EİNSTEİN VE GÖRECELİK ÜZERİNE NOTLAR

• 1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde beş tane bilimsel bildiri yayınlandı.Bunlardan bir tanesi, Max Planck tarafından ifade edilen kuvantum kuramının yardımıyla fotoelektrik etkiyi inceliyordu.Bu bildiri ile ışığın doğası açıklanıyordu ve yazarına 1921 yılında Nobel Fizik Ödülü kazandıracaktı.İkinci bildiride Brown hareketi olarak bilinen asıltı durumundaki küçük parçacıkların davranışı anlatılıyordu.Böylece atomların var olduğunu hala kabul etmeyen kişilerin son çırpınışlarını bitiriyordu.Üçüncü bildiri ise özel bir görelilik kuramını ana hatları ile açıklıyordu. Böylece bilim tarihinde yepyeni bir görüşün kapısı aralanıyordu. Bu bildirileri Albert Einstein kaleme almıştı.O sıralar hiçbir üniversite ile bağlantısı yoktu.Deney yapmak için herhangi bir laboratuvarda çalışma olanağı olmadığı gibi büyükçe bir kütüphaneye bile gidememişti.İsviçre’nin Bern kentinde bulunan ulusal patent bürosunda üçüncü sınıf teknik uzman olarak çalışan dar gelirli bir kişiydi.Henüz 26 yaşındaydı.

• Aslında parasal sıkıntı,1879 yılında Almanya’nın güneyindeki Ulm’da doğduğu yılda zaten mevcuttu.Aynı sıkıntı Münih’te de sürdü.Babasının iş konusundaki ekonomik darlığı bir türlü sona ermiyordu.Bütün bu yılların olumsuz koşulları Albert’i de etkiliyordu.Üstelik 3 yaşına kadar konuşmayı öğrenememişti.Onun her türlü davranışını gözleyen birisi,bu durumda olan bir çocuğun ileride bilim dünyasını sarsacak olacağını düşünemezdi bile. İçedönük ve oyundan hoşlanmıyan bir karakteri vardı.Annesinin isteği üzerine 6 yaşındayken keman dersleri aldı.Bu dersler sayesinde edindiği klasik müzik kültürü yaşamı boyunca dinlenme zamanlarında kendisine yararlı olmuştur.Daha o yaşlarda amcalarının etkisiyle bilim ve matematikle ilgilenmeye başlamıştı. Yaşantısının ileriki dönemlerinde kaleme aldığı anılarında,daha 4-5 yaşlarında iken eline geçen bir pusula iğnesinin hep aynı yöne dönme olayını merak ettiğini yazmıştı.Gene bu anılarında 12 yaşına geldiğinde tanıştığı Eukledies geometrisi ve Pythagoras teoreminin kendisinde temel düşünceler uyandırdığını belirtmişti.Bunlar,alışılmadık olayların açıklanmasına yönelik bir eğilimi olduğunu göstermektedir.Herşeyde,görünürdeki karmaşıklığın altında mantıksal bir çözümün yattığını o zamanlar anlamış olmalıydı.

• Münih’te bir katolik okulunda ilk öğrenimini tamamladı.Okulun tek yahudi öğrencisiydi.Aslında katı disiplin ve skolastik eğitim sistemine uyum sağlayamamıştı.Okuduğu popüler bilim kitapları ile zorunlu din derslerinin öğretileri arasında çelişki olduğunu görüyordu.Daha gençliğinin ilk aşamasında dogmatik düşünceye ve otoriter zorlamaya karşı kuşkucu bir tutum benimsemeye başlamıştı.İlköğretimden sonra liseye yazıldı.Ancak 1894 yılında babasının işlettiği elektrik atölyesi iflas etti.Aile Milano’ya göç etti.Bu durumda Einstein liseyi terk etmek zorunda kaldı.Zaten bu okulu da kesinlikle hiç benimseyememişti. Einstein,kör-topal süren eğitimine devam etmek için İsviçre’ye gitti.Ama almış olduğu öğrenim çok zayıf olduğu için ilk üniversite giriş sınavı başarısız oldu.O yıllarda askerlik her Alman vatandaşı için mecburi bir hizmetti.Hem kişisel yapısı hem de eğitime olan isteği nedeniyle 1896 yılında Alman vatandaşlığından çıktı. Üniversiteye girişini sağlayacak bilgi seviyesine ulaşması gerekiyordu.Diğer taraftan geçinmesini sağlayacak bir mesleğe de ihtiyacı vardı.Kısa bir araştırma sonucunda liselere fen öğretmeni yetiştiren Zürih Politeknik Enstitüsü’nü buldu.Burasının 4 yıl eğitim veren bölümüne girdi.Bu süre içinde parlak bir öğrenci görünümü vermedi.

