Özel görelilik kuramı

Vikipedi, özgür ansiklopedi

Özel Görelilik kuramı;

• Albert Einstein (1905)

Kuram olarak Görelilik , ilk olarak Galileo Galilei'nin hızlarla ilgili düşüncesinde ortaya çıkmıştır. Galilei'ye göre sabit hızla giden bir gözlemci veya sabit duran gözlemci aynı fiziksel yasaları kullanmalıdır. Örneğin sabit hızla giden bir gemide yukarı doğru bir taş atarsanız aynı yere düşecektir - sabit durduğunuzda olduğu gibi. Bu anlayış Newton fiziğinde formülasyona dökülmüştür. Sabit hızla giden bir cisim veya sabit duran bir cisim için geçerli olan Newton denklemlerinin şekli aynıdır. Burada şunu belirtmekte fayda var. Sabit hızla giden bir cisim gözlemciye göre tanımlanmaktadır. Eğer bir cisimle beraber aynı sabit hızla gidiyorsanız sizin için cisim hareketsiz görünecektir. Fakat dışarıdan bakan bir gözlemci için cisim hareketli kabul edilir. Görelilik kelimesi burada ortaya çıkmaktadır. Bizim gözlemlediğimiz hızlar mutlak değildir. Ancak gözlemciye göre tanımlanmaktadır. Ama gözlemlenen olay için geçerli olan yasaların şekli aynıdır.

Değişik gözlemciler Newton fiziğinde Galile dönüşümleri tarafından tanımlanmaktadır. Öncelikle belirli bir O olayı için (x,y,z,t) koordinatlarını kullanan bir R1 referans sistemi düşünelim. Aynı olayın başka bir gözlemci tarafından (x',y',z',t') koordinatlarıyla ifade edildiğini farz edelim (R2 referans sistemi). Eğer R2, R1 sistemine göre sabit bir hızla x ekseninde hareket ediyorsa gözlemlenen O için kullanacakları referans sistemleri arasındaki bağıntı şöyle olacaktır

x' = x − vt

y' = y

z' = z

t' = t

Bu dönüşümler Newton'un mekanik yasalarına uygulandığında, yasalar formlarını korumaktadır. Fakat aynı şey Maxwell denklemleri için geçerli değildir. Maxwell denklemleri Lorentz dönüşümleri altında ancak formlarını koruyabilmektedir. Lorentz dönüşümleri Galile dönüşümlerinden farklı olarak şu şekildedir

burada . Lorentz Dönüşümlerinde görüldüğü üzere iki gözlemci için aynı zaman betimlemesi geçerli değildir. Bu dönüşümlerde Einstein'ın Özel Görelilikle ortaya çıkardığı düşünce değişimi görülmektedir, yani farklı hızlardaki iki gözlemci aynı olay için farklı zaman değerleri ölçer.

---

Özel görelilik (izafiyet) kuramı Einstein'ın 1905'de sunduğu "Hareketli cisimlerin elektrodinamiği üzerine" adlı 2.ci makalesinde açıklanmış ve ardından 5. makalesi "Bir cismin atıllığı enerji içeriği ile bağlantılı olabilir mi?" başlıklı makalesiyle pekiştirilmiştir. (atıllık = harekete karşı direnç)

Düzgün-doğrusal hareketli cisimlerin elektrodinamiğinde Einsten şunları keşfetmişti:

• Bizler 3 uzay ve 1 zaman boyutunun meydana getirdiği, 4 boyutlu uzay-zaman evreninde yaşıyoruz.
• Zaman boyutu ve akışı, hareketli cisimlerin hızına bağlıdır.
• Kütle, hareketli cisimlerin hızına bağlıdır.
• Cismin hareket doğrultusundaki boyu, cismin hızına bağlıdır.
• 4 boyutlu evrende "ayni anda olma" kavramı da mutlak değildir, görelidir, yani aynı andalık gözlemciden gözlemciye değişir.
• Farklı hızda hareket eden cisimlerin uzay-zaman referansları birbirinden farklıdır.

Özel görelilik kuramının gücü ve sağlamlığının en önemli nedeni,sadece iki kabullenim (postulate)üzerine inşa edilmiş olmasıdır. Bu kabullenimler:

• Fizik yasaları evrenin her karesinde ayni şekilde işler.
• Işığın hızı, gözlemci ve hareket yönünden bağımsız olarak her zaman sabittir.

Kuramın temel aldığı bu iki kabullenimden biri çürütülemediği sürece kuram doğruluğunu koruyacaktır.

Özel görelilik, kendi zamanı için inanılması güç pek çok öngörülerde bulunmuştur, bunlardan en önemlileri:

• Cisimler hızlandıkça zaman cisim için daha yavaş akmaya başlayacaktır, ışık hızına ulaşıldığında zaman durmalıdır.
• Cisimler hızlandıkça kinetik enerjilerinin bir kısmı kütleye dönuşür, durağan kütleye sahip cisimler hiçbir zaman ışık hızına erişemeyeceklerdir.
• Cisimler hızlandıkça hareket doğrultusundaki boyları kısalmaya uğrayacaktır.

Özel görelilik, mantığımıza ve sağ duyumuza aykırı bir evren tanımladığından bilimciler 100 yılı aşkın bir süredir bunun doğruluğunu gözleri ile görmek ve bir açık bulmak umudu ile deneyler yapıp durmaktadırlar. Bu öngörülerin pek çoğu 1905'dan günümüze dek defalarca denenmiş ve doğru çıkmıştır:

• İçlerinde çok hassas atom saatleri taşıyan uçaklar değişik yönlere doğru değişik hızlarla hareket ettirilmiş ve saatlerin kuramın hesaplarına yeterince uygun olarak yavaşladığı/hızlandığı gözlenmiştir. [1]
• Zamandaki yavaşlamanın sadece saatte meydana gelmediğini, gerçekte yaşandığının kanıtı ilk olarak nötrino ve mü-mezon deneylerinde ortaya çıkmıştır. Güneşten dünyamıza gelen nötrino ve müonların ışık hızına çok yaklaştıkları (%99.4) için ömürlerinin (yaşam sürelerinin) Dünya'da üretilen durağan olanlara göre çok daha uzun olduğu görülmektedir. [2]
• Parçacık hızlandırıcılarındaki hızlandırma deneylerinde bugüne kadar kütlesi olan hiçbir cisim, atom veya elektron ışık hızına çıkarılamamıştır. Hızlandırmak için ne kadar enerji verilirse verilsin bir noktadan sonra cismi hızlandırmak yerine kütleye dönüştüğü ve artan kütlenin cismin hızlanmasına engel olduğu görülmüştür.