Ya bir insan saatlerce, haftalarca, aylarca hatta yıllarca bir konu üzerinde düşünüp de evreni mükemmel bir biçimde nasıl bu kadar net ve anlaşılır bir şekilde tasvir edebilir? Hem düşünce deneyleriyle hem de matematiksel denklemlerle. Açıkçası bu kitabı anlamakta oldukça zorlandım. Hatta anlamadım bile diyebilirim. Fakat yalnız olmadığımı biliyorum. Sanırım bu kitabı tam anlamıyla anlayabilmek için fizik alanında doktora yapmamız gerekebilir. Gerçi Einstein kitabının ön sözünde şöyle demiş:
“Kitap, okuyucudan üniversiteye giriş sınavları için gereken bir eğitimi beklemektedir ve kitabın kısalığına rağmen okuyucunun büyük miktarda sabır ve irade gücü göstermesi gerekecektir.”
Neyse benim amacım zaten Einstein’ın bu muazzam teorilerinden kendime bir ders çıkarmak.
Einstein’dan hayata farklı bir pencereden bakmayı öğrenmeye hazır mısınız?
İçindekiler
Mucize Yıl
Yıl 1905. Mucizevi bir yıl olarak bilinir. Duymuşsunuzdur. Ve Einstein. Bu isim günümüzde “dahi” kelimesiyle eş anlamlı olarak kullanılıyor.
İsviçre’de bir patent bürosunda üçüncü derece bir memur olarak çalışan bir insan nasıl olur da evreni algılama şeklimizde tam anlamıyla bir devrim yaratabilir?
Düşünsenize üniversiteden fizik bölümü mezunu olarak diplomanızı almışsınız. Sonra bir patent ofisinde sakin bir iş hayatına başlamışsınız. Bolca boş vaktiniz de oluyor. Üniversitede bazı hocalarınıza ters gittiğiniz için size eğitimci olma fırsatı tanınmamış ama bilime olan ilginizi de hiç törpüleyememiş. Bu yüzden boş zamanlarınızda aklınız hep fizikte.
Ofisinizin tavanına bakıp saatlerce, haftalarca hatta aylarca düşünüyorsunuz. Nasıl olur? Bir ışık ışınının üzerine binip gidebilseydim ne olurdu? Güneş aniden yok olsaydı gezegenler hemen yörüngelerinden çıkar mıydı? Düşen bir asansörün içinde bulunan insan uzaydaki gibi yer çekimsiz bir ortam mı deneyimlemiş olurdu? Bir adam bir uzay aracına binse o uzay aracı da sürekli devam eden bir ivmeyle doğrusal bir hareket sürdürse ne olur? Gibi birçok soru.
Elbette Einstein bulduğu tüm kuramları burada anlattığım gibi tavana bakıp bir anda kafasında yanan bir ampulle bulmadı. Çok sıkıntı çekti. Yıllarca düşündü. Matematiksel denklemler yazdı. Olmadı tekrar denedi. Olmadı bir daha denedi. O kadar çok denedi ki bu yüzden aile hayatı bile alt üst oldu. Yeri geldi arkadaşlarına danıştı. Bazı denklemlerin içinde öylesine kayboldu ki pes etmeye çok yakındı. Ama her şeye rağmen vazgeçmedi arkadaşlar.
Einstein 1905 yılında yayımladığı mucizevi makalelere rağmen hala patent ofisindeki işine devam ediyordu. Çünkü bilim dünyası henüz onun gelmiş geçmiş en büyük bilim insanı olabileceğinin farkında değildi. Zaten kuramları ilk başta hemen kabul görmedi, yadırgandı. Ünü yavaş yavaş artttı. Önce fizikçiler ofisine gelmeye başladılar. Hayatı boyunca hiç laboratuvara girmemiş birinin zihninden nasıl olur da evrenin sırrını açıklamaya bu kadar yaklaşan fikirler çıkabildi diye merak ettiler.
Özel Görelilik
Einstein’ın ilk büyük devrimi özel görelilikti. Dedi ki bağımsız olarak var olan yörünge diye bir şey yoktur. Yörünge ancak göreli olabilir. Kime göre neye göre cisimler uzayda konumlarını değiştiriyorlar.
