Özel Görelilik Kuramı Hakkında Bilgi

'Ders notları' forumunda Violet tarafından 20 Şubat 2011 tarihinde açılan konu


  1. Özel Görelilik Kuramı Hakkında Bilgi

    Bizler, günlük yaşamda ışık hızından çok daha düşük hızlarla karşılaşırızIşığın hızı ise çok yüksek bir hızdır Işık, saniyede 300 bin kilometre yol alırNewton mekaniği ya da klasik mekanik denen eski düşünceler, düşük hızlardaki cisimlerin hareketlerini tanımlamak için kullanılır

    Newton mekaniği düşük hızlarda çok iyi sonuç verir;ama hızları ışığın hızına yaklaşan parçacıklara uygulandığında başarısız olur Örneğin bir elektronun hızını,birkaç milyon voltluk potansiyel farkı kullanarak,ışık hızının yüzde una (099c) varan hızlara çıkarabilirizBurada sınır ışık hızıdır,elektronu ışık hızından daha fazla hızlandıramayız Newton mekaniğine göre ise hızın böyle bir sınırı yoktur Hatta bu mekaniğe göre potansiyel farkı ya da buna karşı gelen enerji 4 katına çıkarılırsa elektronun hızı,yaklaşık,ışık hızının iki katına yakın bir hız kazanmalıdırOysa deneyler,ivmelendirici gerilim ne olursa olsun,elektronun hızının ışık hızından küçük kaldığını gösteriyorEinstein bilime,çok büyük katkılar yaptı;ama görelilik, onun en büyük ve zekice ortaya koyduğu bir kuramdır Bu kuramı,te ortaya koyduğunda henüz 26 yaşında bir gençtiNe büyük bir onurÖzel görelilik kuramı çok sayıda deneyle doğrulanmıştırİşte size bunları anlatacağım

    Özel görelilik iki temel önermeye dayanır:
    1 Eylemsiz referans sistemlerinin tümünde,fizik yasaları aynıdır(Fizik yasalarının tümü,birbirine göre sabit hızlarla hareket eden tüm gözlemciler için aynıdır)Hareket, görelidirYani düzgün hızla hareket eden bir araçta yapılan deneyin sonuçları,durgun bir laboratuvarda yapılan aynı deneyin sonuçlarıyla özdeş olacaktırDurgun bir laboratuvarda bir deney yaparsanız ve sabit hızlı bir arabayla geçen bir gözlemci de sizin deneyinizi gözlerse, hem laboratuvar koordinat sistemi,hem de hareketli arabanın kordinat sistemi eylemsiz referans sistemleridir Buna göre laboratuvarda mekanik yasalarının doğru olduğunu bulursanız,hareketli arabadaki kişinin gözlemleri de sizinkiyle uyuşmalıdırBu aynı zamanda,hiçbir mekanik deneyinde,iki referans sistemi arasında herhangi bir fark saptanamayacağı demektir Yani,uzayda mutlak hareket kavramı anlamsızdır

    2 Işığın hızı,evrendeki en yüksek ve mutlak hızdırIşığın hızı, eylemsiz tüm gözlemcileri için bunların hareketlerinden bağımsız olarak aynı kalırIşık hızının diğer hızlarla önemli çelişkisi Galile toplama yasasına uymamasıdır Bununla birlikte,ses kaynağına göre hareket eden bir referans sisteminde sesin hızı ölçüldüğünde,sesin hızı bu değerden daha büyük ya da daha küçüktürBu durum ışık için geçersiz olmaktadırGalile toplama yasası mı yanlış? Yoksa ışığın özel bir durumumu var? Michelson-Morley deneyi işte bu sorunun yanıtını gösterdiAslında bu deney,Einsteinin görelilik üzerine çalışmasını yayımlamadan önce,de yapıldıAncak Einsteinin bu deneyin ayrıntılarından haberdar olduğu açık değildir Buna karşın deneyin sonucu,Einsteinin kuramı çerçevesinde hemen anlaşılabilirÇünkü kurama göre,gözlemcinin ya da kaynağın hareketinin ışık hızı üzerine bir etkisi yokturÖzel görelilik kuramı, uzay ve zaman konusundaki sağ duyuya dayanan düşüncelerimizi değiştirdiBir bilim dalını kökten etkileyecek bir fikriniz olsa, bunu unutur muydunuz? Einstein, unutup yıllar sonra hatırlamışa benziyor Einsteindan geriye kalanların altını üstüne getiren araştırmacılar, ünlü fizfizikçinin, kütleçekimsel mercek etkisini genel göreliliği tamamlayışından 3, söz konusu bulguyu yayınlayışından 24 yıl önce akıl ettiğini orortaya çıkardılar

