Görecelik Kuramı
Şu meşhur İzafiyet Teorisi’ni bir de ben anlatayım dedim:
Teori: Farklı tanımları vardır. Burada “eldeki az sayıdaki bilgi ve belgelere dayanarak bir olayın tamamı hakkında geliştirilen hükme teori denir” diye tanımlanacaktır. Bu haliyle bir davadaki iddianameye benzer. Savcılık iddianamenin doğruluğunu kanıtlamaya, avukatlar da iddianameyi çürütmeye çalışırlar. Aynı durum teoriler için de geçerlidir. Bazıları teorinin doğruluğu, diğer bazıları da teorinin yanlışlığı üzerinde kafa patlatırlar. Her iki taraf da kendilerince bir takım bulgulara ulaşırlar. Teorilerin önemi de buradadır: İnsanların düşünme tarzlarını yönlendirirler. Böylece gelişmeye hizmet ederler. Bir teori, 100 alanın 99’unda doğru, 1 alanında yanlış hüküm vermişse o teori ya çöpe atılır ya da yeniden düzenlenir.
Biraz daha fizik: a aracı 60 km/saat sabit hızla A noktasından D noktasına gitmek için yola çıksın. B noktasına geldiğinde b aracı da 200 km/saat sabit hızla A noktasından D noktasına gitmek için yola çıksın. b aracı, a aracını nerede veya ne zaman yakalar? Bu problem iki yoldan çözülebilir:
b aracı, a aracını C noktasında yakalamış olsun. Birinci yol: a aracının B’den C’ye ulaşma süresi, b aracının A’dan C’ye ulaşma süresine eşittir. Buna t densin. yol=hızXzaman’dır. a aracı için AC=AB+BC; A’dan B’ye varıncaya kadar geçen süre t1, hızı v1; AC=v1t1+v1t olur. b aracının hızı v2 olduğundan AC=v2t ‘dir. Aynı şeye eşit iki şey de birbirine eşit olacağından v1t1+v1t=v2t eşitliği bulunur. Verilenler yerine konunca çözüme ulaşılır.
İkinci yol: a ile b arasındaki yol farkı AB kadardır. Başka bir deyişle b aracının kapatması gereken mesafe AB’dir. b aracı, a’ya v2-v1 hızıyla yaklaşacaktır. O halde AB=(v2-v1)Xt eşitliği söz konusudur. AB=(200-60)Xt bağıntısından AB veya t bilindiğinde çözüm bulunmuş olur.
Sonuç olarak a aracındaki bir yolcu için b aracı, saatte 200-60=140 km hızla yaklaşıyor ve aynı hızla kendisini geçip uzaklaşıyor olacaktır. a aracındaki yolcu için b aracının hızı saatte 140 km’dir. Olaya dışarıdan bakan bir göz için de b aracı a aracına saatte 140 km hızla yaklaşıyor ve yakalayıp geçtikten sonra da aynı hızla uzaklaşıyor olacaktır. Konu ışığa gelince durum biraz farklıdır.
a aracı saniyede 100.000 km ile yol alıyor olsun. Bu araçtaki yolcu için geriden gelen ışığın araca yaklaşma hızı, yukarıdaki örneğe göre saniyede 200.000 km olması gerekir. Öyle değildir. Çünkü ışık hızı sabittir. Gözlemciye göre değişmez. Geriden gelen ışık a aracındaki yolcuya da saniyede 300.000 km hızla yaklaşacak ve yakalayıp geçtikten sonra da saniyede 300.000 km ile uzaklaşacaktır. Olaya uzaktan bakan bir göz ise yaklaşmanın ve yakaladıktan sonra da uzaklaşmanın hızını saniyede 200.000 km olarak gözlemleyecektir. Işık hızı değişmediğine göre a aracındaki yolcu ile dışarıdaki göz neden farklı gözlem yapmışlardır? Değişen nedir?
Albırt Aynştayn (Albert Einstein), bir takım gözlem ve bilgilerine dayanarak E=mc² formülüyle ifade ettiği İzafiyet Teorisi’ni geliştirmiştir. E=enerji, m=kütle, c=ışık hızı’dır. Bu formül, E=mv²/2 kinetik enerji formülüyle benzerlik gösterir. Aralarındaki fark 1/2 katsayısıdır. Kinetik enerji formülündeki 1/2 katsayısı, v hızının değişken olmasından kaynaklanmaktadır. Birinci formülde bu katsayının olmaması, ışık hızının sabit olduğu öngörüsü nedeniyledir. Teknolojinin ilerlemesiyle yapılan ölçümlerde de ışık hızının değişmediği ölçülmüştür. Işık hızı gözlemciye göre değişmemektedir. Sabit zaten değişmez anlamındadır. Aynı hareket farklı enerjiler ortaya çıkaramayacağından değişen başka şeyler olmalıdır.
Hız=yol/zaman olduğundan hızı etkileyen faktörler mekân değişimi ve zamandır. Gözlemci, enerjiyi E=mX4000X10¹³ kgm²/sn², yolcu ise E=mX9000X10¹³ kgm²/sn² olarak hesaplayacaktır. Hâlbuki aynı zamanda, aynı iş için hesaplanan enerjiler eşit olmalıdır (enerjinin korunumu). O halde ölçümlerde farklılık olmalı. Ya yolcu, gözlemcinin 1 sn olarak ölçtüğü zamanı 0,75 saniye, ya da gözlemcinin 1 m olarak ölçtüğü yolu, yolcu 1,5 m olarak ölçmüştür. Başka bir deyişle yolcu için ya zaman yavaşlamış, ya mesafeler artmış, ya da hem zaman yavaşlamış, hem mesafeler artmıştır. Dışarıdaki bir gözlemciye göre ışığın a aracına 300.000 km yaklaşması için 1,5 saniye geçmesi gerekmektedir. Yani gözlemcinin 1,5 saniyesi, a aracındaki 1 saniyeye eşittir. Bu bir bakış açısı. Bir başka açıya göre de gözlemcinin 200.000 km olarak gördüğü mesafeyi, araçtaki yolcu 300.000 km olarak görmektedir. Sörn’deki (Cern’deki) hızlandırıcıda hız arttıkça kütlenin de arttığı gözlemlenmiştir. O zaman da bir üçüncü bakış açısı ortaya çıkmıştır. a aracının hareketten önce ölçülen kütlesi, hareket sırasında ölçülen (ölçülebilseydi eğer) kütlesinden düşüktür. Bu üç bakış açısından hız arttıkça zaman, yol (uzunluk), kütle birimlerinden herhangi biri veya herhangi ikisi veya da her üçü de değişmektedir. Yapılan deneylerde hız arttıkça zaman, yol ve kütlenin değiştiği tespit edilmiştir. Dışarıdaki göz ile a aracındaki yolcu için zaman, yol ve kütle farklıdır. Gözlemciye göre değişimlere izafiyet dendiğinden E=mc² ‘dir.