Bir düşünce deneyi gerçekleştirdi. Düzgün olarak hareket etmekte olan bir tren vagonunun penceresinden yere, fırlatmadan bir taş bıraktığını hayal etti. Sonra hava direncini hesaba katmadan taşın düz bir çizgi çizerek düştüğünü gördü. Fakat perondan bu hareketi izleyen bir yolcu taşın parabolik bir eğri çizerek düştüğüne şahit olacaktı. Hemen kendine şu soruyu sordu: Taşın düşerken geçtiği konumlar gerçekte bir düz çizgi mi yoksa parabol mü oluşturuyor? Daha da ötesi burada “uzayda hareket” sözüyle ne denmek isteniyor?
Vagona sabit bir şekilde yerleştirilen koordinatlar sistemine göre taş düz bir çizgi, perona sabit bir biçimde yerleştirilen koordinatlar sistemine göre ise bir parabol çizmekteydi. Bu örneğin yardımıyla Einstein bize şunu anlattı: Hareketin mutlak bir tanımı yoktu. Bir cismin takip ettiği yörünge gözlemciye göre, yani referans noktasına göre değişiyordu. Burada bir görecelilik vardı.
Şimdi fizikte zaman fikri üzerine nasıl bir düşünce deneyi yaptığına bakın. Hareketin zaman üzerindeki etkisi. Gerçekten muazzam.
Bir tren rayı üzerinde birbirlerinden uzak olan A ve B noktalarına eşzamanlı iki yıldırım düştüğünü hayal edin. Ettiniz mi? Tamam ama eşzamanlı kavramı kime göre neye göre?
Diyelim ki rayların üzerinde bulunan A ve B noktalarını birleştiren bir çizgi çektik ve bu çizgiyi ölçtük. Orta noktasını belirledik. Orta noktasına M dedik. Buraya bir gözlemci koyduk. Eğer gözlemci yıldırımların eşzamanlı düştüğünü gözlemlerse yıldırımlar eşzamanlı düşmüştür. Buraya kadar her şey çok güzel. Tüm düşüncemizi yere göre tanımladık. Fakat şöyle bir itiraz ortaya çıkmaz mı?
Şimdi de aynı rayın üzerinde bir trenin v sabit hızıyla doğrusal olarak bir yönde hareket ettiğini hayal edin. Bu trende yolculuk eden bir yolcu tüm olayları trene göre izleyecektir. Şimdi eşzamanlılığın tarifini yere olduğu gibi trene göre verelim ve yere göre eşzamanlı olan iki olay trene göre de eşzamanlı mı bir bakalım.
Trenin içinde hareket eden yolcu yerden bakan gözlemciye göre yıldırım düştüğü anda iki yıldırımın orta noktasında bulunsun. Bu esnada yerdeki gözlemciye iki yıldırımın ışığı eşzamanlı ulaşacak fakat tren içerisindeki yolcu hareket halinde olduğu için B’ye düşen yıldırımın daha önce düştüğünü görecektir. Çünkü B’ye doğru hareket etmektedir. Dolayısıyla A’ya düşen yıldırımın da daha sonra düştüğü çıkarımında bulunacaktır.
Yani kısacası yere göre eşzamanlı olan olaylar trene göre eşzamanlı değildir dedi Einstein. Ya da bunun tersi de olabilir. Çok haklı değil mi? İşte eşzamanlılığın göreliliği budur. Her referans cisminin kendine özgü zamanı vardır. Zamanın ait olduğu referans cismi bize bildirilmediği takdirde “bir olayın zamanı” ifadesinin hiçbir anlamı yoktur.
İşte Einstein bu ve bunun gibi düşünce deneylerini matematiksel denklemlere dönüştürerek bizlere göreliliğin önemini anlattı. Yani dedi ki farklı pencerelerden bakmaya çalışın farklı sonuçlar bulacaksınız. Zaman, Newton’ın söylediği gibi mutlak değildir, görecelidir. Ayrıca aynı zaman gibi mekan ve hareket de görecelidir. Bir gözlemci için aynı anda gerçekleşen bir olay başka bir gözlemci için aynı anda gerçekleşmeyebilir.
Uzay-zaman
İşte bu düşünce deneyleriyle Einstein, zaman ve mekan algımızı kökünden değiştirdi. Artık zaman ve mekan birbirinden ayrı değildi. Bu noktada devreye yeni bir kavram girdi: Evrenin kumaşı diyebileceğimiz uzay-zaman kavramı.
