İzafiyet Teorisinin Ne Olduğunu Hiç Duydunuz mu?

İzafiyet teorisi, Albert Einstein tarafından geliştirilen ve iki ana bölümden oluşan bir teoridir: özel izafiyet ve genel izafiyet. Gelin bunları basitleştirerek anlatıyım.

Özel İzafiyet

1905’te ortaya çıkan özel izafiyet, iki temel ilkeye dayanır:

Fizik yasaları, tüm gözlemciler için aynıdır. Yani, bir referans çerçevesinde hareket eden bir gözlemci, fizik yasalarını aynı şekilde gözlemleyecektir.

Işık hızı, her gözlemci için sabittir. Yani, ışık hızı (yaklaşık 299,792 km/s) tüm gözlemciler için aynı değerdir, hareket eden bir gözlemci için bile.

Bu teorinin sonuçları arasında zamanın ve mekanın birbirine bağlı olması (uzay-zaman kavramı) ve zamanın, hız arttıkça yavaşlaması (zaman genişlemesi) ile birlikte kütle ve enerji arasındaki eşitliği yani ünlü E=mc² i bulabiliriz.

Genel İzafiyet

1915 ‘te geliştirilen genel izafiyet ise, kütle çekimini ele alır. Bu teori, kütleli cisimlerin uzay-zamanı nasıl eğdiğini açıklar. Kütle çekimi, aslında bir kuvvet değil, cisimlerin uzay-zamandaki eğrilik sebebiyle hareket etmesidir. Örneğin, Dünya’nın etrafında dönen bir uydunun hareketi, uzay-zamanın eğrilmesiyle açıklanabilir.

Bunlar basit bilgilerdi şimdi meraklılar için işi biraz daha detaya taşıyalım.

Özel İzafiyetin Detayları

1. Zamanın Genişlemesi (Zaman Dilation): Özel izafiyet, hızlı hareket eden gözlemcilerin zamanlarının daha yavaş geçtiğini öne sürer. Bu, çok yüksek hızlarda (ışık hızına yakın) hareket eden bir cismin, sabit bir gözlemciye göre zamanının daha yavaş geçmesi anlamına gelir. Bu fenomen, “Geminin Saatleri” düşünce deneyiyle sıkça açıklanır. Örneğin, bir uzay gemisi ışık hızına yakın bir hızda hareket ediyorsa, içindeki saat dışarıdan izleyen birine göre daha yavaş çalışacaktır.

2. Uzunluk Kısalması (Length Contraction): Hız arttıkça, hareket eden bir nesnenin boyu gözlemciye göre kısalır. Bu, nesnenin hareket yönünde geçerlidir. Yani, bir uzay gemisi yüksek hızda hareket ediyorsa, gözlemcinin bakış açısından uzay gemisinin boyu kısalır.

3. Eşitlik: E=mc²: Bu ünlü formül, enerji (E) ile kütle (m) arasında bir ilişki olduğunu gösterir. C², ışık hızının karesidir. Bu, kütlenin bir tür enerji olduğunu ifade eder; dolayısıyla bir nesneye enerji eklendiğinde, kütlesinin arttığını söyleyebiliriz.

Genel İzafiyetin Detayları

1. Uzay-Zaman Eğriliği: Genel izafiyet, kütleli cisimlerin uzay-zamanı nasıl eğdiğini ve bu eğrilikten nasıl etkilediğini açıklar. Kütle, uzay-zamanı bükerek “çukur” oluşturur. Diğer cisimler, bu çukurlar etrafında hareket ederler. Örneğin, Dünya’nın kütlesi uzay-zamanı eğer ve bu eğrilik nedeniyle Ay, Dünya etrafında döner.

2. Kütleçekimsel Dalgalanmalar: General izafiyet, kütleçekim dalgalarının varlığını öngörür; bu dalgalar, büyük kütleli cisimlerin hareketiyle uzay-zamanda meydana gelen dalgalanmalardır. 2015 yılında LIGO gözlemevi, bu dalgaları doğrudan tespit etti, bu da genel izafiyetin güçlü bir doğrulaması oldu.

3. Schwarzschild Çözümü: Einstein’ın genel izafiyet denklemlerini çözen Schwarzschild, bir nokta kütlesinin çevresindeki uzay-zaman yapısını tanımlamıştır. Bu çözüm, kara deliklerin ve gezegenlerin etrafındaki kütleçekimsel alanların davranışını anlamak için önemlidir.

4. Kütleçekimi ve Işık: Genel izafiyet, kütleli cisimlerin ışığın yolunu bükebileceğini öngörür. Güneş’in etrafından geçen ışığın bükülmesi, Einstein’ın teorisini destekleyen önemli bir gözlem olmuştur. 1919’daki güneş tutulmasında yapılan gözlemler, bu etkinin doğrulandığını göstermiştir.

Peki İzafiyet Teorisi’ni biz bugün nelerde kullanıyoruz? Bu sorunun cevabı çok basit GPS sistemlerinde. Şimdi GPS Sistemlerinin nerseinde İzafiyet Teorisi’ni kullandığımıza bakalım.

GPS Sistemleri: GPS, hem özel hem de genel izafiyet etkilerini dikkate alarak çalışır. Uydular, Dünya’dan daha yüksek bir hızda hareket ettikleri için zaman genişlemesi yaşarken, Dünya’nın kütleçekimi nedeniyle zaman yavaşlar. Bu etkilerin hesaba katılmaması, konumlandırma sistemlerinde hatalara yol açabilir.

Eğer ki İzafiyet Teorisi ile ilgili daha fazla öğrenmek istiyorsanız size bir kitap önereyim.

Kitabımızın adı Ceviz Kabuğunda Evren (Stephan Hawking).

Ben kitap okumak istemiyorum derseniz diye size bir adette video bırakıyorum..

Kaynakça:
Popular science
Bilim Teknik
Evrim Ağacı
Ceviz Kabuğunda Evre (Stephan Hawking)