Einstein Öncesi Görelilik – Newton Kova Deneyi

305

“Görelilik’ Einstein’la özdeşleştirilen bir sözcüktür ama kav­ramın tarihi çok daha eskidir. Galileo, Newton ve başkaları doğ­rusal hızın yani bir nesnenin hareketinin doğrultusunun ve sü­ratinin göreli olduğunun farkındaydılar. Günümüzün terimle­riyle konuşursak, bir beysbol oyununda vurucunun bakış açısı­na göre beysbol topu saatte 150 kilometre hızla yaklaşmaktadır. Beysbol topuna göreyse saatte 150 kilometre hızla yaklaşan vu­rucudur. Her iki betimleme de doğrudur; bu yalnızca bir bakış açısı sorunudur. Hareket yalnızca göreli olduğunda bir anlam ifade eder: Bir nesnenin doğrusal hızı yalnızca bir başka nesneninkine göre belirlenebilir. Büyük olasılıkla bunu yaşamışsınızdır. İçinde bulunduğunuz tren vagonunun yanında bir baş­ka vagon varsa ve bu iki vagon birbirlerine göre hareket ediyorsa, raylar üzerinde hareket eden trenin hangisi olduğunu hemen anlayamazsınız. Galileo bu etkiyi, kendi zamanının taşıt araçları olan tekneleri kullanarak tarif etmiştir. Galileo der ki, düzgün­ce gitmekte olan bir teknedeyken elinizden bıraktığınız para tıp­kı kıyıda olacağı gibi ayağınızın dibine düşer. Kendi bakış açını­za göre siz durağansınızdır, su ise geminin gövdesine göre hare­ket etmektedir. Bu bakış açısına göre siz hareketsiz olduğunuz için paranın ayağınıza göre hareketi tıpkı gemiye binmeden ön­ceki gibidir.

Ama biraz düşünürseniz, burada bir gariplik olduğunun far­kına varırsınız. Hızdaki değişimleri fark etmenizi sağlayan şey esas olarak nedir? Eğer doğrusal hız yalnızca karşılaştırmalar sonucunda -bu cisim şu cisme göre hareket ediyor- bir anlam ifade ediyorsa, nasıl oluyor da doğrusal hızdaki değişimler kar­şılaştırma yapmadan da anlamlı olacak şekilde farklı olabiliyor? Aslında acaba bunlar da bir tür karşılaştırma gerektiriyor olabi­lir mi? Acaba ivmeli hareketi her yaşadığımızda veya ondan her söz edişimizde açıkça görülmeyen, gizli bir karşılaştırma yapı­yor olabilir miyiz? Yöneldiğimiz temel soru budur, çünkü bu so­ru belki şaşırtıcı ama uzay ve zamanın anlamını çevreleyen en derin konularla bağlantılıdır.

Galileo’nun hareket konusundaki kavrayışı, en önemlisi de Dünyanın hareket ettiğini söylemesi Engizisyonun gazabına uğramasına neden oldu. Çok daha ihtiyatlı olan Descartes, ben­zer bir akıbete uğramamak için ne yapması gerektiğini araştır­dı ve Principia Philosophiae adlı eserinde hareket konusunda­ki otuz yıl sonra Newton’un dikkatli incelemelerine göğüs geremeyecek olan görüşlerini iki anlama da gelecek şekilde dikkat­li bir biçimde ifade etti. Descartes, nesnelerin hareket durumla­rının değiştirilmesine karşı direnç gösterdiklerinden söz ediyor­du: Hareketsiz bir cisim, birisi veya bir şey onu hareket etmeye zorlamadıkça hareketsiz kalır; bir doğru üzerinde sabit bir hız­la hareket eden bir cisim, birisi veya bir şey bunu değiştirmedik­çe yapmakta olduğu hareketi sürdürür. Ama Newton, bu “ha­reketsiz” ve “doğru üzerinde sabit bir hız” kavramları gerçek­ten ne anlama geliyor, diye sordu. Neye göre “hareketsiz” ve ne­ye göre “sabit hızlı hareket”? Kimin bakış açısına göre “hareket­siz” ya da “sabit hızlı hareket”? Eğer doğrusal hız sabit değilse, neye göre ya da kimin bakış açısına göre sabit değil? Descartes hareketin bazı özelliklerini doğru bir biçimde saptamıştı, ama Newton’a göre kilit soruları yanıtsız bırakmıştı.

