Genel Görecelik kuramı nedir? ALBERT EİNSTEİN biografisi

0
18

ALBERT EİNSTEİN (1879-1955)

— “Okula gitmem neden ge­rekiyor, babacığım?”
Sert görünüşlü baba, sekiz ya­şındaki oğlunu tepeden süzdü.
— “ Albert, kara cahil biri ola­rak mı büyümek istiyorsun, yok­sa?”
— “ Kara cahil de ne demek?”
İyi döşenmiş geniş salonun öbür ucundan bir kahkaha yüksel­di. Baba ile oğul, birlikte, büyük pi­yano başındaki anneye döndüler.
— “Ah Hermancığım, bilmiyor musun, o oyunda Albert’le başa çı­kamayacağını?” “Doğrusunu ister­sen, ne demek istediğini anlayamı­yorum .” diye kekeledi kocası.
Eski bir Macar halk şarkısını çalmayı sürdüren bayan Einstein,
— “Haydi, haydi, bilmezlikten gelme. Bilmiyor muyum sanki, Albert’i soru sormaktan vazgeçirmek için sorusuna soruyla yanıt vermek taktiğini!” Ama görüyorsun ya, yürümüyor” dedi.
Albert seğirterek annesinin ya­nına gitti; tuşlar üzerinde kayan usta parmaklar ona bir anda ne sordu­ğunu unutturmuştu. Piyano şarkı söylüyordu, adeta! İki tuşa sert bir vuruşla çalmasını noktalayan anne, taburesinde döndü, oğlunu kolları araşma aldı. Albert’in koyu gür dal­galı saçlarının üstünden kocasına gülümsedi:
— “Görüyorsun ya, Albert’i so­ru sormaktan alıkoymanın bir yolu vardır: benim müziğim”
Baba da gülümsedi; bir şey de­meğe kalmadan, oğlan annesinin kucağında dönerek,
— “ Soru sormak kötü bir şey mi?” diye sordu.
Bu kez gülme sırası babasındaydı:
— “işte sana! Boşuna övünme, senin müziğinin de onu durduraca­ğı yok.”
Anne kocasını duymazlıktan gelerek, oğluna döndü:
— “Soru sormanın hiçbir kötü yanı yok, tatlım. Yeter ki, soruların karşındakini küçük düşürmeye ya da kırmaya yönelik olmasın!”
— “Ama ben öyle bir şey yap­mıyorum anneciğim. Bilmediğim o kadar çok şey var ki, sorarak öğ­renmek istiyorum; her şeyi öğren­mek istiyorum.”
Anne gururla gülümsedi; baba ise biraz duraksamalı,
— “Peki, dediğin gibi gerçek­ten her şeyi öğrenmek istiyorsan yavrum, okula neden gitmen ge­rektiğini nasıl sorabilirsin? Okul so­ruların yanıtlandığı yer değil midir?” diye araya girdi. — “Değildir, babacığım!” de­di çocuk. “Yanıtlamak şöyle dur­sun, soru bile sordurmuyorlar, insana. Okuldan hoşlanmıyorum. Hapishanedeymişim gibi sanki. Öğretmenler gardiyanlardan fark­sız; sıralar arasında gidip gelen gar­diyanlar!”

Karı koca birbirlerine tedirgin gözlerle bakıştılar. Albert’in bu suç­lamalarına ne diyebilirlerdi ki…. işte her şeyi sorgulayan bu ço­cuk, ilerde büyük bilimsel atılımların yanı sıra özentisiz, erdemli bilge kişiliğiyle de tüm dünyanın ilgi oda­ğı olacaktı.

