Ether veya aether Yunanca kökenli sözcük olup göğün maviliği manasına gelmektedir. Esir olarak Türkçe’de yer alan bu kelime insanların merakından türemiştir.
Gece karanlığında gökyüzünde parlayan cisimlerin ne olduğu ve onların neden düşmediği üzerine sorular esir ile ilgili ilk merak dolu sözlerdir. O parlak cisimler düşmediğine göre bir maddenin üzerinde durmalıydı. Modern felsefenin kurucusu Descartes, evrendeki olası boşluğu madenin ve mekânın varlığına ters düştüğü gerekesiye reddetmiş ve evrenin su gibi bir madde ile kaplı olduğunu söylemiştir.
Daha sonraları ışığın özellikleri anlaşılması ve Newton mekaniği esirin felsefe konusu olmaktan çıkıp bilimin en merak edilen konuları arasında yer almıştı. Işık hızının sonlu olduğu anlaşılması ile ışığın –ses dalgalarının havada yayıldığı gibi- nerde yayıldığı sıradaki soruydu. Eğer sorunun cevabı esir ise ışığın gözlemcilere göre hızı değişir miydi? Hareketli ve büyük bir kütle, esnek olan esirde dalgalanmalara neden olup ışık hızında farklı veriler elde edilecek miydi?
Michelson ve Morley’in esiri kanıtlamak için yaptıkları ancak deney sonuçlarının esirin olmadığını göstermesi bilim tarihinde dâhice yazılmış bir öyküdür. Bu öyküyü bilim adamlarının hayatlarını ve yaptıkları deneyi tanıyarak inceleyeceğiz.
Michelson Ve Morley’den Önce Esir Anlayışı:
Esir üzerine düşüncelerin Platon’dan itibaren başladığı sanılıyor. O yıllarda bilimin deneysel yönünün gelişmemiş olması nedeniyle esir (ether) deneylerle kanıtlanamadı ve felsefe olarak yetinildi. Daha sonraları ışığı parçacık akışı olarak tanımlayan Descartes ve Newton kuramlarında esire yer verdiler. Işık hızına dair bir bilgi o zamanki düşünürlerin elinde olmadığından esirle ilgili bir çıkarım yapmak zordu. İlk başarılı ölçüm Danimarkalı Olaus Roemer tarafından yapılmıştır. Roemer 1975’te Jüpiter ile Dünya arasındaki mesafenin artıp azalması süresi içinde bu iki gezegenin uydularının tutulma periyotları arasındaki sürenin değiştiğini fark ederek deneyini yapmak için iyi bir gözlem yapmış oldu. Eğer ışık hızı sabit ve sonlu ise iki gezegen birbirine yaklaştıkça ışık Dünya’ya, uzak olduğundan daha kısa sürede ulaşacaktır. Bu varsayımlar Roemer’e 1676 yılındaki deneyi için öncü olmuştur. Deney sonucunda ışığın hızını 300.000 km/sn olarak bulmuştur.
Sonuç hakkında şüphe uyandırmayacak uygun şartlar altında ışık hızı net bir şekilde ölçülmeliydi. Fizeau’nun düzeneği en güvenilir sonuç verecek düzenek olarak görüldü:
1849’da Fizeau, ışığı sürekli açılıp kapanan bir delikten geçirdi ve uzaktaki aynadan yansıdıktan sonra ışık tekrar deliğe yöneliyordu. Eğer delik o anda açıksa ışık düzeneği terk ediyordu. Fizeau düzeneğini geliştirerek daha sonra dişli çark kullandı. Çark dişlilerinin arasındaki aralıkları açılıp kapanan delikler olarak tasarlamıştı. Işık bir aradan geçip karşıdaki aynadan yansıdıktan sonra uygun olan aralıktan çıkmaktadır. Aynayla çarkın arasındaki mesafe ve çarkın hızı bilindiğine göre ışığın hızının hesaplanması mümkündür. Fizeau’nun deney sonuçları Roemer’in hesaplarıyla tutarlıydı. Deney sonuçları ışığın hızını 313.000 km/sn olarak gösterdi (Günümüzde 299.792 km/sn’dir).
