Görelilik, 20. yüzyılın en ünlü bilim teorilerinden biridir ancak günlük yaşantımızda gördüğümüz şeyleri ne kadar iyi açıklar?

1905 yılında Albert Einstein tarafından formüle edilen görelilik teorisi, fizik yasalarının her yerde aynı olduğunu söyler. Nesnelerin uzay ve zaman içindeki davranışlarını açıklar. Kara deliklerin varlığından yer çekimine bağlı ışık bükülmesine ve Mars’ın kendi yörüngesindeki davranışına kadar birçok şeyi öngörmek için kullanılır. Fakat aldatıcı şekilde basittir:

Birincisi, hiçbir “mutlak” referans çerçevesi yoktur: Bir cismin hızını veya momentumunu her ölçtüğünüzde veya zamanı nasıl deneyimlediğini anlamaya çalıştığınızda hep başka bir şeyle alakalı olur.

İkincisi, ışığın hızı, kimin ölçtüğü ya da onu ölçen kişinin ne kadar hızlı gittiğine bakılmaksızın aynıdır.

Üçüncüsü, hiçbir şey ışıktan daha hızlı değildir.

Einstein’ın en ünlü teorisinin etkileri derindir. Işık hızı her zaman aynı ise Dünya’ya göre çok hızlı ilerleyen bir astronotun, Dünya’ya giden bir gözlemciden daha yavaş geçtiği saniyeleri ölçeceği anlamına gelir. Zaman genişlemesi olarak adlandırılan bu olayda astronot için zaman yavaşlar.

Büyük bir yerçekimine maruz kalan bütün cisimler, hız kazanacaklarından dolayı zaman genişlemesi yaşayacaktır. Bu arada, astronotun uzay gemisinin uzunluğu kısalacaktır yani uzay aracında yol alırken resim çekerseniz resimdeki görüntü hareket yönünde “ezilmiş (süpürülmüş)” gibi görünür. Ancak gemideki astronotlara her şey normal görünür. Buna ek olarak uzay gemisinin kütlesi, Dünya üzerindeki insanlar açısından da artmış gibi görünecektir.

Ancak rölativisttik etkileri görmek için ışık hızına yakın bir uzay gemisine ihtiyaç duymazsınız. Aslında günlük yaşantımızda gördüğümüz birkaç örnek ve bugün kullandığımız teknolojiler bile Einstein’ın haklı olduğunu gösterir. Göreliliği harekete geçirmenin bazı yolları şunlardır:

1. Elektro-mıknatıslar da göreliliğe uygun çalışırlar

Bir tel boyunca doğrusal bir elektrik akımı (DC) oluştuğu zaman, elektronlar tel boyunca sürüklenirler. Normalde tel, net olarak pozitif veya negatif yük olmadan nötrdür. Bu, aynı sayıda proton (pozitif yük) ve elektronlar (negatif yükler) bulundurmasıyla ile ilgili bir sonuçtur. Ancak bir DC akımı ile başka bir tel koyarsanız teller, akımının hangi yöne hareket ettiğine bağlı olarak birbirlerini çeker veya iterler.

Akımların aynı yönde hareket ettiğini varsayarsak birinci teldeki elektronlar ikinci teldeki elektronları hareketsiz olarak görürler. (Bu, akımların yaklaşık olarak aynı kuvvette olduğunu varsayar.) Bu arada elektronların bakış açısına göre her iki teldeki protonlar hareket halindeymiş gibi görünür. Relativistik uzunluk daralması nedeniyle bunlar daha yakın ve aralıklı olarak görünürler. Bu nedenle telin birim uzunluğunda, negatif yükten daha fazla pozitif yük vardır. Benzer yükler birbirini ittiğinden iki kablo da birbirini iter.

Karşıt yöndeki birbirini çeker çünkü birinci telin bakış açısından diğer teldeki elektronlar daha kalabalıktır ve net bir negatif yük oluştururlar. Bu arada birinci teldeki protonlar net bir pozitif yük oluşturur ve zıt yükler çeker

2. GPS: Gobal Konumlandırma Sistemleri

Aracınızın GPS navigasyonu, doğru veriler sunabilmek için uyduların görelilik etkilerini hesaba katması gerekir. Bunun nedeni, uyduların ışık hızına yakın hızlarda hareket etmemelerine rağmen oldukça hızlı ilerlemeleridir. Uydular, yeryüzündeki istasyonlara sinyal de gönderirler. Bu istasyonlar (ve aracınızdaki GPS ünitesi), yerçekimi nedeniyle yörüngedeki uydulardan daha yüksek hızlanmaya maruz kalırlar.

Bu hassas noktayı yakalamak uydular, saniyenin birkaç milyarını (nano saniyeleri) kullanırlar. Uydular, Dünya’nın 20 bin 300 kilometre yukarısında ve saatte 10 bin km hızla hareket ettikleri için her gün yaklaşık 4 mikro saniyeye sıkışan bir zaman genişlemesi yaşarlar. Yer çekimi etkileri eklendiğinde bu rakam yaklaşık 7 mikro saniyeye kadar çıkar. Bu 7 bin nano saniye eder.