Albert Einstein, Güney Alman­ya’nın Ulm kentinde dünyaya gel­di. Küçük bir elektrokimya fabrikasının sahibi olan babası ba­şarılı bir iş adamı değildi. Annesi­nin dünyası müzikti; özellikle Beethoven’in piyano parçalarını çalmak en büyük tutkusuydu. Aile Musevi kökenliydi, ama dinsel bağ­nazlıktan uzak, açık görüşlü, kültü­rel etkinliklerle zengin bir yaşam içindeydi. Ne var ki çocuğun ilk yıl­lardaki gelişmesi kaygı vericiydi.
Özellikle konuşmadaki gecikmesi aileyi telaşa düşürmüştü. Albert, içi­ne kapanıktı; çocukların arasına ka­tılmaktan, oyun oynamaktan hoşlanmıyordu. Okulu sıkıcı bulu­yor, ezbere dayanan eğitim disip­linine katlanamıyordu. “Gimnazyum “da geçen orta öğrenimi mut­suz ve başarısızdı. Mühendis am­casının özel ilgisi olmasaydı, belkide, öğrenimden tümüyle kopacak­tı. Amca, yeğene cebir ve geomet­riyi sevdirdi. Geometri özellikle Albert’i bir tür büyülemişti Einste­in, yıllar sonra amcasına borcunu şöyle dile getirir: “Çocukluğumda yaşadığım iki önemli olayı unuta­mam. Biri, beş yaşımda iken amcanın armağanı pusulada bulduğum gizem: diğeri on iki ya­şımda iken tanıştığım Öklit geo­metrisi.
Gençliğinde bu geometrinin büyüsüne girmeyen bir kimsenin ilerde kuramsal bilimde parlak bir atılım yapabileceği hiç beklenme­melidir!”

Einstein, yüksek öğrenimini güç koşullara göğüs gererek Zürih Teknik Üniversitesi’nde yapar. Me­zun olduğunda iş bulmak sorunuy­la karşılaşır. Üniversitede asistanlık bir yana orta okul öğretmenliği bi­le bulamaz. Sonunda bir okul arka­daşının yardımıyla Bern Patent Ofisi’nde sıradan bir işe yerleşir: ama asıl dünyası bilimden kopmaz; çok geçmeden büyüsü bugün de süren devrimsel atılımlarıyla yara­tıcı dehasını kanıtlar. 1905’te Annalen der Physik dergisinde yayımlanan üç çalışmasının her biri, fizik tarihinde bir dönüm noktası sayılabilecek nitelikteydi.

Bunlardan biri, şimdi “foto­elektrik etki” dediğimiz bir olaya iliş­kindi. Newton, ışığı tanecikler akı­mı kimi bilim adamları ise dalga devinimi diye nitelemişti. Aslında ışı­ğın davranışını açıklamada iki ku­ramın birbirine bir üstünlüğü yoktu; ancak Newton’un adı parçacık ku­ramına bir tür ağırlık sağlamaktay­dı. Ne var ki, 19 yüzyılın başlarında Young’la başlayan, Fresnel ve da­ha sonra Faraday ve Maxwell’in ça­lışmalarıyla pekişen deneyler dalga kuramına belirgin bir üstünlük sağ­lamıştı. Einstein’ın fotoelektrik çalış­ması bu gelişmeyi bir bakıma tersi­ne çevirmekle kalmaz, Planck’ın 1900’de ortaya sürdüğü kuantum teorisini de çarpıcı bir biçimde doğrular

