Zaman genişlemesi Albert Einstein’ın özel görelilik ilkesinin öngördüğü tuhaf etkilerinden biri olarak karşımıza çıkıyor.
Gözlemci ile gözlenen arasındaki bağıl hareketin sonucunda zaman aralıklarının ölçümünde değişimler olabilir. Durmakta olan bir gözlemci için iki saat düşünelim. Biri hareket ediyor olsun ve diğeri de hareketsiz, sabit bir şekilde kalan bir saat olsun. Einstein’ın özel görelilik ilkesine göre, durmakta olan bir gözlemciye göre hareket eden saat duran saate göre daha yavaş işler. Böylece hareket eden saat için zamanın genişlediğini söyleyebiliriz. Basit bir ifadeyle, hareketli bir saat durgun bir saate oranla daha yavaş çalışır.
Albert Einstein’ın yaptığı gibi, zaman genişlemesi bir düşünce deneyi ile açıklanabilir. Duran bir gözlemci ve ışık hızına yakın hızlarda hareket eden bir roketteki yolcuyu düşünelim. Roketteki bir kişi roket üzerinde geçen iki olay arasındaki zaman aralığını t’ olarak bulursa, duran gözlemci için bu iki olay arasındaki zaman aralığını t olarak ölçer. Bu roketteki yolcunun kendi referans sistemi içinde geçen iki olay arasındaki geçen zaman olan t’ burada asıl zamandır. Başka bir referans sistemindeki duran bir gözlemci tarafından gözlenen bu iki olay başka yerlerde (referans sistemlerinde) olduğu için iki olayın arasındaki zaman gerçek zamanından (asıl zamanından, t’) daha uzun bir sürede gerçekleşmiş gibi görünür. Bu etki de zaman genişlemesi olarak adlandırılır.
Özel görelilik ilkesi ile ilgili matematiksel formüllerde sık sık kullanılan gama faktörü şöyle ifade edilir:
gama = 1/(√(1-v²/c²))
Bu formülde, v hareketli cismin hızı ve c ışık hızını temsil eder. Karekök içindeki v hızı asla c ışık hızını geçmemelidir. Yoksa karekök ifadesi matematiksel olarak reel olmaz.
Zaman genişlemesi etkisi de şöyle matematiksel olarak yazılabilir:
t= gama t’
Burada t’ gerçekte akan asıl zamanı temsil eder ve hareket eden referans sistemindeki bir gözlemci tarafından ölçülen zaman aralığıdır. t zaman aralığı ise farklı bir referans sisteminde bir gözlemci tarafından ölçülen zamandır.
Zaman Genişlemesinin Deneysel Doğrulanması
Zaman genişlemesi garip görünüyor olabilir. Çünkü bu etkiler asla ulaşamayacağımız ışık hızına yakın hızlarda sadece önemlidir. Ancak yüksek enerji fizikçileri temel atom altı parçacıkları ışık hızına yakın hızlara kadar hızlandırabiliyorlar. Böyle parçacıkların çoğu, müonlar gibi çok kısa yaşam ömürlerine sahiptirler ve hızlıca diğer parçacıklara bozunurlar. Temel atom altı parçacıklar ışık hızına yakın hızlara ulaştıklarında, onların yaşam ömürleri özel görelilik ilkesinin öngördüğü gibi uzun olur.
Muon veya müon adı verilen bu temel parçacıklar 1947’de yeryüzüne gelen kozmik ışınlarda keşfedildiler. Laboratuvarda durgun bir muonun ölçülen yarı yaşam süresi 0,0000022 saniyedir. Atmosferin üst katmanlarından yeryüzüne doğru yol alan muonların çok hızlı, diyelim ki ışık hızına yakın hareket ettiğini kabul edecek olursak, muonların daha yeryüzüne ulaşmadan bozunmalarını beklerdik. Halbuki kozmik muonlar yeryüzüne ulaşıyorlar. Bu olay, yeryüzündeki laboratuar gözlem çerçevesine göre kozmik muonların çok hızlı hareket halinde olmalarıyla ve bu nedenle yaşam sürelerinin, durgun yaşam süresinden daha uzun olmasıyla açıklama buluyor.
1972 yılında da basit bir yöntemle zamanın genişlemesi olgusu denenmiştir. Bu denemede çok hassas bir sezyum saati bir uçakla dünya etrafında uçurulmuş ve zaman genişlemesi yüzde 10’a yakın bir hata payı ile doğrulanmıştır. Günümüzde artık zamanın genişlemesine dair en ufak bir kuşku kalmamıştır.
Hareketli saatlerin durağan saatlere göre yavaş çalışmasıyla açıklanan zaman genişlemesi hayatımızın aslında hemen hemen her anında var olan bir olgudur. Tıpkı metro istasyonunda siz istasyonda durağan halde iken hareket eden metronun içindeki insanların saatlerinin sizinkinden yavaş çalışması gibi. Ancak bizim dünyamızda hızlarımızın ışık hızından çok daha az olması nedeniyle bu zaman farkı çok çok küçük olmaktadır.
Gökhan Atmaca, MSc.
Twitter: twitter.com/kuarkatmaca
Instagram: instagram.com/anadoluca
Kaynaklar:
- Paul A. Heckert, Time Dilation in Einstein’s Special Theory of Relativity, Suite101.com
- Arthur Beiser, Çev: Gülsen Önengüt, Modern Fiziğin Kavramları, Akademi Yayıncılık, 1997
