Bölüm 3
Fizik Prensipleri Üzerine
“Elektromanyetik
Teoride (c+v) (c-v) Matematiğine Geçiş” adlı kitabımda (Alice
Yasası Versiyon 8) “Fizik Prensiplerinin Önemi”
konusuna değinmiştim; ancak oradaki anlatımımın yetersiz olduğunu her
zaman düşündüm. Bu eksiklik, içimde canımı acıtan bir yara olarak
kalmıştır. Burada bu eksikliği öncelikle gidermek istiyorum.
Öncelikle Galile Relativite Prensibi’nden başlayalım. Nasıl ortaya
çıktığından ve ne anlama geldiğinden bahsedelim.
3.1 – GALİLE RELATİVİTE PRENSİBİ VE ALBERT EINSTEIN’IN İKİ FİZİK
PRENSİBİ
Galileo, bugün Galile
Relativite Prensibi dediğimiz ilkeyi hiçbir zaman tek satırlık bir yasa
olarak yazmadı. Onu, 1632 yılında yayımladığı Dialogo sopra i due
massimi sistemi del mondo (İki Büyük Dünya Sistemi Üzerine Diyalog)
adlı eserinde, Salviati karakterinin ağzından anlattı.
En meşhur anlatımı şöyledir (özgün metne dayalı, kısaltılmış ve
akıcı bir Türkçe uyarlamayla):
“Kendini bir arkadaşınla birlikte büyük bir geminin
güvertesinin altındaki geniş bir kamaraya kapat. Yanına sinekler,
kelebekler ve başka küçük uçan canlılar al. İçinde balık bulunan büyük
bir kap bulundur. Bir şişeyi yukarı as; su damlaları aşağıdaki dar
ağızlı başka bir kaba damlasın.
Gemi dururken dikkatlice gözlemle. Küçük hayvanlar odanın her
yönüne eşit kolaylıkla uçarlar. Balıklar her yöne aynı rahatlıkla
yüzerler. Su damlaları tam alttaki kaba düşer. Arkadaşına bir cisim
fırlatırken, hangi yöne atarsan at aynı kuvvet yeterlidir. Aynı şekilde
her yöne eşit uzaklıkta zıplayabilirsin.
Bütün bunları gözlemledikten sonra gemi, hızı ne olursa olsun,
yalnızca düzgün ve sarsıntısız bir hareketle yol almaya başlasın.
O zaman gözlemlediğin olayların hiçbirinde en küçük bir
değişiklik bile göremeyeceksin. Bu gözlemlerden geminin hareket hâlinde
mi yoksa durgun mu olduğunu anlayamayacaksın.”
Galileo Galilei, Dialogo
sopra i due massimi sistemi del mondo (1632). Türkçe çeviri: ChatGPT;
uyarlama: Han Erim.
Galileo’nun gemi anlatısının
İngilizce metni burada görülebilir:
Galileo, Dialogue Concerning the Two Chief World
Systems
Bu anlatımdan hareketle formüle edilen ve günümüzde ders
kitaplarında yaygın olarak kullanılan ilke, genellikle şöyle ifade
edilir:
Bir referans sistemi düzgün
doğrusal hareket ediyorsa, o sistemin içinde yapılan mekanik deneylerle
sistemin durgun mu olduğu, yoksa sabit hızla mı hareket ettiği
belirlenemez.
Ya da daha kısa ifadeyle:
Düzgün doğrusal hareket mutlak
olarak tespit edilemez.
Galileo'nun vurguladığı iki önemli nokta:
Hareketin sabit olması
gerekir.
Galileo özellikle "uniform and
not fluctuating" yani düzgün ve sarsıntısız hareket şartını koyar.
İvmelenen bir gemide bu ilke geçerli değildir.
Deneyler kapalı sistem içinde
yapılmalıdır.
