Özel Görelilik Teorisi!

Einstein'ın Özel Görelilik Teorisi ışık hızına yakın hızlarda bazı beklenmeyen etkileri öngörür. 19. yy'ın sonlarında gerçekleştirilen Michelson-Morley deneyi özel göreliliğin tohumunu atmıştır. Michelson interferometresi adında bir aygıt kullanarak, Michelson ve Morley, dünyaya dik ve paralel doğrultuda ilerleyen güneş ışınlarının hızlarındaki farkı ölçmeye çalışmışlardır. Dünyanın yörünge hızı dolayısıyla ölçülen değerlerin farklılık göstereceğini düşünmüşler fakat deney sonucu beklendiği gibi olmamıştır. Ölçülen iki ışık ışınının hızları arasında herhangi fark gözlenmemiştir. Bu deneyin olumsuz sonucu Özel Teori'ye zemin hazırladığından Michelson-Morley deneyi bilim tarihindeki en önemli negatif deney olarak değerlendirilir.

Einstein'ın Varsayımı!

Einstein Michelson-Morley deneyinin neden işe yaramadığını, nerede hata yapıldığını düşünmekten ziyade bu deneyin sonuçlarını başlangıç noktası olarak almıştır. Temel varsayım olarak ışık hızının evrende mutlak sabit olduğunu ve ivmesiz hiçbir sistemde bu değerden başka ölçüm yapılamayacağını kabul etmiştir. Yani sabit hızdaki herhangi bir sistemde ışık hızının ölçülen değerinin değişmez olması kabulü Özel Görelilik Teorisi'ni oluşturmuştur. Temel olarak farklı hızlarda olan farklı gözlemcilere göre ışık hızı değişmiyorsa başka bazı şeyler, yani uzunluk ve zaman değişim göstermelidir. Einstein, bu varsayıma dayanarak birçok sonuç elde etmiştir.

Einstein'ın 1905'te Yayınladığı Özel Görelilik Teorisi'nin Öngörüleri!

• Uzay-Zaman: Uzay ve zaman iki farklı kavram olmaktan ziyade birbirleriyle temelde ilişkilidir. Zaman aslında üç uzay boyutunu tamamlayan dördüncü bir boyuttur.
• Eş-Zamanlı Olaylar: İki olayın eş zamanlı olup olmadığı tamamen gözlemciye bağlıdır. Bir gözlemci iki olayı eş-zamanlı görürken diğer gözlemci bu olaylardan birisinin önce olduğunu, bir diğeri ise diğerinin önce olduğunu görebilir.
• Lorentz-Dönüşümü: Işık hızına yakın yolculuk eden bir cisim dışarıdaki durgun bir gözlemciye göre olduğundan daha kısa görünür. Kısalma miktarı hıza bağlı olup ışık hızına ulaşıldığında uzunluk sıfır olarak görünür. Fakat cismin üzerinde bulunan bir gözlemciye göreyse uzunluk hep normal görünür.
• Zaman Genişlemesi: Dışardaki durgun gözlemcinin hissettiği zaman, ışık hızına yakın hareket eden cismin içinde bulunduğu zamandan daha hızlı akar. Dışarıdaki gözlemciye göre ışık hızına ulaşan bir cismin içinde bulunduğu zaman durur fakat cismin üstünde bulunan bir gözlemci için her şey normaldir.
• Kütle Artışı: Durgun gözlemciye göre ışık hızına yakın hızla hareket eden cismin kütlesi artar. Işık hızına ulaştığında ise kütlesi sonsuz olur. Fakat gözlemci cismin üzerinde olsaydı kütlenin değişmediğini görecekti.
• Işık Hızı Limiti: Bir cisim ışık hızına ulaştığında kütlesi sonsuz olur. Fakat kütleli bir cismi ışık hızına ulaştırabilmek için sonsuz kütleden dolayı sonsuz bir kuvvet gerekir. Bununla birlikte ışık kütlesizdir ve ışık hızında yolculuk edebilir. Fakat kütleli cisimler asla ışık hızına ulaşamazlar. En iyi ihtimalle ışık hızına yakın bir hıza getirilebilirler. Boşlukta ilerleyen ışığın hızı hiçbir şekilde geçilemez. Işığın boşluktaki hızı evrendeki son hız limitidir.
• E=mc²: Bu denklemde E enerjiyi, m kütleyi ve c² ışık hızının karesini temsil eder. Bu popüler denkleme göre kütle ve enerji dönüşümlüdür. Yani madde enerjiye, enerji de maddeye dönüşebilir. Bu denklem bize kütlenin ne kadar enerjiye denk geldiğini söyleyebilen bir dönüşüm faktörüdür. Örneğin denkleme göre nükleer reaksiyonlarda kütlenin bir kısmı enerjiye dönüşür.

Bu görecel etkiler bize garip gelebilir fakat saniyede 300.000 km olan ışık hızının en az yüzde 10'luk kısmına ulaşıldığında geçerliliğini gösterirler. Günlük hayatta asla bu hıza ulaşamadığımız için bu etkileri hissedemeyiz. Fakat atomaltı parçacıkların çok yüksek hızlara ulaştırıldığı deneyler Einstein'ın Özel Görelilik Teorisi'nin tüm öngörülerini doğrulamıştır. Bu teoriden sadece on yıl sonra Einstein Genel Görelilik Teorisi'ni de yayınlamıştır. Einstein'ın özel görelilik teorisinin açılımı olan Genel Görelilik Teorisi ise gravitasyonu açıklaması, karadelikler ve genişleyen evren modelini öngörmesi açısından önemli bir teoridir.

Kaynak: Fizikmakaleleri