Galileo’nun hareket konusundaki kavrayışı, en önemlisi de Dünyanın hareket ettiğini söylemesi Engizisyonun gazabına uğramasına neden oldu. Çok daha ihtiyatlı olan Descartes, ben­zer bir akıbete uğramamak için ne yapması gerektiğini araştır­dı ve Principia Philosophiae adlı eserinde hareket konusunda­ki otuz yıl sonra Newton’un dikkatli incelemelerine göğüs geremeyecek olan- görüşlerini iki anlama da gelecek şekilde dikkat­li bir biçimde ifade etti. Descartes, nesnelerin hareket durumla­rının değiştirilmesine karşı direnç gösterdiklerinden söz ediyor­du: Hareketsiz bir cisim, birisi veya bir şey onu hareket etmeye zorlamadıkça hareketsiz kalır; bir doğru üzerinde sabit bir hız­la hareket eden bir cisim, birisi veya bir şey bunu değiştirmedik­çe yapmakta olduğu hareketi sürdürür. Ama Newton, bu “ha­reketsiz” ve “doğru üzerinde sabit bir hız” kavramları gerçek­ten ne anlama geliyor, diye sordu. Neye göre “hareketsiz” ve ne­ye göre “sabit hızlı hareket”? Kimin bakış açısına göre “hareket­siz” ya da “sabit hızlı hareket”? Eğer doğrusal hız sabit değilse, neye göre ya da kimin bakış açısına göre sabit değil? Descartes hareketin bazı özelliklerini doğru bir biçimde saptamıştı, ama Newton’a göre kilit soruları yanıtsız bırakmıştı.

Newton’un öylesine gerçeğin peşine düşmüş bir insandı ki, bir keresinde göz anatomisi çalışmak için kendi gözüyle göz ke­miğinin arasına kör bir iğne sokmuştu, sonraki yıllarda Darpha­ne Müdürü olduğunda da kalpazanlara en ağır cezaların veril­mesini sağlamış ve yüzden fazla kişinin darağacına gitmesine ne­den olmuştu yanlış ve eksik akıl yürütmeye hiç tahammülü yok­tu. Dolayısıyla yanlışı düzeltmeye karar verdi. Kova konusunu da o zaman ortaya attı.

KOVA

Kovayı bıraktığımızda hem kendisi, hem de içindeki su dönü­yordu, suyun yüzeyi içbükeydi. Newton’un sorduğu soru şuydu: Suyun yüzeyineden bu şekli alıyordu? Döndüğü için, diyebilir­siniz; nasıl otomobilde bir dönemeci dönerken yana doğru sav­rulduğumuzu hissedersek, su da dönmekte olan kovanın kenar­larına doğru savrulur. Bu suyun gidebileceği tek doğrultu da yu­karıdır. Bu düşünce bir dereceye kadar mantıklı ve sağlam ol­makla birlikte Newton’un sorusunun gerçek amacına ulaşmak­tan uzaktır. Newton suyun döndüğünü söylemenin ne anlama geldiğini bilmek istiyordu: Su neye göre dönüyordu? Newton,hareket konusunun temeliyle uğraşıyordu ve ivmeli bir hareke­tin, örneğin dönmenin bir şekilde dış karşılaştırmalara gereksin­menin ötesinde olduğunu kabul etmeye henüz hazır değildi.

newton-kova-deneyi

Kovanın kendisini referans cismi olarak kullanmak doğal bir öneri olurdu. Ama Newton’un ileri sürdüğü gibi bu işe yaramaz. Kova dönmeye başladığında su ile kova arasında kesinlikle göreli bir hareket vardır, çünkü su hemen hareket etmeye başlamaz. Ona rağmen suyun yüzeyi düz kalır. Derken biraz sonra, su dö­nerken yani kova ile su arasında göreli hareket yokken, suyun yüzeyi içbükey olur. Yani referans cismimiz kova olursa, bek­lediğimizin tam tersi bir sonuç ortaya çıkar: Göreli hareket var­ken suyun yüzeyi düzdür, göreli hareket yokken suyun yüzeyi içbükeydir.

