Albert Einstein’in izafiyet teorisi neden hala 1 numara?

Bir asır yani 100 yıldan fazladır bilim insanlarının heyecanla öğrendiği ve okuduğu, Alman fizik dehası Albert Einstein’ın teorileri günümüzde halen saygı duymakta. Özel görelilik kuramı, genel görelilik kuramı yada izafiyet teorisi, kütle-enerji eşitliği, fotoelektrik etki gibi bir çok teori bilim insanları tarafından inceleniyor ve şimdiki zamanın imkanları ile açıklanmaya çalışılıyor.

Albert Einstein’in izafiyet teorisi neden hala 1 numara?

2019 yılı, Albert Einstein’ın baş yapıtı genel görelilik (general relativity) kuramının (ya da izafiyet teorisinin) 104 üncü yılına girdik.

Bilim dünyası, yüz yıldır, bu devrimci kuramın mükemmelliğine hayran, onu her açıdan inceliyor, sınıyor, kanıtlıyor, en küçük detaylarına kadar inceliyor ve sürekli olarak içerisindeki gizli zenginlikleri, tahmin bile edilemeyen yeni kaynakları keşfediyor.

Genel görelilik kuramınının hatalarını bulma, hatta onu geçersiz kılma çabaları bugüne kadar hiçbir sonuç vermedi, ama Einstein’in gösterdiği yolda önemli bir ilerleme de sağlanamadı.

Sanki geçen yüz yıl, bu dahi bilim insanının düzeyine ulaşmamıza yetmedi gibi…

Bu (ve bir sonraki) yazımızda, Einstein’in görelilik kuramlarını ana hatları ile hatırlatacak, günümüzde yaşanan sorunları ve yakın gelecekte beklenen gelişmeleri aktaracağız.

• Kütleçekimi nedir? Kütleçekimi dalgaları neden önemli?

Özel ve genel görelilik kuramları

1879 doğumlu Einstein, 1905 yılında, henüz 26 yaşında iken, 4 bilimsel makale yayınlar.

Bu makalelerden biri, bir elektromagnetik dalga olan ışığın aynı zamanda parçacıklar (kuvanta’lar) dan oluştuğuna ilişkin çalışmalardan hareketle fotoelektrik etkiyi açıklar ve güneş ışığını elektrik akımına dönüştüren güneş hücreleri (fotovoltaik hücreler) vb aygıtların yolunu açar.

Einstein 1921 yılındaki Nobel armağanını bu çalışması ile almıştır.

Bir diğer tarihi makale ise “madde enerji” denkliğini kanıtlayan meşhur “e=mc²” denklemini de içererek nükleer çağı açar.

Özel görelilik kuramına yol açan makalesinde ise Einstein, ışığın hızının tüm evrende ve nereden ölçülürse ölçülsün sabit olmasından hareketle, zamanın ve mekanın değişken olduğunu, yani bize (ölçüyü yapana) göre daha hızlı giden cisimlerde, zamanın yavaşlayacağını ve uzunlukların kısalacağını gösterir.

Özel görelilik kuramının öngörüleri pek çok deney ile en hassas biçimde doğrulanmış ve evreni algılayışımızı kökünden değiştirmiştir.

1905 yılı, genç Einstein’ın olağanüstü bir yetkinlik, düşgücü ve üretkenlikle yazdığı bu makaleleri nedeni ile bilim dünyasında ‘mucize yıl’ diye adlandırılmaktadır.

On yıl sonra ise,1915 yılında, 36 yaşındaki Einstein genel görelilik kuramını yayınlar. Büyük dahi, bu kez ışıkla değil, kütle çekimi (gravitasyon) ile ilgilenmiştir. Bilindiği gibi, İsaac Newton’un kütle çekim yasalarına göre, cisimler birbirlerini kütleleri ile orantılı ve uzaklıklarının kareleri ile ters orantılı biçimde çekerler.

Bu yasalar yerküremizdeki cisimlerin ağırlıklarını ve uzaydaki cisimlerin hareketlerini mükemmel biçimde açıklasalar da, Einstein bunun nasıl olduğunu açıklayan yepyeni bir kütle çekim teorisi geliştirmiştir.

• Milyonlarca yıl uzaklıktan gelen haberci Yerçekimsel dalgalar nedir?

Evrenin yapısı eğri ise evrenin boyutu nasıl?

Einstein, kütle çekim ile ivmelenmenin (bir cismin sürekli olarak hızlanmasının) etkilerinin eşdeğer olduğundan hareketle, bir cismin kütlesinin ışığı (tüm elektromagnetik ışınımları) eğeceği ve zamanı da yavaşlatacağını bulmuştur.

Bunu da, evrenimizin yalnız uzunluk, genişlik ve derinlikten oluşan üç boyutu olmadığı, zamanın da evrenin dördüncü boyutu olduğunu belirleyerek yapmıştır.

Bu durumda ise evrenin yapısı ‘düz’ değil ‘eğri’ dir.

Evrendeki kütleler (yıldızlar, gökadalar, kara delikler..) dört boyutlu evrenimizin geometrisini kütleleri ile orantılı biçimde bükerler.

Gerilmiş bir bezin üzerine değişik ağırlıklar konduğunda, bezin o ağırlıklar civarında az ya da çok çökmesi gibi.

Genel görelik kuramının matematiksel yapısı özel göreliliğe göre çok daha karışıktır ve Einstein’ı epey uğraştırmıştır.

Newton yasaları ise genel görelilik içerisinde de geçerliliklerini korumakta ve günlük yaşamda kullanımlarını sürdürmektedirler.

Günümüze kadar yapılan pek çok deney genel görelilik kuramını en hassas biçimde sınamış ve öngörülerinin hep
doğru çıktığını göstermiştir.

Daha 1919 yılında, bir güneş tutulması sırasında, güneşimizin kütlesi ile ışığı kırarak, onun arkasında kalması gereken yıldızların dünyamızdan görünmesini sağladığı gözlenmiştir, üstelik tam da genel göreliliğin öngördüğü açı ile…