Boş Uzay Gerçekten Boş mu? Esir Nedir?

282

Bazı keşifler sorulara cevap getirir. Bazı keşifler o kadar derindir ki, sorulara yepyeni bir ışık tutar ve daha ön­ce bize gizem gibi görünen şeylerin, bilgi eksikliği nede­niyle öyle algılandığını gösterirler. Tüm yaşamınızı antik çağ­larda bazılarının yaptığı gibi- Dünya’nın kenarına vardığınızda ne olacağını veya Dünya’nın altında kimin ya da neyin yaşadığı­nı bulmaya çalışarak geçirebilirsiniz. Ama Dünya’nın yuvarlak olduğunu öğrendiğinizde, önceki gizlerin çözülmediğini, geçer­siz hale geldiklerini görürsünüz.

Yirminci yüzyılın ilk yirmi yılında Albert Einstein iki büyük keşif yaptı. Bu keşiflerden her biri uzay ve zaman kavrayışımı­zı altüst etti. Einstein Newton’un diktiği değişmez yapıları yıktı ve uzayla zamanı hiç umulmadık bir biçimde birleştirerek ken­di kulesini dikti, işini bitirdiğinde zaman uzayla o kadar iç içe girmişti ki, birinin varlığı olmadan diğeri düşünülemiyordu bile. Dolayısı ile yirminci yüzyılın üçüncü on yılından başlayarak, uzayın elle tutulabilir olup olmadığı sorusunun modası geçmişti. Birazdan ele alacağımız gibi, soru Einstein’ın yaklaşımıyla ifade edilecek olursa “uzay-zaman bir şey midir” şeklinde değişmişti. Bu görünüşteki küçük değişiklikle, gerçekliğin alanı konusun­daki kavrayışımız tamamen dönüştü.

Yirminci yüzyılın başlarında Einstein’ın yazdığı görelilik oyu­nunun başrolündeki oyuncu ışıktı. Einstein’ın görüşleri için sahneyi hazırlayan ise James Clerk Maxwell’in çalışmalarıydı. 1800’lerin ortalarında Maxwell ilk kez elektriği, manyetizma­yı ve bunların yakın ilişkilerini kavramamızı sağlayan kuramsal bir çerçeve oluşturan dört denklem keşfetti. Maxwell bu denk­lemleri, 1800’lerde elektriğin ve manyetizmanın o zamana ka­dar bilinmeyen özelliklerini ortaya çıkaran on binlerce deney ya­pan İngiliz fizikçi Michael Faraday’ın çalışmalarını büyük bir dikkatle inceleyerek geliştirdi. Faraday’ın en önemli atılımı alan kavramıydı. Sonraları Maxwell ve başkaları tarafından genişle­tilen bu kavram, fiziğin son iki yüzyıldaki gelişiminde çok etki­li olmuştur ve günlük hayatta karşılaştığımız pek çok küçük gi­zemin altında yatan da bu kavramdır. Havalimanında güvenlik kontrolünden geçerken, nasıl oluyor da bir makine size dokun­madan madeni bir eşya taşıyıp taşımadığınızı ortaya çıkarabi­liyor? MR çektirirken nasıl oluyor da dışınızdaki bir alet, vü­cudunuzun içinin fotoğrafını çekebiliyor? Pusulanın ibresi na­sıl oluyor da hiçbir şey onu itmediği halde dönüp kuzeye yöne­liyor? Bu son soruya verilen yanıt hep bunun nedeninin yerkü­renin manyetik alanı olduğudur, işte bu manyetik alan kavramı önceki iki örneğin de açıklanmasına yardımcı olur.