Bu kavramı ilk olarak Einstein’ın hocası ve özel görelilik kuramının mimarlarından biri olan Hermann Minkowski ortaya attı. Minkowski bize dedi ki:
“Artık uzay ve zaman diye ayrı şeyler yoktur. Dört boyutlu bir uzay-zaman vardır. Uzay-zaman, evrendeki her şeyin yerini ve zamanını birlikte tanımlayan dört boyutlu bir haritadır.”
Peki ama bu ne demek? Şöyle anlatayım:
Evrendeki her noktayı üç sayı vererek tarif edebiliriz değil mi? Şu anda benim bulunduğum bu noktadan evrende bulunan herhangi bir noktaya kadar her şeyi uzunluk, genişlik ve yükseklik (x, y, z) koordinatlarını kullanarak belirleyebilirim. Fakat bir şey eksik kalır. Zaman. Diyelim ki x, y, z koordinatlarını verdiğim bir uzay noktasında size bir yıldızın süpernova patlamasının gerçekleştiğini söyledim. Fakat zamandaki koordinatlarını vermezsem o yıldız patlamasına şahit olamazsınız. Siz gittiğinizde çoktan bitmiş ya da hiç başlamamış olabilir. Ama zaman parametresini de verirsem benzersiz bir açıklamaya sahip olursunuz.
İşte Minkowski’nin geliştirdiği bu dört boyutlu uzay-zaman kavramı Einstein’ın kafasında yanan ampullerin nedeni ve kuramlarının temeliydi.
Genel Görelilik
Özel görelilik tamam. Peki ya genel görelilik? Asıl mesele kütleçekimi açıklamaktı. Özel görelilik kuramı düzgün, doğrusal ve ivmesiz hareket eden sistemlerle sınırlıydı. Genel görelilik kuramı ise birbirine göre ivmeli hareket eden sistemleri ve kütleçekimi de kapsıyordu. Yani özel görelilik, kapsamı daha geniş olan genel göreliliğin özel bir halidir de diyebiliriz.
Einstein, Newton’ın ne olduğunu tanımlayamadığı kütleçekimi anlamak ve evrenin sırrına ulaşmak istiyordu. Bu konu üzerine o kadar düşündü ve o kadar uzun araştırmalar yaptı ki sonunda Newton gibi tarihin en önemli bilim insanının devri kapanacak ve aradan geçen 230 yıl sonra Einstein’ın devri başlayacaktı. Kuantum kuramını geliştiren Alman fizikçilerden bir diğeri olan Max Planck, Einstein’a şöyle demişti:
“Kütle çekimi üzerine elbette çalışabilirsin fakat başarılı olamayacaksın, olsan da kimse sana inanmayacak.”
Şimdi genel göreliliğin ne olduğunu anlayabilmek için Einstein’ın bir başka düşünce deneyine bakalım.
Mesela bir insan asansördeyken asansörün halatları koparsa ne olur? Asansör ve içindeki insan dünyanın kütleçekim alanında aynı hızda yere düşerken insan ağırlıksız bir şekilde hareket eder değil mi? Peki aynı insan dünyadan çok uzaktaki bir uzay gemisinde olsun. Ayaklarının yere basmasını sağlayabilecek bir kütleçekim olmadığı için doğal olarak uzay gemisinin içinde serbesttir. Peki uzay gemisi hareket ederse ne olur? Gemi ivme kazandıkça içindeki insan hareket yönünün aksi yönünde gemi tabanına düşer ve yer çekiminin etkisi altında olduğunu hisseder. E o zaman ivmelenmeyle kütleçekim aynı hissi yaratıyorsa acaba aynı şeyler olabilirler mi?
Şimdi aynı uzay gemisinde geminin penceresinden bir ışık fotonunun girdiğini düşünelim. Bu foton geminin diğer yanında girdiği noktaya göre daha aşağıdaki bir noktaya düşer. İçindeki insanın bakış açısından foton bir eğri şeklindedir. Eğer ivmelenme ve kütle çekimi aynı şeyse ve ivmelenme ışığı bükebiliyorsa denklik ilkesine göre kütleçekim de ışığı bükmelidir. Yani uzay-zaman katı değildir, kütleli cisimler tarafından bükülebilir.