    Einsteinın küçük bir not defterini yeniden inceleyen Max Planck Enstitüsü araştırmacıları, Einsteinın 1910dan 1940a kadar kullandığı bu defterde, sonraları 1936da tamamlayıp yayınladığı denklemlerini, ufak tefek farklarla çoçok önceden not ettiğini farkettiler Araştırmacılar, aradaki döneme ait belgelerden yola çıkarak, Einsteinın bu bubuluşundaki yaklaşımını unutup, yıllar sonra yeniden ortaya koyduğunu ileri sürüyorlar Kütleçekimsel mercek etkisi, ancak 1979da gözlemlenebilmişti

    "Hareket Görelidir "Ne demektir?

    Bu kuramın iki önermesini tanımıştık Bu önermeler, bizi yeni bir düşünme düzeyine sıçramaya zorlar A ve B gibi iki kayıktayız A kayığı, bir çupra sürüsünü oltasına düşürmüş ve denizin o noktasında durağan B kayığı ise çupra arayışı için sabit bir hızla ilerliyor Ortalık sisle kaplı Kayıklardaki gözlemciler kimin hareket halinde olduğunu bilemiyor Sessiz ve sarsıntısız bir trendeki yolcu pencereden baktığında kendisinin değil, çevresindeki uzayın hareket etiğini sanır

    Hareketi nasıl gözleriz?

    Bir referans (başvuru) sistemi olmaksızın hareket kavramının anlamı yoktur Her durumda hangi sisteme göre hareketi belirtmek istediğimizi belirlemeliyiz

    Başvuru sistemi, bir yol, yeryüzeyi, Güneş, galaksimizin merkezi olabilir Bermudada ve Avusturalyada Perthe düşürülen taşlardan her ikisi de "aşağıya " düşmekte, ama bu iki taş, yerin merkezine göre tam olarak zıt yönde hareket etmektedir Bu durumda referans sistemi neresidir? Yerin merkezi mi; yoksa yerin yüzeyi midir? Aslında referans sistemleri, eşderecede doğrudur ya da vardır Sorun, sizin amacınız için hangisini daha uygun olduğunu saptamaktır Eğer tüm uzayı doldunran bir eter olsaydı, tüm hareketleri ona dayandırırdık ve böylece Bermuda ve Perth sakinleri şaşkınlıktan kurtulmuş olurdu Böyle bir eterin yokluğu evrensel bir referans sistemi olmadığını anlatır Çankü ışık (veya daha genel olarak elektromanyetik dalagalar) boş uzayda bilgi aktarabilecek tek araçtır Bütün hareket, yalnızca kendisini gözleyen kişiye ve araca göre vardır Evrende yalıtılmış olsak, hareket halinde olup olmadığımızı belirleyemeyiz, çünkü referans sistemi olmaksızın hareket kavramının bilimsel anlamı yoktur

    Einstein in 1905te geliştirdiği özel görelilik kuramı, birbirlerine göre sabit hızlarla hareket eden sistemlerin ( eylemsizlik referans sistemleri) sorunlarına eğilmektedir

    Şimdi düşünelim ki iki kayık yan yana geliyor ve tam bu anda yıldırım çakıyor Özel göreliğin ikinci önermesine göre yıldırım ışıkları, düzgün olarak tüm doğrultulara yayılıyor Birinci önermeye göre her iki kayıktaki gözlemci, kendisinin merkezde olduğu, genişleyen bir ışık küresi bulmalıdırı; hatta alevin parladığı noktaya göre, bunladan birisi konumunu değiştiriyor olsa bile kayıklardan başka bir neferanns sistemini sis yok etttiğiniden gözlemciler kimin değişikliğie uğradığını farkedemez ve böylece, her ikisi için de ışık hızı aynı olduğundan her ikisi de özdeş olayı görmelidir

