Einstein’ın en büyük varlığı, gerçekçi olgunluğun dayattığı kalıplarla sınırlanmayan, çocuksu fanteziyle karakterize edilen hayal gücüydü.
Sabit ışık hızı
Bilim adamı için ilk ilham kaynağının, Albert Einstein’ın o zamanlar yaşadığı ve çalıştığı Zürih’teki istasyona giden tren olması mümkündür. İstasyondan yavaş yavaş hareket ederken, pencereden dışarı bakarken platformun ayrıldığını görüyoruz. Bir yetişkin, hareket eden bir platform değil, bir tren olduğunu hemen anlayacaktır. Ancak Einstein kendine şunu sordu: Bunu nasıl biliyoruz?
Cevap Dünya’dır. Bu bizim durağan olduğunu düşündüğümüz şeydir ve bu nedenle nesnelere ona göre hız atfediyoruz. Ama ya Dünya olmasaydı? Uzay aracımızın hareket ettiğini veya uzay istasyonunun bizden uzaklaştığını nasıl anlarız? İlk akla gelen fizik yasalarıdır. Belki de hızı hesaba katan bazı kurallar vardır ve bu şekilde fenomenlerin seyrinden ayakta mı yoksa hareket halinde mi olduğumuzu öğreniriz?
En iyi aday manyetik ve elektrik alanlarıdır. Okulda bunun gerçekten tek bir kuvvet olduğunu öğrendik – elektromanyetizma. Hollandalı fizikçi Hendrik Lorenz’in çalışması, aslında alternatif bir elektromanyetik alan olan ışığın, hareketimiz ne olursa olsun, her zaman aynı hızda hareket etmesi gerektiğini gösteriyor.
Nasıl kontrol edilir? Dünyanın Güneş ve kendi ekseni etrafında (oldukça hızlı) hareket ettiğini bildiğimize göre, eğer ışığın hızı harekete bağlıysa, bir ışık huzmesi batıdan doğuya – ve dolayısıyla Dünya’nın hareketi yönünde – hareket eder. kuzeyden güneye, ikincisinden farklı olarak aynı yolu izlemelidir. Böyle bir deney, Amerikalı bilim adamları Albert A. Michelson ve Edward Morley tarafından yapıldı. Ve ışığın hızının gerçekten hareketinin yönüne bağlı olmadığı ortaya çıktı.
Özel Görelilik
Hareket yalnızca sistemlerini karşılaştıran iki gözlemci bağlamında var olur, her zaman karşılıklıdır ve durağan sistemleri tanımlamanın bir anlamı yoktur. Bu nedenle, tüm doğru fiziksel teoriler hız ve konumdan ve ayrıca zamandan bağımsız olmalıdır. Aksi olsaydı, mobil ve sabit sistemler arasında ayrım yapmak mümkün olurdu.
Bu sabit ışık hızıyla nasıl başa çıkılır? Sonuçta bu, uzay “işareti” bir ışık sinyali gönderseydi ve ışık hızına yakın bir hızda uçan bir rokete çarpsaydık ve bu sinyali takip etseydik, bizden ve deniz fenerinden aynı hızla uzaklaşacaktı. . Bu paradoksal ama bir çocuğun hayal gücü değil.
Eğer öyleyse, ya bizimle ışın arasındaki mesafe artar ya da zaman bizim için yavaşlar. Uzay esnemesinin veya zaman genişlemesinin derecesi, bağıl hız ile orantılıdır. Işığın peşinde koşma durumunda, uzay süresiz olarak uzayacak ve zaman duracaktır.
Hayal gücümüzün bize yetmeyebileceği bir noktaya geliyoruz. Zamanın duracağı ne anlama geliyor? Bir pozisyonda donacak mıyız? Hayır, normal olarak kendi referans çerçevemizde yaşayacağız – ama evrenin geri kalanının dışında var olan tanrılar gibi hissedeceğiz. Ancak hareket göreli ve karşılıklı olduğu için, aynı şeyi dışımızdaki dünya için de söyleyebiliriz. Peki eşzamanlılık nedir? Neden-sonuç ilkesini bununla nasıl bağdaştırıyorsunuz?