Geminin kamarası dış dünyadan
izole edilmiştir. Dışarıyı (kıyıyı, denizi vb.) görmüyorsanız, hareketi
anlayamazsınız. Dış referans kullanırsanız elbette hareketi fark
edebilirsiniz.
Bu metin daha sonra Newton'un
Corollary V'ine ve yaklaşık üç yüzyıl sonra Einstein'ın Özel Görelilik
Prensibi’ne temel oluşturmuştur. Einstein'ın yaptığı yenilik,
Galileo'nun ilkesini yalnızca mekanik için değil, elektromanyetizma
dahil bütün fizik yasalarına genişletmek olmuştur.
3.2 - Einstein'ın Fizik Prensipleri
1. Einstein'ın Görelilik Prensibi
(İngilizce)
1919 yılında Einstein, ilkeyi
çok açık bir şekilde şu sözlerle ifade etmiştir:
"Every universal law of nature which
is valid in relation to a coordinate system C, must also be valid, as
it stands, in relation to a coordinate system C', which is in uniform
translatory motion relatively to C."
Türkçe çevirisi:
“Bir C koordinat sistemine göre geçerli olan her evrensel doğa
yasası, C’ye göre düzgün öteleme hareketi yapan C′ koordinat sistemine
göre de olduğu biçimiyle geçerli olmalıdır.”
Günümüz terminolojisiyle bu ilke daha basit bir biçimde şöyle ifade edilebilir:
"Bir eylemsiz referans sisteminde geçerli olan bütün fizik
yasaları, ona göre düzgün doğrusal hareket eden bütün diğer eylemsiz
referans sistemlerinde de aynı biçimde geçerlidir."
Bu aşamada Albert Einstein’ın Evrensel Işık Hızı Prensibi’ne de
değinmek gerekiyor.
2. Einstein'ın Evrensel Işık Hızı Prensibi
(İngilizce)
"Light is always propagated in empty space with a definite
velocity c which is independent of the state of motion of the emitting
body."
Türkçe çevirisi:
"Evrensel Işık Hızı: Işık, boş uzayda ışık kaynağının
hareket durumundan bağımsız olan belirli bir c hızıyla yayılır."
Bilindiği
üzere, bu iki prensip Einstein’ın Relativite Teorisi’nin temel
dayanaklarını oluşturmuştur.
3.3 -Alice Yasası ve Galile Relativite Prensibi
Şimdi buradan dikkatli bir
şekilde Alice Yasası’na geçiş yapıyorum. Her şeyden önce, Alice
Yasası’nın başlangıçtan itibaren Albert Einstein’ın bu iki postülasını
temel alarak yola çıktığını söylemeliyim. Evrensel Işık Hızı Postülası,
“Işık varma hedefine doğru c hızıyla gider”
düşüncesiyle ilk bakışta çelişiyor gibi görünse de bu durum, prensibin
nasıl yorumlandığına bağlıdır. Her cismin kendisine ait bir uzaya sahip
olduğunu varsaydığımızda —ki Evrensel Çekim Kuvveti Yasası
incelendiğinde bu varsayımın kuvvetle muhtemel olduğu görülecektir;
bkz. 8. ve 9. bölümler— bu iki önerme arasındaki görünür çelişki
ortadan kalkmakta ve elektromanyetik teori için (c+v) (c−v)
Aslında başlangıçta elimde
yalnızca (c+v) (c−v) matematiği vardı
ve bu matematik bana postülayı bu şekilde yorumlamam gerektiğini
söylüyordu. Dolayısıyla bu düşünce Alice Yasası’na sonradan eklenmiş
değildir; başlangıçtan beri matematiğin içinde vardı. Ancak benim onu
bugünkü açıklığı ve kesinliğiyle ifade edebileceğim noktaya ulaşmam on
yıllarımı aldı. Bugün aradan yirmi beş yıl geçmiş durumdadır. Artık
kendimi daha rahat hissediyor, fikirlerimi açıkça ve çekinmeden
söyleyebiliyorum. İnanın, bazen bunu yapmak çok zor olabiliyor; en
azından geçmişte benim için öyleydi.
