Özel görelilik teorisini türetebilmek için Albert Einstein ışığın hızının tüm eylemsiz gözlemciler için temel bir sabit olduğunu varsaymıştı.
Albert Einstein özel görelilik teorisini 1905 yılında ışık hızına yakın hızlarda hareket eden cisimlerde oluşan garip etkileri ortaya koyacak şekilde yayınlamıştı. Bu garip etkiler Einstein’ın öngörüleri idi ve bu öngörüler neye dayanıyordu? Temelinde ne vardı?
KBT Bilim Sitesi’nde Özel Görelilik İlkesi ile ilgili ilk yazılarımızı hatırlayacak olursanız Albert Einstein’ın iki kabulü yani postülası vardı. İşte bu kabullerden ilki, temel fizik yasalarının sabit hızla hareket eden bütün referans çerçevelerinde aynı olduğu varsayımıydı. Yani evrenin bütün her yerinde fizik yasalarının sonuçlarında bir değişiklik olmamalıdır. Einstein’a göre evrenin bütün noktalarında aynı fizik yasaları hüküm sürüyordu, fizik yasalarının evrensel olduğu kabul edilir. İkinci kabul ise daha önemli olanı idi. Işık hızı sabit olmalıydı.
Einstein’ın 1905 yılında özel görelilik üzerine yayınladığı makalede ifade ettiği gibi, bir vakumda ışık hızı ışık kaynağının hızına bağlı olmaksızın değişmez temel bir sabittir. Einstein’ın bu varsayımın anlık bir sonucu herhangi bir referans çerçevesindeki eylemsiz duran gözlemciler için ışık hızının değerinin aynı ölçülecek olmasıdır.
Bİr Benzetme Olarak Trenlerle Düşünce Deneyİ
Çoğu kez konuları açıklamak için benzetmeler kurulur. Işık hızının neden sabit olduğuyla ilgili olarak da genelde trenlerin hızlarına göre durumları ele alınarak ışığın hızına yönelik bir ön bilgi verilir. Bu yazıda da benzer bir düşünce deneyinden bahsedeceğiz.
Einstein hareket eden trenleri kapsayan düşünce deneylerini sık sık yapardı ve bu düşünce deneyleri Einstein’ın ikinci varsayımının anlaşılmasında rol almıştır. Durgun bir gözlemcinin yanından saatte 100 kilometre hızla giden bir tren olduğunu ilk başta düşünelim. Sonra başka paralel bir ray üzerinden ikinci bir tren, bu defa ilk trene göre zıt yönde hareket ediyor olsun, hızı da yine saatte 100 kilometre. İkinci trendeki bir gözlemci ilk gözlemcinin yanından geçen trenin hızını saatte 200 kilometre olarak ölçecektir. Eğer ikinci tren ilk trenle aynı yönde aynı hızla hareket ediyor olsaydı bu defa ikinci trendeki gözlemci ilk trenin hızını saatte sıfır kilometre olarak ölçecektir. Işık hızından daha düşük hızlarda hareket eden trenler ve diğer cisimler için bağıl hızlar yönlerine göre ya toplanır ya da çıkarılır. Bu klasik göreliliktir. Ancak ışık hızına yakın hızlarda işler değişir.
Temel Bİr Sabİt Olarak Işık Hızı
Roketler ve ışık demetlerinden oluşan bir düşünce deneyini düşünelim. Bir ışık demeti uzak bir yıldızdan geliyor olsun, yıldıza göre de durgun bir gözlemci ışık demetinin hızını ölçerken saniyede 300 bin kilometre olarak ölçecektir.
Eğer ışığın hızı trenlerde olduğu gibi aynı yolla düşünülseydi, saniyede 200 bin kilometre hızla giden bir roketteki gözlemci eğer roket yıldıza doğru gidiyorsa, yıldızdan gelen ışığın hızını saniyede 500 bin kilometre olacak şekilde ölçecekti. Eğer roket yıldızdan uzaklaşacak bir rotada hareket ediyorsa, bu defa ışık demetinin ölçülen değeri saniyede 100 bin kilometre olması gerekirdi. Oysa ki, öyle değil.
Einstein ışığın hızının ölçülmesinin trenlerde olduğu gibi aynı düşünülemeyeceğini ortaya koydu. Tüm üç gözlemci, durgun durumdaki, yıldıza doğru hareket eden veya yıldızdan uzaklaşan gözlemciler gerçekte ışık demetinin hızını aynı ve saniyede 300 bin kilometre olarak ölçecektirler.
Işık hızı ve Özel Görelilik İlkesi ile ilgili KBT Fizik Çalışma Grubumuzun Türkçeleştirdiği bu videoyu izlemenizi öneririm:
Bir vakumda ışığın hızının temel bir sabit olduğunun varsayılmasıyla sabit bir hızda hareket eden tüm gözlemciler ışığın hızını aynı ölçerler. İşte Einstein’ın özel görelilik teorisinden türetilen ve evrene olan bakış açımızı değiştiren önemli sonuç.
Özel görelilik ilkesi ile ilgili yazı dizimizi altı yazı ile tamamlamış bulunuyoruz. KBT Bilim Sitesi’nde evrenin işleyişinde söz sahibi olan diğer kanunlarını anlamaya ve kavramaya devam edeceğiz…
Gökhan Atmaca, MSc. twitter.com/kuarkatmaca | facebook.com/anadoluca
Kaynak: Paul A. Heckert, Constant Speed of Light in Einstein’s Special Relativity Theory, Suite101, Şubat’14
