Kuram, sadece iki varsayım içerir:

1- Galileo’nun görelilik kuramı

2- Işığın boşluktaki hızının hareketli veya hareketsiz tüm gözlemciler için sabit olması.

Gerisi tamamen matematiktir. Yani bu iki varsayıma itirazınız yoksa Özel görelilik kuramına da itirazınız olamaz.

 

  

 

 

 

 

 

 

 HİKÂYE NASIL BAŞLADI?

 1884’te henüz beş yaşında bir çocuk olan Einstein, kendisine hediye edilen pusulanın iğnesinin oynayışını hayranlıkla izlerdi. Sanki onu görünmez bir kuvvet oynatıyordu. Gençlik yıllarında bu kuvvetin elektromanyetizma oluşunu öğrenmesiyle birlikte merakını gidermek için İskoçyalı fizikçi James Clark Maxwell’in geliştirdiği denklemleri incelemeye başladı. Bu denklemlere göre ışığın boşluktaki hızı (saniyede yaklaşık 300.000 km) evrensel bir sabitti. Yani ışığın hızı gözlemciye göre değişmiyordu. Genç fizikçi “bir ışık ışınının sırtına binseydim dünya nasıl görünürdü?’’ diye sordu.

 

IŞIĞA BİNEN ADAM

 Düz bir yolda saatte 60 km sabit hızla hareket eden bir otomobil düşünelim. Bu otomobilin yanından da saatte 40 km sabit hızla aynı yönde bir kamyon gidiyor olsun. Otomobilden bakan gözlemci, kamyonu saatte 20 km sabit hızla geriye doğru gidiyor görür. Şayet kamyon, otomobil ile ters yönde gidiyorsa yine otomobilden bakan gözlemci, kamyonu saatte 100 km hızla kendisinden uzaklaşıyor görür. Peki bu otomobilden hareket yönüne doğru saatte 20 km bir hızla bir top fırlatırsak yol kenarındaki hareketsiz bir gözlemci, bu topu otomobille aynı yönde saatte 80 km hızla görür değil mi? Bu basit bağıl hız hesaplamaları, Newton mekaniği kullanılarak yapılıyor ve mükemmel sonuçlar veriyor. Ancak Newton mekaniğinin yetersiz kaldığı durumlar söz konusu olduğunda...

 Biraz hayal gücümüzü kullanıp saniyede 200.000 km sabit hızla uzayda yol alan bir rokette olduğumuzu ve hareket yönümüze doğru bir fener tuttuğumuzu varsayalım. Newton mekaniğine göre dışarıdan bakan hareketsiz bir gözlemci, bu fenerden çıkan ışığı saniyede 500.000 km hızla görmeliydi. Sağduyumuz ve Newton böyle söylüyordu ama Maxwell’in denklemleri ve 19. yüzyıl sonuna kadarki tüm deneysel sonuçlar ışık hızının tüm gözlemciler tarafından aynı ölçüleceğini söylüyordu.(Saniyede yaklaşık 300.000 km boşlukta). Yani gözlemci hareket etse de etmese de ışığın boşluktaki hızı hep aynı sabit değerde ölçülüyordu.

 

Örneğin Michelson ve Morley’in ünlü deneyinde Dünya’nın dönüş hareketi ve yönü sebebiyle Güneş ve diğer yıldızlardan kaynaklanan ışınların Dünya’daki gözlemciler tarafından,  duran gözlemcilere göre farklı ölçülmesi düşünülmüştü. Böylece ışığın hızı az da olsa boşluktaki değerinden sapma gösterecekti. Bu sapma değerinden de Dünya’nın dönüş hızı hesaplanabilirdi. Ama öyle olmuyordu. Sanki Dünya duruyormuşçasına her yönden gelen çeşitli ışık ışınlarının hızı, hep aynı sabit değerde ölçülüyordu ve bu değer ışığın boşluktaki sabit hız değeriydi.(c=299.792.458 m/saniye)

Kamyon ve otomobil örneğimizdeki göreli hız hesapları, ışığa neden uygulanamıyordu? Neden ışık hızı, hareketli veya hareketsiz tüm gözlemciler tarafından aynı değerde ölçülüyordu?

