Albert Einstein kimdir? Uzay, zaman ve görelilik üzerine bilgiler

Evrenin kavranma şeklini baştan sonra değiştiren dünyanın en ünlü bilim insanının yaşamı

Albert Einstein kimdir? Bu yazımızda Albert Einstein'ın hayatına ve yaşamında geliştirdiği muhteşem teorilerine değiniyoruz. Uzay, zaman ve görelilik bunlar arasında olacak. Fiziğin ve fiziğe ilişkin teknolojilerin pek çok alanı Albert Einstein'ın çalışmalarından derinden etkilenmiştir. Bu alanlar evren'in işleyişinden Küresel Konumlandırma Sistemi GPS'in hassasiyetine, atomun yapısından lazerin doğuşuna dek uzanır. Einstein, fotoelektrik etkinin laboratuvar verilerini ele alan bir çalışma yaptı ve buna dayanarak 1905 tarihli kuantum teorisini geliştirdi. Bu teorisinin kendi "devrimsel" başarısı olduğunu bizzat söylemiştir. Gerçekten de 1921 yılında bu çalışması nedeniyle kendisine Nobel Ödülü verildi. Lakin kuantum teorisinin gelişimini daha çok Niels Bohr, Max Born ve Werner Heisenberg gibi fizikçilere borçluyuz. Hatta 1920'lerde Einstein'ın kuantum teorisini onun tam olarak onaylamadığı bir şekilde geliştiren Erwin Schrödinger gibi başka isimlerin çalışmaları da var.

Bir parkta hoş bir kızla oturduğunuzda bir saat bir dakika gibi, sıcak bir sobanın üstünde oturduğunuzda bir dakika bir saat gibi geçer.

Albert Einstein'ın sekreterine verdiği basit görelilik açıklaması.

Albert Einstein görelilik teorisini nasıl açıkladı? 

Önce Albert Einstein'ın daha bireysel ve kalıcı olan başarısından bahsedelim: Yani 1905 yılında 'düzgün hareket' ile 'sınırlı özel hareketi' ve ardından 1915 yılında yerçekimine bağlı ivmeyi ekleyerek sunduğu görelilik teorisi.

Einstein'ın teorisi, Isaac Newton'un hareket ve yerçekimi yasalarını belirlediği 17. yüzyıldan bu yana uzay ve zamanı kavrayışımızdaki en büyük değişikliğe sebep oldu. Genel görelilikte, boş uzayı dolduran 'gizemli esir' varsayımına ya da gerçeklere yeterince uymayan, 'yerçekiminin uzaktan etkisi' kavramına ihtiyaç kalmamıştır. Evren bir anlamda maddenin, uzaya nasıl büküleceğini, uzayınsa maddeye nasıl hareket edeceğini gösterdiği bir uzay – zaman sürekliliğine dönüşmüştür.


Albert Einstein'ın ölümünden sonra fotoğraflanan çalışma masası. 

Albert Einstein özel görelilik teorisini İsviçre'de tam zamanlı patent memurluğu yaparken oluşturdu. Einstein'ın 1952 yılında biyografisini yazan kişiye söylediği gibi, 1905 Mayıs-Haziran aylarında düşüncelerinin kavramlaşmasından, "Hareket eden cisimlerin elektrodinamiği" isimli makalesinin tamamlanmasına dek geçen süre sadece beş altı haftadır. Ancak bunu başlangıç tarihi olarak almak pek doğru olmayacaktır çünkü savların ve yapı taşlarının hazırlanması, temel yargıyı içermese de, yıllar içinde olmuştur.

Albert Einstein ve çocukluğu

Albert Enstein'ın soy ağacında entelektüel zekasını açıklayan hiçbir ipucu yoktur. Babası Hermann pek başarılı olmayan, elektrik mühendisliğiyle uğraşan sıradan bir iş adamıydı. Güzel piyano çalması dışında bir yeteneği olmayan annesi kârlı bir tahıl şirketi işleten, varlıklı bir aileden geliyordu. Ailenin iki tarafı da Yahudi olmasına rağmen Ortodoks Yahudi değillerdi ve kutsal metinleri okumazlardı. Zira İbranice bilmezlerdi. Einstein 1920'lerde Siyonist olduğunda buna hayıflanacaktı. 


Albert ile kız kardeşi Maja, 1951 yılına kadar hep yakındılar.

