanlık nedeniyle yeri, trenleri ya da uçakları göremezsiniz. Ne tür bir dünya resmi algılarsınız? Hiçbir şeyin kalıcı olmadığını düşünürsünüz; arada bir ışıklar çıkmakta ve kısa ömürleri içinde boşlukta çok değişik, acayip eğriler boyunca hareket etmektedirler. O ışıklara dokunamazsınız; onları sadece görürsünüz. Belli ki, artık geometriniz, fiziğiniz ve metafiziğiniz ölümlü sıradan kişilerinkinden çok farklıdır. Eğer balonda sizinle birlikte sıradan ölümlülerden birisi varsa onun konuşmalarını anlaşılmaz. Ama eğer Einstein yanınızdaysa onu, normal ölümlüleri daha kolay anlarsınız; çünkü çoğu insanı onu anlamaktan alıkoyan bir sürü önyargıdan kurtulmuşsunuzdur.

Görelilik teorisi, büyük ölçüde, günlük yaşamda bize yararlı olan, ama ilaç içmiş baloncumuza yararı olmayan kurtulmakla ilgilidir. Dünya yüzeyindeki koşullar, aşağı yukarı rastlantısal olan çeşitli nedenlerle, bize bazı kavramlar anımsatırlar. Bunlar düşüncenin gereği gibi görünmekle birlikte, tam doğru olmadıkları ortaya çıkmıştır. Bu koşulların en önemlisi dünyasal bakış açısından, dünya yüzeyindeki nesnelerin çoğunun oldukça devamlı ve hemen hemen durağan olmasıdır. Eğer öyle olmasaydı, bir seyahate çıkmak fikri şimdi olduğu kadar kesin bir şey olmazdı. Eğer King's Cross'dan Edinburgh'a gitmek istiyorsanız, King's Cross'u her zamanki yerinde bulacağınızı, tren yolunun bir önceki seyahatinizde izlediği rotadan gideceğini ve Edinburgh'daki Waverley istasyonunun yerinden kalkıp kalenin tepesine çıkmadığını bilirsiniz. Bu nedenle de Edinburgh'a gittiğinizi düşünür ve söylersiniz; Edinburgh'un size geldiğini değil - her ne kadar bu ikinci ifade de aynı ölçüde doğru olsa da. Bu sağduyulu bakış açısının başarısı, gerçekte şans eseri sayılabilecek olan birçok şeye bağlıdır. Londra'daki bütün evlerin, bir arı sürüsü gibi, sürekli hareket halinde olduklarını düşünün. Sonra, tren hatlarının çığlar gibi sürekli biçim değiştirdiklerini düşünün. Son olarak da, maddesel varlıkların, bulutlar gibi, sürekli şekillenip sonra da dağıldıklarını düşünün. Bu varsayımlarda olanak dışı hiçbir şey yoktur; buna benzer şeyler, dünya şimdi olduğundan daha sıcak iken de olmuş olsa gerek. Ancak, Edinburgh'a yolculuk dediğimiz şeyin böyle bir dünyada hiçbir anlamı olmayacağı da aşikârdır. Yoksa, kuşkusuz, önce taksi şoförüne "King's Cross bu sabah nerede?" diye sormamız gerekirdi.

Zaman bakımından olan etkiler ise daha da tuhaftır. Bu konu, Eddington tarafından, Uzay, Zaman ve Kütleçekimi kitabında ideal denebilecek bir berraklıkla açıklanmıştır. Bir pilotun dünyaya göre saniyede 259 000 kilometrelik bir hızla yol aldığını ve şöyle devam eder:

