Görelilik Kavramından İlk Bahseden Einstein Değil Galileo Galilei'dir

Çoğu insan “görelilik” kavramını duyduğunda aklına gelen ilk isim Albert Einstein’dır. Fakat görelilik kavramından ilk defa bahseden Einstein değil, Galileo Galilei’dir.

görelilik kavramından ilk defa bahseden Einstein değil, Galileo Galilei'dir. — Galileo adını Görelilik kavramını hayatımıza dahil ettiği için de hatırlıyoruz.

Einstein’ın 1905’te ortaya koyduğu özel görelilik kuramı ve 1915’te geliştirdiği genel görelilik kuramı, evreni algılama biçimimizi kökten değiştirmiştir.

Einstein’dan önce, uzay ve zamanın mutlak olduğu düşünülüyordu. Yani evrendeki konumumuz ya da hareketimiz ne olursa olsun, zamanın herkes için aynı hızda aktığına, iki nokta arasındaki uzaklığın herkes tarafından aynı ölçüleceğine inanılıyordu. Cisimlerin büyüklüğü ya da geçen sürenin miktarı tartışmasız kabul ediliyordu.

Einstein’ın çalışmalarıyla bu anlayış tamamen değişti. O, uzay ve zamanın mutlak değil, gözlemcinin konumuna ve hareketine bağlı olduğunu gösterdi. Başka bir deyişle, evrenin temel boyutları bile gözlemcinin bakış açısından “göreli”ydi.

Ancak görelilik kavramı aslında Einstein’la başlamadı. Bu fikir yaklaşık 400 yıl öncesine, hareket eden cisimlerin davranışlarını Newton’un hareket yasalarından bile önce inceleyen bir bilim insanına, Galileo Galilei’ye kadar uzanır.

Galileo’nun ele aldığı görelilik, uzay ya da zamanla ilgili değildi. O, çok daha basit bir soruya yanıt arıyordu: Hareket gerçekten fark edilebilir miydi?

Galileo’yu Görelilik Kavramına Götüren Süreç

Galileo bu soruyu şu şekilde düşündü: Dış dünyaya kapalı, penceresiz bir odada duran biri ile aynı şekilde kapalı bir odada ama sabit hızla hareket eden biri arasında bir fark var mıydı? Eğer her iki kişi de dışarıyı göremiyorsa, hangisinin hareket ettiğini anlar mı?

Galileo’nun büyük buluşu, bu iki durum arasında hiçbir fark olmadığını fark etmesiydi. 1632’de ilk kez yazıya geçirilen bu “görelilik ilkesi”, fiziğin temel taşlarından biri olarak günümüzde hâlâ geçerliliğini koruyor.

Yaşamı boyunca hareketin doğasını anlamaya çalışan Galileo, Kopernik’in Güneş merkezli evren fikrine aşinaydı ve bu görüşü destekliyordu. Ancak Galileo, gökyüzündeki günlük hareketleri incelerken şu soruyla karşılaştı: Güneş’in her sabah doğudan doğup batıdan batması, gezegenlerin, Ay’ın ve yıldızların gökyüzünde kuzey kutbu etrafında dönüyor gibi görünmesi ne anlama geliyordu?

Bunun iki açıklaması vardı. Birincisi, gökyüzündeki tüm cisimlerin — Güneş, Ay, gezegenler ve yıldızların — gerçekten Dünya’nın etrafında dönmesi idi. İkincisi ise gökyüzünün sabit olduğu, dönenin aslında Dünya’nın kendisi olduğu fikriydi. Dünya kendi ekseni etrafında döndüğü için, gökyüzü sanki onun çevresinde dönüyormuş gibi görünüyordu.

Bu fotoğrafta, sanki Dünya değil de gökyüzü dönüyormuş gibi.

O Halde Dünya’nın Döndüğünü Nasıl Anlayacağız?

Galileo, hiçbir deneyin bu iki durumu ayırt edemeyeceğini fark etti. Yani Dünya sabit mi duruyordu, yoksa kendi ekseni etrafında hızla dönüyor muydu? Bunu, sadece Dünya’nın üzerinde durarak anlamak mümkün değildi. Galileo’ya atfedilen Pisa Kulesi deneyi, onun düşünce biçimini anlamak için güzel bir örnektir.

Eğer Dünya sabit olsaydı, Galileo’nun bıraktığı top yerçekimi etkisiyle sadece dik bir çizgide aşağı düşerdi. Peki Dünya dönüyorsa? O zaman top serbest düşerken kule Dünya’yla birlikte dönmeye devam ederdi.

İlk bakışta bu durumda topun kulenin hareketinden geri kalması, yani yana kayması beklenirdi. Ancak böyle bir sapma olmaz. Çünkü kule, Galileo, hava ve top — hepsi Dünya’yla birlikte aynı hızda dönmektedir. Bu yüzden top, sanki Dünya sabitmiş gibi, tam aşağıya düşer.