Aslında Newton’un kova deneyini biraz ileri götürebiliriz. Ko­va dönmeye devam ettikçe halat yeniden burulacak (diğer yön­de) ve bu da içindeki su dönmeye devam ederken kovanın dön­mesinin yavaşlamasına ve bir an için durmasına neden olacak­tır, ama içindeki su dönmeye devam edecektir. Bu noktada su ve kova arasındaki göreli hareket deneyin başındakiyle aynıdır (sonucu etkilemeyen saat yönünde dönme ve saat yönünün tersi yönde dönme dışında), ama suyun yüzeyinin şekli farklıdır (ön­ce düzdü, şimdi içbükeydir); bu da suyun yüzeyinin aldığı şeklin göreli hareketle açıklanamayacağını net bir biçimde gösteriyor.

Suyun hareketi için kovanın referans olamayacağı anlaşılınca, Newton cesur bir adım attı. Kova deneyinin bir benzerinin uzak, soğuk ve tümüyle boş uzayda yapıldığını düşleyin, dedi. Suyun yüzeyinin şekli kısmen Dünya’nın kütleçekiminden kaynaklan­dığı ve bu deneyde de Dünya olmadığı için aynı deneyi yapama­yız. O nedenle, uygulanabilir bir örnek olarak boş uzayın karan­lığında yüzen dev bir kovamız olduğunu ve korkusuz astronot Homer’in bu dev kovanın içyüzüne sıkıca bağlı olduğunu düşü­nün. (Aslında Newton bu örneği vermedi, onun verdiği örnekte birbirine iple bağlı iki taş vardı, ama anlatılmak istenen şey ay­nıdır.) Homer’in kovaya doğru bastırıldığını hissetmesi, yüzü­nün derisinin gerilmesi, midesinde hafif bir basınç oluşması ve saçlarının (her iki telin de) geriye doğru gitmesi kovanın dön­düğünün (suyun kovanın çeperine doğru savrularak içbükey bir yüzey oluşturmasının benzeri) işaretidir. Soru şudur: Tamamen boş uzayda -Güneş yok, Dünya yok, hava yok, çörek yok, hiçbir şey yok- kovanın “ona göre” dönmekte olduğunu söyleyebilece­ğimiz “o şey” ne olabilir? Uzayın kova ve içindekiler dışında ta­mamen boş olduğunu düşündüğümüzden ilk bakışta “o şey” ola­rak kullanabileceğimiz bir şey yokmuş gibi görünür. Ama New­ton aynı fikirde değildi.

Onun yanıtı, değerlendirme çerçevesi olarak “nihai kabı” yani uzayın kendisini seçmekti. Hepimizin içinde olduğu ve tüm ha­reketlerin içinde yer aldığı -kendisinin mutlak uzay adını verdi­ği- saydam ve boş alanın gerçek bir fiziksel varlık olduğunu ileri sürdü. Mutlak uzayı tutamayız, tadamayız, koklayamayız ve işitemeyiz, ama Newton mutlak uzayın “bir şey” olduğunu söyledi. Mutlak uzayın, hareketi tanımlamak için gereken en sağlam de­ğerlendirme çerçevesi olduğunu öne sürdü. Bir cisim eğer mut­lak uzaya göre durağansa, gerçekten durağandır. Bir cisim eğer mutlak uzaya göre hareket ediyorsa, gerçekten hareket halinde­dir. En önemlisi de, bir cisim eğer mutlak uzaya göre ivmeleniyorsa, gerçekten ivmeleniyordur.