• Einstein,1900 yılında Zürih Politeknik Enstitüsü’nden mezun oldu.Hem burada öğrendikleri hem de bulabildiği dergi ve kitaplardan edindiği bilgilerle bilim dünyasını takip etmeye çalışıyordu.Bir taraftan da kendi düşüncelerini yazıyordu.Bu yazıların bir kısmını mezun oluşundan birkaç ay sonra Annalen der Physic dergisine yollamaya başladı.İlk bildirisinin bile konusu ilginçti,içme kamışlarındaki akışkanların fiziği üzerine düşüncelerini açıklıyordu.1902 ile 1904 yılları arasında istatistiksel mekanik alanında düşünceler geliştirdi ve bunları bildirilerine yansıttı.İçinde bulunduğu maddi şartlar bilim dünyasını takip etmede yeterli olmadığı için yazdığı yazıların ve düşündüğü fikirlerin dünyadaki gelişmelerini bilemezdi.O da tıpkı Max Planck’ın entropi konusundaki doktora tezini 1891 yılında bitirdiğinde düştüğü durumda kaldı. İstatistiksel mekanik konusu yıllar önce ABD’de Yale Üniversitesi’nden J.Willard Gibbs tarafından incelenmiş ve yayınlanmıştı.

• Bu arada okul arkadaşlarından biri olan Macar vatandaşı Mileva Maric ile flört ediyordu.1901 yılında bir kız çocukları oldu.Çocuk evlilik dışı olduğu için onu evlatlık olarak verdiler.Gerçi iki sene sonra evlenmişlerdi,ama Einstein çocuğunu hiç göremedi.İsviçre patent bürosundaki işine 1902 yılında girdi ve orada 7 yıl çalıştı. 1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde yer alan bildirilerini kaleme alırken bu durumdaydı.Bilim dünyasının fizikçileri patent bürosunda çalışan bu genç adamın söylediklerine pek önem vermediler.Bildirileri çok az ilgi çekti.Evrenin en derin sırlarından birkaç tanesini çözmüş olmasına rağmen,öğretim üyeliği için başvurduğu üniversite kendisini kabul etmedi.Öğretmenlik için başvurduğu lise bile teklifini reddetti.Bunun üzerine üçüncü sınıf uzman olarak patent bürosundaki işine devam etti. Nihayet,1908 yılında molekül boyutlarının hesaplanmasına ilişkin çalışması sonucunda Zürih Üniversitesi’nden doktor ünvanı aldı.Böylece öğretim üyeliği görev dönemi başlamış oldu.1909 yılında Zürih’te,1910 yılında Prag Alman Üniversitesi’nde,1912 yılında yine Zürih’te dersler verdi.1913 yılında Berlin’e yerleşti. Bilimsel başarıları Almanya’da devam ediyordu.Prusya Bilimler Akademisi’nin üyeliğine seçildi. Berlin Üniversitesi’ne profesör olarak atandı. Kaiser Wilhelm Enstitüsü’nün fizik bölümü yöneticiliğini de üstlenmişti.

