[Kuram ve Teoriler] Genel Görelilik Kuramı

Genel Görelilik Kuramı Einstein’ın en büyük başarısı idi; klasik, deterministik dünya görüşünün gününü dolduruşunu temsil ediyordu. Einstein, uzay, zaman ve madde fikirlerini modern biçimlerine getirerek Newton fiziğinin ötesine giderken, fiziğin çerçevesi tamamen deterministik idi. Newton evreninin büyük saati Einstein tarafından değiştirilmişti -çarklar ve bölümler farklıydı- fakat, Einstein saatin hareketinin hala sonsuz geçmiş ve gelecekte tamamen önceden belirli olduğu konusunda Newton ile anlaşıyordu.

Genel Görelilik Kuramı Nasıl Geliştirildi?

Genel Görelilik Kuramı’nı bir tek kiÅŸinin yaratmış olduÄŸuna inanmak zordur. Kuram, uzay, zaman, enerji, madde ve geometriyi muazzam bir ufku ve anlamı olan uyumlu bir bütün halinde birleÅŸtirmektedir.

Einstein, Zürih’te iken ve Berlin’deki ilk yıllarında, fizikte pozitivizmin büyük savunucusu olan filozof fizikçi Ernst Mach’ın entellektüel etkisi altında kalmıştı.

Mach, kuramsal fizikçilerin, fizikte deneysel işlemlerle kesin, doğrudan bir anlam kazandırılamayan herhangi bir fikir kullanmamaları gerektiğini düşünüyordu. Deneysel dünyayla ilgisi olmayan fikirler, fiziksel kuram için yüzeysel olarak değerlendiriliyordu. Mach’ın yöntemi yeni fiziğin gelişiminde önder bir kuvvet oldu.

Einstein, bu yöntemin ustasıydı. Einstein’ın uzay ve zaman tanımlarını hatırlayın: uzay bir ölçü çubuğu ile ölçtüğümüz şeydir. Ölçme işine doğrudan başvuran bu tanımlar, uzay ve zaman kavramlarının yüzyıllardır taşımış oldukları tüm aşırı felsefi bagajı kesip attılar. Pozitivist, yalnızca, ölçme gibi doğrudan işlemler yoluyla bildiğimiz şeylerden söz etmekte ısrar eder. Fiziksel gerçeklik, kafalarımızdaki fantezilerle değil, fiili deneysel işlemlerle tanımlanır.

Ancak Einstein, Berlin’e yerleştikten sonra, katı pozitivist tutumdan uzaklaştı ve bu durum, kısmen, iş arkadaşı Planck’ın ikna edici tezlerinin sonucunda oldu. Aynı zamanda Einstein’in Genel Görelilik Kuramı konusundaki başarısı ve ona ulaşmak için kullanmış olduğu düşünce yöntemi, onu katı pozitivist yöntemin sınırlılıkları konusunda ikna etti.

Einstein bir pozitivist olarak kalmış olsaydı, genel Görelilik Kuramı’nı keÅŸfetmiÅŸ olup olmayacağı şüphelidir. Einstein daha sonra, kendisinin Berlin’de patent ofisinde çalıştığı günlerden arkadaşı olan filozof Maurice Solovine’e yazdığı bir mektupta, kendi yöntemini anlattı. Bu yöntem Einstein’ın önerme yöntemi olarak isimlendirilebilir.

GeniÅŸleyen Evren’in Gözlenmesi

Einstein, genel Görelilik Kuramı’nı, Evren’in bütününe uyguladı. Sonlu ve sınırsız bir Evren modeli kurdu ve bunun matematiksel yapısını geliÅŸtirdi. Amerikalı astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953), 1920’li yıllarda Evren’in yaşı, oluÅŸumu ve dağılımı konusunda çalışmaları baÅŸlatan bilim adamı.

Hubble, 1929’da yaptığı gözlemlerle uzak gökadalarının ışığının kırmızıya kaydığını, buradan kalkarak da bunların Dünya’dan uzaklaÅŸtığını ortaya koydu. Evren geniÅŸliyordu. Oysa Einstein’in evreni duraÄŸandı.