"Eğer pilotu dikkatle izlersek hareketlerinin alışılmadık biçimde yavaş olduğu; aracındaki olayların da, onunla birlikte, aynı şekilde yavaş olduğu sonucunu çıkarırsınız -sanki zaman ilerlemeyi unutmuştur. Purosu bizimkinin iki katı sürede biter "sonucunu çıkarma" deyimini bilerek kullandım. Zamanın daha da çok, aşırı yavaşladığını görmüş olmalıyız. Bu ise kolayca açıklanabilir. Çünkü pilotla aramızdaki uzaklık hızla artmaktadır ve ışık izleniminin bize varması giderek daha uzun zaman almaktadır. Işığın bize geliş zamanını hesaba katınca, geriye, daha önce değindiğimiz, daha ölçülü bir gecikme kalır. Ancak burada yine birbirinin tersi olma olayı işe karışır; çünkü pilota kalırsa, onu saniyede 259 000 kilometre hızla geçen bizizdir. Her şeyi hesaba katınca da, yavaşlayanın bizler olduğu sonucuna varır. Onun purosundan iki kat daha fazla dayanan da bizim puromuzdur."

Ne gıpta edilecek bir durum! Her iki insan da, ötekinin purosunun kendisininkinden iki kat uzun süre dayandığını düşünüyor. Ancak öteki kişinin dişçi koltuğunda da iki kat daha uzun süre oturacağı düşüncesi bir ölçüde teselli olabilir.

[O halde] mantıksal nedenlerle, Newton'un yerçekimi yasası tam olarak doğru olamaz.

Newton herhangi iki madde parçacığı arasında, kütlelerinin çarpımıyla doğru ve aralarındaki uzaklığın karesiyle ters orantılı bir kuvvetin var olduğunu söylemişi. Başka bir deyişle, parçacıklar arasındaki uzaklık bir kilometre olduğu zaman belirli bir çekim varsa, uzaklık iki kilometre olduğunda bunun dörtte biri tadar bir çekim; üç kilometre uzaklık için de dokuzda biri kadar çekim ... vb. olacaktır. Çekim, uzaklık artışından çok daha hızlı olarak azalacaktır. Şimdi, Newton uzaklıktan söz ederken, kuşkusuz, belirli bir zamandaki uzaklığı kast ediyordu; zaman konusunda bir belirsizlik olamayacağını düşünüyordu. Ancak, bu bir yanılgıydı. Bir gözlemcinin Dünya ve Güneş için aynı an olarak düşündüğü şey, bir başkası için iki farklı an olacaktır. Öyleyse "belli bir andaki uzaklık" öznel bir kavramdır ve kozmik bir yasa içinde yer alması düşünülemez. Zamanları Greenwich Gözlemevinin ölçümlerine göre hesaplayacağımızı söyleyerek di lirsizliği kuşkusuz giderebiliriz. Ne var ki, dünyanın raslantısal koşullarının bu kadar ciddiye alınmayı hak ettiğini pek kabul edemeyiz. Ayrıca, uzaklık tahminleri de gözlemciden gözleme değişir. Öyleyse, yerçekimi yasasının, Newton'un öngördüğü şekliyle tam doğru olduğunu kabul edemeyiz. Çünkü, hepsi aynı ölçüde geçerli olan çeşitli bakış açılarına göre farklı sonuçlar çıkacaktır. Bu ise, bir insanın bir diğerini öldürüp öldürmediğimi, adlarıyla mı soyadlarıyla mı tanımlandıklarına bağlı olması kadar saçmadır. Uzaklıkların kilometre ya da mil ile ölçülmesinin fizik yasalarını değiştirmemesi gerektiği açıktır. Bizim konumuz da, temelde aynı ilkenin bir uzantısıdır. Newton hatalı olmalıdır ve de onun yerine başka bir şey konulmalıdır.

Hareketin göreceli olduğunu destekleyen kanıtlar yeterince kesindir. Günlük yaşamda bir şeyin hareket ettiğini söylediğimizde kast ettiğimiz şey onun dünyaya göre hareket ettiğidir. Gezegenlerin hareketleri konusunda ise, onların Günes'e göre ya da Güneş sisteminin kütle merkezine göre hareket ettiklerini düşünürüz. Güneş sisteminin kendisinin de hareket ettiğini söylediğimizde, onun yıldızlara göre hareket ettiğini kast ederiz. "Mutlak hareket" denilebilecek hiçbir fiziksel olgu yoktur. Öyleyse, fizik yasaları göreceli hareketlerle ilgili olmalıdır; çünkü var olan yalnız onlardır.

