Görelilik, 20. yüzyılın en meşhur bilim teorilerinden biridir sadece günlük yaşantımızda gördüğümüz şeyleri ne kadar iyi açıklar?

1905 senesinde Albert Einstein tarafınca formüle edilen görelilik teorisi, fizik yasalarının her yerde aynı bulunduğunu söyler. Nesnelerin uzay ve süre içindeki davranışlarını açıklar. Kara deliklerin varlığından yer çekimine bağlı ışık bükülmesine ve Mars’ın kendi yörüngesindeki davranışına kadar birçok şeyi öngörmek için kullanılır. Fakat aldatıcı şekilde basittir:

Birincisi, hiçbir “mutlak” referans çerçevesi yoktur: Bir cismin hızını yada momentumunu her ölçtüğünüzde yada zamanı iyi mi deneyimlediğini anlamaya çalıştığınızda hep başka bir şeyle ilgili olur.

İkincisi, ışığın hızı, kimin ölçtüğü ya da onu ölçen kişinin ne kadar süratli gittiğine bakılmaksızın aynıdır.

Üçüncüsü, hiçbir şey ışıktan daha süratli değildir.

Einstein’ın en meşhur teorisinin tesirleri derindir. Işık hızı devamlı aynı ise Dünya’ya nazaran oldukça süratli ilerleyen bir astronotun, Dünya’ya giden bir gözlemciden daha yavaş geçmiş olduğu saniyeleri ölçeceği anlamına gelir. Vakit genişlemesi olarak adlandırılan bu vakada astronot için süre yavaşlar.

Büyük bir yerçekimine maruz kalan tüm cisimler, hız kazanacaklarından dolayı süre genişlemesi yaşayacaktır. Ayrıca, astronotun uzay gemisinin uzunluğu kısalacaktır kısaca uzay aracında yol alırken fotoğraf çekerseniz resimdeki görüntü hareket yönünde “ezilmiş (süpürülmüş)” şeklinde görünür. Sadece gemideki astronotlara her şey düzgüsel görünür. Buna ek olarak uzay gemisinin hacmi, Dünya üstündeki insanoğlu açısından da artmış şeklinde görünecektir.

Sadece rölativisttik tesirleri görmek için ışık hızına yakın bir uzay gemisine gereksinim duymazsınız. Aslına bakarsak günlük yaşantımızda gördüğümüz birkaç örnek ve bugün kullandığımız teknolojiler bile Einstein’ın haklı bulunduğunu gösterir. Göreliliği harekete geçirmenin bazı yolları şunlardır:

• Elektro-mıknatıslar da göreliliğe uygun çalışırlar

Fotoğraf: Dirimsel Bülbül, İstanbul, 2017.

Bir tel süresince doğrusal bir elektrik akımı (DC) oluştuğu süre, elektronlar tel süresince sürüklenirler. Normalde tel, net olarak pozitif yada negatif yük olmadan nötrdür. Bu, aynı sayıda proton (pozitif yük) ve elektronlar (negatif yükler) bulundurmasıyla ile ilgili bir sonuçtur. Sadece bir DC akımı ile başka bir tel koyarsanız teller, akımının hangi yöne hareket ettiğine bağlı olarak birbirlerini çeker yada iterler.

Akımların aynı yönde hareket ettiğini varsayarsak birinci teldeki elektronlar ikinci teldeki elektronları hareketsiz olarak görürler. (Bu, akımların ortalama olarak aynı kuvvette bulunduğunu varsayar.) Ayrıca elektronların bakış açısına nazaran her iki teldeki protonlar hareket halindeymiş şeklinde görünür. Relativistik uzunluk daralması sebebiyle bunlar daha yakın ve aralıklı olarak görünürler. Bu yüzden telin birim uzunluğunda, negatif yükten daha çok pozitif yük vardır. Benzer yükler birbirini ittiğinden iki kablo da birbirini iter.

Karşıt yöndeki birbirini çeker bundan dolayı birinci telin bakış açısından öteki teldeki elektronlar daha kalabalıktır ve net bir negatif yük oluştururlar. Ayrıca birinci teldeki protonlar net bir pozitif yük oluşturur ve zıt yükler çeker

2. GPS: Gobal Konumlandırma Sistemleri

Aracınızın GPS navigasyonu, doğru veriler sunabilmek için uyduların görelilik etkilerini hesaba katması gerekir. Bunun sebebi, uyduların ışık hızına yakın hızlarda hareket etmemelerine karşın oldukça süratli ilerlemeleridir. Uydular, yeryüzündeki istasyonlara sinyal de gönderirler. Bu istasyonlar (ve aracınızdaki GPS ünitesi), yerçekimi sebebiyle yörüngedeki uydulardan daha yüksek hızlanmaya maruz bırakılırlar.

Bu kırılgan noktayı yakalamak uydular, saniyenin birkaç milyarını (nano saniyeleri) kullanırlar. Uydular, Dünya’nın 20 bin 300 kilometre yukarısında ve saatte 10 bin km hızla hareket ettikleri için her gün ortalama 4 mikro saniyeye sıkışan bir süre genişlemesi yaşarlar. Yer çekimi tesirleri eklendiğinde bu sayı ortalama 7 mikro saniyeye kadar çıkar. Bu 7 bin nano saniye eder.

