İçeriğe geçmek için "Enter"a basın

Uzayzaman

Uzayzaman ilk kez matematikçi Hermann Minkowski tarafından öne sürülen ve sonrasında özel görelilik ile Albert Einstein tarafından formüle edilen, uzayın ve zamanın bütünlük içinde olduğunu kabul eden bir kavramdır.

19. yüzyılda fizik bir kriz yaşıyordu: Hem mekaniğin (Newton) hem de elektromanyetizmanın (Maxwell) çok iyi kuramları vardı; ancak birbirleriyle uyumlu değillerdi. Işık elektromanyetik bir olaydı ve madde gibi mekanik kanunlarına uymuyordu. Albert A. Michelson (1852-1931) ve diğerlerinin 1880lerdeki deneyleri gösterdi ki ışık, kaynağının hızı ne olursa olsun her zaman aynı hızda hareket ediyordu.

Daha sonraki fizikçiler de çeşitli yöntemlerle bu sorunu çözmek için uğraştılar. 1892’de George F. FitzGerald (1851-1901) ve Hendrik A. Lorentz (1853-1928) birbirlerinden bağımsız olarak, duran bir gözlemciye göre ışık hızına yakın hızlarda hareket eden nesnelerin olduklarından daha kısa görüneceğini buldular.

1898’de J. Henri Poincaré (1854-1912) uzunluğu gibi zamanın aralığının da gözlemciye bağlı olabileceğini düşündü. Hatta 1904 yılında ışık hızının aşılamaz olabileceğini de söyledi.

Sırasıyla Michelson, FitzGerald, Lorentz, Poincaré

Ancak bu öncü biliminsanlarının hiçbiri parçaların tamamını birleştirip tek bir hikaye oluşturmadılar. Bu görev daha 16 yaşındayken ışık hızında hareket etmenin nasıl olacağını düşünmeye başlayan genç Albert Einstein‘a (1879-1955) kalacaktı.

1905’e gelindiğinde FitzGerald ve Lorentz çıkarımlarının tek bir varsayıma dayandığını bulmuştu: Fizik yasaları ve ışığın hızı, göreceli hareket durumlarına bakılmaksızın, tek tip hareket eden tüm gözlemciler için aynı olmalıdır. Yani, uzay ve zaman birbirlerinden bağımsız olamaz. Işığın hızının sabit kalabilmesi için birbirlerine dönüşüyorlardı. Bu nedenle FitzGerald ve Lorentz’in öngördüğü kısalma gerçekleşiyordu ve Poincaré’nin öngördüğü gibi hareket eden gözlemciler zamanı farklı ölçüyordu.

Sonucunda, onları ölçen gözlemcinin hareketine bağlı olduklarından uzay ve zaman görecelidirler. Işık ise her ikisinden daha temeldir. Bu düşünce Albert Einstein‘ın özel görelilik kuramını oluşturur.

Uzayzaman Konisi
Uzayzaman konisi

Albert Einstein’ın özel göreliliğinin bazı önemli çıkarımları vardır:

  1. Birbirlerine göre hareket eden iki ya da daha fazla gözlemci gerçekleşen bir olayın zamanı konusunda hemfikir olamazlar.
  2. Eğer ilk ifade doğru ise geçmiş, şimdi ve gelecek herkes için mutlak bir zaman değildir. Bir gözlemcinin geleceği, diğerinin geçmişi olabilir.
  3. Gözlemciler hareket ettiklerinden iki olayın arasını da farklı ölçerler.

Bu çıkarımlara göre eğer gözlemciler zamanı farklı ölçüyorlarsa, mutlak ve bağımsız bir zaman olamaz. Hermann Minkowski buradan zamanın uzayla bir bütün olduğunu ve bizim algıladığımız gibi evrenle birlikte akmadığını düşünmüştür. Yani geçmiş, şimdi ve gelecek uzayın bir parçası olarak hep vardırlar.

Güneş‘in ışığının Dünya‘ya düşmesi 8 dakika sürüyor. En yakın yıldız sistemi Alpha Centauri’nin ışığı ise 4.3 yılda bize ulaşıyor. Dolayısıyla uzaya baktığımızda gördüğümüz şeyleri aslında baktığımız zamandaki halleriyle görmüyoruz. Bize verilen bir zamanda tüm evrenin nasıl göründüğünü bilemeyiz. Buna ek olarak genişleyen uzay aslında uzayzaman olarak genişliyor ve işleri daha da karıştırıyor.

Zamanın genişlemesinin göreceli etkileri yüzünden, bizim “şimdi” diye isimlendirdiğimiz şey kurmaca bir kavram. Fiziğe göre zaman ne “akıyor” ne de “geçiyor”. Zaman olayların olma sırası da değildir! Zaman, uzayzamanın bir parçası olarak geçmişiyle de geleceğiyle de oradadır.

İkizler paradoksu da bunun bir örneğidir. İkizler paradoksunda ikizlerden biri neredeyse ışık hızında bir yolculuğa çıkar ve döndüğünde ikizinin kendisinden daha yaşlı olduğunu görür. İkizlerden biri için 1 yıl geçmişken, diğeri için 10 yıl geçmiştir. Bunun sebebi kozmik hız sınırı olan ışık hızını korumak için, hızlanan nesneler için zamanın yavaşlamasıdır.

Eğer ışık hızına yakın bir hızda seyahat edebilirsek geleceği görebiliriz; hatta ışık hızını aşarsak geçmişi de görebiliriz.

İşte bu nedenlerle Albert Einstein, “Fizikçiler için geçmiş, şimdi ve gelecek arasındaki ayrım sadece bir yanılsamadır.” demiştir. Bu kavramlar özel göreliliğe uygun değillerdir. Benzer şekilde, uzunluğun büzülmesinin göreceli etkileri yüksek hızlarda belirginleştikçe, bütün uzay anlayışımız da güvenilmez hale gelir.

Sonuç olarak nasıl ki Maxwell‘in elektromanyetizmasında elektrikle manyetizma, E = mc2‘de maddeyle enerji aynı şeyin farklı görünüşleriyse, uzay ve zaman kavramları da uzayzamanın farklı tezahürleridir ancak aynı şeylerdir.

Kaynak 1
Kaynak 2
Kaynak 3