Einstein'ın çocukluğuna bakıldığında da zekasını belli eden pek fazla bir işaret yoktu. Albert Einstein, o zamanlar Alman İmparatorluğu'nun bir parçası olan Württemburg Krallığı'nda Ulm şehrinde doğdu; iki çocuklu ailenin ilkiydi. Sessiz bir bebekti, hatta öylesine sessizdi ki ailesi kaygılanarak doktora başvurdu ve neden konuşmadığını sordu. Ta ki 1881 yılında kız kardeşi Maja doğduğunda iki yaşındaki Einstein hiç duraksamadan yeni oyuncağının tekerleklerinin nerede olduğunu sormaya başladı. Anlaşılan tam cümleler kurarak konuşmak istemişti; Önce dudaklarını hareket ettirerek cümleyi kafasında tartar, ancak ondan sonra söylerdi. Bu alışkanlığı yedi yaşına kadar, hatta sonrasında da biraz sürdü. Ailenin hizmetçisi APTAL olduğundan şüphe etmişti. 

Okulda asla mucize çocuk olmadı ancak hem Almanya ve İsviçre'deki okullarda, hem de Zürih'teki üniversitede başarılıydı. Yine Albert Einstein'ın okulu pek sevdiği söylenemezdi. Yaşamının sonraki yıllarında Almanya'daki resmi eğitim sistemini şiddetle eleştirdi. Oyunlardan ve beden eğitiminden hoşlanmıyordu. Aslında tipik Prusya askeri ethos'unu temel edinmiş hiçbir şeyden hoşlanmıyordu. Nazilerin 1930'ların başındaki yükselişiyle anavatanını terk edip Amerika Birleşik Devletleri'ne gitmesi ve savaş sonrası nükleer silah karşıtı kampanya yürütmesi tüm dünyaya bunu açıkça göstermiştir.

Okuldaki temel sorunu, büyük ihtimalle Albert'in kendi kendine öğrenmeye meylinden kaynaklanıyordu. Nispeten erken bir yaşta sadece meraktan matematik ve bilim kitapları okumaya başlamıştı; Zürih'teki okulda en son bilimsel yayınlar dahil pek çok farklı konuda okuyordu. Yetişkin yıllarında bir kitabı sadece 'klasikler arasında' dendiği için asla okumadı, mutlaka kitabın ona çekici gelmesi gerekiyordu. Belki bu noktada eklektik bir okuyucu olan Newton ile aralarında benzerlik vardı. Newton zamanının ya da geçmişin büyük isimlerinin çoğunu okumamış eklektik bir okurdu. 

Göreliliğin bulunması

Albert Einstein 1895-96 yıllarında 16 yaşındayken cisimler, uzay ve zaman üzerinde düşünmeye başladı. Newton'un kanunları ve James Clerk Maxwell'in elektromanyetizma denklemlerinden yola çıkarak 1905'te geliştirdiği özel görelilikten, 1915'te genel görelilik alan denklemlerine kadar çalışmalarının doruk noktasına ulaştı. Bu başarısını Newton ya da Maxwell'in teorilerini reddederek değil, ülkelerin haritalarını birleştirerek bir dünya haritası elde eder gibi, bunları daha kapsamlı bir teoriye yerleştirerek gerçekleştirdi

E = mc2, E enerji için, m kütle için ve c ışık hızı için.

Einstein yeni bir bakış açısı geliştirdi. Fiziksel dünyadaki mekanik yasalarının ve hatta bütün bilimsel yasaların ister dursun, ister düzgün hareket halinde olsun, tüm gözlemciler için aynı olması gerektiği kanısını taşıyordu. Albert Einstein 1916 yılında, genel okurlar için yazdığı Über die spezielle und die allgemeine Relativitätstheorie (Özel ve Genel İzafiyet Teorisi) isimli kitabının başlarında, basit ama çok derin bir gözlemi anlatır.

Görelilik nasıl anlatılır?

Düzgün hareket eden – sabit hızda, ne hızlanan, ne yavaşlayan – bir vagonda pencere kenarında oturduğunuzu ve bir taşı pencereden dışarıya sadece elinizi açarak düşmeye bıraktığınızı hayal edin. Hava direnci dikkate alınmazsa, hareket etmenize rağmen taşın düz bir çizgide düştüğünü görürsünüz. Ama bu esnada rayların yakınında duran tarladaki bir yaya yani sabit duran kişi, bu hareketinize baktığında taşın parabol çizerek düştüğünü görür. Albert Einstein bu gözlenen yörüngelerden hangisi, düz bir çizgi mi parabol mü doğru "gerçek" diye sorar. Her ikisi de doğru bir cevaptır. Burada "gerçek", gözlemcinin bağlı bulunduğu referans cisme — geometrik terimlerle: Koordinat sistemine — dayanır: Gözlemci trende mi, tarlada mı durmaktadır? Üstelik, der Albert Einstein, klasik fiziğin aksine Evren için hızların görece ölçülebileceği mutlak bir referans cisim yoktur. Newton için bu referans Tanrı, Maxwell için 'esirdi'. Einstein içinse referans cisim mevcut değildi. 