 

Kamyon ve ışık arasındaki fark ne idi?

İşte Einstein, kilit soruyu bu noktada sordu: Işığın peşinden hızlanırsam onu yakalayabilir miyim? Maxwell’e ve deneylere göre ışığı yakalayamazdı, yani Newton değil, Maxwell haklıydı. Bu durumda ne kadar hızlı olursak olalım ışığın niye hep bize göre aynı hızla hareket ettiğini açıklayan Newton mekaniğinden farklı bir kuram geliştirilmeliydi.

 

 

“Saat kulesi” tecrübesinden sonra denklemlerine bu açıdan yeniden baktığında aslında kamyon ve ışığın hiçbir farkı olmadığını gördü. Gözlemciler için harekete bağlı olarak değişen şey, zamandı. Aslında otomobil ve kamyon örneğinde gözlemciler için zamanın akış farkı göz önüne alınmadığından sonuç yanlış hesaplanıyordu ama göreli bağıl hız değerleri ışık hızına yaklaşmadıkça yapılan hesap hataları o kadar küçüktü ki ihmal edilmesi ve sezilmemesi gayet normaldi.

 

 

 

 

 GÖRELİLİĞİ SEZDİĞİ O AN

Einstein bir gün İsviçre’nin Bern şehrinde iş yerinden evine dönerken tramvaya bindi. Tramvayı, şehrin saat kulesini tam karşıdan görüyor ve ondan uzaklaşıyordu. Birden aklına şu soru geldi: Bu tramvay ışık hızı ile hareket etseydi ne olurdu? Cevap şöyleydi tramvayı ışık hızı ile saatten uzaklaşırken saatten gelen ışınlar onun gözüne ulaşmayacak ve yelkovanın hareketini algılaması mümkün olmayacaktı. Yani yelkovanın hareketi, dolayısıyla zamanın akışı, tramvaydaki gözlemci Einstein için durmuş olacaktı. Yani zaman, kendisi için durmuş olurdu. Tüm taşlar yerine oturmuştu artık. IŞIĞIN BOŞLUKTAKİ HIZININ HERKES İÇİN AYNI OLMASININ TEK YOLU, HAREKET EDEN GÖZLEMCİLER İÇİN ZAMANIN YAVAŞLAMASIYDI. Ayrıca Lorentz ve Fitzgerald isimli bilim insanlarının daha önce yaptığı deneylerin gösterdiği gibi hareket eden cisimlerin hareket doğrultusunda boyları kısalmalıydı. Matematik bunu söylüyordu.

 Saat Kulesi, Bern

 

 

Galileo’nun ortaya attığı görelilik kuramına göre sabit hızla hareket eden bir araçtaki gözlemciler dışarıya bakmadan hiçbir şekilde hareket ettiklerini algılayamazlar. Ayrıca diğer gözlemcilere göre zamanın farklı akışı, uzunluk büzülmesi gibi etkileri asla fark etmezler. Çünkü araçtaki tüm saatler, insanların hareketleri, kalp atışları, biyolojik ve fiziksel süreçler, hücre bölünmesi de yavaşlar. Araçtaki tüm cetveller de kısalır. Gözlemciler, sanki araçları duruyormuşçasına gözlem yapabilir ve yanılmazlar. Bu zaman ve uzunluk farklılıkları, ancak dışarıdaki gözlemciler tarafından algılanabilir.

 

 


      ÖZEL GÖRELİLİKTEN ELDE EDİLEN SONUÇLAR

  1. Tüm gözlemciler için mutlak bir zaman kavramı yoktur. Zamanın akışı gözlemcinin hareketine göre farklı ölçülür. Hareket varsa saatler yavaşlar.
  2. Uzay, her gözlemci için mutlak değildir. Farklı gözlemciler, olayların yerini, nesnelerin uzunluklarını, diğer fiziksel nicelikleri farklı ölçer ve algılar.
  3. Uzay ve zaman birbirine bağlıdır. Mesela farklı iki olay arasında geçen süre, sadece gözlemcilere değil, bu olayların nerede meydana geldiklerine de bağlıdır.