Daha az bilinen ikinci çalışma “Brown devinimi” denen bir olayı açıklıyordu. 1850’lerde İngiliz bo­tanikçisi Robert Brown, mikroskop­la polenleri incelerken, taneciklerin su içinde gelişi güzel sıçramalarla devinim içinde olduğunu gözlem­lemişti. Ancak bu gözlem 1905’e dek açıklamasız kalır. Einstein’ın bugün de geçerliliğini koruyan açık­laması oldukça basittir: Son dere­ce hafif olan polenlerin ani kımıltı­ları su moleküllerinin çarpmalarıyla oluşuyordu. Gerçi molekül kavramı yeni değildi; ancak en güçlü mik­roskop altında bile görülemeyecek kadar küçük olan moleküllerin var­lığı ilk kez bu açıklamayla kanıtlan­mış oluyordu. Yüzyılımızın başında Ernst Mach gibi kimi seçkin fizikçi­lerin bile gözlemsel kanıt yokluğu gerekçesiyle atom teorisine uzak durdukları bilinmektedir. Öyle ki, bu olumsuz tutum, gazların kinetik te­orisinin kurucusu Boltzman’ı intiha­ra sürükleyecek kadar ileri gitmişti. Einstein’ın açıklaması, bu tutuma son vermekle fiziğin içine düştüğü bir tıkanıklığı giderir. 1905’in bilim dünyasına yem bir ufuk açan üçüncü ve en önem­li çalışması, Özel Görecelik (Special Relativıty) kuramıdır. Bu kuram, Einstein’in genç yaşında kendini gösteren bir merakına dayanır. Da­ha on dört yaşında iken Einstein “Bir ışık ışınına binmiş olsaydım, dünya bana nasıl görünürdü, aca­ba?” diye sormuştu. 19. yüzyılın sonlarında ışığın hızına ilişkin Michelson-Morley deneyi, bu me­rakı derinleştiren bir sorun ortaya koymuştu. Ses ve başka dalga olaylarının, tersine ışık hızının refe­rans sistemine görecel olmayışı 1 Saatte 100 km hızla ilerleyen bir lokomotifin, iki istasyon arasında düdük çaldığını düşünelim. Sesin ön ve arka istasyonlara değişik hız­larla ulaşacağını biliyoruz: Öndeki istasyona normal ses hızından sa­atte 100 km daha fazla, arkada ka­lan istasyona ise saatte 100 km daha yavaş bir hızla ulaşır. Oysa trendeki insanlar için sesin hızında bir değişiklik yoktur; ön ve arka uç­lara normal hızıyla aynı anda ula­şır. Sesin hızı gözlemcinin hızına goreceldir. Işığa gelince, Michelson Morley deneyleri, ışığın öyle dav­ranmadığına göstermekteydi. Işık kaynağı ile gözlemcinin birbirine görecel hareketleri ne olursa olsun ışık hızında bir değişiklik gözlemlenmemekteydi. Bu beklenmeyen bir sonuçtu; çünkü, sesin hava aracı­lığıyla yayıldığı gibi, ışığın da “esir” denen gizemli bir ortam aracılığıy­la yayıldığı ve gözlemcinin hareke­tine bağıl olduğu sanılıyordu. Esir gözlemlenebilir bir nesne değildi; ama öyle bir kavram olmaksızın op­tik olgular nasıl açıklanabildi? Kaldı ki Maxwell’in elektromanyetik teorisi de esir türünden bir ortam varsayımına dayanıyordu.

Einstein’in getirdiği çözüm, de­ney sonuçlarını yansıtan şu iki te­mel ilkeyi içermektedir.
1) Doğa yasaları ivmesiz hareket eden tüm sistemler için aynıdır;
2) Işığın hızı, kaynağına göre hareket halinde ol­sun veya olmasın, her gözlemci için aynıdır.
Özel Görecelik Kuramı’nın ön­cüllerini oluşturan bu iki temel ilke, yeterince anlaşılmadıkça, Einstein devrımini kavramaya olanak yoktur. Kuramın içerdiği tüm önermeler, bu öncüllerin mantıksal sonuçlarıdır. Aslında deneysel nitelikte olan bu iki ilkenin yol açtığı kuramsal devrim, ilk bakışta şaşırtıcı görünebilir Ama sonuçlarına bakıldığında şaş­kınlık yerini büyük bir hayranlığa bırakmaktadır.

Sonuçlardan biri, bir gözlemci­ye bağıl olarak nesnelerin hareketleri yönünde uzunluklarının kısaldığı, kütlelerinin arttığı ilkesidir. Örneğin, bir topu ışık hızına yakın (yakın, çünkü kurama göre ışık hı­zını yakalamaya ve aşmaya olanak yoktur) bir hızla uzaya fırlattığımızı varsayalım: Hareket dışındaki bir gözlemci için top bir tepsi gibi yas­sılaşırken, kütlesi büyük ölçüde artar. Hızı kesildiğinde top önceki biçim ve kütlesine döner. Kurama göre hızı ışık hızına erişen bir nes­nenin oylumu sıfır, kütlesi sonsuz olur. Ancak öyle bir şey düşünülemeyeceğinden, hiçbir nesnenin ışık hızıyla hareketi beklenemez. Baş­ka bir deyişle, kütle eyleme direnç demek olduğundan, kütlenin son­suzlaşması hareketin yok olması demektir.

