Lisede öğrendiğim Newton fiziğinin yasaları evreni kolay tarif edilebilir bir yer olarak resmediyordu. Newton fiziği bizlere görece basit denklemlerle doğanın işleyişini yorumlayabildiğimiz mükemmel bir çerçeve sunuyordu. Fizik hakkında öğrendiklerimiz aklımıza, sağduyumuza ve gündelik deneyimlerimize gayet uygundu. Nedenler ve sonuçların birbirini izlediği, gözlemciden bağımsız olarak işleyen nesnel ve mutlak bir kurallar bütünü. 19. yüzyılda Newton fiziğinin de katkısıyla aydınlar evrensel işleyişin kolayca anlaşılabildiği, öngörülebilir bir evren tahayyül etmeye başlamışlardı. Zamanın eğilip bükülmesi, bildiğimiz üç boyuta eklenen yeni boyutlar, gözlemciye göre değişen gerçeklik gibi sorunlara bu dünyada yer yoktu.
20'inci yüzyılda önce Einstein ve ardından kuantum fizikçileri bu evren tasarımının ne kadar eksik olduğunu ortaya koydular. Newton fiziğinin yanlış olduğu söylenemezdi ama hız, enerji ve boyut dramatik bir biçimde değiştiğinde Newton yasaları evrenin işleyişini açıklamakta yetersiz kalıyordu.
Eğitim sistemimiz sağ olsun, mühendislik okumuş olmama rağmen Einstein ve kuantum fiziğine dair bilgileri üniversiteden mezun olduktan çok sonra popüler bilim kitaplarından öğrenebildim. Bu yazıda Einstein fiziğinin tuhaf bulduğum yanlarından söz etmek istiyorum.
Newton fiziğine göre karşılıklı olarak birbirlerine doğru hareket etmekte olan cisimlerin göreli hızları birbirlerine eklenerek bulunur. Cismin ulaşacağı hızın bir limiti yoktur, ne kadar güç eklerseniz o kadar hızlandırabilirsiniz.
Einstein ışığın saniyede yaklaşık 300.000 km olan sabit hızının gözlemcilerin hızından bağımsız olduğunu buldu. Işık hızı maddenin hızı için evrensel bir limit oluşturuyor, hiç bir cisim bu hızın üzerine çıkamıyordu.
Bir cisim ışık hızına yaklaştığında ilginç şeyler olmaya başlıyordu. Hız arttıkça zaman yavaşlamaya başlıyordu. Ayrıca ışık hızına yaklaşan cisimlerin boyu kısalıyordu. Zamanın yavaşlama durumu koşan, otomobille, uçakla seyahat eden insanlar ve diğer cisimler için de geçerliydi. Sadece denklemin üstel yapısı nedeniyle bu etki dünya üzerinde deneyimlediğimiz düşük seyahat hızlarında fark edilmeyecek kadar küçük oluyordu. Yıllar sonra yapılan deneylerde hassas ölçümler aracılığıyla hızlı giden cisimler için zamanın yavaşlaması durumu ispatlandı. Bu durum diğer cisimlere benzer biçimde insanlar için de geçerli. Moleküler seviyede işler yavaşladığı için ışık hızına yakın hızlarda seyahat eden insanların ömrü dramatik bir biçimde uzayabilecek durumda.
30 yaşındaki bir astronotun 5 yaşındaki oğlunu ve kendiyle aynı yaşta olan eşini dünyada bırakarak son model bir uzay gemisiyle uzayda tura çıktığını varsayalım. Dünyada 40 yıl geçiyor ve bu süre boyunca astronotumuz ışık hızına yakın hızlarda seyahat ediyor. Seyahatin ışık hızına ne kadar yakın olduğuna göre değişmekle birlikte, astronot dünyaya döndüğünde oğluyla aynı yaşta, yani 45 yaşına olabilir. Eskiden astronotla aynı yaşta olan anne 70 yaşında ve yıllar önce vedalaştığı eşi şimdi oğluyla aynı yaşta. Einstein fiziğine göre, örneğimizde görüldüğü üzere bireyler ayrı dünyaların insanları olabildiği gibi ayrı zaman çerçevelerinin insanları da olabiliyorlar. Bugünün teknolojisi henüz uzay araçlarını ışık hızına yakın hızlara çıkarmak için yeterli değil.