Newton ve Descartes ışığın parçacık kuramını savunuyordu. Zamanla parçacık kuramı yerini dalga kuramına bıraktı. Young’un yaptığı deneyle Maxwell’in elektromanyetik kuramının esiri işaret ettiği düşünülmekteydi. Young, ışığı; Newton’un aksine daha genç yaşta sudaki dalgalar olarak tanımlamıştı.
19. yy’ın ilk yarısında Maxwell’in kuramı beraberinde ışığın uzayı kaplayan esnek bir ortamda yayılıyor olabilme ihtimalini getirdi. Işığın enine dalgalar şeklinde yayıldığı görüşü esirin katı olması gerektiğini söylüyordu. Çünkü enine dalgalar katı bir ortamda yayılabilirdi. Katı ortam gerekliliği esire olan güveni az da olsa sarsmıştı.
Aynı zamanda bazı bilimsel gerçekliklerin esirin varlığını işaret ettiği düşünülüyordu. Gerçekliklerden bazılarının Newton’un ünlü yasalarında olduğu esire inanlar tarafından kabul görmüştü. Newton’un mekanik evreni Galileo değişmezi denilen matematiksel bir ilkeye sahiptir. Newton’un hareket yasaları, göreli hızları ne olursa olsun her cisim için geçerlidir ve böylece bir cismin mutlak hareketini hesaplamak için mekanik bir yol bulunamaz.
Newton Yasaları, uygulanan sistemlerin hareketleri nasıl olursa olsun her zaman aynı ise galaksimizin hareketli mi, durağan mı olduğunu saptayamayız. Ancak ışık durağan esirdeki titreşimler ise esiri hareketli cisimlerin ölçülmesine olanak sağlayan sabit bir zemin olarak düşünebiliriz. Bir Newton Yasası daha esirin olması gerektiğini söyler: Kütleçekimi.
“Eğer bir kütle, uzayda kendisinden uzak mesafelere çekim alanı oluşturabiliyorsa, alanı kaplayan ve çekimin iletilmesini sağlayan bir esir olmalı.”
Esirin özelliğini bir kez daha vurgulayacak olursak; ışık esirde sabit bir hızla ilerler; eğer ışıkla aynı yönde gidiyorsak ışığın hızı daha düşük, ışıkla ters yönde gidiliyorsa ışık hızı bize (gözlemciye) daha hızlı görünür.
Edward Williams Morley:
Morley, New Jersey’de 29 Ocak 1838’de doğdu. Western Reserve Üniversitesi’nde profesör ve bilim adamıydı. Amerika’daki bir iç savaşta donanmada sağlık komisyonu için çalıştı. 1882’de Cleveland’da Uygulamalı Bilimler Okulu’nda çalışmaya başladı. Bundan itibaren E.Morley çalışmalarını profesör olarak Batı Üniversitesi’nde sürdürdü. Michelson ve Morley 1884’te tanıştı. Morley tanışmalarından önce 1878 ile 1882 yılları arasında atmosferdeki oksijen derişimi üzerine çalıştı. Oksijenin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin kesin olarak belirlenmesi ile ilgili kimyasal ve meteorolojik sorunlara eğildi. Kimyaya ilgisi nedeniyle spektroskopiye ve parazit olgusuna ağırlık verdi. 1882 ile 1883 yıllarında hidrojen ile oksijen atom ağırlıklarını saptamaya çalıştı. Albert Abraham Michelson ile girişimölçer (interferometre) üzerine çalıştılar ve sonuca başarıyla ulaştılar.
Albert Einstein’ın sonraki çalışmalarını beraber yürütmek üzere vakıf düzenlediler. A.A Mıchelson ile yaptığı meşhur deneyi Einstein’ın Özel Görelilik teorisi üzerinde önemli bir rol teşkil etmiştir.