Daha az şaşırtıcı olmayan bir sonuç da zamanın görecelliği. Ör­neğin, birbirine tam ayarlı iki saat­ten birini çok hızlı bir roketle uzaya yolladığımızı düşünelim. Bu saatin yerdeki saate göre daha yavaş ça­lıştığı görülecektir. Roket saniyede yaklaşık 260 000 km hızla yol alıyorsa yerdeki saatin yelkovanı iki tam dönüş yaptığında roketteki sa­atin yelkovanı ancak bir tam dönüş yapacaktır. Oysa rokette bulunan gözlemci için öyle bir yavaşlama söz konusu değildir; saat normal hı­zıyla çalışmaktadır. Ne var ki bu ki­şi dünyaya döndüğünde kendisini karşılayan ikiz kardeşini daha yaş­lanmış bulacaktır.

Kuramdan matematiksel olarak çıkan bu sonuçlar daha sonra de­neysel olarak doğrulanmıştır.

Kuramın belkide en önemli (atom bombası nedeniyle en çok bilinen) bir sonucu da madde ve enerji eşdeğerliliğine ilişkin denklemdir: E = mc2 (Denklemde E enerji, m kütle, c ışık hızı olarak kul­lanılmıştır). Başlangıçta bu ilişkinin önemi yeterince kavranmamıştı.
Einstein’in, denklemi içeren yazısını yayımlamakta güçlükle karşılaştığı­nı biliyoruz. Oysa küçük bir kütle­nin büyük bir enerji demek olduğunu ortaya koyan bu denk­lem yıldızların (bu arada Güneş’in) ışığı nasıl ürettiğini de açıkla­maktaydı. Kuramın evren anlayışımız yönünden de kimi sonuçları olmuştur.

Bunlar arasında en önemlisi, hiç kuşkusuz uzay ve zaman kavram­larını birleştiren dört boyutlu uzay- zaman kavramıdır.

Özel Görecelik kuramı düzgün doğrusal (ivmesiz) hareket eden sistemlerle sınırlıydı. Einstein’ın 1915’te ortaya koyduğu Genel Gö­recelik kuramı ise birbirine göre hız­lanan veya yavaşlayan (yani ivmeli hareket eden) sistemleri de kapsı­yordu. Öyle ki, birinci kuramı, kap­samı daha geniş İkinci kuramın özel bir halı sayabiliriz. Özel Görecelik, Newton’un mekanik yasalarını de­ğiştirmişti. Genel Görecelik daha ile­ri giderek “gravitasyon” kavramına yeni ve değişik bir içerik getirmek­teydi. Klasik mekanikte gravitasyon, kütlesel nesneler arasında çekim gücü olarak algılanmıştı. Bu­na göre, örneğin bir gezegeni yörüngesinde tutan şey, kütlesi daha büyük Güneş’in çekim gücüydü.
Oysa, Genel Görecelik kuramına göre, gezegenleri yörüngelerinde tutan şey Güneş’in çekim gücü de­ğil, yörüngelerin yer aldığı uzay ke­siminin Güneş’in kütlesel etkisinde oluşan kavisli yapısıdır. Öyle bir uzay yapısında, nesnelerin başka türlü hareketine fiziksel olanak yok­tur. Genel kuram, ayrıca gravitas­yon ile eylemsizlik ilkesini “gravitasyon alanı” adı altında tek kavramda birleştiriyordu. Bu nok­tada Einstein’in, Maxwell’in “elek­tromanyetik alan” kavramından esinlendiği söylenebilir. Nitekim ta­nınmış bilim tarihçisi I.B Cohen’in bir anısı bunu doğrulamaktadır: “Ölümünden iki hafta önce Einstein’i ziyarete gitmiştim. Sekreter be­ni çalışma odasına aldı iki duvar döşemeden tavana kitaplıktı. Bir duvar geniş penceresiyle bahçeye bakıyordu: diğerinde iki tablo ası­lıydı: Elektromanyetik teorinin kurucuları Faraday ile Maxwell’in portreleri!

Genel Görecelik kuramının tüm mantıksal yetkinliğine karşın, he­men benimsenmesi bir yana anla­şılması bile kolay olmamıştır Eddington’a, “kuramı yalnızca üç kişinin anlayabildiği söyleniyor, doğru mu?” diye sorulduğunda, ünlü astrofizikçi bir an duraklar, sonra “üçüncü kişinin kim olduğu­nu düşünüyordum.” der. Bir kez, Özel kuramın tersine Genel kuram, fizikte çözümü iste­nen herhangi bir soruna yönelik bir arayışın ürünü değildi. Sonra, ku­ramı doğrulayan gözlemsel bir ka­nıt henüz ortada yoktu; üstelik, 1915’in teknolojik olanakları kura­mın deneysel yoklanması için ye­terli değildi. Kuramın ilkelerinden yalnızca biri yoklanmaya elveriyor­du; ancak içinde bulunulan savaş koşulları bunu da güçleştirmektey­di. Einstein, kuramından öylesine emindi ki, deneysel yoklamada or­taya çıkacak olumsuz herhangi bir sonucu kuramın yanlışlığı için ye­terli sayacağını bildirmekten kaçın­mıyordu.