Newton bu önermeyi, yeryüzünde yapılan kova deneyini açıklamak için şu şekilde kullandı: Deneyin başında kova mut­lak uzaya göre dönmektedir, ama su mutlak uzaya göre dura­ğandır. Suyun yüzeyinin düz olmasının nedeni budur. Su ko­vayla beraber dönmeye başladığında artık mutlak uzaya göre dönmektedir, yüzeyinin içbükey olmasının nedeni budur. Ha­latın burulması nedeniyle kova yavaşladığında, su dönmeye de­vam eder mutlak uzaya göre dönmeye devam eder yüzeyinin içbükey olarak kalmasının nedeni de budur, işte, su ile kova ara­sındaki göreli hareket gözlemleri açıklayamazken, su ile mutlak uzay arasındaki göreli hareketi açıklamaktadır. Hareketi tanım­lamak için gerekli olan gerçek referans sistemini uzayın kendi­si sağlamaktadır. Kova yalnızca bir örnektir; doğal olarak buradaki akıl yürüt­me çok daha geneldir. Newton’un bakış açısına göre, otomo­bilde bir dönemeci dönerken mutlak uzaya göre ivmelendiğiniz için doğrusal hızınızdaki değişikliği hissedersiniz, içinde bu­lunduğunuz uçak pistten havalanmak üzere hızlanırken mut­lak uzaya göre ivmelendiğiniz için koltuğa doğru bastırıldığını­zı hissedersiniz. Buz pateniyle kendi ekseniniz çevresinde dönerken mutlak uzaya göre ivmelendiğiniz için kollarınızın dışa­rıya doğru açıldığını hissedersiniz. Eğer siz buzun üzerinde ha­reketsiz dururken birisi buz pistini tutup döndürebilecek olsay­dı (ideal olarak patenlerin sürtünmesiz olduğunu varsayıyoruz) ve böylece sizinle buz pisti arasında aynı göreli hareket ortaya çıksaydı mutlak uzaya göre ivmelenmeyeceğiniz için kollarını­zın dışarı doğru açıldığını hissetmezdiniz. İnsan vücudunun kul­lanıldığı örneklerin ayrıntılarında boğulmamak için, Newton’un birbirine iple bağlı iki taş örneğini düşünelim. Taşlar dönerken mutlak uzaya göre ivmelendikleri için ip gerilir. Hareket etme­nin ne demek olduğu konusunda son sözü mutlak uzay söyle­mektedir. 

Ama mutlak uzay aslında nedir? Bu soruyla uğraşırken New­ton biraz kaçamak yanıtlar verdi. Principia’da önce şöyle yaz­mıştı: “Herkesin bildiği şeyler olduğu için zamanı, uzayı, yeri ve hareketi tanımlamıyorum.”” Böylece bu terimleri kesin bir biçimde tanımlamaktan kaçınmış oluyordu. Sonraki şu sözleri ise ünlü olmuştur: “Mutlak uzay, doğası gereği, herhangi bir dış noktayı referans almaksızın, her zaman aynıdır ve hareketsiz­dir.” Yani, mutlak uzay vardır ve ebedidir, nokta. Ama doğru­dan göremeyeceğimiz, ölçemeyeceğimiz ve üzerinde bir etkimi­zin olamayacağı bir şeyin varlığını ve önemini sadece ilan eder­ken Newton’un kendini pek de  rahat hissetmediğinin bazı işa­retleri vardı. Şöyle yazmıştır:

Bazı cisimlerin gerçek hareketlerini keşfetmek ve görü­nen hareketlerinden etkin bir biçimde ayırmak gerçekten son derece zordur, çünkü bu hareketlerin yer aldığı ha­reketsiz uzayın bölümlerini duyularımızla gözlemlemek imkânsızdır.

Böylece Newton bizi biraz sıkıntılı bir durumda bırakıyor. Mutlak uzayı fiziğin en temel unsurlarından birinin hareketin tanımının merkezine yerleştiriyor, ama tanımı belirsiz bırakıyor ve böylesine önemli bir konuyu böyle kaçamak bir biçimde ele almaktan duyduğu rahatsızlığı da ifade ediyor. Bu rahatsızlığı başkaları da paylaşmıştır.

Kaynak : Brain Greene – Evrenin Dokusu

PAYLAŞ
Önceki İçerikGöğe Çıkarılan Kast Dışı Kişi
Sonraki İçerikKurbanlık İnsan
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