İzafiyet teorisi nedir?

Basitçe ifade etmek gerekirse, bir nesne ışık hızına yaklaştıkça kütlesi sonsuz hale gelir ve ışığın hareket ettiğinden daha hızlı gidemez. Bu kozmik hız sınırı, insanlar geniş mesafeler arasında nasıl seyahat edileceğini düşündükçe, fizikte ve hatta bilim kurguda çok tartışılan bir konu oldu.

Özel görelilik teorisi, 1905 yılında Albert Einstein tarafından geliştirilmiştir ve modern fiziğin temelinin bir parçasını oluşturur. Einstein, özel görelilik alanındaki çalışmalarını bitirdikten sonra, on yılını, biri ivme getirirse ne olacağını düşünerek geçirdi. Bu , 1915'te yayınlanan genel göreliliğinin temelini oluşturdu .

Tarih
Einstein'dan önce, gökbilimciler (çoğunlukla) evreni 1686'da Isaac Newton tarafından sunulan üç hareket yasası açısından anladılar. Bu üç yasa şunlardır: 

(2) Kuvvet, zamanın değişmesi başına momentumdaki değişime eşittir. Sabit bir kütle için kuvvet, kütle çarpı ivmeye eşittir.

(3) Her eylem için eşit ve zıt bir tepki vardır.

Ancak Encyclopedia Britannica'ya göre, Einstein'ın olay yerine gelmesinden on yıllar önce teoride çatlaklar vardı . 1865'te İskoç fizikçi James Clerk Maxwell, ışığın hem elektrik hem de manyetik bileşenlere sahip bir dalga olduğunu gösterdi ve ışık hızını (saniyede 186.000 mil) belirledi . Bilim adamları, ışığın eter dedikleri bir ortamdan iletilmesi gerektiğini düşünüyorlardı. (Artık hiçbir iletim ortamına gerek olmadığını ve uzaydaki ışığın bir boşlukta hareket ettiğini biliyoruz.)

Yirmi yıl sonra, beklenmedik bir sonuç bunu sorguladı. Fizikçi AA Michelson ve kimyager Edward Morley (o sırada her ikisi de Amerikalı) Dünya'nın bu "eter" vasıtasıyla hareketinin ışık hızının nasıl ölçüldüğünü nasıl etkilediğini hesapladılar ve Dünya'nın hareketi ne olursa olsun ışık hızının aynı olduğunu buldular. Bu, Avusturyalı fizikçi Ernst Mach ve Fransız matematikçi Henri Poincare'nin ışığın davranışı ve klasik mekanikle uyuşmazlığı hakkında daha fazla derinlemesine düşünmesine yol açtı.

Einstein, 1895'te 16 yaşındayken ışığın davranışını düşünmeye başladı. Ansiklopedi, bir ışık dalgasının üzerinde gittiği ve ona paralel hareket eden başka bir ışık dalgasına baktığı bir düşünce deneyi yaptığını söyledi. 

Klasik fizik, Einstein'ın baktığı ışık dalgasının göreceli olarak sıfır hızına sahip olacağını söylemelidir, ancak bu, Maxwell'in ışığın her zaman aynı hıza sahip olduğunu gösteren denklemleriyle çelişiyordu: saniyede 186.000 mil. Göreceli hızlarla ilgili bir başka sorun da, elektromanyetizma yasalarının sizin bakış açınıza bağlı olarak değiştiğini göstermesidir ki bu da klasik fizikle çelişir (fizik yasalarının herkes için aynı olduğunu söyler).

Bu, Einstein'ın özel görelilik teorisi üzerine nihai düşüncelerine yol açtı ve bu, hareket eden bir trenin yanında duran bir kişinin günlük örneğine dönüştü ve gözlemlerini trenin içindeki bir kişiyle karşılaştırdı. Trenin iki ağaç arasındaki yolun eşit bir noktasında olduğunu hayal etti. Trenin hareketinden ötürü bir yıldırım her iki ağaca da aynı anda çarparsa, trendeki kişi cıvatanın bir ağaca diğer ağaca çarptığını görecektir. Ancak pistin yanındaki kişi eşzamanlı grevler görecekti.