• 1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde ‘Durağan Bir Sıvı İçindeki Asıltı Parçacıklarının Moleküler Kinetik Kuramı Çerçevesindeki Hareketleri Üzerine’ başlıklı makalesi,Brown hareketi üzerineydi.1827 yılında İskoçyalı bilim adamı Robert Brown,su içinde asılı haldeki çiçektozlarını mikroskopla incelemiş ve sıvının durgun olmasına karşın çiçektozlarının sürekli ve rastgele hareket ettiğini gözlemişti.1879 yılında İngiliz kimyacı Sir William Ramsay,bu hareketlerin,sıvı moleküllerinin bombardımanından kaynaklandığını öne sürmüştü. Einstein,istatistiksel yöntemle gerçekleştirdiği çalışmalarının sonucunda, Brown hareketli bir parçacığın katedeceği uzaklığın,bu aradaki zamanın karekökü ile ters orantılı olduğunu belirledi.Böylece birim hacimdeki sıvı molekül sayısının hesaplanabileceğini göstermiş oldu. Aynı yıl aynı dergide yayımladığı kuvantum fiziği alanındaki ilk önemli çalışması ise,fotoelektrik etkiyi incelediği ve ‘Işığın Oluşumu ve Dönüşümü Üzerine Bir Görüş’ başlıklı makalesiydi.Alman fizikçi Max Planck,kara cisim üzerinde çalışmış ve enerjinin süreksiz olduğu varsayımını ileri sürmüştü.Ona göre atomlar arasındaki enerji alış verişi,ışımanın frekansıyla doğru orantılı olarak ve kuvantum adını verdiği enerji paketleri biçiminde gerçekleşiyordu. Einstein,ışığın dalga ve parçacık özelliğindeki ikili yapısını vurguladı,bu kesikli enerji alış verişinin,ışığın maddeyle etkileşime girdiği her durumda geçerli olduğunu savundu. Fotoelektrik olayında,üzerine ışık düşen bazı cisimlerin elektron salması olgusunu da,daha sonraları foton olarak adlandırılan bu ışık enerjisi kuvantumlarıyla açıkladı. Gene aynı yıl aynı dergide yayımladığı özel görelilik kuramına ilişkin ‘Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği’ adlı makalesi,elektromagnetik olguları açıklayan Maxwell yasalarına yeni bir bakış açısı getiriyordu.

• 19 yüzyılın sonlarında ışığın elektromagnetik bir dalga özelliği taşıdığı ve uzaydaki hızının da saniyede yaklaşık 300.000 km.olduğu görüşü ağırlık kazanmıştı.Bu dalgaların boşlukta ilerleyebilmesini sağlayan ve madde dışındaki tüm boşluğu dolduran esir veya eter adlı ağırlıksız,esnek bir ortamın var olduğu kabul ediliyordu.Ama esirin varlığını kanıtlamak için yapılan tüm deneyler olumsuz sonuç veriyordu. Einstein,iki nokta arasında yol alan ışığın hızının nasıl belirleneceği sorunundan yola çıktı.Bu amaçla iki temel ilke geliştirdi.Bunlardan birincisine göre,mekanik denklemlerinin geçerli olduğu her başvuru sisteminde,elektrodinamik ve optik için de aynı yasalar geçerliydi.Öteki ilke ise,ışığın,kendisini yayan cismin hareketinden bağımsız olarak, boşlukta her zaman aynı hızla yol aldığı biçimindeydi.Böylece,birbirine göre hareket halinde olan iki gözlemcinin hızları sabitse,iki ayrı yerde gerçekleşen iki olay arasında geçen süreyi aynı biçimde değerlendirmek mümkün değildir.Gözlemcilerden biri,bu iki olayı aynı anda,yani eşzamanlı olarak gördüğünde,ötekinin olayları belirli bir zaman aralığıyla gözlemesi gerekir.Eşzamanların göreliliği denilen bu olgunun nedeni,olayların gerçekleştiğine ilişkin en hızlı belirti olan ışığın hızının,her iki gözlemci için de aynı ve sonlu olmasıydı. Einstein’ın ‘Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği’ adlı makalesi,içeriği ile olduğu kadar sunum tarzıyla da gelmiş geçmiş en olağanüstü bilimsel bildirilerden biri kabul edilir.Dipnot ya da alıntı yoktur.Hemen hemen hiç matematik içermez.Ortaya koyduğu sonuçlara sadece düşünerek varmıştı.