Kuram, büyük kütlelerin yakınından geçen ışık ışınlarının kütleçekim alanının etkisiyle eÄŸileceÄŸini, bu nedenle de uzak bir yıldızın ışığının GüneÅŸ’in kenarından geçerken yapacağı sapmanın hesaplanabileceÄŸini öngörüyordu. Birinci Dünya Savaşı ve kötü hava koÅŸulları, ilk gözlemin yapılmasını engelledi. Kuram’ın ilk genel kanıtları iki Ä°ngiliz bilim adamından geldi: 29 Mayıs 1919’da Güney Afrika’da (Gine Körfezi’ndeki bir adada) ve Brezilya’da gözlenen GüneÅŸ tutulmaları sırasında elde edildi.

Sonuçlar tam Genel Görelilik Kuramı’nı kanıtlayacakken, iki ayrı yerin sonuçları birbirine ters düşüyordu. Daha sonraları da gözlemler ve deneyler, onu doÄŸrulamaya devam etti. 1922’de Güney Afrika ve Brezilya’dan alınan verilerin farklı souçlar vermesi üzerine Lick Gözlemevi’nin yöneticisi William W. Campbell, bir sonraki tutulmayı izlemek için Avustralya’ya gitti.

Tutulma, yaklaşık beÅŸ dakika izlenebildiÄŸi için “Naif yıldızlarda kaydedilebilecek; böylece GüneÅŸ’e yakın gözlenebilir yıldızların sayısı artacaktı” diye açıklama yapıyor Osterbrook ve “gözlem yapanlar ‘etkiyi ölçmek için daha iyi bir ÅŸans’elde edecekler” diyor.

12 Nisan 1923’te, Campbell, yıldızların görüntülerinin yerleÅŸimleri iki durum için, yani tutulma ve gerçek gece durumundaki yıldızların farklılık gösterdiÄŸini keÅŸfetti. ” Einstein’in tahminleriyle karşılaÅŸtırıldığında GüneÅŸ kenarındaki yıldız ışıkları 1.75 saniyelik bir açıyla saptırılıyor olması, verilen Görelilik Kuramı’na yaklaÅŸabildiÄŸinin bir kanıtıdır” diyordu.

Garip ama, Campbell, kendisini göreli bir Evren’de bulmak istemiyordu. “Tanrım umarım doÄŸru deÄŸildir” diyordu. Einstein, tabii ki, göreliliÄŸi Evren’in normu olarak görüyordu. DoÄŸrusu Kuram’ın doÄŸruluÄŸu kanıtlandığında “Ama ben zaten Kuram’ın doÄŸru olduÄŸunu biliyordum” diyecekti öğrencisi Schneider’a.

Schneider, Einstein'”eÄŸer tutulmalar, Kuram’ı doÄŸrulamasaydı ne olurdu” diye sorduÄŸunda Einstein ” O zaman Tanrı’dan özür dileyerek, Kuram doÄŸru derdim” diyordu.

Genel Görelilik ve Evren Modelleri

Roger Penrose: “Sizlere Einstein’in kütleçekim kuramının temel yapıtaÅŸlarını hatırlatmak istiyorum. Temel yapıtaÅŸlarından birisi Galilei’nin EÅŸdeÄŸerlik Ä°lkesi adıyla bilinir. Galilei Piza Kulesi’nin tepesinden biri büyük biri küçük iki taÅŸ bırakıyor. Bu deneyi gerçekten gerçekleÅŸtirmiÅŸ olsa da olmasa da, kendisi, hava direncinin yarattığı etkiyi görmezden gelmek koÅŸuluyla, her iki taşın da yere aynı anda çarpması gerektiÄŸini gayet iyi anlamıştı.

Eğer bu taşlar beraberce aşağı doğru düşerlerken bir tanesinin üstüne oturup diğerini seyretme imkanınız olsaydı, onu önünüzde, havada asılı bir halde dururken görecektiniz. Uzay seyahatlerinin yapıldığı günümüzde buna benzer durumlara fazlasıyla alışığız.

Einstein’in Kuramı, bize yerçekimin ortadan kalktığını değil, yerçekimi kuvvetinin ortadan kalktığını söylemektedir. Geriye bir tek şey kalıyor, o da kütle çekiminin yarattığı gelgit etkisi.

Bu etkiye gel git etkisi denmesinin çok makul bir nedeni vardır. Eğer Yerküre’yi Ay’la, parçacıklardan oluşan küre biçimindeki kabuğu da, okyanusların kapladığı Yerküre ile değiştirecek olursanız, o zaman, Ay’ın okyanusların yüzeyi üzerinde Yerküre’nin parçacıklardan oluşan küresel kabuğa uyguladığı etkiye benzer bir kütleçekim etkisi yarattığını görüyoruz.