Olgusal yoklanmaya elveren il­ke şuydu: kuram doğruysa, Gü­neş’in gravitasyon alanından geçen bir ışık ışınının, eğrilmesi gerekirdi.

Bu etkiyi gündüz aydınlığında be­lirlemeğe olanak olmadığı için, Gü­neş’in tutulmasını beklemekten başka çare yoktu. Astronomlar Gü­neş’in 1919 Mayıs’ında tutulacağı­nı, gözlem bakımından en uygun yerin Afrika’nın batısında Prens Adası olabileceğini bildirmişlerdi.
Eddington’un önderliğinde bir grup bilim adamının gerçekleştirdiği göz­lem ve ölçmeler ilkeyi doğrulamak­taydı. Sonuç İngiliz Kraliyet Bilim Akademisi tarafından açıklanır açık­lanmaz bilim dünyası bir tür büyü­lenir; Einstein, Newton düzeyinde bir yücelik simgesine dönüşür.

Kuram daha sonra başka göz­lemlerle de doğrulanmıştır. Bunlar­dan biri açıklanmasında klasik mekaniğin yetersiz kaldığı bir ola­ya (Merkür gezegeninin perihelisinin kaymasına), bir diğeri, Güneş (ve diğer yıldız) atomlarının saçtığı ışığın frekans düşüklüğü nedeniy­le spektral çizgilerin spektrumun kırmızı ucuna doğru kayması ola­yına ilişkindir.

Özel Görecelik kuramı gibi Ge­nel Görecelik kuramının da ilk ba­kışta çelişik görünen ilginç sonuçlan vardır. Örneğin, kurama göre, ev­ren büyüklük bakımından sonlu ama sınırsızdır. Gene kuram evre­nin giderek ya büyümekte ya da küçülmekte olduğunu içermektedir (Nitekim yıldız kümeleri üzerindeki gözlemler evrenin büyümekte oldu­ğunu göstermiştir) Einstein, bu kuramıyla da yetin­mez; yaşamının son otuz yılını da­ha da kapsamlı bir kuram oluşturma çabasıyla geçirdi. Evren­de olup bitenleri bir tek ilke altında açıklamak, insanoğlunun, kökü kla­sik çağa inen değişmez bir arayı­şıdır. Thales tüm varlığı suya, Pythogoras sayıya indirgeyerek açıklamaya çalışmıştı, Modern çağ­da Dersted, Faraday ve Maxwell’in elektrik ve manyetik güçleri özdeş­leştirme yoluna gittiklerini görüyo­ruz.

Einstein’ın da ömür boyu süren düşü buna yönelikti: Doğanın tüm güçlerini (gravitasyon, elektrik, manyetizma, vb.) “birleşik alanlar” dediği temel bir ilkeye bağlamak.
Bu düşün gerçekleştiği söylenemez belki; ama, Einstein çağdaş fiziğin egemen akımı dışında kalma paha­sına umudundan hiçbir zaman vaz­geçmez. Evrenin nedensel düzenliliği onda bir tür dinsel inanç­tı. “Seçeneğim kalmasa, doğa ya­salarına bağlı olmayan bir evren düşünebilirim belki; ama. doğa ya­salarının istatiksel olduğu görüşü­ne asla katılamam. Tanrı, zar atarak iş görmezi” diyordu. Kuantum me­kaniğinin yetersiz ve geçici sayan çağımızın (belki de tüm çağların) en büyük bilim dehası, kendi yolunda “yalnız”bir yolcuydu; çocukluğa özgü saf ve yalın merakı, evren kar­şısında derin hayret ve tükenmez çoşkusuyla ilerleyen bir yolcu!

avatar
  Subscribe  
Bildir