Aradaki fark, fazlasıyla gerçektir: Eğer görelilik etkisi hesaba katılmasaydı bir sonraki benzin istasyonuna 800 metre uzakta olduğunu söyleyen bir GPS ünitesi, sadece bir gün sonra aynı istasyonun 8 km uzakta olduğunu söylerdi.

3- Altının sarı rengi

Çoğu metal parlaktır çünkü atomun içindeki elektronlar, belli bir enerji seviyesini ifade eden bir yörüngeden (orbitalden) farklı bir yörüngeye sıçrarlar. Metale çarpan bazı fotonlar, daha uzun dalga boyunlarına sahip olsalar da ya absorbe edilir ya da yansıtılır. Gördüğümüz ışığın çoğu, yansıyan bu fotonlardır.

Altın ağır bir atomdur. Bu nedenle içindeki elektronlar, kütlesinin göreli artışının yanı sıra uzunluk daralmasına yol açacak derecede hızlı hareket ederler. Sonuç olarak elektronlar, çekirdeğin etrafında daha kısa yollarda fakat daha fazla momentum ile dönerler. Çekirdek merkezine daha olan iç yörüngelerdeki elektronlar, dış yörüngelerdeki elektronların enerjisine fazla enerji taşırlar, emilen ve yansıyanların dalga boyları ise daha uzundur.

Daha uzun dalga boyuna sahip ışıklar, genellikle yansıyan (görünür) ışığın bir kısmının emildi ve bu ışığın spektrumun mavi ucunda olduğu anlamına gelir. Beyaz ışık, gökkuşağının tüm renklerinin bir karışımıdır ancak altın metalinde, ışık absorbe edilip tekrar yayıldığında dalga boyu genellikle daha uzundur. Bu, gördüğümüz hafif dalga karışımı içinde daha az mavi ve mora sahip olma eğiliminde olduğu anlamına gelir. Bu altın sarı, turuncu ve kırmızı ışığın mavi renkten daha uzun bir dalga boyuna sahip olmasından ötürü altının renginin sarı görünmesini sağlar.

4- Altın kolay paslanmaz

Altının elektronlar üzerindeki görelilik etkisi, metalin başka herhangi bir şeyle kolayca reaksiyona girmemesini ve böylece paslanmamasını sağlayan bir diğer sebeptir.

Altının dış kabuğunda sadece bir elektron vardır fakat yine de kalsiyum veya lityum kadar duyarlı değildir. Bunun yerine altının içindeki elektronlar, altın normalden daha “ağır” olduğu için atom çekirdeğine daha yakın tutunurlar. Bu, en dıştaki elektronun herhangi bir şeyle reaksiyona girebilecek bir konumda olma olasılığının olmadığı anlamına gelir. Altındaki tüm elektronların, çekirdeğe yakın olan diğer elektronlarla bir arada olması daha olasıdır.

5- Cıva sıvıdır

Cıva da altın maddesine benzer şekilde ağır bir atomdur ve hıza bağlı olarak artan kütle nedeniyle içindeki elektronlar çekirdeğine yakındır. Cıva atomları arasındaki bağlar zayıf olduğundan cıva düşük sıcaklıklarda erir ve gördüğümüzde gibi tipik bir sıvıdır.

6- Eski televizyonunuz

Sadece birkaç yıl önce, çoğu televizyon ve monitörde katot ışını yayan tüplü ekranlar vardı. Bir katot ışını tüpü, bir fosfor yüzeyine büyük bir mıknatısla elektron atarak çalışır. Her elektron, ekranın arkasına geldiğinde ışıklı bir piksel oluşturur. Elektronlar, ışığı yüzde 30’a kadar hızlandırmak için harekete geçerdi. Böylece rölativistik etkiler fark edilebilir. Üreticiler, mıknatısları üretirken bu  etkileri hesaba katmak zorunda kalıyorlardı.

7- Işık

Isaac Newton (mutlak bir dinlenme çerçevesinin var olduğunu varsayarak) haklı olsaydı, ışık için farklı bir açıklama yapmak zorunda kalacaktık, çünkü o aslında hiç olmazdı.

Pomona Üniversitesinden Moore, “Manyetizma var olmasaydı ışık da var olmazdı çünkü görelilik teorisi, elektromanyetik alan değişimlerinin sonsuz değil, sınırlı bir hızda hareket etmesini gerektirir.” diyor. “Eğer görelilik, bu sınırı temin etmeseydi elektrik alanlarındaki değişimler anında iletilecek ve elektromanyetik dalgalar oluşmayacaktı, böylece manyetizma ve ışık da gereksiz olacaktı” diye ekliyor.

Jesse Emspak

Çeviren Muhammed Şahin

Kaynak

• Live Science Contributor/Mar 14, 2017.