Ansiklopedi, "Einstein, eşzamanlılığın göreceli olduğu sonucuna vardı; bir gözlemci için eşzamanlı olan olaylar bir başkası için olmayabilir" dedi. "Bu, onu zamanın hareket durumuna göre farklı şekilde aktığı şeklindeki mantık dışı fikre ve mesafenin de göreceli olduğu sonucuna götürdü."

Ünlü denklem
Einstein'ın çalışması bazı ürkütücü sonuçlara yol açtı; bu, fiziğinin genellikle lise düzeyinde tanıtılmasına rağmen bugün hala ilk bakışta mantıksız gibi görünüyor. 

2015, Albert Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'nin yayınlanmasının 100. yılını işaret ediyor.  Einstein'ın görelilik teorisinin temellerini buradaki infografiğimizde öğrenin.

2015, Albert Einstein'ın Genel Görelilik Teorisi'nin yayınlanmasının 100. yılını işaret ediyor. Einstein'ın görelilik teorisinin temellerini buradaki infografiğimizde öğrenin .(Resim kredisi: Karl Tate, İnfografik Sanatçısı)
Matematikteki en ünlü denklemlerden biri özel görelilikten gelir. Denklem - E = mc 2 - "enerji eşittir kütle çarpı ışık hızının karesi" anlamına gelir. Enerji ( E ) ve kütlenin ( m ) birbirinin yerine geçebilir olduğunu gösterir; aynı şeyin farklı biçimleridir. Kütle bir şekilde tamamen enerjiye dönüştürülürse, bu kütlenin içinde ne kadar enerji bulunduğunu da gösterir: oldukça fazla. (Bu denklem, bir atom bombasının kütlesi bir kez patlamaya dönüştüğünde neden bu kadar güçlü olduğunun göstergesidir.)

Bu denklem aynı zamanda kütlenin hızla arttığını ve bu da evrende nesnelerin ne kadar hızlı hareket edebileceğine etkili bir şekilde bir hız sınırı koyduğunu gösterir. Basitçe ifade etmek gerekirse, ışık hızı ( c ), bir nesnenin boşlukta hareket edebileceği en hızlı hızdır. Bir nesne hareket ettikçe kütlesi de artar. Işık hızının yakınında, kütle o kadar yüksektir ki sonsuzluğa ulaşır ve onu hareket ettirmek için sonsuz enerjiye ihtiyaç duyar, böylece bir nesnenin ne kadar hızlı hareket edebileceğini sınırlar. Işığın hareket ettiği hızda hareket etmesinin tek nedeni, ışığı oluşturan kuantum parçacıkları olan fotonların kütlesinin sıfır olmasıdır.

Küçüklerin evrenindeki "kuantum dolaşıklığı" adı verilen özel bir durum kafa karıştırıcıdır çünkü kuantum parçacıklarının birbirleriyle ışık hızından daha yüksek hızlarda etkileşime girmesini içeriyor gibi görünüyor. Spesifik olarak, bir parçacığın özelliğini ölçmek, ne kadar uzakta olursa olsun, size anında başka bir parçacığın özelliğini söyleyebilir. Einstein'ın vardığı sonuçlarla hala tam olarak açıklanamayan bu fenomen hakkında çok şey yazıldı. 

Einstein'ın çalışmasının bir başka garip sonucu, zamanın gözlemciye göre hareket ettiğinin fark edilmesinden gelir. Hareket halindeki bir nesne, zaman genişlemesi yaşar, yani kişi hareket ederken, hareketsiz dururken olduğundan daha yavaş hareket eder. Bu nedenle, hareket eden bir kişi, dinlenen bir kişiye göre daha yavaş yaşlanır. Yani evet, astronot Scott Kelly, 2015-16'da Uluslararası Uzay İstasyonunda yaklaşık bir yıl geçirdiğinde, ikiz astronot kardeşi Mark Kelly, Scott'tan biraz daha hızlı yaşlandı .

Bu, ışık hızına yaklaşan hızlarda son derece belirgin hale gelir. Beş yıl boyunca ışık hızının yüzde 99,5'i ile seyahat eden 15 yaşındaki bir çocuğu hayal edin (astronotun bakış açısından). NASA'ya göre 15 yaşındaki Dünya'ya geri döndüğünde sadece 20 yaşında olacaktı . Ancak sınıf arkadaşları 65 yaşında olacaktı.