• Görelilik asıl olarak,uzay ve zamanın mutlak olmadığını söyler,hem gözlemciye hem de gözlemlenen olguya göre değişir.Kişi ne kadar hızlı hareket ederse etsin,bu etkiler o kadar belirgin olur.Hareketimiz hiçbir zaman ışık hızına ulaşamaz.Ne kadar hızlı gidersek,dışarıdan bakan bir gözlemciye göre, giderek o kadar distorsiyona uğrarız,yani onun gözüyle bozulmuş,değişmiş,çarpılmış veya biçim değiştirmiş gibi oluruz.Bilimi halka sevdirmek isteyen kişiler böyle fikir ve kavramları anlaşılır kılmak için birtakım yöntemler aradılar.Bertrand Russel,’Rölativitenin Alfabesi’ adlı kitabında bir benzetmeye yer vermişti. Okuyucudan,ışık hızının %60’ına denk hızla yol alan,100 m. uzunluğunda bir tren düşünmesini istiyordu.Peronda durup trenin geçişini izleyen birine,tren sadece 80 m. uzunluğundaymış gibi görünür.Ayrıca trendeki herşey aynı oranda kısalıp sıkışmış gibi olurdu.Yolcuların konuşmalarını işitmesi mümkün olsaydı,sesler kulağına kalın ve çok yavaş çalınan bir plak gibi ağır gelirdi.Trendeki yolcuların hareketleri de ağır gözükürdü,hatta saatler bile normal hızlarının beşte dördü hızla işler gibi olurdu. Ama trendeki yolcular bu distorsiyonları hiç hissetmezdi.Onlara göre trendeki her şey çok normal gözükürdü.İşin ilginç yanı sıkıştırılmış ve yavaşlamış görünen olay,peron ve peronda duran kişi olurdu.Şu halde her şey,hareket eden cisme göre hangi konumda bulunduğumuzla ilgilidir.Bu tip etkiler her hareket eden insan için geçerlidir.Uçakla uzun mesafe yolculuk yapan birisi uçaktan indiğinde,geride bıraktığı insanlardan saniyenin çok ufak bir kısmı kadar genç kalmış olur.Bütün mesele,bu değişimlerin bize göre çok küçük olmasıdır.Görelilik kavramlarının yadırganması,normal yaşantımızda bu tür etkileşimler yaşamıyor olmamızdandır.Ama bize hiç yabancı gelmeyen görelilikler de vardır.Bir parkta iken hemen yanıbaşınızda yüksek sesle çalınan bir müzik duyduğunuzu düşünün.Oradan uzaklaştığınızda müzik sesinin kısılmış gibi geldiğini duyarsınız.Elbette ses kısılmış değildir.Asıl neden,müziğin kaynağına göre sizin yerinizi değiştirmiş olmanızdır.Çok yüksek sesle çalınan müzik sesinin iki farklı gözlemci tarafından iki farklı yükseklikte algılanabileceği fikri,çok küçük olan bir canlı veya kaplumbağaya anlamsız gelir.

• 1905 yılında Almanya’da çıkan ‘Annalen der Physic’ adlı bir fizik dergisinde Einstein’in ‘Bir Cismin Eylemsizliği Enerji İçeriğine Bağlı mıdır?’ başlıklı makalesi,özel görelilik kuramına düştüğü matematiksel bir dip not özelliği taşıyordu.Bu yazısında,bir cismin kütlesi ile enerjisinin eşdeğerli olduğunu ve bu enerjinin,cismin kütlesi ile ışık hızının karesinin çarpımına eşit olduğunu belirtiyordu.Buna göre,bir cismin hızı arttıkça kütlesinin artmasının nedeni,o cismin kazandığı kinetik enerjiydi.Her enerjinin bir kütlesi vardır.Kütle ya da madde,bir enerji biçimidir. Enerji,serbest bırakılmış maddedir.Madde ise meydana çıkmayı bekleyen enerjidir. E=mc2 formulündeki ’c’nin karesi,yani ışık hızının kendisiyle çarpımı, son derece muazzam bir sayı içerdiği için,bu denklem bize,her maddi varlıkta çok büyük miktarda enerji bulunduğunu söyler.Öyle ki orta boylu yetişkin bir insan bedeni içinde barınan enerji,7x10 üzeri 18 jul potansiyel enerjiden az değildir.Böyle bir enerji 30 tane çok büyük hidrojen bombası kadardır. Madde içinde depolanmış olan enerji için en büyük sorun,bu enerjiyi açığa çıkarmakta henüz tam anlamıyla bilgi sahibi olmayışımızdır.Bu güne dek üretilen en enerjik olay olan uranyum bombası,maddenin serbest bırakabileceği tüm enerjinin sadece %1’i kadardır. Einstein’in kuramı radyasyonun nasıl işlediğine de açıklama getirdi.Birazcık uranyum,durmadan yüksek düzeyde enerji akımları gönderiyor ve bunu yaparken bir buz parçası gibi erimiyordu.Bunun nedeni, E=mc2 sayesinde kütlesini enerjiye çevirmesidir.Böylece yıldızların yakıtlarını tüketmeden milyarlarca yıl yandıkları da açıklanmış oluyordu.