Newton, iki cisim arasındaki çekim kuvvetinin onların kütlelerinin çarpımıyla orantılı olduğunu ve belirli bir yerçekimi durumunda bütün cisimlerin aynı şekilde davrandıklarını söyler. Galileo'nun ilk kesitlerinden biri, bunun yer yüzeyi için geçerli olduğunu saptamasıydı. Aristoteles ağır cisimlerin hafif cisimlerden daha hızlı düştüğü düşüncesindeydi. Galileo, havanın direnci giderildiğinde bunun öyle olmadığını gösterdi. Boşlukta, bir tüy de kurşun parçası kadar hızlı düşer. Gezegenlere gelince, bu alandaki gerçekleri ilk gösteren Newton olmuştur. Günes'ten belirli uzaklıkta, çok küçük kütlesi olan bir kuyruklu yıldız da, aynı uzaklıktaki bir gezegeninkiyle aynı ivmeye sahiptir. Yani, yerçekiminin bir cismi etkileme biçimi sadece cismin nerede olduğuna bağlıdır; hiçbir şekilde cismin doğasına değil. Bu da, çekim etkisinin konumun bir özelliği olduğunu akla getirir ki, Einstein'ın yaptığı da da budur.

Eğer yerçekimi yöresel bir özellik olacaksa, ki öyle olduğunu destekleyen nedenleri gördük, yerçekimi yasasının nasıl bir şey olması gerektiği konusunda başka bir işaret daha ortaya çıkar. (Yerçekimi) öyle bir yasa ile ifade edilmelidir ki, başka bir koordinat sistemi seçtiğimizde de değişmesin. Bir kere, koordinatlarımızın herhangi bir fiziksel anlamı olduğunu düşünmemeliyiz; onlar sadece uzay-zamanın değişik bölümlerini sistematik olarak adlandırma yollarıdır. Seçime bağlı olduklarından fizik yasalarında yer almazlar. Bunun anlamı şudur: Eğer bir yasayı bir dizi koordinatlarla doğru olarak ifade etmişsek, başka bir dizi koordinatlar kullandığımızda da yasa aynı formüllerle ifade edilebilmelidir. Ya da, daha doğrusu, yasayı ifade etmek için, koordinatlar değiştiği zaman değişmeyen bir formül bulmak olanaklı olmalıdır. Böyle formüllerle uğraşmak tensor teorisinin işidir. Tensor teorisi, yerçekimi yasasının formülü olabileceği izlenimini veren bir formülün var olduğunu söylemektedir. Bu olanak incelendiğinde doğru sonuçları verdiği görülmektedir; deneysel doğrulama burada işe girmektedir. Ancak, eğer Einstein'ın yasasının deneyle uyumlu olduğu anlaşılmasaydı Newton yasasına geri dönemezdik.

Bir şair suyun denize kavuşmak için yokuş aşağı aklığını söyleyebilir. Ama bir fizikçi ya da sıradan bir ölümlü, onun her noktada, o yerin doğası gereği ve ilerde ne olacağını hiç dikkate almadan o şekilde hareket ettiğini söyler. Nasıl ki deniz, suyun kendisine doğru koşmasına neden olmuyorsa, Güneş de, gezegenlerin çevresinde dönmesine neden olmamaktadır. Gezegenler Güneş çevresinde dönüyor, çünkü bu yapılacak en kolay şey; teknik deneyimle de "en az eylem"dir. Bu, içinde bulundukları bölgenin; doğası nedeniyle yapılacak en kolay şeydir; Güneş'ten kaynaklanan bir etki nedeniyle değil.

BERTRAND RUSSELL

GALILEO’NUN BUYRUĞU
Edmund Blair BOLLES
Nermin ARIK
TÜBİTAK Popüler Bilim Kitapları
2. Basım, Aralık 2000, Sf. 316-322

+ ana sayfa | GALILEO'NUN BUYRUĞU // Edmund Blair Bolles

kategori: