Genel Görelilik, kara delikleri, uzay
ve zamanın kütle ve enerji tarafından eğilip bükülebildiğini, zaman ve uzay
algısının her gözlemci için farklı olabileceğini; Kuantum Fiziği ise bir
parçacığın konumunun ve momentumunun ölçülene kadar belirsiz olduğunu ve
ölçtüğümüzde belli olasılıklar dahilinde belli bir konumda ya da momentumda
olduğunu gösterdi. Böylece evrenin sandığımızın aksine aslında deterministik
bir yapısı olmadığını anladık. Genel Görelilik ve Kuantum Fiziği’nin
birleşiminden “Her Şeyin Teorisi”ne aday olan teorilerle birlikte, paralel
evrenlerin ve membranların varlığını keşfettik. Bu yazıda Özel Görelilik’in
uzay ve zaman hakkında nasıl sonuçlar ortaya koyduğunu anlatacağız, üstelik bu
sonuçların en az paralel evrenler ve bükülen uzay-zaman kadar önemli olduğunu
düşünüyoruz.
İlk önce Özel görelilik kavramının ne olduğunu bilmemiz lazım. Newton doğmadan
önce Galileo Galilei, kendi görelilik ilkesini geliştirmişti. Bu ilkeyi
anlamak için camları perdeyle kapalı ve henüz yolculuğa başlamamış bir trenin
içerisinde elinizde bir topla oturduğunuzu hayal edin. Topu dik açıyla yukarı
atarsanız, dik olacak şekilde aşağı düşer. Peki, bu sefer trenin yolculuğa
başladığını ve belirli bir hızda gittiğini hayal edin. Ancak tren giderken
hiçbir şekilde ses çıkarmıyor, sağa veya sola dönmediği için de ivmelenme
olmuyor. Topu dik açıyla tekrar yukarı atın. Tren hareket etmediğinde olduğu
gibi, top yine dik açıyla yere düşecektir.
Eğer her iki durumda da topu yukarı attığımızda aynı şekilde aşağı düşüyorsa
trenin hareket edip etmediğini hangi deneyle test ederiz? Unutmayın camlar
perdeyle kapalı, bu yüzden dışarı bakamıyoruz. Cevap, aslında bunu test
edemeyeceğimizdir. Çünkü gerçekte mutlak bir referans sistemi yoktur. Trenin
içindekine göre tren durağan iken; istasyonda bekleyen bir insan için tren
hareket ediyor olabilir. Her iki referans sistemi de kendi perspektiflerine
göre haklıdır ve her iki referans sisteminde de fizik yasaları aynıdır.
Newton, kendi yasalarını ortaya koyduğu zaman, bu yasalar görelilik ilkesi ile
uyum gösteriyordu; yani Newton yasaları, her gözlemci için aynı çıkıyordu.
Ancak James C. Maxwell, elektro-manyetizma yasalarını matematiksel anlamda
ortaya koyduğunda, bu yasalar artık Galileo’nun görelilik ilkesiyle uyuşmamaya
başladı. Bu uyumsuzluğu anlamak için elinizdeki topun yüklü olduğunu ve topu
hızla ileri doğru attığınızı hayal edin. Yüklü bir cisim hareket ettiği zaman
manyetik alan yaratır. Diyelim ki, topun yükü ve hızından yola çıkarak
manyetik alanını hesapladınız. Bunu istasyonda duran bir gözlemci aynı biçimde
hesaplamaya kalktığı zaman, manyetik alanın değerini farklı bulur. Kısacası;
Maxwell yasaları, Newton yasalarının aksine her referans sistemi için aynı
sonuçları vermiyordu.
Bunun yanı sıra, Michelson-Morley Deneyi ışık hızının kaynaktan bağımsız
olduğunu ortaya koyuyordu. Örneğin, Dünya üzerindeyken Dünya’nın döndüğü yöne
doğru bir ışık huzmesi gönderiyorsunuz, Dünya’nın hızına V, ışığın hızına C
dersek; gönderdiğimiz bu ışık huzmesinin hızı Galileo denklemlerine göre C+V
olmalıdır. Aynı şekilde dünyanın döndüğü yönün aksine bir ışık huzmesi
gönderirseniz Galileo denklemlerine göre, bu huzmenin hızı C-V olmalıdır.
Ancak Michelson ve Morley, yaptıkları deneylerin sonucunda, her iki ışık
huzmesinin hızını C olarak hesaplamışlardır.
Albert Einstein’ın 1905’te yazdığı “Hareket Eden Cisimlerin Elektrodinamiği
Üzerine” adlı makalesinde ışık hızının her iki gözlemci için sabit olması
aksiyomunu kullanarak Maxwell yasaları ve görelilik arasındaki anlaşmazlığı
çözdüğünü gösterdi.
Özel görelilik teorisinin mimarı, Einstein.
Ancak Einstein’ın ortaya attığı yeni denklemler, Galileo’cu göreliliğe göre
olağanüstü sonuçlar veriyordu. Hareket eden bir gözlemci için zaman; durağan
bir gözlemci için aktığından çok daha yavaş akıyordu. Ayrıca hareket eden
gözlemci için uzaydaki iki nokta arasındaki uzaklık, durağan bir gözlemciye
göre daha kısaydı. Daha sonraları “Bir Cismin Eylemsizliği Enerji İçeriğine
Bağlı Olabilir mi?” adlı makalesinde Einstein, Özel görelilik yoluyla enerji
ve madde arasında bir ilişki olduğunu ve durağan bir cisme enerji verdiğimizde
E/c2 kadar kütle kazandığını göstermiştir.
