Zaman Genişlemesi
Bir aracın içinde giden biri kendini duruyor, çevresinin hareket ediyor olduğunu sanacaktır. Onu izleyen bir gözlemci, onun hareket ettiğini görecek ve kendini sabit sanacaktır. Oysa dünyanın dışından izleyen bir gözlemci, aracı izleyen gözlemcinin de dünya ile beraber hareket ettiğini görecek, güneşin ise sabit olduğunu sanacaktır ama Samanyolu galaksisin dışından bakan bir gözlemci aslında tüm galaksinin hareket ettiğini görecektir.
Hiçbir şey durağan değil her şey hareket halindedir.
Aracın içindeki kişinin, bu araçla beraber hareket eden aynaya lazer ışık gönderdiğini varsayalım. Lazer ışığın ona normal bir şekilde döndüğünü görecektir ama onu izleyen bir gözlemci ise lazer ışığının ‘v’ harfi yaptığını görecektir. Arabanın içindeki için ışığın boyu normalkeni fakat ‘v’ harfi çizdiğinde gözlemci için ışığın boyu da büyüyecektir. Araçtaki kişiye göre, gözlemci için geçen süre fazla algılanacaktır. İşte bu zaman genişlemesidir.
Yüzyıllar boyunca pek çok insan zamanın değişmez olduğunu düşündü. Hatta zamanı mekandan ayrı varolan soyut değişmez bir gerçek olarak algıladı. Yapılan hesaplamalar gösterdi ki: Sabit bir hızda hareket eden cisimlerde zaman genişliyor.
Zaman ile ilgili ilk fiziksel yaklaşımı ortaya atan Aristo’ya göre, zaman hareket ile ortaya çıkmıştır. Doğal olarak hareket değiştikçe zaman kavramı da değişecektir. Aristo’nun bu görüşü ileriki yıllarda Einstein’ın ortaya attığı ‘Özel Görelilik Kuramı’ ile de desteklenmiştir. Görelilik kuramı, şüphesiz ki 20. yüzyılın en meşhur kuramlarından biri.
Peki ama günlük hayatımızda gerçekleşen olaylarda bu kuramın etkilerini nasıl hissediyoruz?
Albert Einstein tarafından 1905 yılında öne sürülen görelilik kuramı fizik kurallarının her yerde aynı olduğunu hatırlatır. Kuram, genel olarak nesnelerin uzay ve zamandaki davranışlarını açıklar ve bu bilgi kara deliklerin varlığından, kütle çekimine bağlı olarak ışığın bükülmesine, Merkür gezegeninin davranışına kadar çeşitli olayları açıklamakta kullanılır. Einstein’ın en ünlü kuramının pratik uygulamaları ise çok çarpıcıdır. Eğer ışığın hızı her zaman sabitse, Dünya’ya göre çok hızlı hareket eden astronotlar saatlerin tıkırtısını Dünya’daki gözlemciye göre daha yavaş duyarlar. Yani zaman astronotlar için daha yavaş akar ki bu durum “zaman genişlemesi” olarak adlandırılmaktadır. Yüksek kütle çekimi alanında bulunan bir cisim, hızlanarak zaman genişlemesine uğrar. Aynı anda astronotumuzun uzay mekiğinin uzunluğu da kısalır. Yani eğer hareket halinde uzay mekiğinin fotoğrafı çekilirse mekik, hareket doğrultusunda “sıkışmış” olarak görülür. Astronot açısından bakacak olursak değişen bir şey yoktur, her şey normal görünür. Ek olarak Dünya’daki gözlemciye göre uzay mekiğinin kütlesi de artmıştır.
Einstein’ın bulguları antik Yunanistan’daki Heraklit ve Parmenides arasındaki klasik tartışmaya son veriyor .Parmenides, her şeyin bir olduğunu ve hareketin bir yanılsama olduğunu savunmuştur. Heraklit ise bunun tam tersini söylemiş, hareketsizliğin bir yanılsama olduğunu ve her şeyin durmaksızın hareket ve değişim halinde olduğunu öne sürmüştür.