Sonuç olarak, Evrensel Işık
Hızı Prensibi’nin Alice Yasası’na daha uygun biçimde şu şekilde
güncellenebileceği düşüncesindeyim:
Evrensel Işık Hızı: Işık, boş uzayda onu yayan kaynağın
hareketinden bağımsız olarak varış hedefinin referans sistemine göre
sabit c hızıyla gider.
Alice Yasası’nın
Relativite Prensibi ile zaten hiçbir zaman sorunu olmamıştır.
Alice Yasası için Albert Einstein’ın Görelilik Prensibi de Evrensel
Işık Hızı Prensibi kadar önemlidir. İnanın ki o prensip olmadan hiçbir
şey yapamazsınız. Kanımca onsuz teori üretmek mümkün değildir.
Einstein, Görelilik Prensibi’ni oluştururken Galile Relativite
Prensibi’nin klasik mekanik için ortaya koyduğu referans sistemlerinin
eşdeğerliği düşüncesini temel almış ve bu ilkeyi bütün fizik yasalarını
kapsayacak şekilde genişletmiştir.
Burada bir hususu önemle
belirtmem gerekiyor: Çalışmalarımın ilerleyen yıllarında Görelilik
Prensibi yerine Galile Relativite Prensibi’ni tercih etmeye ve onu
kullanmaya başladım. Bunun nedeni, bu adlandırmanın düşüncede
kendiliğinden “gemi olayını” çağrıştırması ve daha kolay muhakeme
yapılmasını sağlamasıdır. Şu farkla ki Galile Relativite Prensibi,
Alice Yasası’nda elektromanyetik etkileşimi de kapsayacak şekilde
genişlemiştir. Böylece Alice Yasası’ndaki Galile Relativite Prensibi,
kapsam bakımından Einstein’ın Görelilik Prensibi’yle aynı noktada
durmaktadır.
Bununla birlikte önemli bir
ayrım vardır: Her iki yaklaşım da referans sistemlerinin eşdeğerliğini
kabul eder; ancak Relativite Teorisi bu eşdeğerliği Lorentz
dönüşümleriyle, Alice Yasası ise Galile dönüşümleriyle ifade eder.
Çalışmalarım içinde Galile
Prensibi’ni güzel bir şekilde tarif eden kısa bir tanım kullanmam
gerekiyordu. Galile tarafından bizzat kaleme alınmış orijinal bir
prensip tanımı yoktur. Bu konuda büyük bir ihtiyaç hasıl olduğu için,
çeşitli araştırmacılar bu prensibi çeşitli şekillerde ifade
etmişlerdir. Hepsinin özünde aslında aynı şeyler söylenmektedir. Acaba
çalışmalarımda hangi tanımı kullansam diye internette bir araştırma
yapmıştım. Aşağıdaki tanıma rastlamış ve kopyalamıştım, ama sonra
yazıyı tekrar aradığımda onu bulamadım. Bu yüzden kaynak veremeyeceğim.
Tanımı beğendiğim için kullanıyorum.
Alice Yasası için güncellenmiş
Galile Relativite Prensibi tanımı:
Galile Relativite Prensibi: Fiziğin temel yasaları,
birbirine göre sabit hızla hareket eden bütün eylemsiz referans
sistemlerinde aynı biçimde geçerlidir.
Yukarıda yazdığım bu iki
prensip, günümüzdeki Alice Yasası’nın teorik temelini oluşturur.
3.4 - Galile Relativite Prensibi’nin Mantıksal Sonuçları
Bu aşamada, Galile Relativite
Prensibi’ne dayanılarak elde edilebilecek
mantıksal sonuçlara burada değinmek istiyorum. Bu mantıksal sonuçlar
gerçekten çok önemlidir, çünkü bunlardan yararlanılarak teorik fizikte
tutarlı varsayımlara ulaşmak mümkündür. ChatGPT’den aşağıdaki “Galile
Relativite Prensibi’nin Mantıksal Sonuçları” adlı bölümü yazmasını
istedim. Bence oldukça güzel ve derli toplu bir yazı ortaya çıkardı.