Einstein yerçekimine sebep olan şeyin ne olduğu konusunda da yoğun çalışmalar yürüttü ve bu çalışmalar sonucunda Newton fiziğine göre her yerde özdeş olan uzay boşluğunun büyük cisimler tarafından büküldüğünü keşfetti. Yerçekimi olarak isimlendirdiğimiz etki Einstein'a göre uzayın bükülmesiyle oluşuyor. Einstein'in denkleme eklediği zaman boyutunu bir tarafa bırakacak olsak bile, üç boyutlu olan uzay boşluğunun nasıl büküldüğünü hayal etmek çok kolay değil. Bu durumu anlayabilmek için üç boyutlu uzayı kalın bir jimnastik minderine benzetebiliriz. Üzerine konulan sağlık topu jimnastik minderinde nasıl bir çukur oluşturuyorsa, yıldızlar, gezegenler gibi büyük gök cisimleri de uzayı bu şekilde büküyor. Küçük bir bilyeyi sağlık topunun minderin üzerinde oluşturduğu çukurun kenarına koyduğumuzda nasıl çukura doğru düşmeye başlıyorsa, gezegen ve yıldızlara yaklaşan cisimler de bu biçimde çekim gücüne tabi oluyorlar.
Bu yazıda Einstein fiziğinin ilginç bulduğum yanlarına değindim. Bir sonraki yazıda kuantum fiziğinin tuhaflıklarını ele almayı planlıyorum.
Okuduğunuz için teşekkür ederim.
ENGLISH VERSION
The laws of Newton physics I learned in high school was depicting the universe as an easy-to-describe place. Newton's physics offered us an excellent framework in which we could interpret nature's work with relatively simple equations. What we learned about physics was perfectly suited to our minds, our common sense, and our everyday experiences. An objective and absolute set of rules that work independently of the observer, followed by reasons and results. In 19th century, with the contribution of Newton's physics, the intellectuals began to imagine a predictable universe in which universal functioning could be easily understood. There were no problems such as bending of space, relativity, new dimensions added and changing reality according to the observer.
In the 20th century, Einstein and quantum physicists first revealed how inadequate the design of Newton's universe was. Newton's laws were insufficient to explain the universe when speed , energy, and dimensions changed dramatically.
Thanks to our education system(!), although I studied engineering, I was able to learn about Einstein and quantum physics from popular science books long after I graduated from university. In this article, I would like to discuss the strange aspects of Einstein's physics.
According to Newton's physics, the relative velocity of objects moving toward each other is determined by adding speeds to each other. There is no limit to the speed an object that can be reached, the more power you add, the faster you can accelerate.
Einstein found that the constant velocity of light which is approximately 300,000 km per second is independent of the speed of the observers. The speed of light is a universal limit for the speed of matter, and no object can reach to that speed.
When an object approached the speed of light, interesting things began to happen. As speed increases, time begin to slow down. In addition, the length of objects approaching the speed of light is shortening. The decelation of time is also true for people who ran, travel by cars and planes. Just because of the exponential nature of the equation, this effect is too small to be noticed at the lower travel speeds we experience on earth. Years later from Einsteins death, the experiments proved that time slows down for fast-moving objects through precise measurements. This is true for people in a similar way to other objects. Because things are slowing down at the molecular level, people traveling near the speed of light can live dramatically longer.
A 30-year-old astronaut leaves his wife at the same age as himself and 5-year-old son on earth, and starts traveling in space with a brand-new spaceship. 40 years pass on earth and during this time our astronaut travels near the speed of light. Although it depends on how close the journey is to the speed of light, when astronaut returns to earth, he can be at the same age as his son, 45 years old. The mother, who used to be the same age as the astronaut, is 70 years old and her husband, whom she said goodbye years ago, is now the same age as her son. According to Einstein physics, as seen in our example, people can experience different time frames. I should note that today's technology is not yet enough to bring space objects closer to light speed.
Einstein also conducted intense studies on what caused gravity, and as a result, he discovered that the space, identical everywhere according to Newton's physics, was bent by large objects. The effect of gravity is based on bending of space. It's not easy to imagine how the three-dimensional space is bent, even if we leave aside the time dimension that Einstein added to the equation. In order to understand this situation, we can liken three-dimensional space to a thick cushion of gymnastics. The health ball placed on it creates a hole on the gymnastics cushion, stars, planets, such as large celestial bodies bend space in this way. Just as when we put a small ball on the side of the hole on cushion, it starts to fall into the hole, and objects approaching the planets and stars are subjected to gravity in this way.
In this article I tried to figure out the interesting aspects of Einstein physics. In the next article I plan to discuss the peculiarities of quantum physics.
Thanks for reading.
The pictures are from https://pixabay.com and https://giphy.com