İşte Einstein bu zorlu ve yorucu düşünce deneylerinden yola çıkarak çok sancılı dönemler geçirdi fakat sonunda bulduğu şey inanılmazdı. Kütleçekim Newton’ın ileri sürdüğü gibi büyük kütleli cisimlerin gizemli bir gücü değildi. Uzay-zaman bir kumaş gibiydi. Her cisim uzay-zaman dokusunda bir bükülmeye neden oluyordu. Ve eğer kütle, uzay-zamanı büküyorsa, cisimler bu bükülmeyi takip etmeliydi. Yani gezegenler aslında Güneş’in çekim alanına kapılmış cisimler değildi. Güneş’in büktüğü uzay-zamanda en kısa yolu izleyerek sürekli düşüyorlardı. Ama bu düşüş milyonlarca hatta milyarlarca yıl sürüyordu. Bir başka deyişle biz insanlar da dünya tarafından çekilmiyor uzay tarafından yere doğru itiliyorduk aslında. Bu inanılmaz bir buluştu.
Einstein evrenin tanımlanması için iki boyutlu Öklid geometrisiyle açıklanabilen bir uzayın yetersiz kalacağını biliyordu. Çünkü bu sadece düz ve eğilmemiş bir uzay için geçerliydi. Ama Einstein, evrenin düz olmadığını, kütle ve enerjinin uzayı bükebileceğini fark etti. Bu yüzden ona Riemann geometrisi yani eğri yüzeylerin geometrisi lazımdı. Bu geometride üçgenin iç açıları toplamı 180 dereceden farklı olabilir, paralel doğrular sonsuza kadar gitmeyebilir, “doğru” dediğimiz en kısa yol, uzaydaki eğriliği takip eden bir yol yani jeodezik olabilirdi. Riemann geometrisi uzay-zamanın eğriliğini tarif eden matematik diliydi. Einstein evrenin kumaşını bu dille yazdı.
Teorinin Kanıtlanması
Dünya değişmek üzereydi. Birdenbire herkes bu Alman patent memurunun Newton’ın yer çekimi fikirlerini yerle bir etmesine şahit oluyordu. Fakat bu teorik çalışmaların fiziksel kanıtlara yani deneylerle desteklenmeye ihtiyacı vardı.
Einstein genel görelilik teorisini daha kapsamlı bir şekilde geliştirmek için çabaladı. Genel görelilik kuramı o kadar karmaşıktı ki çok az kişi anlayabiliyordu. Birinin bunu test etmesi gerekiyordu. Einstein teorisinin kanıtlanmasının tek yolunun bir Güneş tutulmasından geçtiğini biliyordu. Bir tam Güneş tutulması sırasında Güneş’in çevresinde bulunan yıldızlardan gelen ışıkların bükülüp bükülmediğine bakılabilirse teorisi kanıtlanabilirdi. Çünkü sistemimizde en büyük kütleye sahip olan cisim Güneş’ti ve uzay-zamanda en fazla bükülmeye sebep olabilecek bir tek o vardı. Tek gereken onun parlak ışığının önünü kesecek bir Güneş tutulmasıydı.
Einstein’ın devrim yaratan genel görelilik kuramını kanıtlamaya çalışan iki astronom hemen çalışmalara başladı. Bunlardan biri Amerikalı astronom William Campbell’dı. Çektiği güneş tutulması fotoğrafları üzerinde aylar süren bir çalışma yapmıştı ve vardığı sonuç Einstein’ın yanılıyor olduğu gibi görünüyordu. Tam bunu tüm dünyaya açıklayacakken İngiliz astronom Arthur Eddington çıktı ve dedi ki:
“Durun! Büyük bir yanlış yapıyor olabilirsiniz. Benim ilk bulgularım Einstein’ın haklı olduğunu gösteriyor.”
1919 yılında İngiliz astronom Arthur Eddington ve ekibi, Einstein’in Genel Görelilik Teorisi’ni kanıtlamak amacıyla Güneş tutulması gözlemine girişti. 29 Mayıs 1919 tarihindeki bir tam güneş tutulması sırasında yıldız ışığının, Güneş tarafından aynı genel göreliliğin öngördüğü şekilde büküldüğünü doğruladı. Einstein haklıydı. Teori kanıtlanmıştı.
Bilimsel çevreler dışında adı sanı bilinmeyen bu genç adam birdenbire dünya gazetelerinin manşetlerini süslemeye başladı. Kısa sürede fenomen oldu. Bütün dünyadan davetler alıyor ve gittiği yerlerde binlerce insan tarafından karşılanıyordu. Ancak artan ünüyle doğru orantılı bir şekilde görelilik teorisine duyulan şüphe de artmaya başlamıştı.