Manyetik alanın ne demek olduğunu, ilkokullarda yapılan, bir kâğıt parçasının üzerine yerleştirilmiş çubuk mıknatısın et­rafına serpiştirilmiş demir tozlarının aldığı şekli gösteren deney­den daha iyi anlatan başka bir şey yoktur. Kâğıdı biraz sallarsa­nız demir tozları Şekildeki gibi düzenli bir şekil alarak mıknatısın kuzey kutbundan güney kutbuna uzanan yaylar oluştu­rur. Demir tozlarının oluşturduğu örüntü, mıknatısın, çevresin­deki uzayın her noktasını kaplayan bir şey, örneğin metal tozla­rı üzerine kuvvet uygulayabilen bir şey yarattığının doğrudan kanıtıdır. Bu görünmez şey manyetik alandır, sezgilerimizegö­re uzayın bir bölgesini dolduran ve mıknatısın fiziksel varlığının ötesinde bir kuvvet uygulayabilen bir sis ya da öz gibi bir şey­dir. Manyetik alan mıknatısa, ordunun diktatöre ya da hesap müfettişlerinin vergi dairesine verdiği şeyi verir: Fiziksel sınırla­rının ötesinde bir etki. Böylece kuvvet uzaktaki “alanda” da et­kir. Manyetik alana aynı zamanda kuvvet alanı denmesinin ne­deni de budur.

Manyetik alanları o kadar yararlı kılan uzayı dolduran, nüfuz edici özellikleridir. Havalimanlarında kullanılan metal detek­törlerinin manyetik alanları giysilerinizden geçerek, üzerinizde­ki metal cisimlerin kendi manyetik alanlarının ortaya çıkmasını sağlar; bu manyetik alanlar da gerisin geriye detektörü etkileye­rek alarm düdüğünün çalmasına neden olur. MR cihazının man­yetik alanı vücudunuza nüfuz edip belirli atomların belli bir şe­kilde dönerek kendi manyetik alanlarını üretmesini sağlar; ma­kine de bu alanları algılayarak dokuların fotoğraflarına dönüştü­rür. Yerkürenin manyetik alanı pusulanın kabından geçerek iğ­nesini döndürür ve iğnenin, çağlar süren bir jeofiziksel süreç so­nunda kuzey-güney doğrultusunda konumlanmış yerküre man­yetik alanına paralel durmasına neden olur.

Manyetik alanlar tanıdığımız türden alanlardır, ama Faraday bir başka alanı daha incelemiştir: Elektrik alanı. Yün atkınızın çıtırdamasına, halı kaplı bir odada yürüdükten sonra elinizi me­tal kapı tokmağına uzattığınızda elinize kıvılcım atlamasına ve gök gürültülü, şimşekli bir fırtına sırasında yüksek bir dağday­sanız eğer cildinizin karıncalanmasına neden olan, işte bu alan­dır. Eğer böyle bir fırtına sırasında bir pusulanın iğnesine baka­cak olsaydınız, şimşek çaktıkça ya da yakınlara bir yerlere yıldı­rım düştükçe iğnenin bir o yöne bir bu yöne döndüğünü görür­dünüz, bu da size elektrik alan ve manyetik alan arasındaki iliş­ki konusunda ipucu verirdi. Bu ilişkiyi ilk kez Danimarkalı fi­zikçi Hans Oersted keşfetmiş, Faraday da özenle hazırladığı de­neylerle etraflıca araştırmıştır. Nasıl menkul kıymet borsasındaki gelişmeler hisse senetlerini etkiler, bu da tekrar borsayı etki­lerse, bu bilim insanları da aynı şekilde bir elektrik alandaki de­ğişikliğin yakındaki manyetik alanda değişikliğe neden olduğu­nu, bu değişikliğin de elektrik alanda değişiklik yapabileceğini buldular. Maxwell bu karşılıklı ilişkinin matematiksel temelle­rini buldu. Denklemleri elektrik ve manyetik alanların ayrılmaz biçimde iç içe girdiğini gösterdiği için de sonunda bu alanlara elektromanyetik alanlar, uyguladıkları etkiye de elektromanye­tik kuvvet adı verildi.

