Görelilik Teorisi 100 yaşında

20’nci yüzyılın en büyük bilimsel çalışmalarından biri olarak kabul edilen Görelilik Teorisi, bu ay 100 yaşına bastı. Einstein’ın ilk olarak 1905’te formüle dökmeye başladığı ve 10 yıl sonra makalesini yayımladığı teori, bugün dünyanın dönmesini sağlayan birçok önemli teknolojinin temelinde yer alıyor.

Görelilik Teorisi, maddenin uzay-zamanı bükebildiğini, böylece çok büyük bir gök cisminin arkasında kalan başka bir cisme ait gözlemlenebilir ışığı saptırabildiğini ortaya koydu. Teorinin doğrulunu kanıtlayan ilk gözlem, Güneş tutulması oldu. Tutulma esnasında Güneş’in arkasından geçen bir başka yıldızın ışıklarının belli oranda saptığı tespit edildi.

Astronomide ‘yerçekimsel mercekleme’ olarak adlandırılan bu etki, günümüzde Dünya’dan çok uzakta olan nesnelerin gözlemlenmesi için kullanılıyor. Uzay ve yer teleskopları, Dünya’ya ulaşması milyarlarca yıl alabilecek ışınları yerçekimsel mercekleme sayesinde kısayoldan elde ediyor ve Evren’in karanlık noktalarındaki gök cisimlerini görebiliyor.

Görelilik Teorisi, Einstein tarafından Evren’in nasıl çalıştığını daha iyi anlamak için geliştirildi. Ortaya sunulduğu dönemde görmek mümkün olmasa da, günümüzde birçok alanda teorinin sunduğu formüller işliyor.

Peki bunlar birkaçı neler?

GPS: İlki, her gün yüz milyonlarca insanın yararlandığı GPS, yani küresel konumlama sistemi. GPS, GPS alıcılarının kesin yerini belirlemek için atmosferden ortalama 20 bin metre yükselikte yer alan uydulara gönderilen radyo sinyallerini kullanıyor. Konum ayarının doğruluğu, saniyenin milyarlarca birinde yapılan hesaplamalara dayanıyor. Bu aşamada, Görelilik Teorisi devreye giriyor.

NASA’ya ait GP-B uydusu, Görelilik Teorisi’nin iki önemli savını test etmek için ateşlendi ve ikisi de doğrulandı. 2004’te ateşlenen uydu, geride kalan süre içinde yerçekimsel bir cismin etradında uzay-zamanın büküldüğünü tespit etti. Ayrıca, kendi ekseninde dönen gök cisminin dönüşü esnasında etkilediği uzay-zamanı gözlemledi.

Daha detaylı bakıldığında ise rakamlar şu şekilde: 20,300 metredeki bir GPS uydusu saatte 10 bin kilometre hızla yörüngede hareket ediyor. Yörünge hareketi esnasında, her gün yaklaşık 4 milisaniyelik zaman genleşmeşi yaşanıyor. Yerçekimi etkisiyle bu süre 7 mikrosaniye, yani 7,000 nanosaniye olarak beliriyor.

Eğer Görelilik Teorisi’nde bahsedilen etkenler gerçek olmasaydı, bir GPS biriminin bize bugün 0,5 kilometre ötede gösterdiği restoranı ertesi gün 5 kilometre mesafede göstermesi gerekirdi.

Eletromıknatıs: Göreli/bağıl/izafi bir etken olan manyetizma, bugün kullanabildiğimiz yönlerini görelilik sayesinde bize sundu. Eğer elinizde bir kabloyla manyetik bir alandan geçerseniz, kablodaki parçacıklar değişen manyetik alan etkisiyle hareket eder ve elektrik üretir. Elektrik üretimi, kablo sabit dururken mıknatısın hareket etmesiyle de gerçekleşiyor. Kablodaki elektron ve protonlar manyetik alan tarafından harekete geçiyor ve akım gerçekleşiyor.