Ama eğer doğa yasalarının değişmezliğine dair ilk önerme doğruysa, bu durum sadece hareket eden cisimlerde değil, elektrik, manyetizma ve ışık için de geçerli olmalıydı: 1905'te Maxwell'in elektromanyetik dalgasının, varsayılan durağan esire göre, boşlukta saniyede yaklaşık 300.000 kilometre sabit hızla hareket ettiği biliniyordu. Bu ciddi bir soruna yol açıyordu. Einstein kendisine hiçbir zaman tatmin edici gelmeyen esir kavramından vazgeçmeye hazırdı. Fakat ışığın sabit hızı bambaşka bir meseleydi. 

Albert Einstein ve ışığın sınırları

Einstein soruyor: Işığı yakalarsak ne olur?

Albert Einstein, bir ışık ışınını kovaladığında ve ona yetiştiğinde ne olacağı sorusu üzerinde uzun yıllar kafa yormuştu. 1905'te şu sonuca vardı:

Eğer bir ışık ışınını c hızıyla (ışığın boşluktaki hızıyla) takip edersem, bu ışık ışınını uzaysal salınım yapan durağan elektromanyetik alan olarak gözlemlemem gerekir. Ancak ister deneyimler temelinde ister Maxwell'in denklemlerine göre bakılsın, böyle bir şey gözükmemektedir.

Albert Einstein 

Işığı yakalamaya çalışmak imkansızdır; bir filmdeki kovalamaca sahnesini görüntüyü dondurarak izlemek gibidir: Işık sadece hareket ettiğinde mevcuttur, tıpkı filmdeki kovalamaca sahnesinin film kareleri hareket ettiğinde mevcuttur. Albert Einstein, eğer ışıktan hızlı hareket edebilseydik, bir ışık sinyalinden kaçıp daha önce gönderilmiş ışık sinyallerini yakalayabileceğimiz durumun olasılığını hayal etmiştir. Bu duruma göre gözümüz önce en son gönderilen ışık sinyalini tespit etmeli, daha sonra ise giderek daha eski sinyalleri görmelidir. Ancak Einstein durumu aşağıdaki gibi özetleyerek, ışığın yakalanmasının olanaksız olduğunu belirtmiştir: 


Onları gönderildiklerinin tam tersi sırada görürüz ve dünyada olan bitenler mutlu sonla başlayan tersten gösterilen bir film gibi geriye doğru oynar demiştir.

Albert Einstein 

Bu nedenle Einstein gayet radikal ikinci bir önermeyi formüle etmiştir: Işığın hızı tüm koordinat sistemlerinde aynıdır. Tren örneğinin aksine bir kaynak ya da algılayıcının hareketinden bağımsızdır. Işık ışınını takip eden varsayımsal bir araç ne kadar hızlı ederse etsin, ışık ışını daima ışık hızında uzaklaşıyor gibi görünecektir. 

Einstein sonunda bunun geçerli olabilmesi için zamanın da uzay gibi mutlak değil, göreli olması gerektiğini fark etti. Değişmezlik hakkındaki ilk önermesinin ışığın hızının sabitliğine dair ikinci önermesiyle uyumlu hale gelmesi için, Newton'un "klasik" mekaniğinin "kanıtlanmamış iki hipotezi" terk edilmeliydi. Vazgeçilenlerden ilki "iki olay arasındaki zaman-aralığı, referans cismin hareketinin durumundan bağımsızdır." Böylece zaman, ışık dalgasını kovalayan kişiye göre farklı hızda geçer. Kişinin aracı hızlandıkça, zamanı yavaşlayacaktır ve böylece daha az mesafe kat edecektir (çünkü kat edilen mesafe hızın geçen zaman çarpımına eşittir)

Tüm saatlerin ölçtüğü, "zaman" denilen evrensel niceliğin mevcudiyeti fikrinin terk edilmesini gerektirdi. Bunun yerine herkesin kendi şahsi zamanı vardı.

Stephen Hawking'in sözleriyle, görelilik. 

1911 tarihli ilk Solvay Konferansı. 