    Göreli olaylar, günlük deneyimlerden farklıdır

    Açık bir günde A ve B kayıkları denizdedir Bunladan biri, kayıkla yanyana gelince suya bir taş atar Taşın yaratığı dalgalar nasıl görünür? Her iki gözlemci, farklı dairesel yörüngeler yayıldığını gözler Yalnızca dalgacık örneklerinin merkezinde olup olmadığını gözetleyerek herbir gözlemci, kendisinin suya göre hareket edip etmediğini söyleyebilirSu, bir referans sistemidir ve kayıkla su üstünde hareket eden bir gözlemci, farklı yönlerdeki dalgacık hızlarını, kendisisine göre birbirlerinden farklı olarak ölçer; oysa kayık üzerindeki duran bir gözlemcinin ölçtüğü dalgacık hızları her yönde aynıdır Şu noktayı anımsamak çok önemlidir Sudaki dalagalar ve hareketler ile uzaydaki hareket ve dalglar çok farklıdır Uzay, kendi içinde bir referans sistemi değlidir; su, kendi içinde bir referans sistemidir Sudaki dalga hızları, gözlemcinin hareketi ile değişir; ışığın uzyadaki dalga hızları ise gözlemcinin hareketi ile değişmez Örneğimizdeki iki kayıkta bulunan gözlemcilerin, özdeş halde yayılan ışık küreleri algılamaları gerçeğinin tek açıklama yolu, her gözlemcinin koordinat sisteminin, öbürünün bakış açısından, birbirlerine göre harekettten etkilenmiş olmasıdır

    Bunlardan birinciyi, yani hareketin göreliğini hele bir düşünelim Dünyanın kendi ekseni etrafında ve Güneş çevresinde döndüğünü artık hepimiz biliyoruz Biz insanlar, Dünya denen müthiş bir hareketlinin, diyelim ki bir trenin yolcularıyız Ama Dünya, bize hep duruyor gibi geliyor Neden? Çünkü trenimiz ve biz, aynı hızda ve aynı yönde hareket etmekteyiz

    Şimdi bir tren istasyonu ve onun önünden geçen tren modelini düşleyelim Bu bir düş değil, belki de yolculuklarınızdan anımsayacağınız bir gözlemin öyküsüdür Biri istasyonda bekleyen istasyon şefi, diğeri de trendeki bir yolcu olan iki kişinin hareketi nasıl kavrayacaklarına bakalım İstasyon şefi için hareket eden şey hep trendir Trendeki yolcu ise kendisinin durağan olduğunu, istasyonun ve tüm diğer dünya yüzeyinin kendi yanından geçip gittiğini düşünebilir Bir biçimli hareket, yalnızca göreceli olarak belirtilebilir; mutlak bir hareketli olduğunuzu öne süremezsiniz; ancak bir başka nesneye göre hareket etmekte olduğunuzu söyleyebilirsiniz Siz, sandalyenizde otururken aslında Dünya ile birlikte hareket halindesiniz Ama Dünya ile hız farkınız sıfır olduğu için bunu farketmiyorsunuz Siz, arabanızla şu kadar hızla otobanda seyrederken, bu hızınız sandalyesinde oturan komşunuza göredir Sanıyorum hareketin görecelliği konusunda anlaşıyoruz Şimdi daha geniş uzaylara açılmak için yine istasyon şefimize ve trendeki yolcumuza dönelim; epeydir yerlerinde tembel tembel oturuyorlardı Onlara ölçme görevi vereceğiz Şefe bir ölçü çubuğu ve bir saat; trendeki yolcuya da bir ölçü çubuğu ve bir saat veriyoruz

    İkisine de yolcunun bulunduğu pencerenin yatay uzunluğunu ölçme ödevini veriyoruz Yolcunun işi kolay Yerinden kalkacak ve pencerenin uzunluğunu ölçecek Şefinki biraz daha zor Tren geliyor, ama istasyonda durmadan geçiyor, ışıkları açacak, yolcuların istemleriyle uğraşacak ve bu arada hareket halindeki trenin pencere boyutunu ölçecek Sanıyorum pencere boyutu değişmediğine göre, şef ve yolcunun aynı uzunlukları ölçeceğini düşünüyorsunuz Ama Einstein, size yanıldığınızı gösterecektir Şefin pencereyi görmesi için, pencerenin ön ve arka nokalarındaki ışık, şefin gözünü ulaşmalıdır Ancak öndeki ışık daha kısa sürede, arkadaki ışık daha uzun sürede ona ulaşır Bu da aynı bir uzunluğun farklı hızlardaki gözlemcilerce farklı ölçüldüğünü gösterir

    "Hareket Halindeki Cisimlerin Elektrodinamiği " başlıklı makalesi, özel göreliliğin ana düşüncelerini içeriyordu Einstein, önce esir (eter) kuramını bir kenara itti Sonra, içinde göreli hareketle mutlak hareketin ayırt edilebeleceği sabit bir uzayın bulunmadığını ileri sürdü Başka bir anlatımla, evrende durduğuna emin olabilaeceğimiz hiçbir şey olmadığını gösterdi Duran bir trende otururken, yandan başka bir tren geçse, bunu gören herkes bunun farkına varır Ama sarsıntıları yok eder ve duran ile yanından geçen yolculara sorarsak, hangi trenin hareket halinde olduğunu söylemek güçleşir



    -------------------------