Ay’a yakın konumda bulunan deniz yüzeyi, Ay’a doğru çekilirken, Yerküre’nin arka yüzünde kalan denizler adeta uzağa doğru itilirler. Deniz yüzeyinin Yerküre’nin her iki tarafında bel vermesinden ve denizde her gün iki kez oluan yükselmeden bu etki sorumludur.

Einstein’in Genel Görelilik Kuramı’nı keÅŸfinin öyküsü, kıssadan hisse önemli bir ders içermektedir. Bir bütün halinde ilk formülleÅŸtirildiÄŸi tarih 1915’tir. Herhangi bir gözlemsel ihtiyaç sonucunda deÄŸil, birtakım estetik geometrik ve fiziksel kaygıların güdüsüyle geliÅŸtirilmiÅŸti. Temel yapıtaÅŸlarını, farklı kütlelere sahip taÅŸ parçalarının aÅŸağı bırakılması nedeniyle örneklenen Galilei’nin EÅŸdeÄŸerlik Ä°lkesi ve uzay-zaman eÄŸriliÄŸini tanımlamada doÄŸal bir yol olan Öklit-dışı geometrilerin kendine esas aldığı fikirler oluÅŸturmaktaydı. 1915’lerde yapılan gözlemsel çalışmaların bu konuyla pek bir ilgisi yoktu.

Genel Göreliliğin Öngörüleri ve Test Edilmeleri

Genel Görelilik, son biçimi ile formülleÅŸtirildiÄŸinde, Kuram’ın kilit noktasında gözleme dayalı üç adet sınamaya yer verdiÄŸi görüldü.

Birincisi: Merkür Gezegeni’nin yörüngesinin günberi noktası yer deÄŸiÅŸtirmekte ve diÄŸer gezegenlerin etkileri hesaba katılsa dahi, Newtoncu kütleçekim etkileÅŸimleri ile açıklanamayan bir dönüş hareketi yapmaktadır. Genel Görelilik, bu kaymayı olaÄŸanüstü bir ÅŸekilde öngörmekte ve açıklamaktadır.

Ä°kincisi: Işık ışınlarının izledikleri yollar, GüneÅŸ’e yaklaÅŸtıkça GüneÅŸ’e doÄŸru eÄŸrilir (bükülür). Bu da 1919’daki GüneÅŸ tutulmasını gözlemlemek amacıyla Arthur Eddington’un baÅŸkanlığında gerçekleÅŸtirilen ünlü yolculuÄŸun gerçekleÅŸtirilme sebebidir. Eddington, yaptığı gözlemler sonunda Einstein’in öngörüsünü destekleyen sonuçlar elde etmiÅŸtir.

Üçüncüsü: Kuram, bir kütle çekim etkisi altında saatlerin daha yavaş işleyeceğini öngörmekteydi. Yani yere yakın konumda bulunan bir saat, bir kulenin tepesinde bulunan bir saate göre daha yavaş çalışmalıydı. Bu etkinin de deneysel olarak ölçümü yapılmıştır. Oysa bütün bunlar, o kadar da etkiliyici testler/sınamalar sayılmaz. Çünkü söz konusu bu etkiler her zaman hem çok küçüktür, hem de aynı sonuçlar pekala başka kuramlar tarafından da öngörülebilirdi.

Şimdilerde ise durum artık dramatik ölçüde değişmiştir. Yaptıkları son derece olağanüstü bir dizi gözlemden dolayı Hulse ve Taylor 1993 yılında Nobel Ödülü’nü aldılar.

Bir de Genel Görelilik’e özgü olan ve Newtoncu kütleçekim kuramında hiç mi hiç bulunmayan bir başka özellik vardır. Buna göre, birbiri etrafında dönme hareketi yapan cisimler, kütleçekim dalgaları halında enerji yayar. Bunlar ışık dalgalarını andırsalar da, aslında elektromanyetik alan içinde değil, uzay-zaman içinde oluşan dalgalanmalardır.

Bu dalgalar, sistemden sürekli olarak enerji çeker. Enerjinin çekilme hızı, Einstein’in kuramına başvurularak kesin olarak hesaplanabilir. İkili nötron yıldızı sistemindeki enerji kaybının bu yolla hesaplanan hızı, yapılan gözlemlerle tastamam uyuşuyor. Bu durum, son yirmi yılı aşkın süredir yapılan gözlemlerce, bu nötron yıldızlarının yörünge periyotlarında ortaya çıkan hızlanmaya ilişkin ölçüm sonuçlarında görülmektedir.