Aradaki fark, fazlasıyla gerçektir: Eğer görelilik tesiri hesaba katılmasaydı bir sonraki benzin istasyonuna 800 metre uzakta bulunduğunu söyleyen bir GPS ünitesi, bir tek bigün sonrasında aynı istasyonun 8 km uzakta bulunduğunu söylerdi.

3- Altının sarı rengi

Bir çok metal parlaktır bundan dolayı atomun içindeki elektronlar, belli bir enerji seviyesini ifade eden bir yörüngeden (orbitalden) değişik bir yörüngeye sıçrarlar. Metale çarpan bazı fotonlar, daha uzun dalga boyunlarına haiz olsalar da ya absorbe edilir ya da yansıtılır. Gördüğümüz ışığın bir çok, yansıyan bu fotonlardır.

Altın ağır bir atomdur. Bu yüzden içindeki elektronlar, hacminin göreli artışının yanı sıra uzunluk daralmasına yol açacak derecede süratli hareket ederler. Netice olarak elektronlar, çekirdeğin çevresinde daha kısa yollarda fakat daha çok momentum ile dönerler. Çekirdek merkezine daha olan iç yörüngelerdeki elektronlar, dış yörüngelerdeki elektronların enerjisine fazla enerji taşırlar, emilen ve yansıyanların dalga boyları ise daha uzundur.

Daha uzun dalga boyuna haiz ışıklar, çoğu zaman yansıyan (görünür) ışığın bir kısmının emildi ve bu ışığın spektrumun mavi ucunda olduğu anlamına gelir. Beyaz ışık, gökkuşağının tüm renklerinin bir karışımıdır sadece altın metalinde, ışık absorbe edilip yeniden yayıldığında dalga boyu çoğu zaman daha uzundur. Bu, gördüğümüz hafifçe dalga karışımı içinde daha azca mavi ve mora haiz olma eğiliminde olduğu anlamına gelir. Bu altın sarı, turuncu ve kırmızı ışığın mavi renkten daha uzun bir dalga boyuna haiz olmasından dolayı altının renginin sarı görünmesini sağlar.

4- Altın kolay paslanmaz

Altının elektronlar üstündeki görelilik tesiri, metalin başka herhangi bir şeyle kolayca reaksiyona girmemesini ve böylece paslanmamasını elde eden bir öteki sebeptir.

Altının dış kabuğunda bir tek bir elektron vardır fakat gene de kalsiyum yada lityum kadar duyarlı değildir. Bunun yerine altının içindeki elektronlar, altın normalden daha “ağır” olduğundan atom çekirdeğine daha yakın tutunurlar. Bu, en dıştaki elektronun herhangi bir şeyle reaksiyona girebilecek bir konumda olma olasılığının olmadığı anlamına gelir. Altındaki tüm elektronların, çekirdeğe yakın olan öteki elektronlarla bir arada olması daha ihtimaller içindedir.

5- Cıva sıvıdır

Cıva da altın maddesine benzer şekilde ağır bir atomdur ve hıza bağlı olarak artan kütle sebebiyle içindeki elektronlar çekirdeğine yakındır. Cıva atomları arasındaki bağlar zayıf olduğundan cıva düşük sıcaklıklarda erir ve gördüğümüzde şeklinde tipik bir sıvıdır.

6- Eski televizyonunuz

Yalnız birkaç yıl ilkin, bir çok tv ve monitörde katot ışını yürüyerek tüplü ekranlar vardı. Bir katot ışını tüpü, bir fosfor yüzeyine büyük bir mıknatısla elektron atarak çalışır. Her elektron, ekranın arkasına vardığında ışıklı bir px oluşturur. Elektronlar, ışığı yüzde 30’a kadar hızlandırmak için harekete geçerdi. Böylece rölativistik etkisinde bırakır fark edilebilir. Üreticiler, mıknatısları üretirken bu  tesirleri hesaba katmak zorunda kalıyorlardı.

7- Işık

Isaac Newton (mutlak bir dinlenme çerçevesinin var bulunduğunu varsayarak) haklı olsaydı, ışık için değişik bir izahat yapmak zorunda kalacaktık, bundan dolayı o aslına bakarsak asla olmazdı.

Pomona Üniversitesinden Moore, “Manyetizma var olmasaydı ışık da var olmazdı bundan dolayı görelilik teorisi, elektromanyetik alan değişimlerinin sonsuz değil, sınırı olan bir hızda hareket etmesini gerektirir.” diyor. “Eğer görelilik, bu sınırı temin etmeseydi elektrik alanlarındaki değişimler anında iletilecek ve elektromanyetik dalgalar oluşmayacaktı, böylece manyetizma ve ışık da gereksiz olacaktı” diye ekliyor.

Jesse Emspak

Çeviren Muhammed Şahin

Kaynak

• Live Science Contributor/Mar 14, 2017.