GÖZLEMCİ ÇERÇEVESİ ve IŞIK HIZI

E = mc² formülünü ortaya çıkarma/kanıtlama yolunda ikinci aşamaya geçiyoruz. En son yayımlayacağım E=mc² ispat metni hariç bu ve gelecek metinler MOMENTUM metninde ki gibi matematiksel olmayacak fakat beyninizi yine de yormanız gerekecek. E ne de olsa Einstein’in ünlü formülünün yolunu takip ediyoruz ve müsâde edin ki bu yol birazıcık zahmetli olsun değil mi, adam onyıllarını vermiş bu formülleri bulabilmek için Mükafat olarak metinlerimi ‘can kulağıyla dinlediğiniz’de ve tam olarak anladığınızda hareket eden cisimlerin zamanlarının neden yavaşladığını dahi tam anlamıyla anlayacaksınız.

Işık hızının sabit olduğu ifâdesi ilk bakışta pek özel olmayan birşey gibi gözükse gerek, çünkü ışık hızının sabitliği ilk planda bir arabanın hep aynı hızla ilerlemesine benzetilebilir. Işığın hep aynı hız ile yol almasının ne ehemmiyeti olabilir ki? Haklısınız! Yaptığım ifâde de bir eksiklik var zaten. Doğru olarak şöyle demem gerekirdi:

Işık hızı her gözlemci çerçevesi için aynı hıza sahiptir!

Bu ifâde ile herşey tamamiyle değişiyor! Şimdi tabi ‘gözlemci çerçevesi’nin ne olduğunu izah etmemiz gerekiyor herşeyden önce. Bu kavram türkçe de belli ki insanlara (gözlemci bakımında) göre isimlendirilmiştir fakat gözlemci çerçevesi sadece insanlar için değil herhangi bir cisim için de geçerlidir. Buna göre her yaşayan ve yaşamayan cismin (biz buna genel olarak ‘nesne’ diyelim) içinde olduğu bir gözlemci çerçevesi vardır. İki ve daha fazla nesne aynı gözlemci çerçevesinde olabilirler. Peki bır gözlemci çerçevesi ile başka bir gözlemci çerçevesinin arasında ki fark nedir? Bu çok kolay cevaplanabilecek fakat cevabının yine de anlamaşılması zor olabilecek bir sorudur ki iki gözlemci çerçevesini birbirinden ayıran tek fark birbirlerine olan farklı hareket halleridir. Yani iki cisim birbirlerine göre hareketsiz iseler aynı gözlemci çerçevesinde bulunuyorlar demektir, aksi taktirde ayrı gözlemci çerçeveleri içindedirler.

Örnek (resime de bakınız): İki kişi resimdeki B şahsı gibi tren istasyonunda durmaktadırlar. Bir tren yanlarından belli bir hızla geçiyordur. Bu sahnede ki gözlemci çerçevelerini sayalım: Tren istasyonunda bekleyen iki kişi eğer yerlerinde kıpırdamadan duruyorlarsa aynı gözlemci çerçevesi içindedirler ve aynı anda tren istasyonu, raylar ve basit olarak bütün dünya bu iki insanla aynı gözlemci çerçevesindedirler çünkü birbirlerine göre hareketsizdirler. Fakat tren ve içinde ki yolcular istasyonda bekleyenler ile aynı gözlemci çerçevesinde değildirler, onlar başka bir gözlemci çerçevesi içindedirler. Tren ve içinde ki yolcular tren istasyonuna göre hareket halindedirler ve bu hareket hali onları başka bir gözlemci çerçevesinde kılar çünkü tren ve resimdeki A şahsı gibi yolcuları dışarıda bekleyen kişilere göre hareket halindedirler. Tren ve yolcuları ve trenin içinde ki bütün nesneler istasyondakilere göre aynı hareket halinde oldukları için ayrı bir gözlemci çerçevesi içerisindedirler. Yani bu sahne de iki ayrı gözlemci çerçevesi vardır. Birisi istasyonda bekleyenlerin içinde olduğu ve öbürü de tren ve içindekilerinin içinde olduğu gözlemci çerçevesi dir. Aynı ‘hareket hali’ dediğim zaman sadece hızların değil istikametlerin de aynı yönde olduğunu kastediyorum. Çünkü düşünün: Öbür rayda karşı taraftan bir tren geliyor. Trenler aynı hızda ilerleseler dahi istikamet yönleri ters olduğu için klasik fizikte birbirlerine göre hızlarının iki katı hızla hareket ederler. Yani aynı gözlemci çerçevesinden bahsetmek mümkün değil. Bu demektir ki iki cismin hem hızları hem de istikametleri (yani hareket halleri) aynı olmalı aynı gözlemci çerçevesi içinde olabilmeleri için.