Advertisement
Bu zaman genişlemesi kulağa çok teorik gelse de pratik uygulamaları da var. Arabanızda bir Küresel Konumlandırma Uydusu (GPS) alıcısı varsa, alıcı konumunuzu koordine etmek için en az üç uydudan sinyal bulmaya çalışır. GPS uyduları, alıcının dinlediği, sinyallerin seyahat süresine bağlı olarak konumunu üçgenleştirerek (veya daha doğrusu konuşarak, üçlü hale getirerek) dinlediği zamanlanmış radyo sinyalleri gönderir. Buradaki zorluk, GPS'deki atomik saatlerin hareket ediyor olması ve bu nedenle Dünya'daki atom saatlerinden daha hızlı çalışarak zamanlama sorunları yaratmasıdır. Ohio Eyalet Üniversitesi'nden bir gökbilimci olan Richard Pogge'a göre , mühendislerin GPS üzerindeki saatleri daha yavaş yapmaları gerekiyor .

Physics Central'a göre uzaydaki saatler daha hızlı ilerliyor çünkü GPS uyduları Dünya'nın üstünde ve daha zayıf yerçekimi yaşıyor. Dolayısıyla, GPS uyduları hareket ediyor ve hareketleri nedeniyle her gün yedi mikrosaniye yavaşlama yaşıyor olsalar da, zayıf yerçekiminin sonucu, saatlerin yer tabanlı bir saatten yaklaşık 45 mikrosaniye daha hızlı ilerlemesine neden oluyor. İkisini bir araya getirmek, GPS uydu saatinin yere dayalı bir saatten günde yaklaşık 38 mikrosaniye daha hızlı ilerlemesine neden olur.

Özel görelilik ve kuantum mekaniği
Fizik bilgimiz ilerledikçe, bilim adamları daha mantığa aykırı durumlarla karşılaştılar. Biri, büyük nesnelerde neler olup bittiğini iyi tanımlayan genel göreliliği, en iyi çok küçük şeyler için (uranyum atomu bozunması gibi) kullanılan kuantum mekaniği ile uzlaştırmaya çalışıyor. Kendi alanlarını mükemmel bir şekilde tanımlayan iki alan birbiriyle uyumsuz - bu da Einstein'ı ve ondan sonraki nesil bilim adamlarını hayal kırıklığına uğrattı.

The Guardian'da yayınlanan bir makalede "Görelilik, onu kuantum boyutuna indirmeye çalıştığınızda anlamsız yanıtlar verir ve sonunda yerçekimi tanımında sonsuz değerlere iner. Aynı şekilde, kuantum mekaniği onu kozmik boyutlara uçurduğunuzda ciddi bir sorunla karşılaşır." 2015 yılında dikkat çekti. 

"Kuantum alanları görünüşte boş uzayda bile belli miktarda enerji taşır ve alanlar büyüdükçe enerji miktarı artar. Einstein'a göre, enerji ve kütle eşdeğerdir (bu E = mc 2'nin mesajıdır ), yani Enerji biriktirmek, tıpkı bir kütleyi biriktirmek gibidir. Yeterince büyük olun ve kuantum alanlarındaki enerji miktarı o kadar artar ki, evrenin kendi içinde kıvrılmasına neden olan bir kara delik yaratır. "

Bunun üstesinden gelmek için birkaç fikir var (bu makalenin kapsamı dışındadır), ancak bir yaklaşım, kuvveti oluşturmak için kütlesiz bir parçacığa (graviton denir) sahip olacak bir kuantum yerçekimi teorisi hayal etmektir. Ancak fizikçi Dave Goldberg'in 2013'te io9'da belirttiği gibi, bununla ilgili sorunlar var. En küçük ölçeklerde, gravitonlar sonsuz enerji yoğunluğuna sahip olacak ve hayal edilemeyecek kadar güçlü bir yerçekimi alanı yaratacaktı. Bunun mümkün olup olmadığını görmek için daha fazla çalışma gerekecek.

En son görevler, gece gökyüzü ve daha fazlası hakkında konuşmaya devam etmek için Uzay Forumlarımıza katılın ! Ve bir haber ipucunuz, düzeltmeniz veya yorumunuz varsa, bize şu adresten bildirin: community@space.com.

Kaynak: https://www.space.com/36273-theory-special-relativity.html