Genel Görelilik Kurami Nasil Gelistirildi?

Genel Görelilik Kurami'ni bir tek kisinin yaratmis olduguna inanmak zordur. Kuram, uzay, zaman, enerji, madde ve geometriyi muazzam bir ufku ve anlami olan uyumlu bir bütün halinde birlestirmektedir.

Einstein, Zürih’te iken ve Berlin’deki ilk yillarinda, fizikte pozitivizmin büyük savunucusu olan filozof fizikçi Ernst Mach’in entellektüel etkisi altinda kalmisti.

Mach, kuramsal fizikçilerin, fizikte deneysel islemlerle kesin, dogrudan bir anlam kazandirilamayan herhangi bir fikir kullanmamalari gerektigini düsünüyordu. Deneysel dünyayla ilgisi olmayan fikirler, fiziksel kuram için yüzeysel olarak degerlendiriliyordu. Mach’in yöntemi yeni fizigin gelisiminde önder bir kuvvet oldu.

Einstein, bu yöntemin ustasiydi. Einstein’in uzay ve zaman tanimlarini hatirlayin: uzay bir ölçü çubugu ile ölçtügümüz seydir. Ölçme isine dogrudan basvuran bu tanimlar, uzay ve zaman kavramlarinin yüzyillardir tasimis olduklari tüm asiri felsefi bagaji kesip attilar. Pozitivist, yalnizca, ölçme gibi dogrudan islemler yoluyla bildigimiz seylerden söz etmekte israr eder. Fiziksel gerçeklik, kafalarimizdaki fantezilerle degil, fiili deneysel islemlerle tanimlanir.

Ancak Einstein, Berlin’e yerlestikten sonra, kati pozitivist tutumdan uzaklasti ve bu durum, kismen, is arkadasi Planck’in ikna edici tezlerinin sonucunda oldu. Ayni zamanda Einstein’in Genel Görelilik Kurami konusundaki basarisi ve ona ulasmak için kullanmis oldugu düsünce yöntemi, onu kati pozitivist yöntemin sinirliliklari konusunda ikna etti.

Einstein bir pozitivist olarak kalmis olsaydi, genel Görelilik Kurami'ni kesfetmis olup olmayacagi süphelidir. Einstein daha sonra, kendisinin Berlin'de patent ofisinde çalistigi günlerden arkadasi olan filozof Maurice Solovine’e yazdigi bir mektupta, kendi yöntemini anlatti. Bu yöntem Einstein’in önerme yöntemi olarak isimlendirilebilir.

Genisleyen Evren'in Gözlenmesi

Einstein, genel Görelilik Kurami'ni, Evren'in bütününe uyguladi. Sonlu ve sinirsiz bir Evren modeli kurdu ve bunun matematiksel yapisini gelistirdi. Amerikali astronom Edwin Powell Hubble (1889-1953), 1920'li yillarda Evren'in yasi, olusumu ve dagilimi konusunda çalismalari baslatan bilim adami.

Hubble, 1929'da yaptigi gözlemlerle uzak gökadalarinin isiginin kirmiziya kaydigini, buradan kalkarak da bunlarin Dünya'dan uzaklastigini ortaya koydu. Evren genisliyordu. Oysa Einstein'in evreni duragandi.

Kuram, büyük kütlelerin yakinindan geçen isik isinlarinin kütleçekim alaninin etkisiyle egilecegini, bu nedenle de uzak bir yildizin isiginin Günes'in kenarindan geçerken yapacagi sapmanin hesaplanabilecegini öngörüyordu. Birinci Dünya Savasi ve kötü hava kosullari, ilk gözlemin yapilmasini engelledi. Kuram'in ilk genel kanitlari iki Ingiliz bilim adamindan geldi: 29 Mayis 1919'da Güney Afrika'da (Gine Körfezi'ndeki bir adada) ve Brezilya'da gözlenen Günes tutulmalari sirasinda elde edildi.

Sonuçlar tam Genel Görelilik Kurami'ni kanitlayacakken, iki ayri yerin sonuçlari birbirine ters düsüyordu. Daha sonralari da gözlemler ve deneyler, onu dogrulamaya devam etti. 1922'de Güney Afrika ve Brezilya'dan alinan verilerin farkli souçlar vermesi üzerine Lick Gözlemevi'nin yöneticisi William W. Campbell, bir sonraki tutulmayi izlemek için Avustralya'ya gitti.

Tutulma, yaklasik bes dakika izlenebildigi için "Naif yildizlarda kaydedilebilecek; böylece Günes'e yakin gözlenebilir yildizlarin sayisi artacakti" diye açiklama yapiyor Osterbrook ve "gözlem yapanlar 'etkiyi ölçmek için daha iyi bir sans'elde edecekler" diyor.

12 Nisan 1923'te, Campbell, yildizlarin görüntülerinin yerlesimleri iki durum için, yani tutulma ve gerçek gece durumundaki yildizlarin farklilik gösterdigini kesfetti. " Einstein'in tahminleriyle karsilastirildiginda Günes kenarindaki yildiz isiklari 1.75 saniyelik bir açiyla saptiriliyor olmasi, verilen Görelilik Kurami'na yaklasabildiginin bir kanitidir" diyordu.