Elektromıknatıslar da görelilikle çalışıyor. Bir kablodan doğru akım geçerken (DC), pozitif ve negatif yüklü parçacıkların eşit olmasından dolayı kablo nötr gibi görünür. Ancak yanına bir doğrudan akımlı kablo daha koyulursa, elektron ve protonlar birbirlerini itip çekerek akımın olduğu yöne hareket etmeye başlarlar.

Akımların aynı yönde olduğunu varsayarsak, ilk kablodaki elektronlar, ikinci kablodaki elektronları hareketsiz görüyor (akımların yaklaşık aynı değerde olduğu kabul edilirse). Elektronların bakış açısından, her iki kablodaki protonlar hareketli görülüyor. Göreli mesafe etkileşimi sebebiyle, protonlar daha az aralıkla dağılmış gibi beliriyor ve kablo boyunca daha fazla pozitif akım beliriyor. Benzer yükler birbirini ittiği için, kablolar da itiyor.

Göreliliğin insan gözüne görünmeyen dünyasında zıt yüklerin etkileşimi de şöyle özetlenebilir: İlk kablo, ikinci kabloda negatif yüklerin daha fazla olduğunu kabul ediyor ve negatif yük oluşuyor. Bu esnada, ilk kablodaki protonlar (+) yük oluşturuyor ve zıt yükler etkileşime geçiyor.

Nihayetinde, trafo ve jeneratörlerin işleme esası da aslında görerelikten geliyor.

TV teknolojisi: 10 yıldan kısa bir süre önce televizyon ve bilgisayar monitörlerimizin hepsi katot ışın çubuğu taşıyordu. Söz konusu cihaz, büyük bir mıknatısa sahip fosfor yüzeye elektronların ateşlenmesiyle çalışıyordu. Her bir elektron, ekranın arkasına isabet ettiğinde bir piksellik görüntü oluşturuyordu. Görüntünün, yani videonun oluşabilmesi için elektronlar ışık hızının yüzde 30’u hızda ateşleniyordu. TV ve monitör üreticileri mıknatısları yeniden tasarlarken, görelilik etkilerini hesaba katarak yeni teknolojilere adım attılar.

Nükleer santraller ve süpernovalar: Görelilik, aslına bakılırsa kütle ve enerjinin birbirlerine dönüşebilmelerini sağlayan etkenlerinden birini temsil ediyor. Güneş’in çekirdeğinde yaşanan nükleer füzyon ve nükleer reaktörlerin çalışması da buna dahil.

Göreliliğin görüldüğü bir diğer kozmik yer, ölen yıldızların patlamalarını temsil eden süpernovalar. Süpernovalar, büyük bir yıldızın çekirdeğinde görelilik etkilerinin kuantum etkilerini alt etmesiyle yaşanıyor. Yıldız aniden kendi ağırlığı altında çöküyor ve küçülerek bir nötron yıldızına dönüşüyor.

Çekirdeğe doğru çekilen yıldızın dış tabakaları, o kadar büyük bir patlama ortaya çıkarıyor ki, Evren’deki demir dışında bildiğimiz tüm ağır elementler bu şekilde oluşuyor.

Yani, Dünya’yı ve nihayetinde yaşamı oluşturan etkenler de görelilik ile bağlantılı. Eğer görelilik olmasaydı, tüm ölü yıldızlar beyaz cüceler halinde uzayda asılı kalır ve bizler bu satırları yazacak veya okuyacak varlığı bulamazdık.

Doğrulamasını karadelikler yapıyor

Einstein’ın 100 yıldan fazladır fizik sayfalarında yer edinen teorisi, doğal olarak birçok kere sınandı. Ve tümünde de sınavı geçti.

Aslına bakılırsa, temeli kozmik dengelerden kurulan Görelilik Teorisi, deney yapılmasından çok kozmik olaylarla doğrulandı.

Gelecek yıllarda bilim dünyası Görelilik Teorisi’nin daha neler sunabileceğini araştıracak. Bir yüzyıl boyunca her sınavı aşan teori, insanlığın var olmaya çalışacağı binlerce yılda en büyük yol göstericilerinden biri olacak.