Uzay bağlamında da ışığı kovalayan kişi ile ışık dalgası arasında fark vardır. Kişi daha hızlı gittikçe, uzayı büzülür ve böylece daha az mesafe kat eder. Albert Einstein'ın görelilik denklemlerine göre, kişinin içinde bulunduğu aracın hızının ışık hızına yaklaşma oranı, dışarıdaki bir gözlemcinin zaman ve uzayını aynı oranda uzatır ve büzer. Tıpkı düzgün hareket eden bir trenden taşı serbest düşmeye bırakan tren yolcusunun, taşın eğriyi değil, düz bir çizgiyi takip ederek düştüğünü görmesi gibi, ışık dalgasını kovalayan kişi zamanının yavaşladığını ya da bedeninin büzüldüğünü algılamaz; sadece dış gözlemci bu etkileri görür. Hareket eden kişi için araçtaki her şey normaldir. Çünkü beyni ve bedeni bu hızdan aynı şekilde etkilenmiştir. Beyni daha yavaş düşünür ve daha yavaş yaşlanır ve retinası da araçla aynı oranda büzülür; bu nedenle beyni aracın ya da bedenin boyutundaki farkı algılamaz.

Newton sistemine darbe

Bu fikirler ilk kez duyulduğunda alışılmadık gelirler, çünkü ışık hızının çok küçük bir yüzdesinde bile hareket etmiyoruz. Bu nedenle zamanın yavaşlaması ya da uzayın büzülmesini içeren görelilik gözlemlerimiz ya da deneyimlerimiz yok. İnsan hareketleri tamamen Newton yasaları ile yönetiliyor gibi görünüyor. Bu yasalarda ışık hızı asla bahsi geçmeyen bir nicelik. Einstein günlük deneyimimizin bu kadar ötesinde yer alan görelilik kavramını kabul ettirmek için çok büyük çaba harcamak zorunda kaldı. 

Einstein, uzayın büzülmesine dair farklı bir teoriyi benimseyen Danimarkalı fizikçi Hendrik Lorentz ve İrlandalı meslektaşı George FitzGerald'ın 1890'lardaki benzeri fikirlerinden haberdi. Bu bilim adamları Einstein'ın reddettiği esir kavramına inanıyordu. Belli ki mutlak, değişmez zaman fikrinin terk edilmesi hayal gücünde çok daha büyük bir sıçramayı gerektiriyordu. Henri Poincare 1902 yılında, (Einstein'ın yayımladığı an okuduğu) La Science el l'Hypothese adlı eserinde eş zamanlılık kavramında bahsetti. Poincare şöyle yazmıştı:

İki zamanın eşitliğine dair doğrudan deneyimimiz olmadığı gibi, farklı yerlerde meydana gelen iki olayın eşzamanlılığını dahi bilmiyoruz.

Henri Poincare

Aslında Poincare Einstein'dan hemen önce görelilik teorisine çok yaklaşmıştı. Ancak görüldüğü kadarıyla, çıkarımları fiziğin Newton temelleri için fazlasıyla rahatsız edici olduğundan yeterince ileri gidememiştir. Eşzamanlılık Dünya'da bizler için süregiden bir yanılmasadır, diğer olgular gibi o anda meydana geldiğini düşünürüz. Einstein "Buna alışmışız; eş zamanlı görülen ile eş zamanlı meydana gelen arasında ayrım yapmıyoruz." diye yazmıştır. Bunun sonuncunda zaman ve yerel zaman arasındaki fark da muğlaklaşır. Poincare'den bir nesil daha genç olan ve 1905'te şöhretli olmadığı için kaybedecek bir şeyi de olmayan Einstein, zamana dair düşüncelerinde radikal olmayı göze alabildi. 

E=mc2 ve atom bombası

Einstein'ın formülü binlerce insanı yok etmek için kullanıldı.

Albert Einstein 1933 yılında Princeton Institute for Advanced Study'de görev almak üzere ABD'ye taşındığında özel görelilik — ayrıca enerji, kütle ve ışığın hızını birbirine bağlayan ünlü E=mc2 formülü — fizikçilerin çoğu tarafından kabul edilmişti. Ne yazık ki 1945 yılında atom bombasının yapım hesaplamalarında da kullanıldı. Öte yandan genel göreliliğin 1915'te ortaya atılmasından tam anlamıyla kabulüne dek çok uzun bir zaman gerekmişti.

Einstein'ın 1925'ten 1955'te Princeton'daki ölümüne dek süren son döneminde, yer çekimi ve elektromanyetizmanın birleşik teorisini bulmadaki saplantılı çabası genellikle heba edilen emekler olarak görünür. Bugün Einstein'ın görelilik teorisi hem uzayda hem de yeryüzünde giderek daha da kesinleşen, her türlü titiz deneysel sınamayı geçerek Newton ve Maxwell yasaları ile fiziğin temellerini oluşturur. Einstein'ın ezoterik düşünce dünyası bugün herkesçe görünür oldu.

Daha fazla bilim içeriği için https://2ladd.com/k/bilim-teknoloji/ adresini kullanabilirsiniz.

Ortalama puan: / 5. Oy sayısı: