Kategoriler
Uzay - Zaman

Einstein İzafiyet Teorisi ve İkizler Paradoksu

Işık hızı boşlukta her zaman ve her şart altında aynı şekilde gözlemlenir. Einstein‘ın doğruluğu kanıtlanan ilk varsayımı: Işığı gözlemleyenlerin hızına veya ışığın kendi kaynağının hareketine bakılmaksızın, ışık hızı her gözlemci için aynıdır.

Gözlem yapan kişinin durumuna bakılmaksızın, fizik kuralları her zaman herkes için aynıdır ve ikinci varsayım: İster hareket eden ister sabit duran bir zemin üzerinde olun, gözlemleyeceğiniz fizik kuralı hiç bir şekilde değişmez. Yapılan tüm deneyler bu iki varsayımın da doğru olduğunu kanıtlamış durumdadır.

Zaman akışının yavaşlaması: Einstein’ın savlarını dikkate aldığımızda, oldukça sıra dışı ve ürkütücü bir fenomenle karşılaşıyoruz. Eğer çok hızlı bir şekilde seyahat ederseniz veya yer çekimi dünyadan daha güçlü olan başka bir gezegene yerleşirseniz, zaman sizin için diğer insanlara göre daha yavaş akmaya başlar.

Yani saatim daha mı yavaş ilerleyecek? Yalnızca kolundaki saat değil, size ve çevrenize ait olan her şey yavaşlayacak. İlginçtir ki siz bunu fark etmeyeceksiniz çünkü beyninizde düşünce ürete hücreler de daha yavaş bir hızla çalışacak. Yani, zamanın sizin için yavaşlaması sizin tarafınızdan hiçbir şekilde fark edilemeyecek fakat sizi gözlemleyen herkes tarafından fark edilecek. Bu durum bizi ünlü İkizler Paradoksu’na götürüyor. Einstein bu noktada uzay-zamanın bir bütün olduğunu ve zamanın akışını da matematiksel bir grafik ile yani bir tür “zaman uzayı” ile gösterebileceğini fark etti. Kısacası ışık hızına yaklaşan cisimlerin boyu hareket yönünde kısalıyordu. Çünkü uzay-zamanda ışık hızının herkes için aynı olmasının tek yolu, hızlanan cisimlerin boyunun kısalması ve saatlerinin yavaşlamasıydı. Örneğin ışık hızına yakın bir hızda giden bir beysbol topu, topun karşıdan hızla üstüne gelişini seyreden rakip oyuncu için yufka yaprağı kadar yassılaşacak ve derinliğini kaybederek iki boyutlu bir cisme dönüşecekti. Einstein bunu Lorentz dönüşümleri denilen matematiksel formülleriyle gösterdi ve uzay-zamanın bükülebildiğini göstermek için de eğri Riemann geometrisini kullandı.

İkizler Paradoksu / Twins Paradox

ikizler paradoksu
İkizler Paradoksu

Adları Ahmet ve Mehmet olan ikizler 40 yaşındalar. Aynı günde doğdular ve şu anda aynı yaştalar. Bu güne kadar zamanları hep aynı ilerledi ve aynı hızda yaşlandılar. Ahmet’i bir uzay aracına bindirelim ve ışık hızının %90’ı bir bir hızda yani saniyede 270.000 km (Işık hızı 300.000 km) hızla uzaya gönderelim. Mehmet burada bizimde dünyada kalsın ve kardeşinin dönmesini beklesin. Ahmet, kendi saatiyle 5 yıl seyahat ettikten sonra geri dönsün. Ahmet dünyaya geri döndüğünde iki kardeşin yaşlanma durumunda bir farklılık gözlemlenebilecek mi? Bunun cevabı, evet. Uzaya gönderdiğimiz Ahmet’in saati dünya saatinin yalnızca %44’ü hızında işlemiş olacaktır. Yani dünyada geçen her 100 saniyede, Ahmet için yalnızca 44 saniye geçmiş olacaktır. Sonuç olarak Ahmet, ikiz kardeşi Mehmet’e göre daha az yaşlanmış olacak.

Peki ya Ahmet’in seyahat ettiği uzay aracının hızını biraz daha arttırırsak, örneğin uzay aracının ışık hızının %99’u bir hızla uzaya gönderirsek o zaman sonuç ne olur? Bu durumda Ahmet’in saati dünya saatinin yalnızca %14’ü hızında işler. Yani Ahmet bu hızla 7 yıl seyahat ederse, dünyaya döndüğünde ikiz kardeşini tam 50 yıl yaşlanmış olarak bulacaktır.

İkizler Paradoksu olarak bilinen bu durum, aslında yalnızda klasik fizikçiler için bir paradokstur. Einstein’a göre bu durumun paradoks olmakla uzaktan yakında bir alakası yoktur. Onun bir devrim niteliği taşıyan İzafiyet Teorisi‘ne göre, eğer ışık hızının herkes için aynı olduğunu ve fizik kurallarının asla değişmeyeceğini varsayarak, ikiz kardeşlerin durumu, içerisinde yaşadığımız evrenin en temel özelliklerinden bir tanesidir.

Kütleli Cisimler Işık Hızına Ulaşamaz mı?

Einstein uzay-zamanda kısalma ve yavaşlamaya yol açan görelilik üçüncü bir etkisi daha olduğunu gördü. Işık hızına yaklaşan cisimlerin kütlesi artıyordu. Nitekim uzay-zamanı birlikte tanımlayan formülleri geliştirdiği zaman E=mc² denklemi ile enerjinin kütleye ve kütlenin de enerjiye dönüşebildiğini gösterdi. Nasıl ki uzayda ışık hızına yaklaşan cisimlerin boyu hareket yönünde kısalıyordu, bunları daha fazla hızlandırmak için eklenen enerjinin büyük bir kısmı da cisimleri hızlandırmak yerine kütlesini arttırmaya devam ediyordu. İşte bu yüzden kütleli cisimlerin ışık hızında gitmesi olanaksızdı. Çünkü ışık hızında gitmek için gereken enerjinin tamamı, cismin kütlesini arttırmakta kullanılacak ve dolayısıyla ışık hızına ulaşmak için sonsuz enerji gerekecekti. Einstein uzayda ışık hızının sabit olması için bütün cisimlerin hızının ışık hızına göre ölçülmesi gerektiğini ortaya koymuştu. Bunu yapabilmek içinde hiçbir cismin ışık hızında veya ışıktan hızlı gidemeyeceğini göstermek gerekiyordu. Einstein bunu Newton mekaniğinden kalma bir olguyu, formüle ederek kanıtladı: Kütleli bütün cisimler hızlanmaya direnç gösteriyor ve fizikte buna “eylemsizlik” deniliyordu. Örneğin bir arabayı hızlandırmak için motoru daha hızlı çalıştırmak, daha çok yakıt yakmak ve daha fazla enerji tüketmek gerekiyordu. Kütleli bir cisim ışık hızında gidemezdi. Çünkü hızlanmaya sonsuz direnç gösterirdi.


Kaynak: Albert Einstein biyografi kitabından.

Yazar İnternet Psikoloğu

Hayatının büyük bir kısmını Dijital İnteraktif Medya, Fotoğrafçılık ve Müziğe adamış bir birey. Gerek mesleğinde gerekse dijital ortamda bir çok çözüm sağlamış ve tecrübe edinmiş biri olarak, tecrübe ve birikimlerimi tek bir blog altında toparlamak istedim. Ufakta olsa bir şeyler katabilirsem ne mutlu.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.