Anlaşılacağı gibi sonsuz sayıda gözlemci çerçevesi vardır. En küçük hız ve istikamet değişimi prensip olarak başka bir gözlemci çerçevesi demektir. Mesela siz sokakta yürürken bile ayaklarınız gövdenize ve kafanıza nazaran çoğu zaman başka ve devamlı değişen gözlemci çerçevelerindedirler çünkü bir öne bir arkaya savurursunuz ayaklarınızı yürürken fakat gövdeniz devamlı öne doğru gider.

Şimdi bu bilgiler ışığında yukarıda yazdığım cümleye tekrar bakalım: Işık hızı her gözlemci çerçevesi için aynı hıza sahiptir! Yani nasıl hareket ederseniz edin belli bir ışının hızını ölçtüğünüzde hep aynı sabit hızı tespit edeceksiniz. Bu hız saniye de yaklaşık üçyüzbin kilometredir. Bunun ne mânâya geldiğini bazılarınız daha tam anlamamış olabilir. O zaman bir örnek daha verelim:

Yukarıda verdiğim örnekte ki sahneye bir şey daha katalım. Tren istasyonunun biraz uzağına trenin gittiği istikamete doğru bir ışık kulesi yerleştirelim ve kulenin ışığını açalım. Bu ışık tabii ki her istikamete yayılacaktır ve kuleye göre yukarıda belirttiğimiz gibi saniyede 300.000 km ile yol alacaktır. Peki ışığın hızı istasyonda bekleyenler için kaçtır? İstasyonda bekleyenler kuleye göre kıpırdamadıkları için ışık onlara tabii ki saniyede 300.000 km ile ulaşacaktır. Yani istasyondakiler ışığın hızını 300.000 km olarak ölçeceklerdir. Peki ışığın hızı tren de seyahat edenler için kaç olacaktır? Belirttiğim gibi kule trenin gidiş istikametinde olduğu için tren ve yolcuları kulenin saçtığı ışığa doğru yol alıyorlar. Klasik düşünceyle trende yol alanlar ışığın hızını saniyede 300.000 km değil daha hızlı olarak tespit etmeleri gerekiyor çünkü ışık hızının üstüne bir de trenin yol alma hızı biniyor. Fakat ‘Işık hızı her gözlemci çerçevesi için aynı hıza sahiptir’ cümlesinin dediğine göre trende yol alanlar da ışık hızını 300.000 km olarak tespit edeceklerdir! Bu durumda trenin yol alma hızının hiç bir önemi yoktur. Yani tren isterse ışığa doğru saniyede 200.000 km ile yol alsa dahi ışık yolcular için saniyede 300.000 km hızda olacaktır. İsterse tren ters istikamete, yani ışığın gittiği istikamete doğru yol alsın. Bu durumda tren yolcuları birnevi ışıktan kaçmakta olacaklardır; fakat bu durumda dahi yolcular ışığın hızını saniyede 300.000 kilometre olarak tespit edeceklerdir. Burada da trenin hızınin bir önemi yoktur. Işık hızı her nesne ve her hareket durumu (yani her gözlemci çerçevesi) için hep 300.000 km dir!

Bu fenomen sadece deneyler bazında bulunmuştur. Einstein’in dahiliği de bu fenomeni doğru bir şekilde yorumlaması ve hesaplarına katmış olmasıdır. Einstein’in ışık hızının sabitliğinden yola çıkarak bulduğu fiziksel gerçeklerin en önde gideni de E=mc² denklemidir. Peki ışık hızının normal yaşamımızda edindiğimiz tecrübelere tamamen aykırı olan bu tuhaf özelliğini nasıl anlayabilir ve açıklayabiliriz? Yazı dizimi takip etmeye devam ederseniz hepsini açıklayacağım! Teşekkürler!

 Yazar: İlker Savaş