1. Mutlak hız ölçülemez.
Bir gözlemci, yalnızca kendi referans sistemi içinde yaptığı mekanik
deneylerle mutlak hızını belirleyemez.
Açıklama: Hız
ancak başka bir referans sistemine göre tanımlanabilir. Tek başına
"gerçek hız" diye ölçülebilecek bir büyüklük yoktur.
2. Hareket görecelidir.
Bir cismin hareket edip etmediği ancak başka bir referans sistemine
göre söylenebilir.
Açıklama: Aynı
cisim bir gözlemciye göre duruyor, başka bir gözlemciye göre hareket
ediyor olabilir.
3. Düzgün doğrusal hareket ile durma
mekanik olarak ayırt edilemez.
Kapalı bir laboratuvarda yapılan mekanik deneyler, sistemin durgun mu
olduğunu yoksa sabit hızla mı hareket ettiğini göstermez.
Açıklama:
Galileo'nun gemi örneğinin temel sonucu budur.
4. Fizik yasaları bütün eylemsiz
sistemlerde aynıdır.
Hiçbir eylemsiz referans sistemi diğerine göre ayrıcalıklı değildir.
Açıklama: Bir
laboratuvarda yapılan mekanik deney, aynı koşullarda hareket eden başka
bir laboratuvarda da aynı sonucu verir.
5. Düzgün doğrusal hareket
hissedilemez.
Kapalı bir sistemde sabit hızla hareket eden bir gözlemci, düzgün
doğrusal hareketini fiziksel olarak hissedemez.
Açıklama:
Hissedilen şey hız değil, ivmedir.
6. İvme, sistemin içinde yapılan
deneylerle belirlenebilir.
Bir referans sistemi ivmelendiğinde, sistemde bulunan bir gözlemci dış
bir referansa ihtiyaç duymadan bu ivmeyi yerel deneylerle
belirleyebilir.
Açıklama:
İvmeölçer, sarkaç, hissedilen sarsıntılar ve atalet etkileri sistemin
ivmelendiğini ortaya çıkarır. Burada söz konusu olan, yerel olarak
ölçülebilen öz ivmedir. Bu nedenle Galile Relativite Prensibi yalnızca
eylemsiz referans sistemleri için geçerlidir.
7. Mutlak durgunluk gösterilemez.
Hiçbir mekanik deney, "evrene göre tamamen duruyorum" sonucunu veremez.
Açıklama:
Durgunluk da hareket gibi görecelidir.
8. Bütün düzgün doğrusal hareketler
eşdeğerdir.
Farklı sabit hızlarla hareket eden bütün eylemsiz referans sistemleri
fizik açısından eşit kabul edilir.
Açıklama: Doğa,
bir eylemsiz sistemi diğerinden üstün tutmaz.
9. Bir gözlemci düzgün doğrusal
hareketinin yönünü saptayamaz.
Bir gözlemci, yalnızca kapalı sistem içinde yapılan mekanik deneylerle
düzgün doğrusal hareketinin yönünü saptayamaz.
Açıklama: Hızın
yönü de büyüklüğü gibi ancak başka bir referans sistemine göre anlam
kazanır.
Kim hareketli, kim hareketsizdir?
Konuyu iki cisim açısından ele alalım.
A cismi
B cismi
A ile B arasında sabit bir v hızı olsun.
Galile Prensibi'ne göre aşağıdaki sonuçlar çıkar:
1. A'ya göre
A durmaktadır.
B, |v| hızıyla hareket
etmektedir.
Bu gözlem tamamen doğrudur.
2. B'ye göre
B durmaktadır.
A, |v| hızıyla hareket
etmektedir.
Bu gözlem de tamamen doğrudur.