Öyleyse ne yapmalıydı? Bilimsel yöntemin olmazsa olmazı. Daha fazla deney ve gözlemle daha fazla veri toplayıp teoriyi sağlamlaştırmak lazımdı.
Böylece Avustralya’da gerçekleşecek bir sonraki Güneş tutulmasını gözlemlemek için yedi farklı keşif grubu gönderildi. Aralarından birkaçı tutulmayı kusursuz gözlemleyebildi. Vardıkları sonuç aynıydı. Kütleçekim yıldız ışıklarını büküyordu. Eddington’un 1919 yılındaki gözlemleri teyit edilmiş ve Einstein’ın teorisi tartışmasız şekilde kanıtlanmıştı.
Dünyanın pek çok noktasından insanlar kütleçekimin nasıl işlediğini anlamaya çalışırken bilim ve teknoloji dünyası Einstein’ın teorilerini kullanmaya başlamıştı bile. Günümüzde de hepimizin cebinde bulunan GPS ve navigasyon sistemlerinden, parçacık hızlandırıcılarına kadar birçok teknolojik cihazın altyapısında bu teorileri kullanıyoruz.
Einstein yaptığı keşiflerle 1921 yılında Nobel Fizik Ödülünü aldı. Fakat ironik bir şekilde görelilik teorisiyle değil 1905 yılında yayımladığı fotoelektrik etkiyi açıklayan ilk çalışmasıyla. Bu çalışma Einstein’ın bilim dünyasında yaptığı bir başka devrimdi. Kuantum mekaniğinin temelini oluşturdu ve atomun sırlarını çözdü.
Sonuç:
Einstein’ın görelilik kuramları evren anlayışımızda gerçekten bir devrim yarattı. Zamanın göreli olduğunu ortaya koydu. Işığın cisimlerin yanından dümdüz gitmediğini bükülerek yol aldığını gösterdi. Kütleçekimin ne olduğunu anlamamızı sağladı. E=mc2 denklemiyle kütle ve enerjinin aynı şey olduğunu öğrendik. Nükleer füzyonu anladık ve Güneş’in nasıl enerji ürettiğini çözdük. Bu buluşla atom çağı başladı.
Hayatının son dönemlerinde Einstein, bir birleşik kuram bulma çabasına girişti. Kendi sözleriyle Tanrı’nın düşüncelerini matematik şeklinde bilmek istediğini söyledi. Tek bir denklem istiyordu. Küçücük birkaç kalem hareketi. Evrenin güzelliğini ve asaletini anlatacak, tüm fizik kanunlarını içeren bir denklem. Ama olmadı. Hayatının amacını gerçekleştiremedi. Gerçekleştiremedi fakat ondan çok şey öğrendik.
Einstein bilimsel çalışmalarıyla aslında bize sadece denklemler ve kuramlar öğretmedi. Bundan çok daha fazlasını öğretti. Hepimizi ilgilendiren bir şeyi. O ne biliyor musunuz?
Dünyaya doğuştan şanslı gelmemiş olabilirsiniz. Belki çok yakışıklı, zengin ya da zeki doğmadınız. Ama eğer isterseniz azim, istikrar, sabır, merak ve hayalgücünün yardımıyla dünyaya gerçekten iz bırakabilir ve kendinizi gerçekleştirebilirsiniz. Başarının yüzde 1’i ilham ve yüzde 99’u çalışmaktan ibarettir. Hayata farklı pencerelerden bakmaya çalışın. Herkesin gittiği yolu değil, kendi yolunuzu çizin. Hayal gücünüzün sınırlarını zorlayın. Genelgeçer bilgiyi sorgulayın. Hiçbir şey sandığınız gibi olmayabilir, her şey görecelidir.
Einstein, bir gün hayatta nasıl başarılı olabileceğini soran öğrencisine şöyle cevap verdi:
“Ön yargılarından kurtul. Ön yargılar, insanı bilimde de hayatın diğer alanlarında da kör eder. Ve günde 15 dakikanı arkadaşlarının düşündüklerinin tersini düşünmeye ayır.”
Kaynaklar ve İleri Okuma:
İzafiyet Teorisi: Özel ve Genel Görelilik: ALBERT EINSTEIN
Albert Einstein’ın Bilimi ve Hayatı – ABRAHAM PAIS
Albert Einstein Fiziğin Sınırları – JEREMY BERNSTEIN