Görelilik teorisinin tüm çıkarımları henüz anlaşılmamıştır. Einstein en önemli iki tanesini seçti. Birincisi, ışık hızına ulaşmak imkansızdır. Hızı artırmak için gereken enerji, ışık hızı ile arasındaki farkla ters orantılı olarak artar. Işık hızında hareket eden bir cismin enerjisi sonsuzdur. Fakat hareket göreli olduğuna göre, bu enerji nedir? Okuldan hatırladığımız gibi, hareket enerjisi hız ve kütle ile orantılıdır. Einstein kütlesel olması gerektiğini söyledi. Bundan en ünlü denklemini türetti. E=mc^2 – kütle, hareketsiz haldeki bir enerji şeklidir.
Işık hızının sabitliğinden elde edilen ikinci sonuç, zamanı dördüncü boyut olarak bizim bildiğimiz üç boyutlu uzaya entegre etme ihtiyacıdır ve antik çağda Öklid tarafından zaten tanımlanmıştır. Sadece bu şekilde yaratılan ve ilk olarak Alman matematikçi Hermann Minkowski tarafından tanımlanan uzay-zaman fiziği doğru bir şekilde tanımlayacaktır. Uzay-zamandaki bir nokta, zaman içinde belirli bir noktada uzayda belirli bir konumdur. İki noktasını birbirine bağlayan uzay-zaman dilimi, iki olay arasındaki mesafedir.
Genel Görelilik
Kütle, yalnızca bir cismi harekete geçirmek için uygulanması gereken kuvvetin ve dolayısıyla eylemsizlik derecesinin bir ölçüsü değildir. Kütle aynı zamanda yerçekiminin kaynağıdır. Bu tanımlar tamamen farklı fenomenlere atıfta bulunur. Aynı fiziksel miktarı içerebilirler mi? Bu tür “olaylar” doğada olmaz.
İlgili deney, Macar jeofizikçi Lorand Eötvös tarafından bir burulma sarkaç kullanılarak gerçekleştirildi. Eylemsizlik ve yerçekimi kütlelerinin kesinlikle eşit olduğu ortaya çıktı. Einstein için bu, elektrik ve manyetik alanlar gibi yerçekimi ve eylemsizliğin de aynı modeli izlemesi gerektiğinin kanıtıydı. Bir kuvvetin etkisi altında, fizikte ivme olarak adlandırılan hızımızın değerini veya yönünü değiştiririz. İvme, hızdaki bir değişikliktir ve hız her zaman görecelidir. Hareketin kendisi göreceli olduğundan, ivme de göreceli olmalıdır.
Üzerinde yaşadığımız ve ölçtüğümüz kavisli yüzey olan Dünya örneğinden ilham alan Einstein, düz bir yüzeyin geometrinin izin verdiği tek olasılık olmadığını biliyordu. Dört boyutlu uzay-zaman bir düzlem olmasaydı, herhangi bir dış müdahaleden yoksun olan ve dolayısıyla klasik fizik yasalarına göre düz çizgiler halinde hareket eden nesnelerin yörüngelerinin eğri olması gerekirdi.
Bazı sistemlerde bu, yerçekimi, diğerlerinde – eylemsizlik ve modelde – sadece uzayın eğriliği ile açıklanabilir. Bitişik paralel hatlarda veya aynı hat üzerinde ancak sabit aralıklarla hareket eden iki tren çarpışabilir.
Zaman kavramının yanı sıra paralellik ve doğrudan kavramlarını da yeniden düşünmek gerekiyordu. Uzay eğri olduğu için bu eğrilerde ışığın da eğri olması gerekir. Eğrilik yerçekimi gibi etkilere neden olması gerektiğinden, her kütle uzay-zaman homojensizlikleri yaratmalı ve böylece örneğin zamanın geçişini etkilemelidir.
Bu sonuçların birçoğu, örneğin Merkür’ün yörüngesinin en yakın ve en uzak noktasında, yavaş değişimlere yol açan düzensiz zaman akışı veya diğer büyük kozmik cisimlerin arkasına gizlenmiş yıldızları görme yeteneği gibi deneysel olarak doğrulandı. Birçoğu hala onay bekliyor.