Bugün sürekli bir elektromanyetik alanlar denizinde yüzüyo­ruz. Cep telefonunuz ya da otomobilinizin radyosu hemen he­men her yerde çalışır, çünkü telefon şirketlerinin ve radyo istas­yonlarının yaydığı elektromanyetik alanlar, uzayda çok çok ge­niş alanlara ulaşıp bu alanları doldurur. Aynı şey kablosuz in­ternet bağlantıları için de geçerlidir; bilgisayarlar çevremizde -içimizden de geçerek- titreşip duran elektromanyetik alanlar­dan Dünyayı Saran Ağ’ı çekip alır. Maxwell’in yaşadığı günler­de elektromanyetik teknoloji daha az gelişmişti tabii, ama bilim insanları Maxwell’in üstün başarısını hemen anladı ve takdir et­ti: Maxwell alanların dilini kullanarak, daha önceleri birbirle­rinden ayrı olarak düşünülen elektrik ve manyetik alanların, as­lında aynı fiziksel varlığın değişik yönleri olduğunu göstermişti. İleride başka alanlarla da ilgileneceğiz: Kütleçekimi alanla­rı, çekirdeksel (nükleer) alanlar, Higgs alanları vb. Alan kavra­mının fizik yasalarının çağdaş formülleştirilmesinde merkezi bir kavram olduğu giderek daha açık hale gelecek. Ama şimdilik, öykümüzün bir sonraki adımı gene Maxwell’e ilişkin. Maxwell denklemlerini daha derinlemesine incelediğinde, elektromanye­tik etkilerin dalga benzeri bir biçimde, belirli bir hızla yayıldı­ğını buldu: Saniyede 300.000 kilometre. Bu değer, ışığın başka deneyler sonucunda bulunan hızıyla aynı olduğundan, Maxwell ışığın da bir tür elektromanyetik dalga olması gerektiğini tınla­dı. Bu dalgalar, gözümüzdeki ağ tabakasında bulunan kimyasal maddelerle etkileşerek görme duyusunu oluşturmak için gere­ken özelliklere sahipti. Bu başarı, Maxwell’in zaten çok büyük olan keşiflerini daha da önemli hale getirdi: Maxwell, mıknatısın ürettiği kuvveti, elektrik yüklerinin oluşturduğu etkiyi ve evreni görmemizi sağlayan ışığı birbirine bağlamıştı, ama bu durum ay­nı zamanda önemli bir de soru doğurmuştu.

Deneyimlerimiz ve şimdiye kadar tartıştıklarımız, ışığın hı­zının saniyede 300.000 kilometre olduğunu söylediğimizde, bu hızın neye göre ölçüldüğünü belirtmezsek bu cümlenin anlam­sız olduğunu söylüyor. Tuhaf olan Maxwell’in denklemlerinin bu sayıyı -saniyede 300.000 kilometre- böyle bir referans sis­temi belirlemeksizin ve görünüşte böyle bir referans sistemine dayanmaksızın vermesiydi. Bu durum, bir kişi parti vereceği yerin adresini referans noktası belirtmeden, neyin 22 kilomet­re kuzeyinde olduğunu söylemeden “22 kilometre kuzeyde” di­ye vermesine benzer. Maxwell’in de aralarında olduğu çoğu fi­zikçi, denklemlerin verdiği hızı şöyle açıklamaya çalıştı: Bildi­ğimiz dalgalar, örneğin deniz dalgaları ve ses dalgaları bir mad­de, bir ortam tarafından taşınır. Deniz dalgalarını taşıyan, su­dur. Ses dalgalarını taşıyan, havadır. Bu dalgaların hızları or­tamlarına göre belirlenir. Sesin oda sıcaklığındaki hızının sa­niyede 330 metre  olduğunu söylüyorsak, ses dalgalarının durağan hava içinde bu hızla ilerlediğini söylemek istiyoruzdur.