Sözkonusu sinyallere ilişkin zamanlama öyle şaşmaz bir doğrulukla saptanmaktadır ki, son yirmli yılı aşkın bir süre boyunca kuramın bilinen doğruluk derecesinin on üzeri ondörtte bir dolaylarında olduğu ortaya çıkmaktadır. Bu, Genel Görelilik’i bilim tarihi boyunca en duyarlı biçimde sınanan kuram olma konumuna getirmektedir.

Bu öyküde kıssadan hisse bir ders var. Einstein’ı, ömrünün sekiz yılını ya da belki daha fazlasını harcayarak Genel Kuramı geliştirmeye motive eden etkenler, gözlem ve deney sonuçları değildi. İnsanlar zaman zaman şu sözleri dile getirmektedirler:

“Aslında, fizikçiler elde ettikleri deney sonuçları çerçevesinde biçimsel bir düzen arayışı içerisine girerler ve birgün gelir bu sonuçlarla uyuÅŸabilecek zarafette bir kurama ulaşırlar. Bu, fizik ile matematiÄŸin birbirleriyle neden bu kadar iyi geçindiklerini açıklamaya yeterli olsa gerek”.

Oysa sözünü ettiğimiz durumda işler hiç de bu şekilde yürümedi. Kuram, özgün biçimiyle hiçcbir motive edici gözlem bulgusuna dayanmadan geliştirildi ve ortaya matematiksel açıdan çok zarif ve fiziksel açıdan da son derece iyi motiflenmiş bir kuram çıktı. Buradaki ana fikir şudur: matematiksel yapı zaten Doğa’nın kendisinde mevcuttur ve kuram asılnda uzayda ait olduğu yerde durmaktadır; bu, herhangi birinin Doğa’ya zorla dayattığı bir şey değildir.

Bu, bu bölümde esas alınan ana noktalardan bir tanesidir. Einstein, zaten yerli yerinde duran bir şeyi açık seçik hale getirmiş oldu. Üstelik, keşfettiği fizik öylesine bir fizik değil, Doğa’da en temelden sahip olduğumuz bir şey:uzayın ve zamanın doğası.

Genel Görelilik’te, fizik dünyasının sergilediÄŸi davranışların temelerini gerçekten de olaÄŸanüstü kesin derecede kesin bir biçimde belirleyen bir yapıyla karşı karşıya bulunmaktayız. Gerçi DoÄŸa’nın ne yönde davrandığına dikkat etmenin önemi açıkça ortada ise de, dünyamızın sözü edilen temel özellikleri çoÄŸunlukla bu yolla keÅŸfedilmemektedir.

Yalnız bu aÅŸamada bütün diÄŸer nedenler açısından cazip görünen, gelgelelim gerçeklerle uyuÅŸmayan kuramlar yumurtlamamaya dikkat edilmelidir. Oysa burada elemizde, gerçeklerle fevkalede ÅŸaÅŸmaz bir biçimde uyuÅŸan bir kuram bulunmaktadır. Kuram’ın içerdiÄŸi doÄŸruluk derecesi, Newtoncu Kuram’ın eriÅŸebildiÄŸi basamak sayısının iki katıdır.

Bir baÅŸka deyiÅŸle, Newtoncu Kuram’ın duyarlılığı on milyonda birlik bir doÄŸruluk derecesinde iken, Genel Göelilik için bu oranın on üzeri ondörtte bir olduÄŸu bilinmektedir. Bir kuramdan ötekine saÄŸlanan iyileÅŸme, Newton’un kendi kuramının içerdiÄŸi doÄŸruluk derecesinde 17. yy’dan bugüne dek geçen zaman içinde görülen artış mertebesindedir. Newton, kendi kuramının binde birlik bir duyarlılıkla doÄŸru olduÄŸunu bilmekteydi; ÅŸimdi ise bu duyarlılığın on milyonda bir olduÄŸu bilinmektedir.

Kaynak: Kadim Dostlar ™ Forum

Bu içerik 07.11.2007 tarihinde Erkan tarafından, Astronomi - Uzay - Gokbilim Konu Anlatımları bölümünde paylaşılmıştır ve 282 kez okunmuştur. Bu içeriğin devamında incelemek isteyebileceğiniz 0 adet mesaj daha bulunmaktadır.

[Kuram ve Teoriler] Genel Görelilik Kuramı orjinal içeriğine ulaşmak için tıklayın ...