Görelilik İlkesi

Görelilik denildiğinde hepimizin aklına E = mc², ışık hızı, zaman genleşmesi, eğri uzay zaman, dördüncü boyut, dilini çıkarmış, saçı başı dağınık, yaşlı, yüzü buruşmuş bir adam gibi şeyler gelir muhtemelen. Aklımıza gelenlerin arasındaki bu Einstein denen yaşlı ve zeki adamın yaşlı olmadan çok önceleri keşfettiği bu teoriye adını veren bu ilke ise aslında fizikte Galileo zamanından beri vardır ve Einstein’a fiziğin ilerleyişine önemli bir katkıda bulunan bu hayatını çalışmasını yapabilmesi için çok önemli bir çıkış noktası olmuştur.

Galilei Galileo

Galileo Galilei’nin (15 Şubat 1564-8 Ocak 1642, İtalyan fizikçi, matematikçi, astronom ve filozof) kim olduğunu, din adamları ile nasıl karşı karşıya geldiğini, engizisyon mahkemesinden çıkarken Dünya’ yı kastederek “Yine de dönüyor” diye mırıldandığını ve buna benzer hayatına dair pek çok şeyi bir yerlerden duymuşuzdur. Fakat çalışmalarıyla ve düşünceleriyle ilgili ayrıntıları, mantığını bilen pek azımız vardır  (bu bilenlerin de çoğu fizikçidir).  Galilei, teleskobu icat etmiş ve çok uzakları gözlenebilir kılmıştır. Bu sayede de astronomi açısından yeni  hatta şaşırtıcı gözlemleri tek başına evinin penceresinden yapabilmiş, ve bu şaşırtıcı gözlemleri üzerine o dönem için olağanüstü varsayımlar ortaya atmış, fikirler üretmiştir. Şüphesiz bu çıkarımlarından en önemlilerinden birisi, şimdi çıkarılış hikayesine başlayacağım görelilik ilkesidir.

Copernicus ve Güneş merkezli evren modeli

Bütün süreç aslında 16. yy’da Polonyalı Copernicus, Dünya merkezli evren yerine Güneş merkezli bir evren modeli oluşturduğunda başlamıştır. Evren modeli denildiğinde o zamanlar sadece görülebilen şeyleri açıklayan bir model anlaşılırdı, dolayısıyla bu modeller Güneş sistemindeki hareketleri tanımlardı, bu gerekliydi ve de yeterliydi. Modelin açıklaması gereken sorunlar arasında gözlenen objelerin ne zaman nerede görüneceğinin hesaplanması dışında bu objelerin bazı zamanlar daha büyük veya daha küçük görünmesi de bulunmaktaydı  ki bu o nesnenin yaklaşması-uzaklaşması olarak yorumlanmaktaydı. Bunları hesaba kattığımızda Dünya merkezli evren sisteminde tüm verilerin doğru olması için karmakarışık bir yörüngeler sistemi gerekirdi. Copernicus bunun eğer Güneş merkezde hareketsiz varsayılırsa daha kolay olacağını gözlemledi. Ay hariç her şey için benzer yörüngeler sorunları çözüyordu ve daha basit bir sistemdi. Ne yazık ki bencil insanoğlu yine evrenin merkezinde olmayı seçmiş ve bu önerinin yanlış olduğuna kanaat getirilmişti.

Aristo

Galileo döneminde ünlü düşünür Aristo’ nun fizik kavramı kabul görmekteydi. Ona göre her cismin ait olduğu bir yer vardı ve her cisim o ait olduğu yere gitmek istiyordu. Bu, evrenin o cisimler üzerine uyguladığı bir kuvvetti. Burada duran cisimlerin bir kuvvete maruz kalmadığını dolayısıyla da hareket etmeyen, hızı sıfır olan cisimlerin üzerinde kuvvet olmadığını; ama benzer şekilde hareket eden her cismin üstünde de bir kuvvet uygulandığını varsaymıştı. Bu çıkarsama sürecini tetikleyen gözlemlerinde sürtünme kuvveti büyük ihtimalle  önemli bir rol almış olacak ki üzerinde kuvvet olmayan cismin hızının kısa sürede azalacağını varsaymıştır. Her ne kadar sürtünme kuvvetini ayrıştıramamış ve yanlış sonuçlara ulaşmış olsa da ürettiği bu kuramın tek bir varsayımla kaldırma kuvveti, yerçekimi gibi pek çok şeyle ilgili bir fikir öne sürebilmesi ilginçtir, zira o zamana kadar her şeyi açıklayabilen bir düşünce bulunamamıştı. (Tabi ki o zamanlar açıklanması gereken şeyler bugüne kıyasla çok azdı). Uzun lafın kısası Aristo’ya göre kuvvet, cismin hızıyla doğru orantılıydı ve hareket edebilmek için kuvvet gerekliydi.