Galileo bu düşünceyi farklı deneylerle test etti. Cisimleri serbest bırakmak yerine, küçük eğimli bir rampadan aşağı yuvarladı. Böylece hareketi yavaşlatarak daha kolay gözlemledi. Kullandığı tel ve ses yöntemleriyle zaman aralıklarını ölçtü ve hareketin temel yasasını keşfetti: Bir cismin aldığı yol, geçen zamanın karesiyle orantılıydı.

Galileo’nun asıl farkındalığı ise şuydu: Bu deneyleri ister karada ister denizde hareket eden bir gemide yapsın, sonuç hep aynıydı. Deneyler, gemi dururken de hareket halindeyken de aynı şekilde işliyordu. Bu, görelilik ilkesinin özünü oluşturdu: Sabit hızla hareket eden bir sistemde, dışarıyla bağlantı kurulmadıkça, hareketin fark edilmesi mümkün değildir.

Fransız fizikçi Léon Foucault 1851 yılında yaptığı sarkaç deneyiyle Dünya’nın kendi ekseni etrafında döndüğünü kanıtladı. Bu deneyde, uzun bir ipten asılı sabit bir kütle, sabit bir düzlemde salınıyordu. Ancak Dünya döndüğü için sarkacın salınım yönü zamanla değişiyor gibi görünüyordu

Galileo bu fikrini, 1632’de yayımladığı İki Büyük Dünya Sistemi Üzerine Diyalog adlı kitabında açıkça anlatır. Galileo şöyle der:

“Büyük bir geminin kamarasında bir arkadaşınla birlikte olduğunuzu hayal edin… Eğer gemi sakin bir denizde sabit hızla ilerliyorsa, kamaradaki biri geminin hareket edip etmediğini ya da ne hızla gittiğini asla anlayamaz.”

Galileo’dan Sonra Görelilik Kavramı

Galilei göreliliğinde, hız ve konum gözlemciye bağlıdır; ancak zaman aralıkları, iki nokta arasındaki uzaklık ve yerçekimi ivmesi sabit kalır. Bu fikir, Newton’un evrensel çekim yasasından Einstein’ın görelilik kuramına, kuantum fiziğine kadar uzanan tüm bilimsel devrimlere rağmen geçerliliğini korur. Galileo’nun 1632’de ortaya koyduğu bu ilke, bugün hâlâ fizik biliminin en eski ve en doğru ilkelerinden biri olarak varlığını sürdürür.

Yine de, Galileo’dan bu yana görelilik anlayışında üç önemli değişiklik yaşandığını kabul etmek gerekir. Bunların ilk ikisi 1800’lerin sonlarında keşfedildi ve 1905’te Einstein tarafından sağlam bir temele oturtuldu. Artık “uzaklık” ve “zaman” gibi kavramların mutlak olmadığını biliyoruz. Gözlemciler, aralarındaki göreli harekete bağlı olarak bu değerleri farklı ölçer.

Einstein’ın özel görelilik yasası, bu zaman ve uzaklık dönüşümlerinin nasıl gerçekleştiğini açıklar. Örneğin bir “ışık saati” farklı hızlarda hareket eden gözlemcilere göre farklı işler. Her gözlemci kendi referans çerçevesinde zamanı aynı hızda yaşadığını sanır. Ama deney sonunda saatlerini karşılaştırdıklarında aralarında fark oluşur.

Einstein’ın genel görelilik teorisine giden yol, ünlü asansör düşünce deneyiyle başlamıştı. Kapalı bir asansörde zıpladığınızı düşünün. Asansör sabit hızla yukarı ya da aşağı hareket ediyorsa, zıplayışınızda hiçbir fark hissetmezsiniz. Ancak asansör hızlanıyor ya da yavaşlıyorsa, zıpladığınızda daha yükseğe ya da daha alçağa sıçrarsınız. Bu fark, ivmelenmenin hissedilmesinden kaynaklanır.

Üçüncü ve belki de en derin değişiklik, ivmenin de mutlak olmaktan çıkmasıdır. Artık biliyoruz ki bir cismin hızlanması yalnızca uygulanan kuvvetin değil, uzay-zamanın eğriliğinin de bir sonucudur. Dolayısıyla uzaklık ve zaman yalnızca gözlemcinin hareketine değil, aynı zamanda evrenin geometrisine de bağlıdır.

Sonuç Olarak

Bugün biliyoruz ki evrenin yasaları, konumumuz ya da hareketimiz ne olursa olsun aynı biçimde işler. Ancak sabit hareketle durağanlık arasında fark olmadığını ilk fark eden kişi, yaklaşık dört yüzyıl önce Galileo olmuştu. Aradan geçen tüm bu zaman ve bilimsel devrimlere rağmen, göreliliğin temeli hâlâ ona dayanıyor.

Kaynaklar ve İleri Okumalar