O zaman fizikçiler de akla yakın bir tahminde bulundular ve ışık dalgalarının da elektromanyetik dalgalar o zamana kadar görülmediği ve varlığı saptanamadığı halde var olması gereken belirli bir ortam içinde hareket ediyor olması gerektiğini düşün­düler. Işığı taşıyan bu ortama bir de isim verildi: Esir. Bu isim Aristoteles’in, gökcisimlerini oluşturduğu düşünülen her şeyi kapsayan gizemli maddeyi tanımlamak için kullandığı çok eski bir terimdir. Bu önermeyi sonuçlarla bağdaştırmak için, denk­lemlerin esire göre durağan durumdaki birinin bakış açısından geçerli olduğu düşünüldü. Demek ki, Maxwell’in denklemlerin­den çıkan saniyede 300.000 kilometrelik hız, ışığın durağan hal­deki esire göre hızıydı.

Görüldüğü gibi, esir ile Newton’un mutlak uzayı arasında çarpıcı bir benzerlik vardır. Her ikisi de hareketi tanımlamak için bir referans sistemi arayışı sonucunda ortaya çıkmıştır; iv­meli hareket mutlak uzaya, ışığın hareketi de esire yol açmıştır. Aslında pek çok fizikçi esire, Henry More, Newton ve diğerle­rinin mutlak uzayı kapladığını düşündüğü tanrısal ruhun yeryüzündeki hali olarak bakmıştır. (Newton ve onun devrinde yaşa­mış başkaları “esir” terimini mutlak uzay tanımlarında bile kul­lanmıştır.) Ama esir gerçekte nedir? Neden oluşmuştur? Nere­den gelmiştir? Her yerde var mıdır?

Esire ilişkin bu sorular, yüzyıllar boyunca mutlak uzaya iliş­kin olarak sorulan sorularla aynıdır. Ama Mach’ın mutlak uza­yın olup olmadığını sınaması tamamen boş uzayda dönmeyi kap­samakta iken, fizikçiler esirin gerçekten var olup olmadığını be­lirleyebilmek amacıyla “yapılabilir” deneyler önerebiliyordu. Örneğin, suda size doğru gelen bir dalgaya doğru yüzerseniz, dalga size daha çabuk ulaşır; dalgadan uzağa doğru yüzerseniz, size ulaşması daha uzun zaman alır. Benzer biçimde, eğer varsa­yılan esir içinde size yaklaşmakta olan bir ışık dalgasına doğru veya ondan uzağa doğru hareket ederseniz, aynı mantıkla düşü­nünce, ışık dalgasının yaklaşma hızı saniyede 300.000 kilomet­reden daha çok veya daha az olacaktır. Ama Albert Michelson ve Edward Morley 1887 yılında tekrar tekrar yaptıkları deney­lerde, ışığın hızının kendilerinin ve ışık kaynağının hareketinden bağımsız olarak her seferinde saniyede 300.000 kilometre oldu­ğunu buldu. Bu sonuçlan açıklamak için pek çok zekice sav ile­ri sürüldü. Bazıları, Michelson ve Morley’in deneyler sırasında fark etmeden esiri de deney düzeneğiyle birlikte sürüklemiş ola­bileceğini ileri sürdü. Birkaç kişi de, deney düzeneğinin esir için­de hareket ederken yamulduğunu, bunun da ölçümleri bozdu­ğunu söyledi. Bu konunun açıklanması, Einstein‘ın devrim yara­tan sezgisinin ortaya çıkışına kadar bekleyecekti.

Kaynak : Brain Greene – Evrenin Dokusu

PAYLAŞ
Önceki İçerikGanj Nehrinin Cennetten İnişi
Sonraki İçerikSel
36 yaşındayım. Yıldız Teknik Harita Mühendisliği mezunuyum. Taşınmaz değerlemesi yapıyorum. Bilim,uzay, tarih,arkeoloji konularına ilgi duyuyorum. Ön Türk Tarihini araştırmaktan keyif alıyorum. Yüzüklerin Efendisi ve Türkler üzerine (Orta Dünya'nın Analizi) kitap çalışmam tamamlandı. Yakın zamanda yayımlanacak.

HENÜZ YORUM YOK

CEVAP VER