3. Hangisi gerçekten hareket ediyor?
Galile Prensibi'ne göre bu sorunun bir
cevabı yoktur.
Çünkü hareket mutlak değil,
görecelidir.
Dolayısıyla:
"Gerçekte A hareket ediyor."
"Gerçekte B hareket ediyor."
şeklindeki ifadeler Galile
mekaniğinde anlam taşımaz.
4. Hangisi gerçekten duruyor?
Bu sorunun da cevabı yoktur.
A kendi referans sisteminde
durur.
B kendi referans sisteminde
durur.
İkisi de kendi açısından
haklıdır.
5. Kim daha hızlı?
Bu soru da eksiktir.
Doğru soru şudur:
Kime göre?
Örneğin:
A'ya göre B'nin hızı = |v|
B'ye göre A'nın hızı = |v|
Her iki gözlem de doğrudur.
6. Kimin referans sistemi doğrudur?
Galile Prensibi'nin cevabı:
İkisi de eşit derecede
doğrudur.
Hiçbir eylemsiz referans
sistemi diğerinden üstün değildir.
7. Mekanik deney yapılırsa
A kendi laboratuvarında deney
yapıyor
B de kendi laboratuvarında aynı
deneyi yapıyor.
Her ikisi de aynı sonucu elde
eder.
Bu nedenle deneyler hangi cismin
"gerçekten" hareket ettiğini söyleyemez.
Galile'nin vardığı sonuç
Bütün bunlar şu cümlede
özetlenebilir:
İki eylemsiz cisim arasında, hangisinin mutlak anlamda
hareket ettiği ve hangisinin mutlak anlamda durduğu fiziksel olarak
belirlenemez. Hareket yalnızca birbirlerine göre tanımlanabilir.
Burada önemli bir nokta
Yukarıdaki karşılaştırma yalnızca A ile B arasındaki göreli
hareketi ele almaktadır. Karşılaştırmaya üçüncü bir referans sistemi
eklendiğinde (örneğin Dünya, Güneş veya uzak yıldızlar), “A Dünya’ya
göre hareket ediyor” veya “B Güneş’e göre duruyor” gibi ifadeler
kullanabiliriz. Ancak bunlar seçilen referans sistemine göre
doğrudur; yine mutlak hareket veya mutlak durgunluk anlamına gelmez.
Bu ayrım, Galile Prensibi'nin özünü oluşturur ve daha sonra
Einstein'ın Görelilik Prensibi'nin de temelini teşkil eder.
ChatGPT
***
Şuna inanıyorum ki, eğer
fiziğin bir anayasası olsaydı, Galile Relativite Prensibi bu anayasanın
ilk maddesi olurdu. Bu prensiple çelişen herhangi bir teorinin doğru
olmadığını ve dolayısıyla yaşama şansı bulamayacağını düşünürüm. Alice
Yasası kendisini tamamen bu prensibe emanet etmiş durumdadır ve ona
tartışmasız itaat eder. Galile Relativite Prensibi de Alice Yasası’nın
koruyucusudur; onun koruma kalkanıdır.
Galile Relativite Prensibi'nin
elektromanyetik etkileşimi kapsamadığının tespit edilmesi, Alice
Yasası’nın yaşamını sona erdirir. Öte yandan Alice Yasası’nın temel
iddialarını sınayacak deneyler, aynı zamanda Galile Relativite
Prensibi’nin elektromanyetik etkileşimi kapsayıp kapsamadığını ortaya
çıkaracak çok ama çok önemli deneylerdir. Bu açıdan Alice Yasası’nı
sınayacak deneyler, fizik tarihinin en önemli deneyleri arasında yer
alacaktır. Bu deneylerle yalnızca Alice Yasası’nı değil, son derece
köklü, çok büyük ve belki de en büyük fizik prensibinin elektromanyetik
etkileşim için geçerliliğini test ediyorsunuz. Şaka değil bu.