• O yıllarda Avrupa ulusları arasındaki ilişkiler son derecede gergindi.Birinci dünya Savaşı patladığında eşi ve 2 oğlu İsviçre’de idiler.Ama Berlin’e dönemediler.Savaş yıllarının getirdiği zorunlu ayrılık boşanmayla sonuçlandı. Einstein,savaşa karşı pasifist bir tutum takınmış ve militarizmi eleştirmeye başlamıştı.Ancak bu hümanist ve barışçı tutumu hem akademik çevrelerde hem de kamuoyunda tepkiyle karşılanıyordu.1916 yılında yayınladığı genel görelilik kuramı bilim dünyasını yeniden sarstı.Üstelik kuramının öngördüğü deneysel kanıtlar da elde ediliyordu.Nitekim savaş bitince 1919 yılının Mayıs ayında olan Güneş tutulmasında bu kanıtlardan biri doğrulandı.Büyük kütlelerin yakınından geçen ışık ışınlarının kütleçekimi alanının etkisiyle eğileceğini söylemişti.Bu nedenle uzak bir yıldız ışığının Güneş’in kenarından geçerken yapacağı sapmanın hesapları çok az hata ile doğru çıkmıştı.

• Einstein,çalışmalarının asıl ağırlığını,görelilik kuramını daha genel bir çerçeveye yerleştirme çabası üzerinde yoğunlaştırmıştır.Bunun için gözlemcilerin birbirlerine göre sabit değil,değişen hızlarda,yani ivmeli olarak hareket ettikleri durumda ortaya çıkan olayları araştırmaya girişmişti.Özel kuramda eksik kalan şeylerden birinin kütleçekimi olduğunun başından beri farkındaydı.Esas olarak hiç engellenmeden hareket eden maddeleri ele almıştı.Ama hareketli bir şey,örneğin ışık, kütleçekimi gibi bir engelle karşılaştığında neler olurdu?Elde ettiği kuramsal bulguları 1916 yılında ‘Genel Görelilik Kuramının Temelleri’ başlığı ile yayınladı.Bu kurama göre,uzaydaki herhangi bir noktada,kütleçekimi ile hızlanma hareketinin etkileri eşdeğerdir ve birbirinden ayırt edilemez.Bu görüş,kütleçekiminin bir kuvvet değil,uzay-zaman sürecinde bir kütlenin etkisiyle oluşan eğrilmiş bir alan olduğunu öngörür.Bu nedenle ,büyük kütlelerin yakınından geçen kuvantumlu ışık ışınlarının doğrultusunda bir sapma oluşur. Genel Görelilik Kuramı,yalnız Newton fiziğinden değil,Eukleidesçi geometriden de kopuşu simgeliyordu.Artık eğri bir uzay-zaman tanımı ortaya çıkmıştı. Einstein’in yeni denklemleri ile Merkür’ün günberi noktasında ortaya çıkan düzensizlikleri açıklanabilecekti. Einstein, genel görelilik kuramını evrenin bütününe uygulayarak sonlu ve sınırsız bir evren modeli kurmuştu.Denklemlerine kozmolojik sabit diye bir unsur koydu.Ama Hubble’nin genişleyen evren modeli,onun durağan modelini geçersiz kıldı.