Ancak özel göreliliğin başka bir sonucu daha vardı: Olaylar arasındaki zaman
sıralamasının gözlemciler için farklı olabilmesi durumu. Diyelim ki, yanınızda
bir saat ve bir harita var. 1’inci olay gerçekleştiğinde bu olayın ne zaman ve
nerede gerçekleştiğini bir yere not edin. Ardından birkaç saniye sonra 2’inci
olay gerçekleşsin ve yine aynı şekilde elinizdeki saat ve harita ile bu olayın
ne zaman ve nerede gerçekleştiğini not edin. Şimdi ışık hızına yakın hızda
sağa doğru giden bir uzay gemisi hayal edin. Özel Görelilik Kuramı’na göre bu
uzay gemisi içindeki biri, 2’inci olayın 1’inci olaydan önce gerçekleştiğini
gözlemleyebilir.
Bu olayı daha net anlayabilmek için uzay-zaman diyagramlarıyla görelim.
Dik olan eksen zamanı(t), yatay olan eksen ise uzayı(x) temsil eder. Yukarıda
gördüğünüz üzere, sizin gözlem çerçevenize göre 1’inci olay, 2’inci olaydan
önce gerçekleşmiştir. Bir de özel göreliliğe göre ışık hızına yakın giden uzay
aracındaki gözlemci için eksenler ve sıralama nasıl oluyor, onu da görelim.
Yukarıda t: Hareket eden gözlemcinin zaman ekseni; x: Hareket eden gözlemci
için uzay eksenidir. Sizin gözlem çerçevenizde 2’inci olay, 1’inci olaydan
daha yukarıda zaman eksenini kestiği için “2’inci olay, 1’inci olaydan sonra
gerçekleşmiştir” dersiniz. Fakat uzay aracındaki gözlemci için 1’inci olay,
2’inci olaydan sonra gerçekleşmiştir.
Peki kim haklı? Gerçekte hangi olay önce gerçekleşiyor? Her iki gözlemci de
haklı. Olayların hangi sırayla gerçekleştiği her gözlemci için değişken bir
kavramdır. Sizin için geçmişte A olayı olmuş, şimdi B olayı oluyor ve
gelecekte C olayı olacak olabilir. Başka bir gözlemci için ise, C olayı olmuş,
B olayı oluyor, A olayı olacaktır.
Ancak dikkat ederseniz yukarıdaki örnekte de olduğu gibi, sizin için geçmişte
olan A olayı, başka bir gözlemci için gelecektedir. Yani henüz olmamıştır. Bu
nedenle “geçmiş, şimdi ve gelecek” kavramları her gözlemci için farklı
olabilir. Buradan sonuçla diyebiliriz ki;
1) Evrensel olarak geçmiş, şimdi ve gelecek diye bir kavram yoktur. Her
gözlemci için bu kavramlar değişebilir ve her gözlemcinin perspektifi
diğerleri kadar doğrudur.
2) Geçmiş yok olmamıştır; gelecek ise önceden vardır. Çünkü bizim için
gelecek, başka bir kişi için şimdi veya geçmiş olabilir.
Ancak burada iki ayrı gerçeklik varmış gibi düşünmemek gerekiyor. Gerçekte
belli bir sırayla gerçekleşen olaylar yoktur, asıl gerçek olan;
nedenselliktir.
Nedensellik ilkesi, yukarıda bahsettiğimiz zaman sıralaması farklılığına bir
sınırlama koyar. Bu ilkeye göre; bir olay, başka bir olaya sebep oluyorsa,
sebep olan olay, diğer olaydan önce gelmelidir. Diyelim ki, bir adama yumruk
attınız ve adamın gözünü morarttınız. Başka bir gözlemci hangi hızda gidiyor
olursa olsun; hiçbir zaman önce adamın gözünün morardığını sonra da sizin onun
gözüne yumruk attığınızı gözlemleyemeyecektir. Bu nedenle diyagramını
çizdiğimiz örnekte verilen olaylar birbirinden bağımsızdır yani birbirlerini
etkilememiştir. Bu ilkeden sonuçla diyebiliriz ki;
3) Olay dizilimleri arasındaki zaman sıralaması ve birbirinden uzaklıkları,
farklı gözlemciler için farklı olabilir. Evrensel olan nedenselliktir. Her
gözlemci için etki, tepkiden önce gelir. Yani geçmiş yok olmamıştır, gelecek
ise belirsiz değildir. Hepsi oradadır ve bizim onları keşfetmemizi
beklemektedirler. Bu nedenle içinde bulunduğumuz uzay-zamanı, akan bir
nehirden çok; donmuş bir nehir ya da katı bir cisim gibi düşünebiliriz.
O halde biz neyiz? Doğumdan ölüme doğru zamanda yol alan bir gözlemci mi?
Hayır, biraz önce yazdığım üzere geçmişimiz yok olmadı, geleceğimiz ise hep
orada duruyor. Bizler, tek tek her birimiz bu yaşam yolculuğunun aynı zamanda
ta kendisiyiz de…
Ege Özmeral