Garip ama, Campbell, kendisini göreli bir Evren'de bulmak istemiyordu. "Tanrim umarim dogru degildir" diyordu. Einstein, tabii ki, göreliligi Evren'in normu olarak görüyordu. Dogrusu Kuram'in dogrulugu kanitlandiginda "Ama ben zaten Kuram'in dogru oldugunu biliyordum" diyecekti ögrencisi Schneider'a.

Schneider, Einstein'"eger tutulmalar, Kuram'i dogrulamasaydi ne olurdu" diye sordugunda Einstein " O zaman Tanri'dan özür dileyerek, Kuram dogru derdim" diyordu.

Genel Görelilik ve Evren Modelleri

Roger Penrose: "Sizlere Einstein’in kütleçekim kuraminin temel yapitaslarini hatirlatmak istiyorum. Temel yapitaslarindan birisi Galilei’nin Esdegerlik Ilkesi adiyla bilinir. Galilei Piza Kulesi’nin tepesinden biri büyük biri küçük iki tas birakiyor. Bu deneyi gerçekten gerçeklestirmis olsa da olmasa da, kendisi, hava direncinin yarattigi etkiyi görmezden gelmek kosuluyla, her iki tasin da yere ayni anda çarpmasi gerektigini gayet iyi anlamisti.

Eger bu taslar beraberce asagi dogru düserlerken bir tanesinin üstüne oturup digerini seyretme imkaniniz olsaydi, onu önünüzde, havada asili bir halde dururken görecektiniz. Uzay seyahatlerinin yapildigi günümüzde buna benzer durumlara fazlasiyla alisigiz.

Einstein’in Kurami, bize yerçekimin ortadan kalktigini degil, yerçekimi kuvvetinin ortadan kalktigini söylemektedir. Geriye bir tek sey kaliyor, o da kütle çekiminin yarattigi gelgit etkisi.

Bu etkiye gel git etkisi denmesinin çok makul bir nedeni vardir. Eger Yerküre’yi Ay’la, parçaciklardan olusan küre biçimindeki kabugu da, okyanuslarin kapladigi Yerküre ile degistirecek olursaniz, o zaman, Ay’in okyanuslarin yüzeyi üzerinde Yerküre’nin parçaciklardan olusan küresel kabuga uyguladigi etkiye benzer bir kütleçekim etkisi yarattigini görüyoruz.

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

Einstein’in Genel Görelilik Kurami'ni kesfinin öyküsü, kissadan hisse önemli bir ders içermektedir. Bir bütün halinde ilk formüllestirildigi tarih 1915'tir. Herhangi bir gözlemsel ihtiyaç sonucunda degil, birtakim estetik geometrik ve fiziksel kaygilarin güdüsüyle gelistirilmisti. Temel yapitaslarini, farkli kütlelere sahip tas parçalarinin asagi birakilmasi nedeniyle örneklenen Galilei’nin Esdegerlik Ilkesi ve uzay-zaman egriligini tanimlamada dogal bir yol olan Öklit-disi geometrilerin kendine esas aldigi fikirler olusturmaktaydi. 1915'lerde yapilan gözlemsel çalismalarin bu konuyla pek bir ilgisi yoktu.

Genel Göreliligin Öngörüleri ve Test Edilmeleri

Genel Görelilik, son biçimi ile formüllestirildiginde, Kuram'in kilit noktasinda gözleme dayali üç adet sinamaya yer verdigi görüldü.

Birincisi: Merkür Gezegeni'nin yörüngesinin günberi noktasi yer degistirmekte ve diger gezegenlerin etkileri hesaba katilsa dahi, Newtoncu kütleçekim etkilesimleri ile açiklanamayan bir dönüs hareketi yapmaktadir. Genel Görelilik, bu kaymayi olaganüstü bir sekilde öngörmekte ve açiklamaktadir.

Ikincisi: Isik isinlarinin izledikleri yollar, Günes'e yaklastikça Günes'e dogru egrilir (bükülür). Bu da 1919'daki Günes tutulmasini gözlemlemek amaciyla Arthur Eddington’un baskanliginda gerçeklestirilen ünlü yolculugun gerçeklestirilme sebebidir. Eddington, yaptigi gözlemler sonunda Einstein’in öngörüsünü destekleyen sonuçlar elde etmistir.

Üçüncüsü: Kuram, bir kütle çekim etkisi altinda saatlerin daha yavas isleyecegini öngörmekteydi. Yani yere yakin konumda bulunan bir saat, bir kulenin tepesinde bulunan bir saate göre daha yavas çalismaliydi. Bu etkinin de deneysel olarak ölçümü yapilmistir. Oysa bütün bunlar, o kadar da etkiliyici testler/sinamalar sayilmaz. Çünkü söz konusu bu etkiler her zaman hem çok küçüktür, hem de ayni sonuçlar pekala baska kuramlar tarafindan da öngörülebilirdi.