Copericus’un evren modeline pek çok itiraz geldi. Bunların çoğu insanın bencilliğinden, dine bağlılığından kaynaklı olup, “İncilde öyle yazmıyor” ,“Ne yani şimdi Dünya hareket mi ediyor?” gibi argümanlar olsa da teorisi aslında çok ciddi bir argümana karşı geliyordu. Aristo’nun kuvvet kavramına. Çünkü kuvvet hissedilebilen bir şeydir. Birisi sizi ittirdiğinde bunu fark edersiniz. Fakat hareket ettiğimizi hissetmiyorduk! Bunun dışında hareket ettiğimizi varsaysak bile dünyayla temas halinde olmayan nesnelerin, kuşların, havanın, hatta Ay’ın  Dünyayla aynı hızda gitmeleri imkansızlaşırdı çünkü Dünya üzerine etkiyen bu kuvvet onlara etkimeyecekti. Ayrıca bunun olmadığını Aristo fizik teorisine göre göstermenin çok güzel bir yolu vardı: Durduğunuz yerde zıplayın, eğer zıpladığınız yere düşmezseniz Dünya hareket etmiyor, çünkü siz havadayken size bir kuvvet etkiyemez. Aristo’nun o dönemin Einstein’ı olduğunu düşünürsek kimsenin kulağa saçma gelen bir evren modeli için Aristo’ya karşı çıkmaması gayet anlaşılır bir şey, ki Galileo da en başında bu fikri benimsememiştir.

Galileo’nun Jüpiter gözlemi sırasındaki çizimleri

Fakat teleskop sağ olsun, Galileo her gece evinin penceresinden dışarı bakmış, gözlemler yapmış ve bunları çizime dökmüştür. Ay’daki ve Güneş’teki lekeleri gözlemlemiş, gezegenlerin yörüngelerini hesaplamıştır fakat en önemlilelerinden biri, hatta dördü, Jüpiter’in uydularını keşfetmesidir. Önce Jüpiter’in etrafında iki nokta görmüştür. Sonraları bu noktaların hareket ettiğini görürken başka bir zaman üçüncü bir nokta daha görür, daha sonraları bir de dördüncü işe karışır! Bir süre sonra yine üç nokta görür ve tüm bu sürecin periyodik bir şekilde devam ettiğini fark eder. Bu gözlemini şu şekilde yorumlamıştır: Aslında orada dört tane cisim var ve bunlar Jüpiter’in etrafında dönüyor, bazen de arkasında kalıyor ki arada bir sadece üç tanesi görünür halde oluyor. Bu önemli gözlem, her şeyi alt üst etmek için yeterlidir, çünkü bir cismin etrafında  o cisimle aynı hızda gitmeyi  başaran tam dört tane cismin varlığını keşfetmiş ve Copernicus kuramına karşı verilen bilimsel itirazların hepsini bu keşifle çürütmeyi başarmıştır! Bu gelişmeyle birlikte Copernicus’un modelinin doğru olabileceğini fark eder ve Aristo’nun hareket ile ilgili düşüncelerini sorgulamaya ve düzeltmeye başlar.

Hızın hissedilemez olduğunu fark eder. Sonuçta Dünya’nın hareket ettiğinin doğruluğuna inanmıştır ve bu hızın hissedilemediği konusunda onunla hemfikir olacak yüzlerce insan bulabileceği aşikardır. Buradan yola çıkarak sadece hızın hiçbir fiziksel olayı etkileyemeyeciğini varsayar. Bu düşüncesini bir gemi metaforuyla anlatır. Ona göre eğer gemi yere göre duruyorsa veya hareket ediyorsa, bunu kıyıya bakarak anlayabiliriz, bu iki sistem arasındaki fark budur.  Geminin direğinden bir taş serbest bırakırsak, duran gemiye göre taş geminin direğine düşmelidir. Fakat eğer gemi hareket ediyor ise Aristo der ki taş gemi direğinin dibine değil, hareketin yönüne göre daha faklı bir noktaya düşecektir. Galilei ise kendi çıkardığı ilkeye göre geminin hareket edip etmediğini anlayamayacağını, dolayısıyla hızın bu olayı etkilememesi gerektiğini ve bunu takiben de taşın yine direğin dibine düşmesi gerektiğini söyler. Bu durumda geminin hareket ettiği ile ilgili mutlak bir sonuç çıkarılamayacağını, sadece ve sadece geminin yere göre hareket ettiğinin söylenebileceğini söyler. İşte bu, Aristo’nun fiziği üzerinde yıkım etkisi yaratan ve Dünya’nın hareket edebileceği varsayımı üzerinde hiçbir bilimsel engel kalmamasını sağlayan ve pek çok önemli gelişmeye yol açan bu kıymetli ilke, görelilik ilkesidir.

[box_light]Kaynaklar[/box_light]

http://tr.wikipedia.org/wiki/Galileo_Galilei

Jean-Marie Vigoreux,  Newton’un Elmaları, çev. Nedim Demirtaş, Alkım Yayınevi, İstanbul 2005