1895 yılında bilimsel ilerlemeyi sağlamak için Amerikan Derneği’ne ve Amerikan Kimyasal Topluluğu’nda (1899) başkanlık yaptı. 1902’de kura ile belirlene Kimya dalında Nobel Ödülü’nü 2.olarak aldı. 1906’da profesörlüğünden emekliye ayrıldı. 1907’de Kraliyet Topluluğu’ndan Londra’da Rumford Madalyası’nı aldı.
1906 yılında emekli olduktan sonra yaşamını Connecticut’ta geçirmeye karar verdi.
Albert Abraham Michelson:
Albert Abraham Michelson
Albert Abraham Michelson, 19 Aralık 1852’de Prusya’da, Strelno’da doğdu. Michelson daha bebekken ailesi ile birlikte Birleşik Devletler’e göçtü. Orta Öğrenimi’ni tamamlamak için San Francisco’ya yerleşti. Girişte sorun yaşamasına rağmen Annopolis’teki Birleşik Devletler Deniz Akademisi’ne Başkan Grant’ın özel adayı olarak girebildi. Donanmadayken çıktığı bir açık deniz seyahatinden döndükten sonra bilimsel araştırmaya yöneldi ve fizik bilimleri dalında öğretim görevlisi olarak çalışmak üzere Akademi’ye döndü.
1878’de ışık hızını ölçmek için deney yaptığı sanılmaktadır. 1880 ile 1882 yılları arasında çeşitli Avrupa Üniversiteleri’nden lisansüstü eğitim aldı. Bunlardan en önemli görüleni Berlin’deki Hemholtz’dur. Işık ile ilgili deneylerinden birinin teçhizatını Alexader Graham Bell’in karşılaması ile ışık dalgalarından oluşan parazitlerin optik etkilerini araştırmaya koyuldu.
1887’de ışık dalgasını uzunluk ölçüsü olarak gösterdi. Paris’teki Uluslar arası Ağırlıklar ve Ölçüler Bürosu’na ayar metresinin uzunluğunun, Cadmium (Kadmiyum) tayfındaki dalgaların fonksiyonu olduğunu kabul ettirdi. 1889-1891 yılları arasında Jüpiter’in uydularının çapını ölçtü. Daha sonraları gelişmiş teknikleri de kullanarak dev kırmızı yıldızların çapını ölçmeye çalıştı.
Michelson’un çalışmaları hep takdir aldı. Kraliyet Topluluğu tarafından Copley Madalyası ile ödüllendirildi. Amerikan Fizik Derneği Başkanlığı’na seçilir, 1907’de ise Nobel Ödülü’nü alır. Bu ödül Michelson’a ilk Nobel Ödüllü Amerikan vatandaşı unvanını getirir.
Michelson-Morley Deneyi:
Bilimde bir teoriyi çürütmek için ona karşı bir kanıtınız olmalı. Kanıt yoksa teori geçerliliğini sürdürür. İki bilim adamının yaptığı deneyden ölçülebilir fakat istenmeyen sonuçlar ortaya çıktı.
Esir, daha önce de bahsettiğimiz gibi iki bilim adamından çok daha önce de varlığı kabul görülmüştü. İşin ilginç yanı, deneyin Michelson ve Morley tarafından esir kanıtlanmak için yapılmasıdır. Ancak veriler gösterir ki esire ihtiyaç yok. Michelson ve Morley esirde hareket eden bir nesnenin onu dalgalandıracağını düşündüler. Deneyleri için, Dünya’nın Güneş etrafındaki eliptik hareketinden faydalandılar. Dünya esir içinde hareket ediyordu ve esirde dalgalanmalar olacaktı. Dünya’nın hareket yönünde gönderilen ışığın hızının azalması gerekirdi.