        4. E = MC      

YANİ KÜTLE VE ENERJİ ASLINDA AYNI ŞEYDİR. KÜTLE, ENERJİNİN YOĞUNLAŞMIŞ HALİDİR. DİĞER DEYİŞLE ENERJİNİN DE KÜTLESİ VARDIR. Örneğin suyu ısıtırsak ona enerji aktarırız ve kütlesini artırmış oluruz.

 Kütlesi olan hiçbir varlık, ışık hızına ulaşamaz ve bu hızı geçemez. Çünkü kütleli cismi ışık hızına eriştirmek için sonsuz enerji gerekir ki bilinen evrende enerji, sonsuz miktarda değildir. Ayrıca kütle, hızlanmaya direnç gösterir ışık hızına eriştirme işlemi de maddenin sonsuz direnç göstermesini gerektirir ki bu, mümkün değildir.

  1. Hiçbir fiziksel etkinin yayılma hızı, ışık hızını geçemez. Örneğin Güneş bir anda yok olsa, bizler onun yok olduğunu en az 8,3 dakika boyunca anlayamayız. Ya da bir ışık yılı uzunluğunda bir çubuğun bir ucuna çekiçle vurulursa diğer uç en erken 1 yıl sonra hareket eder.
  2. Işıktan hızlı şekilde mesaj iletilemez, geçmişe zaman yolculuğu yapılamaz. Çünkü özel görelilik kuramında sıkça rastladığımız bir durum vardır: Olayların gerçekleşme sırası gözlemciden gözlemciye değişir. Nedensellik ilkesine göre de herkes için neden olay, sonuç olaydan önce olmalıdır. İşte özel görelilik kuramında ışıktan hızlı mesaj gönderebileceğinizi düşünerek denklemlerinizi kurar iseniz bazı gözlemciler için sonuç olayın, neden olaydan önce gerçekleştiğini görürsünüz. Bu durum bizi BÜYÜKBABA PARADOKSU dediğimiz olayla maruz bırakır. BÜYÜKBABA PARADOKSU, sonuç olayın nedenden önce geldiği durumlara verilen genel bir isimdir ve mümkün olmayan bir durumdur

 

      PRATİKTE VE GÜNLÜK HAYATTA ÖZEL GÖRELİLİK

Özel göreliliğin öngördüğü zaman sapması, uzunluk büzülmesi gibi etkiler günlük hayatımızda hissedemeyeceğimiz kadar küçüktür. Ancak ışık hızına yakın hızlarda bu etkiler belirginleşir. Ancak yeterince hassas aletlerle dünya üzerinde de bu etkileri ölçebiliyoruz ve doğrulayabiliyoruz.

 

 *Ses hızında(saniyede yaklaşık 343 m) yol alan bir uçağın boyu iki trilyonda bir kısalır.

 *Bir maraton koşucusu koşuyu bitirdiğinde durağan birine göre saniyenin trilyonda biri kadar genç kalır.

 *Saatte 120 km hızla giden bir otobüste 8 saat yolculuk ederseniz saatiniz saniyenin 6 milyarda biri kadar geri kalır.

 * Saatte 1000 km hızla giden bir uçakta 24 saat yolculuk ederseniz saatiniz saniyenin 25 milyonda biri kadar geri kalır.

 * Çok hassas atomik saatler taşıyan jet uçakları ile özel ve genel görelilik kuramları sınanmış ve tam olarak zaman sapmaları bu kuramlara uygun ölçülmüş.

 * Küresel Yer Belirleme Sistemi GPS uydularındaki saatler Dünyadaki saatlere göre farklı işler. Bu yüzden söz konusu saatler düzenli olarak ayarlanır.

 * CERN’deki parçacık hızlandırıcıda proton gibi kütleli parçacıklar ışık hızının %99.9’una kadar hızlandırılıyorlar ama asla ışık hızına eriştirilemiyorlar.

 * 2.2 mikrosaniyede bozunan müyon parçacıkları, atmosferden dünyaya girdiklerinde hızlarına göre ancak 660 metre kadar aşağıya inebilirler sonra bozunmaları gerekir. Ancak ışık hızına yakın hareket eden parçacıklar oldukları için zaman onlar için yavaş geçer ve deniz seviyesinde bile ölçülebilirler.