Bir cisim belli bir referans çerçevesinde durağan görünse bile, zaman içerisinde ilerlemeyi sürdürür. Zaman genişlemesine en iyi örneklerden biri İkizler Paradoksudur. Paradoksa göre, ikiz kardeşlerden biri otuzuncu yaş günlerinde ışık hızının yüzde 99’u kadar bir hızla hareket eden rokete binerek uzaya gider. Diğer kardeş ise Dünya’da kalır. Bir yıl boyunca uzayda seyahat eden kardeş Dünya’ya döndüğünde, Dünya referansına göre aradan 7 yıl geçmiş olur. Sonuç olarak uzaya giden kardeş aynı süre zarfı içerisinde 31 yaşına gelmişken, Dünya’daki kardeş 37 yaşına geliyor. Zaman genişlemesi, Dünya sınırlarındaki hareketlerde rahatlıkla gözlemlenebilen bir durum değildir. Çünkü bahsettiğimiz hızlar, değişimleri göz ardı edebileceğimiz düzeyde düşüktür. Ancak ışık hızına yaklaşan hızlar söz konusu olduğunda zaman genişlemesi çok basit gözlemlerle anlaşılabilir.
Zaman genişlemesi günümüzde nasıl kullanılıyor biliyor musunuz?
Buna en iyi örnek GPS’lerdir.Her uydu Dünya’dan 20.300 kilometre uzaklıktadır ve 10.000 km/saat hızla hareket eder. Bu da günde 4 mikrosaniyelik göreceli zaman genişlemesine yol açar. Yerçekimi ve nesnelerin hareketini katınca bu sayı 7 mikrosaniye’ye çıkar yani 7000 nanosaniye! Fark çok açık.Eğer GPS görelilik etkisini hesaplamasaydı bugün 0.8 km uzaklıkta olan petrol istasyonu sadece 1 gün sonra 8 km uzaklıkta gösteriliyor olurdu. Bu yüzden konumunuzu belirlerken görelilik etkisini hesaba katarlar.
Einstein, zamanın bükülebilmesiyle ilgili çok da iyi bir örnek veriyor!
Düz bir yatak düşünün. Bu yatağın üzerine gergin bir çarşaf serin ve hiç kırışıklık olmasın. İşte bu dümdüz çarşaf iki boyutla tanımladığımız uzay-zaman düzlemi olsun.Şimdi bu düzleme bir gezegeni simgeleyen demir bir bilye koyun. Bilye yatağa biraz gömülüp bir göçük yaratarak çarşafı da bükecektir. İşte zaman da bu şekilde demir bilye ile simgelediğimiz kütle yardımıyla bükülebilir. Kütlenin artışı, bu kütlenin uzay-zaman düzlemini büküşünü arttırır. Kütle arttıkça göçük de artar. Eğer kütle ölçülemeyecek boyutlarda aşırı büyük olursa uzay-zaman düzlemi ışığı bile hapsedecek kadar göçecektir. İşte bu göçük ‘kara delik’ olarak adlandırılır. Eğim çok olduğu için ışık kara delikten girer!
“Senn ışık hızına çok yakın veya ışık hızında yol alıyorsun, aracının farlarını açtın. Şimdi ışığın hızı, senin hızımın toplamı + ışık hızı mı olacak? Hani ışık hızı sabitti?”
Sorunun cevabı zaten teorinin isminde gizli. İzafiyet teorisi.
Sen aracın içinden baktığında, ışığın senden 300 bin km/saniye hızla uzaklaştığını göreceksin. Dışarıdan seni izleyen kişi ise, senin farlarından çıkan ışıkla aynı hızda yol aldığını görecek. Niçin? Çünkü sen, ışık hızına yaklaştığında zaman senin için yavaşlıyor.
Hız dediğimiz şey neydi; “x zaman içinde alınan mesafe”. Yani sen aracın içinde o hızla giderken zaman da senin için yavaşlıyor. Dolayısıyla farlarından çıkan ışığın yine normal hızıyla seyrettiğini görüyorsun. Oysa dışarıda seni izleyen Haydar abinin bir yere gittiği yok ve zaman, durağan cisimler için nasıl geçiyorsa onun için de öyle geçiyor. Yani sen ve ışığın onun için aynı zaman sürecinde aynı mesafeyi katediyor.
E=mc^2 enerji (e), kütle (m) ve ışık hızı (c)
Kütle artarsa zaman yavaşlar. Hız artarsa zaman yine yavaşlar.