Deney, daha önce konusu geçen interferometre (girişimölçer) kullanılarak yapılmıştır. Işık kaynağında çıkan ışınlar 450’lik açıyla duran yarı gümüşlenmiş ayna tarafından ikiye ayrılır. İki ışından biri dünyanın hareket doğrultusunda, diğeri ise hareket doğrultusuna dik açı yaparak ilerliyor. Esirin varlığının kanıtlanması için iki ışın arasında hız farkı olmalıydı. Çünkü Dünya’nın Güneş etrafında ortalama hızı 30km/sn, dolayısıyla Dünya’nın hareketi doğrultusunda gönderilen ışığın hızı (300.000-30) 299.970km/sn olarak ölçülmeliydi. Hareket doğrultusuna dik gönderilen ışık ise esirdeki dalgalanmalardan etkilenmeyecek ve aralarında hız farkı olacaktı. Ancak Michelson ve Morley deney sonuçlarında günlük veya yıllık hiçbir fark bulamadı.
Deney sonuçlarına dayanarak ısrarla esir vardır dersek karşımıza 2 seçenek çıkar:
- “Dünya hareket etmiyor.” Ki bundan şüphelenen yoktur.
- “Esir, Dünya ile birlikte hareket içerisindedir.”
Esirin bir gezegenin hareketini izlemesi tatmin edici bulunmadığından esirden vazgeçilmiştir. Buna rağmen esirin kanıtlanması için hem Michelson hem de diğer bilim adamları araştırmalarını yıllarca sürdürdü.
Esirden vazgeçilmeli, şeklindeki yargıyı bir kez daha düşünmek için ortaya bir fikir daha atıldı. Irlandalı fizikçi Geoege FitzGerald ve Hollandalı fizikçi Hendrik Lorentz, Michelson-Morley deneyinden yola çıkarak esir içinde hareket eden cisimlerin hızlarıyla doğru orantılı olarak boylarının kısaldığını ve saatlerin yavaşlayacağını matematiksel olarak gösterdiler. Kişi esirde hangi yönde hareket ederse etsin ışık hızının aynı ölçüleceğini öne sürdüler. Fitz Gerald ve Lorentz esirin Michelson-Morley deneyi ile yanlışlanmadığını, bunun sadece esirin bir sonucu olduğunu düşündüler ve esiri somut bir nesne olarak kabul ettiler.
Şimdiye kadar anlatılanlar sadece esirin olup olmadığı hakkındaymış gibi görülse de tüm bu deneyler ilerleyen yıllarda bir devrimde yer alacaktır. Lorentz dönüşümleri fizikte yeni bir dönem açacaktı. Fiziğin temellerini sarsan ve bilinen birçok şeyi değiştiren kişi; Albert Einstein oldu. Ilk olarak “Hareketli Cisimlerin Elektrodinamiği Üzerine”, daha sonra Özel ve Genel Görelilik Teorisi ile fizikte yeni bir çağ açtı. Tabii bu köklü değişim esiri de etkiledi. Einstein 1905 haziranında yayınladığı makalesinde, bir kişinin uzayda hareket edip etmediğini belirleyememesi durumunda, esir görüşünün gereksiz olduğunu ileri sürdü. Bu görüş yerini,”Bilim kanunlarının, serbest biçimde hareket eden gözlemciler tarafından aynı görünmesi gerekir” varsayımına bıraktı. Işık hızı hareketten bağımsız ve her yönde aynı olmalı sonucu ortaya çıktı. Gözlemcilerin hızı ışık hızını etkilemeyecekti. Einstein’ın sözüne göre esir yoktur diyemeyiz, çünkü Einstein esirin tespit edilebilir sonuçları olmadığından onu lüzumsuz gördü. Einstein’ın şu sözleri yukarıdaki esirin olması gerekmediğini belirten düşüncesiyle örtüşmüyor: “Esir olmaksızın Genel Görelilik Kuramı düşünülemezdir.”
Talha Zafer | Tarih: 16.09.2007
Sakarya Üniversitesi Fizik Bölümü
Kuark Bilim Topluluğu
Kaynaklar:
- Büyük Bilimsel Deneyler, Rom Hare, TÜBİTAK Yayınları
- Ceviz Kabuğu’ndaki Evren, Stephan Hawking
- Modern Fiziğe Giriş-1: “Yeni bir dünya doğuyor!”, Gökhan Atmaca-Talha Zafer, KBT Yayın
- http://ee.uludag.edu.tr/~burakpolat/bilima…glar_gunduz.pdf