• Uzay-zaman için yapılan açıklama bir benzetme ile yapılır.Üzerine demir bir top konulmuş gerili bir lastik çarşaf düşünelim.Demir topun ağırlığı,üstünde durduğu maddeyi esnetir ve hafifçe çökertip çukurlaştırır.Bu durum,demir topun yerine düşüneceğimiz Güneş gibi büyük kütleli cismin,esnek çarşaf yerine düşüneceğimiz uzay-zaman üzerindeki etkisine benzer. Güneş, uzay-zamanı esnetir veya büker.Lastik çarşafın üzerine daha küçük bir top yuvarlarsak,bu top,Newton’un hareket yasalarına uygun olarak düz bir çizgi boyunca ilerlemeye çalışır.Ama büyük kütleli cismin çöküp çukurlaştırdığı bölgeye yaklaşınca,kendisinden daha kütleli olan cisme doğru çekilip aşağıya yuvarlanır.Bu olay,kütleçekimdir.Ama,fizikçi M.Kaku’nun dediği gibi, kütleçekim diye bir şey yoktur.Gezegenleri ve yıldızları hareket ettiren etken,uzayın ve zamanın distorsiyona uğramasıdır.

• Vardığı sonuçlara düşünerek ulaşan Einstein,herkes tarafından merak edilen bir kişiydi.Bir gün şair Paul Valery,fikirlerini kaydetmek için bir defter tutup tutmadığını sorunca biraz şaşırmış.’Hiç lüzum yok ki’ diye cevap vermiş.’Aklıma nadiren bir fikir gelir’Göreliliğin anlaşılması çok zor bir konu olduğu her zaman ileri sürülmüştür.Bu konuyu anlayabilen insan sayısının çok az olduğu kanısı çok yaygındı. Gazetecinin biri,İngiliz astronom Sir Arthur Eddington’a şöyle bir soru sormuş:--‘Dünyada Einstein’ın görelilik kuramlarını anlayabilen 3 kişi varmış.Bu 3 kişiden birisi siz oluyormuşunuz.Bu doğru mu?’ Sir Arthur Eddington uzun uzun düşünmüş.Sonra yanıtını söylemiş: --‘Üçüncü kişinin kim olduğunu bulmaya çalışıyorum’

• 1919 yılında akrabalarından birisi ile evlendi.Almanya’da güçlenmekte olan ırkçılığa karşı mücadelesini sürdürürken,dünyanın her yerinden konferans davetleri alıyordu.1921 yılında,fotoelektrik etki ve kuramsal fizik alanındaki çalışmaları nedeniyle Nobel Fizik Ödülü aldığını öğrendi.Ancak ödülün gerekçesinde görecelik kuramı ile ilgili çabaları yer almamıştı.Bundan sonraki çalışmalarını elektromagnetizma ile kütleçekimi arasındaki ilişkiler üzerinde yoğunlaştırdı.Birleşik alan kuramına ait bu çabaları sonuç vermeyecektir.Irkçılığa ve savaşa karşı olan mücadelesini uluslar arası toplantılarda sürdürürken 1930 yılında ABD’de konuk profesör olarak bir yıl ders verdi.1932 yılında tekrar ABD’ye gitti,ertesi yıl Hitler iktidara gelince Almanya’ya dönmedi.Aynı yıl,New Jersey’deki Princeton Üniversitesi’nde kurulan Yüksek Araştırma Enstitüsü’nde görev aldı ve ölümüne kadar burada çalıştı. 1939 yılında Alman araştırıcılarının uranyum atomunu parçalamayı başardıklarını öğrenince,başkan Roosevelt’e bir uyarı mektubu yazdı ve atom bombası yapım çalışmalarına katılmadı.1945 yılında Japonya’ya atılan atom bombasından sonra bu yeni silahın kullanılmasını önlemek için tüm gücüyle mücadele etti.Son günlerine kadar bilimsel çalışmalarını ve uluslar arası barış eylemlerini sürdürdü.1955 yılında öldü.