Simdilerde ise durum artik dramatik ölçüde degismistir. Yaptiklari son derece olaganüstü bir dizi gözlemden dolayi Hulse ve Taylor 1993 yilinda Nobel Ödülü’nü aldilar.

Bir de Genel Görelilik’e özgü olan ve Newtoncu kütleçekim kuraminda hiç mi hiç bulunmayan bir baska özellik vardir. Buna göre, birbiri etrafinda dönme hareketi yapan cisimler, kütleçekim dalgalari halinda enerji yayar. Bunlar isik dalgalarini andirsalar da, aslinda elektromanyetik alan içinde degil, uzay-zaman içinde olusan dalgalanmalardir.

Bu dalgalar, sistemden sürekli olarak enerji çeker. Enerjinin çekilme hizi, Einstein’in kuramina basvurularak kesin olarak hesaplanabilir. Ikili nötron yildizi sistemindeki enerji kaybinin bu yolla hesaplanan hizi, yapilan gözlemlerle tastamam uyusuyor. Bu durum, son yirmi yili askin süredir yapilan gözlemlerce, bu nötron yildizlarinin yörünge periyotlarinda ortaya çikan hizlanmaya iliskin ölçüm sonuçlarinda görülmektedir.

Sözkonusu sinyallere iliskin zamanlama öyle sasmaz bir dogrulukla saptanmaktadir ki, son yirmli yili askin bir süre boyunca kuramin bilinen dogruluk derecesinin on üzeri ondörtte bir dolaylarinda oldugu ortaya çikmaktadir. Bu, Genel Görelilik’i bilim tarihi boyunca en duyarli biçimde sinanan kuram olma konumuna getirmektedir.

Bu öyküde kissadan hisse bir ders var. Einstein’i, ömrünün sekiz yilini ya da belki daha fazlasini harcayarak Genel Kurami gelistirmeye motive eden etkenler, gözlem ve deney sonuçlari degildi. Insanlar zaman zaman su sözleri dile getirmektedirler:

"Aslinda, fizikçiler elde ettikleri deney sonuçlari çerçevesinde biçimsel bir düzen arayisi içerisine girerler ve birgün gelir bu sonuçlarla uyusabilecek zarafette bir kurama ulasirlar. Bu, fizik ile matematigin birbirleriyle neden bu kadar iyi geçindiklerini açiklamaya yeterli olsa gerek".

Oysa sözünü ettigimiz durumda isler hiç de bu sekilde yürümedi. Kuram, özgün biçimiyle hiçcbir motive edici gözlem bulgusuna dayanmadan gelistirildi ve ortaya matematiksel açidan çok zarif ve fiziksel açidan da son derece iyi motiflenmis bir kuram çikti. Buradaki ana fikir sudur: matematiksel yapi zaten Doga’nin kendisinde mevcuttur ve kuram asilnda uzayda ait oldugu yerde durmaktadir; bu, herhangi birinin Doga’ya zorla dayattigi bir sey degildir.

Bu, bu bölümde esas alinan ana noktalardan bir tanesidir. Einstein, zaten yerli yerinde duran bir seyi açik seçik hale getirmis oldu. Üstelik, kesfettigi fizik öylesine bir fizik degil, Doga’da en temelden sahip oldugumuz bir sey:uzayin ve zamanin dogasi.

Genel Görelilik'te, fizik dünyasinin sergiledigi davranislarin temelerini gerçekten de olaganüstü kesin derecede kesin bir biçimde belirleyen bir yapiyla karsi karsiya bulunmaktayiz. Gerçi Doga’nin ne yönde davrandigina dikkat etmenin önemi açikça ortada ise de, dünyamizin sözü edilen temel özellikleri çogunlukla bu yolla kesfedilmemektedir.

Yalniz bu asamada bütün diger nedenler açisindan cazip görünen, gelgelelim gerçeklerle uyusmayan kuramlar yumurtlamamaya dikkat edilmelidir. Oysa burada elemizde, gerçeklerle fevkalede sasmaz bir biçimde uyusan bir kuram bulunmaktadir. Kuram'in içerdigi dogruluk derecesi, Newtoncu Kuram'in erisebildigi basamak sayisinin iki katidir.

Bir baska deyisle, Newtoncu Kuram'in duyarliligi on milyonda birlik bir dogruluk derecesinde iken, Genel Göelilik için bu oranin on üzeri ondörtte bir oldugu bilinmektedir. Bir kuramdan ötekine saglanan iyilesme, Newton’un kendi kuraminin içerdigi dogruluk derecesinde 17. yy’dan bugüne dek geçen zaman içinde görülen artis mertebesindedir. Newton, kendi kuraminin binde birlik bir duyarlilikla dogru oldugunu bilmekteydi; simdi ise bu duyarliligin on milyonda bir oldugu bilinmektedir.

Yorum (0)

RSS yorumları

İsim

Başlık

Yorum

Gönder